CN115362384A - 用于操纵电磁场的设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的方法。该方法包括：基于该一个或多个RF天线的至少一个特征来确定设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率；确定设备的设计以向设备提供所确定的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率；以及根据该设计来制作该设备。该设备包括：布置成阵列的多个导电元件，其中该阵列被布置成当接收RF辐射时在谐振RF频率处在RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，该RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；以及介电材料，其中该介电材料具有介电常数和损耗角正切。

Description

用于操纵电磁场的设备
技术领域
本公开涉及用于操纵磁共振(MR)***中的信号的磁场的设备和方法、包括此类设备或实现此类方法的MR***、以及生产此类设备和***的方法。
背景技术
磁共振成像(MRI)是一种广泛使用的医学成像方法，能够测量脑神经活动、检测早期癌细胞、对纳米级生物结构进行成像、控制流体动力学和功能性心血管成像。MRI扫描的需求稳步增长，从而导致更长的等待时间。对更高分辨率成像的日益增长的需求导致了更高静态磁场扫描仪(3T或更高)的发展。由于对更高质量图像的需求和MRI扫描量随时间推移而稳步增加，国家卫生***在现有设施、资源和预算限制内努力缩减等待名单方面面临着巨大压力。因此，需要在这些条件下提高MRI筛查效率，以推进医学成像和诊断。
公布为WO2017007365(2017年1月12日)的PCT申请描述了一种超材料设备，用于改善射频(RF)信号的信噪比(SNR)并降低MRI***中的比吸收率(SAR)。该设备起到电磁场集中器的作用，在被检查的受试者附近产生射频场的局部重新分布。这是由于以下事实：电磁场集中器中的每个导体的长度满足出现半波谐振的要求。该设备特别适用于相对低功率的MRI扫描。考虑到该设备提供的电磁(EM)场的显著集中的可能性，在高功率扫描中存在RF信号被集中到不可接受的SAR水平的风险。另一问题是，当被成像的对象在MRI***内时，对象的介电属性可能使MRI***的发射或接收线圈失谐。存在共振设备破坏MRI***的功能也是可能的。
发明内容
根据本公开，提供了一种生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的方法。该方法包括：基于所述一个或多个RF天线的至少一个特征来确定所述设备的目标谐振品质因子；确定所述设备的设计以向所述设备提供所确定的目标谐振品质因子；以及根据所述设计来制作该设备。该设备包括：布置成阵列的多个导电元件，其中所述阵列被布置成当接收所述RF辐射时在谐振RF频率处在所述RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，所述RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；以及介电材料，其中所述介电材料具有介电常数和损耗角正切(loss tangent)。
根据本公开，提供了一种生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的方法。该方法包括：基于所述一个或多个RF天线的至少一个特征来确定所述设备的目标谐振RF频率；确定所述设备的设计以向所述设备提供所确定的目标谐振RF频率；以及根据所述设计来制作该设备。该设备包括：布置成阵列的多个导电元件，其中所述阵列被布置成当接收所述RF辐射时在谐振RF频率处在所述RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，所述RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；以及介电材料，其中所述介电材料具有介电常数和损耗角正切。
在本文中主要使用了术语“RF天线”，但它也可被称为RF线圈或RF元件。具体而言，“RF天线”应理解为指布置成在MR***中发射和/或接收RF辐射的任何组件，诸如RF线圈或RF元件。
上述方法可以基于该一个或多个RF天线的至少一个特征来确定设备的目标谐振RF频率和目标谐振品质因子两者，并且确定设备的设计以向设备提供所确定的目标谐振RF频率和所确定的目标谐振品质因子两者。目标谐振RF频率和/或目标谐振品质因子被确定成使得当该设备被用在MR***中时，该设备不会使该一个或多个RF天线失谐，或者以其他方式允许或优化MR***操作并获得图像。
根据该设计来制作该设备可以生产具有等于或基本等于相应的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率的谐振品质因子和/或谐振RF频率的设备。
确定目标谐振品质因子和/或确定目标谐振RF频率可以包括在处理器处接收定义所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征的用户输入。所述确定可以包括基于所述一个或多个RF天线的至少一个特征从查找表检索目标谐振品质因子。作为示例，所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征可由用户输入来提供。作为替换或补充，所述确定可以包括使用传感器测量所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征。
确定目标谐振品质因子和/或确定目标谐振RF频率可以包括在处理器处仿真具有相应谐振品质因子的一个或多个可能的设备和具有该至少一个特征的该一个或多个RF天线。可以基于该仿真来确定目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率。作为替换或补充，所述确定可以包括在处理器处使用基于所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征的方程来计算目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率。
确定该设备的设计以向该设备提供所确定的目标谐振品质因子和/或所确定的目标谐振RF频率可以包括从查找表中检索提供相应的目标谐振品质因子和/或所确定的目标谐振RF频率的设计。作为替换或补充，确定该设计可以包括在处理器处仿真一个或多个设计，并确定哪一设计提供最接近目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率的谐振品质因子和/或谐振RF频率。作为替换或补充，确定设计可以包括根据不同设计制作一个或多个初步设备，并测量初步设备的谐振品质因子和/或谐振RF频率以确定哪一设计提供最接近相应目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率的谐振品质因子和/或谐振RF频率。
上述任何方法中的设备的设计可以包括以下中的一者或多者：介电材料的定位，例如介电材料相对于多个导电元件的定位；介电常数；损耗角正切；以及连接在诸导电元件的两个相应部分之间的一个或多个电子组件。如果所述设备的设计包括所述一个或多个电子组件，则所述设备可包括被配置成控制所述一个或多个电子组件的控制器。
设备的设计，以向设备提供所确定的目标谐振品质因子和/或所确定的目标谐振RF频率，可以包括以下参数之一：介电材料的定位，例如介电材料相对于多个导电元件的定位；介电常数；损耗角正切；以及连接在诸导电元件的两个相应部分之间的一个或多个电子组件。该设计可包括这些参数中的2个或3个或所有四个参数的任意组合。该设计还可以包括影响设备的品质因子和/或谐振RF频率的附加参数。
