专利名称：用于磁共振成像的包括至少一个偶极子天线的天线阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于磁共振成像的偶极子天线的设计。
背景技术：
磁共振成像(MRI)扫描器使用静态磁场对准原子的核自旋，作为产生患者身体内图像的流程的一部分。这种静态磁场被称为~场。众所周知，增大用于执行MRI扫描的Btl 场的强度提供了提高诊断图像的空间分辨率和对比分辨率的机会。在分辨率和对比度方面的这种提高有益于医师使用MRI图像对患者进行诊断。在MRI扫描期间，发射线圈生成的射频(RF)脉冲令局部磁场发生扰动。这些扰动被称为B1场。B1场用于操控核自旋的取向。实际用于操控核自旋取向的B1场的部分是B1+ 场。核自旋发射的RF信号由接收线圈探测。这些RF信号用于构造MRI图像。这些线圈也可以称为天线。此外，还可以将发射线圈和接收线圈集成到执行两种功能的单一收发线圈中。应当理解，使用收发线圈这一术语还指使用分立的发射线圈和接收线圈的系统。然而，增大所使用Btl场强度的技术挑战在于，随着Btl场增大，生成B1+场所需的电磁波频率也随之增大。常规的MRI收发线圈是共振的并且依赖近场辐射来生成B1+场。随着频率增大，近场变成限于越来越小的区域。为了对受检者体内深处的区域成像，可能使受检者的表面区域暴露于可能会使组织过热的辐射水平。术语比吸收率(SAR)是组织中单位质量吸收的射频功率，并且是这种过热的度量。需要在Btl场增大时限制受检者体内SAR的 MRI收发线圈。美国专利申请公开US 2009/0015256A1披露了结合环形线圈使用带状线 (stripline)导体以形成积分探测器。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供了天线阵列、射频系统、计算机程序产品和磁共振成像系统。在从属权利要求中给出了本发明的实施例。磁共振(MR)成像中的常规射频(RF)发射线圈为“近场”天线。这些天线在天线周围近场区域中存储磁场(和电场)能量，导致高水平的ΒΛ这一区域在天线周围延伸大约四分之一波长(λ /4)，其对应于1. 5Τ成像为大约20cm和3T成像为10cm。然而，在7特斯拉(Tesla)，近场仅延伸到受检者体内km。用于MR成像的许多感兴趣区域可能位于“近场”区域外部。在“远场”区域中生成B1+时，共振天线效率极低。为了解决这一问题，本发明的实施例提供了不同种类的天线，其被称为“辐射天线”。这种天线用在RF高热领域中。 除了在近场区域中聚焦能量之外，设计天线，使得能量将从其源辐射开，导致在超过四分之一波长深度处生成A+的效率更高。利用身体周围带状阵列中若干这些元件，与个体元件的相位-幅度引导组合，能够提高B1+水平和B1+均一性两者。辐射天线能够向人体内部区域发射较高水平的ΒΛ因此，它们还将对从身体拾取信号更为敏感。这使得它们成为用于发射和接收两者的RF线圈阵列的适当元件。对于这两种应用，身体周围具有若干这些元件的带状线圈阵列与元件的相位-幅度引导组合使用。通过这种方式，能够操控身体内的RF干扰模式以避免感兴趣区域中出现信号间隙，所述信号间隙将减小辐射元件固有提供的增益。这里介绍的辐射天线设计能够在宽的频率范围上工作，为多核MRI提供有前景的功能性。本发明的实施例可以具有以下优点对于极高场强下的MR成像，辐射天线能够向身体的更深部分中发射更高(相对于偶极子)的信号电平。降低了受检者表面处的比吸收率(SAR)水平，因为与传统设计相比，对于辐射天线而言，感兴趣点处的B1+水平与表面处SAR水平的比例更好。由于降低了表面SAR，辐射天线还更适于在受检者内部递送治疗水平的RF，例如， 用于热激活给药。辐射天线元件的阵列允许多发射方法，其中可以通过改变元件的相位和幅度控制 RF干扰模式。通过这种方式，可以从目标区域去除信号间隙。本发明方便了 7特斯拉下对前列腺的更为有效的MR波谱分析。一旦解决了从更深/位于更深处区域获得信号的RF挑战，这有希望变成有价值的工具，以表征和/或区分肿瘤组织。尽管这里给出前列腺癌作为范例，一旦解决了 RF挑战，很多其他肿瘤部位也适于利用MR波谱进行检查。由于全世界范围内癌症的发病率越来越高，由MR波谱表征肿瘤组织可能被证明是7特斯拉模态展示受检者临床值的第一范例。针对肿瘤学的7特斯拉应用现在受到身体中RF问题的妨碍。能够应对这些问题的任何技术将来都可能成为MR成像中
