СЕГМЕНТИРОВАННАЯ В Z-НАПРАВЛЕНИИ РЧ-КАТУШКА С ЗАЗОРОМ И АЛЬТЕРНАТИВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ РЧ-ЭКРАНА
Z-DIRECTION-SEGMENTED RF COIL WITH GAP AND ALTERNATIVE RF SCREEN ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к радиочастотной (РЧ) катушке для использования в пространстве для исследований системы формирования магниторезонансных (МР) изображений, к системе формирования МР-изображений с использованием по меньшей мере одной такой РЧ-катушки, медицинской системе с использованием такой системы формирования МР-изображений и медицинского устройства, и способу приложения радиочастотного поля к пространству для исследований системы формирования магниторезонансных изображений.
Уровень техники
Современная конструкция системы формирования магниторезонансных (МР) изображений представляет собой, например, систему формирования МР-изображений с напряженностью магнитного поля 3 Тесла. В этой современной системе формирования МР-изображений используется, например, двухканальная радиочастотная (РЧ) катушка для всего тела, в которой используются два геометрически развязанных положения подачи мощности катушки типа "птичья клетка" для РЧ-шиммирования. Этот способ обеспечивает высокую однородность поля и возможность получения клинических изображений для дополнительных применений при высокой напряженности поля. Хотя такие системы формирования МР-изображений обеспечивают надежные результаты формирования изображений, в настоящее время возникают случаи дополнительного использования систем формирования МР-изображений, которые являются основой для дополнительных требований при конструировании системы формирования МР-изображений.
Например, использование систем формирования МР-изображений становится все более и более распространенным в области оказания медицинской помощи, когда терапия направляется в нужное местоположение интересующего субъекта под контролем системы формирования МР-изображений. Например, при лучевой терапии подаваемая доза может быть направлена точно в нужное местоположение, чтобы, помимо этого местоположения, также можно было контролировать саму дозу во время терапии. Тем не менее, подаваемое излучение также влияет на материалы системы формирования МР-изображений, так что, например, ускорение старения материала РЧ-катушки для всего тела может быть обусловлено подаваемым излучением.
Кроме того, при диагностических применениях может потребоваться дополнительное оборудование, которое должно обладать доступом в пространство для исследований. Например, биодатчики, включая, например, камеру, могут быть использованы для наблюдения за дыханием или сердечными сокращениями интересующего субъекта. Эти датчики предпочтительно обеспечивают данные датчиков интересующего субъекта внутри РЧ-катушки, где доступ к интересующему субъекту ограничен. Кроме того, присоединение этих датчиков может потребовать кабелей, которые могут накладывать помехи на поля, генерируемые системой формирования МР-изображений, тем самым ухудшая качество изображений системы формирования МР-изображений.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является обеспечение РЧ-катушки, системы формирования МР-изображений с такой РЧ-катушкой и медицинской системы, содержащей такую систему формирования МР-изображений, которые обеспечивают эффективную терапию и/или диагностику при использовании системы формирования МР-изображений, и которые являются менее чувствительными к изменению, например, за счет приложенного излучения при медицинских терапевтических процедурах.
Эта цель достигается посредством радиочастотной (РЧ) катушки для приложения РЧ-поля в пространстве для исследований системы формирования магниторезонансных (МР) изображений и/или для приема МР-сигналов от пространства для исследований, при этом РЧ-катушка выполнена с трубчатым корпусом, РЧ-катушка сегментирована в продольном направлении трубчатого корпуса на два сегмента катушки, и два сегмента катушки разнесены друг от друга в продольном направлении трубчатого корпуса, тем самым формируя зазор между двумя сегментами катушки. РЧ-катушкой может быть катушка для всего тела, но может быть также локальная катушка, например, катушка для головы. Предпочтительно такая катушка для головы должна содержать отверстия или обладать такой формой, чтобы в нее могли войти плечи пациента.
Эта цель также достигается посредством системы формирования магниторезонансных (МР) изображений, содержащей трубчатое пространство для исследований, предусмотренное для позиционирования в нем пациента, РЧ-экран для экранирования пространства для исследований, систему магнитных градиентных катушек для генерирования градиентных магнитных полей, накладывающихся на постоянное магнитное поле, и главный магнит для генерирования постоянного магнитного поля, тем самым, РЧ-экран, система магнитных градиентных катушек и главный магнит позиционированы в этом порядке в направлении радиально наружу вокруг пространства для исследований, причем система формирования магниторезонансных (МР) изображений содержит по меньшей мере одну радиочастотную (РЧ) катушку, описанную выше.
Эта цель дополнительно достигается посредством медицинской системы, содержащей систему формирования магниторезонансных (МР) изображений, описанную выше, и медицинское устройство, которое предназначено для доступа к пространству для исследований системы формирования магниторезонансных (МР) изображений через зазор РЧ-катушки.
1
Эта цель также достигается посредством способа приложения радиочастотного (РЧ) поля к пространству для исследований системы формирования магниторезонансных (МР) изображений, содержащего этапы обеспечения по меньшей мере одного устройства радиочастотной антенны, как указано выше, и управления обычным образом двумя сегментами РЧ-катушки для обеспечения однородного поля B в пределах пространства для исследований, в частности, в пределах зазора.
Эта цель также дополнительно достигается посредством пакета программ для модернизации системы формирования магниторезонансных (МР) изображений, причем пакет программ содержит команды для управления системой формирования МР-изображений в соответствии с вышеуказанным способом.
