Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации



Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации
Многоканальный радиочастотный объемный резонатор для магнитно-резонансной визуализации

 


Владельцы патента RU 2589275:

КОНИНКЛЕЙКЕ ФИЛИПС Н.В. (NL)

Использование: для магнитно-резонансной визуализации. Сущность изобретения заключается в том, что предложена система RF объемного резонатора, содержащая многопортовый RF объемный резонатор (40, 50, 60), подобный, например, объемной катушке типа TEM или резонатору типа TEM, или катушке типа «птичьей клетки», из которых все, в частности, в форме локальной катушки, подобной катушке для головы или катушке для всего тела, и множество каналов (T/RCh1, …, T/RCh8) передачи и/или приема для управления работой многопортового RF объемного резонатора для передачи RF сигналов возбуждения и/или для приема MR сигналов релаксации в/из объекта обследования или его части. Посредством выбора по отдельности каждого порта (P1, …, P8) и соответствующей амплитуды, и/или частоты, и/или фазы, и/или форм импульсов RF сигналов передачи в соответствии с физическими свойствами объекта обследования внутри объекта обследования можно возбуждать резонансную RF моду с высокой однородностью посредством RF резонатора. Технический результат: обеспечение возможности формирования требуемого распределения суммарного магнитного поля внутри пространства для исследования. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к системе радиочастотного (RF) объемного резонатора, содержащей многопортовый RF объемный резонатор, подобный, например, объемному резонатору типа TEM (поперечных электромагнитных волн) или катушке типа «птичьей клетки», или структуре типа щелевой линии или другой конструкции типа связанного замедлителя, которые все выполнены, в частности, в форме локальной катушки, подобной катушке для головы, или катушке для всего тела, и множество каналов передачи и/или каналов приема, управляющих работой многопортового RF объемного резонатора, для передачи RF сигналов возбуждения и/или для приема RF магнитно-резонансных (MR) сигналов релаксации, соответственно, в/из объекта обследования или его части.

Кроме того, изобретение относится к системе или сканеру для MR визуализации, содержащей/содержащему вышеупомянутую систему RF объемного резонатора, и к способу MR визуализации объекта обследования посредством вышеупомянутой системы RF объемного резонатора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В системе MR визуализации (MRI) или MR сканере объект обследования, обычно пациента, подвергают внутри пространства для исследования системы MRI воздействию однородного основного магнитного поля (поля B0), так что магнитные моменты ядер внутри объекта обследования стремятся повернуться вокруг оси приложенного поля B0 (совершают ларморову прецессию), что приводит к некоторой результирующей намагниченности всех ядер параллельно магнитному полю B0. Скорость прецессии называется ларморовой частотой, которая зависит от конкретных физических характеристик рассматриваемых ядер и напряженности приложенного поля B0.

При передаче RF импульса возбуждения (поля B1), который ортогонален полю B0, сформированного RF передающей антенной или катушкой, и согласовании с ларморовой частотой представляющих интерес ядер, спины ядер возбуждаются и согласуются по фазе, и обеспечивается такое отклонение их результирующей намагниченности от направления поля B0, что формируется составляющая, поперечная относительно продольной составляющей результирующей намагниченности.

По окончании RF импульса возбуждения начинаются процессы релаксации продольной и поперечной составляющих результирующей намагниченности, пока результирующая намагниченность не вернется в свое состояние равновесия. MR сигналы (релаксации), которые излучаются в течение процессов релаксации, обнаруживаются посредством RF/MR приемной антенны или катушки.

Принимаемые MR сигналы релаксации, которые являются временными амплитудными сигналами, подвергаются Фурье-преобразованию в частотные сигналы спектра ядерного магнитного резонанса (MR спектра) и обрабатываются для формирования MR изображения представляющих интерес ядер внутри объекта обследования. Для достижения пространственного выделения представляющего интерес слоя или объема внутри объекта обследования и пространственного кодирования полученных MR сигналов релаксации, исходящих из представляющего интерес слоя или объема, на поле B0 накладывают градиентные магнитные поля, имеющие такое же направление, как поле B0, но имеющие градиенты по ортогональным x-, y- и z-направлениям.

Вышеупомянутые RF (передающие и/или приемные) антенны могут быть обеспечены как в форме так называемых катушек для тела (называемых также катушками для всего тела), которые неподвижно установлены внутри пространства для исследования системы MRI, для визуализации всего объекта обследования, так и в форме так называемых поверхностных или локальных катушек, которые располагают непосредственно на или вокруг локальной зоны или области, подлежащей обследованию, и которые выполнены, например, в форме, гибких накладок или манжет, или клеток подобно катушкам для головы.

Кроме того, упомянутые RF передающие и/или приемные антенны могут быть реализованы, с одной стороны, в форме RF антенной решетки или матричной катушки, которая содержит несколько катушечных элементов, которые выбирают по отдельности для возбуждения источником RF тока, чтобы формировать (и/или принимать) их собственное локальное магнитное поле таким образом, чтобы всеми катушечными элементами формировалось требуемое распределения суммарного магнитного поля внутри пространства для исследования. Однако данный подход требует, чтобы катушечные элементы были развязаны между собой, или чтобы взаимные связи (в основном, по магнитному потоку) между элементами компенсировались. С другой стороны, RF передающая и/или приемная антенна может быть реализована в форме RF резонатора, в частности, RF объемного резонатора, который содержит несколько проводящих элементов, которые электромагнитно связаны между собой так, что, при возбуждении RF резонатора на одном или двух портах источником RF тока, в RF резонаторе можно вызвать несколько линейно независимых распределений резонансных токов («резонансных мод») для формирования магнитных полей на некоторых резонансных частотах в представляющем интерес объеме (обычно, пространстве для исследования).

В документе США 7285957 предложен многопортовый узел RF катушки типа «птичьей клетки», который содержит катушечную конструкцию, содержащую несколько катушечных элементов, продолжающихся между нижним и верхним короткозамыкающими кольцами, при этом с короткозамыкающими кольцами соединены конденсаторы, и цепь возбуждения снабжена множеством портов возбуждения на катушечной конструкции, которые сконфигурированы с возможностью возбуждения катушечной конструкции в, по меньшей мере, двух точках на одном из короткозамыкающих колец сдвинутыми по фазе напряжениями одновременно таким образом, что ослабляется ассиметричная нагрузка катушки пациентом, обусловленная асимметрией пациента, и поддерживается, по существу, круговая поляризация поля внутри катушечной конструкции. Для исключения стоячих волн в силовых кабелях, ведущих к источнику питания, обеспечена симметрирующая цепь, при этом каждый порт возбуждения соединен со специализированным симметрирующим устройством. Кроме того, каждое симметрирующее устройство получает питание из разветвительной цепи для приема, разветвления и сдвига фазы напряжения, подводимого из источника питания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как было установлено, вышеописанное возбуждение катушечной конструкции на, по меньшей мере, двух портах одновременно все же характеризуется некоторыми недостатками, в частности, связанными с недостаточной однородностью формируемого RF поля, требуемой RF мощностью, зависимостью удельного коэффициента поглощения (SAR) от объекта обследования и т.д., при этом все упомянутые недостатки зависят, в частности, от физических свойств типа массы, содержания жира и воды, протяженности и других параметров некоторого объекта обследования.

Кроме того, упомянутая катушечная конструкция обычно использует несколько дорогих дискретных пассивных элементов типа конденсаторов для настройки катушечной конструкции в резонанс на резонансной моде, которая формирует однородное магнитное поле в требуемом объеме и на требуемой RF резонансной частоте магнитного резонанса (MR частоте), при этом упомянутая настройка является комплексной процедурой. Наконец установлено, что настройка может быть также расстроена воздействием и может в значительной степени зависеть от физических свойств типа массы, содержания жира и воды, протяженности и другие параметров объекта обследования.

