МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ЭНДОРЕКТАЛЬНЫЕ КАТУШКИ И ИНТЕРФЕЙСНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ НИХ Российский патент 2014 года по МПК A61B5/05 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка претендует на приоритет заявки на предварительный патент США №61/360 646 под названием «Многоканальные эндоректальные катушки и интерфейсные устройства для них», поданной 1 июля 2010, содержание которой включается в данный документ посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретения

[0002] Настоящее изобретение в общем относится к устройствам и способам получения изображений и спектров анатомических структур с помощью магнитно-резонансных (MR) устройств. Более конкретно, настоящее изобретение относится ко многим вариантам осуществления многоканальной решетки поверхностных катушек и связанных интерфейсных устройств, способных предоставлять изображения и спектроскопические результаты по MR сигналам, получаемым от ядер, возбуждаемых во время MR процедур.

Описание уровня техники

[0003] Следующая дополнительная информация предоставляется для того, чтобы помочь читателю понять изобретение, раскрываемое ниже, и среду, в которой оно обычно должно применяться. Предполагается, что термины, используемые в данном документе, не ограничиваются никаким конкретным узким значением, если только иное ясно не указано в этом документе, то ли явным, то ли косвенным образом.

[0004] Создание изображений с помощью магнитного резонанса (MRI) представляет собой неинвазивный способ создания высококачественных изображений полости организма человека. Он позволяет медицинским работникам заглядывать внутрь организма человека, не прибегая к хирургическому вмешательству или использованию ионизирующего излучения, такого как рентгеновские лучи. Изображения имеют такое высокое разрешение, что рак и другие формы патологий часто можно визуально отличить от здоровой ткани. Магнитно-резонансные методы и установки также были разработаны для выполнения спектроскопического анализа, с помощью которого можно выяснить химический состав ткани тела или другого материала.

[0005] MRI использует мощный магнит, радиоволны и компьютерную технологию для того, чтобы создавать подробные изображения мягких тканей, мышц, нервов и костей в теле. Он реализует это, используя преимущество основного свойства атома водорода, атома, в обилии находящегося во всех клетках живых организмов. В отсутствие магнитного поля ядра атомов водорода крутятся как волчок или прецессируют случайным образом в каждом направлении. Однако при воздействии сильного магнитного поля оси вращения ядер водорода выравниваются в направлении поля. Это происходит из-за того, что ядро атома водорода обладает так называемым большим магнитным моментом, сильной присущей склонностью выстраиваться по направлению поля. Все вместе ядра водорода области, подлежащей отображению, создают средний вектор намагниченности, который направлен параллельно магнитному полю.

[0006] Обычная MRI установка или сканер содержит главный магнит, три градиентных катушки, радиочастотную (RF) антенну (часто называемую катушкой для визуализации всего тела) и компьютерную станцию, с которой оператор может управлять устройством. Однако основным компонентом MRI системы является главный магнит. Он, как правило, является сверхпроводящим по природе и цилиндрическим по форме. В его тоннеле (отверстие, в котором размещают пациентов во время процедуры MRI) главный магнит создает сильное магнитное поле, часто называемое полем В0, которое является как однородным, так и статическим (неизменным). Это магнитное поле В0 ориентировано вдоль продольной оси тоннеля, называемой направлением z, оно заставляет векторы намагниченности ядер водорода в теле выравниваться параллельно этой оси. При таком выравнивании ядра подготавливаются принимать RF энергию соответствующей частоты от катушки для визуализации всего тела. Эта частота известна как ларморовская частота и подчиняется уравнению ω=γ В0, где ω - это ларморовская частота (с которой прецессируют атомы водорода), γ - это гиромагнитная постоянная, а В0 - это напряженность статического магнитного поля.

[0007] RF антенна или катушка для визуализации всего тела обычно используется, и чтобы передавать импульсы RF энергии, и чтобы принимать получающиеся MR сигналы, вызываемые ими в ядрах водорода. Более конкретно, во время своего цикла передачи катушка для визуализации всего тела передает RF энергию в цилиндрический тоннель. Эта RF энергия создает радиочастотное магнитное поле, также известное как поле RF В1, линии магнитного поля которого направлены по линии, перпендикулярной вектору намагниченности ядер водорода. RF импульс заставляет оси вращения ядер водорода отклоняться относительно основного магнитного поля (В0), таким образом заставляя вектор результирующей намагниченности отклоняться от направления z на известный угол. Однако RF импульс будет воздействовать только на те ядра водорода, которые прецессируют относительно своих осей на частоте RF импульса. Другими словами, подвергнутся воздействию только ядра, которые «резонируют» на этой частоте, и такой резонанс достигается вместе с работой трех градиентных катушек.

[0008] Градиентные катушки представляют собой электромагнитные катушки. Каждая градиентная катушка используется, чтобы создавать линейно изменяющееся, но статическое магнитное поле вдоль одного из трех пространственных направлений (x, y, z) внутри цилиндрического тоннеля, известное как градиентное поле В1. Расположенные внутри главного магнита градиентные катушки способны изменять основное магнитное поле на самом локальном уровне, когда они очень быстро включаются и выключаются специальным образом. Таким образом, вместе с главным магнитом градиентные катушки могут работать в соответствии с различными способами создания изображений, так что ядра водорода в любой данной точке или любой данной полосе, срезе или единице объема будут способны достигать резонанса, когда применяется RF импульс соответствующей частоты. В ответ на RF импульс прецессирующие атомы водорода в выбранной области поглощают RF энергию, передаваемую от катушки для визуализации, таким образом заставляя свои векторы намагниченности отклоняться от направления основного магнитного поля (В0). Когда катушка для визуализации тела отключена, ядра водорода начинают освобождать RF энергию в виде MR сигнала, как подробнее объясняется ниже.

[0009] Один хорошо известный способ, который может быть применен для того, чтобы получать изображения, называется спин-эховым способом создания изображений. Работая в соответствии с этим способом, MRI установка сначала активирует одну градиентную катушку, чтобы установить градиент магнитного поля вдоль оси z. Он называется «градиент выбора среза», и он устанавливается, когда применяется RF импульс, и отключается, когда выключается RF импульс. Это позволяет резонансу возникать только в ядрах водорода, расположенных в срезе отображаемой области. В какой-либо ткани, расположенной по бокам рассматриваемой плоскости, резонанс не возникнет. Сразу же после прекращения RF импульса все ядра в активированном срезе находятся «в фазе», т.е. их векторы намагниченности все направлены в одном направлении. Оставленные без контроля векторы намагниченности всех ядер водорода в срезе релаксировались бы, таким образом снова выровнялись бы в направлении z. Однако вместо этого ненадолго активируется вторая градиентная катушка, чтобы создать градиент магнитного поля вдоль оси y. Он называется «градиентом фазового кодирования». Это заставляет векторы намагниченности ядер в срезе направляться при перемещении между самым слабым и самым сильным концами градиента во все большей степени различающихся направлениях. Затем, после того как RF импульс, градиент выбора среза и градиент фазового кодирования были отключены, ненадолго активируется третья градиентная катушка, чтобы создать градиент вдоль оси х. Он называется «градиентом частотного кодирования» или «считывающим градиентом», поскольку он применяется только когда наконец измеряется MR сигнал. Это заставляет релаксирующие векторы намагничивания повторно возбуждаться по-разному, так что ядра возле слабого конца градиента начинают прецессировать с большей скоростью, а находящиеся на сильном конце набирают даже еще большую скорость. Когда эти ядра снова релаксируют, более быстрые из них (те, которые были на сильном конце градиента) излучают самую высокую частоту радиоволн.

[0010] Совместно градиентные катушки позволяют пространственно кодировать MR сигнал, так что каждая часть отображаемой области уникально определяется частотой и фазой своего резонансного сигнала. В частности, когда ядра водорода релаксируют, каждое становится миниатюрным радиопередатчиком, выдающим характерный импульс, который изменяется во времени в зависимости от локальной микросреды, в которой он расположен. Например, микросреда ядер водорода в жирах отличается от микросреды ядер водорода в воде, и таким образом ядра передают другие импульсы. Вследствие этих отличий, на ряду с различными соотношениями вода/жир различных тканей, разные ткани передают радиосигналы различных частот. Во время своего цикла приема катушка визуализации тела обнаруживает эти миниатюрные радиопередачи, которые часто совместно называют MR сигналом. От катушки визуализации тела эти уникальные резонансные сигналы направляются на приемники MR установки, где они преобразуются в соответствующие им математические данные. Вся процедура должна повторяться много раз для того, чтобы образовать изображение с хорошим отношением сигнал/шум (SNR). С помощью многомерных преобразований Фурье MR установка может преобразовывать математические данные в двух- или даже трехмерное изображение.

[0011] Когда нужны более подробные изображения конкретной части тела, вместо катушки для визуализации всего тела часто используется катушка локальной визуализации. Катушка локальной визуализации может принимать форму объемной катушки или поверхностной катушки. Объемную катушку применяют для того, чтобы окружать или заключать объем, который нужно отобразить (например, голова, верхняя конечность, запястье, нога или колено). Поверхностная катушка, однако, просто размещается на поверхность пациента, так чтобы можно было отобразить скрытую исследуемую область (например, брюшная, грудная и/или тазовая области). Кроме того, катушка локальной визуализации может проектироваться так, чтобы работать или в качестве только принимающей катушки, или передающей/принимающей (T/R) катушки. Первая способна только обнаруживать MR сигналы, создаваемые телом в ответ на процедуру MRI, как указано выше. Однако T/R катушка способна как принимать MR сигналы, так и передавать RF импульсы, которые создают магнитное поле RF B1, которое является необходимым условием для вызова резонанса в ткани тела.

