CN102955140A - 具有集成的匀场导体的局部线圈装置 - Google Patents

Abstract

在用于磁共振目的的局部线圈装置（8，9）的机械接收结构（10）内布置了至少一个局部线圈（11，14）。如果结构的包括局部线圈的部分被引入到磁共振设备的基本磁场（B0）的均匀性区域（3）内，则借助局部线圈或另外的接收线圈（7）可接收源自对于局部线圈装置特定的采集区域（13，15）的磁共振信号。在结构（10）中布置了至少一个可加载以直流电流或低频交流电流的导体（16）。通过电流生成的补偿磁场的环形地包围了导体的场线（17）在采集区域的边缘区域（18）内与基本磁场形成补偿磁场角度（α）。为补足包含导体的回路所需的返回导体（19，20）在边缘区域内与基本磁场形成干扰磁场角度（β）。

Description

具有集成的匀场导体的局部线圈装置

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振目的的局部线圈装置，

-其中局部线圈装置具有机械接收结构，在所述机械接收结构中布置了至少一个局部线圈，

-其中在将机械接收结构整体或将机械接收结构的包括了局部线圈的部分引入到磁共振设备的基本磁场的均匀性区域内的情况中，借助局部线圈或另外的接收线圈可接收源自对于局部线圈装置特定的采集区域的磁共振信号。

背景技术

此类局部线圈装置一般是已知的。特别地，每个局部线圈装置具有如此的构造。仅作为示例参考DE 10 2008 048 291A1以及相应的US 2010/099978A1。

在磁共振断层造影中的成像基于原子核的在静态基本磁场中对齐的自旋。对于许多应用，基本磁场的均匀性对于图像质量且也对于图像（变形）的空间配准具有重要意义。此外，对于许多成像技术，脂肪饱和技术的使用是相关的。在脂肪饱和技术中，将在许多对比类型中给出强信号的脂肪组织淡出。脂肪组织的淡出对于磁共振图像的诊断可用性是关键的，因为在许多序列类型中病变组织显示为与脂肪类似的或甚至相同的对比关系。

在现有技术中已知用于脂肪饱和的不同的方法，例如狄克逊（Dixon）或谱脂肪饱和。在谱脂肪饱和以及相关的技术中使用了如下事实，即脂肪和水在相同的基本磁场下具有略微不同的共振频率（偏差大约3ppm）。在精确的脂肪频率上的强的足够窄带的发送脉冲因此可抑制脂肪的信号，而不会负面地影响属于水分子的质子的成像。但基于脂肪和水的谱分离的所有技术的作用能力关键取决于基本磁场的均匀性，因为拉莫尔频率（Larmorfrequenz）通过回磁比和基本磁场的乘积确定。如果基本磁场在与所谓的化学漂移类似的量级内或甚至在更高的范围内变化，则脂肪共振和水共振叠加，且谱可能不在相互分离。

现有技术的超导磁***能够在具有大约30cm至40cm的直径和50cm的高度的体积内达到具有1ppm甚至更低的偏差的磁场均匀性。但关于水和脂肪的谱分离的问题可特别地在解剖结构的位于外部远处的区域内出现（例如，肩部），此区域由于缺乏在磁共振设备的检查通道内的位置指示也不可在中间存储。

比事先已知的且确定性的基本磁场的不均匀性更关键的是由患者组织自身引入的不均匀性。因为人体组织具有相对磁导率，所述相对磁导率即使很低也与1.0不同。因此，特别是空气到组织和组织到空气的断续性导致基本磁场的强的变形。水、空气、骨骼、脂肪等在人体内的不均匀分布也导致基本磁场的变形。通过患者导致的该变形是患者各异的，且因此不能事先补偿。

从M.L.Jayatilake et al.的文章“Construction and optimization of local 3rdorder passive shim system for human brain imaging at 4T MRI”，Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.19(2011)，3785页中已知借助被动的匀场线圈补偿基本磁场的剩余不均匀性。所使用的匀场线圈的尺寸为直径和长度为36cm的圆形。

从C.Juchem et al.的文章“Multi-Coil Shimming of the Mouse Brain”，Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.19(2011)，97页中已知，使用多个主动匀场线圈包围检查对象，且单独地调节匀场线圈的匀场电流，从而至少部分地补偿剩余不均匀性。同类的公开内容从C.Juchem et al.的文章“Dynamic Multi-CoilShimming of the Human Brain at 7 Tesla”，Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.19(2011)，716页中可见。

