МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ РЕЖИМ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ КАТУШКИ МЕЖДУ ЛИНЕЙНЫМ РЕЖИМОМ I-КАНАЛА, ЛИНЕЙНЫМ РЕЖИМОМ Q-КАНАЛА, КВАДРАТУРНЫМ И АНТИКВАДРАТУРНЫМ РЕЖИМАМИ Российский патент 2011 года по МПК G01R33/34 

Данная заявка относится к технологиям магнитного резонанса. Она описывается с конкретным применением к формированию изображений магнитного резонанса. Однако она находит более общее применение в процессах магнитного резонанса в общем, включающих формирование изображений магнитного резонанса, спектроскопию магнитного резонанса и т.д.

Квадратурные корпусные катушки обычно используются в сканерах магнитного резонанса для обеспечения эффективной радиочастотной связи с большой интересующей областью, такой как туловище, ноги или другая часть объекта формирования изображения человека. Квадратурная корпусная катушка обычно является в общем цилиндрической по форме и имеет радиальную симметрию. Примеры включают в себя квадратурную катушку с корпусом в виде «клетки для птиц» и квадратурную поперечно-электромагнитную (TEM) корпусную катушку. Квадратурная корпусная катушка включает в себя входные плечи каналов I и Q, которые возбуждаются радиочастотной энергией с разностью фаз 90° для создания вращающегося поля В₁ для возбуждения магнитного резонанса. Схемы возбуждения обычно включают в себя единственный усилитель радиочастоты, генерирующий сигнал возбуждения, который расщепляется гибридной схемой на два компонента, предназначенные для каналов I и Q, соответственно. Гибридная схема также осуществляет фазовый сдвиг компонента, который предназначен для канала Q, на 90°.

Радиальная симметрия квадратурных корпусных катушек традиционно рассматривалась как существенное преимущество, так как они могут быть выполнены с возможностью создания по существу однородного поля В₁ по большому объему. Однако, когда катушка нагружена, взаимодействие входной радиочастотной энергии с диэлектрическими материалами объекта формирования изображения (такими как ткань, кость, кровь и т.д. в случае объекта формирования изображения человека) может создавать большие неоднородности поля В₁ через срез или другую область формирования изображения. Это называется нагрузкой катушки и становится все более проблематичным с увеличением асимметрии объекта формирования изображения человека (например, в случае «широкоплечего» или иным образом асимметричного объекта формирования изображения человека) и с увеличением напряженности статического (т.е. В₀) магнитного поля. Следовательно, неоднородности В₁ становятся все более проблематичными с развитием коммерческих сканеров магнитного резонанса от низких полей (например, 0,23 тесла, 1,5 тесла) до постепенно более высоких статических магнитных полей (например, 3 тесла, 7 тесла и т.д.).

Различные подходы использовались для адресации неоднородности В₁ квадратурных корпусных катушек, однако, каждый из этих подходов имеет определенные недостатки.

В некоторых подходах для возбуждения магнитного резонанса используется локальная катушка передачи или матрица катушек. Эти подходы устраняют использование квадратурной корпусной катушки в создании возбуждения магнитного резонанса, что означает, что преимущества, которые сделали квадратурные корпусные катушки популярными, (такие как большой объем возбуждения, удобное крепление во внутреннем канале трубки как сборочное устройство или крепление на вставляемой скользящим образом кольцевой модели, хорошо определенное распределение ненагруженного поля В₁, вращение поля В₁ и т.д.) потеряны.

В других подходах два отдельных усилителя радиочастоты используются для возбуждения входных плеч каналов I и Q. В некоторых вариантных подходах перекладины или стержни квадратурной корпусной катушки выполнены с возможностью ухудшения и возбуждаются отдельно или в группах различными усилителями радиочастоты. Эти подходы позволяют относительно точно адаптировать распределение поля В₁, но за счет дополнительных усилителей радиочастоты. Поскольку существующие сканеры магнитного резонанса обычно включают в себя единственный усилитель радиочастоты, добавление другого усилителя или группы усилителей вместе с сопутствующей радиочастотной кабельной сетью представляет собой существенную стоимость и сложность доработки.

В соответствии с одним аспектом, гибридные схемы (далее также упоминаемые как сборка гибридных схем) выполнены с возможностью оперативной связи радиочастотного сигнала возбуждения с квадратурной катушкой для возбуждения квадратурной катушки, имеющей входное плечо канала I и входное плечо канала Q. Гибридные схемы могут быть выполнены в одном из по меньшей мере двух режимов катушки, выбираемых из группы, состоящей из: (i) линейного режима I-канала, в котором входное плечо канала I возбуждается без возбуждения входного плеча канала Q; (ii) линейного режима Q-канала, в котором входное плечо канала Q возбуждается без возбуждения входного плеча канала I; (iii) квадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной положительной разностью фаз; и (iv) антиквадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной отрицательной разностью фаз.

В соответствии с другим аспектом, описывается способ, выполненный в сопряжении с гибридными схемами предыдущего абзаца. Определяется временная последовательность по меньшей мере из двух режимов катушки, которая создает радиочастотное возбуждение, которое компенсирует неоднородность В₁ квадратурной катушки посредством некоторого объекта. Магнитный резонанс возбуждается в этом объекте с использованием квадратурной катушки. Это возбуждение включает в себя управление гибридными схемами в соответствии с определенной временной последовательностью по меньшей мере из двух режимов катушки.