的宝贵资产。本发明的宽带属性为多核MRI提供了机会。本发明的实施例提供了一种适于磁共振成像的天线阵列，其中天线阵列包括至少一个元件。每个元件包括具有第一侧和第二侧的衬底。每个元件还包括至少一个偶极子天线。衬底包括电介质材料。所述偶极子天线被附接至衬底的第二侧，并且偶极子天线包括适于将偶极子天线连接到传输线的第一连接。本实施例是有利的，因为可以将这种天线用于发射或接收用于执行磁共振成像的射频波。在另一实施例中，天线阵列具有包括电介质材料的衬底，所述电介质材料具有20和110之间的介电常数。本实施例是有利的，因为能够将天线放置在受检者附近，并且电介质材料降低了将被反射的电磁波的分数(fraction)。 第一连接可以是适于发射射频功率的连接，例如“SMA”或“N”型连接器。第一连接还可以是偶极子天线和传输线之间的硬布线连接。在另一实施例中，在偶极子天线适于发射的最长波长的工作频率下，电介质材料的电导率低于0. lS/m。本实施例是有利的，因为这种电导率允许磁共振成像在电介质中无大损耗的情况下工作。在另一实施例中，衬底为陶瓷。如果陶瓷具有类似于人组织的电导率和介电常数， 本实施例是有利的。这意味着电介质材料匹配人体的电气性质，并降低了来自衬底和受检者之间界面的反射。在另一实施例中，电介质材料的介电常数等于人体的平均介电常数。能够通过多种方式计算人体的平均介电常数。可以计算一组受检者整个身体的平均值或可以计算身体的特定区域的平均值。例如，可以计算一组受检者手部的平均介电常数并可以使用这一平均介电常数。已经论述了匹配衬底的介电常数与人体的介电常数的优点。在另一实施例中，在采集磁共振成像数据期间，所述天线阵列适于从受激励的受检者内部的原子核接收射频信号。本文将磁共振成像数据限定为磁共振成像期间原子核发射的射频信号的度量。在另一实施例中，在采集磁共振成像数据期间，所述天线阵列适于沿着第一侧的方向通过衬底从偶极子天线发射电磁波，用于操控受检者体内的核自旋的取向。本实施例是有利的，因为可以使用电介质来引导电磁波的发射，而且还可以构造电介质，从而降低受检者表面上以及受检者体内的比吸收率。在另一实施例中，选择衬底的厚度以降低受检者内的比吸收率。可以使用近场和远场近似来描述偶极子天线的辐射图(pattern)。术语近场和远场辐射图被理解为参考这些近似值。可以选择足够大的衬底厚度，使得近场仅位于衬底内部，并且因此位于受检者外部。这降低了受检者所暴露于的比吸收率。在另一实施例中，衬底的厚度大于偶极子天线适于发射的最长波长的频率下电介质中波长的八分之一，优选地，衬底的厚度大于偶极子天线适于发射的最长波长的频率下电介质中波长的四分之一。因为已经论述的理由，本实施例是有利的。在另一实施例中，偶极子天线包括两个导电条。沿着轴对准导电条，并且衬底沿着轴延伸超过每个导电条的末端偶极子天线适于发射的最长波长的至少八分之一波长。优选地，衬底沿该轴延伸并超过每个导电条末端偶极子天线适于发射的最长波长的至少四分之一波长。本实施例是有利的，因为偶极子天线的场更好地被电介质材料包含。即，偶极子天线的近场包含在电介质之内。如果电介质过短，那么近场辐射场未包含在电介质之内，当天线在受检者附近时，这会导致高的比吸收率。在另一实施例中，偶极子天线包括两个导电条。沿着轴对准导电条。每个导电条的长度等于电介质材料内部波长的四分之一。通过这种方式，天线在第一侧方向上比在第二侧方向上发射波效率远高得多，因为偶极子天线的总长度现在是电介质而非空气中波长的一半。在另一实施例中，所述天线适于发射至少两种不同频率的电磁波。这是有利的，因为然后可以将天线阵列用于多核核磁共振成像。可以利用天线操控若干不同类型的原子核或者可以利用天线探测它们的信号。