ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ ДЛЯ MRI-КАТУШЕК С СИЛЬНЫМ ПОЛЕМ Российский патент 2011 года по МПК G01R33/422 

Нижеследующее относится к области техники магнитно-резонансной визуализации. Оно находит конкретное применение в магнитно-резонансной визуализации (MRI) с сильным полем, например, визуализации при 3 тесла и выше, и описывается с конкретной ссылкой на него. Тем не менее оно также находит применение в магнитно-резонансной визуализации, выполняемой при более слабых магнитных полях, в магнитно-резонансной спектроскопии и т.п.

В магнитно-резонансной визуализации объект визуализации помещается во временно постоянное основное магнитное поле и подвергается действию радиочастотных (RF) возбуждающих импульсов, чтобы сформировать ядерный магнитный резонанс в объекте визуализации. Градиенты магнитных полей накладываются на основное магнитное поле, чтобы пространственно кодировать магнитные резонансы. Пространственно кодированные магнитные резонансы считываются и восстанавливаются на основе пространственного кодирования, чтобы сформировать магнитно-резонансную визуализацию.

В магнитно-резонансной визуализации, отношение "сигнал-шум" (SNR) и другие характеристики визуализации, в общем, повышаются по мере того, как интенсивность основного магнитного поля возрастает. Ларморовская частота, или частота ядерного магнитного резонанса, пропорциональна интенсивности магнитного поля. Например, для протонной магнитно-резонансной визуализации при 1,5 тесла частота ядерного магнитного резонанса составляет порядка 64 МГц; при 3,0 тесла частота ядерного магнитного резонанса составляет порядка 128 МГц; при 7,0 тесла частота ядерного магнитного резонанса составляет порядка 298 МГц; и т.д.

При резонансных частотах выше порядка 128 МГц (3,0 тесла) радиочастотные катушки для всего тела иногда используются для радиочастотного возбуждения и, необязательно, для приема сигналов магнитного резонанса. Примером такой RF-катушки является квадратурная катушка решетчатого типа для всего тела, встроенная в корпус сканера магнитно-резонансной визуализации. Эта общая RF-катушка удобно фиксированно установлена и предоставляет большое поле зрения для визуализации всего тела. Общие катушки менее эффективны при магнитных полях порядка 3 тесла и выше вследствие пространственных неоднородностей магнитного RF-поля, пупинизации и других проблемных факторов, которые возрастают при высоких резонансных частотах.

Локальные радиочастотные катушки также могут быть использованы для радиочастотного возбуждения, для приема сигналов магнитного резонанса либо для обеих передающей и приемной фаз. В сравнении с катушками для всего тела, локальные RF-катушки меньше и более тесно связаны с областью объекта визуализации, который визуализируется. Соответственно, локальные RF-катушки имеют более высокий SNR для небольших областей, чем RF-катушки для всего тела, особенно при большей интенсивности магнитного поля, к примеру, 7 тесла. Примерами таких локальных катушек являются головные катушки, сконфигурированные так, чтобы помещаться на голову человека-объекта визуализации для визуализации работы мозга или других черепных данных; наручные или ножные катушки, которые помещаются на соответствующую конечность; катушки для туловища, которые помещаются на все или часть туловища пациента для визуализации сердечных данных, легочных данных и т.п.; и, в общем, плоские либо с немного искривленной поверхностью катушки, которые помещаются рядом или в контакте с интересующей областью объекта визуализации.

При большей интенсивности магнитного поля, в частности, примерно при 3 тесла и выше, даже локальные радиочастотные катушки испытывают значительно худшую производительность вследствие потерь электромагнитных полей при радиочастотной передаче. В случае головных катушек имеется сильное электрическое поле, связанное с плечами пациента, вне катушки, приводящее к повышенным требованиям по мощности и проблемам удельной мощности поглощения (SAR). По обоим открытым концам головной катушки присутствует значительная утечка излучения, что снижает эффективность передающей катушки и уменьшает SNR принимаемых сигналов. В некоторых головных катушках конец, дальний от области шеи и плеч, прикрыт заглушкой, чтобы уменьшить потери излучения на этом конце и минимизировать RF-связь с другими структурами вне катушки. Тем не менее есть ситуации, когда с медицинской точки зрения требуется катушка, открытая с обоих концов. Существующие радиочастотные поля эффективны при низкой интенсивности магнитного поля, к примеру, ниже порядка 3 тесла, если резонансная частота небольшая, а длина радиочастотной волны большая. Когда длина радиочастотной волны большая в сравнении с диаметром радиочастотного экрана, радиочастотная катушка и радиочастотный экран диаметром 65 см или около отлично вмещает поля визуализации. По мере того как магнитное поле и резонансная частота возрастают, например, примерно при 3 тесла и выше, существующие радиочастотные экраны становятся менее эффективными за счет снижения электромагнитной связи и потерь катушки излучения. Например, моделирования традиционной головной катушки решетчатого типа, включающей в себя цилиндрический экран, демонстрируют потери излучения примерно 20% при 7 тесла.

Настоящее изобретение рассматривает усовершенствованные устройства и способы, которые преодолевают вышеупомянутые и другие ограничения.

Согласно одному аспекту, раскрывается радиочастотная катушка для магнитно-резонансной визуализации. Активный элемент катушки задает объем визуализации. Активный элемент катушки имеет первый открытый конец с первым размером поперечного сечения. Экранирующий элемент катушки окружает активный элемент катушки. Экранирующий элемент катушки имеет сужающийся открытый конец, размещенный рядом с первым открытым концом активного элемента катушки с сужающимся размером поперечного сечения, который меньше размера поперечного сечения экранирующего элемента катушки.