В соответствии с другим аспектом, описывается сканер магнитного резонанса. Основной магнит генерирует статическое магнитное поле по меньшей мере в области сканирования. Квадратурная катушка связана с областью сканирования. Квадратурная катушка имеет входное плечо канала I и входное плечо канала Q. Усилитель радиочастоты выполнен с возможностью генерации радиочастотного сигнала возбуждения около частоты магнитного резонанса. Гибридные схемы оперативно связывают радиочастотный сигнал возбуждения с квадратурной катушкой для возбуждения квадратурной катушки в выбираемом одном из по меньшей мере двух режимов катушки, выбираемых из группы, состоящей из: (i) линейного режима I-канала, в котором входное плечо канала I возбуждается без возбуждения входного плеча канала Q; (ii) линейного режима Q-канала, в котором входное плечо канала Q возбуждается без возбуждения входного плеча канала I; (iii) квадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной положительной разностью фаз; и (iv) антиквадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной отрицательной разностью фаз.

В соответствии с другим аспектом, описывается способ возбуждения магнитного резонанса с использованием квадратурной катушки, имеющей входные плечи каналов I и Q. Радиочастотный сигнал возбуждения расщепляется на два компонента сигнала возбуждения. По меньшей мере один из компонентов сигнала возбуждения избирательно модифицируется для создания рабочих компонентов сигнала возбуждения, причем эта избирательная модификация включает в себя по меньшей мере одно из: (i) фазового сдвига по меньшей мере одного из компонентов сигнала возбуждения на положительное или отрицательное кратное 90°; и (ii) завершения одного из компонентов сигнала возбуждения. Рабочие компоненты сигнала возбуждения применяются к входным плечам I-канала и Q-канала квадратурной катушки для возбуждения магнитного резонанса.

В соответствии с другим аспектом, описывается устройство для использования в управлении квадратурной катушкой, имеющей входные плечи каналов I и Q для возбуждения магнитного резонанса. Схема выполнена с возможностью расщепления радиочастотного сигнала возбуждения на два компонента сигнала возбуждения. Дополнительные схемы выполнены с возможностью избирательной модификации компонентов сигнала возбуждения для создания одного из дискретного числа двух или нескольких рабочих режимов катушки.

Одно преимущество находится в обеспечении повышенной гибкости в вычислении неоднородности В₁ квадратурной корпусной катушки без добавленной стоимости дополнительного усилителя (или усилителей) радиочастоты и связанной с ним радиочастотной кабельной сети.

Другое преимущество находится в обеспечении удобной и эффективной регулировки существующих сканеров магнитного резонанса.

Другое преимущество находится в упрощенной конфигурации сканера магнитного резонанса для компенсации неоднородности различающегося В₁, налагаемой различными формами корпуса.

Другие преимущества данного изобретения явствуют для специалистов обычной квалификации в данной области техники по прочтении и понимании следующего подробного описания.

Изобретение может принимать форму в различных компонентах и схемах организации компонентов и в различных стадиях или схемах организации стадий. Чертежи даны только с целью иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны толковаться как ограничивающие изобретение.

Фиг. 1 схематично показывает сканер магнитного резонанса, включающий в себя переключаемые гибридные схемы для управления квадратурной корпусной катушкой в двух или нескольких различных режимах.

Фиг. 2 схематично показывает систему радиочастотного возбуждения сканера фиг. 1, включающую в себя единственный усилитель радиочастоты, переключаемые гибридные схемы и квадратурную корпусную катушку.

Фиг. 3 схематично показывает подробности переключаемых гибридных схем фиг. 1 и 2.

Фиг. 4 схематично показывает различные переключаемые гибридные схемы, которые не строятся на существующей стандартной гибридной схеме.

Фиг. 5 схематично показывает различные переключаемые гибридные схемы, которые обеспечивают только линейный режим I-канала, линейный режим Q-канала и квадратурные режимы.

Фиг. 6 показывает центральные поперечные |В₁ ⁺|-поля для каждого из линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов катушки для моделирования эллиптического контура тела больного с заболеванием сердца в статическом (В₀) магнитном поле 3 тесла.

Фиг. 7 показывает центральное поперечное модифицированное распределение углов переброса из одного состояния в другое для эллиптического контура тела больного с заболеванием сердца для усредненного по времени радиочастотного импульса возбуждения, в котором линейный режим I-канала и линейный режим Q-канала усреднены по времени последовательно с длительностями времени τ_0°=0,953τ и τ_90°=0,753τ, соответственно.

Фиг. 8 показывает центральное поперечное модифицированное распределение углов переброса из одного состояния в другое для эллиптического контура тела больного с заболеванием сердца для усредненного по времени радиочастотного импульса возбуждения, в котором квадратурный и антиквадратурный режимы усреднены по времени последовательно с длительностями времени τ_а=0,492τ и τ_аq=0,815τ, соответственно.

Со ссылкой на фиг. 1, сканер 10 магнитного резонанса включает в себя корпус 12 сканера, в котором пациент 16 или другой объект по меньшей мере частично расположен. Хотя описание дано со ссылкой на сканер типа внутреннего канала трубки, следует понимать, что сканером мог бы также быть сканер открытого магнита или другой тип сканера магнитного резонанса. Защитный изолирующий вкладыш 18 канала корпуса 12 сканера по выбору обкладывает обычно цилиндрический внутренний канал трубки или отверстие корпуса 12 сканера, внутри которого расположен объект 16. Основной магнит 20, расположенный в корпусе 12 сканера, управляется контроллером 22 основного магнита для генерации статического (В₀) магнитного поля по меньшей мере в области сканирования, включающей по меньшей мере часть объекта 16. Обычно основным магнитом 20 является постоянный сверхпроводящий магнит, окруженный криоэкраном 24. В некоторых вариантах осуществления, основной магнит 20 генерирует основное магнитное поле по меньшей мере около 0,2 тесла, такое как 0,23 тесла, 1,5 тесла, 3 тесла, 7 тесла и т.д. Катушки 28 градиента магнитного поля расположены в корпусе 12 или на нем для наложения выбранных градиентов магнитного поля на основное магнитное поле по меньшей мере в области сканирования. Обычно, катушки градиентов магнитного поля включают в себя катушки для создания трех ортогональных градиентов магнитного поля, таких как х-градиент, у-градиент и z-градиент.