Соответственно, посредством зазора, предусмотренного между двумя сегментами РЧ-катушки, облегчается использование других устройств, используемых, например, для медицинской терапии или анализа, поскольку терапия и/или анализ с помощью медицинских устройств могут быть выполнены через зазор. Следовательно, можно уменьшить взаимное влияние с системой формирования МР-изображений, в частности, РЧ-катушки. Например, излучение, приложенное к пространству для исследований в обычных системах формирования МР-изображений с использованием обычных РЧ-катушек, проходит через материал систем формирования МР-изображений и обычной РЧ-катушки. Кроме того, когда излучение, приложенное к пространству для исследований в обычных системах формирования МР-изображений с использованием обычных РЧ-катушек, проходит через обычную систему формирования МР-изображений с использованием обычной РЧ-катушки, излучение меняет материал системы формирования МР-изображений и обычной РЧ-катушки. Соответственно, происходит ускоренное старение материалов. Этих эффектов можно избежать, когда излучение не направлено к двум сегментам РЧ-катушки, а проходит через зазор между двумя сегментами РЧ-катушки. Следовательно, зазор обеспечивает прозрачность для приложений лучевой терапии, таких как терапия с использованием линейного ускорителя или протонная терапия под контролем системы формирования МР-изображений. Кроме того, локализация биодатчиков, таких как детекторы с камерой для обнаружения движения (дыхания, сердечных сокращений), может облегчаться за счет зазора. Другим преимуществом предложенной концепции является равномерное ослабление излучения. В случае использования современной РЧ-катушки, ослабление сильнее в случае прохождения излучения через, например, проводник катушки по сравнению с прохождением излучения в воздухе. Это делает терапию менее эффективной и менее точной. При наличии РЧ-катушки, разделенной на два сегмента с зазором между ними, излучение не должно проходить через, например, проводник катушки, так что оно ослабляется в равной степени в разных положениях по окружности.
Сегменты РЧ-катушки предпочтительно предусмотрены по существу одной длины в продольном направлении трубчатого корпуса. Следовательно, зазор предпочтительно приводит к центральной области РЧ-катушки, которая облегчает обеспечение однородного поля B1. Кроме того, каждый из сегментов РЧ-катушки сам может быть разделен на отдельные сегменты. Сегменты РЧ-катушки могут быть предусмотрены просто, как разделение современной РЧ-катушки. Предпочтительно сегменты РЧ-катушки предусмотрены с отдельными портами подачи. Сегменты РЧ-катушки в принципе относятся к электрическому разделению РЧ-катушки на два сегмента РЧ-катушки, так что резонаторы сегментов РЧ-катушки отделены друг от друга зазором. Следовательно, сегменты РЧ-катушки могут быть предусмотрены, как одиночные компоненты, в которых два сегмента РЧ-катушки соединены механически. Тем не менее, два сегмента РЧ-катушки также могут быть разделены механически на два отдельных компонента.
Сегменты РЧ-катушки обычно содержат перемычки, продолжающиеся в продольном направлении РЧ-катушки. Перемычки обычно предусмотрены на наружной периферийной поверхности РЧ-катушки. Набор обычно из 8 или 16 перемычек расположен с равными промежутками в направлении по периферии РЧ-катушки. В основном, число перемычек кратно четырем. Перемычки предпочтительно расположены параллельно продольному направлению РЧ-катушки. В альтернативном варианте осуществления перемычки расположены с угловым смещением от продольного направления РЧ-катушки, что приводит к "диагональному" расположению перемычек. Угловое смещение может составлять до 20° от продольного направления РЧ-катушки. Перемычки обычно предусмотрены с расстоянием несколько сантиметров, предпочтительно, от двух до четырех сантиметров, от РЧ-экрана. РЧ-экран может составлять единое целое с РЧ-катушкой или быть компонентом системы формирования МР-изображений. Расстояние от перемычки до РЧ-экрана может быть переменным для целей оптимизации.
Существуют различные способы конструирования сегментированной в z-направлении РЧ-катушки, например, катушки для всего тела. Отдельные сегменты РЧ-катушки могут быть изготовлены из TEM-резонаторов и/или резонаторов катушки типа "птичья клетка". Следовательно, два сегмента РЧ-катушки могут быть изготовлены из TEM-резонаторов, резонаторов катушки типа "птичья клетка" или их комбинации. Это не меняет общих характеристик РЧ-катушки с двумя сегментами в ее продольном направлении. Продольное направление обычно упоминается, как z-направление. Кроме того, каждый сегмент РЧ-катушки сам может быть предусмотрен с несколькими сегментами РЧ-катушки. Следовательно, РЧ-катушка может быть предусмотрена, например, с четырьмя сегментами РЧ-катушки, тем самым, зазор обеспечивается в центральной области между сегментами РЧ-катушки, например, с двумя сегментами РЧ-катушки на каждой стороне от зазора.
Сегменты катушки необязательно расположены с равными промежутками вокруг трубчатого корпуса. Например, за счет обеспечения меньшего числа сегментов катушки на первой части РЧ-катушки по сравнению с другими частями РЧ-катушки, может быть обеспечено дополнительное пространство для подачи терапии в первой части.
РЧ-катушка обеспечивает эффективные способы параллельной реконструкции изображений, такие как алгоритм SENSE в продольном направлении, т.е., в z-направлении, с коэффициентом уменьшения два. Алгоритм SENSE известен в этой области техники. Поскольку каждый сегмент РЧ-катушки покрывает только 50% пространства для исследований, по всей вероятности, происходит увеличение отношения сигнал-шум (SNR) в предположении, что загрузка пациента преобладает. Тем не менее, также в случаях, когда преобладает шум катушки, по всей вероятности, происходит увеличение отношения сигнал-шум (SNR). Это может произойти, например, в случае использования очень малого расстояния до РЧ-экрана. SNR обычно пропорционально sqrt(Q), т.е., квадратному корню из коэффициента добротности Q резонанса катушки. Типичные коэффициенты добротности Q составляют в диапазоне 300-600 в случае пустых катушек. За счет загрузки пациента коэффициент добротности Q может быть снижен примерно от 2 до 6 раз. Для более высоких коэффициентов снижения в направлении лево/право (L-R) и вперед/назад (A-P) катушки должны быть предусмотрены с конструкцией с отрицательной обратной связью. Также РЧ-шиммирование вероятно зависит от числа имеющихся независимых РЧ-каналов РЧ-катушки. Для РЧ-катушки с четырьмя независимыми каналами РЧ-шиммирование может быть достигнуто, например, вдоль z-направления РЧ-катушки, т.е., продольного направления РЧ-катушки, и x-y направления РЧ-катушки.
