專利名稱：多元件rf線圈的簡(jiǎn)單去耦，還能夠?qū)崿F(xiàn)去諧和匹配功能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及磁共振技術(shù)。它具體應(yīng)用于磁共振成像線圈和掃描器并具體參考其加以說明。更普遍的，它應(yīng)用于成像、波譜分析等的磁共振系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)設(shè)備通常用于患者的檢查。在MRI中，RF線圈用于在成像對(duì)象內(nèi)產(chǎn)生B1場(chǎng)以激發(fā)原子核自旋，并檢測(cè)來自原子核自旋的信號(hào)。
在一些多通道發(fā)射/接收MRI系統(tǒng)中，將多個(gè)發(fā)射單元中的一個(gè)指定給每一個(gè)RF線圈或線圈段，用于獨(dú)立地調(diào)整要發(fā)射的RF波形的振幅和/或相位和/或形狀；同時(shí)將多個(gè)接收單元中的一個(gè)指定給每一個(gè)RF線圈或線圈段。更具體的，將要發(fā)射的RF波形的獨(dú)立的振幅和/或相位和/或形狀用于補(bǔ)償檢查對(duì)象中的介質(zhì)共振，或用于激發(fā)并優(yōu)化預(yù)期的激發(fā)模式，或用于縮短發(fā)射脈沖長(zhǎng)度，例如在Tramsmit SensE中。
將幾個(gè)RF發(fā)射器幾乎彼此對(duì)齊的排列，導(dǎo)致了在天線或線圈元件之間的互耦合。在耦合的天線元件中的電流的相位和振幅變得相互關(guān)聯(lián)。在RF發(fā)射通道中交換能量。
用于補(bǔ)償互耦合的一個(gè)方法是使用被動(dòng)去耦網(wǎng)絡(luò)。被動(dòng)去耦方法對(duì)于有限數(shù)量的線圈是可利用的有效方式，因?yàn)閷?duì)于大量通道來說，電容和/或電感元件的確定變得相當(dāng)困難。另外，僅能夠?yàn)轭A(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載確定并裝配去耦和匹配網(wǎng)絡(luò)，該標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載不一定是實(shí)際的負(fù)載。在較強(qiáng)的場(chǎng)中，在負(fù)載中的小變化就會(huì)對(duì)元件的去耦產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。在被動(dòng)去耦網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)問題包括連接器的寄生電容和電感的存在，這會(huì)導(dǎo)致不想要的共振。
本申請(qǐng)?zhí)峁┝诵碌募案倪M(jìn)的方法和設(shè)備，其克服了上述及其它的問題。


發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)方面，公開了一種線圈系統(tǒng)。線圈包括線圈元件。所述線圈進(jìn)行以下動(dòng)作中的至少一種將射頻激發(fā)脈沖發(fā)射到檢查區(qū)中，以及從檢查區(qū)接收響應(yīng)的射頻脈沖。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括去耦段，每一個(gè)去耦段都具有至少四分之一波長(zhǎng)(或等效物)的選擇的電氣長(zhǎng)度，并電耦合到相關(guān)的線圈元件；以及電抗網(wǎng)絡(luò)，其包括電容器和/或電感器。該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)至少補(bǔ)償在線圈元件之間的磁耦合。
根據(jù)另一個(gè)方面，公開了一種磁共振系統(tǒng)。主磁體產(chǎn)生穿過檢查區(qū)的主磁場(chǎng)。多個(gè)RF發(fā)射器在檢查區(qū)中產(chǎn)生在選擇的偶極子的共振頻率上的RF共振激發(fā)脈沖。多個(gè)RF接收器從檢查區(qū)中的偶極子接收并解調(diào)共振信號(hào)。相鄰于檢查區(qū)布置多個(gè)RF線圈元件。將多個(gè)有效四分之一波長(zhǎng)電纜連接在線圈元件與電抗網(wǎng)絡(luò)之間，這些電纜每一個(gè)都包括RF電纜導(dǎo)體。至少一個(gè)發(fā)射器和/或接收器可以經(jīng)電纜連接到線圈。
一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于每一個(gè)線圈元件都單獨(dú)地與其它線圈元件去耦。
在閱讀并理解了以下的詳細(xì)說明后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到本發(fā)明更多的優(yōu)點(diǎn)。



本發(fā)明可以具體化為不同部件和部件排列，及不同步驟及步驟排列。附圖僅是為了說明優(yōu)選實(shí)施例的，不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明。
圖1是磁共振成像系統(tǒng)的圖示說明； 圖2是TEM線圈的圖示說明； 圖3是包括TEM線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的線圈裝置的圖示說明； 圖4是包括鳥籠線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的線圈裝置的圖示說明； 圖5是包括鳥籠線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)線圈裝置的圖示說明；及 圖6是包括環(huán)形共振器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的線圈裝置的圖示說明。

