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CN102830377A - 在磁共振设备中均匀局部基本磁场的局部线圈的匀场线圈 - Google Patents

在磁共振设备中均匀局部基本磁场的局部线圈的匀场线圈 Download PDF

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CN102830377A
CN102830377A CN201210202891XA CN201210202891A CN102830377A CN 102830377 A CN102830377 A CN 102830377A CN 201210202891X A CN201210202891X A CN 201210202891XA CN 201210202891 A CN201210202891 A CN 201210202891A CN 102830377 A CN102830377 A CN 102830377A
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Abstract

本发明涉及一种局部线圈（106），用于成像系统（101），特别是MRT（101），其特征在于，所述局部线圈（106）是MRT头部线圈（106），所述MRT头部线圈（106）被构造（A，L1，L2）用于，能够将患者的头部（K）安置（PP）在所述局部线圈（106）（A）中，并且所述局部线圈（106）具有至少一个匀场线圈（L1，L2）。

Description

在磁共振设备中均匀局部基本磁场的局部线圈的匀场线圈
技术领域
本发明涉及一种用于成像系统的局部线圈。
背景技术
由DE10314215B4、US6100695、US6023167公知了用于例如通过磁共振断层造影检查患者的磁共振设备（MRT）。
目前，在MR断层造影中通常利用所谓的局部线圈装置（Coils，LocalCoils）来拍摄具有高信噪比（SNR）的图像。这些局部线圈装置是被安装在紧靠患者的上面（anterior,前部）或下面（posterior,后部）的天线系统。在MRT测量中，被激励的核在局部线圈的各个天线中感应出电压，该电压然后被利用低噪声前置放大器（LNA，Preamp）放大并且最后被电缆连接地传输到接收电子器件。为了也在高分辨率的图像中改进信噪比，采用所谓的高场设备（1.5T至12T以及更高）。
在许多临床MR应用中B0基本场的均匀性是重要的。在均匀性偏差的情况下会形成伪影或失真，或者诸如脂肪饱和（FatSat）的特定应用不再最佳地起作用。脂肪饱和是一种技术，在该技术中使用在脂肪中结合的质子的频率偏移，以便通过在脂肪频率下的强烈的发送脉冲（饱和脉冲）使脂肪组织的信号淡出，或者使用两个信号的频率或相位偏移，以便使脂肪组织淡出（部分地在图像后处理中）。因为在水中和脂肪中的质子频率之间的差是非常小的（基本场的几ppm），所以该技术强烈取决于基本场的空间均匀性。这点目前通过例如具有直到大约0.5ppm的大约30×30×30cm（+－20cm）的空间实现。
在身体区域中，基于身体组织的磁化率（mu_r或r）的空间上强烈不均匀的分布，能够形成B0基本场的失真。这通过嵌入到MRT系统中的所谓的匀场线圈（Shimspulen）来校正。目前的匀场线圈被安装在系统中（空间上在梯度线圈的区域中），也就是距离患者相当远。不同的匀场线圈的数量、其装置和控制允许特定数量的自由度，以便通过常规铜线圈中的匀场电流来均衡大多超导的基本场磁体的B0不均匀性。例如为了均衡颈部脊柱（HWS）区域中的不均匀性，在多个已经在场中存在的系统的条件下，这些自由度是不够的。嵌入到系统中的更高阶的匀场线圈（强烈局部场变化）（关于电流或功率对B0变化）是极低效率的。
按照至少内部（或由http:∥www.satpadinc.com/photos/）公知的目前的解决方案，胶垫可以被放置在待检查的患者的颈部区域中，特别是如果匀场阶不足，则其剩余磁化率在有利的情况下这样抵消B0失真，即形成均匀场。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，优化用于成像系统的场均匀性。该技术问题是按照与公知的技术方案不同的方式通过本发明独立权利要求的特征来解决的。优选的扩展在从属权利要求以及说明书描述中给出。
附图说明
本发明可能的实施方式的其它特征和优点通过以下借助附图对实施例的描述给出。附图中：
图1从纵剖面的一侧示出了患者和按照本发明的头部线圈，
图2从纵剖面的一侧示出了按照本发明的匀场的局部线圈，
图3从纵剖面的一侧示出了另一种按照本发明的匀场的局部线圈，
图4从纵剖面的一侧示出了另一种按照本发明的匀场的局部线圈，
图5从纵向剖的一侧示出了具有分别由多个导体组成的局部线圈导体装置的另一种按照本发明的匀场的局部线圈，
图6作为详细视图示出了按照本发明的局部线圈的电源的电路图，
图7示意性示出了MTR系统。
具体实施方式