В системе формирования МР-изображений РЧ-экран, система магнитных градиентных катушек и главный магнит обычно расположены концентрически, чтобы они окружали пространство для исследований. Общая, типичная полная компоновка системы формирования МР-изображений включает в себя интересующий субъект, когда он расположен в пространстве для исследований, полную РЧ-катушку для всего тела, используемую в качестве принимающей и передающей катушки, например, полную катушку для всего тела, РЧ-экран, систему магнитных градиентных катушек и главный магнит, начиная от центра пространства для исследований и перемещаясь в радиальном направлении. В альтернативном варианте осуществления система формирования МР-изображений содержит дополнительно локальную РЧ-катушку, которая обычно используется в качестве только принимающей катушки, и которая располагается внутри РЧ-катушки, предназначенной в качестве катушки для всего тела, чтобы она окружала интересующий субъект по меньшей мере частично. В этом альтернативном варианте осуществления РЧ-катушка предусмотрена в качестве катушки для всего тела и используется в качестве только передающей катушки. Кроме того, система градиентных катушек может быть предусмотрена с шиммирующими катушками, которые предусмотрены в радиальной наружной области системы градиентных катушек.
В медицинской системе медицинское устройство может быть устройством любого подходящего типа, например, диагностическим/аналитическим или терапевтическим устройством. Диагностические устройства могут включать диагностические/аналитические устройства любого подходящего типа, включая устройства для регистрации дыхания/задержки дыхания, устройства регистрации сердечных сокращений, устройства для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), в частности, ПЭТ приемники, биодатчики, детекторы с камерой или другие. Терапевтические устройства могут включать терапевтические устройства любого типа, включая системы лучевой терапии, устройства на основе линейных ускорителей (LINAC), устройства для терапии протонами, устройства гипертермии под контролем МР-визуализации или другие. В альтернативном варианте осуществления зазор также может быть использован для расположения РЧ-усилителей системы формирования МР-изображений.
Медицинское устройство может быть расположено в зависимости от размера, формы и конкретных потребностей для доступа к пространству для исследований и/или пациенту, расположенному в пространстве для исследований. Соответственно, медицинское устройство может быть расположено в зазоре, или медицинское устройство может иметь доступ к пространству для исследований и/или пациенту через зазор. Например, типичное устройство LINAC предусмотрено вращающимся вокруг пространства для исследований, и ускоренные частицы могут быть направлены на пациента через зазор без риска взаимного влияния с компонентами РЧ-катушки.
В других случаях медицинское устройство может быть позиционировано, например, в пределах пространства для исследований, аналогично устройству для гипертермии под контролем системы формирования МР-изображений. Устройство для гипертермии под контролем системы формирования МР-изображений может быть доступно и/или присоединено через зазор, тем самым, снижается взаимодействие с устройством формирования МР-изображений, в частности, с РЧ-катушкой. Поскольку отдельные элементы катушки двух сегментов РЧ-катушки не находятся непосредственно под устройством для локального применения, т.е., в этом случае под устройством гипертермии под контролем системы формирования МР-изображений, может быть достигнуто надежное развязывание.
В одном предпочтительном варианте осуществления два сегмента катушки расположены друг относительно друга с углом поворота вокруг продольной оси трубчатого корпуса. Соответственно, перемычки двух сегментов РЧ-катушки, которые продолжаются в продольном направлении РЧ-катушки, могут быть совмещены между двумя сегментами РЧ-катушки, или они могут быть расположены таким образом, чтобы перемычки от одного сегмента РЧ-катушки были уложены в направлении между перемычками другого сегмента РЧ-катушки.
В одном предпочтительном варианте осуществления два сегмента катушки соединены вместе, чтобы генерировать обычное поле типа "птичья клетка". Предпочтительно два сегмента катушки соединены посредством (n раз) отрезка линии передачи длиной лямбда/2, которая обеспечивает одну возможность согласовать два сегмента РЧ-катушки для генерирования обычного поля типа "птичья клетка". При согласовании лямбда/2 два сегмента катушки могут использоваться подобно обычной катушке без зазора, например, аналогично обычной катушке типа "птичья клетка". Следовательно, эта РЧ-катушка может быть использована для замены обычных РЧ-катушек в существующих системах формирования МР-изображений. Замена может быть выполнена, даже хотя система формирования МР-изображений является отдельным устройством, которое не используется, как часть медицинской системы, т.е. даже хотя система формирования МР-изображений не используется вместе с дополнительным терапевтическим или диагностическим устройством, для которого требуется доступ к пространству для исследований.
В одном предпочтительном варианте осуществления два сегмента катушки развязаны друг относительно друга и используются независимо. Развязывание двух сегментов РЧ-катушки обеспечивает, чтобы РЧ-катушка в целом могла использоваться, как четырех канальная катушка с решеткой. Следовательно, возбуждение РЧ-полей может быть осуществлено очень точно и эффективно.
В одном предпочтительном варианте осуществления два сегмента катушки могут использоваться с отдельными РЧ-усилителями мощности или с помощью аппаратного сумматора или разделителя. Следовательно, два сегмента катушки могут быть использованы независимо с двумя РЧ-усилителями мощности. В альтернативном варианте два сегмента катушки используются комбинированным образом просто с одним задающим устройством.