Согласно другому аспекту, раскрывается радиочастотная катушка для магнитно-резонансной визуализации. Активный элемент катушки задает объем визуализации. Активный элемент катушки имеет первый открытый конец с первым размером поперечного сечения. Экранирующий элемент катушки приспособлен рядом с активным элементом катушки. Экранирующий элемент катушки имеет открытый конец, размещенный рядом с первым открытым концом активного элемента катушки. Внешний экранирующий элемент катушки значительно больше экранирующего элемента катушки и окружает активный элемент катушки и экранирующий элемент катушки.

Согласно другому аспекту, предусмотрен способ магнитно-резонансной визуализации. Радиочастотное магнитное поле формируется из частоты, которая возбуждает магнитный резонанс интересующей области объекта. Радиочастотное поле находится в интересующей области, а также в других областях объекта. Части радиочастотного поля в других областях объекта экранируются для того, чтобы повысить радиочастотное поле в интересующей области.

Другое преимущество заключается в повышенной эффективности радиочастотной катушки.

Другое преимущество заключается в сниженных потерях излучения для радиочастотной катушки.

Другое преимущество заключается в сниженном SAR и повышенном SNR для радиочастотной катушки.

Множество дополнительных преимуществ и выгод должно стать очевидным специалистам в данной области техники после прочтения нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и компоновок компонентов, а также различных операций процессов и компонентов операций процессов. Чертежи служат только для целей иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.

Фиг.1 схематично иллюстрирует систему магнитно-резонансной визуализации, включающую в себя радиочастотную головную катушку.

Фиг.2А, 2В и 2С иллюстрирует вид в перспективе, вид в перспективе в сечении и схематичный вид в разрезе радиочастотной головной катушки по фиг.1.

Фиг.3 графически показывает потери излучения для внешних экранирующих элементов катушки различных диаметров и длин.

Фиг.4 иллюстрирует вид в перспективе в сечении головной катушки, имеющей заглушку.

Фиг.5 иллюстрирует вид в перспективе в сечении головной катушки с защитными кольцами.

Фиг.6А и 6В иллюстрируют виды в перспективе экранирующего элемента катушки с полукольцевыми фланцевыми элементами, которые являются съемными для улучшенного доступа к пациенту. Фиг.6А иллюстрирует экранирующий элемент катушки с установленными полукольцевыми съемными фланцевыми элементами; при этом фиг.6В иллюстрирует экранирующий элемент катушки с удаленными полукольцевыми съемными фланцевыми элементами.

Фиг.7 иллюстрирует вид в перспективе экранирующего элемента катушки, размещенного над головой объекта визуализации, при этом экранирующий элемент катушки имеет фланец соответствующей формы, который имеет такую форму, чтобы практически соответствовать периметру плеч.

Фиг.8 иллюстрирует вид в перспективе экранирующего элемента катушки, размещенного над головой объекта визуализации, при этом экранирующий элемент катушки имеет гибкий тканевый фланец, который размещается вокруг части объекта визуализации вне катушки.

Фиг.9 иллюстрирует вид в перспективе с местным разрезом головной катушки, аналогичной катушке по фиг.2А, 2В и 2С, но в которой активный элемент катушки решетчатого типа заменен активным элементом катушки ТЕМ-типа.

Фиг.10 схематично иллюстрирует вид с торца радиочастотной катушки, включающей в себя активный элемент катушки с замыкающим кольцом, имеющим реактивные элементы, и экранирующий элемент катушки, имеющий множество фланцевых частей, экранирующих реактивные элементы.

Фиг.11 схематично иллюстрирует вид с торца радиочастотной катушки, включающей в себя активный элемент катушки с замыкающим кольцом, имеющим реактивные элементы, и экранирующий элемент катушки, имеющий фланец с частями защитных колец, экранирующий реактивные элементы.

Фиг.12 схематично иллюстрирует вид с торца радиочастотной катушки, включающей в себя активный элемент катушки с замыкающим кольцом, имеющим реактивные элементы по внешнему диаметру активного элемента катушки, и экранирующий элемент катушки, имеющий фланец, экранирующий реактивные элементы.

Со ссылкой на фиг.1, сканер 10 магнитно-резонансной визуализации включает в себя корпус 12 сканера, в котором пациент или другой объект 16 визуализации, по меньшей мере, частично размещен. Косметическая прокладка 18 с отверстием корпуса 12 сканера необязательно служит подкладкой для цилиндрического отверстия или прохода корпуса 12 сканера, внутри которого размещается объект 16 визуализации. Основной магнит 20, расположенный в корпусе 12 сканера, контролируется посредством контроллера 22 основного магнита так, чтобы сформировать основное магнитное поле В₀ в объекте 16 визуализации. Типично основной магнит 20 является постоянным сверхпроводящим магнитом, окруженным низкотемпературным кожухом 24. Основной магнит 20 формирует основное магнитное поле типично примерно 3 тесла и выше. В некоторых вариантах осуществления основное магнитное поле составляет примерно 7 тесла.

Катушки 28 градиентов магнитных полей размещены в или на корпусе 12, чтобы накладывать выбранные градиенты магнитных полей на основное магнитное поле. Типично, катушки градиентов магнитных полей включают в себя катушки для формирования трех ортогональных градиентов магнитных полей, например, х-градиентов, у-градиентов и z-градиентов. Одна или более радиочастотных катушек размещается в отверстии сканера 10, чтобы вводить радиочастотные возбуждающие импульсы В₁ и измерять сигналы магнитного резонанса. В проиллюстрированном варианте осуществления радиочастотная головная катушка 30 окружает голову 32 (показанную едва заметно на фиг.1) объекта 16 визуализации.

