專利名稱：帶有嵌入電子模塊的磁共振線圈元件的制作方法
技術領域：
以下涉及磁共振技術。本發(fā)明發(fā)現了在磁共振成像中使用的表面線圈和表面線圈陣列中的特殊應用，這里會參考其來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明還發(fā)現用于其他類型的射頻線圈的應用，這些線圈用于傳輸射頻激勵脈沖和用于接收磁共振信號。
背景技術：
在磁共振成像中使用表面接收線圈，以獲得與感興趣區(qū)域相結合的良好的無線電頻率。對于更大的感興趣區(qū)域，能夠使用一個以上的線圈，以提供更大的覆蓋。此外，在諸如靈敏度編碼(SENSE)的應用中，可以并行使用線圈，以更高的數據采集速率對感興趣區(qū)域成像。
出現了一個問題，在一個表面線圈中所感應的射頻電流能夠耦合到相鄰表面線圈，產生假象或者所生成的重構圖像的其他退化。為了解決該問題，通常使用帶有匹配電路的前置放大器提供高輸出阻抗，如由線圈所看到的。此外，可以組合射頻不平衡變壓器、陷波器、或者類似器件以進一步抑制感應電流。通常為每個線圈提供解調電路，以在磁共振成像的傳輸階段從磁共振頻率中解調線圈。除了監(jiān)控電路，還可以選擇性的將保護互鎖電路或者類似電路耦合在每個線圈上。整個電子封裝包括，例如前置放大器和匹配電路、射頻陷波器、解調電路，監(jiān)控和保護電路通常布置在電子模塊中。
為了最佳的工作，電子模塊應該接近表面線圈。然而，電子模塊能夠對成像產生不利影響。例如，一些電子元件可以產生嚴重的射頻噪聲或者干擾。此外，地面、射頻屏障等能夠產生磁通量流出效應，這能夠扭曲在電子模塊附近的磁場，并且改變線圈對磁共振信號的靈敏度。由于這些影響和其他影響，通常將電子模塊布置在表面線圈的外圍。
電子模塊的這種布置方式改善了圖像質量，但是它使表面線圈陣列的設計變得復雜了。在線圈和與其相關的電子元件之間的導線造成了耦合和串擾的機會。龐大的表面線圈陣列提供龐大的覆蓋面。對于并行成像技術諸如SENSE來說，龐大的線圈陣列能夠實現更高的SENSE系數，或者反之實現更高的數據采集速率。龐大的陣列，例如N×M個線圈的矩形陣列，其中N＞2并且M＞2，擁有內部線圈，這些內部線圈完全被其他表面線圈所包圍。在這種陣列中，內部線圈不容易與布置在線圈外圍的電子元件相連接。
本發(fā)明設計了一種改進的裝置和方法，能夠克服上述局限性和其他局限性。

發(fā)明內容
根據一個方面，公開了一種射頻線圈。射頻天線布置在基片上。電子模塊布置在基片上并與射頻天線電連接。
根據另一個方面，公開了一種射頻線圈陣列。布置多個射頻線圈，從而使這些射頻線圈的射頻天線跨過線圈陣列表面。每個射頻線圈包括基片、布置在基片上的射頻天線、和布置在基片的中心區(qū)域并與射頻天線電連接的電子模塊。射頻天線包括布置在基片上的導體，該導體在基片中心區(qū)域的外部并且至少部分地圍繞著基片中心區(qū)域。
根據另一個方面，公開了磁共振成像系統(tǒng)。主磁體在觀察區(qū)域內產生空間和時間上基本恒定的主磁場。磁場梯度線圈在觀察區(qū)域內將選定的磁場梯度加在主磁場上。提供了一種設備，用于為觀察區(qū)域提供射頻脈沖。布置在至少一個射頻線圈，以探測由所采用的射頻脈沖引發(fā)的磁共振信號。這個至少一個的射頻線圈包括布置在基片上的射頻天線和電子模塊。電子元件與射頻天線電連接。
仍然是根據另一個方面，提供了磁共振成像方法。在成像對象上激發(fā)磁共振。使用一個或者多個射頻線圈接收磁共振信號，這些射頻線圈中的每一個都包括布置在基片上的射頻天線和布置在基片上并與射頻天線電連接的電子模塊。每個線圈的射頻天線都在成像對象的附近。
一個優(yōu)點在于用于磁共振成像的表面線圈的更好的緊湊性。
另外一個優(yōu)點在于減少了表面線圈陣列中的外部電線。
此外另外一個優(yōu)點在于提供了更加適用和更加可配置的三維表面線圈陣列結構。