В одном предпочтительном варианте осуществления РЧ-катушка предусмотрена, как гибридная РЧ-катушка с гибридной конструкцией катушки типа "птичья клетка" и TEM-катушки, тем самым, РЧ-катушка аналогична TEM-катушке в ее центральной области и катушке типа "птичья клетка" в концевых областях в продольном направлении. Соответственно, два сегмента РЧ-катушки предусмотрены с проводящим кольцом в области, расположенной в стороне от зазора, и проводящие перемычки продолжаются от проводящего кольца в направлении зазора. Проводящие перемычки соединены с РЧ-экраном, который может составлять часть самой РЧ-катушки, или который может быть частью системы формирования МР-изображений. РЧ-катушка содержит РЧ-экран, к которому проводящие перемычки присоединены на их концах, обращенных к зазору. В альтернативном варианте экран может составлять часть системы формирования МР-изображений, и проводящие перемычки присоединены на их концах, обращенных к РЧ-экрану. Следовательно, для всей РЧ-катушки возникает гибридная конструкция, которая аналогична TEM-катушке в ее центральной области и "птичьей клетке" на концах в продольном направлении. Типичные QBC-размеры обычной РЧ-катушки включают радиус экрана 370 мм, радиус катушки 355 мм и длину катушки 500 мм. Для такой типичной обычной РЧ-катушки зазор приблизительно 20 см может быть достигнут без влияния на работу и качество формирования изображений системы формирования МР-изображений. Предпочтительно зазор обладает шириной в продольном направлении РЧ-катушки по меньшей мере 5 см, более предпочтительно зазор обладает шириной по меньшей мере 10 см, и еще более предпочтительно зазор обладает шириной от 15 до 20 см. Указанные выше размеры катушки приводятся только для примера. Для других размеров катушек ширина зазора может быть другой.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один сегмент РЧ-катушки выполнен в виде многоэлементной передающей решетки. Следовательно, в комбинации с аппаратным сумматором развязывание двух сегментов РЧ-катушки предположительно отсутствует, поскольку согласование между отдельными сегментами РЧ-катушки мало.
В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одно из РЧ-экрана, системы магнитных градиентных катушек и главного магнита сегментировано в продольном направлении пространства для исследований на два сегмента, которые разнесены друг от друга в продольном направлении трубчатого корпуса, вследствие чего между двумя сегментами сформирован зазор. Предпочтительно зазор, предусмотренный между РЧ-экраном, системой магнитных градиентных катушек и/или главным магнитом, совмещен с зазором между двумя сегментами РЧ-катушки. Соответственно, преимущества, достигаемые за счет зазора между разделенной на два сегмента РЧ-катушкой, применимы также к РЧ-экрану, системе магнитных градиентных катушек или главному магниту. В случае РЧ-экрана, сегменты РЧ-экрана могут быть выполнены в виде одиночных компонентов, когда два сегмента РЧ-экрана соединены механически. Тем не менее, два сегмента РЧ-экрана также могут быть разделены механически на два отдельных компонента. Продольные направления пространства для исследований и трубчатого корпуса совмещены, т.е. эти направления совпадают.
В одном предпочтительном варианте осуществления РЧ-экран сегментирован в продольном направлении пространства для исследований на два сегмента РЧ-экрана. Два сегмента РЧ-экрана разнесены друг от друга в продольном направлении трубчатого корпуса, вследствие чего между двумя сегментами РЧ-экрана формируется зазор, и альтернативный элемент РЧ-экрана предусмотрен для соединения двух сегментов РЧ-экрана посредством зазора. Для достижения эффективного РЧ-экранирования, РЧ-экран обычно предусмотрен в виде металлического листа или металлической стенки с плотной структурой стенки, которая является непроницаемой для РЧ-полей. Кроме того, как уже указано выше в отношении перемычек, РЧ-экран также не является прозрачным, например, в отношении излучения, когда используется LINAC или другие излучающие устройства вместе с системой формирования МР-изображений. Для повышения прозрачности РЧ-экрана для излучения может быть предусмотрен альтернативный элемент РЧ-экрана, изготовленный из непроводящего материала, может быть использован экран в виде сетки, изготовленный из проводящего материала, или может быть использован проводящий слой с более высокой прозрачностью. Например, тонкий проводящий слой, изготовленный из меди толщиной примерно 15-40 мкм, используемый в качестве альтернативного элемента РЧ-экрана, почти прозрачен для излучения от устройства LINAC. В альтернативном варианте осуществления альтернативный элемент РЧ-экрана может быть предусмотрен в качестве области наложения частей двух сегментов РЧ-экрана, которые накладываются через зазор. В другом альтернативном варианте осуществления по меньшей мере одна проводящая полоска может быть предусмотрена для гальванического соединения двух сегментов РЧ-экрана через зазор. Предпочтительно предусмотрено несколько проводящих полосок, которые разнесены по периферийному направлению РЧ-экрана. Соответственно, альтернативный элемент РЧ-экрана сформирован, как элемент по меньшей мере с одним окошком в зазоре. Кроме того, между двумя сегментами РЧ-экрана может быть предусмотрена емкостная связь. Следовательно, электрическое соединение между сегментами РЧ-экрана может отсутствовать, что позволяет использовать различные типы альтернативных элементов РЧ-экрана. Продольные направления пространства для исследований и трубчатого корпуса совмещены, т.е. эти направления совпадают.
В одном предпочтительном варианте осуществления РЧ-экран, система магнитных градиентных катушек и главный магнит сегментированы в продольном направлении пространства для исследований на два сегмента каждый, два сегмента разнесены друг от друга в продольном направлении трубчатого корпуса, вследствие чего между двумя сегментами формируется зазор, и два сегмента РЧ-экрана продолжаются вдоль зазора подобно кольцу в направлении радиально наружу от пространства для исследований. Эта конструкция РЧ-экрана, т.е., двух сегментов РЧ-экрана обеспечивает расширенное РЧ-экранирование в направлении зазора, чтобы обеспечить экранирование для градиентной катушки. Щель, сформированная в зазоре, является узкой по сравнению с типичными размерами РЧ-катушки и обеспечивает подавление излучения. Предпочтительно сегменты РЧ-экрана отгибаются радиально наружу. Предпочтительно перемычки сегментов РЧ-катушки присоединены к РЧ-экрану, чтобы РЧ-ток мог протекать назад через РЧ-экран, чтобы зазор также мог быть предусмотрен в РЧ-экране. Продольные направления пространства для исследований и трубчатого корпуса совмещены, т.е. эти направления совпадают.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны и пояснены со ссылкой на варианты осуществления, описанные далее в настоящем документе. Однако такой вариант осуществления необязательно представляет полный объем настоящего изобретения, и поэтому приводится ссылка на формулу изобретения и описание для интерпретации объема настоящего изобретения.