图7（特别是作为背景）示出了（位于屏蔽的空间或法拉第笼F中的）具有全身线圈102的成像的磁共振设备MRT101，该全身线圈具有此处为管状的空间103，可以将患者卧榻104与例如（具有或没有局部线圈装置106的）检查对象（例如患者）105的身体一起沿着箭头z的方向移动进入该管状的空间，以便通过成像的方法产生患者105的拍摄。此处在患者身上布置了局部线圈装置106，利用该局部线圈装置可以在MRT的局部区域（也称为视野FOV）中产生FOV中身体105的部分区域的拍摄。局部线圈装置106的信号可以由例如经由同轴电缆或经由无线电（167）等连接到局部线圈装置106的MRT101的分析装置（168、115、117、119、120、121等）来分析（例如转换为图像，存储或显示）。
为了利用磁共振设备MRT101借助磁共振成像来检查身体105（检查对象或患者），将不同的在其时间和空间特性中彼此最准确调谐的磁场入射到身体105。在具有此处为隧道形开口103的测量室中，强磁体（通常是低温磁体107）产生静态的强的主磁场B0，该主磁场例如是0.2特斯拉至3特斯拉或者更强。位于患者卧榻104上的待检查的身体105被驶入主磁场B0的观察区域FOV（“视野”）中大致均匀的区域。通过磁高频激励脉冲B1（x，y，z，t）激励身体105的原子核的核自旋，通过在此作为（例如多部分＝108a，108b，108c的）身体线圈108非常简化示出的高频天线（和/或必要时的局部线圈装置）入射该高频激励脉冲。高频激励脉冲例如由通过脉冲序列控制单元110控制的脉冲产生单元109产生。在通过高频放大器111放大之后，高频激励脉冲被导向高频天线108。在此示出的高频系统仅仅是示意性的。通常在一个磁共振断层造影设备101中会使用多于一个脉冲产生单元109、多于一个高频放大器111以及多于一个高频天线108a、108b、108c。
此外，磁共振设备101还具有梯度线圈112x、112y、112z，在测量时利用它们入射用于选择层激励和用于对测量信号进行位置编码的磁梯度场。梯度线圈112x、112y、112z由梯度线圈控制单元114控制，后者与脉冲产生单元109一样与脉冲序列控制单元110连接。
由被激励的（检查对象中的原子核的）核自旋发出的信号，由身体线圈108和/或至少一个局部线圈装置106接收，通过对应的高频前置放大器116放大，并由接收单元117进一步处理和数字化。所记录的测量数据被数字化并作为复数的数值存入k空间矩阵。从该填充有值的k空间矩阵中，可以借助多维傅里叶变换来重建相关联的MR图像。
对于既可以在发送模式中运行又可以在接收模式中运行的线圈，如身体线圈108或局部线圈106，通过前面接入的发送接收转换器118来调节正确的信号传输。
图像处理单元119从测量数据中产生图像，将该图像通过操作控制台120显示给用户和/或存储在存储单元121中。中央计算机单元122控制各个设备组件。
目前，在MR断层造影中通常利用所谓的局部线圈装置（Coils，LocalCoils）来拍摄具有高信噪比（SNR）的图像。这些局部线圈装置是被安装在紧靠身体105的上面（前部）或下面（后部）或附近或内部的天线系统。在MR测量中，被激励的核在局部线圈的各个天线中感应出电压，该电压然后被利用低噪声前置放大器（例如LNA，Preamp）放大并且最后被传输到接收电子器件。为了也在高分辨率的图像中改进信噪比，采用所谓的高场设备（1.5T-12T或更高）。如果在MR接收系统上可以连接比现有的接收器更多的单独的天线，则例如在接收天线和接收器之间设置开关矩阵（也被称为RCCS）。该开关矩阵将当前活跃的接收信道（大多是恰好位于磁体的视野中的接收信道）路由到现有的接收器。由此可以连接比现有的接收器更多的线圈元件，因为在整体覆盖的情况下仅须读取位于FoV（视野）或磁体的均匀空间中的线圈。
例如局部线圈装置106一般是指如下的天线系统：该天线系统例如可以由一个或作为阵列线圈由多个天线元件（特别是线圈元件）组成。这些单独的线圈元件例如实施为环形天线、蝶形天线、弯形线圈或鞍形线圈。局部线圈装置例如包括线圈元件、前置放大器、其它电子器件（Mantelwellen-sperren，外罩波陷波器等）、机壳、托架、以及大多具有带插头的电缆，局部线圈装置可以通过该插头连接到MRT设备上。安装在设备侧的接收器168对由局部线圈106例如经由无线电等接收的信号进行滤波和数字化，并将数据传送到数字信号处理装置，该数字信号处理装置从通过测量获得的数据中大多导出图像或光谱，并且例如将其提供给用户以用于通过用户进行随后的诊断和/或存储。
在如下文献中也描述了匀场线圈：
1.Christoph Juchem et al:Magnetic field homogenization of the humanprefrontal cortex with a set of localized electrical coils,Journal of MagneticResonance Imaging,MRM,63:171-180,2010