Одной целью настоящего изобретения является создание такой системы RF объемного резонатора, в которой искажение возбужденной резонансной моды на требуемой RF/MR частоте (в частности, ее однородности), которое вызвано введением объекта обследования в RF резонатор, может быть предотвращено или существенно уменьшено и, в частности, может меньше зависеть или больше не зависеть от разных физических свойств типа массы, содержания жира и воды, протяженности или других параметров объекта обследования.

Данная цель достигается с помощью системы RF объемного резонатора по п.1 формулы изобретения.

Многопортовый RF объемный резонатор системы RF объемного резонатора в соответствии с изобретением может быть реализован в форме резонатора для всего тела, либо для использования в открытой системе MRI (вертикальной системе), которая содержит обследуемую зону, которая расположена между концами вертикальной схемы расположения с C-образной консолью, либо в аксиальной (горизонтальной) системе MRI, которая содержит горизонтально продолжающееся трубчатое или цилиндрическое пространство для исследования. Кроме того, RF объемный резонатор в соответствии с изобретением может быть реализован в форме так называемого поверхностного или локального резонатора, например, катушки для головы и т.п., как изложено выше.

Кроме того, оба упомянутых многопортовых RF объемных резонатора в соответствии с изобретением могут быть реализованы в форме резонатора TEM (поперечных электромагнитных волн) или катушки типа «птичьей клетки».

Наконец, принцип изобретения можно также применить в RF объемных резонаторах для передачи и/или для приема RF сигналов для других применений, кроме MR визуализации.

Зависимые пункты раскрывают полезные варианты осуществления изобретения.

Следует понимать, что признаки изобретения допускают объединение в любую комбинацию, не выходящую за пределы объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Дополнительные подробности, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего описания предпочтительных и примерных вариантов осуществления изобретения, которое приведено со ссылкой на чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - схематичный вид сбоку системы MRI;

Фиг.2 - изображение обычного двухпортового квадратурного объемного резонатора в аксиальной проекции;

Фиг.3 - первый вариант осуществления системы RF объемного резонатора в соответствии с изобретением;

Фиг.4 - второй вариант осуществления системы RF объемного резонатора в соответствии с изобретением;

Фиг.5 - схематичное трехмерное изображение третьего варианта осуществления системы RF объемного резонатора, содержащей многопортовую катушку типа «птичьей клетки» в соответствии с изобретением;

Фиг.6 - схематичное трехмерное изображение четвертого варианта осуществления системы RF объемного резонатора, содержащей многопортовую катушку типа «птичьей клетки» в соответствии с изобретением;

Фиг.7 - пятый вариант осуществления системы RF объемного резонатора, содержащей многопортовую планарную катушку или катушку типа «птичьей клетки», развернутую в двумерной плоскости, в соответствии с изобретением;

Фиг.8 - шестой вариант осуществления системы RF объемного резонатора, содержащей многопортовую планарную катушку поперечной электромагнитной волны (типа TEM) или цилиндрическую катушку типа TEM, развернутую в двумерной плоскости, в соответствии с изобретением;

Фиг.9 - первый вариант осуществления схемы переключателей для соединения и разъединения канала передачи и приема с портом многопортовой катушки;

Фиг.10 - второй вариант осуществления схемы переключателей для соединения и разъединения канала передачи и приема с портом многопортовой катушки;

Фиг.11 - переключающая матрица для выбора и управления работой переключателей; и

Фиг.12 - блок-схема последовательности операций способа проведения сканирования MRI посредством RF резонатора в соответствии с изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 изображены существенные компоненты системы магнитно-резонансной визуализации (MRI) или магнитно-резонансного (MR) сканера. На данной фигуре представлена вертикальная (открытая) система, содержащая обследуемую зону 10 между верхним и нижним концами конструкции с C-образной консолью.

Выше и ниже обследуемой зоны 10 известным образом обеспечены первая и вторая основные магнитные системы 20, 30, соответственно, для формирования, по существу, однородного основного магнитного поля (поля B0) для ориентирования ядерных спинов в объекте, подлежащем обследованию. Основное магнитное поле, по существу, продолжается сквозь пациента P в направлении, перпендикулярном продольной оси пациента P (то есть, в x-направлении).

Многопортовый RF объемный резонатор служит для передачи RF импульсов возбуждения (поля B1) на MR частотах и/или для приема MR сигналов релаксации в/из представляющего интерес объема и содержит, в соответствии с фиг.1, первую и вторую планарные RF антенны 40, 50 («катушку для всего тела»). Обе RF антенны 40, 50 обеспечены, каждая, в виде планарной и, предпочтительно, круглой электропроводящей пластины, имеющей, по меньшей мере, по существу, одинаковые размеры, при этом, пластины электрически подсоединены, каждая, через конденсаторы к потенциалу земли известным способом. В соответствии с фиг.1, первая планарная RF антенна 40 расположена, предпочтительно, около или на первой основной магнитной системе 20, и вторая планарная RF антенна 50 расположена, предпочтительно, около или на второй основной магнитной системе 30, при этом, обе пластины расположены параллельно между собой и раздвинуты одна от другой в направлении получения перпендикулярной проекции одной на другую, с ограничением между ними, в вертикальном направлении, обследуемой зоны 10 системы MRI.

В случае горизонтальной (осевой) системы MR визуализации, в которой пациента или другой объект обследования направляют в аксиальном направлении через горизонтальное цилиндрическое или трубчатое обследуемое пространство, вместо RF объемного резонатора в соответствии с фиг.1 применяют, обычно, цилиндрический RF объемный резонатор (в частности, типа «птичьей клетки» или типа TEM). Все катушки для всего тела упомянутых типов могут быть обеспечены в форме многопортовых RF объемных резонаторов в соответствии с изобретением.

Кроме того, можно обеспечить локальный многопортовый RF объемный резонатор 60 («локальную катушку»), который показан на фиг.1 для примера в форме катушки для головы, предпочтительно, катушки типа «птичьей клетки» (или катушки типа TEM), которую, обычно, применяют в дополнение к постоянно встроенному RF объемному резонатору 40, 50 для всего тела, и которую располагают непосредственно на или вокруг зоны или конкретной представляющей интерес области объекта, подлежащего обследованию. Данные локальные резонаторы могут быть также обеспечены в форме многопортового RF объемного резонатора в соответствии с изобретением.

Для пространственного выделения слоя и пространственного кодирования принимаемых MR сигналов релаксации, исходящих из ядер, система MR визуализации снабжена также множеством градиентных магнитных катушек 70, 80, посредством которых формируют три градиентных магнитных поля в ортогональных x-, y- и z-направлениях, как поясняется выше.

Как правило, вышеописанные и нижеприведенные принципы и варианты осуществления применимы как в случае аксиальной (горизонтальной), так и вертикальной (открытой) системы MRI, при этом, в случае как катушки для всего тела, так и локальной катушки, и как в форме многопортового RF объемного резонатора, содержащего две планарных RF антенны, так и катушки типа «птичьей клетки» или катушки типа TEM, или другого RF объемного резонатора.

На фиг.2 изображен обычный двухпортовый квадратурный RF объемный резонатор 60 в форме катушки типа «птичьей клетки» в аксиальной проекции на торцевую крышку 2 катушки 60. Данный резонатор содержит множество токопроводящих спиц 1 (число N которых является, обычно, четным), которые расположены известным образом, по меньшей мере, по существу, параллельно между собой и распределены через, по меньшей мере, по существу, равные расстояния одна от другой на и вдоль окружности, по меньшей мере, по существу, цилиндрической поверхности, которая окружает обследуемую область 10. Токопроводящие спицы 1 продолжаются по своей длине, по меньшей мере, по существу, параллельно оси катушки 60. Каждые две соседних токопроводящих спицы 1, обычно, соединены между собой на обоих их аксиальных концах посредством концевых проводников, которые, обычно, реализованы, каждый, в форме токопроводящего кольца (короткозамыкающего кольца), наподобие кольцевого замкнутого проводника. В альтернативном варианте токопроводящие спицы 1 могут быть соединены на одном из своих концов посредством показанного токопроводящего концевого цилиндра 2 и на других своих концах посредством токопроводящего кольца (не показанного).

