ПАССИВНЫЙ РАДИОЧАСТОТНЫЙ ШИММИРУЮЩИЙ РЕЗОНАТОР ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ ПОЛЯ РАДИОЧАСТОТНОГО АНТЕННОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕЖИМА ПЕРЕДАЧИ И РЕЖИМА ПРИЕМА
PASSIVE RADIO-FREQUENCY SHIMMING RESONATOR FOR HOMOGENIZATION OF FIELD OF RADIO-FREQUENCY ANTENNA DEVICE FOR TRANSMISSION MODE AND RECEPTION MODE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области систем магнитно-резонансной томографии (МРТ), в частности к области гомогенизации радиочастотного (РЧ) поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Изобретение относится, в частности, к пассивному радиочастотному (РЧ) шиммирующему резонатору для гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Изобретение также относится к кровати пациента или матрасу пациента для использования в системе магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Изобретение также относится к радиочастотному (РЧ) антенному устройству для генерирования и/или приема радиочастотного поля для использования в системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), причем радиочастотное антенное устройство содержит корпус катушки и упомянутый выше пассивный радиочастотный (РЧ) шиммирующий резонатор для гомогенизации РЧ поля, излучаемого радиочастотной антенной.
Изобретение также относится к системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащей главный магнит для генерирования статического магнитного поля, систему магнитных градиентных катушек для генерирования градиентных магнитных полей, накладываемых на статическое магнитное поле, и по меньшей мере одно радиочастотное (РЧ) антенное устройство для генерирования РЧ поля.
Изобретение, в частности, также относится к системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащей главный магнит для генерирования статического магнитного поля, систему магнитных градиентных катушек для генерирования градиентных магнитных полей, накладываемых на статическое магнитное поле, и по меньшей мере одно радиочастотное (РЧ) антенное устройство для генерирования РЧ поля.
Изобретение, в частности, также относится к способу улучшения гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Уровень техники
В высокопольной магнитно-резонансной томографии (МРТ) качество изображения часто страдает от плохой однородности поля B1, вызванной эффектами распространения волн радиочастотного поля. Таким образом, неоднородность поля продолжает оставаться серьезной проблемой в современных системах высокопольного магнитно-резонансного (МР) исследования, в частности в новейших системах магнитно-резонансного исследования с сильными магнитными полями в 3Т или 7Т. Среди различных РЧ катушек, предназначенных для решения этой проблемы, для улучшения однородности поля для МРТ были внедрены катушки типа «птичья клетка» (от англ. «birdcage coil») с прутками, проходящими в направлениях, нелинейных по сравнению с продольным направлением РЧ катушек.
Для преодоления вышеуказанной проблемы и улучшения однородности электромагнитных полей очень прагматичным, простым и дешевым решением этой проблемы является использование диэлектрических прокладок, которые могут оказывать сглаживающее воздействие на передаваемое поле. Аналогичным образом, локальные пассивные резонаторы могут действовать аналогично диэлектрическим прокладкам. Следовательно, такие искусственные диэлектрические и/или узкополосные проницаемые материалы могут в дальнейшем использоваться в МРТ для улучшения однородности поля и снижения удельного коэффициента поглощения (SAR, от англ. Specific Absorption Rate) для конкретного пациента.
Недостатком этих известных способов является то, что эти материалы имеют разную оптимальную форму для максимальной эффективности передачи и приема. Соответственно, влияние на режим передачи (TX-режим) и режим приема (RX-режим) может быть разным, т.е. благоприятное влияние на электромагнитное поле в TX-режиме может иметь негативное влияние на RX-режим, и наоборот. Это относится еще больше к конструкции катушки, в которой прутки антенны не проходят в продольном направлении РЧ-катушки. В отличие от этого могут быть предусмотрены независимые пруточные структуры, оптимизированные для TX-режима и RX-режима. В этом случае симметрия стандартной РЧ катушки по сравнению со стандартной катушкой типа «птичья клетка» нарушается, так как обычно есть две ориентации для нелинейного прохождения пруточных проводников РЧ катушки.
В заявке на патент США US2013/0165768 раскрыта грудная катушка с ВЧ корректирующим катушечным элементом. Во время записи магнитного резонанса (т.е. в режиме приема) ВЧ корректирующий элемент воздействует на локальное поле B1, чтобы максимально гомогенизировать поле B1.
Единый резонатор для одновременной оптимизации радиочастотного поля для эффективной передачи и приема невозможен.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей изобретения является предоставление пассивного радиочастотного (РЧ) шиммирующего резонатора для гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ), кровати пациента или матраса пациента для использования в системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), радиочастотного (РЧ) антенного устройства для генерирования и/или приема радиочастотного поля для использования в системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), системы магнитно-резонансной томографии (МРТ), способа улучшения гомогенизации радиочастотного поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ), позволяющего проводить МРТ с оптимизированными радиочастотными полями для режима приема (RX-режим) и режима передачи (TX-режима).