具體實(shí)施例方式 參考圖1和2，磁共振成像系統(tǒng)8包括掃描器10，其包括定義了檢查區(qū)14的外殼12，在外殼12中，在患者支撐物或床18上放置了患者或其它成像對(duì)象16。放置在外殼12中的主磁體20在檢查區(qū)14中產(chǎn)生主磁場(chǎng)B0。通常，主磁體20是由低溫圍帶24圍繞的超導(dǎo)磁體；然而，也可以使用電阻性或永久性的主磁體。設(shè)想了不同B0磁場(chǎng)，例如3T或7T，在3T的B0磁場(chǎng)中質(zhì)子具有128MHz的共振頻率，在7T的B0磁場(chǎng)中質(zhì)子具有300MHz的共振頻率。將磁場(chǎng)梯度線圈30布置在外殼12中或之上。以便在檢查區(qū)14內(nèi)將選擇的磁場(chǎng)梯度疊加到主磁場(chǎng)上。將具有圍繞的屏蔽體40的RF線圈系統(tǒng)或裝置34放置在檢查區(qū)14附近。線圈系統(tǒng)34包括一個(gè)或多個(gè)RF線圈36，其每一個(gè)都包括多個(gè)射頻線圈元件、段、環(huán)路或環(huán)箍38，這些射頻線圈元件、段、環(huán)路或環(huán)箍38每一個(gè)都可以具有不同的尺寸和位置。盡管示出了局部頭部線圈，會(huì)意識(shí)到還可以設(shè)想全身線圈、局部表面線圈等。線圈36可以是TEM線圈、鳥籠共振器、環(huán)路共振器裝置等。在示范性實(shí)施例中，線圈36包括位于預(yù)期檢查體積周圍或之中的多個(gè)(n個(gè))元件或段381、382、…，38n。線圈36例如是環(huán)形圓柱狀的，但當(dāng)然可以具有其它幾何形狀，例如橢圓形橫截面、半圓形橫截面、半橢圓形橫截面等。如以下詳述的，包括每一個(gè)都具有選擇的電氣長(zhǎng)度的多個(gè)電纜組件的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)42被耦合到線圈36和電抗網(wǎng)絡(luò)，以便至少將線圈元件38彼此去耦。
繼續(xù)參考圖1，磁共振成像控制器48操作耦合到梯度線圈30上的磁場(chǎng)梯度控制器50，以在檢查區(qū)14中將選擇的磁場(chǎng)梯度疊加到主磁場(chǎng)上，還操作多個(gè)(例如n個(gè))射頻發(fā)射器52，其每一個(gè)都由發(fā)射/接收切換器54耦合到單個(gè)射頻線圈元件381、382、…，38n或一個(gè)段的子集，以便將在磁共振頻率附近上的選擇的射頻激發(fā)脈沖入射到檢查區(qū)14中來成像。對(duì)控制射頻發(fā)射器54分別進(jìn)行控制，并其可以具有不同的相位和振幅。射頻激發(fā)脈沖在成像對(duì)象16中激發(fā)磁共振信號(hào)，該信號(hào)由選擇的磁場(chǎng)梯度來進(jìn)行空間編碼。此外，成像控制器50操作多個(gè)(例如n個(gè))射頻接收器56，每一個(gè)射頻接收器56都單獨(dú)受控制，并由發(fā)射/接收切換器54與線圈系統(tǒng)34的單個(gè)線圈元件381、382、…，38n相連，以解調(diào)接收的空間編碼的磁共振信號(hào)。在使用只發(fā)射和/或只接收線圈的實(shí)施例中，省略了該發(fā)射/接收切換器。在接收或發(fā)射階段之一中去諧這種線圈。不必關(guān)閉或去諧同時(shí)用于發(fā)射和接收的線圈，除了在使用其它線圈時(shí)該線圈還留在掃描器內(nèi)部的應(yīng)用之外。將接收的空間編碼的磁共振數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁共振或MR數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器60中。