从S-K.Lee et al.的文章“B0 Shimming in 3T Bilateral Breast Imagingwith Local Shim Coils”，Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.19(2011)，715页中已知，在胸部线圈装置内布置匀场线圈，且将匀场线圈用于补偿基本磁场的剩余不均匀性。

通过患者导致的基本磁场的变形特别地在空气-组织过渡处一方面强烈地且另一方面空间地定位。由于强烈空间地定位，所建立的方法不适合于基本磁场的均匀化。

在现有技术中，安装在磁共振设备内的匀场线圈用于取决于个体患者（根据调整测量）地补偿基本磁场的变化。但通过现有技术的匀场线圈仅可补偿大空间上的不均匀性。对于强烈定位的效应，在现有技术中使用由弱介磁性材料组成的所谓的均匀化垫片，且将空气-组织边界的断续性移动到空气-垫片边界上，以便将问题削弱。但垫片导致局部线圈和患者之间的附加的距离且因此降低了信噪比。此外，垫片可能并非合适地与患者的具体不均匀性匹配。此外，垫片的定位在医疗工作流程中是具有缺点的。这一点越来越重要，因为垫片的效果明显取决于精确的定位且垫片是重的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，实现一种局部线圈装置，其中以简单的方式可补偿局部紧密界定的剩余不均匀性，而不必在另外的位置导致不可接受的副作用。

根据本发明，建议如下构造上述类型的局部线圈装置：

-在机械接收结构中布置至少一个导体，所述导体可加载以直流电流或低频交流电流，

-将导体布置在机械接收结构中，使得导体与基本磁场的方向垂直地延伸，

-在导体加载以直流电流或低频交流电流时生成的补偿磁场的场线环形地包围导体，且在采集区域的边界区域内与基本磁场的方向形成补偿磁场角度，和

-对于为补足包含导体的回路所需的返回导体成立：所述返回导体在基本磁场的方向上延伸，和/或布置为使得在导体加载以直流电流或低频交流电流时生成的反作用于补偿磁场的干扰磁场的场线环形地包围各返回导体，且在边缘区域内与基本磁场的方向形成干扰磁场角度，所述干扰磁场角度至少与补偿磁场角度一样大，且各返回导体比导体距边缘区域更远。

与现有技术相反，不使用磁场的基本上与由导体和返回导体形成的导体回路垂直地延伸的部分，而是仅使用环形地包围导体的补偿磁场。其余的磁场或者与基本磁场垂直地延伸且因此几乎保持无效，或者明显小于补偿磁场使得其仅在很小的程度上被削弱。

优选地，导体在采集区域外侧布置在边缘区域的边缘上。通过此措施可实现补偿磁场的特别好的定位。

优选地，建议导体和返回导体基本上处于一个平面内，且在边缘区域的垂直于平面取向的平行投影中，在平面内导体布置在边缘区域的至少一个部分和其干扰磁场反作用于补偿磁场的返回导体之间。

由此，由于相应的干扰磁场导致的补偿磁场的削弱特别低。

优选地，建议采集区域在基本磁场的方向上观察时具有最大延伸，且在基本磁场的方向上观察时，其干扰磁场反作用于补偿磁场的返回导体距边缘区域的距离至少与采集区域的最大延伸一样大。通过此构造，将相应的返回导体距边缘区域的距离布置为足够远，使得几乎排除了相应的返回导体对于边缘区域的负面影响。

优选地，在包含了导体和返回导体的回路中布置至少一个与磁共振设备的拉莫尔频率协调的带阻滤波器和/或至少一个扼流圈。通过此构造，可最小化高频发射线圈或梯度线圈的控制对于回路的影响。

局部线圈装置例如可以被构造为具有两个用于检查对象的***的杯形接收器的胸部线圈装置。在此情况中，采集区域可包括至少各一个杯形接收器。至少一个导体优选地布置在杯形接收器的下部边缘的区域内。

替换地，局部线圈装置可以被构造为脊柱线圈装置。在此情况中，至少一个导体可布置在机械接收结构的其处支承了检查对象的颈部的区域内。

附图说明

本发明的上面描述的特征、特点和优点及其实现方式结合如下对于实施例结合附图的描述更清晰且明确地理解。其中在各示意图示中：

图1和图2分别示出了具有局部线圈装置的磁共振设备，

图3和图4从上侧和下侧示出了图1的局部线圈装置，

图5和图6从上侧和下侧示出了图2的局部线圈装置，

图7示出了回路的可能构造。

具体实施方式

根据图1和图2，磁共振设备具有基本磁体1。借助基本磁体1在磁共振设备的检查体积2内生成时间上静态的、空间上基本均匀的基本磁场B0。基本磁场B0例如可以在均匀性区域3内具有1.5T或3T的强度。均匀性区域3与检查体积2一致或是检查体积2的部分区域。均匀性区域3例如可具有大约35cm的直径D和直至50cm的长度l。基本磁场B0的剩余不均匀性，即使得检查对象4不处于均匀性区域3内的情况可大约为1ppm，其中剩余不均匀性通常在均匀性区域3的边缘处最大。

