专利名称：相控阵线圈、接收信号处理电路和磁共振成象装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及相控阵线圈和接收信号处理电路，更详细地说，涉及具有高度地均匀的灵敏度区的相控阵线圈和适当地处理在这种相控阵线圈处接收到的接收信号的接收信号处理电路。
日本专利申请的国家公告第2-500175号(对应于美国专利第4,825,162号)在其附图4中公开了用于传统的MRI(磁共振成象)装置的相控阵线圈的一个例子。这种传统的相控阵线圈在线圈轴方向上的线圈灵敏度特性的均匀度不好。这导致需要均匀灵敏度区的头部和下腹部的成象方面的缺陷。
因此，本发明的目的是提供具有高度地均匀的灵敏度区的相控阵线圈和适当地处理在这种相控阵线圈处接收到的接收信号的接收信号处理电路。
根据本发明的第一方面，提供一种包括四组相对的线圈的相控阵线圈，每一组线圈包括一对其凹形表面彼此相对并且其线圈表面与相邻的线圈的线圈表面以线圈表面积的大约10％相互重叠的槽形线圈，各槽形线圈以45°的角向间隔围绕虚柱体的中心轴排列，装配成大体上的柱形。
所述第一方面的相控阵线圈的各对相对的槽形线圈排列在各线圈之间的空间区域的两侧，因此，具有超过其线圈仅仅排列在一侧的相控阵线圈(代表传统的相控阵线圈)的改进的灵敏度均匀性。此外，没有相对的线圈组会或者与其它三对线圈组中的相邻的两对线圈组相互影响，因为线圈表面相互重叠，或者与剩下的一对线圈组相互影响，因为各线圈组在几何上彼此正交。因此，信噪比是高的。于是，提供了一种具有高灵敏度均匀性和高信噪比的相控阵线圈。
根据本发明的第二方面，提供一种就第一方面所描述的相控阵线圈，它还包括具有低输入阻抗的对应于所述四个线圈组的各个放大器；对应于四个线圈组的各个模数转换装置；以及用来进行数字运算的计算装置。
根据本发明的第三方面，提供一种就第一方面所描述的相控阵线圈，它还包括具有低输入阻抗的对应于所述四个线圈组的各个放大器；两组正交合成装置，用来将已经通过对应于所述四个线圈组中其线圈彼此不相邻的两个线圈组的两个放大器的信号正交合成；模数转换器，用来对来自正交合成装置的输出信号进行模数转换；以及利用模数转换后的数据进行数字运算的计算装置。
根据本发明的第四方面，提供一种就第一方面所描述的相控阵线圈，它还包括两组正交合成装置，它们对应于所述四个线圈组中其线圈彼此不相邻的两个线圈组，用来将所提供的接收信号正交合成；阻抗变换装置，用来在正交合成装置和放大器之间进行阻抗匹配；具有低输入阻抗、对应于所述阻抗变换装置的放大器；模数转换器，用来对来自所述放大器的输出信号进行模数转换；以及利用模数转换后的数据进行数字运算的计算装置。
根据本发明的第五方面，提供一种就第四方面所描述的相控阵线圈，它还包括在所述正交合成装置和所述阻抗变换装置的前后的开关装置，以便通过切换该开关装置而或者实现就第二方面所描述的相控阵线圈，或者实现就第四方面所描述的相控阵线圈。
根据本发明的第六方面，提供一种就第五方面所描述的相控阵线圈，它还包括用来检测造影剂(contrast agent)的造影剂检测线圈。
根据本发明的第七方面，提供一种包括多组相对的线圈的相控阵线圈，每一组线圈包括一对彼此相对的平面型线圈，并且其线圈表面与相邻的各线圈的各线圈表面部分地重叠，各平面型线圈围绕虚柱体的中心轴排列，装配成大体上的柱形。
在上述结构中，平面型线圈指的是，例如扁平的平面型线圈、曲面形平面型线圈和弯折的平面型线圈。柱形指的是，例如多边形柱形、圆柱形和扁圆柱形。