在閱讀以下詳細描述的優(yōu)選實施例時，本領域技術人員會清楚更多其它的優(yōu)點和優(yōu)勢。


本發(fā)明可以以各種元件和元件排列，并且以各種處理操作和處理操作排列實現。附圖僅僅是為了闡述優(yōu)選實施例，不應該被認為是對本發(fā)明進行限定。
圖1示出采用傳統(tǒng)圓柱形射頻表面線圈陣列的磁共振成像系統(tǒng)。
圖2A和2B分別示出了圖1的傳統(tǒng)圓柱形射頻表面線圈陣列的側視圖和端視圖。在圖2B中，沒有示出電纜束。
圖3示出圖1、2A和2B的射頻表面線圈的一個實施例。
圖4示出圖1、2A和2B的射頻表面線圈的另外一個實施例，其中電子模塊安放在線圈基片上。
圖5示出圖1、2A和2B的射頻表面線圈的另外一個實施例，其中采用隔離物或者支架將電子模塊與基片隔離。
圖6示出一種線性線圈陣列，其中各個線圈部分地相互重疊。
圖7示出3×4的矩形線圈陣列，其中各個線圈共享公共基片，該基片包括印刷電路總線，印刷電路總線提供了從線圈陣列邊緣到線圈的電訪問。
具體實施例方式
參考圖1，磁共振成像掃描儀10包括外殼12，它限定了通常為圓柱形的掃描儀膛14，膛的內部布置了相關的成像對象16。主磁場線圈20布置在外殼12的內部，產生主B0磁場，主B0磁場的方向通常是沿著并且平行于掃描儀膛14的中心軸22。盡管還可以采用電阻性主磁體，但是主磁場線圈20典型的為布置在超低溫護罩(cryoshrouding)24內的超導線圈。外殼12還覆蓋或者支撐磁場梯度線圈30，該線圈30用于在掃描儀膛14中選擇性地產生磁場梯度。外殼12還覆蓋或者支撐射頻體線圈32，用于選擇性地激發(fā)和/或檢測磁共振。典型的，外殼12包括裝飾用的內部線36，它限定了掃描儀膛14。
布置在掃描儀膛14中的表面線圈陣列40包括多個表面線圈44。表面線圈陣列40能夠用作接收器的相控陣列，用于并行成像，諸如用于SENSE成像的靈敏度編碼(SENSE)和類似的編碼。在另外一種方法中，線圈44對成像對象16的不同區(qū)域成像。主磁場線圈20產生主B0磁場。磁共振成像控制器50操作磁場梯度控制器52，以選擇性的為磁場梯度線圈30提供能量，并且操作與射頻線圈32或者表面線圈陣列40相耦合的射頻發(fā)射器54，以選擇性的將射頻激勵脈沖輸入到對象16中。
通過選擇性的操作磁場梯度線圈30和射頻線圈32，產生磁共振，并在成像對象16的感興趣區(qū)域的至少一部分中將磁共振進行空間編碼。通過梯度線圈30提供選定的磁場梯度，橫穿選定的k空間軌跡，諸如笛卡爾軌跡，多個徑向軌跡或者螺旋狀軌跡?？梢蕴鎿Q的是，成像數據可以作為沿著選定磁場梯度方向上的投影獲得。在獲取成像數據過程中，磁共振成像控制器50操作與線圈陣列40相耦合的射頻接收器56，以獲得存儲在磁共振數據存儲器60中的磁共振采樣。
通過重構處理器62將成像數據重構為圖像表示。在k空間采樣數據的情況中，能夠使用基于傅立葉變換的重構算法。其他重構算法，諸如基于濾波反向投影的重構也能夠使用，這依賴于所獲取的磁共振成像數據的格式。對于SENSE成像數據，重構處理器62從由每個線圈所獲得成像數據中重構經過折疊的圖像，然后結合線圈靈敏度參數將經過折疊的圖像合并，生成沒有折疊的重構圖像。
重構處理器62所產生的重構圖像存儲在圖像存儲器64中，并且能夠在用戶界面66上顯示，能夠存儲在非易失性存儲器中，能夠通過局域網或者互聯網進行傳輸，或者顯示、存儲、處理等等。用戶界面66還能夠使放射線學者，技術人員或者磁共振成像掃描儀10的其它操作者與磁核共振成像控制器50通信，以選擇、修改和執(zhí)行磁共振成像順序。