На чертежах:
На фиг. 1 схематично показана часть типичного варианта осуществления системы формирования магниторезонансных (МР) изображений.
На фиг. 2 схематично показана РЧ-катушка по первому варианту осуществления.
На фиг. 3 показан вид в перспективе РЧ-катушки вместе с РЧ-экраном по второму варианту осуществления.
На фиг. 4 показан вид в перспективе РЧ-катушки по фиг. 3, иллюстрирующий смоделированное распределение тока в заданный момент времени.
На фиг. 5 показан вид в перспективе РЧ-катушки по фиг. 3, иллюстрирующий смоделированное распределение тока в заданный момент времени для РЧ-катушки с согласованными и развязанными сегментами РЧ-катушки на левой и правой стороне, соответственно.
На фиг. 6 графически показаны параметры рассеяния на верхних графиках и круговые диаграммы полных сопротивлений на нижних графиках для РЧ-катушки с согласованными и развязанными сегментами РЧ-катушки на левой и правой стороне, соответственно.
На фиг. 7 схематично показана РЧ-катушка по третьему варианту осуществления, используемая в качестве многоэлементной передающей решетки с развязыванием емкостных связей.
На фиг. 8 схематично показана РЧ-катушка по четвертому варианту осуществления, используемая в качестве многоэлементной передающий решетки с развязыванием индуктивных связей.
На фиг. 9 показан вид в перспективе РЧ-катушки вместе с РЧ-экраном по пятому варианту осуществления.
На фиг. 10 схематично показаны смоделированные поля B1 с использованием РЧ-катушки по пятому варианту осуществления.
На фиг. 11 схематично показано полное входное сопротивление в зависимости от частоты с использованием РЧ-катушки по пятому варианту осуществления.
На фиг. 12 схематично показана медицинская система, содержащая систему формирования МР-изображений с РЧ-катушкой и медицинским устройством, по шестому варианту осуществления.
На фиг. 13 схематично показана система формирования МР-изображений с РЧ-катушкой и сегментированным РЧ-экраном с альтернативным элементом РЧ-экрана, расположенным между ними по седьмому варианту осуществления.
На фиг. 14 схематично показана РЧ-катушка с двумя сегментами РЧ-катушки и развязывающим контуром по восьмому варианту осуществления, и
На фиг. 15 схематично показан РЧ-экран с двумя сегментами РЧ-экрана вместе с альтернативным элементом РЧ-экрана по девятому варианту осуществления.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематично показана часть одного варианта осуществления системы 110 формирования магниторезонансных (МР) изображений, содержащей МР-сканер 112. Система 110 формирования МР-изображений описана в настоящем документе в общих чертах как основа для всех других вариантов осуществления.
Система 110 формирования МР-изображений содержит главный магнит 114, предусмотренный для генерирования постоянного магнитного поля. Главный магнит 114 обладает центральным каналом, который обеспечивает пространство 116 для исследований вокруг центральной оси 118 интересующего субъекта 120, обычно пациента, позиционируемого внутри. В этом варианте осуществления центральный канал и, следовательно, постоянное магнитное поле главного магнита 114 обладают горизонтальной ориентацией в соответствии с центральной осью. В альтернативном варианте осуществления ориентация главного магнита 114 может быть другой, например, для обеспечения постоянного магнитного поля с вертикальной ориентацией. Кроме того, система 110 формирования МР-изображений содержит систему 122 магнитных градиентных катушек, предусмотренную для генерирования градиентных магнитных полей, накладывающихся на постоянное магнитное поле. Система 122 магнитных градиентных катушек расположена концентрически внутри канала главного магнита 114, как известно специалистам в этой области.
Кроме того, система 110 формирования МР-изображений включает в себя радиочастотную (РЧ) катушку 140, спроектированную в качестве катушки для всего тела с трубчатым корпусом. В альтернативном варианте осуществления РЧ-катушка 140 спроектирована в качестве катушки для головы или любого другого подходящего типа катушки для использования в системах 110 формирования МР-изображений. РЧ-катушка 140 предназначена для приложения РЧ магнитного поля к пространству 116 для исследований во время фаз передачи РЧ-сигналов для возбуждения ядер в интересующем субъекте 120, который должен быть отражен на МР-изображениях. РЧ-катушка 140 также предназначена для приема МР-сигналов от возбужденных ядер во время фаз приема РЧ-сигналов. В состоянии использования системы 110 формирования МР-изображений фазы передачи РЧ-сигналов и фазы приема РЧ-сигналов следуют друг за другом. РЧ-катушка 140 расположена концентрически внутри канала главного магнита 114. Как известно специалистам в этой области, цилиндрический металлический РЧ-экран 124 расположен концентрически между системой 122 магнитных градиентных катушек и РЧ-катушкой 140.
В этом контексте следует отметить, что РЧ-катушка 140 описана в качестве передающей и принимающей катушки. Тем не менее, РЧ-катушка 140 также может быть предусмотрена в качестве только передающей или принимающей катушки.
Кроме того, система 110 формирования МР-изображений содержит блок 130 реконструкции МР-изображений, предусмотренный для реконструкции МР-изображений по полученным МР-сигналам, и блок 126 управления системы формирования МР-изображений с блоком 128 монитора, предусмотренным для управления функциями МР-сканера 112, как общеизвестно в этой области. Линии 132 управления установлены между блоком 126 управления системой формирования МР-изображений и блоком 134 передатчика РЧ-сигналов, который предусмотрен для подачи РЧ-мощности радиочастоты магнитного резонанса на устройство 140 РЧ-антенны посредством блока 136 переключения РЧ-сигналов во время фаз передачи РЧ-сигналов. Блок 136 переключения РЧ-сигналов, в свою очередь, также управляется посредством блока 126 управления системой формирования МР-изображений, и другая линия 138 передачи сигналов управления установлена между блоком 126 управления системы формирования МР-изображений и блоком 136 переключения РЧ-сигналов для этой цели. Во время фаз приема РЧ-сигналов блок 136 переключения РЧ-сигналов направляет МР-сигналы от РЧ-катушки 140 на блок 130 реконструкции МР-изображений после предварительного усиления.
