RF线圈装置和磁共振成像装置.pdf

具体实施方式

将参照附图详细说明本发明的实施例。图1表示磁共振成像装置
的方框图。该装置的配置代表一个按照本发明的磁共振成像装置的实
施例。

如图1所示，本发明具有一个磁铁系统100。磁铁系统100具有主
磁场磁铁部分102、梯度线圈部分104和RF线圈部分106。主磁场磁
铁部分102和线圈部分各由一对跨空间相互面对的构件组成。这些部
分具有一般如盘形的形状和被配置具有一个共同的中心轴。

把目标1放在摇床500上，移入到磁铁系统100的内部空间中和
从中移出。摇床500由摇床驱动部分120驱动。

把目标1的要被成像区容纳在接收线圈部分108内。接收线圈部
分108通常具有圆筒形。接收线圈部分108具有多个线圈元件。流经
各个线圈元件的电流的比率由电流比率调节部分110调节。下面将详
细说明接收线圈部分108和电流比率调节部分110。

主磁场磁铁部分102在磁铁系统100的内部空间产生静磁场。静
磁场的方向一般与目标1躯体轴的方向正交。也就是说，产生通常称
为垂直磁场的磁场。

例如，利用永久磁铁制作主磁场磁铁部分102。利用永久磁铁，能
够容易地产生静磁场。然而，主磁场磁铁部分102并不限于永久磁铁，
可以利用超导或正常导电电磁铁等来制作。

梯度线圈部分104产生3个梯度磁场，用于在3个互相垂直轴，
即片轴、相位轴和频率轴的方向上把梯度给予静磁场强度。

把静磁场空间中的互相垂直坐标轴表示为x、y和z，这些轴中的
任何一个可以是片轴。在这种情情况下，其余2个轴中的一个是相位
轴，而另一个是频率轴。此外，可以在保持其互相垂直性的同时给片、
相位和频率轴相对x、y和z轴的任意倾斜。在本装置中，定义目标1
的躯体轴的方向为z轴方向。

在片轴方向的梯度磁场有时被称为片梯度磁场。在相位轴方向的
梯度磁场有时被称为相位编码梯度磁场。在频率轴方向的梯度磁场有
时被称为读出梯度磁场。读出梯度磁场是与频率编码梯度磁场同义
的。为了使这样的梯度磁场有可能产生，梯度线圈部分104具有3个
梯度线圈(未示出)。在下面，梯度磁场将有时被简单地称为梯度。

发射线圈部分106在静磁场空间中产生用于激励目标1内的自旋
的RF磁场。在下面，RF磁场的产生将有时被称为RF激励信号的发射。
此外，RF激励信号将有时被称为RF脉冲。接收线圈部分108接收由激
励的自旋产生的电磁波，即，磁共振信号。

接收线圈部分108可以被用作用于发射RF脉冲的RF线圈，代替
使用发射线圈部分106。它也可以被用于既发射又接收。虽然下面的说
明将论及专用于接收的接收线圈部分108，对用于发射或者既发射又接
收的线圈部分也适用。

磁共振信号是在频域内，即富里叶空间内的磁共振信号。由于磁
共振信号按在相位和频率轴方向上的梯度在2个轴上被编码，所以磁
共振信号作为在2维富里叶空间内信号被获得。相位编码梯度和读出
梯度被用来确定在2维富里叶空间内在其上信号被抽样的位置。在下
面，2维富里叶空间将有时被称为k空间。

梯度线圈部分104与梯度驱动部分130连接。梯度驱动部分130
给梯度线圈部分104供给驱动信号以产生梯度磁场。梯度驱动部分130
具有与梯度线圈部分104中的3个梯度线圈对应的3个驱动电路(未
示出)。

发射线圈部分106与RF驱动部分140连接。RF驱动部分140给
RF线圈部分106供给驱动信号以发射RF脉冲，借此激励目标1内的自
旋。

接收线圈部分108与数据收集部分150连接。数据收集部分150
收集由接收线圈部分108接收的信号作为数字数据。

梯度驱动部分130、RF驱动部分140和数据收集部分150与序列
控制部分160连接。序列控制部分160控制电流比率调节部分110、
梯度驱动部分130、RF驱动部分140和数据收集部分150以进行磁共
振信号的收集。

序列控制部分160，例如，利用计算机组成。序列控制部分160
具有存储器(未示出)。该存储器储存用于序列控制部分160的程序
和几种数据。通过计算机执行储存在存储器内的程序来完成序列控制
部分160的功能。

数据收集部分150的输出与数据处理部分170连接。数据收集部
分150收集的数据被输入到数据处理部分170。数据处理部分170，例
如，利用计算机组成。数据处理部分170具有存储器(未示出)。该
存储器储存用于数据处理部分170的程序和几种数据。

数据处理部分170与序列控制部分160连接。数据处理部分170
是在序列控制部分160上面并控制它。通过数据处理部分170执行储
存在存储器内的程序来完成本装置的功能。