重構(gòu)處理器、算法、設(shè)備或其它手段62將存儲(chǔ)的磁共振數(shù)據(jù)重構(gòu)為位于檢查區(qū)14內(nèi)的成像對(duì)象16或其所選部分的重構(gòu)圖像。重構(gòu)處理器62使用傅立葉變換重構(gòu)技術(shù)或與在數(shù)據(jù)采集中所用的空間編碼相一致的其它適當(dāng)?shù)闹貥?gòu)技術(shù)。將重構(gòu)圖像存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器64中，并可以顯示在用戶界面66上，經(jīng)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)傳輸，由打印機(jī)打印，或其它用途。在示出的實(shí)施例中，用戶界面66還能夠允許放射科醫(yī)師或其它用戶與成像控制器50相交換，以便選擇、修改或執(zhí)行成像過程。在其它實(shí)施例中，可以提供單獨(dú)用戶界面，用于操作掃描器10，和對(duì)重構(gòu)圖像的顯示或其它操作。
所述的磁共振成像系統(tǒng)8是說明性實(shí)例。通常，基本上任何磁共振成像掃描器都可以包含所公開的射頻線圈。例如，掃描器可以是開放式磁體掃描器，垂直孔式掃描器，低磁場(chǎng)掃描器，高磁場(chǎng)掃描器等。在圖1的實(shí)施例中，線圈36用于磁共振過程的發(fā)射和接收階段；然而，在其它實(shí)施例中，可以提供單獨(dú)的發(fā)射線圈和接收線圈，其一個(gè)或兩個(gè)都可以包含在此公開的一種或多種射頻線圈設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)方案。
參考圖2，示出的實(shí)例射頻體線圈是TEM線圈36(未按比例)，其包括多個(gè)元件381、382、…，38n。將在該實(shí)施例中的元件381、382、…，38n布置為彼此平行且并行于B0場(chǎng)，并且圍繞檢查區(qū)14。在示出的線圈36中，元件381、382、…，38n包括布置在不導(dǎo)電的整體圓柱形基板72上的印刷電路帶。RF屏蔽體40在外圍圍繞線圈36延伸，并可以是在印刷襯底72相反面上的導(dǎo)電層或分離的結(jié)構(gòu)。每一個(gè)元件都連接到RF屏蔽體40，例如經(jīng)由共振電容器連接。
參考圖3，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)42包括電纜或電纜組件98，其每一個(gè)都以選擇的電氣長(zhǎng)度作為特征，并電耦合到相關(guān)的元件381、382、…，38n和電抗網(wǎng)絡(luò)100。例如，每一個(gè)電纜98都以在共振頻率的四分之一波長(zhǎng)(λ/4)的電氣長(zhǎng)度，或在共振頻率的四分之一波長(zhǎng)(λ/4)加上整數(shù)倍半波長(zhǎng)(λ/4+kλ/2)的電氣長(zhǎng)度為特征。設(shè)想了其它元件或電路，它們是四分之一波長(zhǎng)電纜(λ/4)，或四分之一波長(zhǎng)(λ/4)加上整數(shù)倍半波長(zhǎng)(λ/4+kλ/2)電纜的電氣等效物。例如，在質(zhì)子具有300MHz的共振頻率的7T掃描器中，如果四分之一波長(zhǎng)線路的相對(duì)介電常數(shù)等于一個(gè)值的，那么該線路會(huì)具有λ/4＝25cm的長(zhǎng)度。更具體的，線路或RF導(dǎo)體104的第一連接點(diǎn)102電耦合到相關(guān)元件381、382、…，38n的第一連接點(diǎn)106。線路104的第二連接點(diǎn)108電耦合到電抗網(wǎng)絡(luò)100。電抗網(wǎng)絡(luò)100包括多個(gè)電抗元件，例如電容器和/或電感器，它們的值被確定為使得至少每?jī)蓚€(gè)元件381、382、…，38n彼此去耦。在圖3的實(shí)例中，電容器120、122耦合在最接近的相鄰元件的相應(yīng)對(duì)381與382和382與383之間，以便去耦最接近的相鄰元件。電容器124耦合在次最接近的相鄰元件381與383之間，以便去耦次最接近的相鄰元件。可以提供額外的電抗元件，以便與更多更遠(yuǎn)的元件去耦。當(dāng)然，可以設(shè)想電抗網(wǎng)絡(luò)100可以包括以各種結(jié)構(gòu)耦合的各種補(bǔ)償電抗元件。