此外，磁共振设备通常具有梯度磁体***5。借助于梯度磁体***5使检查体积2可加载以梯度磁场。梯度磁场***5由控制装置6通过相应的梯度电流来控制。梯度电流通常是低频电流。梯度电流通常以低于5kHz的频率，甚至以低于1kHz的频率接通。

此外，磁共振设备通常具有全身线圈7。借助于全身线圈7，检查体积2（特别是均匀性区域3）可加载以高频激励脉冲。激励脉冲的频率（根据基本磁场B0且根据待激励的核类型）位于数个至数百个MHz的范围内。例如，氢的拉莫尔频率在3特斯拉设备中大约为127MHz。全身线圈127也由控制装置6控制。

全身线圈7原理上也可以用于采集被激励的磁共振信号。但通常磁共振信号的采集借助局部线圈装置8、9实现。图1和图2中示例地示出了局部线圈装置8、9。图1的局部线圈装置8（也参见图3和图4）被构造为胸部线圈装置。图2的局部线圈装置9（也参见图5和图6）被构造成为脊柱线圈装置。

局部线圈装置8、9分别具有机械接收结构10。机械接收结构10由对于磁共振应用透明的材料组成。合适的材料（特别是塑料）对于专业人员是常用的。

在局部线圈装置8、9的机械接收结构10中分别布置至少一个局部线圈11、14。例如，图1、图3和图4的胸部线圈装置8具有两个杯形的接收器12，检查对象4（在胸部线圈装置8的情况下，通常检查对象4是女性）的***位于所述接收器12内。检查对象4为此目的俯卧在胸部线圈装置8上。在杯形接收器12的区域内分别布置局部线圈11。例如，每个杯形接收器12可被体积线圈11′或多个阵列线圈11″包围，如在DE 10 2008 048 291A1中的情况。借助各局部线圈11′、11″采集源自各杯形接收器12的区域并且必要时源自直接相邻的区域的磁共振信号。此采集区域13在图3和图4中以虚线指示。采集区域13对于各局部线圈11′、11″是特定的，且因此对于局部线圈装置8也是特定的。采集区域13在胸部线圈装置8的情况中分别包括杯形接收器12。

图2、图5和图6的脊柱线圈装置9也包括至少一个局部线圈14。通常，局部线圈是体积线圈，即环形的导体回路。替换地或附加地，局部线圈例如可以是蝶形线圈。局部线圈14中的一个纯示例性地在图5和图6中绘出。局部线圈14基本上水平布置。其对应的采集区域15基本上位于各局部线圈14上方，即脊柱线圈装置9的局部线圈14基本上可以接收源自各局部线圈14的上方的区域的磁共振信号。采集区域15也对于各局部线圈装置9是特定的，在此对于脊柱线圈装置是特定的。在图5和图6中以虚线指示了相应的采集区域15。

借助相应的局部线圈11、14进行的磁共振信号的采集（不言而喻）仅在检查对象4躺在相应的机械接收结构10上时是可行的，且机械接收结构10的整体或机械接收结构10的包括有关的局部线圈11、14的至少一个的部分被引入到基本磁场B0的均匀性区域3内。原理上，也可使用另外的接收线圈，例如全身线圈7。

基本磁场B0，如已经提到的那样，也在其均匀性区域3中具有剩余不均匀性。此外可能的是，检查对象4自身引起或放大基本特定对象个体的磁场B0的不均匀性。对于一些磁共振应用，不均匀性不是关键的。相反，在另外的磁共振应用中不均匀性则是不可接受的。此类磁共振应用的示例是所谓的化学漂移和脂肪饱和技术。

为能够补偿基本磁场B0的不均匀性，在机械接收结构10中布置至少一个导体16。所述至少一个导体16根据图3至图6布置在机械接收结构10中，使得所述导体16与基本磁场B0的方向垂直地延伸。导体16经常水平地延伸。

参见图3至图6，至少一个导体16可加载以直流电流或低频交流电流。如果基本磁场B0的不均匀性的补偿与梯度磁体***5的控制状态足够无关，则施加直流电流就已足够。另一方面，至少一个导体16必须施加以低频交流电流，其中各电流电平的切换与梯度磁体***5的控制协调。概念“低频交流电流”在此上下文中不意味着正弦交流电流，而是意味着阶梯形变化的交流电流，所述交流电流相应于梯度磁体***5的控制或一般地根据脉冲次序改变。