Обычно цилиндрическая квадратурная корпусная катушка 30 смонтирована по существу коаксиально с внутренним каналом трубки сканера 10 магнитного резонанса. В некоторых вариантах осуществления, квадратурная корпусная катушка 30 является постоянным креплением, смонтированным на диэлектрической модели или другом держателе, который может быть скользящим образом вставлен во внутренний канал трубки сканера 10 магнитного резонанса или удален из него, или скользящим образом вставлен в кольцевую розетку корпуса 10 сканера или удален из нее. В некоторых вариантах осуществления, квадратурной катушкой 30 является локальная квадратурная объемная катушка для локального формирования изображения анатомии, такая как головная квадратурная катушка или коленная квадратурная катушка. В некоторых вариантах осуществления, квадратурной корпусной катушкой 30 является квадратурная катушка в виде «клетки для птиц», включающая в себя множество перекладин, расположенных в общем параллельно с осью внутреннего канала трубки и оперативно соединенных между собой посредством двух или нескольких концевых колец, концевых крышек или других завершающих структур, расположенных в противоположных концах перекладин или около них. В некоторых вариантах осуществления, квадратурной корпусной катушкой 30 является квадратурная поперечно-электромагнитная (ТЕМ) катушка, включающая в себя множество стержней, расположенных в общем параллельно с осью внутреннего канала трубки и оперативно соединенных между собой посредством обычно кольцевого радиочастотного экрана, по существу окружающего эти стержни. Квадратурная корпусная катушка 30 по выбору включает в себя электрические емкости, индуктивности, сопротивления, дроссели, транзисторы, реле или другие компоненты для обеспечения радиочастотной настройки, развязки, блокирования или захвата тока или другую функциональность.

В некоторых вариантах осуществления, квадратурная корпусная катушка 30 выполняет функции как передачи, так и приема. А именно, квадратурная корпусная катушка 30 возбуждается извне для возбуждения магнитного резонанса в объекте 16 и также используется для приема сигналов магнитного резонанса, генерируемых этим возбуждением. В некоторых вариантах осуществления, квадратурная корпусная катушка 30 выполняет функцию передачи, а отдельная катушка 34 приема принимает сигналы, генерируемые возбуждением. Необязательной отдельной катушкой 34 приема может быть поверхностная катушка, как показано, или поверхностная матрица катушек, или катушка руки, катушка ноги или другая локальная катушка. Также предусмотрено выполнение квадратурной корпусной катушкой 30 функции передачи и выполнение отдельной квадратурной корпусной катушкой (не показана) функции приема. В некоторых вариантах осуществления, сканер 10 может быть выполнен таким образом, что в некоторых применениях формирования изображения квадратурная корпусная катушка 30 выполняет функции как передачи, так и приема, тогда как в других применениях формирования изображения квадратурная корпусная катушка 30 выполняет функцию передачи, а отдельная катушка приема выполняет функцию приема. Необязательная отдельная катушка приема обычно включает в себя схемы расстройки (рассогласования), которые расстраивают (сбивают настройку) катушку приема во время фазы передачи для того, чтобы избежать перегрузки катушки приема.

С продолжением ссылки на фиг. 1 и с дополнительной ссылкой на фиг. 2 и 3, во время сбора данных спектроскопии магнитного резонанса усилитель 38 радиочастоты генерирует радиочастотный сигнал возбуждения около частоты магнитного резонанса. Этот сигнал возбуждения подается в гибридные схемы 40, откуда в свою очередь подается во входные плечи 42, 44 каналов I и Q квадратурной корпусной катушки 30. Гибридные схемы 40 включают в себя стандартную гибридную схему 46, которая расщепляет радиочастотный сигнал возбуждения на два компонентных сигнала возбуждения и осуществляет фазовый сдвиг одного из расщепленных компонентных сигналов возбуждения на выбранный фазовый сдвиг, такой как 90°, таким образом, чтобы создать стандартные квадратурные компоненты сигнала возбуждения. Гибридные схемы 40 далее включают в себя дополнительные схемы 50, которые по выбору модифицируют выход гибридной схемы 46 для создания сигналов возбуждения для реализации выбранного одного из нескольких дискретных рабочих режимов катушки, таких как: (i) линейный режим I-канала, в котором входное плечо 42 канала I возбуждается в опорной фазе без возбуждения входного плеча 44 канала Q, (ii) линейный режим Q-канала, в котором входное плечо канала Q возбуждается в опорной фазе плюс выбранный фазовый сдвиг без возбуждения входного плеча канала I, (iii) квадратурный режим, в котором входное плечо 42 канала I возбуждается в опорной фазе, и входное плечо канала Q возбуждается в опорной фазе плюс выбранный фазовый сдвиг, и (iv) антиквадратурный, в котором входное плечо 42 канала I возбуждается в опорной фазе, и входное плечо 44 канала Q возбуждается усилителем радиочастоты в опорной фазе минус выбранный фазовый сдвиг. В некоторых вариантах осуществления, выбранный фазовый сдвиг равен 90°.