Эта задача решена пассивным радиочастотным (РЧ) шиммирующим резонатором для гомогенизации РЧ поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии, причем пассивный радиочастотный шиммирующий резонатор обладает первой резонансной способностью и второй резонансной способностью, при этом пассивный радиочастотный шиммирующий резонатор содержит переключающее устройство, выполненное с возможностью переключения между первой и второй резонансной способностью в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии.
Эта задача далее решена кроватью пациента или матрасом пациента для использования в системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), в которой кровать пациента или матрас пациента содержит упомянутый выше пассивный радиочастотный (РЧ) шиммирующий резонатор для гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Эта задача также решена радиочастотным (РЧ) антенным устройством для генерирования и/или приема РЧ поля для использования в системе магнитно-резонансной томографии (МРТ), в которой РЧ антенное устройство содержит корпус катушки и упомянутый выше пассивный радиочастотный (РЧ) шиммирующий резонатор для гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством, причем пассивный РЧ шиммирующий резонатор расположен внутри корпуса катушки.
Эта задача также решена системой магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащей главный магнит для генерирования статического магнитного поля, систему магнитных градиентных катушек для генерирования градиентных магнитных полей, наложенных на статическое магнитное поле, и по меньшей мере одно радиочастотное (РЧ) антенное устройство для генерирования РЧ поля, причем система магнитно-резонансной томографии (МРТ) также содержит упомянутую выше кровать пациента или матрас пациента.
Кроме того, эта задача решена системой магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащей главный магнит для генерирования статического магнитного поля, систему магнитных градиентных катушек для генерирования градиентных магнитных полей, наложенных на статическое магнитное поле, и по меньшей мере одно радиочастотное (РЧ) антенное устройство для генерирования РЧ-поля, причем по меньшей мере одно радиочастотное антенное устройство является упомянутым выше радиочастотным антенным устройством.
Эта задача также решена способом улучшения гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащим шаги, на которых обеспечивают пассивный РЧ шиммирующий резонатор, имеющий первую резонансную способность и вторую резонансную способность в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) РЧ антенного устройства, определяют режим передачи (TX-режим) и режим приема (RX-режим) РЧ антенного устройства системы магнитно-резонансной томографии, и переключают пассивный радиочастотный шиммирующий резонатор между первой и второй резонансной способностью в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии.
Таким образом, при переключении пассивного РЧ шиммирующего резонатора между TX-режимом (или режимом передачи) и RX-режимом (или режимом приема), наряду с соответствующими режимами работы системы магнитно-резонансной томографии, может быть достигнута оптимальная конфигурация как для режима передачи, так и для режима приема. Это возможно, так как в МРТ передача и прием выполняются последовательно. С помощью переключающего устройства можно выбрать подходящую конфигурацию пассивного РЧ шиммирующего резонатора для улучшения в каждом случае характеристик системы магнитно-резонансной томографии. Для обеспечения различных резонансных способностей могут применяться различные подходы, например обеспечение резонансных способностей независимо или с использованием, по меньшей мере частично, одних и тех же структур. Таким образом, пассивный РЧ шиммирующий резонатор в целом может быть адаптирован к различным приложениям путем выполнения операции переключения. В этом контексте предпочтительно, чтобы первая и вторая резонансные способности обеспечивались в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии. Таким образом, пассивный РЧ шиммирующий резонатор может быть переключен между состоянием передачи и состоянием приема, каждое из которых оптимизировано для соответствующей компоненты вращающегося поля. Пассивный РЧ шиммирующий резонатор может быть выполнен в различных компонентах системы магнитно-резонансной томографии, например в кровати пациента, корпусе катушки или матрасе пациента. Пассивный РЧ шиммирующий резонатор может поставляться отдельно или в комбинации по меньшей мере с одной керамической диэлектрической прокладкой. Соответственно, может быть достигнута оптимальная конфигурация как для режима передачи, так и для режима приема системы магнитно-резонансной томографии. Для режима передачи оптимизированы однородность поля B1+ и удельного коэффициента поглощения (SAR, от англ. Specific Absorption Rate), в то время как в режиме приема оптимально увеличены однородность поля B1+ и отношение сигнал-шум (SNR, от англ. Signal-to-Noise Ratio). Пространственные вариации РЧ поля, излучаемого РЧ антенной, т.е. передающей катушкой системы МРТ, могут быть уменьшены.