以直流电流或低频交流电流加载导体16导致形成了其场线17环形地包围导体16的磁场。此磁场在下文中被称为补偿磁场。补偿磁场的场线17与基本磁场B0的方向在采集区域13、15的边缘区域18内形成了角度α，所述角度α在下文中称为补偿磁场角度α。由补偿磁场的场线17与基本磁场B0形成的补偿磁场角度α是锐角，且补偿磁场角度α取决于补偿磁场相加还是相减地作用在基本磁场B0上。补偿磁场角度α可能出现在0°附近但不可能处于接近90°。

为了可以在导体16内流过电流，在最宽泛的意义上必须存在闭合的回路。因此必须存在与导体16一起形成完整的回路的返回导体19、20。在返回导体19、20中流过的电流与导体16中流过的电流相同。围绕返回导体19、20因此也形成了各自的磁场，其场线22环形地包围各返回导体19、20。此磁场在下文中被称为干扰磁场。

如果返回导体19、20（如返回导体19的情况）在基本磁场B0的方向上延伸，则相应的干扰磁场的场线垂直于（或基本上垂直于）基本磁场B0延伸。所述场线因此仅以可忽略的程度作用在基本磁场B0上。

如果返回导体19、20（如返回导体20的情况）不平行于（基本上不平行于）基本磁场B0延伸，则返回导体与基本磁场B0垂直或基本上垂直。特别地，返回导体在此情况中可能平行于导体16延伸。在此情况中，相应的返回导体20生成了反作用于补偿磁场的干扰磁场。但根据图3至图6，相应的返回导体20比导体16更远离边缘区域18。此外，相应的干扰磁场的场线22在其不均匀性应被补偿的边缘18内与基本磁场B0的方向形成了角度β，在下文中称为干扰磁场角度β，所述干扰磁场角度β至少与补偿磁场角度α一样大。在最优的情况中，干扰磁场角度β处于90°附近。

基于如下两种情况，即相应的返回导体20距边缘区域18的距离大于导体16距边缘区域18的距离以及干扰磁场角度β大于补偿磁场角度α，相应的干扰磁场对于基本磁场B0的影响明显小于补偿磁场对于基本磁场B0的影响，使得补偿磁场的补偿作用基本上得以保留。因此，可在由导体16和返回导体19、20所形成的回路中调节电流，使得补偿磁场在采集区域13、15的边缘区域18内补偿或至少基本上补偿基本磁场B0的局部场不均匀性。

导体16的布置可根据需要确定。在最优的情况中，导体16相应于图3至图6中的图示虽然布置在采集区域13或15外部，但布置在边缘区域18的边缘上。特别地，在图1、图3和图4的胸部线圈装置8的情况中，导体16可布置在杯形接收器12的下部（底部）边缘的区域内。在图2、图5和图6的脊柱线圈装置9的情况中，导体16可布置在机械接收结构10的其处支承了检查对象4的颈部的区域内。

导体16和返回导体19、20通常处于一个平面内。平面可相应于图4和图6中的图示水平地延伸。替代地，所述平面可倾斜地延伸。如果执行垂直于相应的平面取向的采集区域13、15的边缘区域18的平行投影，则优选地将导体16布置在边缘区域18或边缘区域18的至少一个部分与其干扰磁场反作用于补偿磁场的返回导体20之间。特别地，导体16（关于所述投影）可以布置在边缘区域18的“上方”或“下方”，相应的返回导体20布置在边缘区域的“远端”。

在基本磁场B0的方向上观察时，采集区域13、15具有最大延伸e。最大延伸e通过各局部线圈11、14确定。所述最大延伸e（根据局部线圈11、14）可以处于数毫米直至超过20cm。在相同的方向上观察时，即在基本磁场B0的方向上观察时，其干扰磁场反作用于补偿磁场的各返回导体20距边缘区域18的距离a优选地至少与所述的采集区域13、15的最大延伸e一样大。

导体16以及返回导体19、20的至少一部分在运行中处于检查体积2内，大多甚至处于均匀性区域3内。但它们置于梯度磁体***5的梯度场以及全身线圈7的高频发射脉冲。因此，优选地相应于图7中的图示，在由导体16和返回导体19、20形成的回路中布置至少一个扼流圈23。替换地或附加地，可在所述回路中布置至少一个与磁共振设备的拉莫尔频率协调的带阻回路24（=带阻滤波器）。如一般地已知的那样，带阻回路是线圈和电容器的并联电路，其中成立如下关系式：