С продолжающейся ссылкой на фиг. 1, по выбору контроллер 54 градиентов магнитного поля управляет катушками 28 градиентов магнитного поля для пространственной локализации возбуждения магнитного резонанса в пластине или другой локализованной области. По выбору, контроллер 54 градиента магнитного поля управляет катушками 28 градиента магнитного поля для приложения одного или нескольких импульсов градиента магнитного поля пространственного кодирования.

В варианте осуществления фиг. 1, радиочастотный приемник 56 оперативно подключен к показанной локальной катушке 34 для считывания сигналов магнитного резонанса во время фазы считывания последовательности магнитного резонанса. Альтернативно, в некоторых вариантах осуществления, радиочастотный приемник 56 оперативно соединен с входными плечами 42, 44 каналов I и Q квадратурной корпусной катушки 30 во время фазы считывания, с соответствующими радиочастотными схемами, обеспеченными для переключения между рабочим соединением квадратурной корпусной катушки 30 с гибридными схемами 40 во время фазы передачи и оперативным соединением с радиочастотным приемником 56 во время фазы считывания. По выбору, контроллер 54 градиента магнитного поля управляет катушками 28 градиента магнитного поля во время фазы считывания для обеспечения дополнительного пространственного кодирования (т.е. кодирования считывания) сигналов магнитного резонанса.

Образцы магнитного резонанса, собранные во время считывания, сохраняются в буфере 58 данных. Процессор 60 данных магнитного резонанса выполняет обработку собранных данных магнитного резонанса для извлечения полезной информации. В применениях формирования изображения, процессор 60 данных соответствующим образом выполняет реконструкцию изображения с использованием быстрого преобразования Фурье или других алгоритмов реконструкции изображения, согласующихся с выбранным пространственным кодированием, примененным во время генерации данных магнитного резонанса. В спектроскопических приложениях, эта обработка, выполняемая процессором 60 данных, может включать в себя, например, выполнение операций спектрального быстрого преобразования Фурье для восстановления химического сдвига и данных J-связи. Результирующие обработанные данные (например, изображения, спектры и т.д.) соответствующим образом сохраняются в памяти 62 данных/изображений, отображаются на пользовательском интерфейсе 64, распечатываются, передаются по Интернет или локальной вычислительной сети, сохраняются на энергонезависимом носителе данных или используются иным образом. В примерной конфигурации, показанной на фиг. 1, пользовательский интерфейс 64 также сопрягает специалиста по радиологии или другого оператора с контроллером 66 сканера для управления сканером 10 магнитного резонанса. В других вариантах осуществления, может быть обеспечен отдельный интерфейс управления сканером.

Со ссылкой на фиг. 3, переключаемые гибридные схемы 40 основаны на стандартной гибридной схеме 46, которая выдает стандартные квадратурные компоненты сигнала возбуждения посредством расщепления радиочастотного сигнала 70 возбуждения, выданного единственным усилителем 38 радиочастоты, на два компонентных сигнала 72, 74 возбуждения, где компонентные сигналы 74 возбуждения, предназначенные для возбуждения Q-канала, сдвинуты по фазе на 90°. Дополнительные схемы 50 принимают компонентные сигналы 72, 74 возбуждения и избирательно реализуют один из четырех рабочих режимов катушки посредством соответствующих параметров настройки четырех высокоскоростных переключателей, обозначенных на фиг. 3 как “S1”, “S2”, “S3” и “S4”. Переключатели “S1” и “S3” работают на сигнале 72 возбуждения, предназначенном для I-канала, и избирательно применяют один из фазовращателей 76 на 180°, или завершают сигнал 72, и входную ветвь 42 I-канала с использованием соответствующих импедансов, таких как показанные импедансы 78, 80 в 50 Ом, которые совпадают со стандартным входным импедансом в 50 Ом входного плеча 42 I-канала. (Могут использоваться и другие импедансы, обычно выбираемые равными импедансу входного плеча I-канала). Переключатели “S2” и “S4” работают на сигнале 74 возбуждения, предназначенном для Q-канала, и избирательно применяют один из фазовращателей 82 на 0° (по выбору реализованный посредством простого проводного соединения), фазовращатель 86 на 180°, или завершают сигнал 74, и входное плечо 44 Q-канала с использованием соответствующих импедансов, таких как показанные импедансы 88, 90 в 50 Ом, которые совпадают со стандартным входным импедансом в 50 Ом входного плеча 44 Q-канала. (Могут использоваться и другие импедансы, обычно выбираемые равными импедансу входного плеча Q-канала).

Как детализовано в таблице 1, посредством избирательной работы четырех высокоскоростных переключателей “S1”, “S2”, “S3”, “S4” может быть выбран любой один из четырех выбираемых режимов катушки. Компонентные сигналы 72, 74 возбуждения, введенные в дополнительную сеть 50, имеют фазы 0° (т.е. опорную фазу) и 90°, соответственно. Более общим образом, гибридная схема 46 придает выбранный фазовый сдвиг между опорной фазой компонентного сигнала 72 возбуждения и фазой сигнала 74 возбуждения. Разности фаз таблицы 1 предполагают, что гибридная схема 46 придает разность фаз 90° между опорной фазой компонентного сигнала 72 возбуждения и фазой компонентного сигнала 74 возбуждения. Более общим образом, если гибридная схема 46 придает выбранную разность фаз между опорной фазой компонентного сигнала 72 возбуждения и фазой компонентного сигнала 74 возбуждения, то квадратурный режим будет возбуждать входные плечи как канала I, так и канала Q с выбранной разностью фаз, тогда как антиквадратурный режим будет возбуждать входные плечи как канала I, так и канала Q с разностью фаз, равной выбранной разности фаз минус 180°.