[0012] В области MRI хорошо известно применение одной катушки локальной визуализации, поверхностной или объемной, чтобы обнаруживать MR сигналы. В соответствии с подходом применения одной катушки, применяют относительно большую катушку локальной визуализации, чтобы покрывать или заключать всю исследуемую область. Одни из первых принимающих катушек были просто линейными катушками, что означает, что они могли обнаруживать только одну из двух (т.е. вертикальной MX' и горизонтальной MY') квадратурных составляющих MR сигналов, создаваемых исследуемой областью. Один пример линейной катушки - это катушка с одним контуром, показанная на фиг.1А. Этот контур способен обнаруживать только магнитные поля (т.е. MR сигналы), которые ориентированы перпендикулярно/вертикально к плоскости контура, как показано на фиг.1В. Другой пример линейной катушки представляет собой катушку типа бабочки или седла, представленную на фиг.2А. В отличие от катушки с одним контуром, катушка типа бабочки чувствительна только к магнитным полям, которые ориентированы параллельно к плоскости катушки, как показано на фиг.2В. Это объясняется тем, что катушка типа бабочки создается перекручиванием контура в центре, чтобы образовывать два идентичных подконтура около средней точки. Поскольку токи, текущие по подконтурам, одинаковы, но текут в противоположных направлениях, магнитный поток, создаваемый током, текущим через один подконтур симметричной конструкции, равен, но противоположен потоку, вызванному током в другом подконтуре. Следовательно, около средней точки конструкции вертикальные поля, из-за противоположно направленных токов, противодействуют и, таким образом, гасят друг друга. Однако горизонтальные поля, создаваемые этими токами, совмещаются, создавая магнитное поле, которое ориентировано параллельно плоскости катушки.

[0013] Соответственно, были разработаны принимающие катушки, использующие квадратурный способ обнаружения, что означает, что они могли перехватывать как вертикальные, так и горизонтальные составляющие. По сравнению с линейными приемными катушками, квадратурные приемные катушки позволили MRI установкам давать изображения, для которых SNR было существенно улучшено, обычно вплоть до 41%. Даже с улучшением, которое было привнесено квадратурным способом обнаружения, подход с применением одной катушки все же давал изображения, качество которых требовало повышения. Недостаток, присущий подходу с применением одной катушки, состоит в том, что для получения MR сигналов по всей области исследования используется всего одна конструкция катушки.

[0014] Катушки с фазированной решеткой также были разработаны, чтобы преодолевать недостатки подхода с применением одной катушки. Вместо одной крупной катушки локальной визуализации подход с фазированной решеткой применяет большое количество меньших катушек локальной визуализации, где каждая такая катушка покрывает или охватывает только часть исследуемой области. В установке, содержащей две таких катушки, например, каждая из катушек будет покрывать или охватывать приблизительно половину исследуемой области, причем две катушки, как правило, частично перекрываются с целью магнитной изоляции. Две катушки будут получать MR сигналы от их соответствующих частей одновременно, и они не будут взаимодействовать отрицательным образом вследствие перекрытия. Поскольку каждая катушка покрывает только половину исследуемой области, каждая такая катушка способна принимать MR сигналы с более высоким SNR отношением для той части исследуемой области в области покрытия. Меньшие катушки локальной визуализации с фазированной решеткой, таким образом, совместно снабжают MRI установку данными сигнала, необходимыми для создания изображения всей исследуемой области, которое имеет более высокое разрешение, чем которое может быть получено от одной крупной катушки локальной визуализации.

[0015] Один пример катушки с фазированной решеткой - это решетка для туловища Gore®, изготовляемая W.L. Gore and Associates, Inc. Решетка для туловища содержит четыре поверхностных катушки, две из которых расположены в передней пластине, а другие две расположены в задней пластине. Две пластины спроектированы размещаться, соответственно, на передней и задней поверхности пациента в районе брюшной, грудной и тазовой областей. Решетка для туловища спроектирована для применения с MR установкой, система получения данных которой содержит большое количество приемников. Четыре вывода решетки для туловища, один каждый из двух передних поверхностных катушек и двух задних поверхностных катушек, могут соединяться с отдельными приемниками, причем каждый приемник усиливает и оцифровывает сигнал, который принимает. MR установка затем объединяет оцифрованные данные от отдельных приемников, чтобы формировать изображение, общее SNR которого лучше, чем то, что могло бы быть получено от одной катушки локальной визуализации или даже двух более крупных передней и задней катушек локальной визуализации, самостоятельно покрывающих всю исследуемую область.

[0016] Также хорошо известно получение изображений внутренних структур организма с помощью внутриполостных зондов. Пример прототипа внутриполостного зонда, спроектированного в основном для использования с 1,0 Тл и 1,5 Тл MR установками, можно найти в патентах США №5476095 ('095) и 5355087 ('087), которые оба выданы правопреемнику настоящего изобретения и включаются в данный документ посредством ссылки. Раскрытый прототип зонда предназначен для вставки в отверстия тела, такие как прямая кишка, влагалище и рот. Эти патенты также раскрывают интерфейсные устройства, которые спроектированы связывать прототипы внутриполостного зонда с устройствами MR формирования изображения и спектроскопии. Способ применения внутриполостного зонда раскрыт в патенте США №5348010, который также выдан правопреемнику настоящего изобретения и включается в данный документ посредством ссылки.

[0017] Зонд прототипа, работающий вместе со связанным интерфейсным элементом, позволяет MR установке создавать изображения различных внутренних структур тела, таких как предстательная железа, толстая кишка или шейка, и спектроскопических результатов для них. Примеры таких прототипов зондов включают предстательную/эндоректальную катушку (Е-катушку) ВРХ-15, колоректальную катушку РСС-15 и катушку BCR-15 для шейки, которые все являются частью линии одноразовых катушек eCoil™, производимых MEDRAD, Inc., Индианола, Пенсильвания. Примеры таких интерфейсных элементов включают элементы ATD-II и ATD-Torso, также производимые MEDRAD, Inc.

[0018] Элемент ATD-II применяется для связи прототипа зонда с одним приемником MR установки, чтобы предоставлять изображения или спектры исследуемой области, а именно предстательной железы, прямой кишки или шейки. Устройство ATD-Torso используется для связи не только прототипа зонда, но также решетки для туловища Gore® с большим количеством приемников MR установки. После соединения с таким зондом и торсовой решеткой элемент ATD-Torso позволяет MR установке предоставлять изображения или спектры не только предстательной железы, прямой кишки или шейки, но также окружающих анатомических элементов, т.е. брюшной, грудной и тазовой областей.

[0019] Патенты США №7747310 и 7885704, которые оба выданы правопреемнику настоящего изобретения и включаются в данный документ посредством ссылки, раскрывают несколько внутриполостных зондов и связанных интерфейсных устройств для применения с MR установками, спроектированными работать при более высоких напряженностях поля, чем прототипы зондов, раскрытые в патентах '087 и '095. Например, последняя ссылка раскрывает зонд, содержащий контур катушки, который содержит два основных конденсатора и настроечный конденсатор, которые все подключаются последовательно. Параллельно каждому основному конденсатору присоединяется выходной кабель, имеющий электрическую длину S_L+n(λ/4). Когда каждый выходной кабель соединяется на своем другом конце с интерфейсным устройством, контур катушки тем самым соединяется через интерфейсное устройство с MR установкой.

[0020] Со ссылкой на фиг.3, были разработаны квадратурные внутриполостные зонды. Например, публикация международной заявки на патент № WO 2010/056911, который выдан правопреемнику настоящего изобретения, включена в данный документ посредством ссылки, раскрывает конструкцию с одной катушкой, которая чувствительна как к вертикальным, так и к горизонтальным составляющим MR сигнала, посредством элемента катушки простого контурного типа и элемента катушки типа бабочки, которые обладают общим центральным проводником. Более конкретно, квадратурная катушка, в общем обозначенная 10, содержит внешний контур 12, центральный проводник 14, разделяющий пополам внешний контур 12, и выходную линию, в общем обозначенную 16. Внешний контур 12 содержит большое количество конденсаторов, включая первый и второй основные конденсаторы 18 и 20 и первый и второй настроечные конденсаторы 22 и 24. Примерно с одинаковыми параметрами основные конденсаторы 18, 20 располагаются последовательно во внешнем контуре 12 и в своем соединительном узле 26 образуют виртуальное заземление для электрического балансирования и согласования полных сопротивлений контура. Настроечные конденсаторы 22, 24 также располагаются последовательно во внешнем контуре 12, а их общий узел 28 располагается диаметрально противоположно соединительному узлу 26. Примерно с одинаковыми параметрами настроечные конденсаторы 22, 24 выбираются так, чтобы обеспечить резонанс во внешнем контуре 12 на рабочей частоте MR установки. В этом отношении внешний контур 12 показан на фиг.3 как содержащий четыре катушки индуктивности. Параметры этих катушек индуктивности просто представляют индуктивности, присущие проводящим (например, медным) сегментам контура. Выходная линия 16 содержит два коаксиальных кабеля 30 и 32, где экранирующий проводник каждого соединен с соединительным узлом 26 катушки 10. Центральный проводник 14 проходит между и делит пополам соединительный и общий узлы 26 и 28 внешнего контура 12, и таким образом сохраняет физическую и электрическую симметрию квадратурной катушки 10. На фиг.3 центральный проводник 14 показан как содержащий две катушки индуктивности и настроечный конденсатор 34, симметрично расположенные по его длине. Как и на внешнем контуре 12, параметры этих катушек индуктивности просто представляют индуктивности, присущие проводнику. Параметр настроечного конденсатора 34 был выбран так, что его реактивное сопротивление на рабочей частоте равнялось индуктивному реактивному сопротивлению центрального проводника 14. Такая конфигурация позволяет элементам катушки с простым контуром и контуром типа бабочки обнаруживать MR сигналы, соответственно, ортогональные и параллельные плоскости катушки.