В ходе сбора данных магнитно-резонансной визуализации источник 38 радиочастотной мощности соединяется с головной катушкой 30 посредством радиочастотной коммутационной схемы 40, чтобы вводить радиочастотные возбуждающие импульсы в область визуализации, заданную посредством головной катушки 30 с тем, чтобы формировать и принимать сигналы магнитного резонанса от головы 32, находящейся внутри головной катушки 30. Контроллер 44 градиентов магнитного поля управляет катушками 28 градиентов магнитного поля так, чтобы пространственно кодировать магнитные резонансы. Например, одномерный градиент магнитного поля, применяемый в ходе радиочастотного возбуждения, формирует кусочно-выборочное возбуждение; градиенты магнитного поля, применяемые между возбуждением и считыванием магнитных резонансов, предоставляют фазовое кодирование; а градиенты магнитного поля, применяемые в ходе считывания магнитных резонансов, предоставляют частотное кодирование. Последовательности импульсов магнитно-резонансной визуализации могут быть сконфигурированы так, чтобы сформировать декартовы, радиальные, спиральные или другие пространственные кодирования.

В ходе фазы считывания магнитного резонанса коммутирующая схема 40 отсоединяет радиочастотное передающее устройство 38 от головной катушки 30 и подсоединяет радиочастотное приемное устройство 46 к головной катушке 30, чтобы получать пространственно кодированные магнитные резонансы от головы 32, находящейся внутри головной катушки 30. Полученные пространственно кодированные магнитные резонансы сохраняются в буфере 50 данных и восстанавливаются посредством процессора 52 восстановления, чтобы сформировать восстановленные изображения головы 32 или ее выбранных частей, которые сохранены в запоминающем устройстве 54 изображений. Процессор 52 восстановления использует алгоритм восстановления, который надлежащим образом декодирует пространственно кодированные магнитные резонансы. Например, если используется декартово кодирование, может подходить алгоритм восстановления с помощью двумерного или трехмерного быстрого преобразования Фурье (FFT).

Восстановленные изображения соответствующим образом отображаются в пользовательском интерфейсе 56 или на другом дисплейном устройстве высокого разрешения, печатаются, передаются посредством Интернета или локальной вычислительной сети, сохраняются в энергонезависимом носителе хранения или иным образом используются. В варианте осуществления по фиг.1 пользовательский интерфейс 56 также связывает рентгенолога или другого оператора с контроллером 60 сканера, чтобы контролировать сканер 10 магнитно-резонансной визуализации. В других вариантах осуществления может быть предусмотрен отдельный интерфейс управления сканером.

Продолжая ссылаться на фиг.1 и с дополнительной ссылкой на фиг.2А, 2В и 2С, подробнее описывается головная катушка 30. Головная катушка включает в себя активный элемент 70 катушки, практически окруженный посредством экранирующего элемента 72 катушки. В виде в перспективе по фиг.2А только окружающий экранирующий элемент 72 катушки видим; фиг.2 В предоставляет вид в сечении, раскрывающий чуть менее половины активного элемента 70 катушки. Фиг.2С предоставляет схематичный кусочный вид для иллюстрации пространственных аспектов радиочастотной катушки 30. Активный элемент 70 катушки проиллюстрирован на фиг.2В и 2С с помощью пунктирных линий, чтобы более четко отличать его от окружающего экранирующего элемента 72 катушки.

В радиочастотной катушке 30 активный элемент 70 катушки - это, в общем, цилиндрическая катушка решетчатого типа, имеющая практически постоянный размер поперечного сечения, соответствующий диаметру d_active цилиндра. Активный элемент 70 катушки имеет первый открытый конец 74, через который проходит шея объекта 16 визуализации, и второй открытый конец 76, противостоящий первому открытому концу. В варианте осуществления катушки решетчатого типа активный элемент 70 катушки включает в себя первое замыкающее кольцо 80, расположенное рядом с первым открытым концом 74, и второе замыкающее кольцо 82, расположенное рядом со вторым открытым концом 76. Множество перекладин 84, размещенных параллельно друг другу и поперечно к замыкающим кольцам 80, 82, идет между первым и вторым замыкающим кольцом 80, 82.

Активный элемент 70 катушки может содержать матрицу конденсаторов, PIN-диодов или других управляющих элементов с электронной схемой.

Окружающий экранирующий элемент 72 катушки имеет, в общем, цилиндрическую форму и размещается концентрически с, в общем, цилиндрическим активным элементом 70 катушки. Окружающий экранирующий элемент 72 катушки имеет цилиндрический диаметр d_shield, который превышает диаметр d_active катушки решетчатого типа с тем, чтобы дать возможность экранирующему элементу 72 катушки окружать активный элемент 70 катушки. Экранирующий элемент 72 может быть изготовлен из сегментированных проводящих материалов, соединенных параллельно с конденсаторами или другими электрическими компонентами, либо может быть экранирующим материалом без конденсаторов, и т.д.