每一個(gè)電纜組件98都包括相關(guān)的電纜屏蔽體或屏蔽體或屏蔽導(dǎo)體130，其連接到每一個(gè)相關(guān)元件381、382、…，38n的第二連接點(diǎn)132和RF屏蔽體40，RF屏蔽體40可以連接到電抗網(wǎng)絡(luò)100的接地點(diǎn)134。
在一個(gè)實(shí)施例中，將開關(guān)器件140，例如PIN二極管，耦合在導(dǎo)體104的第二連接點(diǎn)108與接地點(diǎn)134之間，用于通過將相關(guān)電纜98接地來去諧元件381、382、…，38n。當(dāng)體線圈用于發(fā)射，局部線圈用于接收時(shí)，控制在局部線圈上的開關(guān)器件140，以便在發(fā)射時(shí)去諧局部線圈，例如開關(guān)二極管被正向偏置。類似的，在體線圈上的開關(guān)器件140可以在接收期間去諧體線圈?？蛇x的，可以將額外的去諧元件并行連接到開關(guān)器件140，以調(diào)諧線圈元件。
參考圖4，在鳥籠實(shí)施例中，射頻線圈36包括環(huán)箍(rung)形式的多個(gè)元件381、382、…，38n，彼此平行的排列它們來圍繞檢查區(qū)14。將元件381、382、…，38n連接到第一和第二末端環(huán)150、152，其提供了返回電流路徑。將每一個(gè)元件381、382、…，38n分為第一和第二部分154、156，以露出第一和第二連接點(diǎn)106、132，以便將它們耦合到相關(guān)電纜組件98。與圖3的實(shí)施例相似，每一個(gè)電纜組件98都以選擇的電氣長(zhǎng)度為特征。每一個(gè)導(dǎo)體104的第一連接點(diǎn)102電耦合到相關(guān)元件381、382、…，38n的第一連接點(diǎn)106。導(dǎo)體104的第二連接點(diǎn)108電耦合到電抗網(wǎng)絡(luò)100。電抗網(wǎng)絡(luò)100包括多個(gè)電抗元件，例如電容器和/或電感器，它們的值被確定為使得至少兩個(gè)元件381、382、…，38n彼此去耦。在圖4的實(shí)例中，將電容器120、122耦合在相鄰的最接近元件的相應(yīng)對(duì)381與382、382與383之間，以便去耦最接近的相鄰元件。在一個(gè)實(shí)施例中，通過選擇在第一和第二末端環(huán)150、152中的電容器與顯示為集總電容器160、162、164的元件381、382、…，38n中的共振電容器之間的適當(dāng)比例，來彼此去耦所述最接近的相鄰元件，例如線圈元件381與382、382與383。電容器124耦合在次最接近相鄰元件381與383之間，以便去耦次最接近的相鄰元件。當(dāng)然，可以設(shè)想電抗網(wǎng)絡(luò)100可以包括以各種結(jié)構(gòu)耦合的各種補(bǔ)償電抗元件。電纜屏蔽體130與電抗網(wǎng)絡(luò)100的接地點(diǎn)134相連。當(dāng)然，可以設(shè)想電纜屏蔽體130可以連接到不同接地層，例如線圈接地點(diǎn)。
參考圖5，每一個(gè)導(dǎo)體104的第一連接點(diǎn)102都連接到相關(guān)元件381、382、…，38n的第一連接點(diǎn)106。在該實(shí)施例中，將線圈元件的第一連接點(diǎn)106布置在元件381、382、…，38n與第一末端環(huán)150之間的連接點(diǎn)附近。導(dǎo)體104的第二連接點(diǎn)108電耦合到電抗網(wǎng)絡(luò)100。每一個(gè)電纜組件98的屏蔽體130都連接在線圈36的RF屏障40與接地點(diǎn)134之間。