所述第七方面的相控阵线圈的一对相对的平面型线圈排列在各线圈之间的空间区域的两侧，因此，具有超过其线圈仅仅排列在一侧的相控阵线圈(代表传统的相控阵线圈)的改进的灵敏度均匀性。因此，提供一种具有高灵敏度均匀性的相控阵线圈。还有，没有相对的线圈组与其它线圈组中的相邻的两对线圈组相互影响，因为线圈表面相互重叠。此外，没有线圈组与几何上与其正交的线圈组相互影响。虽然每个相对的线圈组与非相邻的并且几何上非正交的线圈组相互影响，但是，可以利用低输入阻抗的前置放大器来消除这种相互影响。
根据本发明的第八方面，提供一种包括多组相对的线圈的相控阵线圈，每一组线圈包括一对彼此相对的平面型线圈，并且其线圈表面与相邻的(各)线圈的(各)线圈表面部分地重叠，各平面型线圈沿着想象的线排列。
在上述结构中，平面型线圈指的是，例如扁平的平面型线圈、曲面形平面型线圈和弯折的平面型线圈。线指的是，例如直线、曲线和弯折线。
所述第八方面的相控阵线圈的各对相对的平面型线圈排列在各线圈之间的空间区域的两侧，因此，具有超过其线圈仅仅排列在一侧的相控阵线圈(代表传统的相控阵线圈)的改进的灵敏度均匀性。此外，多个这样相对的线圈组沿着一条线排列，因此提高了大的空间区域中或者具有与待成象的物体的形状一致的形状的空间区域中的灵敏度均匀性。于是，提供一种具有高灵敏度均匀性的相控阵线圈。还有，由于线圈表面重叠，所以没有相对的线圈组与其它各线圈组中的相邻的(各)线圈组相互影响。虽然每个相对的线圈组与非相邻的线圈组相互影响，但是，可以利用低输入阻抗的前置放大器来消除这种相互影响。
根据本发明的第九方面，提供一种用来处理在就所述第一方面所描述的相控阵线圈的相对的线圈组处接收到的接收信号的接收信号处理电路，该电路包括第一正交合成装置，用来将由相对的线圈组的第一组合接收到的接收信号正交合成。第二正交合成装置，用来将由相对的线圈组的第二组合接收到的接收信号正交合成，定义相对的线圈组的所述第一和第二组合的方法是通过把彼此隔开90°的各线圈组结合成一个组合来把所述四个相对的线圈组分成两个组合；第一变换装置，用来对已经通过第一正交合成装置的信号进行模数变换；第二变换装置，用来对已经通过第二正交合成装置的信号进行模数变换；以及计算装置，用来对数字化后的信号进行数字运算。
如就第九方面所描述的接收信号处理电路对来自几何上正交的各相对的线圈组的接收信号进行正交合成，然后对合成后的信号进行模数变换。这样，可以把所需要的变换装置的数目从4减少到2。
根据本发明的第十方面，提供一种磁共振成象装置，它包括就所述第一、第七和第八方面中的任何方面所描述的相控阵线圈，或者包括就第一方面所描述的相控阵线圈和就第九方面所描述的接收信号处理电路。
就第十方面所描述的磁共振成象装置采用具有高灵敏度均匀性和高信噪比的相控阵线圈，因此能够拍摄高质量的图象。
根据本发明的第十一方面，提供一种包括就第二至第六方面所描述的相控阵线圈的磁共振成象装置。
因此，本发明的相控阵线圈能够提供高均匀灵敏度区域，本发明的接收信号处理电路能够减少变换装置的数目，而本发明的磁共振成象装置能够拍摄高质量的图象。
从以下在附图中举例说明的本发明的最佳实施例的描述，将明白本发明的其它目的和优点。
图1是根据本发明第一实施例的圆柱形相控阵线圈的示意的透视图。
图2是举例说明根据本发明第一实施例的圆柱形相控阵线圈中相对的线圈组的排列的说明性视图。
图3是举例说明相对的槽形线圈之间的连接方法的透视图。
图4示出相对于槽形线圈的线圈中心处垂直于线圈表面的方向上的距离绘制的线圈灵敏度的特性曲线。
图5是举例说明相对的槽形线圈之间的另一种连接方法的透视图。
图6是用于处理在根据本发明第一实施例的圆柱形相控阵线圈处接收到的接收信号的接收信号处理电路的方框图。
图7是根据本发明第二实施例的接收信号处理电路的方框图。