Кроме того, на фиг.2 показан 90° ответвитель 3, который содержит вход T для подачи RF сигнала, подлежащего передаче катушкой 60 типа «птичьей клетки», и выход R для вывода MR сигнала, который принимается катушкой 60 типа «птичьей клетки». Ответвитель 3 содержит первый и второй полюса 11, 12, которые соединены с первым и вторым портами P1, P2, соответственно, катушкой 60 типа «птичьей клетки» на каждой из спиц 1 катушки 60 типа «птичьей клетки», при этом, упомянутые порты P1, P2 геометрически сдвинуты один от другого на 90° в направлении по окружности катушки 60 типа «птичьей клетки» и расположены в общей плоскости, перпендикулярной продольной оси катушки типа «птичьей клетки». Первый и второй полюса 11, 12 ответвителя 3 обеспечены для подведения и приема, соответственно, RF/MR сигналов, которые (электрически) сдвинуты по фазе на 90° один относительно другого общеизвестным образом.

В предположении, что катушка 60 типа «птичьей клетки» имеет небольшие размеры в сравнении с длиной волны RF/MR сигналов, подлежащих передаче и/или приему, существует, как правило, N/2+2 линейно независимых распределений тока, доступных в катушке типа «птичьей клетки» (где N означает число спиц 1). Упомянутые распределения резонансных токов можно описать как моды или собственные моды катушки типа «птичьей клетки», или, другими словами, катушка типа «птичьей клетки» характеризуется N/2+2 резонансами на разных частотах. За исключением двух мод короткозамыкающих колец, при которых в спицы 1 не протекает, по существу, никаких токов, существует N/2 соответствующих резонансных частот, которые зависят от подбора размеров резонатора и типа катушки типа «птичьей клетки» (т.е. низкочастотной, высокочастотной, полосовой). Обычно, резонансная частота первой моды (или моды первого порядка, k=1) является частотой, формирующей максимальную однородность магнитного поля в области, окруженной катушкой типа «птичьей клетки», (обследуемой области 10), так что данную моду используют для MR визуализации. Общеизвестно, что магнитное поле с круговой поляризацией может быть сформировано возбуждением катушки типа «птичьей клетки» в двух пространственных положениях, которые сдвинуты на 90° одно от другого.

Как выяснилось, для подачи RF токов в данный RF объемный резонатор для возбуждения упомянутой резонансной моды, т.е. для передачи упомянутых RF сигналов возбуждения (и/или для вывода RF токов, которые наводятся в RF объемном резонаторе вышеописанными актами MR релаксации), в принципе, любые два положения спиц или положения на короткозамыкающих кольцах, которые находятся геометрически на угловом расстоянии 90° между собой в окружном направлении, можно использовать как положения возбуждения (называемые также «антенными портами» или «портами» P1, P2, …) RF объемного резонатора 60. Другими словами, RF ток протекает, по существу, в каждый проводник RF объемного резонатора, независимо от некоторых выбранных (в частности, двух) портов или положений возбуждения. Таким образом, и в противоположность вышеупомянутым антенным решеткам, однородное распределение RF поля можно формировать, обычно, без необходимости возбуждения RF объемного резонатора на, по меньшей мере, трех портах одновременно.

В соответствии с изобретением применяют многопортовый RF объемный резонатор 60 (или RF объемный резонатор), содержащий, по меньшей мере, три порта. Данные порты могут быть распределены равномерно или неравномерно (т.е. расстояния между соседними портами являются одинаковыми или разными) в окружном направлении RF объемного резонатора. В предпочтительном варианте каждый из упомянутых портов соединен с собственным каналом передачи и/или приема RF/MR сигналов, чтобы число каналов передачи и/или приема RF/MR сигналов было равно числу портов.

Каждый из канала передачи и канала приема содержит согласующую цепь, предпочтительно, в форме пассивной согласующей цепи, которая обеспечена для согласования соответствующего порта RF объемного резонатора с оптимальным импедансом подсоединенного усилителя мощности (в случае канала передачи) или подсоединенного малошумящего усилителя (в случае канала приема), и двухпозиционный переключатель для включения и отключения соответствующего порта RF объемного резонатора.

В случае, когда многопортовый RF объемный резонатор и, в частности, по меньшей мере, один из портов резонатора служит как для передачи, так и для приема RF/MR сигналов, соответствующий канал передачи и приема RF/MR сигналов дополнительно содержит переключатель передачи/приема, при этом, двухпозиционный переключатель и переключатель передачи/приема реализованы предпочтительно в виде общего блока переключателей, В альтернативном варианте переключатель передачи/приема подсоединен между двухпозиционным переключателем и соответствующими согласующими цепями для передачи и приема, или общая согласующая цепь служит как для передачи, так и для приема, при этом, согласующая цепь может быть подсоединена между двухпозиционным переключателем и переключателем приема/передачи, как показано на фиг. 5-10 (смотри ниже). Кроме того, согласующая цепь и двухпозиционный переключатель могут быть также объединены в общий блок, как для примера поясняется в дальнейшем, со ссылкой на фиг.11. Все вышесказанное соответственно применимо и может быть реализовано во всех вариантах осуществления, показанных на фиг. 3-8.

В предпочтительном варианте двухпозиционный переключатель подключен между соответствующим портом RF резонатора и согласующей цепью. Данное подключение выгодно потому, что, в случае, когда некоторый порт многопортового RF объемного резонатора не используют для передачи RF сигналов или для приема MR сигналов, резонансные моды RF объемного резонатора не испытывают влияния подсоединенной согласующей цепи или других компонентов соответствующего канала передачи и/или приема на неиспользуемом порте. Однако, если согласующая цепь подсоединена между соответствующим портом RF резонатора и двухпозиционным переключателем, то настройку RF резонатора требуется изменить и адаптировать соответственно реактивному сопротивлению согласующей цепи.

Во всех вышеприведенных случаях один или все каналы передачи и/или приема RF/MR сигналов могут содержать дополнительные компоненты, подобные, например, симметрирующей цепи и/или собственному усилителю мощности, и/или собственному малошумящему усилителю, а также электронные компоненты для управления амплитудой, фазой, формой импульса и/или частотой передаваемых RF сигналов и/или электронные компоненты для обработки принимаемых MR сигналов, соответственно.

Вышеупомянутые двухпозиционные переключатели содержат, каждый, вход управления для переключения переключателя между проводящим и непроводящим состояниями, чтобы другие компоненты соответствующего канала передачи и/или приема RF/MR сигналов, соответственно, соединялись и разъединялись с соответствующим портом, и, тем самым, соответствующий порт, соответственно, включался и отключался.

В предпочтительном варианте все двухпозиционные переключатели действуют под управлением от общего блока управления, который, предпочтительно, содержит программу программируемого компьютера, посредством которой переключатели выбираются и переключаются между включенным и выключенным состояниями, в частности, в зависимости от некоторых физических свойств объекта обследования, как подробно поясняется ниже. В предпочтительном варианте обеспечен также блок управления для управления работой любых существующих переключателей передачи/приема, при необходимости. Соответствующая компьютерная программа может быть адаптирована для загрузки в блок C управления системой RF объемного резонатора или системой или сканером MR визуализации, при исполнении на компьютере, который подключен к сети Интернет.

На фиг.3 схематично представлен первый вариант осуществления основных компонентов данной системы RF объемного резонатора в соответствии с изобретением. Упомянутая система содержит многопортовый RF объемный резонатор, предпочтительно, содержащий первую и вторую планарные многопортовые RF антенны 40, 50, выполненные, каждая, в форме планарной электропроводящей пластины (при этом, показана только первая планарная RF антенна 40) с множеством портов Ρ1, …, Ρn, с каждым из которых соединен канал T/RCh приема или передачи.