每一导电元件可以是细长的，其中介电材料沿着导电元件的每一端部的一部分定位，其中该部分的长度是基于该RF天线的该至少一个特征来选择的。如果导电元件的长度至少是导电元件的宽度或深度的两倍，则可以将其描述成细长的。或者，细长可以指导电元件的长度至少是导电元件的宽度或深度的十倍。每一导电元件的每一端部的各部分也可以称为远端部分，这相对于相应导电元件的中心点是远端的。
每一导电元件可以具有谐振RF频率或目标谐振RF频率的波长的大约一半的长度。导电元件可以基本上彼此平行地布置。导电元件可以是非磁性的。
介电材料沿其定位的、导电元件的每一端部的所述部分的长度可以基于所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征来确定。
该设备可以布置成使得介电材料沿其定位的、导电元件的每一端部的所述部分的长度可以改变。换言之，介电材料相对于多个导电元件的定位是可控的，即使在该设备已被制作之后。例如，该设备可被布置成使得介电材料可在沿导电元件的长度的方向上滑动。
所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征可以包括以下中的一者或多者：所述一个或多个RF天线被布置成发射或接收的RF频率；所述一个或多个RF天线的谐振品质因子；以及要由所述一个或多个RF天线成像的对象。例如，所述至少一个特征可以对应于所述一个或多个RF天线中的第一RF天线，并且包括第一RF天线的RF频率、谐振品质因子和/或要成像的对象中的一者或多者。所述至少一个特征可以对应于被配置成产生用于MR***的RF辐射的多个RF天线。所述至少一个特征可以是与该一个或多个RF天线相关联的多个特征，其中该多个特征可以表征该一或多个RF天线中的第一RF天线，或者可以表征全部该多个RF天线，或不同特征可以表征该多个RF天线中的不同RF天线。
介电材料的损耗角正切可以基于该一个或多个RF天线的谐振品质因子来确定，使得设备的谐振品质因子意指当在MR***中使用时设备不会使该一个或多个RF天线失谐。例如，这可以通过基于该一个或多个RF天线的谐振品质因子确定介电材料的损耗角正切来完成，使得设备的谐振品质因子小于该一个或多个RF天线的谐振品质因子。可以确定介电材料的损耗角正切，以便产生设备的目标谐振品质因子，或者以便产生目标谐振RF频率，或者产生这两者。
介电材料的损耗角正切可以基于多个RF天线的谐振品质因子来确定，使得该阵列的谐振品质因子小于该多个RF天线的谐振品质因子中的最低值。
该设备可以是第一设备，并且上述方法还可包括：根据该设计来制作第二设备；以及将所述第一设备和所述第二设备组装在位于导电元件的至少一端处的一个或多个间隔件的两侧上，以提供在所述第一设备和第二设备之间的成像区域，其中所述成像区域可以用于接收待成像的对象。
当在MR***中时，该设备可以被配置成集中来自该一个或多个RF天线的RF辐射的磁场。例如，在使用中，该设备可以增加待成像对象处的磁场，以提高MR***中的成像分辨率。
根据本公开，提供了一种套件，其包括具有至少一个特征的一个或多个RF天线和用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备。该设备包括布置在阵列中的多个导电元件，其中所述阵列被布置成当接收到RF辐射时，在谐振RF频率处在RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，该RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；该设备包括介电材料，其中所述介电材料具有介电常数和损耗角正切。该设备被布置成以基于所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征的谐振品质因子和/或谐振RF频率来谐振。
所述至少一个特征可以是所述一个或多个RF天线的谐振品质因子，并且所述设备的谐振品质因子小于所述一或多个RF天线的谐振品质因子。
该套件中的设备可以使用上述任何方法制作，并具有任何上述设备特征。
根据本公开，提供了一种MR***，包括：被布置成接收待成像的对象的成像区域；被布置成在所述成像区域中生成静态磁场的磁场生成器；如上所述的套件，其中所述一个或多个RF天线被布置成用所述RF辐射照射所述对象；以及被布置成接收来自所述对象的返回RF信号以用于对所述对象进行成像的RF接收器；以及其中如上所述的设备被布置在所述成像区域与所述一个或多个RF天线或所述RF接收器中的任一者或两者之间。所述一个或多个RF接收器可以是所述一个或多个RF天线。
根据上述方法、套件和***的设备可以包括以下任何特征。
介电材料可以是陶瓷。作为补充或替换，介电材料可包括以下至少一者：粉末；粉末混合物；和/或浆料，其中所述浆料是水和一种或多种粉末的混合物。介电介电常数可以大于50，任选地大于100，其中介电常数是相对介电常数。所述多个导电元件可以是印刷电路板(PCB)上的多个金属带。
如在贯穿本公开中所提及的，介电常数通常指相对电介常数。
如在贯穿本公开中所提及的，介电材料的损耗角正切可以是介电材料在或基本上在谐振RF频率或目标谐振RF频率处的损耗角正切。损耗角正切可以是介电材料在包含谐振RF频率或目标谐振RF频率的带宽中的平均损耗角正切。损耗角正切可以由一系列损耗角正切的值来表征，每个值在相应的RF频率处。损耗角正切是介电材料的损耗系数的示例。在本文描述的每一布置中，可以使用替代损耗系数来代替损耗角正切。
附图说明
现在参照附图通过示例来描述具体实施例，其中：
图1示出了用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备的等距视图；
图2示出了用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备的等距视图；
图3示出了连接在用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备的导电元件的各部分之间的电子设备的电路图；
图4A示出了用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的复合设备；
图4B示出了图4A的复合设备的截面图；
图4C示出了替换复合设备的截面图；
图5示出了磁共振***；
图6示出了使用图5的磁共振***进行成像的结果；
图7示出了生产用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备的方法；以及
图8示出了MR***的套件的示意图。
具体实施方式
概括而言，本公开涉及用于生产设备的方法，所述设备被布置成重新分布RF场并增强进入某些区域(诸如MRI***中被诊断的患者附近的区域)中的传入RF信号的磁场。当设备与***的其他特征(特别是MR***的所述一个或多个RF天线)相互作用时，设备的谐振特征(例如谐振品质因子和谐振RF频率)影响MR***中该设备的性能。因此，根据基于所述一个或多个RF天线的至少一个特征的设计来制作所述设备，例如通过允许安全地使用更高的磁场，从而提高MRI对比度或减少扫描时间并增加患者吞吐量，改进了所述设备的性能。
MRI场操纵设备
参考图1，适于操纵MRI***中的RF信号的磁场的设备10包括布置在阵列14中的多个导线12。导线12由介电层16支撑。导线是细长导电元件，在第一方向上的长度比宽度和高度尺寸长得多。导线由非磁性或非铁金属制成。诸导线12的纵向轴线是基本平行的。
导线12被布置在二维周期性阵列14中，使得导线12沿设备10的高度和宽度在二维中被均匀地间隔开。如图1所示，阵列14包括两行14根导线12。导线12的阵列14嵌入在介电层16中，介电层16支撑阵列中的导线12并使每一导线12相对于彼此定位。在替换示例中，导线数量和/或行数与图1所示的不同。
阵列14和阵列的导线12被布置成当RF信号入射在阵列14上时，使得导线改变在沿着每条导线12的长度的中点附近的RF电场和磁场。