[0021] Со ссылкой на фиг.4 и как раскрывается в патенте США №7885704, была разработана катушка, содержащая конфигурацию с фазовой решеткой для применения в эндоректальном зонде. Катушка содержит четыре контура 40, 41, 42 и 43 катушки, расположенных в конфигурации с фазовой решеткой, в которой каждый контур 40, 41, 42 и 43 катушки критично перекрывается соседним контуром. Каждый контур 40, 41, 42 и 43 катушки содержит основной конденсатор 44, 45, 46 и 47 и настроечный конденсатор 48, 49, 50 и 51, установленный диаметрально противоположно основному конденсатору 44, 45, 46 и 47. Кроме того, каждый контур 40, 41, 42 и 43 катушки содержит выходную линию 52, 53, 54 и 55, подключенную параллельно соответствующему основному конденсатору 44, 45, 46 и 47. Соответственно, предоставляется четырехэлементная, четырехканальная конфигурация. Эта компоновка обеспечивает явно более высокое отношение сигнал/шум (SNR), чем квадратурная катушка 10, описанная выше со ссылкой на фиг.3; однако покрытие является менее однородным из-за областей слабого сигнала в критично соединенных (т.е. перекрытых проводниках) областях. Эта неоднородность является нежелательной для использования в эндоректальном зонде по причине больших количеств неоднородности рядом с проводниками катушки.

[0022] Несмотря на их широкое признание и хорошую репутацию на рынке, эти прототипы внутриполостных зондов и интерфейсных устройств все же имеют несколько недостатков. Например, они предлагают ограниченное покрытие, демонстрируют низкую характеристику сигнал/шум и в целом обеспечивают меньшую общую гибкость по сравнению с технологией эндоректальных катушек, обсуждаемой далее в данном документе. Следовательно, желательно предоставить решетку эндоректальных катушек и связанное интерфейсное устройство, способные обеспечивать более высокую общую гибкость и более высокое качество изображений и спектроскопических результатов от MR сигналов, полученных от ядер во время MR процедур.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0023] Следовательно, цель настоящего изобретения - предоставить способ и установку, которые преодолевают некоторые или все недостатки и дефекты, очевидные для существующего уровня техники. Более конкретно, решетка эндоректальных катушек и связанные интерфейсные устройства настоящего изобретения способны обеспечить большую общую гибкость и более высококачественные изображения и спектроскопические результаты от MR сигналов, полученных от ядер во время MR процедур.

[0024] Соответственно, предоставляется катушка для применения с магнитно-резонансной установкой для получения изображений исследуемой области. Катушка содержит (а) пару контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из которых предназначен для приема магнитно-резонансных сигналов из исследуемой области, соответствующей ему; и (b) разделительный материал, расположенный рядом с передней поверхностью пары контуров катушки. Каждый из контуров катушки содержит основной конденсатор и настроечный конденсатор, причем настроечный конденсатор имеет параметр, выбранный, чтобы обеспечить резонанс в контуре катушки, соответствующий ему, на рабочей частоте магнитно-резонансной установки. Разделительный материал позволяет создавать предопределенное расстояние от около 0,03 до около 0,06 дюймов между парой контуров катушки и исследуемой областью и тем самым: (i) уменьшать интенсивность магнитно-резонансных сигналов поблизости от контуров катушки; (ii) поддерживать отношение сигнал/шум на некоторой глубине в исследуемой области, подходящее для воссоздания изображения исследуемой области; и (iii) сокращать артефакты на изображениях, включая артефакты Гиббса.

[0025] Катушка может дополнительно содержать пару цепей развязки, каждая из которых подключена параллельно настроечному конденсатору одного из контуров катушки. Каждая из цепей развязки может быть активной цепью развязки, пассивной цепью развязки или как активной, так и пассивной цепью развязки. Катушка может дополнительно содержать пару выходных кабелей, каждый из которых подключен на своем первом конце параллельно основному конденсатору одного из контуров катушки, так что каждый из основных конденсаторов обеспечен отдельным заземлением. Может предоставляться промежуточный кабелепровод, который содержит: (а) входной коннектор; (b) выходной коннектор; (с) пару внутренних кабелей для соединения на одном своем конце, соответственно, с выходными кабелями внутриполостного зонда через входной коннектор и похожий другой их конец к интерфейсному устройству для внутриполостного зонда посредством выходного коннектора; (d) пару симметрирующих устройств, каждое из которых присоединено между концом одного из внутренних кабелей и по меньшей мере одним из входного коннектора и выходного коннектора; и (е) по меньшей мере одну кабельную ловушку, присоединенную поблизости.

[0026] Конфигурация фазированной решетки может требовать, чтобы пара контуров катушки критично перекрывались, разделяли общий проводник или были установлены в гибридной перекрывающейся конфигурации, где, по меньшей мере, часть каждого из контуров катушки перекрывается, и контуры катушки обладают общим проводником.

[0027] Пассивная цепь развязки может предоставляться на втором конце каждого из выходных кабелей. Каждая из пассивных цепей развязки может содержать последовательно соединенные встречно включенные диоды и компонент реактивного сопротивления. Компонент реактивного сопротивления может быть по меньшей мере одним из катушки индуктивности и конденсатора.

[0028] Катушка может предоставляться как часть внутриполостного зонда или может быть поверхностной катушкой. Поверхностная катушка может быть катушкой для головы, катушкой для туловища, катушкой для шеи, катушкой для конечности или любым их сочетанием.

[0029] Также предоставляется внутриполостной зонд для применения с магнитно-резонансной установкой для получения изображений исследуемой области в полости пациента. Внутриполостной зонд содержит: (а) пару контуров катушки, расположенных в конфигурации фазированной решетки, каждый из которых принимает магнитно-резонансные сигналы из исследуемой области, соответствующей ему; (b) пару цепей развязки, каждая из которых подключена параллельно настроечному конденсатору одного из контуров катушки; (с) пару выходных кабелей, каждый из которых подключен на своем первом конце параллельно основному конденсатору одного из контуров катушки, так что каждый из основных конденсаторов обеспечен отдельным заземлением; и (d) разделительный материал, расположенный рядом с передней поверхностью пары контуров катушки. Каждый из контуров катушки содержит основной конденсатор и настроечный конденсатор, причем настроечный конденсатор имеет параметр, выбранный для обеспечения резонанса контура катушки, соответствующего ему, на рабочей частоте магнитно-резонансной установки. Разделительный материал позволяет задавать предопределенное расстояние от около 0,03 до около 0,06 дюймов между парой контуров катушки и исследуемой областью и тем самым: (i) уменьшать интенсивность магнитно-резонансных сигналов поблизости от контуров катушки; (ii) поддерживать отношение сигнал/шум на глубине в исследуемой области, подходящее для воссоздания изображений исследуемой области; и (iii) сокращать артефакты на изображениях или спектрах, включая артефакт Гиббса, когда внутриполостной зонд введен в полость пациента во время получения изображений.

[0030] Каждая из цепей развязки может быть активной цепью развязки, пассивной цепью развязки или как активной, так и пассивной цепью развязки. Может предоставляться промежуточный кабелепровод, который содержит: (а) входной коннектор; (b) выходной коннектор; (с) пару внутренних кабелей для соединения на одном своем конце, соответственно, с выходными кабелями внутриполостного зонда через входной коннектор и похожий другой их конец к интерфейсному устройству для внутриполостного зонда посредством выходного коннектора; (d) пару симметрирующих устройств, каждое из которых присоединено между концом одного из внутренних кабелей и по меньшей мере одним из входного коннектора и выходного коннектора; и (е) по меньшей мере одну кабельную ловушку, присоединенную поблизости.

[0031] Конфигурация фазированной решетки может требовать, чтобы пара контуров катушки были критично перекрыты, обладали общим проводником или были установлены в гибридной перекрывающейся конфигурации, где по меньшей мере часть каждого из контуров катушки перекрывается, и контуры катушки обладают общим проводником.

[0032] Пассивная цепь развязки может предоставляться на втором конце каждого из выходных кабелей. Каждая из пассивных цепей развязки может содержать последовательно соединенные встречно включенные диоды и компонент реактивного сопротивления. Компонент реактивного сопротивления может быть по меньшей мере одним из катушки индуктивности и конденсатора.