在另一实施例中，所述天线还适于发射用于对所述受检者执行射频高热治疗的电磁波。本实施例是有利的，因为可以将天线用于磁共振成像，而且然后还可以将同一天线用于加热组织，以进行高热治疗。这两者的组合是有利的，因为可以利用磁共振成像直接测量组织的温度。通过这种方式，可以利用磁共振成像精确引导和控制高热治疗。在另一实施例中，偶极子天线包括两个导电条。每个导电条为V形，并且将两个导电条附接至衬底，使得两个导电条的V的顶点彼此相邻。本实施例是有利的，因为V形增大了天线尺寸，并且由此增大了天线辐射场的尺寸。然后可以将天线阵列用于对受检者的更大部分进行成像。在另一实施例中，第一侧适于接收受检者。本实施例是有利的，因为可以直接抵靠着受检者放置天线，并且这降低了受检者边界和第一侧处的电磁辐射的反射量。
在另一实施例中，电介质衬底包括流体。在另一实施例中，第二侧适于接收凝胶，便于从第一侧向受检者发射电磁波。这两个实施例都是有利的，因为这降低了在受检者和第二侧之间边界处的反射量。这改善了磁共振成像图像的质量。在另一实施例中，衬底的一部分是粉末化陶瓷。然后将陶瓷放置到衬垫(cushion) 中，然后针对受检者的表面调整所述衬垫。在另一方面中，本发明提供了一种用于磁共振成像系统的射频系统。该射频系统包括根据前述权利要求中的任一项的天线。该射频系统还包括射频生成器，其适于为天线阵列的每个偶极子天线供应具有至少第一频率的射频功率。射频生成器适于控制供应到每个偶极子天线的射频功率的幅度和相位。这是有利的，因为能够控制和调节每个阵列的相位和幅度，以及相位。这能够使受检者内部的仏+场更为均勻并改善B1+场的均一性和水平。 该射频系统还包括一组传输线，其适于连接第一连接和第二连接。该射频系统还包括一组传输线，其适于连接第一连接和第二连接。该射频系统还包括控制系统，其适于控制射频生成器。这一控制系统可以是专用计算机、微控制器或控制系统。还可以将控制系统集成为用于控制磁共振成像系统的计算机系统的一部分。因此，控制系统还能够包括软件成分。在另一实施例中，射频生成器还适于从天线阵列激励的原子核接收射频信号，并且其中，射频生成器是适于从天线阵列接收射频信号的收发器。在另一方面中，本发明的实施例提供了一种计算机程序产品，其包括用于在射频系统的控制系统上执行的机器可执行指令。该机器可执行指令包括以下步骤调节每个偶极子天线从射频生成器接收到的射频能量的幅度，以便提高受检者内部B1+场的均一性水平，以及调节每个偶极子天线从所述射频生成器接收到的射频能量的相位，以便提高受检者内部B1+场的均一性水平。本实施例是有利的，因为提高受检者内部B1+场的水平和/或均一性改善了使用磁共振成像采集的图像的质量。在另一方面中，本发明的实施例提供了一种适于采集磁共振成像数据的磁共振成像系统。该磁共振成像系统包括用于生成对原子核的磁自旋进行取向的磁场的磁场生成装置(means)；根据本发明实施例的射频系统；用于对所述原子核中的磁自旋的取向进行空间编码和操控的磁场梯度线圈；用于向梯度线圈的磁场供应电流的磁场生成线圈电源；以及用于根据所述磁共振成像数据重建图像的第二控制系统。该射频系统的完整系统和磁共振成像系统的第二控制系统可以是相同的。它们也可以是分立的控制系统，但可以共享在共享计算机上的软件成分。
在下文中，将仅通过举例的方式并参考附图描述本发明的优选实施例，在附图中图1示出了根据本发明实施例的天线元件的图示；图2示出了根据本发明实施例的射频系统的功能图；图3示出了根据本发明另一实施例的射频系统的功能图；图4示出了根据本发明实施例的天线阵列的实施例的图示；图5示出了根据本发明实施例的磁共振成像系统的功能图6示出了根据本发明另一实施例的射频系统的功能图；图7示出了针对根据本发明的计算机程序产品的实施例的机器可执行步骤；图8示出了根据本发明另一实施例的天线元件的图示；图9示出了根据本发明另一实施例的天线元件的图示；图10示出了体模(phantom)中模拟的比吸收率水平的图示；图11根据衬底厚度示出了最大比吸收率和B1+值的图示；图12示出了根据本发明偶极子天线的实施例；图13示出了一系列曲线图，其示出了将根据本发明实施例的偶极子天线与常规辐射天线比较的模拟结果；图14示出了根据本发明实施例的偶极子天线和常规辐射天线的实数阻抗值和虚数阻抗值的图示；图15示出了使用根据本发明实施例的偶极子天线采集的磁共振成像图像的范例。附图标记列表