图8是根据本发明第三实施例的接收信号处理电路的方框图。
图9是根据本发明第四实施例的接收信号处理电路的方框图。
图10是根据本发明第五实施例的椭圆柱形相控阵线圈的类似于图2的视图。
图11是根据本发明第六实施例的直线形相控阵线圈的示意的透视图。
图12是根据本发明第七实施例的磁共振成象装置的配置的方框图。
下面将参考附图中所示的若干实施例更加详细地描述本发明。
第一实施例图1是根据本发明第一实施例的圆柱形相控阵线圈的示意的透视图。
圆柱形相控阵线圈100包括包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈10a和10b的相对的线圈组10；包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈20a和20b的相对的线圈组20；包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈30a和30b的相对的线圈组30；以及包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈40a和40b的相对的线圈组40；这些相对的线圈组围绕虚柱体的中心轴J排列，从而装配成大体上的圆柱形。
图2是举例说明相对的线圈组10、20、30和40的排列的说明性视图。
相对的线圈组(10a,10b),(20a,20b),(30a,30b)和(40a,40b)围绕中心轴J、以45°的角向间隔布置，同时，每一个线圈表面以线圈表面面积的大约10％与各相邻线圈的线圈表面重叠。
由于线圈表面面积的大约10％彼此重叠，所以，相对的线圈组(10a,10b)不与相邻的两个相对的线圈组(20a,20b)和(40a,40b)相互影响。由于它们在几何上彼此正交，所以，相对的线圈组(10a,10b)也不与相对的线圈组(30a,30b)相互影响。
图3是举例说明相对的槽形线圈10a和10b之间的连接的透视图。
槽形线圈10a和10b串联连接，即，形成所谓“8”字形线圈。
参考符号“I”表示流过相对的线圈10a和10b的电流。参考符号“a1”表示用来引出在相对的线圈组(10a,10b)处接收到的接收信号的λ/2电缆。
槽形线圈10a的角A、B、C和D与槽形线圈10b的角F、E、H和G分别相对于中心轴J对称地布置。
其它相对的线圈组(20a,20b),(30a,30b)和(40a,40b)的连接是相同的。
图4(a)示出沿着连接图4(b)中所示的槽形线圈10a和10b的线圈中心的Z形线的线圈灵敏度特性曲线。
槽形线圈10a和10b之间的空间范围内的线圈灵敏度均匀性优于传统线圈的线圈灵敏度均匀性。
图5是举例说明槽形线圈10a和10b之间的另一种连接的透视图。
这里，槽形线圈10a和10b并联连接。所述各线圈可以代之以象这样并联地连接。
如图6中所示，可以用传统的接收信号处理电路5000来处理在圆柱形相控阵线圈100处接收到的接收信号。
接收信号处理电路5000包括低输入阻抗前置放大器LA1、LA2、LA3和LA4，用来放大在相对的线圈组10、20、30和40处接收到的相应的接收信号；变换电路RC1、RC2、RC3和RC4，用来进行频率变换和模数变换；以及计算电路PS，用来对数字化的信号进行数字运算。
参考符号a1、a2、a3和a4表示用来引出在相对的线圈组10、20、30和40处接收到的接收信号的λ/2电缆。
相控阵线圈100在由槽形线圈10a,...,40b包围的圆柱形内部空间区域中提供高灵敏度均匀性。此外。由于在槽形线圈10a,...,40b之间没有相互影响，所以，可以获得高信噪比。