На фиг. 2 показана РЧ-катушка 140 для приложения РЧ-поля к пространству 116 для исследований системы 110 формирования МР-изображений и для приема МР-сигналов от пространства 116 для исследований по первому варианту осуществления. Интересующий субъект 120 расположен внутри РЧ-катушки 140. РЧ-катушка выполнена с трубчатым корпусом 142 и сегментирована в продольном направлении 144 трубчатого корпуса 142 на два сегмента 146 РЧ-катушки. Продольное направление 144 обычно упоминается как z-направление. Два сегмента 146 РЧ-катушки разнесены друг от друга в продольном направлении 144 трубчатого корпуса 142, вследствие чего между двумя сегментами 146 РЧ-катушки формируется зазор 148. Соответственно, два сегмента 146 РЧ-катушки разнесены друг от друга на расстояние 150, как показано на фиг. 2.
На фиг. 3 показана РЧ-катушка 140 для приложения РЧ-поля к пространству 116 для исследований системы 110 формирования МР-изображений и для приема МР-сигналов от пространства 116 для исследований по второму варианту осуществления. Принципы РЧ-катушки 140 по первому варианту осуществления также применимы к РЧ-катушке 140 по второму варианту осуществления, если не указано иного.
РЧ-катушка по второму варианту осуществления выполнена в виде гибридной РЧ-катушки 140 с гибридной конструкцией из катушки типа “птичья клетки” и TEM-катушки. Как показано на фиг. 3, РЧ-катушка 140 аналогична TEM-катушке в центральной области 152 и катушке типа “птичья клетка” в концевых областях 154 в продольном направлении 144. Соответственно, два сегмента 146 РЧ-катушки предусмотрены с проводящим кольцом 156 в концевых областях 154, которые расположены вдали от зазора 148, и проводящими перемычками 158, продолжающимися от проводящего кольца 156 в направлении зазора 148. Каждый сегмент 146 РЧ-катушки в этом варианте осуществления предусмотрен с набором из 16 проводящих перемычек 158, которые расположены с равными промежутками в направлении по периферии РЧ-катушки 140. В альтернативном варианте осуществления РЧ-катушка 140 предусмотрена с двумя наборами из восьми проводящих перемычек 158, т.е. один набор из восьми проводящих перемычек 158 предусмотрен в каждом сегменте 146 РЧ-катушки. Проводящие перемычки 158 предусмотрены с расстоянием несколько сантиметров, предпочтительно от двух до четырех сантиметров, от РЧ-экрана 124.
Проводящие перемычки 158 присоединены к РЧ-экрану 124 на их концах, обращенных к зазору 148 с конденсаторами 160 связи. В альтернативном варианте осуществления проводящие перемычки 158 гальванически присоединены или присоединены с емкостной связью к РЧ-экрану 124, например, с помощью вкладок около РЧ-экрана 124. В другом альтернативном варианте осуществления РЧ-экран 124 является частью самой РЧ-катушки 140. Следовательно, для РЧ-катушки 140 получается гибридная конструкция, которая аналогична TEM-катушке в центральной области 152 и аналогична “птичьей клетке” в концевых областях 154. РЧ-катушка 140 предусмотрена с РЧ-экраном 124 радиусом 370 мм, РЧ-катушка 140 обладает радиусом 355 мм и длиной катушки 500 мм. Зазор 148 обладает длиной приблизительно 20 см. Соответственно, каждый сегмент 146 РЧ-катушки обладает длиной сегмента катушки приблизительно 15 см, например, Длина РЧ-катушки 50 см минус длина зазора 20 см, деленная на 2.
Как подробно показано на фиг. 3, сегменты 146 РЧ-катушки предусмотрены по существу одинаковой длины в продольном направлении 144 трубчатого корпуса 142. Сегменты 146 РЧ-катушки предусмотрены с отдельными портами подачи мощности, которые не показаны на этом чертеже. Сегменты 146 РЧ-катушки относятся к электрическому разделению РЧ-катушки 140 на два сегмента 146 РЧ-катушки, так что резонаторы сегментов 146 РЧ-катушки отделены друг от друга зазором 148. Сегменты 146 РЧ-катушки в этом варианте осуществления также механически разделены на два отдельных сегмента 146 РЧ-катушки. В альтернативном варианте осуществления элементы 146 РЧ-катушки предусмотрены в виде одиночных компонентов, причем два сегмента 146 РЧ-катушки соединены механически.
На фиг. 4 показано смоделированное распределение тока в заданный момент времени для РЧ-катушки 140 по второму варианту осуществления. Как показано на фиг. 4, токи через два сегмента 146 РЧ-катушки почти идентичны.
Общие способы развязывания сегментов 146 РЧ-катушки известны, например, из документа US 2013/0063147 A1, содержимое которого включено в настоящий документ посредством ссылки.
На фиг. 5 показано смоделированное распределение токов в заданный момент времени для РЧ-катушки 140 по второму варианту осуществления. На фиг. 6 показано распределение токов для РЧ-катушки 140 с согласованными и развязанными сегментами 146 РЧ-катушки на левой и правой стороне, соответственно.
На фиг. 6 показаны параметры рассеяния в виде верхних графиков для РЧ-катушки 140 с согласованными и развязанными сегментами 146 РЧ-катушки на левой и правой стороне, соответственно, соответствуют чертежу на фиг. 5.
Кроме того, на фиг. 6 показаны круговые диаграммы полных сопротивлений на нижних графиках для РЧ-катушки 140 с согласованными и развязанными сегментами 146 РЧ-катушки на левой и правой стороне, соответственно, в соответствии с чертежом на фиг. 5.
