專利名稱：用于生成rf場的方法和rf發(fā)射器布置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RF發(fā)射器布置，其包括多個像RF天線、天線元件、線圈 或者線圈元件或者其它諧振器元件的RF發(fā)射器元件，用于生成RF場，尤 其在磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中使用以激發(fā)核磁共振(NMR)。本發(fā)明還涉 及用于生成這樣的RF場的方法。
此外，本發(fā)明涉及多通道RF發(fā)射系統(tǒng)，其包括多個RF波形發(fā)生器和 RF放大器，用于生成RF發(fā)射信號以饋送給這樣的多通道RF發(fā)射器布置， 尤其在MRI系統(tǒng)中作為RF激發(fā)系統(tǒng)使用。
本發(fā)明也涉及MRI系統(tǒng)，其包括這樣的多通道RF發(fā)射或者勵磁系統(tǒng) 以及這樣的多通道RF發(fā)射器布置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的MR系統(tǒng)使用一個RF發(fā)射線圈(例如，正交體線圈(QBC))， 所述RF發(fā)射線圈由單獨RF信號饋送。多通道發(fā)射系統(tǒng)使用具有N個元件 的線圈，所述線圈由N個相位和振幅可以變化的獨立RF信號饋送。通過 這些系統(tǒng)，改善圖像的均勻性是可能的，其中該均勻性常常代表在更高的 RP場強(qiáng)度下由于在檢査對象之內(nèi)的所謂介質(zhì)共振或者波傳播效應(yīng)導(dǎo)致的問 題。通過使用多維空間選擇性的RF脈沖和RF勻場的其它技術(shù)，可以獲得 更均勻的圖像。此外，并行RF發(fā)射使像用于局部或者放大成像的RF脈沖 的加速之類的很多有趣的新技術(shù)特征成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
隨著場強(qiáng)的增加，由信號強(qiáng)度的變化導(dǎo)致的圖像非均勻性問題也增加。 此外，為了不違反現(xiàn)有的SAR限制并且不危害患者的安全，比吸收率(SAR) 限制了可能的RF占空比。最后，對于并行RF發(fā)射需要獲得更高的減少系 數(shù)。因此，本發(fā)明的一個目的是提供RF發(fā)射器布置和多通道RF發(fā)射系統(tǒng)， 其提供了應(yīng)用空間RF場樣式的增加的靈活性，其例如可以被用于校正導(dǎo)致 了 RF場中的非均勻性的磁化率偽跡。
該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的RF發(fā)射器布置，根據(jù)權(quán)利要求6的多通 道RF發(fā)射系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求8的用于生成RF場的方法而解決。
根據(jù)本發(fā)明的這個解決方案在那些具有更高磁場強(qiáng)度的MRI系統(tǒng)中是 尤其有益的，在該系統(tǒng)中所需的RF發(fā)射或激發(fā)信號的波長達(dá)到檢査對象的 尺度，從而檢査對象之內(nèi)的波傳播或者介質(zhì)共振效應(yīng)以及不均勻RF激發(fā)場 可能發(fā)生。這些不必要的效應(yīng)，以及尤其是在MRI檢查期間的信號強(qiáng)度變 化的影響可以通過借助于根據(jù)本發(fā)明的多通道RF發(fā)射系統(tǒng)的獨立可驅(qū)動 的RF發(fā)射器元件和多通道RF發(fā)射器布置來發(fā)射空間上選擇性的RF脈沖 而以簡單和劃算的方式進(jìn)行有效補(bǔ)償。
從屬權(quán)利要求公開了發(fā)明的有益實施例。
將意識到本發(fā)明的特征易于以任何組合方式組合而不脫離由附加權(quán)利 要求所限定的本發(fā)明的范圍。
從以下參考附圖而給出的對本發(fā)明的優(yōu)選和示例性實施例的描述，本 發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖l示出了多通道RF發(fā)射/接收結(jié)構(gòu)的示意性框圖；并且
圖2示出了線圈元件的不同構(gòu)造。
具體實施例方式
與現(xiàn)有的多通道發(fā)射MRI系統(tǒng)和線圈(其中在該系統(tǒng)中各個元件分布 在單個圓柱形環(huán)的表面或者沿著形成平面帶的線布置)相反，根據(jù)本發(fā)明 提供在兩個或者三個空間方向上的線圈分布和/或分段。