В предпочтительном варианте первая (и вторая) планарная(ые) многопортовая(ые) RF антенна(ы) 40 обеспечена(ы), каждая, в форме круглой пластины, которая подсоединена через конденсаторы Cc к потенциалу земли известным способом. Пластина может также иметь овальную или многоугольную, или другую форму. По окружности пластины расположены порты P1, …, P8, при этом, в варианте осуществления, показанном на фиг.3, соседние порты находятся на одинаковых расстояниях в окружном направлении один от другого. Однако, как упоминалось выше, упомянутые расстояния могут быть также разными.

Каждый порт P1, P2, …, P8 соединен посредством двухпозиционного переключателя S, как поясняется выше, с другими компонентами канала T/RCh1, T/RCh2, …, T/RCh8 передачи/приема RF/MR сигналов, чтобы управлять работой RF резонатора для передачи или приема RF/MR сигналов. На фиг.3 показаны для примера упомянутые компоненты, а именно, согласующая цепь M и симметрирующая цепь B, при этом, согласующая цепь M подсоединена между двухпозиционным переключателем S и симметрирующей цепью B известным способом.

Либо все упомянутые каналы являются каналами передачи или все упомянутые каналы являются каналами приема, либо некоторые порты соединены, каждый, с каналом передачи, и другие порты соединены с каналом приема, например, с чередованием, по окружности пластины, при этом, число каналов передачи и число каналов приема может быть равным или разным. Все вышесказанное относится ко всем остальным вариантам осуществления, соответственно.

Двухпозиционные переключатели S подсоединены, каждый, между соответствующим портом P и другими компонентами соответствующего канала T/RCh передачи или приема и могут переключаться между включенным и выключенным состояниями независимо один от другого посредством каждого отдельного переключающего сигнала D1, D2, …, D8, при этом, упомянутые переключающие сигналы формируются блоком C управления. Во включенном состоянии, соответствующий порт включен, и соответствующие другие компоненты канала передачи или приема соединены с соответствующим портом, и, в выключенном состоянии, порт выключен и отсоединен от соответствующих других компонентов канала передачи или приема.

В предпочтительном варианте RF объемный резонатор в соответствии с изобретением содержит две планарных многопортовых RF антенны 40 (50), как показано на фиг.3, при этом, в данном случае, две пластины расположены параллельно между собой и раздвинуты в направлении получения перпендикулярной проекции одной на другую, как показано на фиг.1 для первой и второй планарной RF антенн 40, 50. Пластины имеют, предпочтительно, одинаковую форму и размеры и содержат, предпочтительно, одинаковое число портов, расположенных по одинаковой схеме расположения, при этом, пластины, предпочтительно, расположены так, что порты одной пластины сдвинуты в направлении, перпендикулярном пластине, от портов другой пластины. Кроме того, порты обоих пластин соединены с каналами передачи или приема, которые распределены между портами обеих пластин одинаковым или разным образом. Однако, можно также обеспечить две пластины с разными формами и/или размерами и/или снабдить только одну из пластин портами Ρ1, …, Ρn или обе пластины разным числом портов и соответствующих каналов передачи или приема.

В предпочтительном варианте каналами T/RCh1, T/RCh2, …, T/RCh8 передачи или приема можно управлять независимо один от другого в отношении регулировки, по меньшей мере, чего-то одного из амплитуды, формы импульса, частоты и фазы формируемых RF сигналов передачи или в отношении соответствующей обработки принимаемых RF сигналов, соответственно.

Формирование переключающих сигналов D1, D2, …, D8 посредством блока C управления и, тем самым, выбор портов P1, P2, …, Pn, подлежащих соединению и разъединению с соответствующим каналом T/RCh1, T/RCh2, …, T/RCh8 приема или передачи, а также регулировку, по меньшей мере, одного из вышеприведенных параметров формируемых или принимаемых RF/MR сигналов производят, в частности, в зависимости от некоторых физических свойств некоторого объекта обследования, который подлежит визуализации, и геометрических расстояний выбранных включенных портов между собой.

В предпочтительном варианте блоком C управления всегда одновременно выбирается и включается два порта посредством переключения соответствующих двух переключателей S во включенное состояние и других переключателей S в выключенное состояние. Для обеспечения большей адаптивности при выборе соответствующих двух (или более) портов, объемный резонатор содержит суммарное число портов, которое больше, чем максимальное число портов, которое выбирается и включается блоком C управления одновременно для их соединения с соответствующими каналами передачи и/или приема. Вышесказанное относится также ко всем остальным вариантам осуществления, показанным на фиг. 4-8.

Благодаря данному подходу можно последовательно формировать несколько MR изображений на основе любого выбора каждого отличающегося, по меньшей мере, одного (предпочтительно, каждых двух) канала T/RCh1, T/RCh2, …, T/RCh8 передачи или приема и/или разных регулировок вышеприведенных параметров RF сигналов, чтобы подбирать изображение, обладающее оптимальным качеством изображения. Вышеизложенное относится ко всем вариантам осуществления системы RF объемного резонатора.

На фиг.4 схематично представлен второй вариант осуществления системы RF объемного резонатора в соответствии с изобретением. По существу, в пояснении нуждаются только отличия от первого варианта осуществления, состоящие в следующем.

Система RF объемного резонатора содержит многопортовый RF объемный резонатор 60 в соответствии со вторым примерным вариантом осуществления в форме катушки типа «птичьей клетки», изображенный в аксиальной проекции на торцовую крышку катушки 60 типа «птичьей клетки». В предпочтительном варианте спицы 1 распределены через равные промежутки вдоль окружности катушки и геометрически сдвинуты, в соответствии с примерным вариантом осуществления на фиг.4, в окружном направлении на каждые 45°, так что по окружности катушки обеспечено всего восемь спиц 1. Разумеется, можно также обеспечить другое число N спиц 1, например, 12 спиц 1, которые, при распределении через равные промежутки, сдвинуты, каждая, на 30° в окружном направлении, и т.п. Однако, спицы 1 не обязательно должны быть распределены через равные промежутки и иметь равные угловые сдвиги между собой в упомянутом окружном направлении катушки. Вместо этого, каждые соседние спицы 1 могут также иметь разные геометрические сдвиги между собой.

Спицы 1 снабжены, каждая, по меньшей мере, одним портом P1, P2, …, Pn в положении вдоль длины каждой спицы 1, при этом, предпочтительно, все порты расположены в одном и том же положении по длине спиц 1. Однако, порты могут также находиться в разных положениях по длине спиц 1. Разумеется, возможен вариант с обеспечением дополнительных спиц 1 без порта, например, между спицами 1, которые снабжены портом. Кроме того, или в качестве альтернативы, по меньшей мере, один порт RF резонатора 60 может быть также обеспечен и размещен по длине, по меньшей мере, одного из двух аксиальных концевых проводников, которые соединяют между собой спицы 1 на их аксиальных концах.

Таким же образом, как выше, каждый порт RF резонатора 60 соединен с двухпозиционным переключателем S собственного канала T/RCh1, …, T/RCh8 передачи или приема, как поясняется выше со ссылкой на фиг.3. Каждый канал, например, дополнительно содержит, в соответствии с фиг.3 и 4, последовательно соединенные согласующую схему M, дополнительную симметрирующую цепь B и, предпочтительно, другие блоки передачи или приема (не показанные) для формирования RF сигнала, подлежащего вводу в порт, или для обработки принимаемого MR сигнала, для возбуждения и приема, соответственно, резонансной моды, как поясняется выше. Кроме того, в частности, в случае передачи, передаваемый RF сигнал может иметь произвольную форму, как, например, в случае трехмерного RF импульса, для локального возбуждения некоторой области или объема (по технологии SENSE (с кодированием чувствительности изображения)) вместо вышеупомянутой однородной резонансной моды.