第二实施例图7是根据本发明第二实施例的接收信号处理电路的方框图。
接收信号处理电路1000包括低输入阻抗前置放大器LA1、LA2、LA3和LA4，用来放大在相控阵线圈100的相对的线圈组10、20、30和40处接收到的相应的接收信号；第一正交混合电路QH1，用来对在隔开90°的相对的线圈组10和30处接收到的接收信号进行正交合成；第二正交混合电路QH2，用来对在隔开90°的相对的线圈组20和40处接收到的接收信号进行正交合成；第一变换电路RC1，用来对已经通过第一正交混合电路QH1的信号进行模数变换；第二变换电路RC2，用来对已经通过第一正交混合电路QH2的信号进行模数变换；以及计算电路PS，用来对数字化后的信号进行数字运算。
由于接收信号处理电路1000在把信号输送到变换电路RC1和RC2之前对来自两个相对的线圈组10和30的接收信号进行正交合成，并且，对来自两个相对的线圈组20和40的接收信号进行正交合成，所以，仅仅需要两个变换电路RC1和RC2，从而降低了总的成本。
第三实施例图8是举例说明根据本发明第三实施例的接收信号处理电路的方框图。
接收信号处理电路2000包括第一正交混合电路QH1，用来对在隔开90°的相对的线圈组10和30处接收到的接收信号进行正交合成；第一低阻抗前置放大器LA1，用来放大已经通过第一正交混合电路QH1的信号；第一阻抗变换电路CV1，用来在第一正交混合电路QH1和第一低阻抗前置放大器LA1之间进行阻抗变换；第一变换电路RC1，用来对已经通过第一低阻抗前置放大器LA1的信号进行频率变换和模数变换；第二正交混合电路QH2，用来对在隔开90°的相对的线圈组20和40处接收到的接收信号进行正交合成；第二低阻抗前置放大器LA2，用来放大已经通过第二正交混合电路QH2的信号；第二阻抗变换电路CV2，用来在第二正交混合电路QH2和第二低阻抗前置放大器LA2之间进行阻抗变换；第二变换电路RC2，用来对已经通过第二低阻抗前置放大器LA2的信号进行频率变换和模数变换；以及计算电路PS，用来对数字化后的信号进行数字运算。
由于接收信号处理电路2000在把信号输送到变换电路RC1和RC2之前对来自两个相对的线圈组10和30的接收信号进行正交合成，并且，对来自两个相对的线圈组20和40的接收信号进行正交合成，所以，仅仅需要两个变换电路RC1和RC2。
第四实施例图9是举例说明根据本发明第四实施例的接收信号处理电路的方框图。
接收信号处理电路3000是这样构成的，以便能够借助于开关s1-s7在图6的接收信号处理电路5000和图7的接收信号处理电路1000之间切换，并且，能够采用造影剂(contrast agent)检测线圈50。
当开关s1-s7象图9中的实线所示那样切换时，在相控阵线圈100的相对的线圈组10、20、30和40处接收到的接收信号通过低输入阻抗前置放大器LA1、LA2、LA3和LA4，被输送到变换电路RC1、RC2、RC3和RC4，然后，被输送到计算电路PS。
另一方面，当开关s1-s7象图9中的虚线所示那样切换时，在相控阵线圈100的相对的线圈组10和30处接收到的接收信号被第一正交混合电路QH1正交合成，并且，合成后的信号通过阻抗变换电路CV1和低阻抗前置放大器LA1，被输送到变换电路RC1，然后，被输送到计算电路PS。在相控阵线圈100的相对的线圈组20和40处接收到的接收信号被第二正交混合电路QH2正交合成，并且，合成后的信号通过阻抗变换电路CV2和低阻抗前置放大器LA2，被输送到变换电路RC2，然后，被输送到计算电路PS。同时，在造影剂(contrastagent)检测线圈50处接收到的信号通过低阻抗前置放大器LA3，被输送到变换电路RC3，然后，被输送到计算电路PS。