100天线元件
102衬底
104第一侧
106第二侧
108偶极子天线
110第一连接
200天线阵列
202射频生成器
204控制系统
206传输线
208受检者的横截
302射频生成器
304控制系统
306传输线
308受检者的横截
310天线元件
408受检者
410天线元件
412束带
414受检者支撑物
502射频电源
506传输线
508受检者
516偶极子天线
518衬底
520磁场梯度线圈
522磁场梯度线圈电源
524计算机系统
526硬件接口
528微处理器
530计算机程序产品
532图像重建模块(module)
534射频电源控制模块
536用户接口
540天线阵列
542成像区
544磁场装置
600接收信道
602发射信道
604矢量调制器
606发射放大器
608接收放大器
610发射或接收开关
612求积混合式功率转向器和组合器
614传输线
616天线元件
618受检者的横截面
802衬底
806第二侧
810第一连接
850导电条
902衬底
906第二侧
952第一导电条
954第二导电条
956电流流动的方向
958电场的方向
960电磁波行进的方向
962磁场线的位置和方向
1000末端长度小于四分之一波长的衬
1002末端长度为四分之一波长的衬底
1004偶极子天线的导电条
1006表示比吸收率的色标
1100厚度
1102最大比吸收率
1104Bl+
1202衬底
1204“V”形导电条
1300深度
1302任意单位的Bl+
1304任意单位的比吸收率
1306Bl+除以任意单位的最大比吸收率
1308针对带状线天线的计算
1310针对偶极子天线的计算
1312针对带状线天线和偶极子天线的Bl+分布图
1314针对带状线天线和偶极子天线的Bl+分布图
1316针对带状线天线和偶极子天线的比吸收率分布图
1318针对最大比吸收水平归一化的Bl+分布图
1400单位为MHz的频率
1402单位为欧姆的阻抗
1404带状线天线阻抗的实数分量
1406带状线天线阻抗的虚数分量
1408偶极子天线阻抗的实数分量
1410偶极子天线阻抗的虚数分量
具体实施例方式图1示出了仅包括一个天线元件100的天线阵列的范例。天线元件100包括具有第一侧104和第二侧106的衬底102。在这幅图中的衬底102是块状的，并使用隐藏线示出了内部。第一侧104和第二侧106在块的相对侧。有包括两个条的偶极子天线108，所述条安装在第二侧106上。有附接至两个偶极子天线条的第一连接110。在这一附图中，其被示为螺旋类型射频连接器。一个连接的地被附接至一个条，并且引脚连接附接至另一个条。 可以使用不同类型的射频连接，例如，还可以使用与两条线的屏蔽连接。而且除了使用连接器之外，连接可以是传输线和天线元件之间的硬连接。图2示出了用于磁共振成像系统的射频系统。有一位受检者208，其中天线阵列 200与受检者208的表面相邻。在这一附图中，天线阵列仅包括一个元件。有一条传输线 206，其将天线阵列200连接到射频生成器202。射频生成器产生射频能量，所述射频能量能够控制施加到天线阵列200的相位和幅度。射频生成器受到控制系统204的控制。图3示出了类似于图2中所示的射频系统，只是在这种情况下，构成天线阵列的有更大数量的天线元件310。最后两个数位相同的元件与图2中所示的元件相同或执行相同的功能。先前已论述的元件在这幅图的描述中不必再次论述。在这幅图中，天线阵列包含八个天线元件310。每个天线元件310可以包括一个或多个完整的天线。每个天线元件310 具有其自身的传输线306，传输线306将其连接到射频生成器302。