Таблица 1 Рабочие режимы катушки для гибридных схем фиг. 3 Режим S1 S2 S3 S4 Фаза I-канала Фаза
Q-канала Разность фаз Линейный
I-канал 180° 50Ω 180° 50Ω 180° 50Ω - Линейный
Q-канал 50Ω 180° 50Ω 180° 50Ω 270° - Квадра-
турный 180° 180° 180° 180° 180° 270° +90° Антиквадра-
турный 180° 0° 180° 0° 180° 90° -90°

По выбору, гибридная схема 46 масштабирует компонентные сигналы 72, 74 возбуждения посредством первого и второго выбранных коэффициентов масштабирования, соответственно. Такое масштабирование может, например, вычислять неизотропный интересующий объем, известную типичную асимметрию объекта (например, объект-человек, лежащий на опоре внутри горизонтального внутреннего канала трубки, обычно имеет больше массы вдоль горизонтального направления по сравнению с вертикальным направлением из-за плечей) и т.д. Если первый и второй выбранные коэффициенты масштабирования равны, то пространственно изотропное поле В₁ обычно генерируется в полях квадратурного и антиквадратурного режимов в отсутствие нагрузки катушки. Вместо реализации первого и второго выбранных коэффициентов масштабирования в гибридной схеме 46, эти амплитудные сдвиги могут быть реализованы в дополнительных схемах 50.

Переключаемые гибридные схемы 40 фиг. 3 являются примером. Другие схемы могут быть сгенерированы для обеспечения двух или нескольких выбираемых рабочих режимов катушки. Переключаемые гибридные схемы 40 фиг. 3 включают в себя стандартную гибридную схему 46, которая является компонентом типичной стандартной системой радиочастотного возбуждения, использующей квадратурную корпусную катушку. Соответственно, такая существующая система легко регулируется для обеспечения выбираемых линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов катушки путем добавления дополнительных схем 50. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления гибридная схема 46 может быть заменена гибридными схемами, которые не построены на существующей гибридной схеме 46.

Со ссылкой на фиг. 4, например, модифицированные переключаемые гибридные схемы 40' подобны гибридным схемам 40 фиг. 3, за исключением того, что стандартная гибридная схема 46 была заменена расщепителем 46' сигналов, который не придает фазовый сдвиг 90° между компонентными сигналами 72, 74' возбуждения (а именно, компонентный сигнал 74' возбуждения имеет ту же самую фазу, что и компонентный сигнал 72 возбуждения). Для компенсации этого изменения модифицированные дополнительные схемы 50' опускают фазовращатель 76 на 180° (заменяя его прямым проводным соединением, обеспечивающим номинальный фазовый сдвиг 0°) и заменяют фазовращатели 82 и 86 на 0° и 180° фиг. 3 фазовращателями 82' и 86' на -90° (т.е. 270°) и 90°. Параметры настройки переключения для линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов катушки для гибридных схем фиг. 4 показаны в таблице 2.

Таблица 2 Рабочие режимы катушки для гибридных схем фиг. 4 Режим S1 S2 S3 S4 Фаза I-канала Фаза
Q-канала Разность фаз Линейный
I-канал 0° 50Ω 0° 50Ω 0° 50Ω - Линейный
Q-канал 50Ω 90° 50Ω 90° 50Ω 90° - Квадра-
турный 0° 90° 0° 90° 0° 90° +90° Антиквадра-
турный 0° -90° 0° -90° 0° -90° -90°

Со ссылкой на фиг. 5 показаны другие примерные гибридные схемы 40'', которые идентичны гибридным схемам 40 фиг. 3, за исключением того, что дополнительные схемы 50 модифицированы на фиг. 5 для создания дополнительных схем 50'', которые опускают фазовращатель 82 на 0° и заменяют тройные переключатели “S2” и “S4” на двойные переключатели “S2” и “S4”. Эффектом этих изменений является опускание антиквадратурного режима. А именно, работа гибридных схем 40'' фиг. 5 такова, как изложено в таблице 1, за исключением того, что антиквадратурный режим недоступен.

Примерные гибридные схемы 40, 40', 40'' демонстрируют, что есть различные способы реализации описанных переключаемых гибридных схем, обеспечивающих множество дискретных рабочих режимов катушки. Эти примеры не являются исчерпывающими - другие конфигурации схем могут быть построены для обеспечения идентичных рабочих режимов катушки, подмножество линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов или дополнительные, или другие рабочие режимы катушки.

В некоторых вариантах осуществления, переключатели гибридных схем 40, 40', 40'' являются высокоскоростными переключателями, например, работающими в миллисекундном, подмиллисекундном или более быстром диапазоне таким образом, чтобы дать возможность усреднить по времени доступные рабочие режимы катушки в пределах временного кадра единственного радиочастотного импульса возбуждения и пакета импульсов. Некоторыми подходящими высокоскоростными переключателями являются основанные на полупроводниках электрически активируемые переключатели, такие как переключающие полевые транзисторы. Путем соответствующего усреднения по времени, например, линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов катушки, каждый из которых работает с выбранной радиочастотной мощностью или выходом амплитуды, усилителем 38 радиочастоты, пространственная неоднородность В₁ может быть скомпенсирована.