ω²LC=1，

其中ω=2πf，其中f是阻断频率，L是线圈的电感，且C是电容器的电容。

本发明相对于现有技术具有明显的优点。特别地，以简单且廉价的方式可补偿基本磁场B0的局部紧密界定的剩余不均匀性。必要时，在此方面可要求将本发明与更大的全局作用的匀场线圈组合。

虽然本发明在细节上通过优选实施例详细说明和描述，但本发明不受所公开的示例限制，且可由专业人员导出另外的变化而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1                   基本磁场

2                   检查体积

3                   均匀性区域

4                   检查对象

5                   梯度磁体***

6                   控制装置

7                   全身线圈

8，9                局部线圈装置

10                  机械接收结构

11，11′，11″，14  局部线圈

12                  杯形接收器

13，15              采集区域

16                  导体

17，22              场线

18                  边缘区域

19，20              返回导体

23                  扼流圈

24                  带阻回路/带阻滤波器

a                   距离

B0                  基本磁场

C                   电容

D                   直径

e                   最大延伸

L                   电感

l                   长度

α                  补偿磁场角度

β                  干扰磁场角度

Claims (9)

1.一种用于磁共振目的的局部线圈装置，

-其中局部线圈装置具有其中布置了至少一个局部线圈（11，14）的机械接收结构（10），

-其中在所述机械接收结构（10）整体或所述机械接收结构（10）的包括局部线圈（11，14）的部分被引入到磁共振设备的基本磁场（B0）的均匀性区域（3）内的情况中，借助局部线圈（11，14）或另外的接收线圈（7）能够接收源自对于局部线圈装置特定的采集区域（13，15）的磁共振信号，

-其中在所述机械接收结构（10）中布置了至少一个可加载以直流电流或低频交流电流的导体（16），

-其中所述导体（16）布置在所述机械接收结构（10）中使得所述导体（16）垂直于基本磁场（B0）的方向延伸，

-其中在所述导体（16）被加载以直流电流或低频交流电流时生成的补偿磁场的场线（17）环形地包围该导体（16），并且在采集区域（13，15）的边缘区域（18）内与基本磁场（B0）的方向形成补偿磁场角度（α），

-其中对于为补足包含所述导体（16）的回路所需的返回导体（19，20）成立：所述返回导体（19，20）在基本磁场（B0）的方向上延伸和/或布置为使得在所述导体（16）加载以直流电流或低频交流电流时生成的反作用于补偿磁场的干扰磁场的场线（22）环形地包围各自返回导体（20），并且在边缘区域（18）内与基本磁场（B0）的方向形成干扰磁场角度（β），所述干扰磁场角度（β）至少与所述补偿磁场角度（α）一样大，并且各自返回导体（20）比所述导体（16）距边缘区域（18）更远。

2.根据权利要求1所述的局部线圈装置，其特征在于，所述导体（16）被布置在采集区域（13，15）外侧在边缘区域（18）的边缘上。

3.根据权利要求2所述的局部线圈装置，其特征在于，所述导体（16）和所述返回导体（19，20）基本上处于一个平面内，并且在边缘区域（18）的垂直于平面取向的平行投影中，在该平面内所述导体（16）被布置在边缘区域（18）的至少一个部分和其干扰磁场反作用于补偿磁场的返回导体（20）之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的局部线圈装置，其特征在于，采集区域（13，15）在基本磁场（B0）的方向上观察时具有最大延伸（e），并且在基本磁场（B0）的方向上观察时，其干扰磁场反作用于补偿磁场的返回导体（20）距边缘区域（18）的距离（a）至少与采集区域（13，15）的最大延伸（e）一样大。

5.根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈装置，其特征在于，在包含导体（16）和返回导体（19、20）的回路中布置至少一个与磁共振设备的拉莫尔频率协调的带阻滤波器（24）和/或至少一个扼流圈（23）。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的局部线圈装置，其特征在于，所述局部线圈装置被构造为具有两个用于检查对象（4）的***的杯形接收器（12）的胸部线圈装置，并且所述采集区域（13）包括至少各一个杯形接收器（12）。

7.根据权利要求6所述的局部线圈装置，其特征在于，至少一个导体（16）布置在杯形接收器（12）的下部边缘的区域内。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的局部线圈装置，其特征在于，所述局部线圈装置被构造为脊柱线圈装置。

9.根据权利要求8所述的局部线圈装置，其特征在于，至少一个导体（16）布置在机械接收结构（10）的其处支承了检查对象（4）的颈部的区域内。

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