[0033] Кроме того, предоставляется интерфейсное устройство для сопряжения катушки, содержащей пару контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из которых принимает магнитно-резонансные сигналы от исследуемой области, соответствующей ему, с магнитно-резонансной установкой. Интерфейсное устройство содержит: (а) первый предварительный усилитель для приема сигнала от первого контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать первый усиленный сигнал; (b) второй предварительный усилитель для приема сигнала от второго контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать второй усиленный сигнал; (с) первый разветвитель, функционально соединенный с первым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал правого контура, который подается на первый канальный выход, и первый составной сигнал; (d) второй разветвитель, функционально соединенный со вторым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал левого контура, который подается на второй канальный выход, и второй составной сигнал; (е) третий разветвитель, функционально соединенный с первым разветвителем для разделения первого составного сигнала; (f) четвертый разветвитель, функционально соединенный со вторым разветвителем для разделения второго составного сигнала; (g) нуль-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать сигнал катушки типа седла или типа бабочки, который подается на третий канальный выход; и (h) 180-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать сигнал полного контура, который подается на четвертый канальный выход. Интерфейсное устройство настроено выборочно распознавать каждый из первого, второго, третьего и четвертого канальных выходов, таким образом позволяя магнитно-резонансной установке, подключенной к интерфейсному устройству, создавать изображения во множестве различных режимов.

[0034] Первый предварительный усилитель и второй предварительный усилитель могут снабжаться предопределенным уменьшенным напряжением питания, по сравнению с номинальным напряжением питания первого предварительного усилителя и второго предварительного усилителя. По меньшей мере один аттенюатор может обеспечивать ослабление номинально в диапазоне от 3 дБ до 6 дБ. По меньшей мере один аттенюатор может располагаться по меньшей мере в одном из мест: (а) между первым предварительным усилителем и первым разветвителем; (b) между вторым предварительным усилителем и вторым разветвителем; (с) после первого разветвителя и (d) после второго разветвителя. Большое количество режимов предусматривает режим левого контура, режим правого контура, режим полного контура, режим полного седла, режим правого контура и левого контура (LL), режим полного контура и полного седла и режим правого контура, левого контура, полного контура, полного седла (LLLS), но не ограничивается ими.

[0035] Также предоставляется установка для получения изображений исследуемой области. Установка содержит (а) внутриполостной зонд и (b) интерфейсное устройство для сопряжения внутриполостного зонда с магнитно-резонансной установкой. Внутриполостной зонд содержит (i) пару контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из которых принимает магнитно-резонансные сигналы из исследуемой области, соответствующей ему; (ii) пару выходных кабелей, каждый из которых подключен на своем первом конце параллельно основному конденсатору одного из контуров катушки, так что каждый из основных конденсаторов снабжен отдельным заземлением; и (iii) разделительный материал, расположенный рядом с передней поверхностью пары контуров катушки. Каждый из контуров катушки содержит основной конденсатор и настроечный конденсатор, причем настроечный конденсатор имеет параметр, выбранный обеспечить резонанс в контуре катушки, соответствующий ему, на рабочей частоте магнитно-резонансной установки. Разделительный материал позволяет создавать предопределенное расстояние от около 0,03 до около 0,06 дюймов между парой контуров катушки и исследуемой областью и тем самым уменьшать интенсивность магнитно-резонансных сигналов поблизости от контуров катушки, поддерживать отношение сигнал/шум на некоторой глубине в исследуемой области, подходящее для воссоздания изображений исследуемой области, и сокращать артефакты на изображениях или спектрах, включая артефакт Гиббса, когда внутриполостной зонд введен в полость пациента во время получения изображений. Интерфейсное устройство содержит (i) первый предварительный усилитель для приема сигнала от первого контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать первый усиленный сигнал; (ii) второй предварительный усилитель для приема сигнала от второго контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать второй усиленный сигнал; (iii) первый разветвитель, функционально соединенный с первым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал правого контура и первый составной сигнал; (iv) второй разветвитель, функционально соединенный со вторым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал левого контура и второй составной сигнал; (v) третий разветвитель, функционально соединенный с первым разветвителем для разделения первого составного сигнала; (vi) четвертый разветвитель, функционально соединенный со вторым разветвителем для разделения второго составного сигнала; (vii) нуль-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать седлообразный сигнал; и (viii) 180-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать сигнал полного контура.

[0036] Первый предварительный усилитель и второй предварительный усилитель снабжаются предопределенным уменьшенным напряжением питания, по сравнению с номинальным напряжением питания первого предварительного усилителя и второго предварительного усилителя. Интерфейсное устройство может дополнительно содержать по меньшей мере один аттенюатор, обеспечивающий ослабление номинально в диапазоне от 3 дБ до 6 дБ. По меньшей мере один аттенюатор может располагаться по меньшей мере в одном из мест: (а) между первым предварительным усилителем и первым разветвителем; (b) между вторым предварительным усилителем и вторым разветвителем; (с) после первого разветвителя и (d) после второго разветвителя.

[0037] Катушка может дополнительно содержать пару цепей развязки, каждая из которых подключена параллельно настроечному конденсатору одного из контуров катушки. Каждая из цепей развязки может быть активной цепью развязки, пассивной цепью развязки или как активной, так и пассивной цепью развязки. Может предоставляться промежуточный кабелепровод, который содержит (а) входной коннектор; (b) выходной коннектор; (с) пару внутренних кабелей для соединения на одном своем конце, соответственно, с выходными кабелями внутриполостного зонда через входной коннектор и похожий другой их конец к интерфейсной установке для внутриполостного зонда посредством выходного коннектора; (d) пару симметрирующих устройств, каждое из которых присоединено между концом одного из внутренних кабелей и по меньшей мере одним из входного коннектора и выходного коннектора; и (е) по меньшей мере одну кабельную ловушку, присоединенную поблизости.

[0038] Для конфигурации с фазированной решеткой может быть необходимо, чтобы пара контуров катушки были критично перекрыты, обладали общим проводником или были установлены в гибридной перекрывающейся конфигурации, где по меньшей мере часть каждого из контуров катушки перекрывается, и контуры катушки обладают общим проводником. Пассивная цепь развязки может предоставляться на втором конце каждого из выходных кабелей. Каждая из пассивных цепей развязки может содержать последовательно соединенные встречно включенные диоды и компонент реактивного сопротивления. Компонент реактивного сопротивления может быть по меньшей мере одним из катушки индуктивности и конденсатора.

[0039] Кроме того, предоставляется катушка для применения с магнитно-резонансной установкой для получения изображений исследуемой области. Катушка содержит (а) большое количество контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из которых принимает магнитно-резонансные сигналы из исследуемой области, соответствующей ему; (b) большое количество выходных кабелей, каждый из которых подключен на своем первом конце параллельно основному конденсатору одного из контуров катушки; и (с) по меньшей мере одну пассивную цепь развязки, предоставленную на втором конце каждого из выходных кабелей. Каждый из контуров катушки содержит основной конденсатор и настроечный конденсатор, причем настроечный конденсатор имеет параметр, выбранный обеспечить резонанс в контуре катушки, соответствующий ему, на рабочей частоте магнитно-резонансной установки.

[0040] Разделительный материал может располагаться рядом с передней поверхностью пары контуров катушки. Разделительный материал позволяет создавать предопределенное расстояние от около 0,03 до около 0,06 дюймов между парой контуров катушки и исследуемой областью и тем самым уменьшать интенсивность магнитно-резонансных сигналов поблизости от контуров катушки, поддерживать отношение сигнал/шум на некоторой глубине в исследуемой области, подходящее для воссоздания изображений исследуемой области, и сокращать артефакты на изображениях или спектрах, включая артефакт Гиббса.

[0041] Каждая из пассивных цепей развязки может содержать последовательно соединенные встречно включенные диоды и компонент реактивного сопротивления. Компонент реактивного сопротивления может быть по меньшей мере одним из катушки индуктивности и конденсатора.

[0042] Эти и другие признаки и свойства настоящего изобретения, а также способы работы и функции связанных элементов конструкций, и сочетания деталей, и меры экономии при производстве станут более ясными после рассмотрения последующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылкой на сопутствующие графические материалы, которые все образуют часть этого описания, где похожие численные обозначения указывают на соответствующие детали на различных фигурах. Однако необходимо четко понимать, что графические материалы предоставлены исключительно с целью демонстрации и описания и не подразумеваются в качестве ограничений изобретения. Как используется в описании и формуле изобретения, форма единственного числа включает обозначаемые объекты и во множественном числе, если только контекст ясно не указывает иное.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0043] Фиг.1А представляет собой принципиальную схему обычной катушки с одним контуром, а фиг.1В представляет собой изображение представления вертикально ориентированных магнитных полей, которые она может воспринимать;

[0044] фиг.2А представляет собой принципиальную схему обычной катушки типа бабочки, а фиг.2В представляет собой изображение представления горизонтально ориентированных магнитных полей, которые она может воспринимать;

[0045] фиг.3 представляет собой принципиальную схему обычной квадратурной эндоректальной катушки;

[0046] фиг.4 представляет собой принципиальную схему обычной четырехканальной эндоректальной катушки с фазированной решеткой, контуры которой частично перекрываются;

[0047] фиг.5 представляет собой общее изображение внутриполостного зонда в соответствии с настоящим изобретением;

[0048] фиг.6 представляет собой принципиальную схему катушки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0049] фиг.7 представляет собой принципиальную схему катушки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0050] фиг.8 представляет собой иллюстративное изображение, полученное MR установкой с помощью катушки, представленной на фиг.6, показывающее артефакты в виде паразитного изображения, полученные на изображении;