Таким же образом, как выше, все двухпозиционные переключатели S могут переключаться для передачи RF сигналов возбуждения и для приема MR сигналов релаксации между включенным и выключенным состояниями независимо один от другого посредством каждого собственного переключающего сигнала D1, D2, …, D8, сформированного блоком C управления, для соединения и разъединения соответствующего порта P посредством соответствующего переключателя S с другими компонентами соответствующего канала T/RCh передачи или приема, как поясняется выше.

Так же, как выше, обеспечены согласующие схемы M для согласования или преобразования импеданса на соответствующем порте P резонатора с дополнительной симметрирующей цепью B или, в отсутствие симметрирующей цепи, с соответствующими другими компонентами канала T/RCh передачи или приема.

Дополнительные симметрирующие цепи B применены, как обычно, например, для устранения стоячих волн в кабелях, которые соединены с соответствующей согласующей схемой M.

На фиг.5 представлено схематичное трехмерное изображение третьего варианта осуществления системы RF объемного резонатора, содержащей многопортовую катушку 60 типа «птичьей клетки». В данном случае, в пояснении нуждаются только отличия от второго варианта осуществления.

Катушка 60 типа «птичьей клетки» содержит множество спиц 1, которые продолжаются, как поясняется выше, в аксиальном направлении катушки типа «птичьей клетки», и которые соединены между собой на обоих их аксиальных концах посредством первого и второго концевых проводников 2, 3, соответственно. Три порта P1, P2, Pn резонатора, которые для примера показаны на фиг.5, расположены на первом концевом проводнике 2 и вдоль него, при этом, подобные порты могут быть обеспечены дополнительно на первом и/или на втором концевом проводнике 2, 3, и/или на, по меньшей мере, одной из спиц 1, независимо от показанной формы поперечного сечения резонатора. Так же, как выше, схематично показан блок C управления для формирования переключающих сигналов D1, D2, D3 для размыкания и замыкания переключателей S.

Данный вариант осуществления катушки типа «птичьей клетки» содержит, например, плоскую поверхность, которая, предпочтительно, обеспечена для размещения на ней объекта обследования. Однако, могут быть также обеспечены другие формы поперечного сечения.

На фиг.6 представлено схематичное трехмерное изображение четвертого варианта осуществления системы RF объемного резонатора, также содержащей многопортовую катушку 60 типа «птичьей клетки», которая имеет, по меньшей мере, по существу, кольцевое поперечное сечение. Кроме того, в дополнение к портам P1, P3, P4 и Pn, которые расположены на первом концевом проводнике 2 и вдоль него, один порт P2 показан, для примера, на одной из спиц 1 катушки типа «птичьей клетки».

В противоположность вариантам осуществления, показанным на фиг. 3 и 4, третий и четвертый варианты осуществления системы RF объемного резонатора в соответствии с фиг. 5 и 6, соответственно, снабжены каналами передачи и приема на каждом порте Ρ1, …, Ρn. Для соединения каждого порта либо с усилителем мощности для передачи RF сигналов, либо с малошумящим усилителем для обработки принимаемых MR сигналов, для каждого обеспечен переключатель T/R передачи/приема, который подсоединен, например, между согласующей схемой M и соответствующими усилителями. Однако, варианты осуществления, показанные на фиг. 3 и 4, могут быть также снабжены упомянутыми переключателями T/R передачи/приема для управления работой многопортового RF объемного резонатора 40, 50; 60 для передачи и приема, как поясняется выше.

Так же, как выше, на обеих фиг. 5 и 6 показано, что каждый порт Ρ1, …, Ρn соединяется переключателем S с соответствующим каналом передачи и приема. В отношении переключения переключателей S переключающими сигналами D1, D2, …, Dn, которые формируются блоком C управления, и параметров передаваемых/принимаемых RF/MR сигналов в отдельных каналах передачи и приема, следует обращаться к вышеприведенным пояснениям.

И, наконец, в показанном случае полосовой катушки типа «птичьей клетки», спицы 1 и первый и второй концевые проводники 2, 3 содержат конденсаторы (не обозначенные), которые последовательно включены в спицы 1 и концевые проводники 2, 3, соответственно, для настройки резонансных мод RF объемного резонатора, как широко известно. Однако, принципы настоящего изобретения применимы также в случае низкочастотной катушки типа «птичьей клетки» (с настроечными конденсаторами только в спицах) и высокочастотной катушки типа «птичьей клетки» (с настроечными конденсаторами только в концевых проводниках).

На фиг.7 представлен пятый вариант осуществления системы RF объемного резонатора. По существу, в пояснении нуждаются только отличия от вышеописанных вариантов осуществления.

Данная система RF резонатора содержит многопортовый RF резонатор в соответствии с изобретением в форме катушки типа «птичьей клетки», которая, вместо спиц, как показано на фиг.5 и 6, снабжена полосковыми линиями 1 передачи, как описано выше. На фиг.7 изображена часть соответствующей проводящей конструкции 60, схематично развернутой в двумерной плоскости.

Кроме того, на фиг. 7 схематично показаны первый и второй концевые проводники 2, 3 между которыми продолжаются полосковые линии 1 передачи. Полосковые линии 1 передачи соединены на обоих своих концах посредством конденсаторов CR связи с первым и вторым концевыми проводниками 2, 3, соответственно. Кроме того, концевые проводники 2, 3 содержат конденсаторы CT, которые последовательно включены в концевые проводники 2, 3 для настройки спектра резонансных мод RF катушки широко известным способом.

В предпочтительном варианте на одном из концов каждой полосковой линии 1 передачи обеспечен любой порт P1, P2, …, Pn RF катушки. Так же, как выше, каждый порт соединен переключателем S с каналом TCh/RCh передачи и приема, показанным так же, как выше, в форме последовательного соединения согласующей схемы M и переключателя T/R передачи/приема, как поясняется выше со ссылкой на фиг. 5 и 6. Блок C управления для формирования переключающих сигналов D1, …, Dn для переключения переключателей S не показан на фиг. 7 и 8 только для большей ясности.

В альтернативном варианте проводящая конструкция в соответствии с фиг. 7 также представляет часть планарной многопортовой RF антенны в соответствии с изобретением, аналогично фиг. 3. В данном случае, RF резонатор может быть обеспечен двумя упомянутыми планарными антеннами, которые расположены параллельно между собой и раздвинуты в направлении получения перпендикулярной проекции одной на другую, как показано на фиг. 1, и как поясняется в связи с фиг. 3, при этом, в предпочтительном варианте планарные антенны расположены так, что полосковые линии передачи одной из антенн продолжаются под углом 90° к полосковым линиям передачи другой антенны. В отношении распределения каналов передачи или приема между портами следует обращаться к пояснениям в связи с фиг. 3.

На фиг.8 представлен шестой вариант осуществления системы RF объемного резонатора. По существу, в пояснении нуждаются только отличия от пятого варианта осуществления.

Шестой вариант осуществления содержит многопортовый RF резонатор в соответствии с изобретением в форме резонатора типа TEM, который содержит полосковые линии 1 передачи, которые соединены широко известным способом на обоих своих концах посредством конденсаторов Cc связи с RF экраном (не показанным). На фиг. 8 показана часть проводящей конструкции 60, по меньшей мере, по существу, цилиндрического резонатора типа TEM, схематично развернутого в двумерной плоскости.

Полосковые линии 1 передачи соединены между собой на обоих их концах через настроечные конденсаторы CD, посредством которых настраивается требуемый спектр резонансных мод резонатора типа TEM. И, наконец, в предпочтительном варианте на каждом из концов полосковых линий 1 передачи так же, как выше, находится каждый порт P1, P2, …, Pn резонатора типа TEM. С каждым портом, так же, как выше, соединен канал TCh/RCh передачи и приема через двухпозиционный переключатель S, при этом, каналы передачи/приема, каждый, содержат, для примера, последовательно соединенные согласующую схему M и переключатель T/R передачи/приема, как поясняется выше.