Первый конец 74 активного элемента 70 катушки, через который проходит шея, находится рядом с плечами 34 объекта 16 визуализации. Чтобы уменьшить электромагнитную связь с плечами 34, а также снизить потери излучения, экранирующий элемент 72 катушки задает сужающийся открытый конец 88, размещенный рядом с первым открытым концом 74 активного элемента 70 катушки. Сужающийся открытый конец 88 имеет сужающийся диаметр d_const поперечного сечения, создаваемый посредством кольцевого фланца 90, имеющего внешний диаметр, соответствующий диаметру d_shield в общем, цилиндрического экранирующего элемента 72 катушки, и внутренний диаметр, задающий диаметр d_const сужения.

Второй кольцевой фланец 92 необязательно задает второй сужающийся конец 94 экранирующего элемента 72 катушки. Второй фланец 92 снижает потери излучения на втором конце 94 экранирующего элемента 72 катушки. В варианте осуществления по фиг.2А, 2В и 2С первый и второй фланец 90, 92 имеют одинаковый размер и форму, так что концы экранирующего элемента 72 катушки и радиочастотной катушки 30 симметричны.

С конкретной ссылкой на фиг.1 и 2С, уменьшение сужающегося диаметра d_const (т.е. задание его более узким), как предполагается, уменьшает потери излучения и электромагнитную связь с плечами 34. Тем не менее сужающийся диаметр d_const должен быть достаточно большим для того, чтобы принимать голову 32 в экранирующий элемент 72 катушки. Более того, фланец 90 отделен от первого открытого конца 74 активного элемента 70 катушки на расстояние Ах. По мере того как это расстояние уменьшается, связь между активным элементом 70 катушки и плечами 34, в общем, ослабевает. Тем не менее уменьшение усиливает связь фланца 90 с замыкающими кольцами 80, что может снизить чувствительность катушки и SNR изображений головы. Одним подходящим определением расстояния Ах является среднее расстояние между центром головы 32 и плечами 34 минус половина длины активного элемента 70 катушки. Предусмотрено оптимальное значение расстояния Ах разделения, которое балансирует преимущество от уменьшения электромагнитной связи с плечами 34 через первый открытый конец 74 экранирующего элемента 72 катушки и недостаток от снижения чувствительности катушки и SNR изображений. Оптимальное расстояние надлежащим образом определяется посредством электромагнитного моделирования или посредством измерения электромагнитной утечки катушки и сравнения SNR изображений головы для последовательности пробных значений расстояния Ах.

Моделирование для 7 тесла (298 МГЦ) показывает, что фланец 90 рядом с плечами 34 снижает потери излучения примерно наполовину в сравнении с аналогичной катушкой без фланца 90. Фланец 90 также снижает SAR примерно на 8%, главным образом за счет сниженных требований по мощности вследствие ослабления электромагнитной связи с плечами 34. Большая часть применяемой мощности подается в интересующую область, а меньшая теряется в соседних областях или на излучение в окружающую среду. Затраты на радиочастотную мощность возрастают с интенсивностью частоты/поля, так что выгодно снижать эти потери.

Расстояние Ах разделения также имеет определенное влияние на резонансную частоту радиочастотной катушки 30. Как результат, расстояние Ах разделения также может быть использовано для того, чтобы подстраивать радиочастотную катушку 30 под требуемую частоту магнитного резонанса. Эта подстройка надлежащим образом выполняется методом проб и ошибок, например, посредством выполнения небольших корректировок расстояния Ах разделения и измерения резонансной частоты радиочастотной катушки 30. В некоторых вариантах осуществления Ах в районе плеча (т.е. первого открытого конца 74) корректируется так, чтобы минимизировать потери излучения, тогда как эквивалентное разделение на противоположном конце катушки (т.е. второй открытый конец 76) корректируется так, чтобы подстроить радиочастотную катушку 30.

Продолжая ссылаться на фиг.1, радиочастотная катушка 30 дополнительно необязательно включает в себя внешний экранирующий элемент 100 катушки, окружающий активный элемент 70 катушки и экранирующий элемент 72 катушки. В отличие от экранирующего элемента 72 катушки, который практически приспособлен рядом с активным элементом 70 катушки, внешний экранирующий элемент 100 катушки намного больше активного и экранирующего элементов 70, 72 катушки. Например, в варианте осуществления по фиг.1 внешний экранирующий элемент 100 катушки имеет практически цилиндрическую форму и практически совмещен с отверстием корпуса 12 сканера магнитно-резонансной визуализации; тогда как активный и экранирующий элементы 70, 72 катушки намного меньше и размещаются вокруг головы 32 объекта 16 визуализации. Голова 32, в общем, но не обязательно центрируется в отверстии корпуса 12 сканера. Электромагнитное моделирование показывает, что включение в конструкцию внешнего экранирующего элемента 100 катушки позволяет снижать потери излучения для радиочастотных катушек, работающих при 7 тесла, более чем наполовину. В общем, предполагается, что внешний экранирующий элемент 100 катушки подходит для сканеров, работающих при выше 3 тесла, в сочетании с локальными радиочастотными экранами.

Чтобы обеспечить эффективное экранирование от потерь излучения, внешний экранирующий элемент 100 катушки должен не выступать сам в качестве радиатора. Из волноводной теории, наименьшая частота отсечки (в МГц) полого цилиндра бесконечной длины является модой ТЕ₁₁ с f_λ (ТЕ₁₁) ≈175,8/D (МГц), где D - это диаметр волновода в метрах. В качестве примеров, для D=0,65 м, f_λ (ТЕ₁₁)≈270,5 МГц; для D=0,59 м, f_λ (ТЕ₁₁)=298,0 МГц. Принимая, что резонансная частота катушки 7 тесла ¹Н составляет примерно 298 МГц, частота отсечки для бесконечно длинного цилиндрического экрана находится немного ниже или на краю резонансной частоты катушки. Эти значения рассчитаны для цилиндрического волновода с воздушным сердечником бесконечной длины.