[0051] фиг.9 представляет собой общее покомпонентное изображение катушки в соответствии с настоящим изобретением, показывающее разделительный материал, используемый с катушкой;

[0052] фиг.10 представляет собой общее изображение в поперечном сечении катушки, представленной на фиг.9;

[0053] фиг.11 представляет собой принципиальную схему катушки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0054] фиг.12 представляет собой принципиальную схему катушки в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0055] фиг.13А и 13В представляют собой структурные схемы, показывающие катушку, представленную на фиг.12, соединенную с интерфейсным устройством в соответствии с настоящим изобретением;

[0056] фиг.14 представляет собой структурную схему интерфейсного устройства в соответствии с настоящим изобретением;

[0057] фиг.15 представляет собой принципиальную схему катушки, представленной на фиг.12, показывающую способ, которым в ней индуцируется ток в режиме левого контура;

[0058] фиг.16А-16С представляют собой принципиальную схему интерфейсного устройства, представленного на фиг.14, показывающую способ, которым интерфейсное устройство работает в режиме левого контура;

[0059] фиг.17 представляет собой принципиальную схему катушки, представленной на фиг.12, показывающую способ, которым в ней индуцируется ток в режиме правого контура;

[0060] фиг.18А-18С представляют собой принципиальную схему интерфейсного устройства, представленного на фиг.14, показывающую способ, которым интерфейсное устройство работает в режиме правого контура;

[0061] фиг.19 представляет собой принципиальную схему катушки, представленной на фиг.12, показывающую способ, которым в ней индуцируется ток в режиме полного контура;

[0062] фиг.20А-20С представляют собой принципиальную схему интерфейсного устройства, представленного на фиг.14, показывающую способ, которым интерфейсное устройство работает в режиме полного контура;

[0063] фиг.21 представляет собой принципиальную схему катушки, представленной на фиг.12, показывающую способ, которым в ней индуцируется ток в режиме седлообразного контура;

[0064] фиг.22А-22С представляют собой принципиальную схему интерфейсного устройства, представленного на фиг.14, показывающую способ, которым интерфейсное устройство работает в режиме седлообразного контура; и

[0065] фиг.23 представляет собой график, сравнивающий отношение сигнал/шум (SNR) различных конфигураций катушки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0066] Для целей дальнейшего описания термины «верхний», «вверх», «нижний», «вниз», «правый», «левый», «вертикальный», «ортогональный», «горизонтальный», «верх», «низ», «поперечный», «продольный» и их производные должны относиться к изобретению, как оно ориентировано на графических материалах и/или с точки зрения пациента во время процедуры. Однако следует понимать, что изобретение может предполагать альтернативные изменения и пошаговые способы, кроме тех случаев, где обратное выражено явно. Также надо понимать, что конкретные устройства и процессы, продемонстрированные в прилагающихся графических материалах и описанные в последующем описании, являются просто иллюстративными вариантами осуществления изобретения. Поэтому конкретные размеры и другие физические признаки, относящиеся к раскрытым в данном документе вариантам осуществления, не должны приниматься как ограничительные.

[0067] Во всех своих вариантах осуществления и связанных аспектах настоящее изобретение, раскрываемое ниже, в идеале применяется с магнитно-резонансными (MR) установками, предназначенными для работы при 1,0, 1,5 или 3,0 Т или любой напряженности поля в этом промежутке, хотя оно также применимо для тех, которые работают при более низких или более высоких напряженностях поля. Эта технология также применима для конфигураций сканеров с магнитами горизонтальных или вертикальных тоннелей или другими ориентациями и в сканерах с закрытым или открытым тоннелем.

[0068] Катушки, обсуждающиеся далее в этом документе, могут встраиваться во внутриполостной зонд, наподобие эндоректального зонда 60, представленного на фиг.5. Внутриполостной зонд 60 содержит гибкий стержень 62 и структуру 64 в виде баллона. Катушки, обсуждающиеся далее в данном документе более подробно, прикрепляются к передней поверхности структуры 64 в виде баллона. Структура 64 в виде баллона приспособлена располагать катушку в функциональной близости к простатической выпуклости в прямой кишке пациента, когда структура 64 в виде баллона надувается, что оптимизирует соединение между катушкой и целевым анатомическим элементом. Структура 64 в виде баллона предпочтительно изготовлена из латекса медицинского класса или другого надлежащего эластомерного материала. Такой материал, разумеется, должен быть непарамагнитным и демонстрировать низкие диэлектрические потери. Гибкий стержень 62 определяет в себе две полости (не показаны). В своей цилиндрической стенке возле своего удаленного конца стержень 62 также определяет отверстие (не показано), сообщающееся с одной из полостей. Эта полость и отверстие вместе служат проходом для текучей среды (например, газа или жидкости), закачиваемой в и выбрасываемой из структуры 64 в виде баллона, соответственно, при надувании и сдувании. Еще дальше от его удаленного конца стержень 62 определяет другое отверстие в своей цилиндрической стенке. Другая полость и это отверстие действуют как канал, через который выходные кабели направляются от катушки. Выходные кабели могут размещаться в одной оболочке 66 и содержат вилку 68 на ее ближнем конце, чтобы соединять внутриполостной зонд 60 с соответствующим интерфейсным устройством, как более подробно обсуждается далее в этом документе.

[0069] Внутриполостной зонд 60 также содержит диск 70 против смещения и ручку 74. Прикрепленная к ближнему концу стержня 62 ручка 74 позволяет легко манипулировать зондом 60 на его удаленном конце, и, включая структуру 64 в виде баллона, закрепленную на нем, вводят в прямую кишку и соответственно выравнивают внутри полости, как описано ниже. Диск 70 против смещения, состоящий из полутвердой пластмассы или другого подходящего полимера, желательно имеет полусферическую форму. Как показано на фиг.5, диск 70 определяет паз 76. Этот паз 76 позволяет диску 70 надеваться на стержень 62. Прикрепленный к стержню 62 рядом с анальным сфинктером после того как зонд 60 был введен в прямую кишку, диск 70 против смещения превосходно препятствует смещению зонда 60 благодаря нормальной перистальтической активности прямой кишки.

[0070] Внутриполостной зонд 60 также содержит средство для управления надувом структуры 64 в виде баллона. Средство управления надувом желательно имеет форму спринцовки 78, трубки 80 и запорного крана 82. Трубка 80 соединяет спринцовку 78 с полостью для текучей среды стержня 62 на ближнем конце стержня 62. Запорный кран 82 соединен последовательно с трубкой 80 и служит для того, чтобы контролировать, закачивать или выпускать воздух из структуры 64 в виде баллона.

[0071] В эксплуатации удаленный конец внутриполостного зонда 60 вводят в полость через прямую кишку, тогда как структура 64 в виде баллона находится в сдутом состоянии. Когда удаленный конец введен, зонд 60 располагают как вращательно, так и продольно в полости рядом с исследуемой областью. Когда внутриполостной зонд 60 корректно установлен, диск 70 против смещения может затем надеваться на стержень 62 рядом со сфинктером, чтобы гарантировать, что внутриполостной зонд 60 останется на месте во время процедуры MR сканирования.

[0072] Перед надуванием структуры 64 в виде баллона запорный кран 82 должен быть переключен в открытое положение. С помощью спринцовки 78 структура 64 в виде баллона будет надуваться через трубку 80, запорный кран 82 и полость для текучей среды в стержне 62. Когда структура 64 в виде баллона надувается, ее внешняя поверхность вынуждена упираться в стенку полости, противоположную исследуемой области, тем самым располагая катушку рядом с предстательной железой для оптимального принятия MR сигналов от нее во время процедуры MR сканирования. Запорный кран 82 затем может быть переключен в закрытое положение. Внутриполостной зонд 60 затем может быть соединен с соответствующим интерфейсным устройством посредством вилки 68 оболочки 66.

[0073] Когда процедура сканирования завершается, клиницисту необходимо только переключить запорный кран 82 в открытое положение, чтобы сдуть структуру 64 в виде баллона. Независимо от того, снимается или нет диск 70 против смещения со стержня 62, удаленный конец затем может быть выведен из прямой кишки просто путем осторожного вытягивания ручки 74 внутриполостного зонда 60.

[0074] Хотя изобретение описано в данном документе выше и ниже в конкретном осуществлении, т.е. как решетка эндоректальной катушки, которая может вводиться в подходящий кожух, чтобы образовывать внутриполостной зонд, вводимый в прямую кишку, чтобы получать изображения и/или спектры мужской предстательной железы, следует понимать, что изобретение равным образом может приспосабливаться для получения изображений и/или спектров других исследуемых областей, таких как те, которые доступны через рот, влагалище или другие отверстия, в которые может проникать внутриполостной зонд. Также должно быть понятно, что принципы, представленные в данном документе, также могут применяться для широкого круга решеток поверхностных катушек, таких как те, которые предназначены для формирования изображений головы, шеи, туловища, конечностей и других частей тела.

[0075] В общем, эндоректальные катушки, раскрытые в данном документе, содержат двухэлементную схему, которая была приспособлена принимать радиочастотные (RF) токи от всей геометрии и с помощью соответствующих разветвителей и объединителей в интерфейсном устройстве, обсуждаемом в данном документе далее, превращена в четырехканальное выходное устройство.

[0076] Со ссылкой на фиг.6 демонстрируются различные аспекты первого варианта осуществления решетки эндоректальных катушек. Более конкретно, фиг.6 представляет собой принципиальную схему прототипа первого варианта осуществления решетки эндоректальных катушек, созданной для работы с 1,5 Т MRI сканерами.