Под переключающим устройством понимается набор отдельных переключающих блоков, которые переключаются для общего достижения гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии. Однако переключающее устройство может содержать только один переключающий блок.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления, пассивный РЧ шиммирующий резонатор содержит одну или несколько электромагнитно сопряженных резонансных петель, причем переключающее устройство содержит по меньшей мере один переключающий блок, расположенный в одной или нескольких электромагнитно сопряженных резонансных петлях, при этом переключающее устройство выполнено с возможностью управления таким образом, чтобы по меньшей мере один переключающий блок переключал одну или несколько электромагнитно сопряженных резонансных петель для обеспечения первой и второй резонансной способности с помощью одной или нескольких электромагнитно сопряженных резонансных петель. Таким образом, в зависимости от режима передачи (TX-режима) или режима приема (RX-режима) РЧ катушки по меньшей мере один переключающий блок может быть использован для выбора и активации резонансных петель требуемым образом. Резонансные петли для режима передачи (TX-режима) и режима приема (RX-режима) могут совместно использовать по меньшей мере часть своих петель. В качестве альтернативы, резонансные петли для режима передачи (TX-режима) и режима приема (RX-режима) могут быть отдельными резонансными петлями.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления пассивный РЧ шиммирующий резонатор содержит несколько электромагнитно сопряженных резонансных петель, причем резонансные петли расположены в двухмерной (2D) или трехмерной (3D) сеточной структуре, образуя искусственный диэлектрик, причем переключающее устройство содержит несколько переключающих блоков, расположенных в нескольких электромагнитно сопряженных резонансных петлях, при этом переключающие блоки выполнены с возможностью переключения одной или нескольких электромагнитно сопряженных резонансных петель для обеспечения первой и второй резонансной способности с помощью одной или нескольких электромагнитно сопряженных резонансных петель. На основе сеточной структуры резонансных петель может быть обеспечен однородный пассивный РЧ шиммирующий резонатор. Это облегчает изготовление пассивного РЧ шиммирующего резонатора. Кроме того, сеточная структура облегчает оптимизацию РЧ поля системы магнитно-резонансной томографии, поскольку РЧ полем можно легко управлять по всей оси координат. Переключающие блоки могут быть предусмотрены в ветвях сеточной структуры в зависимости от требуемой формы резонансных петель.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления резонансные петли расположены в ветвях, соединяющих соединительные точки сеточной структуры. Соответственно, резонансные петли могут формироваться и активироваться соединительными ветвями сеточной структуры. Таким образом, в зависимости от режима передачи (TX-режима) или режима приема (RX-режима), для формирования резонансных петель могут быть подключены различные наборы ветвей. Резонансные петли для режима передачи (TX-режима) и режима приема (RX-режима) могут быть независимыми друг от друга. Однако также возможно, что резонансные петли режима передачи (TX-режима) и режима приема (RX-режима) по меньшей мере частично совместно используют ветви сеточной структуры. Кроме того, возможно, что некоторые из ветвей вообще не используются. Ветви могут иметь расстраивающие компоненты или контуры, чтобы можно было активировать соответствующие ветви с соответствующими расстраивающими способностями требуемым образом.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления пассивный РЧ шиммирующий резонатор содержит одну или несколько электромагнитно сопряженных линий передачи, причем переключающее устройство содержит по меньшей мере один переключающий блок, расположенный в одной или нескольких электромагнитно сопряженных линиях передачи, и выполнено с возможностью управления таким образом, чтобы по меньшей мере один переключающий блок переключал одну или несколько электромагнитно сопряженных линий передачи для обеспечения первой и второй резонансной способности с помощью одной или нескольких электромагнитно сопряженных линий передачи. Линии передачи могут содержать различные виды переключающих блоков, выполненных из электронных компонентов, таких как pin-диоды, диоды Шоттки или транзисторы. Например, pin-диоды могут переключать линию передачи при значительном наведенном напряжении. Операция переключения может быть выполнена для адаптации поведения линии передачи к фазе передачи и к фазе приема. Два переключающих блока могут быть расположены в антипараллельной конфигурации для обеспечения полного управления в обоих направлениях. Кроме того, переключающие блоки могут быть предусмотрены внутри ветви в подветви, расположенной параллельно с другой подветвью. Соответственно, ветвь может быть отключена, например, во время фазы передачи и может быть активной в фазе приема.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления пассивный РЧ шиммирующий резонатор содержит один или несколько сопряженных диэлектрических резонаторов, причем переключающее устройство содержит по меньшей мере один переключающий блок, расположенный в одном или нескольких сопряженных диэлектрических резонаторах, причем переключающее устройство выполнено с возможностью управления таким образом, чтобы по меньшей мере один переключающий блок переключал один или несколько сопряженных диэлектрических резонаторов для обеспечения первой и второй резонансной способности с помощью одного или нескольких сопряженных диэлектрических резонаторов. Таким образом, для обеспечения первой и второй резонансной способности в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии, может быть предусмотрен один диэлектрический резонатор или несколько сопряженных диэлектрических резонаторов.