为了产生场重新分布现象，每一导线的长度被选择成满足在MRI***的工作频率下的第一本征模的法布里-珀罗(Fabry-Perot)条件。这一条件也被称为半波长谐振，因为长度对应于在工作频率下的介质中波长的大约一半。例如，对于1.5T MRI机器，工作频率等于63.8MHz。设备10的导线12的长度可以使用以下方程来选择：
Figure BDA0003873642100000071
其中ε是导电元件(例如导线)所处环境的相对介电常数，L是每一导电元件的长度，c是光速，且f是谐振频率。相对介电常数(permittivity)也可以称为材料的介电常量(dielectric constant)。导线的环境的介电常数主要受导线嵌入在其中的材料的介电常数的影响，且其他附近材料也可影响该值。如果导线嵌入在多于一种材料中，则根据周围材料中的每一者的相对介电常数的组合来计算环境的最终有效介电常数。在具有介电常数81的介质中，对于63.8MHz的频率而言，使用方程提供26.1cm的导线长度。注意，这小于对应于工作频率的波长，即该设备被布置成集中磁场的RF信号的频率。由于元件是细长的，因此宽度和高度也是亚波长。作为使用方程1的替换方案，可以通过实验或仿真来确定针对给定频率的适当长度。
对于第一法布里-珀罗模式，最大磁场局限在设备10的表面的中间部分，并且电场局限在导线12的边缘附近。由于导线之间的近场相互耦合，第一法布里-珀罗模式被修改，但是对于半波长谐振频率，阵列的模结构非常接近单个导线的模结构。具体而言，在中心附近存在磁场的最大值，并且电场的最大值局限在导线12的端部附近。
如上所述的设备可被用于磁共振(MR)***(包括MRI***和磁共振光谱(MRS)***)中以改进用于对对象进行成像的RF信号。这是因为待成像对象的区域中的磁场的增加会增大SNR，而降低该区域中的电场会减小SAR。本文公开的具体实施例主要在MRI***的上下文中描述，但同样适用于MRS***。
布置在阵列中以对传入辐射执行特定操纵的亚波长导电元件的集合通常被称为超材料。本文公开的原理适用于被用于在MR***中集中RF信号的磁场的任何超材料。
参考图2，适于操纵MRI***中的RF信号的磁场的设备20包括第一和第二印刷电路板(PCB)21。第一和第二PCB各自具有多个金属带22。金属带形成导电元件阵列，其中所述阵列被布置成当接收RF辐射时在谐振RF频率处在所述RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量。金属带22的厚度小于该阵列被布置成在其下运作的RF频率的波长。金属带22可以具有以上针对导线12描述的任何属性，如参考图1所述的。在一示例中，有十个金属带22布置在第一和第二PCB中的每一者上。在其他示例中，金属带的数量可以不同。
介电材料26位于多个金属带22的任一端，在每一金属带22的长度的相对端处。介电材料包括多个陶瓷块27，放置在每一PCB 21的上方和下方。因此，介电材料26基本上包围金属带21的端部。PCB 21和介电材料26都可以由壳体支撑，以将相关组件相对于彼此保持就位。
PCB 21上的金属带22的长度符合MRI***的工作频率下的本征模之一的法布里-珀罗条件，如上文参考图1所述。然而，介电材料26的存在影响每一谐振可以发生的RF波长(当RF波长撞击在该设备上时)。具体而言，对于给定频率，介电材料的介电常数越大，或者介电材料26在金属带22上的覆盖越大，在给定频率下将经历谐振的金属带22的长度越短。换言之，对于固定长度的金属带22，较高的介电常数或介电材料的较大覆盖将降低经历特定谐振的RF频率。因此，介电材料的定位和介电常数是单独或共同影响设备的谐振RF频率的两个参数。影响谐振RF频率的另一参数是介电材料覆盖的导电元件的表面积，表面积越大，介电材料的影响越大。特定介电材料布置(例如定位和/或介电常数)的精确影响可以从上述方程1直观地理解。谐振RF频率与环境的相对介电常数的平方根成反比。然而，这是基于如下假设：介电材料基本上涵盖整个金属带。然而，介电材料在金属带22上的覆盖范围将改变金属带经历的有效介电常数。有效介电常数是根据方程1产生RF谐振频率的相对介电常数的值。例如，如果仅金属带22的端部被介电材料覆盖，如参考图1所述，有效介电常数将小于介电材料的相对介电常数，因为金属带的周围的一部分是空气(其相对介电系数接近1)并且一部分是介电材料。特定设备(具有介电材料的特定介电常数和介电材料在金属带22上的特定覆盖量)的谐振RF频率可以使用计算、仿真或通过经验测量来确定。
谐振RF频率的计算可以通过修改上述方程1来执行，以使用有效相对介电常数而不是相对介电常数，例如通过使用金属带22周围的相对介电常数的平均值，将围绕金属带22的空气和介电材料的比例纳入考虑。谐振RF频率的仿真可以使用电磁波仿真软件来执行，例如通过使用时域有限差分(FDTD)方法求解由麦克斯韦方程导出的电磁波方程。经验测量也可以通过制造测试设备并通过使用电磁探针测量场来检测谐振属性发生在哪个RF频率来执行。该设备可以是可调节设备，例如该设备可以通过具有可调节介电材料而具有可变谐振频率。例如，陶瓷块27可以是可滑动的以调整其在金属带22上的定位，从而改变介电材料26对谐振RF频率的影响。这可以使用调节机构来完成，诸如使陶瓷块27螺纹连接在设备壳体中的轨道上，使得它们可以沿着金属带的长度滑动或完全移除。陶瓷块27、PCB 21或设备壳体可以包括轮，以便于陶瓷块相对于PCB和其上的金属带22移动。陶瓷块可以是可由操作者手动地移动的，或者设备可以包括致动器，以响应于用户输入或来自处理器的指令来控制陶瓷块27的定位。
PCB上的金属带22的共振具有谐振品质因子，其表征该设备的共振。谐振品质因子或Q因子是频率-空间中谐振峰值的锐度的度量。在某些方面，更高的品质因子指示更大的谐振“强度”。参考图1或图2描述的设备品质因子的一个定义是：
Figure BDA0003873642100000101
其中Q是谐振品质因子，fr是谐振RF频率值，且Δf是谐振宽度。谐振宽度可以定义成频率空间中谐振峰的半高宽(FWHM)。
设备的谐振品质因子通常取决于该设备的以下参数中的一者或多者。如上所述，谐振RF频率取决于金属带22的长度、介电材料26的介电常数和介电材料的定位(相对于该多个导电元件)。谐振宽度取决于介电材料26的损耗角正切。例如，具有高损耗角正切的介电材料将产生更高的谐振宽度，并从而产生更低的谐振品质因子。作为示例，设备的谐振品质因子可以在10和500之间，可选地在50和150之间。可以使用仿真技术(例如，时域有限差分(FDTD)方法)或如上所述的测量来确定设备的谐振品质因子。
介电材料26的损耗角正切可以定义成：
Figure BDA0003873642100000102
其中tanδe是电损耗角正切，ε″是复介电常数的虚分量，而ε′是介电常数的实分量(也是相对介电常数乘以自由空间介电常数ε0)。介电材料26的损耗角正切可以是材料的基础属性，或者可以通过向介电材料26添加掺杂剂来设计。通常，损耗角正切在0.1和0.001(无单位)之间。损耗角正切为0.1指示相对有损的材料，而0.001将是相对低损耗。
可以影响谐振RF频率和/或谐振品质因子的另一属性是连接在导电元件的两个相应部分之间的一个或多个电子组件。例如，电子组件可以连接在两个导电元件之间、单个导电元件的不同部分之间，或者连接到不属于导电元件阵列的一部分的一个或多个外部导电元件。
例如，参考图3，具有可控谐振品质因子的设备具有被布置成控制信号的电位计34，该信号确定连接在一对金属带22A和22B之间的晶体管32的偏置电压。电位计34的一端连接到晶体管栅极32G，而另一端通过电感器36连接到晶体管源极32S。晶体管漏极32D和晶体管源极32S连接到该对金属带。来自电位计的信号确定了导电元件之间的晶体管的电容和该设备的谐振RF频率。晶体管中电容的变化也影响金属带22中的损耗。金属带22中的损耗增加会导致该设备的谐振品质因子降低。