這樣的RF發(fā)射器布置的一個普通例子是NXM個發(fā)射器元件的平面陣 列(也即，在兩維中布置)或者圓柱形布置的發(fā)射器元件的不同環(huán)和/或分 段的陣列(也即，在三維中布置)。
雖然這可能增加驅(qū)動各個發(fā)射器元件所需的RF發(fā)射器通道的數(shù)量，但這樣的布置提供了 SAR (比吸收率)減少的可能，尤其是在只有小體積需
要借助于RF場激發(fā)的情況下，并且還為RF勻場方法(見Ibrahim等，"Effect of RP coil excitation on field inhomogeneity at ultra high fields: a field optimized TEM resonator" in Magnetic Resonance Imaging (2001) Dec; 19(10): 1339-47)提供了更好的性能和靈活性。
此外，它實現(xiàn)了加速和/或改善多維空間選擇性RF脈沖的性能的可能 性，因為線圈或者發(fā)射器元件的數(shù)量增加了。三維RF脈沖尤其從RF發(fā)射 器布置的線圈設(shè)計中的這個增加的自由度中受益，其中該RF發(fā)射器布置擴(kuò) 展為二或三維。
另一個優(yōu)點是所需的用于每個發(fā)射通道以饋送給RF發(fā)射器元件的功 率的減少，從而簡化了遞送該所需RF功率的放大器模塊的設(shè)計。
基于這些RF發(fā)射器布置，可以改善多個并行RF發(fā)射的應(yīng)用，并且可 以減小患者SAR。
更詳細(xì)的，根據(jù)本發(fā)明至少在z向，也即在縱向，也即沿著MRI系統(tǒng) 的主磁場方向?qū)F發(fā)射器布置以及尤其的RF發(fā)射線圈進(jìn)行分段。發(fā)射線 圈可以例如是體線圈但也可以是(柔性的)表面發(fā)射(/接收)線圈。
作為示例性實施例，體線圈在以下被認(rèn)為是在z向包含三個圓柱形部 分。每個部分包含八個沿分段的圓周分布的線圈元件，得到了總共具有24 個單獨的RF線圈元件的線圈。每個分段之內(nèi)的RF元件在線圈的半徑上對 稱地安裝。RF元件由各個RF功率模塊饋送。每個模塊與波形發(fā)生器連接， 其中該波形發(fā)生器能夠提供振幅和相位可以隨時間控制的模擬RF信號。
圖1A、 1B和1C中示意性地描繪出該機(jī)構(gòu)。中央處理器單元為每個通 道生成波形定義，其可以在相位(或者頻率)上和振幅上并且隨時間而不 同。通過具有某個駐留時間(例如6.4Ms)的波形控制器，波形定義轉(zhuǎn)換為 RF波形。將樣本流發(fā)送至執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的各個發(fā)射通道Tx-Ch 1、 Tx-Ch 2，……o
將模擬信號發(fā)送給多通道RF放大器(或者多個單獨的RF放大器或者 模塊)。經(jīng)由RF放大器輸入端的第一多路復(fù)用器或者組合器網(wǎng)絡(luò)MUX，可 以將不同的輸入發(fā)送給不同或者多個RF放大器通道。以這種方式，對于不 同通道可以實現(xiàn)不同功率水平。RF放大器通道的數(shù)量可以超過輸入或者輸出的數(shù)量，并取決于各個線圈元件所需的不同功率水平。
在輸出級，優(yōu)選地使用第二多路復(fù)用器或者組合器網(wǎng)絡(luò)MUX來將放大 的RF信號發(fā)送給RF通道1， 2,……n。任選擇的，環(huán)行器C可以在RF 放大器的內(nèi)部和/或外部使用以消除任何反射功率。
RF信號然后經(jīng)由發(fā)射/接收開關(guān)發(fā)送至各個線圈元件(圖1B)。線圈元 件可以是發(fā)射和接收(Tx/Rx)線圈元件或者只是發(fā)射線圈元件。在Tx/Rx 線圈元件的情況下(圖1C)，將接收的RF信號發(fā)送至n個接收通道 Rx-Chl，…Rx-Ch n，并且被處理單元處理以生成顯示給MRI系統(tǒng)的操作 者的圖像。
在圖2中示出了線圈元件e的不同構(gòu)造，其中，圓柱形RF線圈顯示為 沿著水平z坐標(biāo)和線圈的圓周在圖2的圖畫平面中平鋪。對于平面的二維 RF發(fā)射器布置，可考慮相同的圖，其中兩個坐標(biāo)相應(yīng)于x-z平面。圖2中
示出
A:在Z方向上被三次(示例性的)分段的多個元件(每個元件可以被
獨立地驅(qū)動，或者各個環(huán)/分段sl， s2， s3可以被驅(qū)動等等)；
Bl:不同幾何結(jié)構(gòu)的布置(分段S1、 S2、 S3在Z向的偏移)； B2:分段S1、 S2、 S3相對于彼此旋轉(zhuǎn)；
B3:分段sl、 s2、 s3在z方向的偏移以及分段sl、 s2、 s3相對于彼此旋轉(zhuǎn)； C:指示出了用于獨立地驅(qū)動每一個單獨的元件e的開關(guān)；