Со ссылкой на фиг. 6, описывается принцип компенсации усреднения по времени неоднородности В₁. Фиг. 6 показывает |В₁ ⁺|-поля передачи для каждого из линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов катушки, реализуемые гибридной схемой 40 для моделирования эллиптического контура тела больного с заболеванием сердца (отношение размеров=19 см/35 см=0,54, длина=34 см, удельная электропроводность=0,5S/m и относительная диэлектрическая проницаемость=78), помещенного в квадратурную корпусную катушку в статическом (В₀) магнитном поле 3 тесла. В картах |В₁ ⁺|-поля фиг. 6 (а также в модифицированных распределениях углов переброса из одного состояния в другое фиг. 7 и 8), области около средней интенсивности |В₁ ⁺|-поля (угла переброса) показаны с более белыми значениями серой шкалы, тогда как области низкой или высокой интенсивности |В₁ ⁺|-поля (угла переброса) показаны более темными значениями серой шкалы. А именно, относительно однородные области являются более белыми, тогда как области, по существу дающие вклад в неоднородность, являются более темными. Существенные пространственные неоднородности видны для каждого из рабочих режимов катушки, главным образом из-за эффектов токов диэлектрика и вихревых токов в контуре тела больного с заболеванием сердца. Усредненное поле В₁ может быть сгенерировано посредством переключения между двумя или несколькими рабочими режимами катушки во время генерации единственного импульса или пакета импульсов В₁ с использованием гибридных схем 40, 40', 40''. Угол переброса, обеспеченный заданным полем В₁ во времени, задается следующим образом:

где γ- гиромагнитное отношение.

Для постоянной амплитуды, выдаваемой усилителем 38 радиочастоты, угол переброса, создаваемый линейным рабочим режимом I-канала катушки, соответствующим образом записывается как: γ|В₁ ⁺|_0°τ_0°, где |В₁ ⁺|_0° - распределение поля В₁ для линейного режима I-канала, а τ_0° - время, на котором применяется линейный режим I-канала. Подобным же образом, угол переброса, создаваемый линейным рабочим режимом Q-канала катушки, соответствующим образом записывается как: γ|В₁ ⁺|_90°τ_90°, где |В₁ ⁺|_90° - распределение поля В₁ для линейного режима Q-канала, а τ_90° - время, на котором применяется линейный режим Q-канала. Угол переброса, создаваемый квадратурным рабочим режимом катушки, соответствующим образом записывается как: γ|В₁ ⁺|_qτ_q, где |В₁ ⁺|_q - распределение поля В₁ для квадратурного режима, а τ_q - время, на котором применяется квадратурный режим. Угол переброса, создаваемый антиквадратурным рабочим режимом катушки, соответствующим образом записывается как: γ|В₁ ⁺|_aqτ_aq, где |В₁ ⁺|_aq - распределение поля В₁ для антиквадратурного режима, а τ_aq - время, на котором применяется антиквадратурный режим. Усредненный по времени выход для усреднения по времени последовательно линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и антиквадратурного рабочих режимов катушки (игнорирующих любую спиновую релаксацию, что является хорошей аппроксимацией для высокоскоростного переключения, т.е. подмиллисекундного переключения между рабочими режимами) дается линейной комбинацией:

В действительности, уравнение (2) предусматривает взвешенную по времени комбинацию четырех образцов поля В₁, показанных на фиг. 6, для генерации эффективного импульса или пакета импульсов угла переброса θ.

Со ссылкой на фиг. 7, в одном подходе, улучшающем однородность общего угла переброса, линейный режим I-канала и линейный режим Q-канала усредняются по времени последовательно с длительностями времени τ_0°=0,953τ и τ_90°=0,753τ, где τ - коэффициент масштабирования, выбираемый для достижения желаемой длительности радиочастотного импульса возбуждения. Модулированный угол переброса θ=γ|В₁ ⁺|_0°τ_0°+γ|В₁ ⁺|_90°τ_90° тогда имеет распределение, показанное на фиг. 7, с безразмерным стандартным отклонением 0,188. Это является 40%-ным уменьшением в стандартном отклонении по сравнению с работой с использованием чистого квадратурного режима.

Со ссылкой на фиг. 8, показан результат, когда квадратурный и антиквадратурный режимы усредняются по времени последовательно с длительностями времени τ_a=0,492τ и τ_aq=0,815τ. Модулированный угол переброса θ=γ|В₁ ⁺|_aτ_a+γ|В₁ ⁺|_aqτ_aq тогда имеет распределение, показанное на фиг. 8, с безразмерным стандартным отклонением 0,165. Это является 47%-ным уменьшением в стандартном отклонении по сравнению с работой с использованием чистого квадратурного режима.

Каждый из примеров фиг. 7 и 8 комбинирует только два рабочих режима катушки. Дополнительное улучшение однородности ожидается посредством комбинирования трех, четырех или большего количества различных рабочих режимов катушки.

Опять со ссылкой на фиг. 1, различные способы могут использоваться для определения подходящей комбинации усредненных по времени режимов для достижения улучшенной пространственной однородности углов переброса спинов в данном объекте. В общем, генератор 94 последовательностей задания переключений соответствующим образом определяет параметры усреднения по времени τ_0°, τ_90°, τ_q и τ_aq (или некоторое подмножество этих параметров, если будут усредняться не все рабочие режимы катушки, или эквивалентные параметры, если гибридные схемы выполнены с возможностью обеспечения других рабочих режимов). В одном подходе, генератор 94 последовательностей задания переключений предварительно задается и сохраняется путем загрузки справочной таблицы, определяющей последовательности задания переключений для гибридных схем 40, 40', 40'' для коррекции соответствующей неоднородности В₁, обусловленной нагрузками катушки различных размеров и отношений размеров. Предварительное сканирование формирования изображения магнитного резонанса объекта может быть выполнено для определения размера и отношения размеров объекта формирования изображения, и соответствующие параметры для каждого дискретного режима могут быть получены из справочной таблицы. В других вариантах осуществления, генератор 94 последовательностей задания переключений может включать в себя имитатор конечных элементов, который оптимизирует параметры τ_0°, τ_90°, τ_q и τ_aq относительно параметра однородности с использованием диэлектрической карты, вычисленной из предварительного сканирования объекта. В других вариантах осуществления, анализатор или датчик магнитного поля, подключенный к локальной катушке 34 или к специальному зонду, может анализировать или измерять фактические углы переброса В₁, достигаемые каждым из множества пилотных импульсов. Эти параметры могут регулироваться динамически или итеративно, пока не будет фактически достигнута целевая однородность углов переброса.