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления переключающее устройство содержит по меньшей мере один переключаемый резонансный контур. Резонансный контур может использоваться для адаптации резонансной частоты в зависимости от режима передачи (TX-режима) или режима приема (RX-режима). Резонансный контур может включать в себя любой переключающий блок, подходящий для переключения резонансного контура между различными резонансными частотами, что обеспечивает гомогенизацию и/или оптимизацию РЧ поля. Вследствие наличия резонансных способностей, т.е. резонансной частоты резонансного контура, поведение пассивного РЧ шиммирующего резонатора можно изменять, переключаясь между первой и второй резонансной способностью в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии. Переключение пассивного РЧ шиммирующего резонатора может осуществляться с помощью переключающих блоков, включающих в себя электрические компоненты, такие как pin-диоды, диоды Шоттки или транзисторы.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления переключающее устройство является активно управляемым переключающим устройством, причем пассивный РЧ шиммирующий резонатор содержит блок управления, причем блок управления выполнен с возможностью активного переключения переключающего устройства между первой и второй резонансной способностью в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) РЧ поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии. Соответственно, управление переключающим устройством может осуществляться для переключения пассивного РЧ шиммирующего резонатора в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля. Активное переключение переключающего устройства обеспечивает высокую степень свободы управления переключающими блоками. Желательно, чтобы блок управления синхронизировался с системой управления режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) системы магнитно-резонансной томографии. Переключающими блоками могут быть, например, pin-диоды, диоды Шоттки или транзисторы, активно управляемые блоком управления. Транзистор может активно управляться посредством его управляющего вывода, в то время как диоды могут активно управляться, например, путем подачи переключающего напряжения между их контактными выводами.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления переключающее устройство является пассивным переключающим устройством, причем переключающее устройство выполнено с возможностью пассивного переключения между первой и второй резонансной способностью в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством системы магнитно-резонансной томографии. Таким образом, передающее поле B1 может использоваться для переключения переключающих блоков. Это может быть сделано аналогичным образом, как это известно в уровне технике, например, для переключения местных приемных катушек. Таким образом, передающее поле B1 может использоваться, например, для переключения части резонатора. Переключение пассивного РЧ шиммирующего резонатора может осуществляться с помощью электрических компонентов, таких как pin-диоды, диоды Шоттки или транзисторы.
В соответствии с модифицированным вариантом осуществления, первая резонансная способность предназначена для достижения оптимизации передающего поля РЧ катушки, а вторая резонансная способность предназначена для достижения гомогенизации принимающего поля РЧ катушки, или наоборот.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны и будут разъяснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные ниже. Однако такие варианты осуществления не обязательно представляют полный объем изобретения, и поэтому здесь делается ссылка на формулу для интерпретации объема изобретения.
На фиг. 1 показана схематическая иллюстрация части первого, предпочтительного варианта осуществления системы магнитно-резонансной томографии (МРТ).
На фиг. 2 представлен схематический вид сбоку кровати пациента с пассивным радиочастотным шиммирующим резонатором и поддерживаемый на ней исследуемый объект, в соответствии со вторым вариантом осуществления.
На фиг. 3 представлен схематический вид сверху кровати пациента, показанной на фиг. 2, с ее пассивным РЧ шиммирующим резонатором.
На фиг. 4 представлен схематический вид сверху пассивной дипольной антенны для использования в пассивном РЧ шиммирующем резонаторе, в соответствии с третьим вариантом осуществления.
На фиг. 5 представлен схематический вид сверху комбинации пассивной дипольной антенны с резонансной петлей для использования в пассивном РЧ шиммирующем резонаторе, в соответствии с четвертым вариантом осуществления.
На фиг. 6 представлен схематический вид сверху расположения нескольких резонансных петель, образующих пассивный РЧ шиммирующий резонатор в двумерной структуре, в соответствии с пятым вариантом осуществления.
На фиг. 7 представлен подробный вид сверху одной резонансной петли с управляющими выводами, в соответствии с шестым вариантом осуществления.
На фиг. 8 представлен схематический вид сверху пассивного РЧ шиммирующего резонатора в двухмерной сеточной структуре, в соответствии с седьмым вариантом осуществления.
На фиг. 9 представлен схематический вид в аксонометрии пассивного РЧ шиммирующего резонатора в трехмерной сеточной структуре, в соответствии с восьмым вариантом осуществления.
На фиг. 10 представлен схематический вид сбоку пассивного РЧ шиммирующего резонатора с тремя резонансными петлями, расположенными друг над другом в конструкции в виде стопки, в соответствии с девятым вариантом осуществления.