可以按照需要适当地切换接收信号处理电路3000，例如，当要求高信噪比时，可以把它作为4通道相控阵，或者，当要使用造影剂(contrast agent)检测线圈50时，可以把它作为2通道相控阵。
第五实施例图10是举例说明根据本发明第五实施例的椭圆柱形相控阵线圈的说明性的视图。
椭圆柱形相控阵线圈200包括装配成椭圆柱形的四个相对的线圈组(10a,10b)、(20a,20b),(30a,30b)和(40a,40b)。
由于椭圆柱形相控阵线圈200中相对的线圈组(20a,20b)和(40a,40b)不是正交的，所以，应当使用低输入阻抗放大器来消除它们之间的相互影响。相拉阵线圈200具有提供与人体的下腹部形状一致的灵敏区域的优点。
第六实施例图11是举例说明根据本发明第六实施例的直线形相控阵线圈的说明性的透视图。
直线形相控阵线圈300包括包括彼此相对的一对扁平的平面型线圈10a和10b的相对的线圈组10；包括彼此相对的一对扁平的平面型线圈20a和20b的相对的线圈组20；包括彼此相对的一对扁平的平面型线圈30a和30b的相对的线圈组30；以及包括彼此相对的一对扁平的平面型线圈40a和40b的相对的线圈组40；这些相对的线圈组沿着想象的线排列。
由于直线形相控阵线圈300任何给定的相对的线圈组与除了相邻的相对线圈组之外的相对线圈组相互影响，所以，应当利用低输入阻抗放大器来消除这种影响。直线形相控阵线圈300具有提供与待成象的物体部位的形状一致的比较自由的形状的灵敏区域的优点。
第七实施例图12是举例说明根据本发明第七实施例的磁共振成象装置80的配置的方框图。
在磁共振成象装置80中，磁体组件81具有物体位于其中的空间部分(孔)。围绕该空间部分设置有主磁场线圈，用来把恒定的主磁场加到物体上；梯度磁场线圈，用来产生梯度磁场(它包括X轴、Y轴和Z轴线圈)；发射线圈，用来施加激发物体中原子核自旋的射频脉冲；以及接收线圈，用来检测来自物体的NMR(核磁共振)信号。接收线圈包括图1的相控阵线圈100和图9的造影剂(contrastagent)检测线圈50。主磁场线圈，梯度磁场线圈和发射线圈分别连接到主磁场电源82、梯度磁场驱动电路83和射频功率放大器84。相控阵线圈100和造影剂(contrast agent)检测线圈50连接到接收信号处理电路3000’，后者从图9的接收信号处理电路3000中排除计算电路PS。计算机86起计算电路PS的作用，并且，计算机86和接收信号处理电路3000’一起构成接收信号处理电路3000。
响应来自计算机86的指令，序列存储电路87基于诸如自旋回波法中的脉冲序列而操作梯度磁场驱动电路83，以便从磁体组件81的梯度磁场线圈产生梯度磁场。序列存储电路87还操作门调制电路88，以便把来自射频振荡电路89的高频输出信号调制成具有预定的时序和包络线的脉冲状信号。所述脉中状信号被作为射频脉冲输送到射频功率放大器84并且在射频功率放大器84中被功率放大。然后，把功率放大后的信号加到磁体组件81中的发射线圈，以便有选择地激励所需要的层片区。
接收信号处理电路3000’把在相控阵线圈100和造影剂(contrast agent)检测线圈50处从物体上检测到的核磁共振(NMR)信号放大，参考作为基准信号的来自射频振荡电路89的输出信号，对所述信号进行频率变换，然后对该信号进行模拟-数模-数字(A-DA-D)变换，以便把数字化后的信号输送到计算机86。
计算机86起图9的接收信号处理电路3000的计算电路PS的作用。计算机86利用来自造影剂(contrast agent)检测线圈50的接收信号选择时序，从来自相控阵线圈100的接收信号采集k空间中所有视图用的数据，并且进行图象重构操作，以便产生磁共振(MR)图象。在显示装置85上显示磁共振图象。