Порядок применения линейного режима I-канала, линейного режима Q-канала, квадратурного и/или антиквадратурного режимов в последовательности усредненных по времени импульсов радиочастотного возбуждения не является определяющим. В зависимости от резкости операций переключения, может быть выгодно использовать определенные порядки, которые дают возможность осуществлять постепенные или сглаженные переходы от одного режима к следующему режиму. Например, из таблицы 1 можно видеть, что последовательность режимов линейный I-канал/антиквадратурный/квадратурный/линейный Q-канал включает в себя изменение только двух из четырех переключателей “S1”, “S2”, “S3”, “S4” для каждого перехода, что может быть выгодно в уменьшении переходных процессов.

Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут прийти на ум специалистам по прочтении и понимании предыдущего подробного описания. Предполагается, что изобретение будет толковаться как включающее в себя все такие модификации и изменения в пределах объема прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Предлагается сборка гибридных схем (40, 40', 40'') для оперативного связывания радиочастотного сигнала (70) возбуждения с квадратурной катушкой (30), которые могут конфигурироваться в одном из по меньшей мере двух режимов катушки из группы, состоящей из (i) линейного режима I-канала, в котором входное плечо (42) канала I возбуждается без возбуждения входного плеча (44) канала Q, (ii) линейного режима Q-канала, в котором входное плечо канала Q возбуждается без возбуждения входного плеча канала I, (iii) квадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной положительной разностью фаз, и (iv) антиквадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной отрицательной разностью фаз. Обеспечивается компенсация неоднородности переменного поля B₁. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил. 2 табл.

1. Сборка гибридных схем (40, 40', 40''), выполненная с возможностью оперативно связывать радиочастотный сигнал (70) возбуждения с квадратурной катушкой (30) для возбуждения квадратурной катушки, имеющей входное плечо (42) канала I и входное плечо (44) канала Q, причем эти гибридные схемы могут конфигурироваться в одном из по меньшей мере двух режимов катушки, выбираемых из группы, состоящей из (i) линейного режима I-канала, в котором входное плечо канала I возбуждается без возбуждения входного плеча канала Q, (ii) линейного режима Q-канала, в котором входное плечо канала Q возбуждается без возбуждения входного плеча канала I, (iii) квадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной положительной разностью фаз, и (iv) антиквадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной отрицательной разностью фаз.

2. Сборка гибридных схем (40, 40', 40'') по п.1, в которой выбранные положительная и отрицательная разности фаз равны +90° и -90° соответственно.

3. Сборка гибридных схем (40, 40', 40'') по п.2, в которой по меньшей мере два режима катушки включают в себя все четыре режима катушки (i), (ii), (iii) и (iv).

4. Сборка гибридных схем (40, 40', 40'') по п.1, где сборка гибридных схем (40, 40', 40'') может переключаться между режимами катушки с подмиллисекундной скоростью переключения для того, чтобы дать возможность осуществлять компоновку временной вариации радиочастотного импульса возбуждения для компенсации нагрузки катушки.

5. Сборка гибридных схем (40, 40', 40'') по п.1, дополнительно включающая:
переключатели (S₁, S₂, S₂', S₃, S₄, S₄') для переключения среди по меньшей мере двух режимов катушки, выбранных из группы (i), (ii), (iii), (iv).

6. Сборка гибридных схем (40, 40', 40'') по п.1, где сборка гибридных схем (40, 40', 40'') масштабирует возбуждение входного плеча (42) канала I посредством первого заданного коэффициента масштабирования, и гибридная схема масштабирует возбуждение входного плеча (44) канала Q посредством второго заданного коэффициента масштабирования.

7. Сборка гибридных схем (40, 40', 40'') по п.6, в которой первый заданный коэффициент масштабирования равен второму заданному коэффициенту масштабирования.

8. Способ, выполняемый в сопряжении со сборкой гибридных схем (40, 40', 40'') по п.1, причем этот способ содержит:
определение временной последовательности по меньшей мере из двух режимов катушки, которая создает радиочастотное возбуждение, которое компенсирует неоднородность B₁ квадратурной катушки (30) объектом (16); и
возбуждение магнитного резонанса в объекте с использованием квадратурной катушки, причем это возбуждение включает в себя управление сборкой гибридных схем в соответствии с определенной временной последовательностью по меньшей мере из двух режимов катушки.

9. Способ по п.8, в котором квадратурной катушкой является одно из квадратурной корпусной катушки (30) и квадратурной катушки-головки.