На фиг. 7 показана РЧ-катушка 140 для приложения РЧ-поля к пространству 116 для исследований системы 110 формирования МР-изображений и для приема МР-сигналов от пространства 116 для исследований по третьему варианту осуществления. Принципы РЧ-катушки 140 по первому и второму вариантам осуществления также применимы для РЧ-катушки 140 по третьему варианту осуществления, если не указано иного.
ri
ru
ri
ru
РЧ-катушка 140 по третьему варианту осуществления используется в качестве многоэлементной передающей решетки с емкостным развязыванием. Следовательно, несколько элементов предусмотрены в виде разветвленных электрических контуров 174, которые могут питаться через порты 176 подачи. Конденсаторы 178 связи предусмотрены в разветвленных электрических контурах 174, которые также обозначены C и C, чтобы легче различать конденсаторы 178 связи. РЧ-катушка 140 может быть предусмотрена в виде РЧ-катушки 140 с отрицательной обратной связью путем выбора правильного соотношения C/C, чтобы отдельные разветвленные электрические контуры 174 были развязаны. Соответственно, каждый отдельный разветвленный электрический контур 174 в двух сегментах РЧ-катушки 146 может возбуждаться независимо за счет РЧ-системы параллельных Tx/Rx.
На фиг. 8 показана РЧ-катушка 140 для приложения РЧ-поля к пространству 116 для исследований системы 110 формирования МР-изображений и для приема МР-сигналов от пространства 116 для исследований по четвертому варианту осуществления. Принципы РЧ-катушки 140 по третьему варианту осуществления также применимы к РЧ-катушке 140 по четвертому варианту осуществления, если не указано иного.
РЧ-катушка 140 по четвертому варианту осуществления отличается от РЧ-катушки 140 по третьему варианту осуществления при развязывании. В соответствии с фиг. 8, развязывающие индуктивные связи трансформаторы 180 предусмотрены между соседними разветвленными электрическими контурами 174. Помимо этого различия РЧ-катушки 140 по третьему и четвертому вариантам осуществления одинаковы.
На фиг. 9 показана РЧ-катушка 140 для приложения РЧ-поля к пространству 116 для исследований системы 110 формирования МР-изображений и для приема МР-сигналов от пространства 116 для исследований по пятому варианту осуществления. Принципы РЧ-катушки 140 по описанным выше вариантам осуществления также применимы к РЧ-катушке 140 по пятому варианту осуществления, если не указано иного.
РЧ-катушка 140 по пятому варианту осуществления почти идентична РЧ-катушке 140 по второму варианту осуществления. РЧ-катушки 140 по пятому и второму вариантам осуществления отличаются тем, что два сегмента 146 катушки по пятому варианту осуществления расположены друг относительно друга под углом поворота 182 вокруг продольной оси трубчатого корпуса 142. Соответственно, проводящие перемычки 158 от одного сегмента 146 РЧ-катушки указывают в направлении между проводящими перемычками 158 другого сегмента 146 РЧ-катушки.
1
На фиг. 10 графически показаны смоделированные поля B1 с использованием РЧ-катушки по пятому варианту осуществления. Однородность фронтального и поперечного поля B1 смоделированной конструкции катушки показаны на правом и левом графике на фиг. 10, соответственно. Контурные линии построены с шагом 10% по сравнению с полем в изоцентре. Как показано, в предусмотренном зазоре 148 РЧ-катушки 140 обеспечивается однородное радиальное поле. На центральной (z) оси поле практически совпадает с полем стандартной катушки типа "птичья клетка". Соответственно, двумя сегментами 146 РЧ-катушки в основном управляют для обеспечения однородного поля B в пределах пространства 116 для исследований, в частности, в пределах зазора 148.
На фиг. 11 показано входное полное сопротивление в зависимости от частоты с использованием РЧ-катушки 140 по пятому варианту осуществления. Входное полное сопротивление обнаруживает два очень близких резонанса. Однородный режим включается при частоте 63,86 МГц, второй режим появляется при частоте 63,53 МГц. Соответственно, разделение режимов обеспечивается за счет разделения РЧ-катушки 140 на два сегмента 146 РЧ-катушки. Два режима отделены приблизительно всего лишь на 300 кГц. Следовательно, для РЧ-катушки 140 по пятому варианту осуществления предлагается подача мощности через четыре порта для квадратурной катушки. В альтернативном варианте дополнительное развязывание может быть выполнено для использования катушки, аналогичной z-сегментированной катушке для всего тела с каналами 2×2=4.
На фиг. 12 схематично показана медицинская система 200 по шестому варианту осуществления. Медицинская система 200 содержит описанную выше систему 110 формирования МР-изображений с РЧ-катушкой 140 и медицинским устройством 202.
Как показано на фиг. 12, система 110 формирования МР-изображений содержит РЧ-катушку 140, как указано выше по отношению к вариантам осуществления с первого по пятый, РЧ-экран 124, систему 122 магнитных градиентных катушек и главный магнит 114, как указано в отношении фиг. 1. РЧ-катушка 140, РЧ-экран 124, система 122 магнитных градиентных катушек и главный магнит 114 расположены концентрически, чтобы они окружали пространство 116 для исследований. РЧ-катушка 140, РЧ-экран 124, система 122 магнитных градиентных катушек и главный магнит 114 сегментированы в продольном направлении 144 пространства для исследований 116 на два сегмента каждое, т.е., два сегмента 146 РЧ-катушки, два сегмента 204 РЧ-экрана, два сегмента 206 градиентной катушки и два сегмента 208 магнита, причем все сегменты разнесены друг от друга в продольном направлении 144 трубчатого корпуса 142, чтобы между соответствующими сегментами 146, 204, 206, 208 был сформирован зазор 148. Зазор 148 выполнен в виде одиночного зазора 148 для сегментов 146 РЧ-катушки, сегментов 204 РЧ-экрана, сегментов 206 градиентных катушек и сегментов 208 главного магнита посредством совмещения соответствующих сегментов 146, 204, 206, 208.
Как показано на фиг. 12, два сегмента 204 РЧ-экрана каждый предусмотрены с кольцеобразным расширением 210. Кольцеобразные расширения 210 продолжаются от соответствующих сегментов РЧ-экрана вдоль зазора 148 в направлении радиально наружу из пространства 116 для исследований.