D:不同類型的線圈或者線圈布置(例如，旋轉(zhuǎn)或者環(huán)形線圈，帶狀線諧振
器等等)。
在只有小體積需要被激發(fā)的情況下，只有三個分段sl、 s2、 s3中的一 個的RF發(fā)射器元件用來激發(fā)。因而，可以實現(xiàn)更低的全局SAR，因為線 圈靈敏度與元件的全長相比在z向上更小。
在加速例如3D空間選擇性的RF脈沖的情況下，在利用各個分段的三 維空間方向(兩個在平面內(nèi)，并且第三個在z方向)中使用基于發(fā)射線圈 的靈敏度編碼。與只在平面內(nèi)分段中使用的RF脈沖相比，這樣可以允許對 于RF波形具有更高的加速系數(shù)和/或更穩(wěn)定的解并且具有減少的SAR。在 二維(2D) RF脈沖的情況下，在保持脈沖性能和最小化SAR的同時，空 間中的自由成角成為可能。如果最大的減小系數(shù)/加速系數(shù)沒有滿負(fù)荷使用，則剩余的自由度可以
用于SAR的減小，其在更高的場強(qiáng)度時是尤其有益的。
此外，在只有標(biāo)準(zhǔn)RF脈沖的相位和振幅被修改以改善Bl場均勻性的 簡單RF或者B1勻場的情況下，由于該布置的增加的自由度，對所有傾斜 方向使用2D/3D發(fā)射陣列，可以獲得更好的結(jié)果。
此外，在試驗期間，線圈的不同分段或者子集可以在試驗的不同階段 使用。例如， 一個分段用于激發(fā)并且另一個可以用于在自旋回波試驗期間 重聚焦，從而提供了有趣并且更靈活的應(yīng)用。
以下，參考圖2描述這樣的分段RF發(fā)射器布置的變型和不同實施例 -各個線圈元件在半徑上空間不對稱的放置(例如，距屏具有不同的距離或 者彼此之間具有不同的距離)；
-屏本身不是圓形的而是橢圓形的或者甚至具有不同的形式(例如不對稱 的)。然后線圈元件可以在RF屏之內(nèi)對稱或者不對稱的分布； -各個RF元件可以相對于彼此旋轉(zhuǎn)或者傾斜(圖2D); -取決于各個RF元件在RF線圈之內(nèi)的位置，其可以具有不同的尺寸； -可以使用柔性的或者硬的表面線圈發(fā)射陣列以替代或者作為多通道主體的 補(bǔ)充；
-體線圈可以與發(fā)射(/接收)線圈陣列交錯的或者同時的操作。例如，在檢 査對象頂部使用局部發(fā)射線圈的同時在患者之下可以使用體線圈； 一一個環(huán)/分段的元件可以在z方向上具有不同的位移(它們在特定的z位置
不是全部對齊的)(圖2B);
-可以使用各種數(shù)量的放大器通道，例如，m個以驅(qū)動m個環(huán)/分段，或者n 個以驅(qū)動n個同時包含一個、兩個或者多個z分段的線圈元件，從而鄰近 或者非鄰近的z分段可以一次激活(見圖2C)。最后，可以使用幾個kW峰 值功率的n X m個放大器模塊(在這個情況下圖2中的n必須由n X m替代)； -經(jīng)由開關(guān)矩陣將不同功率水平分配給不同通道。以這個方式，功率模塊可 以不同方式進(jìn)行組合以解決患者的不同元件載荷。這個概念可以延伸至給 一些z分段線圈元件提供不同的功率水平，而根本不驅(qū)動其它的z分段線圈 元件。由于線圈的不同形狀、位置或者與屏的距離，可能需求不同的功率 水平。-線圈元件可以具有不同的尺寸或者形狀(例如，帶、環(huán)等等)，并且甚至兩 者的組合是可能的(圖2D)。
根據(jù)本發(fā)明的RF發(fā)射器布置原則上可應(yīng)用于從低到超高場的任何多 通道RF發(fā)射系統(tǒng)(從2-n通道)。在第一種情況下，如RF脈沖長度的減少 或者之類的應(yīng)用可是主要焦點。相反，在高場時多發(fā)射技術(shù)對于整個體系 統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)甚至將是使能者，并且將給圖像質(zhì)量帶來改進(jìn)，例如使用頭/ 體線圈的成像。多發(fā)射技術(shù)提供了新的自由度，其實現(xiàn)或者改善了像例如 RF勻場、Tx感應(yīng)、SAR減少、局部激發(fā)、3D脈沖、RF編碼等等之類的應(yīng)用。