[0077] Эндоректальная катушка, в общем обозначенная 100, содержит внешний контур 102, центральный проводник 104, разделяющий пополам внешний контур 102, и выходную линию, в общем обозначенную 106. Внешний контур 102 содержит большое количество конденсаторов, включая первый и второй основные конденсаторы 108 и 110 и первый и второй настроечные конденсаторы 112 и 114. Примерно с одинаковыми параметрами, основные конденсаторы 108 и 110 располагаются последовательно во внешнем контуре 102 и в своем соединительном узле 116 образуют виртуальное заземление для электрического балансирования и согласования полных сопротивлений контура. Настроечные конденсаторы 112 и 114 также располагаются последовательно во внешнем контуре 102, а их общий узел 118 располагается диаметрально противоположно соединительному узлу 116. Примерно с одинаковыми параметрами, настроечные конденсаторы 112, 114 выбираются так, чтобы обеспечивать резонанс во внешнем контуре 102 на рабочей частоте MR установки.

[0078] Таким образом, внешний контур 102, представленный на фиг.6, был настроен обнаруживать MR сигналы, исходящие из пациента на рабочей частоте 1,5 Тл MR установки. Форма вешнего контура 102 требует, что контур может обнаруживать только те MR сигналы, силовые линии которых ориентированы вертикально к плоскости контура. Вышеупомянутая схема настройки, однако, также накладывает 180-градусный фазовый сдвиг на получающиеся в результате сигналы напряжения, выдаваемые внешним контуром 102, характерный для вертикально ориентированных MR сигналов, которые он обнаруживает. Конкретно, относительно виртуального заземления в соединительном узле 116, фаза сигналов напряжения, определяемых на первом основном конденсаторе 108, т.е. на первом порту, на 180 градусов отличается от фазы сигналов напряжения, определяемых на втором основном конденсаторе 110, т.е. на втором порту.

[0079] Центральный проводник 104 проходит между и делит ровно пополам соединительный и общий узлы 116 и 118 внешнего контура 102, и таким образом сохраняет физическую и электрическую симметрию катушки 100. На фиг.6 центральный проводник 104 показан как содержащий настроечный конденсатор 120, расположенный по его длине. Параметр настроечного конденсатора 120 был выбран так, что его реактивное сопротивление на рабочей частоте равно индуктивному реактивному сопротивлению центрального проводника 104. Это позволяет одновременно возникать двум режимам работы. Во-первых, равные индуктивное и емкостное реактивные сопротивления позволяют центральному проводнику 104 действовать в качестве разомкнутой цепи относительно внешнего контура 102. В таком случае обеспечивается первый канальный выход, характерный для всего контура (показан стрелкой WL).

[0080] Кроме действия в качестве разомкнутой цепи для внешнего контура 102, чтобы обеспечивать обнаружение вертикальных составляющих MR сигнала, центральный проводник 104 также работает с внешним контуром 102, чтобы имитировать катушку типа бабочки или типа седла для обнаружения MR сигналов, ориентированных параллельно плоскости катушки 100. Схема настройки настоящего изобретения создает не только путь тока простого контура для внешнего контура 102, но также альтернативный путь тока (включающий токи встречного вращения) для внешнего контура 102 и центрального проводника 104 вместе. Конкретно, во время цикла приема и запуска возле соединительного узла 116 ток, индуцированный горизонтально ориентированными MR сигналами, течет через второй основной конденсатор 110 к дальнему концу внешнего контура 102 и в и к центральному проводнику 104. Он затем пересекает среднюю точку структуры типа бабочки или седла и течет через первый основной конденсатор 108 к дальнему концу внешнего контура 102 и в и к центральному проводнику 104, чтобы начать цикл заново, до тех пор, пока катушка 100 находится в положении, чтобы обнаруживать MR сигналы во время приемного цикла работы. В таком случае обеспечивается второй канальный выход, характерный для режима седла/бабочки (показан стрелкой SL).

[0081] Выходная линия 106 для катушки 100 может быть реализована с помощью различных механизмов, таких как коаксиальный кабель, полосковая линия, микрополосковая линия или другие технологии линий передачи. Фиг.6 представляет два коаксиальных кабеля 122 и 124, где экранирующий проводник каждого соединен с соединительным узлом 116 катушки. Центральный проводник кабеля 122 соединяется с другой стороной первого ведущего конденсатора 108, тогда как центральный проводник кабеля 124 соединяется с другой стороной второго основного конденсатора 110. Выходная линия 106 должна иметь электрическую длину S_L+n(λ/4) по причинам, раскрытым в публикации заявки на патент США №2009/0076378. λ - это длина волны рабочей частоты MR установки, a n - это нечетное целое число, значение которого, как правило, будет равно (и в дальнейшем подразумевается равным) 1, поскольку катушка 100 на практике будет всегда достаточно близка к интерфейсному устройству, к которому она будет подключаться. S_L представляет собой дополнительную длину, индуктивное сопротивление которой имеет ту же величину, что и реактивное сопротивление каждого из первого и второго основных конденсаторов 108, 110, через которые подключаются выводы выходной линии 106. С помощью стандартной вилки, вмещающей проводники обоих кабелей, например, центральный и экранирующий проводники каждого кабеля 122 и 124 соединяются с подходящим разъемом или соединителем другого типа для интерфейсного устройства.

[0082] Кроме того, на основании конфигурации RF разветвителя интерфейсного устройства, обсуждаемого в данном документе далее, также могут предоставляться два канала, чтобы получать сигнал левого контура (показан как стрелка LL на фиг.6) и сигнал правого контура (показан как стрелка RL на фиг.6), с центральным проводником 104, служащим в качестве общего проводника для обоих контуров.

[0083] Во время пробных испытаний катушки 100 было определено, что отношение сигнал/шум (SNR), хотя и лучше, чем у современных эндоректальных катушек, не было настолько высоким, как хотелось. Кроме того, изображения, полученные с помощью катушки 100, производили неудовлетворительные артефакты в виде паразитного изображения, как более подробно будет обсуждаться далее.

[0084] Соответственно, в попытке получить большее SNR был разработан второй вариант осуществления катушки. Со ссылкой на фиг.7 эта катушка, в общем обозначенная 200, содержит первый контур 202 катушки и второй контур 204 катушки. Пара контуров 202 и 204 катушки расположена в конфигурации с фазовой решеткой, каждый из которых принимает MR сигналы из исследуемой области, соответствующей ему. Первый контур 202 катушки содержит основной конденсатор 206 и настроечный конденсатор 208. Настроечный конденсатор 208 имеет параметр, выбранный, чтобы обеспечить резонанс в первом контуре 202 катушки на рабочей частоте MR установки. Второй контур 204 катушки содержит основной конденсатор 210 и настроечный конденсатор 212. Настроечный конденсатор 212 имеет параметр, выбранный, чтобы обеспечить резонанс во втором контуре 204 катушки на рабочей частоте MR установки.

[0085] Катушка 200 также содержит выходную линию 214, которая содержит два коаксиальных кабеля 216 и 218. Первый коаксиальный кабель 216 подключается на своем первом конце параллельно первому основному конденсатору 206, а второй коаксиальный кабель 218 подключается на своем первом конце параллельно второму основному конденсатору 210, так что каждый из основных конденсаторов 206 и 210 характеризуется общим заземлением. Эту конфигурацию можно называть гибридной перекрывающейся конфигурацией. Стандартная вилка содержит проводники обоих кабелей на их втором конце, например центральный и экранирующий проводники каждого кабеля 216 и 218, так что выходная линия 214 может соединяться с подходящим разъемом или соединителем другого типа для интерфейсного устройства. Выходная линия 214 должна также иметь электрическую длину S_L+n(λ/4) по причинам, описанным выше в данном документе.

[0086] Соответственно, второй вариант осуществления катушки 200 также содержит два элемента (т.е. первый контур 202 катушки и второй контур 204 катушки) и приспособлен предоставлять четырехканальный выход. Более конкретно, катушка 200 приспособлена предоставлять первый канальный выход, характерный для всего контура, и второй канальный выход, характерный для режима седла/бабочки. Кроме того, на основании конфигурации RF разветвителя интерфейсного устройства, обсуждающегося далее, может предоставляться третий канальный выход, чтобы получать сигнал левого контура, и четвертый канальный выход может предоставляться, чтобы получать сигнал правого контура.

[0087] Однако во время пробных испытаний катушки 200, хотя отношение SNR этой конфигурации катушки улучшилось по сравнению с первым вариантом осуществления катушки 100, изображения, полученные с помощью этой катушки 200, продолжали производить неудовлетворительные артефакты в виде паразитного изображения.

[0088] Нежелательный побочный продукт эндоректальных катушек, представленных на фиг.6 и 7, при обычном применении представляет собой избыточную интенсивность сигнала возле проводника катушки вследствие крайней близости проводника катушки к тканям стенки прямой кишки. Эта интенсивность сигнала намного превосходит обычные уровни сигнала в пути аналогового сигнала и может приводить к нежелательным эффектам, включая артефакт Гиббса, который может проявлять себя в виде «паразитного» изображения, даже если объект является неподвижным. Этот артефакт отличается в зависимости от производителя сканера вследствие различных степеней применяемой последующей обработки и, как правило, является более явным на более старых сканерах и установках обработки сигналов. Другие эффекты включают насыщение сигнала, когда контраст возле проводника катушки является минимальным, и таким образом недоступны клинически полезные детали изображения.