10. Сканер магнитного резонанса, содержащий:
основной магнит (20, 22) для генерации статического магнитного поля по меньшей мере в области сканирования;
квадратурную катушку (30), связанную с областью сканирования, причем эта квадратурная катушка имеет входное плечо (42) канала I и входное плечо (44) канала Q;
усилитель (38) радиочастоты, выполненный с возможностью генерации радиочастотного сигнала (70) возбуждения около частоты магнитного резонанса; и
сборку гибридных схем (40, 40', 40''), оперативно связывающую радиочастотный сигнал возбуждения с квадратурной катушкой для возбуждения квадратурной катушки в выбираемом одном из по меньшей мере двух режимов катушки, выбранных из группы, состоящей из (i) линейного режима I-канала, в котором входное плечо канала I возбуждается без возбуждения входного плеча канала Q, (ii) линейного режима Q-канала, в котором входное плечо канала Q возбуждается без возбуждения входного плеча канала I, (iii) квадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной положительной разностью фаз, и (iv) антиквадратурного режима, в котором входные плечи как канала I, так и канала Q возбуждаются с выбранной отрицательной разностью фаз.

11. Сканер магнитного резонанса по п.10, в котором квадратурной катушкой является одно из квадратурной корпусной катушки (30) и квадратурной катушки-головки.

12. Сканер магнитного резонанса по п.10, в котором по меньшей мере два режима катушки включают в себя все режимы катушки (i), (ii), (iii) и (iv).

13. Сканер магнитного резонанса по п.10, в котором выбранная положительная разность фаз равна +90°, а выбранная отрицательная разность фаз равна -90°.

14. Сканер магнитного резонанса по п.13, в котором сборка гибридных схем (40, 40'') включает в себя:
гибридную схему (46), которая расщепляет радиочастотный сигнал (70) возбуждения на два компонентных сигнала (72, 74) возбуждения с разностью фаз 90° между ними; и
дополнительную сборку схем (50, 50''), включающую в себя по меньшей мере множество переключателей (S1, S2, S2', S3, S4, S4'), которые избирательно модифицируют и передают два компонентных сигнала возбуждения ко входным плечам (42, 44) каналов I и Q квадратурной катушки (30) в соответствии с выбранным режимом катушки.

15. Сканер магнитного резонанса по п.14, в котором дополнительная сборка схем (50, 50'') дополнительно включает в себя один или несколько фазовращателей (76, 82, 86).

16. Сканер магнитного резонанса по п.10, дополнительно включающий в себя:
генератор (94) последовательностей задания переключений для генерации последовательности задания переключений, выполняемой сборкой гибридных схем (40, 40', 40'') для коррекции соответствующей неоднородности B₁ во время возбуждения магнитного резонанса.

17. Сканер магнитного резонанса по п.16, в котором генератор (94) последовательностей задания переключений включает в себя:
справочную таблицу нагрузок, определяющей последовательности задания переключений для сборки гибридных схем (40, 40', 40'') для коррекции соответствующей неоднородности B₁.

18. Способ возбуждения магнитного резонанса с использованием квадратурной катушки (30), имеющей входные плечи (42, 44) каналов I и Q, причем этот способ содержит:
расщепление радиочастотного сигнала (70) возбуждения на два компонента (72, 74, 74') сигнала возбуждения;
избирательную модификацию по меньшей мере одного из компонентов сигнала возбуждения для создания рабочих компонентов сигнала возбуждения, причем эта избирательная модификация включает в себя по меньшей мере одно из (i) фазового сдвига по меньшей мере одного из компонентов сигнала возбуждения на положительное или отрицательное кратное 90° и (ii) завершения одного из компонентов сигнала возбуждения; и
приложение рабочих компонентов сигнала возбуждения к входным плечам I-канала и Q-канала квадратурной катушки для возбуждения магнитного резонанса.

19. Способ по п.18, дополнительно включающий в себя:
определение изменяющейся во времени последовательности задания переключений, выполненной с возможностью компенсации нагрузки квадратурной катушки (30) объектом (16); и
выполнение избирательной модификации и применение в соответствии с определенной изменяющейся во времени последовательности задания переключений для возбуждения магнитного резонанса в объекте с использованием квадратурной катушки.

20. Устройство для использования в управлении квадратурной катушкой (30), имеющей входные плечи (42, 44) каналов I и Q для возбуждения магнитного резонанса, причем это устройство содержит:
схему (46, 46'), выполненную с возможностью расщепления радиочастотного сигнала (70) возбуждения на два компонента (72, 74, 74') сигнала возбуждения; и
дополнительную сборку схем (50, 50', 50''), выполненную с возможностью избирательной модификации компонентов сигнала возбуждения для создания одного дискретного числа из двух или нескольких рабочих режимов катушки.

21. Устройство по п.20, в котором дополнительная сборка схем (50, 50', 50'') включают в себя:
фазовращатель (76, 82, 82', 86, 86') для фазового сдвига одного из компонентов (72, 74, 74') сигнала возбуждения на положительное или отрицательное кратное 90°; и
переключаемый импеданс (78, 88) для избирательного завершения одного из компонентов сигнала возбуждения.

22. Устройство по п.21, в котором фазовращатель (76, 82, 82', 86, 86') включает в себя по меньшей мере два фазовращателя с по меньшей мере одним фазовращателем, избирательно работающим на каждом из двух компонентов (72, 74, 74') сигнала возбуждения, и переключаемый импеданс (78, 88) включает в себя два переключаемых импеданса с одним переключаемым импедансом, избирательно завершающим каждый из двух компонентов сигнала возбуждения.

23. Устройство по п.20, в котором схема (46, 46') включает в себя:
гибридную схему (46), выполненную с возможностью расщепления радиочастотного сигнала (70) возбуждения на I и Q компоненты (72, 74) сигнала возбуждения с фазовым сдвигом 90° между ними.