Медицинское устройство 202 предназначено для доступа к пространству 16 для исследований системы 110 формирования МР-изображений через зазор 148 РЧ-катушки 140, РЧ-экрана 124, системы 122 градиентных катушек и главного магнита 116. Соответственно, с предусмотренным зазором 148 применение медицинского устройства в отношении интересующего субъекта 116 может быть осуществлено через зазор 148, например, при использовании медицинского воздействующего/терапевтического устройства в качестве медицинского устройства 202 для применения медицинской терапии через зазор 148.
Медицинское устройство 202 может быть устройством любого типа, например, диагностическим или терапевтическим устройством. Терапевтические устройства могут содержать системы лучевой терапии, устройства LINAC, устройства для протонной терапии, устройства для гипертермии под контролем системы формирования МР-изображений или другие.
На фиг. 13 схематично показана медицинская система 200 по седьмому варианту осуществления. Медицинская система 200 содержит упомянутую выше систему 110 формирования МР-изображений с РЧ-катушкой 140 и медицинским устройством 202 и отличается от медицинской системы 200 по первому варианту осуществления конструкцией РЧ-экрана 124, как подробно указано далее.
Как показано на фиг. 13, РЧ-экран 124 разделен на два сегмента 204 РЧ-экрана, описанных выше в отношении шестого варианта осуществления и разнесенных друг от друга. Два сегмента 204 РЧ-экрана по седьмому варианту осуществления соединены друг с другом посредством альтернативного элемента 212 РЧ-экрана, расположенного между ними. Следовательно, альтернативный элемент 212 РЧ-экрана предусмотрен для соединения двух сегментов 204 РЧ-экрана через зазор 148. Для повышения прозрачности РЧ-экрана 124 для излучения, альтернативный элемент 212 РЧ-экрана может быть изготовлен из непроводящего материала, может быть использован элемент 212 РЧ-экрана в виде сетки, изготовленной из проводящего материала, или в качестве альтернативного элемента 212 РЧ-экрана может быть использован проводящий слой с более высокой прозрачностью.
На фиг. 14 схематично показана РЧ-катушка 140 по восьмому варианту осуществления. РЧ-катушка 140 предусмотрена в соответствии с РЧ-катушками 140 приведенных выше вариантов осуществления.
Как показано на фиг. 14, два сегмента 146 РЧ-катушки развязаны с помощью кабелей 214 с малыми потерями, которые присоединены к развязывающему контуру 216. Это предотвращает какие-либо кабельные или полосковые соединения между двумя сегментами 146 РЧ-катушки через зазор 148. Каждый сегмент 146 РЧ-катушки возбуждается в квадратурном режиме или посредством отдельных независимых передатчиков. В альтернативном варианте осуществления сегменты 146 РЧ-катушки развязаны посредством зазора 148 с использованием тонких полосковых проводников или гибкого тонкого материала из полихлорированных бифенилов, который обеспечивает низкое излучение и ослабление.
На фиг. 15 показан РЧ-экран 124 РЧ-катушки 140 по девятому варианту осуществления. РЧ-катушка 140 и РЧ-экран 124 предусмотрены в соответствии с описанными выше вариантами осуществления. Как показано на фиг. 15, РЧ-экран 124 предусмотрен с двумя сегментами 204 РЧ-экрана, которые разнесены друг от друга, тем самым, обеспечивая зазор 148 между ними. Каждый сегмент 204 РЧ-экрана предусмотрен со структурой, продолжающейся в продольном направлении 144 для снижения градиентных вихревых токов и для обеспечения протекания РЧ-тока для зеркальных РЧ-токов сегментов 146 РЧ-катушки. В зазоре предусмотрено отверстие 220 для прозрачности для излучения. Отверстие 220 в этом варианте осуществления предусмотрено без материала в виде окошка. В альтернативных вариантах осуществления отверстие 220 предусмотрено с непроводящим материалом или проводящим материалом аналогично тонкой сетке, или с тонким проводящим слоем, отличающимся от сегментов 204 РЧ-экрана.
Хотя настоящее изобретение показано и описано подробно на чертежах и в предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративным или приведенным в качестве примера, не подразумевающего ограничения им; настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Другие варианты описанных вариантов осуществления могут быть очевидны и осуществлены специалистами в этой области при практической реализации заявленного изобретения по изучению чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретение слово "содержащий" не исключает других элементов или этапов, и употребление элементов или этапов в единственном числе не исключает их множества. Простой факт, что некоторые особенности упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы не указывает на то, что комбинация этих особенностей не может быть использована для достижения преимущества. Никакие характеристики в формуле изобретения не следует рассматривать, как ограничивающие объем изобретения ими.
Список номеров ссылочных позиций
110 система формирования магниторезонансных (МР) изображений
112 магниторезонансный (МР) сканер
114 главный магнит
116 пространство для РЧ-исследований
118 центральная ось
120 интересующий субъект
122 система магнитных градиентных катушек
124 РЧ-экран
126 блок управления системой формирования МР-изображений
128 блок монитора
130 блок реконструкции МР-изображений
132 линия управления
134 блок РЧ-передатчика
136 блок переключения РЧ-сигналов
138 линия управления
140 радиочастотная (РЧ) катушка
142 трубчатый корпус
144 продольное направление
146 сегмент РЧ-катушки
148 зазор
150 расстояние
152 центральная область
154 концевая область
156 проводящее кольцо
158 проводящая перемычка
160 конденсатор связи
174 разветвленный электрический контур
176 порт подачи
178 конденсатор связи
180 развязывающие трансформаторы для индуктивных связей
182 угол поворота
200 медицинская система
202 медицинское устройство
204 сегмент РЧ-экрана
206 сегмент градиентной катушки
208 сегмент магнита
210 кольцеобразное расширение
212 альтернативный элемент экрана
214 кабель с малыми потерями
216 развязывающий контур
218 структура
220 отверстие