2.GH Glover et al:Mitigation of susceptibility induced signal loss inneuroimaging using localized shim coils,MRM 2005,243-248
3.R.Cusack et al:AN evaluation of the use of passive shimming toimprove….Neuroimage 2005;24,82-91
4.JL Wilson et al:Utilization of an intra-oral diamagnetic passive shim infunctional MRI scanner of the inferior frontal cortex;MRM 2003,50,1089-1094
图1-6以侧视图示出了在患者的头部和/或颈部上（在区域/位置PP处）安置的按照本发明的其中具有一个或多个局部匀场线圈的局部线圈106。
如图1所示的那样，某些磁化率跳变例如可以在患者的胸部105与颈部/头部之间的过渡区域内的问题区域P中存在。
例如由于从胸部至相对窄的颈-颈部-头部（Hals-Nacken-Kopf）区域的过渡中的空间上不均匀的r（或磁化率）分布和/或由于在患者的食道/气管区域中的空气可以引起这种磁化率跳变。
MRT局部线圈106具有内部空间A（例如壳体G中仅在背向z方向上开口的空腔或者壳体G的仅右侧+左侧+头盖+下侧或右侧+左侧+下侧等局部线圈环绕的区域或空间A），可以将患者104的头部K（或头部K和颈部H）安置在该空间（A）中（例如图1中局部线圈106中头部K的位置PP），例如方法是，患者将局部线圈106像盔帽一样戴上，或者患者躺到局部线圈的下面部分之上并且将局部线圈的上面部分覆盖在其脸上，等等。
图2作为本发明的实施方式的第一变形建议将匀场线圈元件集成到（示意性简化为矩形表示的）头部-颈部线圈106中。在此，电流方向也就是电流I可以流入（局部线圈中的）局部匀场线圈元件LS的方向，并且示例性简化地表示了由局部匀场线圈元件LS产生的场BLS（特别是静态场B0′场）。
图2中在局部线圈中的局部匀场线圈元件LS的多个导体L1、L2（例如多于两个导体，其中两个导体L1、L2仅是示例性示出的）（大约）在颈部区域和/或嘴部区域和/或（大约/部分）患者的问题区域P下面（-y）（患者以将局部线圈106例如像盔帽一样戴上）的位置上在患者的头部K和/或颈部H和/或z轴附近（以例如粗略近似椭圆形的或卵形的或矩形的形状等）延伸。
例如图2中在头部K上方示出的截面位置处的导体L1中电流I1从附图平面向外背向x方向流出（通过导体L1中的点符号表示），而在头部K下方示出的截面位置处的导体L1中电流I1从附图平面向内在x方向上流入（通过导体L1中的叉符号表示），并且图2中在头部K上方示出的截面位置处的导体L2中电流I2从附图平面向外背向x方向流出（通过导体L2中的点符号表示），而在头部K下方示出的截面位置处的导体L2中电流I2从附图平面向内在x方向上流入（通过导体L2中的叉符号表示）。
由此得出由在局部线圈106中（具有导体L1、L2等）的局部匀场线圈元件LS产生的磁场BLS，该磁场补偿了问题区域P从而优化了可通过MRT产生的图像（其中特别是就B0场成言）。
图2中从y方向看导体L1、L2等位于（患者卧榻上方）相同的高度。
同样，图3作为本发明的实施方式的第二变形建议将匀场线圈集成到（示意性简化为矩形表示的）头部-颈部局部线圈106中。
图3中从y方向看导体L1、L2等也位于（患者卧榻上方）彼此相同的高度。图3示出的是，局部线圈106的局部匀场线圈元件LS的导体L1、L2共同布置在从z方向看相对于问题区域P（患者的颈部区域）不同的位置上，根据位置P1、P2这会导致由局部线圈106的局部匀场线圈元件LS产生不同的磁场BLS，特别是在不同的位置上。
根据（在z方向上）匀场线圈中心M（在这里是在此处两个导体L1、L2之间距彼此最远处）与问题区域P的距离，不同地使用匀场线圈的散射场来补偿（由于问题区域P的）B0不均匀性。
例如在局部线圈106中在P1、P2等多个位置上布置导体L1、L2等并且分别仅在一个或几个位置上向导体施加电流来产生磁场BLS，从而局部线圈与不同的患者相匹配。
匀场线圈元件LS的线圈（或其导体）L1、L2可以位于局部线圈106中患者位置PP（该位置应当设置在患者的头部和/或颈部）的前部和/或后部的位置P1、P2上和/或围绕患者位置PP。
图4作为本发明的实施方式的第三变形同样建议将匀场线圈元件集成到（示意性简化为矩形表示的）头部-颈部局部线圈106中。
图4中从y方向看导体L1、L2等（相对于问题区域P和/或在患者卧榻上方）以不相同的高度d1、d2设置在局部线圈中（例如在其壳体中）。
为了均匀化，在此例如主要使用导体L1（或多个导体）的匀场场，该一个或多个导体例如可以直接在问题区域P旁边向一个方向传输电流，并且从距离问题区域更远处传输回来，例如在此从导体L2传输回来。
其它可能的变形：
-局部线圈106的匀场电流可以通过局部线圈中的电流控制器和/或通过MRT系统的控制器101、117、168来调整。