Фиг.3 графически иллюстрирует потери излучения в зависимости от длины внешнего экранирующего элемента 100 катушки для одного моделирования при D_S=65 см и для четырех моделирований при D_S=59 см для локально экранированной передающей головной катушки решетчатого типа (без сужающихся на конце фланцев 90, 92), нагруженной с помощью реалистичной модели человеческого тела с разрешением 5 мм при 7 тесла. Потери излучения снижаются с уменьшением диаметра внешнего экранирующего элемента D_S катушки. Потери излучения также снижаются с увеличением длины внешнего экранирующего элемента 100 катушки. Непрерывная линия на фиг.1 иллюстрирует оцененные потери излучения как функцию от длины внешнего экранирующего элемента 100 катушки для D_S=59 см на основе четырех моделирований при D_S=59 см. Когда необязательный внешний экранирующий элемент 100 катушки полностью опущен, моделирование показало потери излучения примерно 20%; следовательно, даже для большего диаметра D_S=65 см потери излучения снижаются более чем наполовину за счет включения внешнего экранирующего элемента 100 катушки длиной 1 м.

Со ссылкой на фиг.4, альтернативный экранирующий элемент 72₁ катушки аналогичен экранирующему элементу 72 катушки за исключением того, что второй фланец 92 заменен заглушкой 92₁. Другими словами, в экранирующем элементе 72₁ катушки внешний диаметр второго фланца уменьшен до нуля.

Со ссылкой на фиг.5, другой альтернативный экранирующий элемент 72₂ катушки аналогичен экранирующему элементу 72 катушки за исключением того, что первый фланец 92 заменен альтернативным кольцевым первым фланцем 90₂, который включает в себя кольцевое защитное кольцо 102, и аналогично второй фланец 92 заменен альтернативным кольцевым вторым фланцем 92₂, который включает в себя кольцевое защитное кольцо 104. Каждое из защитных колец 102, 104 входит в экранирующий элемент 72₂ катушки, а в некоторых вариантах осуществления входит в активный элемент 70 катушки. Следует принимать во внимание, что другие модификации могут быть выполнены во фланцах, такие как кантовка или наклон фланцев к или от основного корпуса экранирующего элемента 72 катушки, предоставление постоянно искривленной или кусочно-искривленной поверхности фланцев вместо плоской поверхности фланцев, и т.д.

Со ссылкой на фиг.6А и 6В, в другом альтернативном экранирующем элементе 72₃ катушки фланец 90 заменен съемными полукольцевыми фланцевыми элементами 90_3а, 90_3b. Фиг.6А иллюстрирует закрепленную конфигурацию, в которой фланцевые элементы 90_3а, 90_3b проводящим и/или емкостным образом соединены с основным корпусом экранирующего элемента 723 катушки. Фиг.6В иллюстрирует раскрепленную конфигурацию: посредством удаления съемных фланцевых элементов 90_3а, 90_3b большее отверстие предоставляется для вставки головы 32 объекта 16 визуализации. После того как голова вставлена, полукольцевые фланцевые элементы 90_3а, 90_3b устанавливаются на основной корпус экрана 723 на любой стороне шеи. Таким образом, меньший сужающийся диаметр для экранирующего элемента 723 катушки может быть достигнут, предоставляя значительно более высокую эффективность и SAR. Хотя съемные фланцевые элементы 90_3а, 90_3b должны практически совпадать или перекрываться, чтобы предоставить практически непрерывный кольцевой фланец в установленной конфигурации, как показано на фиг.6А, предполагается предоставить небольшие зазоры 106, 108 на стыках между двумя фланцевыми единицами 90_3а, 90_3b, когда установлены. Зазоры 106, 108 могут быть совмещены от плеч 34, чтобы минимизировать их негативный эффект блокировки электромагнитной связи. Полукольцевые съемные фланцевые элементы необязательно могут включать в себя защитные кольца (не показаны), аналогичные защитному кольцу 102 по фиг.5. В других вариантах три или более полукольцевых съемных фланцевых элемента предоставляется. Например, может быть использовано три съемных фланцевых элемента, каждый из которых охватывает порядка 120°. Более того, второй конец экранирующего элемента 723 катушки может иметь фиксированный фланец, полукольцевые съемные фланцевые элементы, заглушку либо может быть полностью открыт. Дополнительно, отверстие во фланцах не обязательно должно быть круглым. Например, фланцы могут быть шире, ближе к плечам, где электромагнитная связь стремится к максимуму, и несколько уже либо диафрагмированы на расстоянии от плеч, чтобы уменьшить клаустрофобный эффект.

Со ссылкой на фиг.7, в другом альтернативном экранирующем элементе 72₄ катушки фланец 90 заменен фланцем 90₄ соответствующей формы, который имеет такую форму, чтобы практически соответствовать периметру плеч 34. Фланец 90₄ соответствующей формы проводимо соединен с основным корпусом экранирующего элемента 74₄ катушки, например, непосредственно либо посредством проводящих кабелей или проводов 110. Фланец 90₄ соответствующей формы необязательно является съемным, так чтобы фланец соответствующей формы, который наилучшим образом соответствует плечам конкретного пациента, мог быть выбран, например, из набора "небольшого", "среднего", "крупного" или "очень крупного" соответствующих фланцев. Вместо прикрепления фланца 90₄ соответствующей формы к основному корпусу экранирующего элемента 72₄ катушки, он может быть механически прикреплен и поддерживаться на кровати пациента и электрически соединен с основным корпусом экранирующего элемента 72₄ катушки посредством кабелей 110. Второй конец экранирующего элемента 724 катушки может иметь фиксированный фланец, съемный фланец, заглушку или может быть полностью открыт.