向电位计34输入直流电，使得电位计34的受控电阻控制晶体管32的栅极电压。因此，向其提供直流电输入的电位计34充当可变直流电压源。可使用替代的可变直流电压源来代替电位计34。当晶体管反向偏置时，改变栅极电压会改变偏置电压，并且从而改变晶体管的漏极和源极之间的电容。这进而改变了晶体管的阻抗，即导电状态。因此，电位计34控制晶体管的导电状态。因此，控制电位计34的电阻设置会控制该设备的金属带22之间的电容，并因此控制该设备的谐振频率和谐振品质因子。因此，改变电位计34的电阻设置将调谐或失谐该设备操纵MRI***中RF信号的磁场的频率，并将控制谐振的品质因子。电位计34可以使用(或者无线地或者经由电子连接)来自MRI***中的其他组件的控制信号来控制。
代替电位计和晶体管布置，用于控制电子设备的其他电子设备和控制器可以布置在导电元件之间，以便控制设备20的谐振属性。
例如，代替晶体管32，电位计可以连接在导电元件之间或导电元件的各部分之间。电位计在两个导电元件之间或导电元件的各部分之间产生可变且可控的电阻。设备的导电元件之间的电阻的增加将增加设备的谐振品质因子(即减小损耗角正切)，而电阻的降低将降低设备的谐振品质因子(即增大损耗角正切)。
作为另一示例，可以通过控制电连接在金属带和位于金属带的端部处的相应金属带延伸部之间的电子组件来改变该设备的谐振频率。通过控制电子组件的导电属性，金属带的有效长度将改变，例如改变成金属带和相应的金属带延伸部的组合长度，并因此改变设备的谐振频率，如从方程1所理解的。
在替换布置中，上述参考图1至图3描述的用于操纵来自一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备可以具有以下变型。
设备可以仅具有单个PCB 21，其上具有金属带22，这可以简化制造。一个或多个PCB的厚度可以在0.127mm和1mm之间，可选地是0.254mm。PCB可以是FR4-PCB或Rogers3010TM PCB。印刷在PCB上的金属带22可以是铜或其他导电非磁性金属。金属带优选地比所选金属在设备被设计用于的频率下的集肤深度(skin depth)厚，例如对于铜而言大于10μm。在一示例中，每一PCB具有10个金属带，每一金属带的厚度是35μm，金属带的宽度是2mm且在PCB上以10mm的区间来间隔开，即每对相邻金属带之间间隔10mm。替换地，金属带的间隔可以跨PCB变化，并且可以是非周期性的。
介电材料26可由由BaTiO3或CaTiO3或其组合制成的陶瓷块27制成。代替多个陶瓷块27，介电材料26可以形成为单个单元，该一个或多个PCB可以***其中。介电材料26可以是BaTiO3或CaTiO3的粉末或其他介电材料，并且形成块或保持在介电材料容器内。介电材料26可以由影响设备的谐振属性的任何介电材料形成。介电材料的相对介电常数可以大于50或大于100。在一示例中，陶瓷块27各自具有10mm的厚度、100mm的宽度、180mm的长度和108的相对介电常数。
介电材料26可仅位于金属带22的一个端部。或者，介电材料可沿金属带22定位，以基本覆盖金属带的整个长度，即不仅仅位于金属带的端部。介电材料26可以包括两个或更多个部分，每一部分包含具有各自相对介电常数的材料。代替长方形块，介电材料26可以具有任何形状，例如球体、圆柱形等。
用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的设计通常包括影响根据该设计制作的设备的谐振属性的任何参数，特别是设备的谐振RF频率和设备的谐振RF品质因子。设备的设计可以包括所有这些可能参数的子集，其中该子集基本上确定设备的谐振RF频率和/或设备的谐振RF品质因子。例如，设备的设计可以包括设备的所有可变参数，或者仅包括一个参数。如果设计是制作具有预定尺寸的PCB 21和金属带22的设备，则这些被视为固定参数，那么设备的设计可以不包括这些参数。
设备的设计包括以下一者或多者的任意组合：介电材料26的定位；介电材料26的介电常数；介电材料26的损耗角正切；以及连接在导电元件的两个相应部分之间的一个或多个电子组件(例如，一个或多个晶体管32是否应放置在金属带22之间以及放置在哪一位置的细节)。
参考图4A，用于操纵来自MR***中一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的复合设备40包括第一组件设备20和第二组件设备20，每一组件设备如上文参考图3所述。具体而言，复合设备40的每个组件设备20包括具有金属带22的PCB 21和介电材料26。两个组件设备20由支撑组件设备20的两个间隔件42分隔开。参考图4B和4C，两个组件设备之间有一个内部区域44，用于接收要在MR***中成像的对象。两个组件设备20可以具有相同的尺寸和谐振属性。间隔件42可以由介电材料制成，以匹配组件设备20之一或两者的介电材料。
参考图4B，间隔件42是长方形并放置在组件设备20的陶瓷块27之间，从而在每一组件设备20的金属带22长度的中间部分附近形成内部区域44。这提高了内部区域44中的磁场操纵的均匀性，从而当被用在MRI***中时提供经改进的图像均匀性。
或者，参考图4C，间隔件42是梯形并且组件设备20在每一组件设备20的金属带22的中间部分附近弯曲。组件设备的曲线是从内部区域44向外弯曲，使得第一和第二组件设备的相应中间部分之间的距离大于上文参考图4B所述的示例。这可以提供更合适的内部区域44，用于接收待成像的球形或基本圆柱形的对象，例如患者的头部或四肢。具有两个组件设备20还提高了内部区域44中的磁场操纵的均匀性，从而当被用在MRI***中时提供经改进的图像均匀性。
MRI***
现在将参考图5描述包括如上所述的设备20的MRI***。
MRI***50包括成像区域51，所述成像区域51被布置成接收待成像的对象，例如人体51A或人体肢体51B。第一线圈52A在成像区域51中产生静态磁场，并且在操作中，梯度线圈52B在成像区域中产生对静态磁场的梯度。第一线圈52A和梯度线圈52B一起作为磁场发生器52。该***还包括用于用RF信号照射对象的RF天线53。RF天线53被布置成将RF信号作为脉冲发射，并且然后在接收返回RF信号的脉冲之间具有延迟。RF天线53可以是内置在支撑第一线圈和梯度线圈的壳体中的RF发射线圈，或者可以是放置在用于照射成像区域51中的对象的位置处的分开的RF天线。台54位于成像区域51中以支撑待成像的对象。如上所述，用于在MRI***50中集中RF信号的磁场的设备20位于靠近对象的成像区域51中，或者位于待成像的对象的特定目标区域55中。该设备被布置成将RF信号的磁场集中在待成像的对象中。该设备被布置在RF天线53和对象之间，因此，如果调谐到RF信号频率，设备20将RF信号的磁场从RF天线53集中到目标区域55中的对象，从而改善SNR。如上所述，这是通过在RF信号的电场和磁场之间重新分布能量，增加目标区域55中的磁场，并减少目标区域55内的电场，从而降低SAR。
RF天线53还可以用作RF接收器，来自对象的返回信号被记录以对该对象进行成像。或者，台54可以包括专用线圈56(未示出)，其在接收返回信号以便对该对象进行成像时被用作RF接收器。在任一布置中，当设备位于对象和RF接收器之间(调谐到RF信号)时，当返回信号从对象传递到RF接收器时，设备20也将集中返回信号的磁场。该***可包括多个RF天线53以发射和/或接收RF信号。
设备20可以固定在台54上或嵌入在台54中，或者可以是在将待成像的对象引入成像区域之前放置在台54上的垫。或者，该设备可以放置在对象上，例如在患者穿的衣物中。
该设备20被布置成以基于该一个或多个RF天线53的该至少一个特征的谐振品质因子和/或谐振RF频率来谐振。该一个或多个RF天线的特征可以包括以下中的一者或多者：该一个或多个RF天线被布置成发射的RF频率；该一个或多个RF天线的谐振品质因子；以及要由该一个或多个RF天线成像的对象、要成像的对象的介电常数或其组合。例如，RF天线53的特征可以是，其被布置成提供大约63.8MHz的RF辐射，具有100的谐振品质因子，并且被布置成对患者的头部进行成像。这些特征可以对设备20的谐振性能产生影响，例如谐振RF频率或谐振品质因子，如下所解释的。