Так же, как выше, проводящая конструкция в соответствии с фиг. 8 представляет, в качестве альтернативы, часть планарной (т.е. двумерной) многопортовой катушки типа TEM в соответствии с изобретением. В данном случае, RF резонатор может быть обеспечен двумя упомянутыми катушками типа TEM, которые расположены параллельно между собой и раздвинуты в направлении получения перпендикулярной проекции одной на другую, как показано на фиг. 1, и как поясняется в связи с фиг. 3. Дополнительные пояснения были приведены выше.

На фиг. 9 более подробно изображен первый вариант осуществления схемы переключателей, содержащей вышеописанные двухпозиционный переключатель S, согласующую схему M и переключатель T/R передачи/приема. Двухпозиционный переключатель S обеспечен для соединения и разъединения, соответственно, порта многопортового RF резонатора с каналом TCh передачи и/или каналом RCh приема, соответственно.

В соответствии с фиг.9, двухпозиционный переключатель S содержит, для примера, первый и второй диоды Dd1, Dd2, которые являются, в частности, PIN-диодами, и которые включены последовательно в каждую соединительную линию между согласующей схемой M, т.е. в канал TCh/RCh передачи/приема, и соответствующим портом P RF резонатора, при этом, оба диода Dd1, Dd2 соединены своими полюсами в противоположных направлениях один относительно другого. Кроме того, двухпозиционный переключатель S содержит первый и второй источники OD1, OD2 напряжения смещения, которые, каждый, подсоединены параллельно первому и второму диодам Dd1, Dd2, соответственно, для смещения первого и второго диодов Dd1, Dd2, соответственно, предпочтительно, через индуктивные элементы, в токопроводящее или непроводящее состояния. Источники OD1, OD2 напряжения смещения переключаются, каждый, переключающим сигналом D, который подается на вход источников напряжения смещения, и который формируется посредством блока C управления, как изложено выше со ссылкой на фиг. 3-6.

Источники OD1, OD2 напряжения смещения, по существу, широко известны в составе множества различных вариантов осуществления. В предпочтительном варианте применены источники OD1, OD2 напряжения смещения, которые можно переключать для подачи напряжения смещения на диоды Dd1, Dd2 посредством оптических переключающих сигналов, которые подаются по оптоволоконным кабелям из блока C управления в источники OD1, OD2 напряжения смещения.

При смещении диодов Dd1, Dd2 в проводящее состояние, соответствующий канал TCh/RCh передачи/приема соединяется с соответствующим портом P RF резонатора, и, при смещении диодов Dd1, Dd2 в непроводящее состояние, соответствующий канал TCh/RCh передачи/приема разъединяется с соответствующим портом P RF резонатора.

На фиг.10 изображен второй вариант осуществления схемы переключателей, содержащей двухпозиционный переключатель S для соединения и разъединения, соответственно, порта многопортового RF резонатора с каналом TCh передачи и/или каналом RCh приема, соответственно. Кроме того, показан вышеописанный переключатель T/R передачи/приема.

Различие между данным вторым вариантом осуществления и первым вариантом осуществления в соответствии с фиг.9 состоит в том, что порт P остается гальванически развязанным с двухпозиционным переключателем S и, тем самым, с каналом TCh/RCh передачи и/или приема, но индуктивно связанным с данными переключателем и каналом посредством первого и второго индуктивных элементов L1, L2. В частности, в данном втором варианте осуществления, а также в вышеописанном первом варианте осуществления, вместо двух диодов Dd1, Dd2, переключение может также выполняться только одним из упомянутых диодов, если другой диод заменен проводящим проводом, и соответствующий источник напряжения смещения отсутствует.

Третий вариант осуществления схемы переключателей содержит двухпозиционный переключатель, который содержит линию λ/4 (четвертьволновую), первый и второй диоды Dd1, Dd2, симметрирующее устройство B и источник OD напряжения смещения для смещения первого и второго диодов через индуктивные элементы и посредством переключающего сигнала D (также, в частности, оптического переключающего сигнала, как поясняется выше) в проводящее или непроводящее состояние. Первый конец линии λ/4 может подключаться к земле через первый диод Dd1, при смещении данного диода в проводящее состояние. Противоположный второй конец линии λ/4 соединен через симметрирующую цепь B с портом P многопортового RF объемного резонатора. В случае катушки типа «птичьей клетки», данный порт P расположен, предпочтительно, на спице катушки типа «птичьей клетки» и, предпочтительно, в положении на половине длины спицы, в которую последовательно включен второй диод Dd2. Для включения данного порта P, первый и второй диоды Dd1, Dd2 смещаются в непроводящее состояние, тогда как, для выключения данного порта P, оба диода Dd1, Dd2 смещают в проводящее состояние. Кроме того, первый конец линии λ/4 соединен с согласующей схемой M, которая соединена с переключателем T/R передачи/приема, как показано на фиг.9 и 10.

На фиг.11 представлена примерная переключающая матрица Sw для выбора и управления работой порта или портов Ρ1, …, Ρn многопортового RF резонатора. Переключающая матрица Sw содержит, например, переключатели S, блок C управления и согласующие схемы M в соответствии с фиг. 3-8 для всех портов RF резонатора.

Кроме того, переключающая матрица содержит, например, входной полюс In для ввода фактических физических параметров некоторого объекта обследования и множество первых полюсов ввода/вывода, каждый из которых подлежит соединению с каждым из портов P1, P2, …, Pn RF объемного резонатора 60, и множество вторых полюсов ввода/вывода, каждый из которых подлежит соединению с каждым из переключателей T/R1, …, T/Rn передачи/приема каналов TCh1/RCh1, …, TChn/RChn приема и передачи.

В предпочтительном варианте переключающая матрица Sw содержит компьютерную программу для формирования переключающих сигналов D для переключателей S (и, тем самым, соответственно, для соединения и разъединения соответствующих каналов TCh1/RChl, …, TChn/RChn передачи/приема с выбранными портами Ρ1, …, Ρn) на основании введенных параметров объекта обследования, как подробно поясняется ниже со ссылкой на фиг.13.

Система RF объемного резонатора в соответствии с изобретением обладает рядом преимуществ. Благодаря возможности свободного выбора входного порта или входных портов RF резонатора, можно получить более однородную резонансную моду внутри обследуемого пространства для объектов обследования, обладающих очень разными физическими свойствами. Кроме того, получают более равномерное распределение RF мощности на входных портах, и создается возможность RF шиммирования исключительно посредством изменения фазы (одного усилителя, разветвителя мощности и одного фазосдвигающего устройства, вместо двух отдельных усилителей). Кроме того, благодаря более равномерному распределению мощности для RF мощности на входных портах, получают также увеличенное пространство параметров для SAR (удельному коэффициенту поглощения) объекта обследования. Приведенные преимущества могут быть получены даже в случае RF резонаторов эллиптической или другой конструкции, как упоминалось выше. В предпочтительном варианте всегда выбирается пара из двух портов для одновременного включения, чтобы реализовать упомянутые преимущества, а другие порты выключены. Геометрический сдвиг двух портов упомянутой пары, одного относительно другого, по окружности RF резонатора и сдвиг по фазе между RF токами, возбуждающими упомянутые два порта, предпочтительно, подбирают и регулируют, соответственно, общеизвестным способом таким образом, чтобы формировалось (и, соответственно, принималось) магнитное RF/MR поле с круговой поляризацией. Вышеизложенное, предпочтительно, относится ко всем вариантам осуществления многопортовых RF резонаторов, представленных для примера на фиг. 3-8.

На фиг.12 представлена блок-схема последовательности операций примерного способа проведения сканирования MRI посредством системы RF объемного резонатора в соответствии с изобретением. В предпочтительном варианте способ выполняют посредством компьютерной программы, которая реализована в блоке C управления в соответствии с фиг. 3-5 или в переключающей матрице Sw в соответствии с фиг.12. Как правило, перед проведением обычной (т.е. «основной») MR визуализации фактически существующего объекта обследования, в предпочтительном варианте проводят предварительное сканирование MR визуализации объекта обследования, чтобы получить оптимальную или максимальную однородность соответствующей резонансной RF моды и/или минимальный SAR (удельный коэффициент поглощения) для фактически существующего объекта обследования.