На фиг. 11a представлен схематический вид сбоку пассивного РЧ шиммирующего резонатора с первой внутренней структурой, в соответствии с десятым вариантом осуществления.
На фиг. 11b представлен схематический вид сбоку пассивного РЧ шиммирующего резонатора со второй внутренней структурой, в соответствии с одиннадцатым вариантом осуществления.
На фиг. 12 представлен схематический вид исследуемого объекта, расположенного на кровати пациента с пассивным РЧ шиммирующим резонатором, в соответствии с любым предыдущим вариантом осуществления, с темными пятнами, образовавшимися при генерировании МР изображения.
На фиг. 13 представлен схематический вид в соответствии с фиг. 12, указывающий образование различных темных пятен, сформированных при генерировании МР изображения для режима передачи (TX-режима) и для режима приема (RX-режима) системы магнитно-резонансной томографии.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана схематическая иллюстрация части системы 110 магнитно-резонансной томографии (МРТ), содержащей МР сканер 112 в соответствии с первым, предпочтительным вариантом осуществления. Система 110 магнитно-резонансной томографии первого варианта осуществления описана здесь в общих чертах как основа для всех обсуждаемых вариантов осуществления.
Система 110 магнитно-резонансной томографии включает в себя главный магнит 114, предназначенный для генерирования статического магнитного поля. Главный магнит 114 имеет центральное отверстие, которое обеспечивает пространство 116 для исследования вокруг центральной оси 118 для исследуемого объекта 120, обычно пациента, который должен быть помещен внутрь. Исследуемый объект 120 обычно лежит на кровати 142 пациента. Соответственно, в этом варианте осуществления центральное отверстие и, следовательно, статическое магнитное поле главного магнита 114 имеют горизонтальную ориентацию в соответствии с центральной осью 118 и кроватью 142 пациента. В альтернативном варианте осуществления ориентация главного магнита 114 может быть иной, например, для обеспечения статического магнитного поля с вертикальной ориентацией. Кроме того, система 110 магнитно-резонансной томографии содержит систему 122 магнитных градиентных катушек, предназначенную для генерирования градиентных магнитных полей, наложенных на статическое магнитное поле. Система 122 магнитных градиентных катушек концентрически расположена внутри отверстия главного магнита 114, как это известно в уровне техники.
Кроме того, система 110 магнитно-резонансной томографии включает в себя радиочастотное (РЧ) антенное устройство 140, выполненное в виде катушки для всего тела с трубчатым корпусом. РЧ антенное устройство 140 также иногда называют устройством РЧ катушки. В альтернативном варианте осуществления РЧ антенное устройство 140 выполнено в виде головной катушки или катушки любого другого подходящего типа для использования в системах 110 магнитно-резонансной томографии. РЧ антенное устройство 140 предназначено для приложения РЧ магнитного поля к исследуемому пространству 116 во время фаз РЧ передачи, т.е. в режиме TX системы 110 магнитно-резонансной томографии, для возбуждения ядер исследуемого объекта 120, который должны быть покрыт МР изображениями. РЧ антенное устройство 140 также предназначено для приема сигналов магнитного резонанса от возбужденных ядер во время фаз РЧ приема, т.е. в режиме RX системы 110 магнитно-резонансной томографии. В рабочем состоянии системы 110 магнитно-резонансной томографии фазы РЧ передачи и фазы РЧ приема следуют поочередно. РЧ антенное устройство 140 расположено концентрически в отверстии главного магнита 114. Цилиндрическое РЧ экранирующее устройство 124 расположено концентрически между системой 122 магнитных градиентных катушек и РЧ антенным устройством 140. Таким образом, РЧ экранирующее устройство 124 коаксиально охватывает РЧ антенное устройство 140. В некоторых вариантах осуществлениях РЧ антенное устройство 140 и РЧ экранирующее устройство 124 выполнены воедино.
Кроме того, система 110 магнитно-резонансной томографии содержит блок 130 реконструкции МР изображений из полученных МР сигналов, и блок 126 управления системой магнитно-резонансной томографии с блоком 128 монитора, предназначенного для управления функциями МР сканера 112, как это известно в области техники. Линии 138 управления установлены между блоком 126 управления системы магнитно-резонансной томографии и блоком 134 РЧ передатчика, который обеспечивает подачу РЧ энергии с радиочастотой магнитного резонанса на РЧ антенное устройство 140 через РЧ переключающий блок 136 во время фаз РЧ передачи. В свою очередь, радиочастотным переключающим блоком 136 также управляет блок 126 управления системы магнитно-резонансной томографии, и для этой цели между блоком 126 управления системы магнитно-резонансной томографии и РЧ переключающим блоком 136 установлена еще одна управляющая линия 132. Во время фазы РЧ приема радиочастотный переключающий блок 136 направляет МР сигналы от РЧ антенного устройства 140 на блок 130 реконструкции МР изображений после предварительного усиления.