-匀场的适配例如可以按照迭代方法进行：估计匀场电流→调节电流，测量均匀性→估计新匀场电流→重复该过程。
-(局部线圈中的)多个空间上分布的局部匀场线圈可以通过接通/断开和/或通过电流的控制器来一起/替换地运行，从而其场建设性地或破坏性地叠加，例如在头部和/或颈部中和/或在脊柱线圈中的局部匀场线圈。
-可以附加地布置用于极端性线圈(
Figure BDA00001770089400071
的局部匀场线圈，该极端性线圈位于X方向的远端，例如肩部线圈。
图6示出了按照本发明的局部线圈106的示例性的(通过虚线矩形表示的)电源SV的电路图。
局部线圈的匀场线圈应当例如通过外罩波陷波器MS或并联谐振滤波器(利用例如线圈和电容器)来抑制在HF发送频率下的高的电流。
在示出的示例中，电流I流过低欧姆的线圈L。
电源SV的DC电流源Q例如是可控的。
DC源应当防止由于MRT的梯度场形成高压场感应。保护电路S例如可以被设置为二极管桥。
可以设置DC源-电源中的频率极低(f＜大约10Hz)的低通滤波器。
匀场线圈L1、L2、LS等可以机械固定地与局部线圈(106)壳体G相连，从而可以吸收梯度场的洛仑兹力。
局部匀场线圈可以集成在局部线圈中并且由此均衡局部强烈限制的效果。
本发明的实施方式的可能的优点在于，匀场线圈元件直接集成在局部线圈内的局部B0不均匀性的位置上，并且技术上实现匀场线圈，从而匀场线圈可以被构造为抵抗高的HF交变场和梯度场，并且可以对于患者安全地运行。
图4示出了按照本发明的具有如下特点的实施例：
在图4的右边在“-x”方向上延伸的(在“-x”方向上传输电流I2的)导体L2大约或恰好位于颈部成形(Nackenanformung)(颈部区域P2)下方，另外，在“x”方向上延伸的(在x方向上传输电流I1的)导体L1大约或恰好位于肩部区域(P1)下方，特别是位于患者的称为C5/C6的脊柱部位区域中。
例如，如果B0不均匀性是这样的，即场干扰在颈部区域和在肩部区域中具有相反的符号，则该布置是合适的；这例如可以利用至少一个匀场线圈来均衡，方法是为此恰好使用其去导体和回导体（L1，L2）。
在附图中示意性示出的导体（此处也称为导体装置）L1、L2可能但不是必要地分别仅是唯一的导体（或仅是唯一的导线）。其L1、L2特别也可以包括多个并排（例如互相平行地）延伸的导体L1a、L1b、L1c、L1d以及L2a、L2b、L2c、L2d。
图5从纵剖面的一侧示出了按照本发明的具有局部线圈导体装置L1、L2的匀场的局部线圈，该局部线圈导体装置分别具有多个导体（或导线）L1a、L1b、L1c、L1d以及L2a、L2b、L2c、L2d。
图5中导体（L1和L2）的y距离并且也可能是z距离可以可变地实施的。这点例如可以通过电切换不同的导体结构（例如同时存在于局部线圈中）或通过不同的机械布置来实现。不同的距离对于最佳地匹配患者单独的磁化率比是具有优势的。

Claims (24)

1.一种局部线圈（106），用于成像系统（101）、特别是MRT（101），其特征在于，所述局部线圈（106）是MRT头部线圈（106），所述MRT头部线圈（106）被构造（A，L1，L2）用于，能够将患者的头部（K）安置（PP）在所述局部线圈（106）（A）中，并且所述局部线圈（106）具有至少一个匀场线圈（L1，L2）。
2.根据权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，所述MRT局部线圈（106）被构造（A）用于，能够将患者的头部（K）安置（PP）在所述MRT局部线圈（106）中，所述MRT局部线圈（106）具有用于患者（104）的头部（K）和/或颈部（H）的在该局部线圈（106）中的内部空间（A），头部（K）或头部和颈部（K和H）能够被安置（PP）在所述内部空间（A）中。
3.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述MRT局部线圈（106）可以戴在患者（104）的头部（K）和/或颈部（H）上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈（106）的一个或多个线圈（L1，L2），位于该局部线圈（106）中头部（K）和/或颈部（H）的患者位置（PP）的前部和/或后部的位置（P1，P2）上，和/或围绕患者的头部（K）和/或颈部（H）的位置（PP）。
5.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述至少一个匀场线圈（LS，L1，L2）被布置在所述局部线圈（106）的壳体（G）中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，电源（Q）和/或匀场装置（LS，L1，L2）的控制器被布置在所述局部线圈（106）的壳体（G）中。
7.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈（106）具有仅仅一个匀场线圈（L1）。