为了产生有益的磁场操纵效果，设备20必须在RF天线53所使用的频率之处和周围谐振，以在电场和磁场之间重新分布能量。RF天线频率影响设备20的设计，并且特别是影响设备的目标谐振RF频率。同样，RF天线被布置成对其进行成像的对象的类型将影响设备的谐振RF频率，因为不同的对象具有当放置在附近时(例如在成像期间)可以改变设备的谐振属性的介电属性。例如，具有较高介电常数的对象将比较低介电常数对象更多地降低设备20的谐振RF频率。因此，用于设备的介电材料的设计可以至少部分地基于RF天线被布置成对其进行成像的对象。
作为另一示例，如果谐振品质因子高于RF天线53的阈值品质因子，例如如果设备的谐振品质因子大于RF天线53的谐振品质因子，则谐振效应将在成像区域51中产生特别高的场，这将破坏磁场发生器52的第一线圈52A和/或梯度线圈52B的性能。这可能是由MRI***50的磁场发生器52的控制***被编程以维持成像区域51内的均匀磁场而引起的。具有高谐振品质因子的谐振设备20的存在因此破坏了磁场的均匀性，这可能促使控制***阻止MRI***50或磁场发生器52获得图像，或者产生使MRI***不可用于成像的意外磁场。作为补充或替换，设备20的高谐振品质因子可以使RF天线、第一线圈52A或梯度线圈52B失谐。因此，设备的设计可以产生设备20的谐振品质因子，以便通过不使该一个或多个RF天线53或磁场发生器52失谐而不干扰MRI***的磁场。这提高了设备20和***50的可靠性。
在操作中，MRI***50可被用于如下使用RF天线53和设备20对对象进行成像。设备20定位在成像区域51之中或附近，以便操纵待成像对象附近的磁场。作为示例，参考图5，设备20被放置在MRI***的成像区域51外部的台54上，位于要成像的人体51A(即患者)的膝盖所在的位置。患者随后被放置在台54上，待成像的膝盖在设备20上方，并且在开始成像过程之前，台54连同患者和设备20一起被放置在成像区域51中。可使用MRI***成像的身体部位的其他示例包括手腕、脊柱等，或者实际上MRI***可以对整个身体进行成像。为了开始MRI过程，在成像区域中产生静态磁场，根据已知MRI技术可选地具有梯度场。
MRI***50用来自RF天线53的RF信号的RF辐射来照射设备20和对象，并接收来自对象的返回RF信号以对该对象进行成像。所述照射可包括将RF信号作为RF脉冲发射。RF脉冲经由设备20行进到待成像对象的目标区域55。如果设备20被调谐到RF信号的频率，则该设备通过增加磁场并减小电场来将RF信号集中在目标区域55中。在撞击目标区域55之后，RF信号作为返回RF信号从目标区域55发射。返回RF信号再次穿过设备20返回到RF天线53以供用于目标区域55的检测和成像。该设备还可以通过增加磁场并减小来自目标区域55的电场来集中返回RF信号。
图6示出了在具有和不具有如上所述的设备20的情况下、在MRI***中产生的MRI图像的比较。左图像示出了在没有用于操纵RF辐射的磁场的设备20的情况下产生的MRI图像，而右图像示出了使用设备20产生的MRI图像。使用设备20所产生的图像在对象的目标区域55(在这一情形中是患者的脚和脚踝的一部分)中具有经改进的对比度。这是由于对象的目标区域中的磁场增加。
生产该设备的方法
参考图7，生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的方法700包括：确定702设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率；确定704设备的设计，以向设备提供该设备的所确定的目标谐振品质因子和/或设备的目标谐振RF频率；以及根据该设计来制作706该设备。待生产的设备可以是用于上述MR***的上述任何设备。
确定702设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率是基于MR***(诸如上文参考图5所述的MRI***)的该一个或多个RF天线的至少一个特征的。
作为示例，设备的目标谐振品质因子基于MRI***的RF天线的谐振品质因子，即RF天线的谐振品质因子是该特征，如以下所解释的。
在处理器处接收用户输入，该用户输入定义MR***的RF天线的谐振品质因子，该谐振品质因子是RF天线的特征。用户输入是在与处理器相关联的用户接口处接收的。用户输入可以通过包括RF天线的谐振品质因子的数值或数值范围来提供RF天线的特征，例如指定谐振品质因子是90、或在50和100之间、或在80和100之间。然后，处理器基于用户输入所提供的RF天线的谐振品质因子的值来确定要生产的设备的目标谐振品质因子。例如，这是通过使用目标准则来完成的，诸如设备的目标谐振品质因子被确定成小于RF天线的谐振品质因子。替换准则包括：设备的目标谐振品质因子被确定成低于RF天线的谐振品质因子的特定百分比；或者设备的目标谐振品质因子被确定成大约是RF天线的谐振品质因子的特定百分比，例如RF天线的谐振品质因子的值的大约80％。
用于确定设备的目标谐振品质因子的一个或多个准则可以使得当被用在MR***中时该设备不会使该一个或多个RF天线失谐。如上参考图5所述，这是为了避免以下现象：用于操纵RF辐射的磁场的设备20干扰MRI***50的RF天线53或磁场发生器52的性能。相应地，基于RF天线的特征(即谐振品质因子)来确定设备的目标谐振品质因子提高了待生产的设备的可靠性。
所述设备的目标谐振品质因子所基于的RF天线的其他特征包括RF天线被布置成发射的RF频率；RF天线的尺寸；用于向所述RF天线供电的功率源；要由所述RF天线成像的对象；要由所述RF天线成像的所述对象的损耗角正切；以及要由所述RF天线成像的对象的介电常数；或者可以影响待生产的设备20和MRI***50的RF天线53之间的相互作用的任何其他特征。
作为图7中的确定702的另一示例，设备的目标谐振RF频率是基于RF天线53被布置成发射的RF频率来确定的，即RF天线的谐振RF频率是该特征，如以下所解释的。
RF天线的谐振RF频率在用户输入中在处理器处被接收，类似于先前示例中所述，除了用户输入包括RF天线被布置成发射的谐振RF频率的数值或范围之外。例如，该值或范围可以是RF天线53被布置成在63.8MHz处或在60MHz和65MHz之间发射的。处理器将从用户输入接收的数值或数值范围存储为目标谐振RF频率。然后，处理器基于用户输入所提供的RF天线的RF频率的值或范围来确定要生产的设备的目标谐振RF频率。例如，处理器可将从用户输入接收的数值或数值范围存储为目标谐振RF频率。这使得待生产的设备20将提供操纵来自RF天线的RF辐射的磁场的效果，即通过在RF天线发射的频率处共振。目标谐振RF频率可以是在RF天线的RF频率的95％和105％之间的范围。或者，处理器可以应用准则或计算来确定设备的目标谐振RF频率。例如，目标谐振RF频率可以是RF天线的RF频率的值的95％，或RF天线的RF频率的值的105％。这可被完成以控制设备20的谐振强度。
设备的目标谐振RF频率所基于的RF天线的其他特征包括：RF天线的谐振品质因子；RF天线的尺寸；用于向RF天线供电的功率源；要由RF天线成像的对象；要由RF天线成像的对象的损耗角正切；以及要由RF天线成像的对象的介电常数；或者可以影响待生产的设备20和MRI***50的RF天线53之间的相互作用的任何其他特征。例如，与RF天线频率峰值的频率宽度相关的RF天线的谐振品质因子可能影响目标谐振RF频率应当有多么接近RF天线的RF频率。RF天线被布置成对其进行成像的对象的类型或该对象的损耗角正切和/或介电常数将影响在成像期间当对象被放置在设备20附近时设备谐振RF频率的失谐水平。因此，目标谐振RF频率可被确定为基于要由RF天线成像的对象的这些参数，以便在使用中提供设备20的合需的谐振特征，从而改进设备的性能。例如，如果RF天线53用于对高介电常数对象进行成像，则可以根据方程1确定目标谐振RF频率高于RF天线53的RF频率因此，当与对象一起使用时，由对象引起的设备的谐振RF频率的降低将使设备20重新调谐到RF天线53的RF频率。