參考圖6，在表面線圈的實(shí)施例中，每一個(gè)元件381、382、…，38n都是一個(gè)環(huán)路。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)路包括顯示為集總電容器162的共振電容器。每一個(gè)環(huán)路都是開放的，以便露出要耦合到電纜組件98上的第一和第二連接點(diǎn)106、132。類似與圖3的實(shí)施例，導(dǎo)體104的第一連接點(diǎn)102電耦合到相關(guān)環(huán)路381、382、…，38n的第一連接點(diǎn)106。導(dǎo)體104的第二連接點(diǎn)108電耦合到電抗網(wǎng)絡(luò)100。電抗網(wǎng)絡(luò)100包括多個(gè)電抗元件，例如電容器和/或電感器，它們的值被確定為使得每一個(gè)環(huán)路381、382、…，38n與其它環(huán)路去耦。在圖6的實(shí)例中，將電容器120、122耦合在最接近的相鄰環(huán)路的相應(yīng)對(duì)381與382、382與383之間，以便去耦最接近的相鄰環(huán)路。電容器124耦合在次最接近的相鄰環(huán)路381與383之間，以便去耦次最接近相鄰環(huán)路。當(dāng)然，可以設(shè)想電抗網(wǎng)絡(luò)100可以包括以各種結(jié)構(gòu)耦合的各種補(bǔ)償電抗元件。
在一個(gè)實(shí)施例中，電纜組件98用于將線圈元件的阻抗與一條(或多條)輸入或傳輸線路170的阻抗相匹配。這能夠通過為電纜98選擇適當(dāng)?shù)木€路阻抗來實(shí)現(xiàn)。還可以設(shè)想將輸入線路170直接連接到線圈36，可選的，經(jīng)由一匹配網(wǎng)絡(luò)連接。
為了解釋上述去耦的理論 通常，在從z＝-∞延伸到z＝+∞的發(fā)射線路中，電壓U(z)和電流I(z)是取決于z的，在此z是位置。如在本文中所用的，加下劃線的值是峰值相量，例如I(t)＝real(I*exp(jwt))。用描述空間z中的偏差的撇號(hào)，可以為電壓U(z)和電流I(z)導(dǎo)出微分方程(在z方向上) U′＝-Z′I (1) I′＝-Y′U (2) 在此，Z’是傳輸線路的微分阻抗 Z’＝R’+jωL’ 并且Y’是傳輸線路的微分導(dǎo)納 Y’＝G’+jωC’ 波動(dòng)方程導(dǎo)出為 U＂＝Z′Y′U (3) I＂＝Z′Y′I (4) 電壓和電流的通解是 U＝U1e-γz+U2e+γz (5) I＝1/Z0(U1e-γz-U2e+γz)(6) 在此，Z0是波阻抗；并且 γ是傳輸線路的波數(shù)。
波阻抗Z0是行波在一個(gè)方向上的電壓和電流的比 在此，Z’是傳輸線路的微分阻抗，并且 Y’是傳輸線路的微分導(dǎo)納。
傳輸線路的波數(shù)與傳輸?shù)乃俣群妥枘嵊嘘P(guān)，是 在此Z’是傳輸線路的微分阻抗，并且 Y’是傳輸線路的微分導(dǎo)納。
假設(shè)傳輸線路從-∞延伸到等于0的位置z，并且對(duì)于等于0的位置z，由阻抗Z給出了邊界條件U＝ZI，則等式(5)和(6)可以寫為 在此，Z0是波阻抗；并且 r是反射系數(shù)，其提供在兩個(gè)方向(例如正和負(fù)z方向)上的波的關(guān)系，其由在傳輸線路末端的阻抗和波阻抗給出。
對(duì)于高頻而言，更方便的是使用波幅，其與能量相關(guān)。例如，對(duì)于TEM線圈的傳輸線路來說，將在正和負(fù)z方向上的波的波幅a，b確定為 在此z是位置， Z0是假設(shè)為實(shí)數(shù)的波阻抗， a是在正z方向上行進(jìn)的波在位置z＝0上的振幅， b是在負(fù)z方向上行進(jìn)的波在位置z＝0上的振幅， U1是在傳輸線路中在正z方向上行進(jìn)的波在位置z＝0上的電壓，及 U2是在傳輸線路中在負(fù)z方向上行進(jìn)的波在位置z＝0上的電壓。
如由等式(10)和(11)所觀察到的，在等式(9)中定義的反射系數(shù)r是b與a的比。對(duì)于任何位置z，第一和第二波幅a，b可以表示為 在此z是位置， z0是波阻抗， a(z)是第一波在位置z的振幅， b(z)是第二波在位置z的振幅， U(z)是在位置(z)的傳輸線路電壓，及 I(z)是在位置(z)的傳輸線路電流。
第一和第二波幅a和b還可以描述線性N端口設(shè)備。在此情況下，第一和第二波幅a和b變?yōu)橄蛄?。每一個(gè)端口的傳輸線路阻抗都可以寫為向量 用于每一個(gè)端口的第一和第二波幅的向量都可以表示為 在此，diagZ0-1/2是波阻抗的平方根的倒數(shù)的對(duì)角矩陣，