8.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈（106）具有两个或多于两个匀场线圈（L1，L2）。
9.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述MRT局部线圈（106）是用于头部和颈部的头部-颈部局部线圈的组合。
10.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，在该局部线圈中和/或在MRT系统（SV，101，117，168）中设置了对所述局部线圈（106）的匀场线圈（L1，L2）中的匀场电流（I）的控制器（SV）。
11.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，在所述局部线圈中的多个空间上分布的局部匀场线圈（L1，L2）能够通过接通/断开和/或通过电流（I）的控制器一起和/或彼此替换地运行（SV，101，117，168）。
12.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述控制局部线圈的匀场线圈的电源（SV）的电流源（Q）是可控的。
13.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈的匀场线圈的电源（SV）的电流源（Q）具有保护电路（S），特别是防止由于MRT的梯度场形成高压场的感应。
14.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈具有二极管桥和/或DC源-电源中的频率小于10Hz的低通滤波器。
15.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，匀场线圈（L1，L2）被构造为用于产生恒定的磁场（BLS）。
16.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，匀场线圈（L1，L2）机械固定地与局部线圈（106）壳体G相连。
17.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，匀场线圈（L1，L2）的一个导体（L1）布置在患者（101）的颈部成形的区域（P2）中，并且匀场线圈（L1，L2）的一个导体（L2）布置在患者（101）的肩部区域和/或脊柱部位中的一个，特别是C5或C6的区域（P1）中。
18.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈具有两个或多于两个匀场线圈（LS）。
19.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈仅具有一个匀场线圈（LS）。
20.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈的匀场线圈（LS）具有在不同位置（P1，P2）上的第一导体（L1）和第二导体（L2），在所述导体（L1；L2）中电流（I1，I2）在彼此相反设置的方向
Figure FDA00001770089300021
上流过。
21.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述局部线圈的匀场线圈（LS）具有第一导体（L1）和第二导体（L2），在所述导体（L1；L2）中至少在为安置在患者（105）下方而设置的局部线圈的区域（P1，P2）中电流（I1，I2）在彼此相反设置的方向上流过。
22.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，在所述局部线圈（105）中的匀场线圈（LS）的导体（L1，L2）是分别具有多个并排延伸和/或位于并排的导线（L1a，L1b；L2a，L2b）的导体装置（L1，L2）。
23.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，在所述局部线圈（105）的匀场线圈（LS）中设置两个或多于两个导体装置（L1，L2，L1a，L2a），并且第一导体（图3中L1和L2）的y距离和/或z距离彼此大于或小于第二导体（图3中L1（a）和L2（a））的y距离和/或z距离。
24.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈，其特征在于，设置了切换装置（SV；168；117）以用于电地（I1，I2）接通在所述局部线圈中存在的不同导体结构（图3中L1，L2；L1（a），L2（a）），通过该切换装置（SV；168；117）仅接通（I1，I2）第一导体（图3中L1和L2）以用于匀场，或者仅接通（I1，I2）第二导体（图3中L1（a）和L2（a））以用于匀场，或者接通（I1，I2）第一导体（图3中L1和L2）和第二导体（图3中L1（a）和L2（a））以用于匀场。
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