在上述确定702的任一示例中，所确定的目标谐振品质因子和/或所确定的目标谐振RF频率可以是值范围。
作为确定702的一部分，处理器可以接收与要同设备一起使用的RF天线53相关联的RF天线标识符。RF天线标识符与存储在存储器中的RF天线的进一步特征相关联，例如作为查找表的一部分。确定702可以包括处理器使用RF天线标识符从存储器中检索RF天线的特征，并使用检索到的特征来作为确定目标谐振品质因子的基础。
作为确定702的一部分，处理器可以测量RF天线53的特征，例如使用被布置成接收来自RF天线的RF辐射的电磁场传感器。测量还可以包括控制RF天线的输入以测量在一频率范围上的性能。
作为确定702的一部分，处理器可以包括使用基于该一个或多个RF天线的该至少一个特征的方程来计算目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率。
作为使用预定准则来确定702目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率的替换方案，可以使用仿真。例如，将RF天线53的特征与目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率的试验值一起输入到仿真(例如，时域有限差分(FDTD)仿真)中。RF天线53和具有试验值的设备20被仿真，并且仿真结果示出了设备的性能，这可以被评估以确定试验值是否应当成为待生产的设备的目标值。评估可以基于任何特定的所需结果，但作为示例，这可以是RF天线53在设备20中产生谐振，并且设备20没有使任何其他组件失谐。磁场发生器52和要成像的对象也可以包括在仿真中。
在一些示例中，设备20被布置成用在其中的***具有多个RF天线。在这些示例中，确定702设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率可以基于多个RF天线中的一个，或者基于这些RF天线中的两个或更多个。例如，目标谐振品质因子可以被确定为小于诸RF天线的每一谐振品质因子的最低值，或者小于诸RF天线的谐振品质因子的平均值。确定702设备20的目标谐振RF频率可以基于诸RF天线的谐振RF频率的平均值，或者基于要由相应RF天线成像的该一个或多个对象的平均介电常数，或者基于用于对设备20被布置成与之一起使用的***的性能进行优化的任何其他准则。
参考图7，确定704设备的设计是向设备提供所确定的目标谐振品质因子和/或设备的目标谐振RF频率，如使用上述任何办法确定的。
如以上所讨论的，参考图2，当描述用于操纵磁场的设备时，设备20的设计通常包括一个或多个参数，这些参数影响根据该设计制作的设备的谐振品质因子和/或谐振RF频率。例如，该设计可以定义以下中的一者或多者：介电材料的介电常数；介电材料26的损耗角正切；连接在导电元件22的两个相应部分之间的一个或多个电子组件；导电元件22的长度；导电元件22的长度的、介电材料26沿其定位的比例；电介质材料26的组成，或影响设备20的谐振属性的任何参数。可选地，设计还可以包括待制作的设备20的其他属性，诸如：导电元件22的材料、设备的尺寸、要使用的任何间隔件42的存在和尺寸，等等。该设计未指定的、待制作的设备的任何特征可以被给定默认值，或者可以使用附加的用户输入来指定。
作为示例，确定704设计以提供所确定的702目标谐振品质因子包括确定待生产的设备20的介电材料26的损耗角正切。这可以通过处理器从存储器检索介电材料的损耗角正切值来实现，以提供目标谐振品质因子，或者如果目标谐振品质因子是范围，则提供该范围内的一值。或者，损耗角正切可以使用将损耗角正切与设备的谐振品质因子进行相关的方程来计算，例如从具有不同损耗角正切的设备的测量中通过经验推导的方程。或者，处理器可以使用试验损耗角正切值和设备20的任何其他相关参数的默认值和输入RF辐射的来执行仿真，例如FDTD仿真。可以使用方程2来计算所仿真的设备的谐振品质因子。如果所仿真的设备的谐振品质因子提供所确定的702目标谐振品质因子，则确定设备20的设计以包括该试验损耗角正切。如果所仿真的设备的谐振品质因子没有提供所确定的702目标谐振品质，则在进一步仿真中使用不同的试验损耗角正切，直到找出提供目标谐振品质因子的值，该值随后将被用于设备20的设计。可任选地，确定设计还可以包括选择用于具有该设计的所确定的损耗角正切的介电材料26的材料。另一替换方案是制作试验设备，该试验设备具有试验损耗角正切并使用输入辐射和传感器来测量试验设备的谐振品质因子以检测试验设备的谐振属性。
如果设备的设计包括影响设备20的谐振品质因子的多个参数，则可以使用上述方法逐个地或共同地确定所有这些参数。例如，可以仿真所有参数，直到确定产生目标谐振品质因子的设计。或者，处理器可以从存储器中检索值集合，这些值集合当被用在设计中时产生目标谐振品质因子。
作为另一示例，确定704设计以提供所确定的702目标谐振RF频率包括确定介电材料26的定位，例如确定导电元件22的长度的、介电材料沿其定位的比例。如上所述，为了确定提供目标谐振品质因子的设计，可以通过计算、从存储器检索、使用与前述类似的过程进行仿真或测量来确定提供目标谐振RF频率的设计。例如，方程1可被用于计算导电元件22的长度的、介电材料沿其定位的比例。具体而言，导电元件所处环境的相对介电常数ε可以近似成：
ε≈Pεd(1-P)εa (4)
其中P是导电元件22的长度的、介电材料26沿其定位的比例(0<P<1)，εd是介电材料的相对介电常数，且εa是空气介电材料(或包围导电元件的、介电材料未定位的部分的任何物质)。例如，使用方程1和方程4，为了提供具有62MHz的谐振RF频率的设备，其中导电元件具有50cm的长度，介电材料相对介电常数是75，导电元件22的长度的、介电材料26沿其定位的所需比例约是0.3或30％(例如导电元件每端处的长度的15％)。这是因为使用方程4的有效相对介电常数是23.2＝(0.3*75)+(0.7*1)，并且使用方程1的谐振RF频率是
Figure BDA0003873642100000201
作为替换或补充，可以使用方程1和/或4为设计确定介电材料的介电常数和/或导电元件的长度。
如果设备的设计包括影响设备20的谐振RF频率的多个参数，则可以使用上述方法逐个地或共同地确定所有这些参数。例如，可以仿真所有参数，直到确定产生目标谐振RF频率的设计。或者，处理器可以从存储器中检索值集合，这些值集合当被用在设计中时产生目标谐振RF频率。如果设备的设计要产生目标谐振品质因子和目标谐振RF频率这两者，则影响谐振RF频率和谐振品质因子中的一者或两者的进一步参数被一起计算或仿真，以提供目标谐振属性。
参考图7，确定706根据设计来制作设备可包括将导电元件22、介电材料26组装成设备20，如参考图1至4所描述的。
作为示例，制作706可以包括制造一个或多个PCB 21，PCB 21具有预定长度或者在设计中指定的情况下则具有根据该设备的设计的长度的金属带22。或者，PCB 21可以在制作706设备之前已被制造。可以使用常规PCB制造技术来制作PCB。
如果设备的设计包括连接在导电元件的两个相应部分之间的一个或多个电子组件，例如金属带22，则这些电子组件可以在制造过程期间内置到PCB中，或者在PCB制造后的第二过程中根据设计连接在相关导电元件之间。电子组件的控制器或用于接收电子组件的控制信号的电输入端口也被包括在该设备中。还可以包括功率源(例如电池)或功率连接(例如功率端口)，以向控制器和/或电子组件供电。例如，参考图3所述的电位计和直流功率源可被包括在该设备中。