是傳入該設(shè)備中的第一波幅的向量，

是傳出該設(shè)備的第一波幅的向量，

是在該設(shè)備的端口上的電壓向量，

是在流入該設(shè)備的電流的向量，

是波阻抗的向量，以及 diag

是由

的元素構(gòu)建的對(duì)角矩陣。
通過求解等式(14)和(15)，電壓和電流的值是 可以由相應(yīng)表示在等式(18)、(19)和(20)中的阻抗矩陣、導(dǎo)納矩陣或散射矩陣來表示線性設(shè)備 在此Z是線性設(shè)備的阻抗矩陣， Y是相應(yīng)的導(dǎo)納矩陣， S是相應(yīng)的散射矩陣。
通過求逆來給出在Z與Y之間的關(guān)系。用等式(14)-(15)和(16)-(17)從等式(18)-(20)中導(dǎo)出散射矩陣S 等式(22)是等式(9)的反射系數(shù)r的廣義公式表述。
四分之一波長(zhǎng)線具有以下散射矩陣 從端口1，…，N到端口N+1，…，2N的N個(gè)四分之一波長(zhǎng)線的系統(tǒng)產(chǎn)生散射矩陣Sλ/4 在此j表明的對(duì)角矩陣。
將端口N+1，…，2N連接到具有散射矩陣Sd的設(shè)備，產(chǎn)生了散射矩陣(與未連接的端口相關(guān)) S＝-Sd(28) 如果具有散射矩陣Sd和導(dǎo)納矩陣Yd的設(shè)備由這樣一組四分之一波長(zhǎng)線傳輸，則所產(chǎn)生的阻抗矩陣就是 (29) 例如，線圈包括N個(gè)元件，這些元件在f＝ω/(2π)的工作頻率上發(fā)生共振。如果每一個(gè)元件被開路以產(chǎn)生一個(gè)端口，則可以產(chǎn)生一個(gè)N端口的網(wǎng)絡(luò)。如果將短路連接端口n，且全部其它端口保持開路，那么第n個(gè)元件就在頻率f上共振，而其它元件不工作。
線圈的阻抗矩陣Zcoil的對(duì)角元素由以下定義 在此Zcoil_n，n是元件n的損耗電阻Rn Zcoil_n，n＝Rn (31) 線圈的阻抗矩陣Zcoil的非對(duì)角元素為 線圈系統(tǒng)的阻抗矩陣Zcoil的非對(duì)角元素由互感給出 Zcoil_m，n＝j(luò)ωMm，n(33) 在完全去耦的線圈元件的理想情況下，阻抗矩陣僅具有不等于0的對(duì)角元素。實(shí)際上，在大多數(shù)情況下，阻抗矩陣的非對(duì)角元素包括必須被補(bǔ)償?shù)姆?值。將包括N個(gè)端口且具有阻抗矩陣Zdec的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備串聯(lián)耦合到在每一個(gè)端口的線圈Zcoil?？梢詾樗玫降慕Y(jié)構(gòu)定義用于包括線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的線圈系統(tǒng)的N個(gè)端口的組合阻抗矩陣Z∑。在線圈系統(tǒng)中，所有部分中的電流都是相同的，例如在線圈系統(tǒng)中的電流等于在線圈中的電流和在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的電流 在此

是線圈系統(tǒng)中的電流向量，

是線圈中的電流向量，以及

是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的電流向量。
在線圈系統(tǒng)中的電壓等于在線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的電壓之和 在此

是線圈系統(tǒng)中的電壓向量， 線圈系統(tǒng)的組合阻抗矩陣等于在線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的阻抗之和 Z∑＝Zcoil+Zdec (34) Z∑是線圈系統(tǒng)的阻抗矩陣， Zcoil是線圈的阻抗矩陣，及 Zdec是補(bǔ)償系統(tǒng)的阻抗矩陣。
必須去耦線圈系統(tǒng)，例如只有線圈阻抗矩陣z∑中的對(duì)角元素的虛數(shù)部分可以不等于0。另外，由于該組合系統(tǒng)必須是共振的，因此在組合阻抗矩陣Z∑中的對(duì)角元素必須等于實(shí)數(shù)。
將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的非對(duì)角元素調(diào)諧到 Zdec_m，n＝-jωMm，n(35) 如果補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)償阻抗矩陣的對(duì)角元素偏離了0，這就會(huì)導(dǎo)致元素的共振頻率偏移。這可以通過在每一個(gè)元件中的共振電容器來重新調(diào)諧。
為了對(duì)每一個(gè)元素進(jìn)行單獨(dú)調(diào)諧，上述傳輸線具有(z/2+1/4)λ的長(zhǎng)度，在此λ是在電纜中的波長(zhǎng)，z是整數(shù)。
通過這個(gè)線路變換阻抗Z(或?qū)Ъ{Y) 或1/Y→Z02Y 這對(duì)于具有不同線路阻抗的一組四分之一波長(zhǎng)線可以歸納為 以這種方式，通過改變

中的一組對(duì)稱元素

和

只改變了Zdec中的相應(yīng)元素Zdec，m，n和Zdec，n，m。構(gòu)建了對(duì)稱(意味著)設(shè)備，其中可以對(duì)導(dǎo)納矩陣中的非對(duì)角元素進(jìn)行單獨(dú)調(diào)諧。這可以通過將導(dǎo)納