Со ссылкой на фиг.8, в альтернативном экранирующем элементе 72₅ катушки фланец 90 заменен на гибкий тканевый фланец 90₅, изготовленный из ткани, переплетенной с помощью волокон или проводов, медной кольчуги, металлической сетки или сита и т.п. Ткань покрывает шею и плечи объекта 16 визуализации. Гибкий фланец 90s может быть покрыт изоляционной пленкой или иметь изоляционные тканевые внешние слои, чтобы избежать токопроводящего контакта с объектом 16 визуализации. Необязательно, гибкий тканевой фланец 90s может крепиться вокруг шеи объекта 16 визуализации посредством зажимов, защелок и т.п. Второй конец экранирующего элемента 725 катушки может иметь фиксированный фланец, съемный фланец, заглушку либо может быть полностью открыт.

Со ссылкой на фиг.9, альтернативный активный элемент 70₁ катушки - это поперечная электромагнитная (ТЕМ) катушка, а не активный элемент 70 катушки решетчатого типа. В ТЕМ-катушке 70₁ замыкающие кольца 80, 82 опущены, и перекладины 84₁ аналогичны перекладинам 84 катушки 70 решетчатого типа, но концы перекладин 84₁ соединены с экранирующим элементом 72 катушки, чтобы предоставить замкнутые контуры тока. Следует принимать во внимание, что другие типы активных катушек аналогично могут быть размещены внутри экранированного элемента 72 катушки.

Экранирующий элемент 72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅ катушки может быть изготовлен из проводящего кожуха, проволочной сетки или сита, прозрачного, полупрозрачного или непрозрачного пластикового кожуха со вставленными проводящими проводами или волокнами, и т.п. Активный элемент 70, 70₁ катушки может быть изготовлен из жесткой ошиновки, печатных схем, токопроводящих полос, микрополосковых линий, металлических стержней или труб и т.п., размещенных на или в цилиндрическом формирователе, и т.п. В некоторых вариантах осуществления общий цилиндрический формирователь может поддерживать активный элемент 70, 70₁ катушки на внутренней поверхности и экранирующий элемент 72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅ катушки на внешней поверхности. Более того, хотя проиллюстрированы элементы катушки цилиндрической формы, экранирующий элемент катушки, активный элемент катушки или и то, и другое может иметь форму эллипса, конуса или другую форму. Эти формы предназначены для того, чтобы охватываться термином "в общем, цилиндрическая", который не ограничен строго круглыми цилиндрами.

Аналогично, необязательный внешний экранирующий элемент 100 катушки может быть изготовлен из токопроводящего кожуха, проволочной сетки или сита, прозрачного, полупрозрачного или непрозрачного кожуха со вставленными проводящими проводами или волокнами, и т.п. В некоторых вариантах осуществления, внешний экранирующий элемент 100 катушки - это металлическая пленка, сетка из металлической пленки и т.п., размещенная на диэлектрическом формирователе, который также поддерживает катушки 28 градиентов магнитного поля. В некоторых вариантах осуществления, внешний экранирующий элемент 100 катушки - это металлическая пленка, сетка из металлической пленки и т.п., размещенная на внутренней или внешней поверхности косметической прокладки 18 с отверстием. В некоторых вариантах осуществления, внешний экранирующий элемент 100 катушки - это металлическая пленка, сетка из металлической пленки и т.п., размещенная на изолированном диэлектрическом формирователе. В некоторых вариантах осуществления, внешний экранирующий элемент 100 катушки - это металлическая жесткая изолированная металлическая пленка, сетка из металлической пленки и т.п.

Активные элементы 70, 70₁ катушки могут включать в себя реактивные элементы, такие как конденсаторы или индукторы, для подстройки активного элемента катушки к частоте магнитного резонанса. Например, катушки решетчатого типа типично включают в себя настроечные конденсаторы в замыкающих кольцах, перекладинах и т.п. Конденсаторы в замыкающих кольцах могут быть источником значительной электромагнитной утечки.

Со ссылкой на фиг.10, активный элемент 170 катушки (начерчен с помощью пунктирных линий) экранирован посредством экранирующего элемента 172 катушки (начерчен с помощью сплошных линий). Проиллюстрированный активный элемент 170 катушки - это катушка решетчатого типа, включающая в себя замыкающее кольцо 180, которое соединяет перекладины 184. Экранирующий элемент 172 катушки включает в себя разнесенные фланцевые элементы 190, задающие сужающийся конец экранирующего элемента 172 катушки, имеющий сужающийся диаметр, равный или меньший диаметра активного элемента 170 катушки. Замыкающее кольцо 180 включает в себя реактивные элементы 200, такие как сосредоточенные или распределенные конденсаторы. Фланцевые элементы 190 экранирующего элемента 172 катушки совмещены с сосредоточенными реактивными элементами 200, чтобы снизить потери излучения и электромагнитную связь посредством реактивных элементов 200.