繼續(xù)參考圖1并進一步參考圖2A和2B，表面線圈陣列40包括多個線性線圈陣列70，在所闡述的實施例中，每個線性線圈陣列70都有四個在公共基片上形成的表面線圈44。在所闡述的表面線圈陣列40中，有八個線性線圈陣列70，在圖1和圖2A的側視圖中僅僅其中四個可見。電纜束74、76(在圖1中圖示出并在圖2A中更加詳細的示出；圖2B中省略)連接在布置在每個表面線圈44的頂部的電子模塊78上，以提供電能，傳輸與線圈44接收的射頻信號相對應的信號，并且提供其他可選的輸入給線圈44和從線圈44輸出。與電纜束74、76基本相同的兩個附加電纜束(未示出)連接在圖1和2A的側視圖中看不見的四個線性線圈陣列上。在圖1和圖2A和2B所闡述的實施例中，每個線性線圈陣列70基本上是平面的，并且鉸接連接線80將線性線圈陣列70的長邊緣連接起來，以確定通常為圓柱形的線圈陣列40，在圖2B中最優(yōu)情況下可以看到它有一個六邊形的截面。
參考圖3，更加詳細的示出了射頻表面線圈44中的一個。圖3示出了線性線圈陣列70的一個末端線圈；打開的末端84示意性表示公共基片72到線性線圈陣列70的其他表面線圈的連接。公共基片72通常是平面的，在一些實施例中該平面彎曲成一個弧。一個銅導電膜或者其它導電材料構成了的通常為平面的導電回路90或者其他導體形狀，它們布置在基片72上，基片72用作接收磁共振信號的射頻天線。在一種合適的制造方法中，對鍍銅的塑料或者其它絕緣材料的基片進行光刻處理，從基片區(qū)域中去掉銅涂層，從而在基片72上的剩下的鍍銅區(qū)域形成天線回路90。這種光刻法很容易應用在鍍銅的公共基片上，以形成線性線圈陣列70的四個線圈。
電子模塊78布置在基片72上，位于基片72的中心區(qū)域96，射頻天線回路90在基片中心區(qū)域96的外部并且至少部分地圍繞著基片中心區(qū)域96。天線回路90的末端100延伸到中心區(qū)域96中，以將天線90和電子模塊78電連接起來。在一個實施例中，電子模塊78的寬度或者其他橫向尺寸(W電子)比射頻天線90的寬度或者其他橫向尺寸(W線圈)小，或者是它的大約五分之三。電子模塊包含用于操作表面線圈44的各種電子元件，諸如帶有匹配電路的前置放大器、電諧振解調電路、監(jiān)控電路、保護互鎖電路、射頻陷波器或者不平衡變壓器，配電電路等。
電子模塊78是被單獨覆蓋的，可以選擇性的包含地平面和/或者射頻屏蔽罩，射頻屏蔽罩產生大量的磁通量排出。即使是電子模塊78既不包含射頻屏蔽罩，也不包含地平面，在電子模塊78中所包含的各種射頻電子元件也會典型的產生一些磁通量排出效應。然而，由于天線回路90測量回路90所圍繞的全部磁通量，所以在中心區(qū)域96中的磁場畸變對于天線回路90所接收到的磁共振信號的影響有限。例如，如果電子模塊78的橫向尺寸(W電子)大約是天線90的橫向尺寸(W線圈)的一半，則對于磁共振信號的線圈靈敏度被降低了小于10％。為了減小通量排出效應，電子模塊78應該靠近由天線90所圍繞的中心區(qū)域96的中心位置。電子模塊78應該靠近天線回路90的中心區(qū)域。
在一個實施例中，天線回路90被一個或者多個嵌入電容器104、106或者其他電抗元件所阻斷，這些元件提供諧振頻率解調，直流電流閉塞或者其他效應。闡述了單一圈的、基本正方形的天線回路90，可以理解，表面線圈能夠包括多圈的天線回路，圓形或者其他形狀的天線回路等。此外，可以預期采用射頻天線回路拓撲而不是完整的回路，諸如在中心區(qū)域96周圍的一個或者多個延伸出一半的導電指。
參考圖4，在某些方面，其它表面線圈44′與表面線圈44類似。表面線圈44′還適合在線圈陣列40中使用。在對表面線圈44′的描述中，相對于表面線圈44來說沒有改變的元件采用相同的標號進行標記，相對表面線圈44來說修改的元件采用相應的起始標號進行標記。