PCB 21与位于每一PCB 21上方和下方的介电材料26堆叠在一起，介电材料位于金属带22的长度的端部。陶瓷块27可被用于介电材料26，预制或通过选择陶瓷块的材料，例如BaTiO3或CaTiO3，并将该材料形成陶瓷块27。如果要生产的设备是如上参考图4A至4C所述的复合设备40，则制作706包括将该两个或更多个组件设备20定位在该一个或更多个间隔件42的两侧上。
PCB 21和陶瓷块27的堆叠，以及组件设备20之间的可任选的间隔件，可以使用粘合剂或机械紧固件(诸如螺钉或螺栓)保持在一起。或者，该堆叠的各个项被定位在壳体中，以将各项相对于彼此保持就位。这可以通过具有多个槽的壳体来实现，其中各项可以滑入这些槽中。
如果设备被布置成具有移动部件，诸如可滑动介电材料26，则这些部件使用滑动机构来附接到该设备的其余部分。因此，该设备是可调节设备。在一示例中，陶瓷块27使用附连到每一陶瓷块27的轮和轮轴来耦合到壳体，所述轮和轮轴布置成与壳体中的槽或滑槽(runner)接合。陶瓷块可以包括柄部，该柄部单独地或共同地连接到一个或多个陶瓷块，使得用户可以手动地改变陶瓷块27沿槽或滑槽的定位。或者，致动器耦合到陶瓷块27中的一者或多者以控制陶瓷块的定位。
在生产用于操纵来自MR***50中的一个或多个RF天线53的RF辐射的磁场的设备20的方法700的示例中，在确定设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率之前，已经组装了可调节设备。根据设计来制作706设备20包括调整可调节设备的一个或多个参数，以便向设备提供设备20的所确定的目标谐振品质因子和/或所确定的目标谐振RF频率。
例如，方法700可以在MRI***50对对象进行成像期间执行。设备的目标谐振RF频率的确定702可以基于对RF天线53所发射的RF频率的测量，或者基于RF天线53正在发射到其中的对象51的介电属性(或者上文提供的用于确定702的任何其他示例)。这可以根据先前描述的任何方法来执行，或者可以包括确定与RF天线的RF频率相比，可调节设备RF频率是否太低或太高。因此，目标谐振RF频率可以用于调节该设备，以使设备增大或减小其谐振RF频率。
作为设备20的一部分或以其他方式被布置成控制设备20的处理器确定704设备的设计，以便提供设备的所确定的目标谐振RF频率。例如，为了生产具有更高谐振RF频率的设备20，该设计使介电材料沿着导电元件的、比起始比例更小的比例来定位(根据方程1和4)。换言之，为了根据所确定的704设计来制作706设备20，应调整可调节设备以使介电材料26滑动离开导电元件，从而覆盖每个导电元件的更少部分。另一方面，为了制造具有更低设备谐振RF频率的设备20，应调整可调节设备以滑动介电材料来覆盖导电元件的更大比例。
或者，如果导电元件的由介电组件覆盖的比例没有改变，例如根据图2，因为陶瓷块27已经滑动，使得其整个宽度覆盖金属带22，则介电材料沿导电元件长度的位置也对谐振RF频率产生影响。在一示例中，介电材料包括在导电元件的两端的两个块。如以上所解释的，当块从导电元件的端部移入时，它们覆盖的导电元件的比例增加，并且RF谐振频率降低。一旦介电材料块的整个宽度覆盖导电元件，将块进一步朝向导电元件的中点移动不再增加导电元件的被覆盖的比例，并且周围环境的有效介电常数保持基本恒定。然而，随着块继续移动得更接近导电元件的中点时，这具有减小导电元件的有效长度的不同效果，从而增加谐振RF频率。如以上所解释的，介电材料的定位对谐振RF频率的特定影响可以通过经验或仿真来确定。
为了根据设计来制作706设备，处理器向致动器发送指令，以根据所确定的设计来调整导电元件的、介电材料26沿其定位的比例。或者，处理器可以在用户界面处提供输出，该输出指示所需的介电材料的调整，以供用户根据所确定的设计手动地调整导电元件的、介电材料26沿其定位的比例。用户随后使用可调节设备的柄部和滑动机构来调整导电元件的、介电材料26沿其定位的比例。
生产设备20的方法700可以使用具有除导电元件的、介电材料沿其定位的比例以外的可调节参数的可调节设备。例如，导电元件的长度可以是可通过如下来调节的：向每一导电元件旁边布置的延伸部提供相应的开关或电子组件，以将每一延伸部与相应的导电元件连接或断开连接，从而调节导电元件的有效长度。或者，可以控制连接在导电元件的两个相应部分之间的电子组件(如参考图3所述)以调整该设备的损耗，并从而改变该设备的谐振品质因子。在任何上述示例中，根据设计来制作706设备20包括调整该设备的参数以满足该设计，以产生目标谐振属性。
方法700的一个或多个特征可以由计算机实现，例如由处理器执行。例如，基于该一个或多个RF天线的至少一个特征来确定702设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率，和/或确定704设备的设计以向设备提供所确定的目标谐振品质因子和/或设备的目标谐振RF频率，可以由处理器来进行计算机实现。根据设计制作706设备可以包括处理器指令制作装置根据所确定的设计来制作该设备。
上述方法可以由计算机程序产品来实现。计算机程序产品可包括被布置成指令计算机执行上述方法中的一者或多者的功能的一部分的计算机代码。用于执行这些方法的计算机程序和/或代码可以在计算机可读介质或计算机程序产品上提供给诸如计算机之类的装置。计算机可读介质可以是瞬态的或非瞬态的。计算机可读介质可以是例如电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体***，或者用于数据传输的传播介质，例如用于通过因特网下载代码。或者，计算机可读介质可以采取物理计算机可读介质的形式，诸如半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘、以及光盘(诸如CD-ROM、CD-R/W或DVD)。
诸如计算机之类的计算机装置可以根据此类代码来配置，以结合用于根据设计来制作706设备20的装置，根据本文讨论的方法执行一个或多个过程。此类计算机装置可以采取数据处理***的形式。此类数据处理***可以是分布式***。例如，此类数据处理***可以跨网络分布。
在一实现中，本文描述的模块、组件和其他特征可被实现成分立组件或集成在诸如ASIC、FPGA、DSP或类似器件等硬件组件的功能性中。
“硬件组件”是能够执行特定操作并以特定物理方式配置或布置的有形(例如，非瞬态)物理组件(例如，一组一个或多个处理器)。硬件组件可包括永久配置成执行某些操作的专用电路***或逻辑。硬件组件可以是或包括专用处理器，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或ASIC。硬件组件还可包括通过软件临时配置成执行某些操作的可编程逻辑或电路***。
因此，短语“硬件组件”应理解成涵盖可在物理上构造的、永久地配置的(例如，硬接线)或临时配置的(例如，编程)以按特定方式操作或执行本文所述特定操作的有形实体。
另外，模块和组件可被实现成硬件设备内的固件或功能电路***。此外，模块和组件可在硬件设备和软件组件的任何组合中实现，或者仅在软件中实现(例如，存储或以其他方式体现在机器可读介质或传输介质中的代码)。
套件
参考图8，套件800包括至少一个RF天线53和用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备20。设备20被布置成以基于该至少一个RF天线的至少一个特征的谐振品质因子和/或谐振RF频率来谐振。RF天线53设备20可以具有以上讨论的任何特征或属性。该套件还可以包括多个RF天线53，如上所述，设备的属性基于该多个RF天线的该一个或多个特征。
套件800的设备20是生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的任何方法800的产品，如上所述。具体而言，设备20是根据设计来制作的，该设计向设备提供基于RF天线53的至少一个特征来确定的设备的目标谐振品质因子和/或目标谐振RF频率。因此，设备20和RF天线53被配置成具有互补属性，以使用套件800提供MRI***的经改进性能。