[0089] Со ссылкой на фиг.8 предоставляется иллюстративное изображение, созданное MR установкой с помощью катушки, представленной на фиг.6 или фиг.7, представляющее артефакты в виде паразитного изображения, созданные на изображении. Эти артефакты 250 в виде паразитного изображения проявляются как малые светлые кольца, исходящие из положения, в котором предоставляется катушка. Артефакты в виде паразитного изображения в литературе также называют «артефактами движения». Однако эти артефакты получаются на изображениях, полученных применением катушек, представленных на фиг.6 и 7, даже при отсутствии движения. Эти артефакты могут классифицироваться как «артефакты Гиббса» или краевые/переходные/звенящие артефакты, поскольку они наблюдаются вследствие явления Гиббса, когда происходит неожиданный или крутой сдвиг/скачок в уровне сигнала на входящей стадии обработки изображения.

[0090] Явление Гиббса, названное по имени американского физика Дж. Уилларда Гиббса, представляет собой особый случай поведения ряда Фурье кусочно непрерывно дифференцируемой периодической функции в точке разрыва первого рода. Явление Гиббса можно наблюдать в результате свертки ступенчатой функции Хэвисайда (если периодичность не требуется) или прямоугольной волны (если периодична) sine-функцией. Осцилляции в sine-функции вызывают колебания на выходе.

[0091] В MR формировании изображений явление Гиббса вызывает артефакты в присутствии соседних областей заметно отличающейся интенсивности сигнала. Артефакты Гиббса представляют собой светлые или темные линии, которые видны параллельно и рядом с границами резкого изменения интенсивности (см. элемент 250 на фиг.8). Эти артефакты связаны с конечным числом этапов кодирования, используемым преобразованием Фурье, чтобы восстанавливать изображение.

[0092] Было подтверждено, что артефакты Гиббса увеличиваются с увеличением перехода уровня сигнала. Катушки 100 и 200 каждая содержат общий проводник. Конструкция с общим проводником имеет существенно более высокое SNR, чем предыдущие конструкции катушек. Однако эти катушки также имеют значительно увеличенный переход уровня сигнала по сравнению с современной конструкцией катушки. Наличие этих артефактов может быть сокращено путем изменения программного и/или аппаратного обеспечения MR сканера MR установки. Например, усовершенствованный фильтрующий механизм, такой как фильтр нижних частот, может предоставляться на сканере, чтобы уменьшать колебания после перехода из области низкой интенсивности сигнала в область высокой интенсивности сигнала. Кроме того, программное обеспечение MR сканера MR установки также могло бы быть переформулировано так, чтобы использовать компенсационный алгоритм, предназначенный сводить на нет гиббсовы или звенящие артефакты. Оба этих решения нежелательны, поскольку они требуют дорогостоящего перепроектирования MR сканера. Предпочтительным решением является сокращение артефактов Гиббса путем изменения конструкции катушки, поскольку катушки являются недорогими одноразовыми элементами.

[0093] Поэтому различные эксперименты привели к открытию того, что можно произвести изменения катушки и интерфейсного устройства, чтобы радикально сократить наличие артефактов Гиббса. Во-первых, было обнаружено, что удаление катушки от поверхности уменьшает уровень перехода. В соответствии со ссылкой на фиг.9 и 10, каждая из конструкций катушки, обсуждаемых в данном документе, содержит разделительный материал, расположенный рядом с передней поверхностью катушки. Например, разделительный материал может содержать три полоски 220, 222 и 224. Полоски 220, 222 и 224 разделительного материала имеют такую толщину, чтобы гарантировать предопределенное расстояние h₁ и h₂ между катушкой и исследуемой областью, такой как простата, когда внутриполостной зонд, содержащий катушку, вводят в полость, например прямую кишку, пациента. Полоска 222 разделительного материала, предоставляемая над перекрытием контуров катушки, имеет большую толщину, чем полоски 220 и 224 разделительного материала на внешней части контуров катушки, поскольку артефакты, производимые в этой области, больше, чем артефакты, производимые на краях. Предопределенное расстояние, обеспечиваемое полосками разделительного материала, обычно составляет от около 0,03 дюймов до около 0,06 дюймов. Разделительный материал может быть любым материалом, который не обнаруживается MR установкой, таким как пеноматериал. Хотя выше было описано применение полосок разделительного материала, также можно применять и непрерывный лист разделительного материала.

[0094] Путем удаления катушки от поверхности переход из области низкой интенсивности сигнала в область высокой интенсивности сигнала уменьшается, тем самым сокращая артефакты Гиббса. Более конкретно, эндоректальная катушка в ее настоящей форме состоит из пары контуров катушки на подложке, поддерживаемых и заключаемых в биосовместимом баллоне. Этот баллон спроектирован надуваться, чтобы прижимать контуры катушки к стенке прямой кишки, чтобы гарантировать стойкое позиционирование катушки и тесный контакт, чтобы обеспечивать лучшее формирование изображения предстательной железы (в этом случае). Тот факт, что толщина стенки баллона, который покрывает катушечный элемент, очень мала (0,010 дюйма или менее), приводит к тесной близости проводников катушки к стенке прямой кишки.

[0095] Известно, что электромагнитное поле (и, таким образом, интенсивность получающегося в результате сигнала, если смотреть с точки зрения пути сигнала интерфейса и сканера) подчиняется «закону обратных квадратов», который, применяемый в этом случае, означает, что интенсивность сигнала обратно пропорциональна квадрату расстояния от проводника катушки. На практике это означает, что удвоение расстояния проводника катушки от ближайшей к проводнику катушки анатомического элемента пациента приведет к интенсивности сигнала, равной ¹/₄ предыдущего уровня в этом анатомическом элементе, тогда как ослабление сигнала будет становиться менее явным далее вглубь области исследования под прямыми углами к плоскости проводников катушки.

[0096] Таким образом, при использовании промежутка проводника произвольной катушки, равного 0,010 дюймам, и уровня сигнала в 36000 единиц (измеренный как значение в пикселях малой области изображаемого фантома, представляющего анатомический элемент пациента, расположенный ближе всего к проводнику эндоректальной катушки), удвоение промежутка, например, до 0,020 дюймов приведет к уменьшению интенсивности сигнала в той же области до 9000 единиц. Поэтому предопределенный промежуток, обеспечиваемый сверху проводника катушки, уменьшает скачок интенсивности сигнала в ближней области отображаемого объема и таким образом благоприятно действует, чтобы сокращать артефакты, включая артефакты Гиббса.

[0097] Кроме того, было обнаружено, что сигнал мог бы быть ослаблен наряду с большим ослаблением шума, чтобы увеличить SNR при ослаблении артефактов путем внесения небольших изменений в интерфейсном устройстве. Во-первых, интерфейсное устройство содержит пару предварительных усилителей, как более подробно будет обсуждаться далее. Было обнаружено, что предоставление предварительных усилителей с предопределенным уменьшенным напряжением питания по сравнению с номинальным напряжением питания предварительных усилителей создает эффект ослабления сигнала, создаваемого катушкой; однако это ослабление сигнала сопровождается большим ослаблением шума. Соответственно, SNR увеличивается. Например, эти предварительные усилители, как правило, обеспечиваются напряжением питания в 10 В. Было обнаружено, что уменьшение напряжения питания предварительного усилителя до 5 В и расположение аттенюатора, характеризующимся ослаблением от 3 дБ до 9 дБ, за предварительными усилителями создает эффект ослабления сигнала, производимого катушкой. Это ослабление сигнала, однако, сопровождается большим ослаблением шума. Соответственно, SNR увеличивается.

[0098] Наконец, хотя сочетание удаления катушки от поверхности и применения предварительного усилителя с уменьшенным напряжением питания в 5 В значительно понижает артефакты Гиббса, создаваемые на изображениях, артефакты, создаваемые на изображениях, все еще больше, чем в современных конструкциях катушек. Соответственно, было открыто, что уменьшения интенсивности сигнала, связанной с ослаблением артефактов без ухудшения SNR, можно было бы достичь путем применения катушки, имеющей перекрывающуюся двухконтурную конструкцию, где два контура не содержат общий проводник или общее заземление.

[0099] Более конкретно, со ссылкой на фиг.11, третий вариант осуществления эндоректальной катушки, в общем обозначенной 300, содержит первый контур 302 катушки и второй контур 304 катушки. Пара контуров 302 и 304 катушки устанавливается в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из них принимает MR сигналы от исследуемой области, соответствующей ему. Первый контур 302 катушки содержит основной конденсатор 306 и настроечный конденсатор 308. Настроечный конденсатор 308 имеет параметр, выбранный так, чтобы обеспечить резонанс в первом контуре 302 катушки на рабочей частоте MR установки. Второй контур 304 катушки содержит основной конденсатор 310 и настроечный конденсатор 312. Настроечный конденсатор 312 имеет параметр, выбранный так, чтобы обеспечить резонанс во втором контуре 304 катушки на рабочей частоте MR установки.

[00100] Катушка 300 также содержит выходную линию 314, которая содержит два коаксиальных кабеля 316 и 318. Первый коаксиальный кабель 316 подключен на своем первом конце параллельно первому основному конденсатору 306, а второй коаксиальный кабель 318 подключен на своем первом конце параллельно второму основному конденсатору 310, так что каждый из основных конденсаторов 306 и 310 снабжен отдельным заземлением.