表面線圈44′中，被單獨覆蓋的電子模塊由電子模塊78′所取代，電子模塊78′直接在基片72的中心區(qū)域96上構造。電子模塊78′包括印刷電路軌跡110，印刷電路軌跡110是在光刻制造天線回路90時被光刻造成的，或者是通過其他光刻工藝制造的。一個或者多個分立電子元件，諸如環(huán)形電感器112，射頻處理元件114和發(fā)射器電路116布置在基片72的中心區(qū)域96，并由印刷電路軌跡110相互連接。在兩個電子模塊78、78′中，最好使用環(huán)形電感器、帶有平衡圈數的螺線管電感器，或者限制寄生磁場產生的其他類型的電感器。
可選的是，將產生嚴重射頻噪聲或者干擾的一個或者多個元件，諸如射頻信號處理元件114被封裝在射頻屏蔽罩120的內部。其他元件，諸如電感器112和發(fā)射器電路116，是“安靜”的并且不產生嚴重射頻噪聲或者干擾，它們適合于布置在射頻屏蔽罩120的外部。這就使射頻屏蔽罩120的尺寸降低到能夠容納噪聲電路元件的地步，從而降低磁通量排出。
然而，還可以設計為，替換地將整個電子模塊78′封裝在射頻屏蔽罩內。例如，在圖3的表面線圈44中，電子模塊78的獨立外殼也可以起到用于封裝電子元件的射頻屏蔽罩的作用。
參考圖4，除了將表面線圈44′附著到電纜束上之外，從電池124接收電能，并通過發(fā)射器電路116操作的發(fā)射天線126，發(fā)射對應于所接收到的磁共振信號的信號。在Leussler，U.S.專利，專利號5,245,288中描述了用于從線圈44′無線發(fā)射磁共振信號的合適的無線發(fā)射系統(tǒng)。當然，無線發(fā)射系統(tǒng)能夠用于其他實施例，并且電纜束可以用于圖4的實施例。
參考圖5，另外一個表面線圈44″在某些方面上類似于圖3的表面線圈44。表面線圈44″同樣適用于線圈陣列40中。在表面線圈44″的描述中，相對于表面線圈44來說沒有改變的元件采用相同的標號進行標記。表面線圈44″不同于表面線圈44的地方主要在于通過隔離物元件130將電子模塊78與基片72隔開。隔離物130限定了電子模塊78的平面和射頻天線90的平面之間的間距Dspc。在一個優(yōu)選實施例中，間距Dspc大約是天線90的橫向寬度W天線的五分之一，這足以減少天線90所測量的磁共振信號的失真。更大的間距更進一步減少失真；然而，典型的，表面線圈陣列40的尺寸連同間距Dspc的大小受到膛14或者其他空間局限性的約束。
已經參考圖1、2A和2B所示的特定線圈陣列40，描述了表面線圈44、44′、44″，可以理解，線圈44、44′、44″能夠單獨使用，或者能夠在采用其他拓撲結構的陣列中使用。在線圈陣列40中，鉸接連接線80允許一些線圈44的平面基片72相對于其他線圈44的平面形基片翹起，通過采用鉸接連接線80，使用通常的平面線性線圈陣列70獲得彎曲的陣列幾何形狀。在獲得彎曲的表面線圈的其它方法中，設計為使用柔性基片72，從而單一線圈或者由多個線圈所構成的線圈陣列能夠被折曲或者彎曲。
參考圖6，線性線圈陣列140由多個射頻表面線圈144構成，每個表面線圈都能夠相當于例如圖3-5所示的表面線圈44，44′，44″中的一種。表面線圈144并不共享公共基片；相反地，每個線圈144都有自己的基片。在線圈陣列140中，線圈144部分重疊，如圖所示。在線圈陣列中，優(yōu)選于重疊線圈144，線圈144可以是基本鄰接，或者線圈144能夠相互分開。此外，可以理解，能夠類似地構成線圈144的二維陣列，在該陣列中，每個線圈144都有它自己的非共享基片。
參考圖7，二維線圈陣列150包括3×4的矩形線圈154的陣列，線圈154的陣列共享公共基片172。每個線圈154能夠對應于例如圖3-5所示的表面線圈44、44′、44″中的一種。典型的在光刻構成線圈154的天線回路的過程中，在基片172上光刻構成印刷電路總線176、178、180。印刷電路總線176、178、180提供了從線圈陣列150的邊緣184到線圈154的電子模塊的電訪問。因此，印刷電路總線176、178、180替代了圖2A所示的線圈陣列40中的電纜束74、76。線圈陣列150能夠是平面的，或者，如果基片172由柔性塑料或者其他柔性電絕緣材料制造，則線圈陣列150可以是可彎曲的。在后一種情況中，表面線圈陣列150可以是彎曲的，以更加符合成像對象16的曲線表面。