由端口m設(shè)置到n來簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。在大多數(shù)情況下(耦合的線圈陣列)，互感為正，這就導(dǎo)致了去耦矩陣中的電容性元件。如果互感(或來自于不同起源的等效耦合)變?yōu)樨?fù)，則使用電感。在去耦后，線圈元件必須再次變?yōu)楣舱瘛＿@可以通過在Y設(shè)備中增加接地的元件來實(shí)現(xiàn)，或者通過借助于改變共振電容器而重新調(diào)諧元件來實(shí)現(xiàn)。
上述傳輸線具有額外的優(yōu)點(diǎn) (1)可以在任何位置設(shè)置去耦，不必在線圈內(nèi)部構(gòu)建復(fù)雜的鏈接。
(2)可以容易地且分別地關(guān)閉(去諧)線圈元件。
(3)傳輸線可以用于將線圈與輸入系統(tǒng)的阻抗相匹配。
可以通過在傳輸線的各個(gè)末端簡(jiǎn)單地增加可切換的短路，來解決去諧?？拷ヱ钤亩搪繁蛔儞Q為線圈元件內(nèi)部的開路。這還可以分別其作用，例如可以關(guān)閉每個(gè)元件，而其它元件仍處于使用中。
此外，通過將線路阻抗(分別地)選擇為還可以將線圈與去耦系統(tǒng)相匹配。在此情況下，可以直接在去耦電路中提供線圈。作為替代方案，可以以傳統(tǒng)方式在元件的任何位置處實(shí)現(xiàn)匹配。傳輸線的較小阻抗是有利的，并可以通過平行連接一些線路來實(shí)現(xiàn)。不同的線路阻抗不會(huì)影響分別去耦和去諧的可能性。
通常，可以以許多方式實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)42的電抗元件120、122、124，只要借助于能夠?qū)崿F(xiàn)去耦的值來選擇相應(yīng)Y矩陣的非對(duì)角元素即可。通常，集總電容器或電感器會(huì)是最佳選擇。
已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明。在閱讀并理解前述詳細(xì)說明后，其他人可以想到更改和變化。其意圖是應(yīng)將本發(fā)明解釋為包含全部這種更改和變化，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求書的范圍或其等價(jià)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種線圈系統(tǒng)(34)，包括
線圈(36)，包括線圈元件(381、382、…，38n)，該線圈(36)進(jìn)行以下動(dòng)作中的至少一種將射頻激發(fā)脈沖發(fā)射到檢查區(qū)(14)中，或從所述檢查區(qū)(14)中接收響應(yīng)的射頻脈沖；以及
補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(42)，包括多個(gè)去耦段(98)，其每一個(gè)都具有至少四分之一波長(zhǎng)(λ/4)的選擇的電氣長(zhǎng)度，并電耦合到相關(guān)線圈元件(381、382、…，38n)和電抗網(wǎng)絡(luò)(100)，該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(42)至少補(bǔ)償在所述線圈元件(381、382、…，38n)之間的耦合。
2、如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，每一個(gè)去耦段(98)都包括
RF導(dǎo)體(104)，其經(jīng)由第一連接點(diǎn)(102)電耦合到相關(guān)線圈元件(381、382、…，38n)的第一連接點(diǎn)(106)并且經(jīng)由第二連接點(diǎn)(108)電耦合到所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)。
3、如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其中，每一個(gè)去耦段(98)還包括
屏蔽導(dǎo)體(130)，其電耦合到相關(guān)線圈元件(381、382、…，38n)的第二連接點(diǎn)(132)和接地點(diǎn)(134)。
4、如權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其中，所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)包括
至少電抗元件(120、122)，其電耦合在相鄰線圈元件(381，382；382，383；...)之間，以便至少分別將所述線圈元件彼此去耦。
5、如權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其中，所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)還包括
電抗元件(124)，其電耦合在線圈元件(381、382、…，38n)對(duì)之間，以便至少分別將所述線圈元件彼此去耦。
6、如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其中，所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)包括
電抗元件(124)，其電耦合到每一個(gè)導(dǎo)體(104)的所述第二連接點(diǎn)(108)，以便至少將元件對(duì)(381、383；…)去耦。
7、如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，還包括
開關(guān)器件(140)，其電耦合到每一個(gè)導(dǎo)體(104)的所述第二連接點(diǎn)(108)，該開關(guān)器件(140)選擇性地短路相關(guān)的第二連接點(diǎn)(108)。
8、如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，每一個(gè)元件(381、382、…，38n)都包括
第一和第二部分(154、156)，將該第一部分(154)耦合到第一末端環(huán)(150)和相關(guān)去耦段(98)的導(dǎo)體(104)上，并且將所述第二部分(156)經(jīng)由該相關(guān)去耦段(98)的屏蔽導(dǎo)體(130)耦合到第二末端環(huán)(152)和所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)。
9、如權(quán)利要求8所述系統(tǒng)，其中，每一個(gè)末端環(huán)(150、152)都包括