由接收线圈部分108、电流比率调节部分110、序列控制部分160
和数据处理部分170组成的部分是本发明的RF线圈装置的实施例。装
置的配置代表按照本发明的RF线圈装置的实施例。

数据处理部分170把由数据收集部分150收集的数据储存到存储
器中。在存储器中建立数据空间。该数据空间对应k空间。数据处理
部分170进行关于k空间数据的2维反富里叶变换以重构图像。

数据处理部分170与显示部分180和操作部分190连接。显示部
分180包括图形显示器等。操作部分190包括同定向装置一起提供的
键盘等。

显示部分180显示从数据处理部分170输出的重构图像和几种信
息。操作部分190由用户操作输入若干命令、信息等到数据处理部分
170。用户通过显示部分180和操作部分190人机对话地操作本装置。

图2表示示例性的为在磁共振成像中使用的脉冲序列。该脉冲序
列是按照自旋回波(SE)技术的脉冲序列。

具体说，图2(1)是按照SE技术的用于RF激励的90°和180°
脉冲序列，(2)、(3)、(4)和(5)分别是按照SE技术的片梯度
Gs、读出梯度Gr、相位编码梯度Gp和自旋回波MR的序列。90°和180°
脉冲用它们各自的中心信号表示。该脉冲序列从左到右沿时间轴t进
行。

如所示的，90°脉冲实现自旋的90°激励。在那时，加上片梯度Gs
进行有选择的某个片的激励。在从90°激励的一定时间后，180°脉冲实
现180°激励，即自旋反转。又在那个时间，加上片梯度Gs进行同一片
的有选择反转。

在90°激励和自旋反转之间的期间，施加读出梯度Gr和相位编码
梯度Gp。读出梯度Gr相移自旋。相位编码梯度Gp相位编码自旋。

在自旋反转后，读出梯度Gr重调整自旋相位使自旋回波MR产生。
数据收集部分150收集自旋回波MR作为取景数据。这样的脉冲序列在
一个周期TR(重复时间)内重复64-512次。对于每次重复都改变相
位编码梯度Gp以便每次都实现不同的相位编码。因此，对于64-512
个取景获得取景数据。

在图3上表示用于磁共振成像的脉冲序列的另一个例子。这个脉
冲序列是按照GRE(梯度回波)技术的脉冲序列。

具体说，图3(1)是按照GRE技术的用于RF激励的α°脉冲的序
列，而(2)、(3)、(4)和(5)分别是按照GRE技术的片梯度Gs、
读出梯度Gr、相位编码梯度Gp和梯度回波MR的序列。α°脉冲用其中
心值表示。该脉冲序列从左到右沿时间轴t进行。

如所示的，α°脉冲实现自旋的α°激励。α是90或小些。在那时，
加上片梯度Gs进行有选择的某个片的激励。

在α°激励后，相位编码梯度Gp相位编码自旋。接着，读出梯度Gr
首先相移自旋和相继地重调整自旋相位使梯度回波MR产生。数据收集
部分150收集梯度回波MR作为取景数据。这样的脉冲序列在一个周期
TR内重复64-512次。对于每次重复都改变相位编码梯度Gp以便每次
都实现不同的相位编码。因此，用64-512个取景获得取景数据。

把由图2或3所示的脉冲序列获得的取景数据收集在数据处理部
分170的存储器中。脉冲序列不限于按照SE或GRE技术的脉冲序列，
会容易地认识到，可以利用按照任何其它适当的技术，例如快自旋回
波(FSE)技术或回波平面成像(EPI)的脉冲序列。数据处理部分170
根据存储器中收集的取景数据重构图像。

图4表示示例性接收线圈部分108电气配置。如所示的，接收线
圈部分108具有3个并联连接的线圈元件810、820和830。线圈元件
810、820和830与本发明线圈元件的一个实施例对应。线圈元件的数
目不限于3个，而是可以是任何适当的数目。虽然下面的说明将根据
其中线圈元件的数目是3个的情况进行，但同样适用于任何其它多数
目的线圈元件的情况。

每个线圈元件8i0(i＝1-3)是其中电容Ci和可变电容VCi串联
连接的导线环。按预定的间隔，例如按规则的间隔，沿接收线圈部分
108的中心轴或线圈轴布置线圈元件810-830。线圈元件810-830与电
容C0并联连接。C0的两端是信号端，从这两个信号端取出接收信号。
如果接收线圈部分108用于发射或者既发射又接收，信号端用作发射
信号供给端。

图5表示示例性的接收线圈部分108的电路。如所示的，每个线
圈元件8i0用电感Li、电容Ci和可变电容VCi的串联电路代表。可
变电容VCi由可变容量二极管和固定容量电容器的并联电路组成。在
该并联电路上供给电压vi，这个电压是用于调节可变电容VCi的静电
电容。电流比率调节部分110供给电压vi。