盡管已經描述了在基片72上光刻構成的膜，還可以設計為，使用電鍍法或者類似方法形成這里所描述的導電膜。此外，已經描述的接收線圈，能夠類似地構成發(fā)射線圈。此外，已經描述了表面線圈，通過將電子元件和小的磁通量排出交叉部分布置在一起，并且通過將電子元件布置在磁共振接收線圈的接收線圈回路的中心附近，能夠采用嵌入式電子元件類似地構成頭部線圈和其它線圈。
已經參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。顯然，在閱讀并理解了上述詳細描述后，可以對其他應用進行修改和改變。目的是，應該將本發(fā)明理解為包括所有這種修改和改變，只要它們不超出附屬的權利要求或者其等價物的范圍。
權利要求
1.一種射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其包括基片(72)；布置在基片(72)上的射頻天線(90)；和布置在基片(72)上與射頻天線(90)電連接的電子模塊(78，78′)。
2.權利要求1的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中電子模塊(78，78′)布置在基片(72)上的中心區(qū)域(96)；和射頻天線(90)包括布置在基片(72)上并且在基片的中心區(qū)域(96)的外部并且至少部分地圍繞著基片的中心區(qū)域的導體。
3.權利要求2的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中射頻天線(90)的導體包括布置在基片(72)上的導電膜，其構成了基本圍繞基片(72)的中心區(qū)域的至少一個導電回路(90)，該至少一個導電回路(90)中的末端(100)延伸到基片(72)的中心區(qū)域(96)中并與電子模塊(78，78′)相連。
4.權利要求3的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中基片(72)包括柔性電絕緣材料。
5.權利要求3的射頻線圈(44′，144，154)，其中電子模塊(78′)包括布置在基片(72)上的印刷電路(110)；和通過印刷電路(110)電連接的一個或者多個分立電路元件(112，114，116)。
6.權利要求2的射頻線圈(44″，144，154)，還包括至少一個隔離物元件(130)，其布置在基片(72)和電子模塊(78)之間，該至少一個隔離物元件(130)限定了電子模塊(78)和射頻天線(90)之間的間距(Dspc)。
7.權利要求6的射頻線圈(44″，144，154)，其中間距(Dspc)至少是射頻天線(90)的橫向尺寸(W天線)的五分之一。
8.權利要求2的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中電子模塊(78，78′)的橫向尺寸(W電子)小于射頻天線(90)的橫向尺寸(W線圈)，或者大約是它的五分之三。
9.權利要求1的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中電子模塊(78，78′)包括無線發(fā)射器(116，126)，其發(fā)射對應于由射頻天線(90)接收到的射頻信號的傳輸信號。
10.權利要求1的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中電子模塊(78，78′)包括一個或多個噪聲電路元件(114)，產生嚴重的射頻干擾；一個或多個安靜電路元件(112，116)，不產生嚴重的射頻干擾；和射頻屏蔽罩(120)，布置在一個或多個噪聲電路元件(114)周圍，但是不圍繞一個或多個安靜電路元件(112，116)。