射频生成器能够独立地控制施加到每个天线元件的射频的幅度和相位。如在前面图中那样，控制系统304控制射频生成器302。图2和3中的天线元件可以通过各种不同的方式固定就位。可以将它们嵌入到诸如衬垫、受检者支持物的载体中，或者可以将它们集成到能够放置于受检者身上或周围的带状阵列中或衬底中。图4示出了位于受检者支撑物414上的受检者408的范例。通过束带412将天线元件410保持在受检者408周围。容易在磁共振成像磁体的膛内放置佩戴这种天线阵列的受检者408。在这一实施例中，为每个元件提供具有可控相位和幅度的RF信号，以供发射。 为了进行接收，在系统中独立存储每个元件的信号，用于同步处理或后期处理。然而，在其他实施例中，元件的任何对准都是可能的。例如，使用像阵列那样的若干束带以增大纵向方向上的视场。对于心脏成像，可以在胸部前方和后方放置两个阵列。如果衬底包括流体，那么其他方案可能变得可行。在其他实施例中，每个衬底和/或元件若干偶极子天线是可能的。图5示出了根据本发明实施例的磁共振成像系统的实施例。受检者508坐在受检者支撑物514上。受检者支撑物514在圆柱形磁场装置544的膛之内。磁场装置生成足以采集成像区M2内的磁共振成像图像的磁场。磁场装置544可以是永磁体、电磁体或超导磁体。磁场装置544可以是具有膛的圆柱形磁体，膛适于容纳受检者，或者可以是分离的磁体设计，具有两个彼此共轴相邻的圆柱形磁体。该磁场装置还可以是分离的线圈或所谓的开放磁体设计。磁体膛的内部还有磁场梯度线圈520，磁场梯度线圈520被连接到磁场梯度电源522。与受检者508相邻的是根据本发明实施例的天线阵列M0。在本范例中，衬底 518具有两个偶极子天线516。有一条传输线506将每个偶极子天线516连接到射频电源 502。射频电源502和磁场梯度电源522被连接到计算机系统524的硬件接口 526。硬件接口 5 适于控制这两件硬件。计算机系统包括微处理器528，其适于执行计算机程序产品530。在本范例中，计算机程序产品包括重建模块532和射频电源控制模块534，重建模块532用于获取磁共振成像数据并构建磁共振图像。在本范例中，微处理器控制射频电源 502。计算机系统5M还包括用户接口 536，其可以由操作员用于控制磁共振成像系统。图6示出了用于磁共振成像系统的射频系统的实施例。有两个发射信道602和两个接收信道600。两个发射信道都输入到矢量调制器604。矢量调制器604用于调节两个发射信道602的相位。在矢量调制器604之后，每个发射信道都通过放大器606。放大器606 放大并调节信号用于输出。每个放大器606都连接到发射或接收开关610。利用发射或接收开关610，可以将系统用于发射和接收RF信号，以执行磁共振成像。每个接收信道600都连接到放大器608的输出。放大器用于隔离、调节和放大在磁共振成像期间接收到的射频信号。放大器608均连接到发射或接收开关610。然后，每个发射或接收开关610都连接到求积混合式功率转向器和组合器612。求积混合612用于经由传输线614将每个信号连接到两个天线元件616。每个天线元件616都具有其自身的传输线614，传输线614将其连接到求积混合612。在这一附图中，构成天线阵列的有四个天线元件616。针对每个信道有两个天线元件616。天线元件616位于受检者618的传输截面附近。图7示出了根据本发明的方法的实施例。第一步是针对每个偶极子天线调节RF 幅度，以提高B1+场700的水平和均一性。第二步是针对每个偶极子天线调节RF相位，以提高&+场702的水平和均一性。通过控制多个天线元件的相位和幅度，可以使A+场更加均勻和均一。这提高了磁共振成像图像的图像质量。