Соответственно, на фиг.12 показано, что, после начала исполнения способа с первого этапа 10 (начало), на втором этапе 11 (предварительное сканирование) запускают процедуру предварительного сканирования MRI. При этом, оператор может производить выбор на третьем этапе 12 между двумя альтернативными вариантами, а именно, первым альтернативным вариантом, который исполняется по этапам 13 и 14, и вторым альтернативным вариантом, который исполняется по этапам 15, 16 и 17. Затем, с этапа 18 начинают основное сканирование MRI.

В соответствие с первым альтернативным вариантом на этапе 13 (операторский ввод), ряд физических свойств фактически существующего объекта обследования вводится оператором в качестве входных параметров типа объема, массы, размера, отношения вода/жир и/или других параметров. На этапе 14 (поисковая таблица/выбор параметров), упомянутые параметры служат в качестве входных данных для поисковой таблицы, в которой хранятся разные модели для разных классов объектов обследования.

После выбора соответствующей модели, которая оптимально соответствует входным параметрам и, тем самым, дает наилучшие результаты в отношении высокой однородности резонансной RF моды и/или низкого значения коэффициента SAR, соответствующие (в частности, два) порты и значения амплитуд, частот, фаз и/или форм импульсов RF токов для соответствующих каналов передачи/приема, подлежащих соединению с упомянутыми соответствующими портами (при этом, соответствующие порты и упомянутые значения сохраняются для каждой модели в запоминающем устройстве, например, блоке управления), считывают из запоминающего устройства и применяют в процессе основного сканирования MRI на этапе 18 (сканирование).

Поисковую таблицу и назначения портов и вышеупомянутых значений RF токов для каждой модели создают, например, на основании экспериментов и электромагнитного моделирования (в частности, с помощью программ FEM или FDTD), использующего диэлектрические модели объектов обследования, которые сохраняются в поисковой таблице и имеют разные значения вышеупомянутых и других физических параметров. Созданные поисковая таблица и назначения сохраняются, например, в блоке C управления, предпочтительно, до первого использования системы RF объемного резонатора.

В соответствии со вторым альтернативным вариантом на этапе 15 (служебное сканирование) выполняют картирующую последовательность MRI для некоторого объекта обследования посредством возбуждения всех портов RF резонатора последовательно. Затем, полученные данные изображения используют на этапе 16 (RF состояние) для вычисления итерационным способом или с использованием поисковой таблицы упомянутых амплитуд, частот, фаз и/или форм импульсов RF токов, для которых на каждом из портов получают оптимальную или максимальную однородность соответствующей резонансной моды и/или наименьшее значение коэффициента SAR для фактически существующего объекта обследования. Затем, на этапе 17 (выбор параметров), создают базу данных, содержащую для каждого порта упомянутые оптимальные амплитуды, частоты, фазы и/или формы импульсов.

Затем, на этапе 18 (сканирование), начинают основное сканирование MRI, и каждый выбранный порт возбуждают с использованием значений для амплитуд, частот, фаз и/или форм импульсов RF токов, которые были оценены во время одного из вышеупомянутых предварительных сканирований.

Порты могут также выбираться (т.е. переключатели S могут переключаться посредством соответственно сформированных переключающих сигналов во включенное состояние или выключенное состояние) в соответствии с предварительно заданной или требуемой последовательностью, которая введена операторами в блок C управления. В альтернативном варианте порты могут выбираться автоматически на основании вышеописанной оценки посредством блока C управления, также многократно, и на основании упомянутых физических свойств фактически существующего объекта обследования таким образом, чтобы однородность резонансной RF моды была максимальной, и/или значение коэффициента SAR было минимальным, при проведении MR визуализации объекта обследования, при этом, в общем, порты, которые включают для передачи RF сигналов могут отличаться от портов, которые включают для приема MR сигналов релаксации.

В предпочтительном варианте локальная (чувствительная) катушка или измерительная катушка расположена на, по меньшей мере, одном из портов RF резонатора, (не показано на фигурах), при этом, предпочтительно, все порты RF резонатора снабжены упомянутой локальной (чувствительной) катушкой или измерительной катушкой для измерения согласно этапу 19 (коэффициент SAR?) силы локального RF тока или напряженности локального RF поля и для управления ими посредством подсоединенного канала передачи/приема, в частности, таким образом, что сканирование MRI приостанавливают согласно этапу 20 (преждевременное прекращение), если, по меньшей мере, одно из упомянутых локальных значений превышает некоторое допустимое максимальное значение, чтобы не навредить пациенту или не превысить некоторое значение коэффициента SAR. Пока упомянутые локальные значения остаются ниже соответствующих допустимых максимальных значений, основное сканирование MRI продолжают до его нормального окончания (этап 21).

Вышеописанный способ применим также в случае, когда многопортовый RF резонатор используют для режима гипертермической терапии (в частности, в сочетании с MR визуализацией), в котором многопортовый RF резонатор служит источником полностью управляемого электромагнитного нагревания, в частности, для селективного нагревания некоторых областей внутри объекта обследования путем соответствующего селективного RF возбуждения посредством некоторых выбранных включенных портов. Хотя, для MR визуализации требуются однородная резонансная мода и невысокая установка параметра для коэффициента SAR, для локального повышения коэффициента SAR и RF возбуждения и, тем самым, для локального нагревания, в частности, ткани можно подбирать другую настройку шиммирования.

Кроме того, локальный резонатор передачи/приема можно расположить на объекте обследования и можно выбирать одновременно с RF (объемным) резонатором для всего тела. Локальная или временная RF передача во время MR последовательности посредством упомянутого локального RF резонатора полезна, в частности, в случае применения некоторых контрастных веществ.

Хотя настоящее изобретение подробно представлено на чертежах и охарактеризовано в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими, и изобретение не ограничено предложенными вариантами осуществления. В вышеописанных вариантах осуществления изобретения возможны различные модификации, не выходящие за пределы объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

После изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения, специалистами в данной области техники в процессе практической реализации заявленного изобретения могут быть разработаны и выполнены другие модификации предложенных вариантов осуществления. В формуле изобретения, формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа не исключает множественного числа. Единственный блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, например, оптическом носителе данных или полупроводниковом носителе, поставляемых совместно с другими аппаратным обеспечением или в его составе, но может также распространяться в других формах, например, по сети Интернет или в других проводных или беспроводных телекоммуникационных системах. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.

1. Система радиочастотного (RF) объемного резонатора для применения в системе магнитно-резонансной (MR) визуализации, при этом система RF объемного резонатора содержит:
- многопортовый RF объемный резонатор (40, 50; 60), содержащий множество портов (P1, P2, …, Pn), которые расположены на резонаторе для возбуждения и/или приема RF/MR сигналов посредством каналов передачи и/или приема, отличающийся тем, что:
- обеспечено множество каналов (TCh1/RCh1, …, TChn/RChn) передачи и/или приема, каждый из которых содержит по меньшей мере двухпозиционный переключатель (S) для соединения и разъединения каждого канала передачи и/или приема с или от каждого из портов (P1, P2, …, Pn) посредством переключения соответствующего двухпозиционного переключателя (S) между включенным и выключенным состояниями соответственно, причем двухпозиционные переключатели (S) можно переключать между включенным и выключенным состояниями взаимно независимо посредством каждого отдельного переключающего сигнала (D), и
- блок (C) управления для формирования переключающих сигналов (D) для выбора, по меньшей мере, двух из портов RF резонатора для соединения с каждым из каналов передачи и/или приема для возбуждения и/или приема RF/MR сигналов для проведения MR визуализации объекта обследования.

2. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой каждый из множества каналов (TCh1/RCh1, …, TChn/RChn) передачи и/или приема содержит согласующую цепь (M) для согласования соответствующего порта RF объемного резонатора (40, 50; 60) с импедансом подсоединенного усилителя мощности или подсоединенного малошумящего усилителя.

3. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой блок (C) управления обеспечен для выбора, по меньшей мере, двух портов RF резонатора для соединения с каждым из каналов передачи и/или приема в зависимости от физических свойств объекта обследования таким образом, чтобы однородность резонансной RF моды, возбуждаемой RF объемным резонатором (40, 50; 60), была максимальной и/или полученное значение удельного коэффициента поглощения (SAR) объекта обследования было минимальным.

4. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой многопортовый RF объемный резонатор (40, 50; 60) является катушкой для всего тела или локальной катушкой.

5. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой многопортовый RF объемный резонатор является RF катушкой (60) типа «птичьей клетки» или резонатором типа TEM.

6. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой переключатели (S) переключаются во включенное или выключенное состояние многократно в соответствии с предварительно заданной или требуемой последовательностью, которая введена в блок (C) управления.

7. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой блок (C) управления обеспечен для предварительного задания или оценки значений амплитуд, и/или частот, и/или фаз, и/или форм импульсов RF сигналов передачи, подлежащих формированию теми каналами (TCh/RCh) приема/передачи, которые соединены посредством соответствующего двухпозиционного переключателя (S) во включенном состоянии с портом RF резонатора, при этом упомянутые значения предварительно задаются или оцениваются в зависимости от физических свойств объекта обследования таким образом, чтобы однородность резонансной RF моды, возбуждаемой RF объемным резонатором (40, 50; 60), была максимальной и/или полученное значение коэффициента SAR объекта обследования было минимальным.

8. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой на, по меньшей мере, одном из портов (P1, P2, …, Pn) расположена локальная катушка или измерительная катушка для измерения силы локального RF тока или напряженности локального RF поля.

9. Система RF объемного резонатора по п.1, в которой, по меньшей мере, один из переключателей (S) содержит первый и второй диоды (Dd1, Dd2), которые последовательно включены в каждую соединительную линию между портом RF объемного резонатора и соответствующим каналом (TCh/RCh) приема/передачи, при этом оба диода (Dd1, Dd2) соединены своими полюсами в противоположных направлениях один относительно другого, и первый и второй источники (OD1, OD2) напряжения смещения, каждый из которых подсоединен параллельно первому и второму диодам (Dd1, Dd2) соответственно для смещения первого и второго диодов (Dd1, Dd2) соответственно в токопроводящее или непроводящее состояния, причем источники (OD1, OD2) напряжения смещения переключаются упомянутым переключающим сигналом.

10. Способ MR визуализации объекта обследования посредством системы RF объемного резонатора по п.1, в котором MR визуализацию объекта обследования осуществляют подачей переключающих сигналов в переключатели для переключения переключателей во включенное или выключенное состояние в соответствии с последовательностью, которую предварительно задают или выбирают, в каждом случае, в зависимости от физических свойств объекта обследования типа объема, массы, размера и отношения вода/жир, таким образом, чтобы однородность резонансной RF моды, возбуждаемой RF объемным резонатором, была максимальной и/или полученное значение коэффициента SAR объекта обследования было минимальным.

11. Способ по п.10, содержащий первый этап в виде предварительного сканирования MRI для оценки и сохранения значений амплитуд, и/или частот, и/или фаз и/или для оценки и сохранения форм импульсов RF сигналов передачи, подлежащих формированию каждым из каналов приема/передачи, когда данные каналы соединены с соответствующими портами посредством переключателей во включенном состоянии, при этом упомянутые значения оценивают в зависимости от физических свойств объекта обследования таким образом, чтобы полученная однородность резонансной RF моды, возбуждаемой RF резонатором, была максимальной и/или полученное значение коэффициента SAR объекта обследования было минимальным, и второй этап в виде основного сканирования MRI для MR визуализации объекта обследования посредством переключения переключателей во включенное или выключенное состояние в соответствии с предварительно заданной, или требуемой, или оцененной последовательностью.

12. Способ по п.11, в котором значения амплитуд и/или частот, и/или фаз, и/или форм импульсов RF сигналов передачи, подлежащих формированию каждым из каналов передачи/приема, выбирают для формирования поисковой таблицы в зависимости от физических свойств объекта обследования, которые введены оператором.

13. Система MR визуализации, содержащая систему RF объемного резонатора в соответствии с, по меньшей мере, одним из пп.1-9.

14. Машиночитаемый носитель информации, имеющий сохраненную на нем компьютерную программу, исполняемую в программируемом микропроцессорном средстве и выполненную с возможностью осуществления способа по одному из пп.10-12.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится вообще к магнитно-резонансной томографии и спектроскопии. Система для магнитно-резонансной томографии головы, содержащая асимметричный основной магнит, который содержит первый и второй наборы катушек из высокотемпературного сверхпроводника, скомпонованные таким образом, что они расположены коаксиально относительно общей продольной оси, при этом первый набор катушек содержит по меньшей мере две катушки, имеющие внутренний радиус и размещенные в первой зоне по длине вдоль общей продольной оси так, чтобы охватывать голову и шею человека, а второй набор катушек содержит по меньшей мере одну катушку, имеющую внутренний радиус и размещенную во второй зоне по длине вдоль общей продольной оси так, чтобы охватывать часть туловища человека, когда голова и шея расположены в указанной первой зоне по длине вдоль общей продольной оси, при этом внутренний радиус катушек второго набора больше, чем внутренний радиус катушек первого набора, причем катушки первого и второго наборов асимметричны вдоль указанной общей продольной оси и сконфигурированы с возможностью создания однородного основного магнитного поля, имеющего однородность 1-10·10-6 в чувствительном объеме, определяемом диаметром, в пределах первой зоны, для получения магнитного резонансного изображения исследуемой области головы, размещенной в пределах первой зоны.

Изобретение относится к области магнитно-резонансной техники. Магнитно-резонансная система содержит матрицу усилителей радиочастоты (РЧ), в которой каждый усилитель радиочастоты (РЧ) генерирует сигнал B1 возбуждения для каждого из множества каналов (Тх) передачи; по меньшей мере один блок РЧ катушек в сборе, имеющий многочисленные элементы-катушки, которые передают сгенерированный сигнал возбуждения в область обследования и принимают из нее сигналы магнитного резонанса; множество соединительных панелей, каждая из которых соединяет усилитель РЧ с по меньшей мере одним блоком РЧ катушек в сборе через порты приемопередатчика, причем каждый порт приемопередатчика соединяет по меньшей мере один проводник с индивидуальным каналом передачи; маршрутизатор, который выборочно направляет сгенерированный сигнал возбуждения через соответствующий канал (Тх) передачи в по меньшей мере один порт приемопередатчика любой из множества соединительных панелей.

Использование: для проведения измерений методом ядерного магнитного резонанса в многоядерной системе. Сущность изобретения заключается в том, что раскрывается многоядерное RF антенное устройство для использования в многоядерной системе MRI или MR сканере, для передачи RF сигналов возбуждения (поле B1) для возбуждения ядерных магнитных резонансов (NMR) и/или для приема сигналов релаксации NMR для многоядерного восстановления MR изображения (магнитного резонанса), при этом RF антенное устройство настраивается на ларморовские частоты, по меньшей мере, двух разных видов ядер, имеющих, по меньшей мере, два разных гиромагнитных отношения, таких как 1H, 14N, 31P, 13C, 23Na, 39K, 17O и гиперполяризованных газов, таких как 129Xe, или других изотопов, имеющих ядерный спин.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой сборочный узел радиочастотных катушек для использования в магнитно-резонансной системе. Узел содержит радиочастотную катушку и схемы расстройки, запирания, смещения, мультиплексирования.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема радиочастотных сигналов в радиосвязи, мобильной связи, радиолокации и радиоастрономии. Технический результат - повышение чувствительности приема радиочастотных сигналов.
Наверх