Со ссылкой на фиг.11, активный элемент 170 катушки (начерчен с помощью пунктирных линий) экранирован посредством экранирующего элемента 172₂ катушки (начерчен с помощью сплошных линий). Экранирующий элемент 172₂ катушки включает в себя, в общем, кольцевой первый фланец 190₁. Разнесенные кольцевые элементы 190₂ защитных колец входят в активный элемент 70 катушки. Разнесенные кольцевые элементы 190₂ защитных колец совмещены с реактивными элементами 200,чтобы снизить потери излучения и электромагнитную связь посредством реактивных элементов 200. Кольцевые элементы 190₂ защитных колец электрически соединены с фланцем 190₁ или необязательно электрически отсоединены без какого-либо соединения с фланцем 190₁.

Со ссылкой на фиг.12, активный элемент 270 катушки (начерчен с помощью пунктирных линий) экранирован посредством экранирующего элемента 272 катушки (начерчен с помощью сплошных линий). Проиллюстрированный активный элемент 270 катушки - это катушка решетчатого типа, включающая в себя замыкающее кольцо 280, которое соединяет перекладины 284. Экранирующий элемент 272 катушки включает в себя кольцевой фланец 290, задающий сужающийся конец экранирующего элемента 272 катушки. Замыкающее кольцо 280 включает в себя реактивные элементы 300, такие как сосредоточенные или распределенные конденсаторы. Замыкающее кольцо 280 сконфигурировано с реактивными элементами 300 с большим радиусом, чем перекладины 284.

Хотя головные катушки проиллюстрированы и описаны в данном документе в качестве примеров, следует принимать во внимание, что проиллюстрированные и описанные радиочастотные катушки легко приспосабливаются для использования в визуализации рук, ног, туловища и других анатомических областей. В случае визуализации туловища, коленей или локтей, например, радиочастотные катушки, отличные от показанных на фиг.4, подходят (заглушка экранирующего элемента 72₁ катушки по фиг.4 помешает размещению данного конкретного экранирующего элемента 72₁ катушки на туловище, коленях или локтях).

Изобретение описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Очевидно, что происходят модификации и изменения, после прочтения и понимания вышеозначенного подробного описания. Изобретение должно трактоваться как включающее в себя все подобные модификации и изменения постольку, поскольку они попадают в рамки области применения прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к области техники магнитно-резонансной визуализации, более конкретно к магнитно-резонансной визуализации (MRI) с сильным полем. Радиочастотная катушка для магнитно-резонансной визуализации включает в себя активный элемент (70, 70₁, 170, 270) катушки, который задает объем визуализации. Активный элемент катушки имеет первый открытый конец (74) с первым размером поперечного сечения. Экранирующий элемент (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки практически окружает активный элемент катушки. Экранирующий элемент катушки имеет сужающийся открытый конец (88), размещенный рядом с первым открытым концом активного элемента катушки с сужающимся размером (d_const) поперечного сечения, который меньше размера (d_shield) поперечного сечения экранирующего элемента катушки. В некоторых вариантах осуществления радиочастотная катушка дополнительно включает в себя внешний экранирующий элемент (100) катушки, который значительно больше экранирующего элемента (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки и окружает и активный элемент катушки, и экранирующий элемент катушки. Технический результат - улучшение производительности вследствие уменьшения потерь электромагнитных полей при радиочастотной передаче. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Радиочастотная катушка для магнитно-резонансной визуализации, при этом катушка содержит:
активный элемент (70, 70₁, 170, 270) катушки, задающий объем визуализации, причем активный элемент катушки имеет первый открытый конец (74) с первым размером (d_active) поперечного сечения; и
экранирующий элемент (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки, по существу, окружающий активный элемент катушки, причем экранирующий элемент катушки имеет сужающийся открытый конец (88), размещенный рядом с первым открытым концом активного элемента катушки с сужающимся размером (d_const) поперечного сечения, меньшим размера (d_shield) поперечного сечения экранирующего элемента катушки.

2. Радиочастотная катушка по п.1, в которой активный элемент (70, 70₁, 170, 270) катушки имеет второй открытый конец (76) на противоположной стороне активного элемента катушки от первого открытого конца (74), и экранирующий элемент (72, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки имеет второй открытый конец (94) рядом со вторым открытым концом активного элемента катушки, причем второй открытый конец сужается до размера поперечного сечения меньше размера (d_shield) поперечного сечения экранирующего элемента катушки.

3. Радиочастотная катушка по п.1, в которой экранирующий элемент (70₁) имеет заглушку (92₁), размещенную на конце напротив сужающегося открытого конца (88) экранирующего элемента (70₁) катушки.

4. Радиочастотная катушка по п.1, в которой активный элемент (70, 70₁, 170, 270) катушки и экранирующий элемент (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки задают концентрические, в общем цилиндрические формы, а сужающийся открытый конец (88) экранирующего элемента катушки включает в себя:
фланец (90, 90₂, 90_3а, 90_3b, 90₄, 90₅, 190, 290), имеющий внутренний диаметр, задающий сужающийся размер (d_const) поперечного сечения.

5. Радиочастотная катушка по п.4, в которой фланец (90₂) включает в себя защитное кольцо (102), входящее в, по существу, цилиндрический экранирующий элемент (70₂) катушки.

6. Радиочастотная катушка по п.5, в которой защитное кольцо (102) входит, по существу, в цилиндрический активный элемент (70, 70₁) катушки и смещено радиально внутрь от него.

7. Радиочастотная катушка по п.4, в которой фланец включает в себя один или более съемных фланцевых элементов (90_3а, 90_3b), которые отсоединяются от, по существу, цилиндрического экранирующего элемента (723) катушки, чтобы предоставить большее отверстие для доступа в радиочастотную катушку.