На фиг. 2 и 3 показана кровать 142 пациента в соответствии со вторым вариантом осуществления. Кровать 142 пациента может использоваться вместе с системой 110 магнитно-резонансной томографии первого варианта осуществления.
Кровать 142 пациента второго варианта осуществления содержит пассивный радиочастотный (РЧ) шиммирующий резонатор 144 для гомогенизации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140. Исследуемый объект 120 может быть размещен на кровати 142 пациента, как описано выше.
Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 содержит несколько электромагнитно сопряженных резонансных петель 146 и блок 148 управления. Резонансные петли 146 предусмотрены в линейном расположении тремя группами 150 резонансных петель 146, причем каждая группа 150 содержит две резонансные петли 146, которые расположены концентрически.
Каждая резонансная петля 146 содержит несколько конденсаторов 152 связи и pin-диод 154 в качестве переключающего блока. Каждый pin-диод 154 расположен между портами 156 управления. Порты 156 управления подключены к блоку 148 управления, который активно управляет напряжением на pin-диодах 154 через порты 156 управления, чтобы перевести pin-диоды 154 в проводящее состояние, или нет. Таким образом, блок 148 управления осуществляет управление всеми pin-диодами 154, при этом pin-диоды 154 обычно считаются переключающими устройствами. Соединение портов 156 управления с блоком 148 управления не показано на фиг. 2 и 3. Таким образом, при проводящем pin-диоде 154 соответствующая резонансная петля 146 становится проводящей, т.е. через соответствующую резонансную петлю 146 может протекать циркулирующий ток. Если pin-диод 154 не проводящий, то соответствующая резонансная петля 146 прерывается, прерывая тем самым прохождение циркулирующего тока через соответствующую резонансную петлю 146.
Блок 148 управления управляет pin-диодами 154 для переключения электромагнитно сопряженных резонансных петель 146 для обеспечения первой и второй резонансной способности в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого радиочастотным антенным устройством 140 системы 110 магнитно-резонансной томографии.
Первая и вторая резонансные способности обеспечиваются в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140 системы 110 магнитно-резонансной томографии. Следовательно, пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 может быть переключен между режимом передачи и режимом приема, при этом первая и вторая резонансные способности оптимизированы для соответствующего вращающегося РЧ поля. Для режима передачи оптимизированы однородность поля B1+ и удельный коэффициент поглощения (SAR, от англ. Specific Absorption Rate), что позволяет уменьшить пространственные вариации РЧ поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140, т.е. передающей катушкой системы 110 МРТ. Кроме того, в режиме приема можно увеличить однородность поля B1- и отношение сигнал-шум (SNR, от англ. Signal-to-Noise Ratio).
На фиг. 4 изображена пассивная дипольная антенна 158 для использования в пассивном РЧ шиммирующем резонаторе 144 в соответствии с третьим вариантом осуществления. Пассивная дипольная антенна 158 и пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 согласно третьему варианту осуществления могут быть использованы вместе с системой 110 МРТ согласно первому варианту осуществления. Общие принципы пассивного РЧ шиммирующего резонатора 144 второго варианта осуществления, как обсуждалось выше, применимы и к пассивной дипольной антенне 158 и пассивному РЧ шиммирующему резонатору 144 третьего варианта осуществления.
Как видно из фиг. 4, пассивная дипольная антенна 158 содержит две отдельные линий 164 передачи, которые электромагнитно сопряжены. Каждая из линий 164 передачи снабжена pin-диодом 154. В соответствии со вторым вариантом осуществления, каждый pin-диод 154 расположен между портами 156 управления, которые подключены к блоку 148 управления, который активно управляет напряжением на pin-диодах 154 через порты 156 управления, чтобы перевести pin-диоды 154 в проводящее состояние, или нет. Блок 148 управления не показан на фиг. 4. Таким образом, при проводящем pin-диоде 154 соответствующая линия 164 передачи переводится в активное состояние, т.е. активируется дипольная антенна 158. Если pin-диод 154 не проводящий, то соответствующая линия 164 передачи прерывается.
Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 согласно третьему варианту осуществления содержит несколько пассивных дипольных антенн 158, которые обычно располагаются в плоскости кровати 142 пациента.
На фиг. 5 показана антенная конструкция 160 для использования в пассивном РЧ шиммирующем резонаторе 144 в соответствии с четвертым вариантом осуществления. Антенная конструкция 160 для использования в пассивном РЧ шиммирующем резонаторе 144 в соответствии с четвертым вариантом осуществления может быть использована совместно с системой 110 магнитно-резонансной томографии первого варианта осуществления. Общие принципы пассивного РЧ шиммирующего резонатора 144 второго и/или третьего варианта осуществления, как обсуждалось выше, также применимы к антенной конструкции 160 и к пассивному РЧ шиммирующему резонатору 144 четвертого варианта осуществления.