11.權利要求10的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中射頻天線(90)構成圍繞著基片(72)的中心區(qū)域(96)的回路；和布置在基片(72)的中心區(qū)域(96)的基本中心處的射頻屏蔽罩(120)。
12.權利要求1的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中電子模塊(78，78′)不包括地表面。
13.權利要求1的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，其中電子模塊(78，78′)的電感器(112)是從一組線圈中選出的，該組線圈包括環(huán)形電感器(112)，和帶有平衡圈數的螺線管電感器。
14.一種射頻線圈陣列(40，140，150)，其包括權利要求2所述的多個射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，它們被排列成使這些射頻線圈(44，44′，44″，144，154)的射頻天線(90)跨過線圈陣列表面。
15.權利要求14的射頻線圈陣列(40)，其中多個射頻線圈(44，44′，44″)中的至少一部分的基片(72)相對于該多個射頻線圈(44，44′，44″)中的其他線圈的基片(72)翹起，從而使線圈陣列表面是非平面形的。
16.權利要求14的射頻線圈陣列(40，150)，其中多個射頻線圈(44，44′，44″，154)中的至少一個線圈被射頻線圈(44，44′，44″，154)中的其它線圈完全包圍。
17.權利要求14的射頻線圈陣列(40，150)，其中多個射頻線圈(44，44′，44″，154)以N×M矩陣的形式排列，其中N＞2且M＞2。
18.權利要求14的射頻線圈陣列(40，150)，其中多個射頻線圈(44，44′，44″，154)中的至少一部分線圈共享公共基片。
19.一種磁共振成像系統(tǒng)，包括主磁體(20)，在觀察區(qū)域內產生在時間上基本恒定的主磁場；磁場梯度線圈(30)，在觀察區(qū)域內將選定的磁場梯度加在主磁場上；用于對觀察區(qū)域施加射頻脈沖的設備(32，54)；和至少一個如權利要求1所述的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)，它們被排列成檢測由所施加的射頻脈沖引發(fā)的磁共振信號。
20.一種磁共振成像方法，包括在成像對象(16)中激發(fā)磁共振；和采用一個或多個如權利要求1所述的射頻線圈(44，44′，44″，144，154)接收磁共振信號，每一個線圈的射頻天線(90)鄰近于成像對象(16)。
全文摘要
磁共振成像系統(tǒng)包括主磁體(20)，它在觀察區(qū)域內產生空間和時間上基本恒定的主磁場。磁場梯度線圈(30)在觀察區(qū)域內將選定的磁場梯度加在主磁場上。布置了至少一個射頻線圈(44、44′、44″、144、154)，以檢測由所施加的射頻脈沖引發(fā)的磁共振信號。該至少一個的射頻線圈包括布置在基片(72)上的射頻天線(90)和電子模塊(78、78′)。電子元件與射頻天線(90)電連接。電子元件布置在由射頻天線圍繞的中心區(qū)域(96)中。
文檔編號G01R33/3415GK1886670SQ200480034714
公開日2006年12月27日 申請日期2004年11月16日 優(yōu)先權日2003年11月25日
發(fā)明者J·奧弗維格, P·馬祖爾克維茨, C·G·羅伊斯勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司