布置在相鄰元件(381、382；382、383；…)之間的相應(yīng)電容器(160、164)，并且每一個(gè)元件(381、382、383、…)都包括共振電容器(162)，所述電容器(160、162、164)協(xié)同工作，以便將所述相鄰元件(381、382；382、383；…)彼此去耦。
10、如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，所述線圈(36)包括以下至少一種
TEM線圈，
鳥籠線圈，以及
表面線圈陣列。
11、如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，所述線圈(36)包括
多個(gè)環(huán)形線圈元件(381、382、…，38n)，其每一個(gè)都經(jīng)由相關(guān)去耦段(98)的屏蔽體(130)耦合到該相關(guān)去耦段(98)的導(dǎo)體(104)和接地點(diǎn)(134)。
12、一種磁共振成像系統(tǒng)(8)，包括
主磁體(20)，用于在檢查區(qū)(14)中產(chǎn)生在時(shí)間上基本恒定的主磁場(chǎng)(B0)；
磁場(chǎng)梯度線圈(30)，其在所述檢查區(qū)(14)內(nèi)將選擇的磁場(chǎng)梯度疊加到所述主磁場(chǎng)(B0)上；以及
如權(quán)利要求1所述的線圈系統(tǒng)(34)。
13、一種磁共振方法，包括
在檢查區(qū)(14)中產(chǎn)生在時(shí)間上基本恒定的磁場(chǎng)(B0)；
用如權(quán)利要求1所述的線圈系統(tǒng)(34)，傳導(dǎo)施加RF脈沖的磁共振序列，并用線圈元件(381、382、…，38n)接收共振信號(hào)。
14、如權(quán)利要求13所述方法，其中，所述線圈元件在基本上平行于主磁場(chǎng)(B0)的方向上延伸，并且還包括
經(jīng)由導(dǎo)體(104)將每一個(gè)線圈元件的第一連接點(diǎn)(106)耦合到所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)；以及
經(jīng)由屏蔽導(dǎo)體(130)將每一個(gè)線圈元件的第二連接點(diǎn)(132)耦合到接地點(diǎn)(134)。
15、如權(quán)利要求14所述方法，還包括
經(jīng)由所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)的電抗元件(120、122、124)將相鄰線圈元件彼此去耦，其中所述電抗網(wǎng)絡(luò)(100)經(jīng)由每一個(gè)導(dǎo)體(104)的第二連接點(diǎn)(108)耦合到該導(dǎo)體(104)。
16、如權(quán)利要求15所述方法，還包括
選擇性地短路所述導(dǎo)體(104)的所述第二連接點(diǎn)(108)和所述屏蔽導(dǎo)體(130)；以及
在以下的一個(gè)過程中去諧相關(guān)線圈元件射頻脈沖產(chǎn)生期間、射頻脈沖接收期間、和/或關(guān)閉該相關(guān)線圈元件期間。
17、一種磁共振系統(tǒng)(8)，包括
主磁體(20)，其產(chǎn)生穿過檢查區(qū)(14)的主磁場(chǎng)(B0)；
多個(gè)RF發(fā)射器(52)，其在所述檢查區(qū)中產(chǎn)生在選擇的偶極子的共振頻率上的RF共振激發(fā)脈沖；
多個(gè)RF接收器(56)，其從所述檢查區(qū)中的偶極子接收并解調(diào)共振信號(hào)；
多個(gè)RF線圈元件(381、382、…，38n)，其相鄰于所述檢查區(qū)(14)布置；以及
多個(gè)有效四分之一波長(zhǎng)(λ/4)電纜(98)，其每一個(gè)都包括RF電纜導(dǎo)體(104)，并連接到所述線圈元件(381、382、…，38n)。
18、如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括
電抗網(wǎng)絡(luò)(100)，其電耦合到所述有效λ/4電纜(98)，以便至少將所述線圈元件(381、…、38n)彼此去耦。
19、如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，每一個(gè)RF導(dǎo)體(104)都與一個(gè)所述線圈元件(381、382、…，38n)的第一端(106)相連，并且還包括
接地導(dǎo)體(130)，其連接在該線圈元件(381、382、…，38n)的第二端(132)與接地點(diǎn)(134)之間。
20、如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述電纜(98)包括同軸電纜，所述接地導(dǎo)體(130)作為屏蔽體圍繞所述RF導(dǎo)體(104)。
21、如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，經(jīng)由傳輸線(170)分別驅(qū)動(dòng)每一個(gè)元件(381、382、…，38n)，該傳輸線(170)耦合到相應(yīng)電纜(98)以及發(fā)射器(52)和接收器(56)中的一個(gè)，發(fā)射器(52)用于選擇性地將RF脈沖施加到檢查區(qū)(14)，接收器(56)用于接收響應(yīng)的RF脈沖，其中，所述電纜(98)將相關(guān)線圈元件(381、382、…，38n)的至少一個(gè)阻抗與所述傳輸線(170)的阻抗相匹配。
全文摘要
線圈(36)包括線圈元件(381、382、…，38n)。線圈(36)可以將射頻激發(fā)脈沖發(fā)射到檢查區(qū)(14)中，和/或從檢查區(qū)(14)接收響應(yīng)的射頻脈沖。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(42)包括去耦段(98)，其每一個(gè)都具有至少四分之一波長(zhǎng)(λ/4)的選擇的電氣長(zhǎng)度，并電耦合到相關(guān)線圈元件(381、382、…，38n)和電抗網(wǎng)絡(luò)(100)。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(42)至少補(bǔ)償在所述線圈元件(381、382、…，38n)之間的耦合。
文檔編號(hào)G01R33/36GK101427150SQ200780014598
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
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