Как видно из фиг. 5, антенная конструкция 160 четвертого варианта осуществления содержит пассивную дипольную антенну 158 в соответствии с третьим вариантом осуществления и резонансную петлю 146 в соответствии со вторым вариантом осуществления. Резонансная петля 146 окружена линиями 164 передачи пассивной дипольной антенны 158. Причем применимы детали пассивной дипольной антенны 158 третьего варианта осуществления и резонансной петли 146 второго варианта осуществления, как обсуждалось выше.
Порты 156 управления пассивной дипольной антенны 158 и резонансной петли 146 соединены с блоком 148 управления, который активно управляет напряжением на всех pin-диодах 154 через порты 156 управления, чтобы перевести каждый из pin-диодов 154 в проводящее состояние, или нет. Блок управления 148 не показан на фиг. 5. Соответствующая резонансная петля 146 и пассивная дипольная антенна 158 управляются для обеспечения первой и второй резонансной способности в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140 системы 110 магнитно-резонансной томографии.
На фиг. 6 изображен пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в соответствии с пятым вариантом осуществления. Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в соответствии с пятым вариантом осуществления может быть использован вместе с системой 110 магнитно-резонансной томографии первого варианта осуществления. Общие принципы пассивного РЧ шиммирующего резонатора 144 второго-четвертого вариантов осуществления, как уже обсуждалось выше, также применимы к антенной конструкции 160 и к пассивному РЧ шиммирующему резонатору 144 пятого варианта осуществления.
Как видно из фиг. 6, пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 пятого варианта осуществления содержит несколько резонансных петель 146, расположенных в плоскости с двумя резонансными петлями 146, размещенными друг рядом с другом в продольном направлении, и тремя резонансными петлями 146, расположенными друг над другом в вертикальном направлении. Такое расположение резонансных петель 146 показано только в качестве примера.
В альтернативном варианте осуществления по меньшей мере некоторые резонансные петли 146 заменены антенными конструкциями 160 четвертого варианта осуществления и/или пассивными дипольными антеннами 158 третьего варианта.
На фиг. 7 изображена резонансная петля 146 и пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в соответствии с шестым вариантом осуществления. Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в соответствии с шестым вариантом осуществления может быть использован вместе с системой 110 магнитно-резонансной томографии первого варианта осуществления. Общие принципы пассивного РЧ шиммирующего резонатора 144 предыдущих вариантов осуществления, как уже обсуждалось выше, также применимы к пассивному РЧ шиммирующему резонатору 144 шестого варианта осуществления.
Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 шестого варианта осуществления в целом выполнен в соответствии с пассивным РЧ шиммирующим резонатором 144 второго варианта осуществления. Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 может содержать несколько электромагнитно сопряженных резонансных петель 146, как описано ниже.
Резонансная петля 146 содержит два конденсатора 152 связи. Параллельно с каждым конденсатором 152 связи подключен настроечный конденсатор 162. В качестве переключающего блока предусмотрен pin-диод 154, последовательно соединенный с каждым настроечным конденсатором 162. Каждый pin-диод 154 расположен между портами 156 управления. Порты 156 управления подключены к блоку 148 управления, который активно управляет напряжением на pin-диодах 154 через порты 156 управления, чтобы перевести pin-диоды 154 в проводящее состояние, или нет. Блок 148 управления не показан на фиг. 7.
Таким образом, при проводящем pin-диоде 154 соответствующая резонансная петля 146 настраивается иначе, так как емкость связи складывается из суммы емкости соответствующего конденсатора 152 связи и емкости соответствующего настроечного конденсатора 162. У pin-диодов 154 в непроводящем состоянии емкость связи включает в себя только емкость конденсатора 152 связи.
Блок 148 управления управляет pin-диодами 154 для переключения резонансной петли 146 для обеспечения первой и второй резонансной способности в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140 системы 110 магнитно-резонансной томографии.
На фиг. 8 показан пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в двумерной сеточной структуре в соответствии с седьмым вариантом осуществления, образующий искусственный диэлектрик 166. Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в соответствии с седьмым вариантом осуществления может использоваться вместе с системой 110 магнитно-резонансной томографии первого варианта осуществления. Общие принципы пассивного РЧ шиммирующего резонатора 144 предыдущих вариантов осуществления, как уже обсуждалось выше, применимы также к антенной конструкции 160 и к пассивному РЧ шиммирующему резонатору 144 седьмого варианта осуществления.
Пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 седьмого варианта осуществления представляет собой двумерную сеточную структуру с несколькими ветвями 170, которые соединены в точках 172 соединения на каждом пересечении ветвей 170. Каждая ветвь 170 может содержать резонансный контур 174. Соответственно, каждая ветвь 170 может быть нагружена конденсаторами 176 ветви или катушками 178 индуктивности ветви, чтобы проводить настройку для осуществления независимой гомогенизации поля B+ и поля B- в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140 системы 110 магнитно-резонансной томографии.
Соответственно, как видно из фиг. 8, каждая из ветвей 170 снабжена парой переключающих блоков 154 в антипараллельной конфигурации. Как показано на фиг. 8, для обеспечения первой и второй резонансной способности в соответствии с режимом передачи (TX-режимом) и режимом приема (RX-режимом) радиочастотного поля, излучаемого РЧ антенным устройством 140 системы 110 магнитно-резонансной томографии, можно использовать ветви 170 с различными конфигурациями. Ветви 170 могут быть подсоединены с образованием, например, резонансных петель 146 в пассивном РЧ шиммирующем резонаторе 144.
На фиг. 9 показан пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 в трехмерной сеточной структуре, обеспечивающий искусственный диэлектрик 166 в соответствии с восьмым вариантом осуществления. Причем применимы принципы двумерного пассивного радиочастотного шиммирующего резонатора 144 седьмого варианта осуществления.
На фиг. 10 показан пассивный радиочастотный шиммирующий резонатор 144 с тремя резонансными петлями 146, расположенными друг над другом в конструкции в виде стопки в соответствии с девятым вариантом осуществления. Три резонансные петли 146 могут быть идентичны любым резонансным петлям предыдущих вариантов осуществления. Альтернативно, три резонансные петли 146 могут быть сформированы соответствующим переключением пассивного РЧ шиммирующего резонатора 144 с трехмерной сеточной структурой в соответствии с восьмым вариантом осуществления.
На фиг. 11a и 11b показаны пассивные РЧ шиммирующие резонаторы 144 с первой и второй внутренней структурой в соответствии с десятым и одиннадцатым вариантом осуществления. Как показано на фиг. 11a и 11b, пассивные РЧ шиммирующие резонаторы 144 десятого и одиннадцатого вариантов осуществления выполнены с различными различными шаблонами двумерных или трехмерных сеточных структур, адаптированных по длине волны к частоте МРТ и размеру тела. Кроме того, может быть предусмотрена интеграция катушек 176 индуктивности ветвей или конденсаторов 174 ветвей в комбинации с локальными E-экранами или керамическими диэлектрическими твердыми или жидкими структурами.
На фиг. 12 и 13 показан пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144 с кроватью 142 пациента и пассивный РЧ шиммирующий резонатор 144, исследуемый объект 120, т.е. человек в данном примере, расположен на кровати 142 пациента для обследования. Как показано на фиг. 12 и 13, могут применяться B-поля в различных направлениях вращения, что приводит к появлению черных пятен 180. Эти черные пятна 180 расположены по-разному для режима передачи (TX-режима) и режима приема (RX-режима) РЧ антенного устройства 140.
Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и детально описано на чертежах и в предшествующем описании, такое иллюстрирование и описание следует считать приведенными в качестве примера, но не носящими ограничительный характер; изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Специалистами в данной области могут быть осознаны и осуществлены другие варианты раскрытых вариантов осуществления изобретения на основе изучения чертежей, описания и приложенной формулы. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает других элементов или шагов, а использование единственного числа не исключает множественности. Тот факт, что некоторые меры указаны во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использовано для получения преимущества. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения.
Список ссылочных обозначений
110 - система магнитно-резонансной томографии (МРТ система)
112 - магнитно-резонансный (МР) сканер
114 - главный магнит
116 - пространство РЧ исследования
118 - центральная ось
120 - исследуемый объект
122 - система магнитных градиентных катушек
124 - РЧ экранирующее устройство
126 - блок управления системой МРТ
128 - блок монитора
130 - блок реконструкции МР изображения
132 - линия управления
134 - блок РЧ передатчика
136 - РЧ переключающий блок
138 - линия управления
140 - радиочастотное (РЧ) антенное устройство
142 - кровать пациента
144 - пассивный РЧ шиммирующий резонатор
146 - резонансная петля
148 - блок управления
150 - группа резонансных петель
152 - конденсатор связи
154 - pin-диод, переключающий блок
156 - порт управления
158 - дипольная антенна
160 - антенная конструкция
162 - настроечный конденсатор
164 - линия передачи
166 - искусственный диэлектрик
170 - ветвь
172 - точка соединения
174 - резонансный контур
176 - конденсатор ветви
178 - катушка индуктивности ветви
180 - черное пятно