图8示出了根据本发明实施例的偶极子天线的构造细节。有具有第二侧806和第一侧的衬底802。在本图中未示出第一侧。由两个导电条850构造出偶极子天线。每个导电条都具有第一连接810。第一连接810应该连接到匹配且平衡的电源。选择导电条850， 使得它们的长度是希望发射到电介质衬底802中的波的波长的四分之一波长。在图8中，示出了天线元件的示意性设计将包含两个导电杆的偶极子天线放置成与高电容率、低导电率电介质衬底相邻。衬底的厚度应该大约为电介质中的λ/4，其中 λ是电磁波的波长。然后与受检者相邻放置电介质。对于最佳的B1YSAR比例，对于感兴趣的中心频率，每个导电棒的长度应当等于电介质中的λ/4。通过这种方式，天线阻抗是实数的，并优化天线以将信号发射到受检者的方向中，这使得在后向上发射的辐射最小化。电介质衬底的长度应当等于导电条的长度的至少两倍，以确保电介质内部在条的末端处保持高E场。否则，如下面在图10中所示，受检者体内发生高的SAR水平。图9示出了根据本发明实施例的天线元件如何发射行进波的范例。有包括电介质材料的衬底902。有第二侧906和在该图中不可见的第一侧。有第一导电条952和第二导电条954。在第一导电条952上有正电压，而在第二导电条卯4上有负电压。在向这两个条上施加交流射频电流时，这些条上的电势发生变化，并且电流来回流动。矢量956示出了当导电条952为正而导电条954为负时的电流流动方向。箭头958示出了电场的方向。由圆 962示出了磁场线的位置和取向。这种布置诱发从第二侧906通过电介质衬底902向第一侧发射的电磁波。利用箭头960示出了这一行进波的方向。设计图9所示的天线，使得能够有效率地激励平面行进波。这需要生成彼此正交并与行进波方向正交的磁场和电场。图9示出，所提出的天线满足这些要求。在电介质衬底中生成这种波，以防止近场SAR峰值对组织加热。电介质的电容率应当等于界面处的人组织，并且电导率应当尽可能低。图10示出了人模(ε ^ = 50，ο = 0. 6)中模拟的比吸收率水平的范例，其中衬底长度为IOcm和15cm。衬底(ε ^ = 80，σ =0.05)。该图展示出，如果衬底过短，在衬底末尾处SAR水平增大。这一模拟示出了让电介质延伸超过偶极子条至少四分之一波长的益处。示出了这些模拟结果。第一模拟结果在衬底1000上方，其中末端延伸超过偶极子天线的导电条1004小于波长的四分之一。第二模拟结果在衬底1002上方，并延伸超过偶极子天线导电条1004四分之一波长或更多。色标1006表示计算的SAR值。以任意单位示出了计算结果。这种模拟表明，延伸衬底超过导电条1004末端至少四分之一波长具有降低SAR 的效果。图11根据衬底厚度1100示出了最大比吸收率1102和B1+值1104。针对IW的递送功率对作为衬底厚度1100的函数的衬底-受检者边界处的SAR水平1102进行归一化。 图11还示出了在15cm深度处的B1+水平。对于这种情况，图11展示出，在没有近场进入受检者体内时，衬底的最小厚度为2. 5cm，即在7泰斯拉并且ε (epsilon)为90下是λ/4。 曲线1102指示最大SAR水平。这一值随着衬底厚度增大而升高。在实践中，如果衬底因为与最近邻元件耦合衬底而变得过厚，将会出现问题。图12示出了根据本发明的偶极子天线的实施例。两个V形导电条1204被示为安装在电介质衬底1202上。V条的顶点(point)指向第一连接1210的方向。对于天线的实际实现，衬底的电容率仅需近似等于身体的电容率。适当的衬底是蒸馏水(水的电容率为80，肌肉组织的电容率为60)。然而，水的缺点是其生成MR信号。 更好的解决方案将是使用油脂O^mblin)作为具有低导电率的高ε流体，其不生成MR信号。如果受检者的皮肤表面在感兴趣区域中是柔性的，那么更方便的解决方案是使用陶瓷材料。可以将它们形成满足条件的任何预期的形状，同时通过向皮肤上轻轻按压所述元件来确保良好的连接。如果元件连接地不够紧密，水状凝胶(高电容率)将确保电磁波的传输。通过将导电条切割成V形，诸如图12中所示，可以改善(加宽)横向发射分布图。图13示出了模拟，所述模拟示出了根据本发明实施例的偶极子天线与常规带状线磁共振成像天线的比较。轴1300示出了人模中以厘米为单位的深度。轴1302是任意单位的B1+场。标记为1304的轴以任意单位示出了比吸收率。轴1306示出了由任意单位的最大比吸收率归一化的B1+场。标记为1308的实线是带状线天线的结果。