套件还可以包括如上所述的计算机程序产品。
将理解，上面的描述旨在是说明性的，而非限制性的。对本领域技术人员而言，在阅读和理解上面的描述后，许多其他实现将是显而易见的。尽管已经参考特定示例实现描述了本公开，但是将认识到，本公开不限于所描述的实现，而是可以在所附权利要求的范围内进行修改和改变来实践。因此，说明书和附图应被认为是说明性而非限制性意义的。尽管本公开的办法的各种特征已经被分开地呈现(例如，在分开的附图中)，但是本领域技术人员将理解，除非它们被呈现为互斥的，否则它们可以各自与本公开的任何其他特征或特征组合相结合。

Claims (22)

1.一种生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的方法，包括：
基于所述一个或多个RF天线的至少一个特征来确定所述设备的目标谐振品质因子；
确定所述设备的设计以向所述设备提供所确定的目标谐振品质因子，其中所述设备包括：
布置成阵列的多个导电元件，其中所述阵列被布置成当接收所述RF辐射时在谐振RF频率处在所述RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，所述RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；以及
介电材料，其中所述介电材料具有介电常数和损耗角正切；以及
根据所述设计来制作所述设备。
2.一种生产用于操纵来自MR***中的一个或多个RF天线的RF辐射的磁场的设备的方法，包括：
基于所述一个或多个RF天线的至少一个特征来确定所述设备的目标谐振RF频率；
确定所述设备的设计以向所述设备提供所述设备的所确定的目标谐振RF频率，其中所述设备包括：
布置成阵列的多个导电元件，其中所述阵列被布置成当接收所述RF辐射时在谐振RF频率处在所述RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，所述RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；以及
介电材料，其中所述介电材料具有介电常数和损耗角正切；以及
根据所述设计来制作所述设备。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述设备的所述设计包括以下中的一者或多者：所述介电材料相对于所述多个导电元件的定位；所述介电常数；所述损耗角正切；以及连接在所述导电元件的两个相应部分之间的一个或多个电子组件。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述设备的所述设计包括所述一个或多个电子组件，并且所述设备包括被配置成控制所述一个或多个电子组件的控制器。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，每一导电元件是细长的，其中所述介电材料沿着所述导电元件的每一端部的一部分定位，其中所述部分的长度是基于所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征来选择的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述介电材料沿其定位的、所述导电元件的每一端部的所述部分的长度是基于所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征来确定的。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述设备被布置成使得所述介电材料沿其定位的、所述导电元件的每一端部的所述部分的长度能够改变。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述设备被布置成使得所述介电材料在沿所述导电元件的长度的方向上是能滑动的。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征包括以下中的一者或多者：所述一个或多个RF天线被布置成发射或接收的RF频率；所述一个或多个RF天线的谐振品质因子；以及要由所述一个或多个RF天线成像的对象。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于所述一个或多个RF天线的谐振品质因子来确定所述介电材料的损耗角正切，使得所述设备的谐振品质因子小于所述一个或多个RF天线的谐振品质因子。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，基于所述一个或多个RF天线的谐振品质因子来确定所述介电材料的损耗角正切，以使所述设备的谐振品质因子使得所述设备在被用在所述MR***中时不使所述一个或多个RF天线失谐。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征包括多个RF天线的至少一个特征。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，基于所述多个RF天线的谐振品质因子来确定所述介电材料的损耗角正切，使得所述设备的谐振品质因子小于所述多个RF天线的谐振品质因子的最低值。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述介电材料是陶瓷。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述介电常数大于50，可任选地大于100。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述多个导电元件是印刷电路板PCB上的多个金属带。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述设备是第一设备，所述方法还包括：
根据所述设计来制作第二设备；以及
将所述第一设备和所述第二设备组装在位于所述导电元件的至少一端处的一个或多个间隔件的两侧上，以提供在所述第一设备和第二设备之间的成像区域，其中所述成像区域用于接收要成像的对象。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述设备被配置成当在所述MR***中时，集中来自所述一个或多个RF天线的RF辐射的磁场。
19.一种套件，包括：
具有至少一个特征的一个或多个RF天线；以及
用于操纵MR***中的RF信号的磁场的设备，所述设备包括：
布置成阵列的多个导电元件，其中所述阵列被布置成当接收所述RF辐射时在谐振RF频率处在所述RF辐射的电场和磁场之间重新分布能量，所述RF辐射具有大于每一导电元件的相应尺寸的RF波长；以及
介电材料，其中所述介电材料具有介电常数和损耗角正切；
其中设备被布置成以基于所述一个或多个RF天线的所述至少一个特征的谐振品质因子和/或谐振RF频率来谐振。
20.根据权利要求19所述的套件，其中，所述至少一个特征是所述一个或多个RF天线的谐振品质因子，并且所述设备的谐振品质因子小于所述一个或多个RF天线的谐振品质因子。
21.根据权利要求19或20所述的套件，其中，所述设备是使用根据权利要求1至18中的任一项所述的方法来制作的。
22.一种MR***，包括：
成像区域，其被布置成接收要成像的对象；
磁场发生器，其被布置成在所述成像区域中产生静态磁场；
根据权利要求19至21中的任一项所述的套件，其中所述一个或多个RF天线被布置成用所述RF辐射照射所述对象；以及
RF接收器，其被布置成接收来自所述对象的返回RF信号以对所述对象成像；
其中所述设备被布置在所述成像区域与所述一个或多个RF天线或所述RF接收器中的任一者或两者之间。
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