雖然在附圖和上述的描述中己經(jīng)詳細(xì)地闡明和描述本發(fā)明，這樣的闡 明和描述被認(rèn)為是說明性或示例性的并不是限制性的，并且本發(fā)明不限于 公開的實施例。對前述中描述的本發(fā)明實施例的各種變型是可能的，并不 脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施所主張的發(fā)明時通過對附圖、公開內(nèi)容以及附 加權(quán)利要求的研究可以理解并實現(xiàn)對公開實施例的各種變型。在權(quán)利要求 中，術(shù)語"包括"并不排除其它部件或步驟，并且不定冠詞"一"或"一 個"不排除多個。單獨的處理器或其它單元可實現(xiàn)權(quán)利要求中所列舉的若 干項的功能。在相互不同的從屬權(quán)利要求中列舉某些措施這一事實并不表 示這些措施的結(jié)合不能有利地使用?？梢詫⒂嬎銠C(jī)程序儲存/分布在適當(dāng)?shù)?介質(zhì)中，例如與其它硬件一起提供或者作為其它硬件一部分的光存儲介質(zhì) 或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以其它形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或者其它有線或 煮無線通訊系統(tǒng)。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制其范圍。
權(quán)利要求
1、一種RF發(fā)射器布置，包括多個RF發(fā)射器元件(e)，用于生成RF場以激發(fā)MRI系統(tǒng)中的核磁共振，其中，至少沿著所述MRI系統(tǒng)的主磁場方向(或者所述z方向或者縱向)將所述RF發(fā)射器元件(e)分割為多個分段(s1，s2，s3，…)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射器布置，其中，所述RF發(fā)射器元 件(e)以圓柱形RF線圈的形式布置，以在所述圓柱形線圈的所述縱向上 提供多個分段(sl， s2， s3，…)，該分段的每一個包括多個RF發(fā)射器元 件(e)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的RF發(fā)射器布置，其中，所述分段(sl， s2， s3，…)在所述圓柱形線圈的所述z方向上相對于彼此偏移。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的RF發(fā)射器布置，其中，所述分段(sl， s2， s3，…)在所述圓柱形線圈的圓周方向上相對于彼此旋轉(zhuǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的RF發(fā)射器布置，其中，所述分段(sl， s2， s3，…)在所述z方向上相對于彼此偏移，并且在所述圓柱形線圈的圓周 方向上相對于彼此旋轉(zhuǎn)。
6、 一種多通道RF發(fā)射系統(tǒng)，包括多個RF波形發(fā)生器和RF放大器， 用于生成RF發(fā)射信號以獨立地饋送給根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射器布 置的所述RF發(fā)射器元件(e)和/或分段(sl， s2， s3，…)。
7、 一種磁共振成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道RF發(fā)射 器布置和/或根據(jù)權(quán)利要求6所述的多通道RF發(fā)射系統(tǒng)。
8、 一種用于借助于根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射器布置來生成RF場的方法，其中，獨立地控制或者驅(qū)動所述發(fā)射器元件(e)中的一個或者 更多和/或所述分段(sl， s2， s3，…)中的一個或者更多以生成期望樣式 的RF場。
9、 一種計算機(jī)程序，包括當(dāng)所述程序在可編程微型計算機(jī)中運行時， 適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法或者適于在根據(jù)權(quán)利要求8所述的方 法中使用的計算機(jī)程序代碼。
全文摘要
公開了一種多通道RF發(fā)射器布置，其包括多個像RF天線、天線元件、線圈或者線圈元件之類的RF發(fā)射器元件(e)，用于生成RF場，尤其在磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中使用以激發(fā)核磁共振(NMR)，以及公開了用于生成這樣的RF場的方法。RF發(fā)射器元件(e)至少沿著MRI系統(tǒng)的主磁場方向(或者z向或者縱向)被分割為多個分段(s1，s2，s3，…)。
文檔編號G01R33/34GK101675353SQ200880014676
公開日2010年3月17日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月4日
發(fā)明者I·格雷斯林, P·博爾納特, P·韋爾尼科爾, U·卡切爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司