带有虚线并标记为1310的那些是偶极子天线的结果。曲线图1312示出了针对偶极子天线和带状线元件的 B1+分布图。曲线图1314示出了与图1312相同的数据，但深度范围被缩放。曲线图1316示出了针对偶极子天线和带状线元件的比吸收率分布图，而曲线图1318示出了归一化到最大比吸收率水平的B1+分布图。已经通过fdtd(有限差分时域)模拟表征了辐射天线的性能。在图13的曲线图 1312中，连同带状线元件的发射B1+分布图一起提供了偶极子天线的发射B1+分布图。在图 13的曲线图1316中，提供了两个天线的SAR深度的分布。参考图13的曲线图1314，尽管对于带状线元件而言，近场区域中的A+更高，但对于偶极子天线，在超过5cm的深度处B1+ 增益更高。在IOcm的深度处，偶极子天线在组织中实现了高出20%水平的ΒΛ如果考虑每单位最大B1+水平，该比较变得更好。在图中的曲线图1318中示出了这种情况。图14示出了从本发明和常规带状线天线的模拟获得的针对偶极子天线的实数和虚数阻抗值。其示出了加载有％ = 75和σ =0.5的人模的偶极子和带状线天线的实数和虚数阻抗值。轴1400是单位为兆赫兹的频率，而轴1402是单位为欧姆的阻抗。曲线1404 示出了带状线的阻抗的实数分量，1406示出了带状线天线的阻抗的虚数部分。曲线1408示出了偶极子天线的阻抗的实数分量，而1410示出了偶极子天线的阻抗的虚数部分。天线阵列的实施例相对于常规天线可能具有另一个优点。因为天线不是谐振LC 电路，所以在宽的频率范围上阻抗恒定得多(图14)。这可能导致在多核MRI中的应用，其中将一个辐射或偶极子天线设计用于若干频率。图15示出了使用根据本发明实施例的偶极子天线采集的磁共振成像图像的范例。使用陶瓷衬底、Morgan Electro Ceramics K90和具有两个导电条的简单偶极子天线实现了偶极子天线的原型版本。偶极子天线经由匹配网络连接到传输线以将天线阻抗转换成50欧姆。在胶质人模上测试天线之后，温度测量和MR温度测定表明，偶极子天线与常规带状线天线相比确实导致更小的温度升高。此外，在7T下对志愿者前列腺的测量表明，仅仅一个偶极子天线元件恰好能够对身体内部深处成像(图7)。图15 骨盆区域的GRE图像，仅一个偶极子天线元件工作在收发器模式下。
权利要求
1.一种适于磁共振成像的天线阵列O00、540)，其中，所述天线阵列包括至少一个天线元件(100、310、410、616)，其中，每个天线元件包括-具有第一侧(104)和第二侧(106,806,906)的衬底(102、518、802、902、1000、1002、 1202)，其中，所述衬底包括电介质材料，尤其是陶瓷材料，-至少一个偶极子天线(108、516、850、952、954、1004、1204)，其中，所述偶极子天线附接至所述衬底的所述第二侧，其中，所述偶极子天线包括适于将所述偶极子天线连接到传输线(206,306,506,614)的第一连接(110,1210)
2.根据权利要求1所述的天线阵列，其中，所述电介质材料的介电常数介于20和110 之间，和/或在所述偶极子天线适于发射的最长波长的工作频率下所述电介质材料的电导率低于0. lS/m。
3.根据权利要求1或2所述的天线阵列，其中，所述电介质材料的介电常数等于人体的平均介电常数。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的天线阵列，其中，在采集磁共振成像数据期间， 所述天线阵列适于从受激励的受检者内部的原子核接收射频信号。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的天线阵列，其中，在采集磁共振成像数据期间， 所述天线阵列适于在所述第一侧的方向(960)上通过所述衬底从所述偶极子天线发射电磁波，用于操控受检者内部的核自旋的取向。