图6表示电流比率调节部分110的方框图。如所示的，电流比率
调节部分110包括微处理器602、存储器604和D-A转换器606、608
和610。微处理器602在序列控制部分160的控制下执行储存在存储
器604中的程序和经D-A(数字到模拟)转换器606、608和610输出
用于调节可变电容VC1-VC3的静电电容的电压V1-V3。

由微处理器602、存储器604、D-A转换器606、608和610、序列
控制部分160和数据处理部分170组成的部分是本发明的调节装置的
一个实施例。

通过分别改变接收线圈部分108的可变电容VC1、VC2和VC3的静
电电容，可以各种各样地改变流经线圈元件810、820和830的电流i1、
i2和i3之间的比率。

由于流经线圈元件810、820和830的电流i1、i2和i3之间的比
率决定接收线圈部分108的灵敏度分布，所以通过分别用电压v1、v2
和v3改变可变电容VC1、VC2和VC3的静电电容可以修改接收线圈部
分108的灵敏度分布，因而响应于线圈元件的导纳的改变而改变电流
i1、i2和i3之间的比率。通过利用静电电容，能够容易地改变导纳。
通过利用导纳，能够容易地改变电流比率。

图7表示示例性的灵敏度分布修改。图7上的曲线a、b、c和d
代表对应于某个电流比率的敏度分布。曲线a代表一种情况。在这种
情况下，线圈元件810的电流比率尤其大，曲线在线圈元件810在线
圈轴上所处位置P1处具有最大值灵敏度。曲线b代表一种情况。在这
种情况下，线圈元件820的电流比率尤其大，曲线在线圈元件820在
线圈轴上所处位置P2处具有最大值灵敏度。曲线c代表一种情况。在
这种情况下，线圈元件830的电流比率尤其大，曲线在线圈元件830
在线圈轴上所处位置P3处具有最大值灵敏度。曲线d代表一种情况。
在这种情况下，在线圈元件810、820和830之间的电流比率近似相等，
曲线具有从位置P1到P3的大概相似的灵敏度分布。

对于磁共振成像的FOV被定义为下降到按预定数量减少的灵敏度
的范围(例如，-3dB)，而FOVa-FOVd也是如此定义。由于可以以
连续的方式沿线圈元件810-830适当调整电流比率，所以可以形成
任何灵敏度分布，因此可以获得任意的FOV。此外，因为以预定的间隔
将线圈元件810-830布置在线圈轴上，所以可以沿线圈轴调节FOV。

图8表示本装置定义FOV时的工作流程图。如所示的，在步骤801
规定FOV。由用户根据成像的目的通过显示部分180和操作部分190
进行规定FOV。

接着，在步骤803计算线圈元件之间的电流比率。由数据处理部
分170进行电流比率的计算。数据处理部分170利用，例如，在其中
储存由测量预定的FOV和某些电流比率之间关系的数据表计算电流比
率。替换地，可以通过根据接收线圈部分108的已知电磁特性的模拟
来计算电流比率。

接着，在步骤805计算可变电容VCi的静电电容的比率。数据处
理部分170进行静电电容比率的计算。数据处理部分170计算可变电
容VCi的静电电容的比率使得线圈元件之间的导纳比率等于电流比
率。

接着，在步骤807计算控制电压vi的比率。这个计算也由数据处
理部分170进行。数据处理部分170利用，例如，代表可变电容VCi
的控制特性的数据表计算对应于可变电容VCi的静电电容比率的控制
电压vi比率。

利用，例如，储存实验上预定的FOV和某些vi比率之间的关系的
数据表可以以高速容易地实现步骤803到步骤807的计算。

接着，在步骤809确定vi的值，使得整个线圈的总静电电容不改
变。这个确定由数据处理部分170进行。数据处理部分170利用，例
如，控制特性数据表和线圈常数数据表在保持vi比率的同时确定保持
线圈元件810-830的并联电路的总静电电容在不变水平上的vi值。
因此，不管在可变电容VCi上的调节，接收线圈部分108的共振频率
不被改变。如果要接着要被接收的磁共振信号的频率改变，可以改变
整个线圈的总静电电容以修改共振频率。

接着，在步骤811把vi供给每个线圈元件。vi的供给由电流比率
调节部分110进行。在序列控制部分160的控制下电流比率调节部分
110供给控制电压vi到接收线圈部分108。序列控制部分160又受数
据处理部分170控制。于是接收线圈部分108的FOV如规定的被定义。
利用这样的FOV，如上述进行磁共振成像。

虽然已经参照上述优选实施例说明了本发明，但在不偏离本发明
的技术范围的情况下与本发明有关的本专业普通技术人员可以按这些
实施例进行各种各样的变化或替换。因而，本发明的技术范围不仅包
括上述的那些实施例，而且包括属于所附专利要求的范围内的全部。