所述计算机还进行总体控制，包括接收从操作员控制台输入的信息。
由于磁共振成象装置80采用具有高灵敏度均匀性和高信噪比的相控阵线圈100，所以，可以拍摄高质量的图象。
其它实施例根据本发明的其它相控阵线圈包括这样的相控阵线圈，它包括多个相对的线圈组，每个线圈组包括一对彼此相对的、由弯折成钝角的扁平的平面型线圈构成的、其线圈表面部分地与相邻线圈的线圈表面重叠的弯折的平面型线圈，这些线圈组围绕待装配成大体上角形柱体形(例如八角柱体形)的虚角形柱体的中心轴排列。
此外，例如，可以通过把扁平的平面型线圈、曲面形平面型线圈和弯折形平面型线圈适当地组合，构成肘角形(elbow-shaped)直线型相控阵线圈。
可以在不脱离本发明精神和范围的情况下构成本发明的范围广泛的许多不同的实施例。显然，除了后附的权利要求书中所定义的之外，本发明不限于说明书中所描述的特定的实施例。
权利要求
1．一种阵列线圈，它包括两组或者两组以上相对的线圈，每组线圈包括一对彼此相对的、其线圈表面与相邻线圈的线圈表面部分地重叠的线圈，所述相对的线圈围绕虚柱体的中心轴排列，从而装配成大体上的柱体形状。
2．如权利要求1中所述的阵列线圈，其特征在于包括四组所述相对的线圈，每组相对的线圈包括一对槽形线圈，后者的凹面彼此相对并且其线圈表面与相邻的线圈的线圈表面按照所述线圈表面的表面积的10％重叠，所述槽形线圈以45°的角向间隔围绕虚圆柱体的中心轴排列，从而装配成大体上的圆柱形。
3．一种阵列线圈，它包括多组相对的线圈，每组相对的线圈包括一对彼此相对的、其线圈表面与相邻(各)线圈的(各)线圈表面部分地重叠的平面型线圈，所述平面型线圈沿着想象的线排列。
4．一种用来处理在权利要求2中所述的阵列线圈的相对的线圈组处接收到的接收信号的接收信号处理电路，该电路包括第一正交合成装置，用来将由相对的线圈组的第一组合接收到的接收信号正交合成；第二正交合成装置，用来将由相对的线圈组的第二组合接收到的接收信号正交合成，定义相对的线圈组的所述第一和第二组合的方法是通过把彼此隔开90°的各线圈组结合成一个组合来把所述四个相对的线圈组分成两个组合；第一变换装置，用来对已经通过所述第一正交合成装置的信号进行模数变换；第二变换装置，用来对已经通过所述第二正交合成装置的信号进行模数变换；以及计算装置，用来对数字化后的信号进行数字运算。
5．包括权利要求1至3的任何一个中所述的阵列线圈，或者包括权利要求2中所述的阵列线圈和权利要求4中所述的接收信号处理电路的磁共振成象装置。
全文摘要
为了提供具有高均匀灵敏度区的相控阵线圈,包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈10a和10b的相对的线圈组10、包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈20a和20b的相对的线圈组20、包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈30a和30b的相对的线圈组30、和包括其凹形表面彼此相对的一对槽形线圈40a和40b的相对的线圈组40以45°的角向间隔围绕虚柱体的中心轴J排列,同时,每个线圈按照线圈表面积的10%与相邻的线圈重叠,从而装配成大体上的柱形。
文档编号G01R33/34GK1236895SQ99107028
公开日1999年12月1日 申请日期1999年5月20日 优先权日1998年5月20日
发明者奈部谷章 申请人:通用电器横河医疗系统株式会社