6.根据权利要求5所述的天线阵列，其中，所述衬底的厚度大于在所述偶极子天线适于发射的电磁波的最长波长的频率下所述电介质中波长的八分之一，优选地，所述衬底的厚度大于在所述偶极子天线适于发射的所述电磁波的最长波长的频率下所述电介质中波长的四分之一。
7.根据权利要求5或6所述的天线阵列，其中，所述偶极子天线包括两个导电条(952、 954、1004、1204)，其中，所述导电条沿轴对准，其中，所述衬底沿着所述轴延伸超过每个所述导电条的末端所述偶极子天线适于发射的所述最长波长的所述电介质材料中波长的至少八分之一，优选地，所述衬底沿所述轴延伸超过每个所述导电条的末端所述偶极子天线适于发射的所述最长波长的至少四分之一波长。
8.根据权利要求5到7中的任一项所述的天线阵列，其中，调谐每个天线元件的偶极子天线以发射具有第一频率的电磁波，并且其中，所述偶极子天线包括两个导电条，其中，选择所述条的长度，使得每个条的长度是所述电介质中在第一频率下所述电磁波的所述波长的四分之一。
9.根据权利要求5到8中的任一项所述的天线阵列，其中，所述天线适于发射至少两种不同频率的电磁波。
10.根据权利要求9所述的天线阵列，其中，所述天线还适于发射用于对所述受检者执行射频高热治疗的电磁波。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的天线阵列，其中，所述偶极子天线包括两个导电条，其中，每个导电条是“V”形的(1204)，并且其中，所述两个导电条附接至所述衬底，使得两个导电条的“V”的顶点彼此相邻。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的天线阵列，其中，所述第一侧适于接收受检者和/或所述第一侧适于循着所述受检者的轮廓和/或所述电介质衬底包括流体和/或所述第一侧适于接收凝胶，所述凝胶便于从所述第一侧向所述受检者发射电磁波。
13.一种用于磁共振成像系统的射频系统，包括-根据前述权利要求中的任一项所述的天线阵列(200540)，-射频生成器002、302)，其适于为所述天线阵列的每个偶极子天线供应至少具有第一频率的射频功率，其中，所述射频功率是通过第二连接供应的，其中，所述射频生成器适于控制供应到每个偶极子天线的所述射频功率的幅度和相位，-一组传输线O06、306、506)，其适于连接到所述第一连接和所述第二连接， -控制系统O04、304、5M、534)，其适于控制所述射频生成器。
14.一种计算机程序产品，包括机器可执行指令，其用于在根据权利要求15所述的射频系统的控制系统上执行，所述机器可执行指令包括以下步骤-调节每个偶极子天线从射频生成器接收到的射频能量的幅度(700)，以便提高所述受检者之内B1+场的水平和均一性，-调节每个偶极子天线从射频生成器接收到的射频能量的相位(702)，以便提高所述受检者之内B1+场的水平和均一性。
15.一种适于采集磁共振图像数据的磁共振成像系统，包括-磁场生成装置(544)，其用于生成对原子核的磁自旋进行取向的磁场， -根据权利要求15所述的射频系统(502、506、Μ0)，-磁场梯度线圈(520)，其用于对所述原子核的磁自旋的取向进行空间编码和操控， -磁场梯度线圈电源(522)，其用于向所述磁场梯度线圈供应电流， -第二控制系统(5对、532)，其用于根据所述磁共振成像数据重建图像。
全文摘要
一种适于磁共振成像的天线阵列，其中，天线阵列包括至少一个天线元件，其中，每个天线元件包括-具有第一侧和第二侧的衬底，其中，所述衬底包括电介质材料；-至少一个偶极子天线，其中，所述偶极子天线附接至衬底的第二侧，其中，所述偶极子天线包括适于将偶极子天线连接到传输线的第一连接。
文档编号H01Q1/38GK102356513SQ201080012545
公开日2012年2月15日 申请日期2010年3月17日 优先权日2009年3月20日
发明者A·J·E·拉伊马克斯, C·A·T·范登贝尔赫, C·波桑齐尼, J·J·W·拉任戴克, P·R·哈维 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司