8. Радиочастотная катушка по п.4, в которой фланец включает в себя один или более съемных фланцевых элементов (90₄, 90₅), которые, по существу, соответствуют периметру объекта (16) визуализации, частично размещены внутри радиочастотной катушки и частично выходят за пределы радиочастотной катушки.

9. Радиочастотная катушка по п.8, в которой объект (16) визуализации представляет собой человека, голова (32) которого помещена внутрь радиочастотной катушки, при этом один или более фланцевых элементов (90₄, 90₅), по существу, соответствуют плечам (34) человека.

10. Радиочастотная катушка по п.8, в которой один или более фланцевых элементов, которые, по существу, совпадают с периметром объекта визуализации, включают в себя один или более фланцевых элементов (90₄) соответствующей формы, которые, по существу, соответствуют периметру объекта (16) визуализации.

11. Радиочастотная катушка по п.1, в которой сужающийся размер (d_const) поперечного сечения сужающегося открытого конца (88) экранирующего элемента (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки меньше или равен первому размеру (d_active) поперечного сечения первого открытого конца (74) активного элемента (70, 70₁, 170, 270) катушки.

12. Радиочастотная катушка по п.1, дополнительно включающая в себя:
фланец (90, 90₂, 90_3а, 90_3b, 90₄, 90₅, 92, 92₁, 92₂, 190, 290), электрически соединенный и простирающийся радиально внутрь от конца (74, 76) экранирующего элемента (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 172₂, 272) катушки, причем фланец регулируется по оси для подстройки резонансной частоты активного элемента (70, 70₁, 170, 270) катушки.

13. Радиочастотная катушка по п.1, в которой:
первый открытый конец активного элемента (170, 270) катушки включает в себя замыкающее кольцо (180, 280) с электрически реактивными элементами (200, 300); и
сужающийся открытый конец экранирующего элемента (172, 172₂, 272) катушки включает в себя одну или более фланцевых частей (190, 190₂, 290), выполненных с возможностью экранировать электрически реактивные элементы замыкающего кольца активного элемента катушки.

14. Радиочастотная катушка по п.13, в которой одна или более фланцевых частей включают в себя множество фланцевых частей (190₂, 290), совмещенных с электрически активными элементами (200), чтобы экранировать электрически реактивные элементы.

15. Радиочастотная катушка по п.14, в которой множество фланцевых частей (190₂, 290) электрически развязаны относительно экранирующего элемента катушки.

16. Радиочастотная катушка по п.1, в которой замыкающее кольцо (280) имеет неравномерный размер поперечного сечения с электрически реактивными элементами (300), размещенными на внешних областях замыкающего кольца.

17. Радиочастотная катушка по п.1, дополнительно включающая в себя:
внешний экранирующий элемент (100) катушки, значительно больший экранирующего элемента (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 272) катушки и окружающий и активный элемент (70, 70₁, 170, 270) катушки, и экранирующий элемент катушки.

18. Сканер магнитно-резонансной визуализации, содержащий:
основной магнит, который формирует основное магнитное поле;
катушки (28) градиентов магнитного поля, которые выборочно накладывают градиенты магнитного поля на основное магнитное поле; и
радиочастотную катушку по п.1.

19. Радиочастотная катушка для магнитно-резонансной визуализации, при этом катушка содержит:
активный элемент (70, 70₁, 170, 270) катушки, задающий объем визуализации, причем активный элемент катушки имеет первый открытый конец (74) с первым размером (d_active) поперечного сечения;
экранирующий элемент (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 272) катушки, по существу, совпадает по форме и окружает активный элемент катушки, причем экранирующий элемент катушки имеет открытый конец (88), размещенный рядом с первым открытым концом активного элемента катушки; и
внешний экранирующий элемент (100) катушки, значительно больший экранирующего элемента катушки, окружающий активный элемент катушки и экранирующий элемент катушки.

20. Радиочастотная катушка по п.19, в которой внешний экранирующий элемент (100) катушки является, по существу, цилиндрическим и, по существу, совмещен с отверстием ассоциативно связанного сканера (10) магнитно-резонансной визуализации.

21. Радиочастотная катушка по п.20, в которой соответствующий сканер магнитно-резонансной визуализации формирует магнитное поле В₀ более 3 тесла через интересующую область.

22. Радиочастотная катушка по п.20, в которой соответствующий сканер магнитно-резонансной визуализации формирует магнитное поле В₀ более примерно 4,7 тесла через интересующую область.

23. Радиочастотная катушка по п.19, в которой диаметр (D_S) и длина внешнего экранирующего элемента (100) катушки выбирается так, чтобы, по существу, подавлять потери излучения через внешний экранирующий элемент катушки на частоте магнитного резонанса.

24. Способ магнитно-резонансной визуализации, содержащий этапы, на которых:
формируют радиочастотное магнитное поле на частоте, которая возбуждает магнитный резонанс интересующей области объекта, при этом радиочастотное поле находится в интересующей области, а также в других областях объекта; и
экранируют части радиочастотного поля в других областях объекта для того, чтобы повысить радиочастотное поле в интересующей области.

25. Способ магнитно-резонансной визуализации по п.24, в котором радиочастотное поле экранируется посредством экранирующего элемента (72, 72₁, 72₂, 72₃, 72₄, 72₅, 172, 272) катушки, который проходит вокруг осевого конца активного элемента (70, 70₁, 170, 270) катушки, который формирует радиочастотное поле, причем способ дополнительно включает в себя этап, на котором:
регулируют по оси, по меньшей мере, часть экранирующего элемента катушки, которая идет вокруг осевого конца, чтобы подстроить резонансную частоту активного элемента катушки.