[00101] Соответственно, третий вариант осуществления катушки 300 также содержит два элемента (т.е. первый контур 302 катушки и второй контур 304 катушки) и приспособлен предоставлять четырехканальный выход. Более конкретно, катушка 300 приспособлена предоставлять первый канальный выход, характерный для всего контура, и второй канальный выход, характерный для режима бабочки/седла. Кроме того, на основании конфигурации RF разветвителя интерфейсного устройства, обсуждающегося далее в данном документе, третий канальный выход может предоставляться, чтобы получать сигнал левого контура, а четвертый канальный выход может предоставляться, чтобы получать сигнал правого контура.

[00102] Стандартная вилка 320 вмещает проводники обоих кабелей на их втором конце, например центральный и экранирующий проводники каждого кабеля 316 и 318, так что выходная линия 314 может подключаться к подходящему разъему или другому типу соединителя для интерфейсного устройства.

[00103] Также было обнаружено, что ранее описанные варианты осуществления катушки не были спроектированы работать в безопасных пределах SAR. Соответственно, требуется дополнительная схема развязки, чтобы удовлетворять этим пределам SAR. Более конкретно, первая активная цепь 322 развязки подключается параллельно настроечному конденсатору 308 первого контура 302 катушки, а вторая активная цепь 324 развязки подключается параллельно настроечному конденсатору 312 второго контура 304 катушки. Каждая из этих цепей 322, 324 развязки содержит pin-диод 326, 330 и катушку 328, 332 индуктивности, подключенную последовательно. Во время цикла передачи интерфейсное устройство приспособлено смещать pin-диоды 326, 330 в рабочее состояние, тем самым открывая катушку вследствие параллельного резонанса. Кроме того, первая пассивная цепь 334 развязки предоставляется на втором конце первого коаксиального кабеля 316, а вторая пассивная цепь 336 развязки предоставляется на втором конце второго коаксиального кабеля 318. Каждая из этих пассивных цепей 334, 336 развязки содержит последовательно соединенные встречно включенные диоды 338, 342 и конденсатор 340, 344. Пассивные цепи 334, 336 развязки приспособлены проводить в ответ на более высокие напряжения, индуцированные возбуждающим RF полем. Применение этих пассивных цепей 334, 336 развязки снимает необходимость для выходной линии 314 иметь электрическую длину S_L+n(λ/4). Соответственно, выходная линия 314 может иметь любую удобную электрическую длину.

[00104] Альтернативная конфигурация эндоректальной катушки в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения показана на фиг.12, 13А и 13В. Эндоректальная катушка, в целом обозначенная 400, содержит первый контур 402 катушки и второй контур 404 катушки. Пара контуров 402 и 404 катушки устанавливается в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из них принимает MR сигналы от исследуемой области, соответствующей ему. Первый контур 402 катушки содержит основной конденсатор 406 и настроечный конденсатор 408. Настроечный конденсатор 408 имеет параметр, выбранный так, чтобы обеспечить резонанс в первом контуре 402 катушки на рабочей частоте MR установки. Второй контур 404 катушки содержит основной конденсатор 410 и настроечный конденсатор 412, Настроечный конденсатор 412 имеет параметр, выбранный так, чтобы обеспечить резонанс во втором контуре 404 катушки на рабочей частоте MR установки.

[00105] Катушка 400 также содержит выходную линию 414, которая содержит два коаксиальных кабеля 416 и 418. Первый коаксиальный кабель 416 подключен на своем первом конце параллельно первому основному конденсатору 406, а второй коаксиальный кабель 418 подключен на своем первом конце параллельно второму основному конденсатору 410, так что каждый из основных конденсаторов 406 и 410 снабжен отдельным заземлением.

[00106] Соответственно, четвертый вариант осуществления катушки 400 также содержит два элемента (т.е. первый контур 402 катушки и второй контур 404 катушки) и приспособлен предоставлять четырехканальный выход. Более конкретно, катушка 400 приспособлена предоставлять первый канальный выход, характерный для всего контура, и второй канальный выход, характерный для режима бабочки/седла. Кроме того, на основании конфигурации RF разветвителя интерфейсного устройства, обсуждающегося далее в данном документе, третий канальный выход может предоставляться, чтобы получать сигнал левого контура, а четвертый канальный выход может предоставляться, чтобы получать сигнал правого контура. Каждый из этих режимов более подробно обсуждается далее в этом документе со ссылкой на фиг.15-22.

[00107] Катушка 400 также содержит первую пассивную цепь 422 развязки, подключенную параллельно настроечному конденсатору 408 первого контура 402 катушки, и вторую пассивную цепь 424 развязки, подключенную параллельно настроечному конденсатору 412 второго контура 404 катушки. Каждая из этих цепей 422, 424 развязки содержит последовательно соединенные встречно включенные диоды 426, 430 и катушку 428, 432 индуктивности. Пассивные цепи 422, 424 развязки приспособлены проводить в ответ на более высокие напряжения, индуцированные возбуждающим RF полем. Соответственно, пассивные цепи 422, 424 развязки заставляют катушку функционировать как разомкнутый контур во время RF цикла передачи. Следует отметить, что сочетания диодов пассивных цепей 422, 424 развязки также могли бы обеспечивать функциональность активного развязывающего диода. Соответственно, хотя фиг.12 показывает только пару пассивных цепей 422, 424 развязки, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что эти пассивные цепи 422, 424 развязки могли бы быть скомпонованы и как пассивные, и как активные цепи развязки.

[00108] Конкретно обращаясь к фиг.13А и 13В и продолжая ссылаться на фиг.12, стандартная вилка 434 вмещает проводники обоих кабелей 416 и 418 выходной линии 414 на их втором конце, например центральный и экранирующий проводники каждого кабеля 416 и 418. Выходная линия 414 также может снабжаться ручкой 436, чтобы обеспечивать более легкое манипулирование внутриполостным зондом. Требование того, чтобы выходная линия 414 имела электрическую длину S_L+n(λ/4), устраняется в этом варианте осуществления добавлением промежуточного кабелепровода 438. Промежуточный кабелепровод 438 содержит входной коннектор 440, соответствующий и для соединения с вилкой 434 выходной линии 414, и выходной коннектор 442 для соединения с интерфейсным устройством 500. Промежуточный кабелепровод 438 также содержит пару внутренних кабелей для соединения на одном их конце, соответственно, с коаксиальными кабелями 416 и 418 внутриполостного зонда через входной коннектор 440 и приближает другой их конец к интерфейсному устройству 500 посредством выходного коннектора 442. Также предоставляется пара симметрирующих устройств 444. Каждое из симметрирующих устройств 444 присоединяется между концом одного из внутренних кабелей и входным коннектором 440. Также следует отметить, что пара симметрирующих устройств 444 также могла бы присоединяться между концом одного из внутренних кабелей и выходным коннектором 442 и на выходном, и на входном концах промежуточного кабелепровода 438. Промежуточный кабелепровод 438 также содержит по меньшей мере одну кабельную ловушку 446, а желательно две кабельные ловушки 446, как показано на фиг.13В, присоединенные поблизости. Кабельные ловушки 446 препятствуют протеканию нежелательных токов по экранирующим проводникам пары внутренних кабелей промежуточных кабелепроводов. Интерфейсное устройство 500 присоединяется к MR установке через кабель 448 и коннектор 450. Кабель 448 может содержать кабельную ловушку 452, размещенную поблизости.

[00109] Вследствие желания получить небольшой гибкий устойчивый к повреждениям внутриполостной зонд, конструкция которого сводит к минимуму вероятность того, что какой-либо внутренний компонент выступит через оболочку типа баллона, в которой он размещается, каждая из катушек, которые обсуждались выше, может изготавливаться из тонкого гибкого диэлектрического материала с медными схемами, наложенными на обе стороны, чтобы образовывать не только проводящие пути, но и все конденсаторы, необходимые для настройки и развязки. Более того, поскольку каждая катушка предназначена предлагаться в качестве интегральной части одноразового утилизируемого внутриполостного зонда, такой способ производства будет способствовать цели реализации существенной экономии во время производства зондов. Это объясняется тем, что процесс производства для «предварительно напечатанных» катушек будет занимать значительно меньше труда и меньше времени для проверки завершенного изделия по сравнению с катушками, изготавливаемыми из отдельных составляющих.

[00110] Наиболее эффективной пассивной цепью развязки для 2-контурной эндоректальной катушки, раскрытой в данном документе, является применение немагнитного предварительно скомпонованного набора 4 антипараллельных кремниевых pin-диодов последовательно с соответствующей катушкой индуктивности, чтобы воздействовать на блокирующее полное сопротивление, параллельно настроечному конденсатору каждого контура, как показано на фиг.12. Однако это очень дорогое решение для эндоректальной катушки, поскольку она должна быть «одноразовым устройством», чтобы утилизироваться после одной процедуры сканирования.

[00111] В попытке предоставить безопасный и эффективный по затратам способ пассивной развязки для эндоректальной катушки был применен альтернативный способ, как показано на фиг.11. Пассивные цепи 334, 336 развязки, содержащие бескорпусный конденсатор последовательно с недорогим антипараллельным импульсным диодом (в этом случае, например, этой деталью был BAV-99), присоединяются между центральным проводником и экраном каждого из коаксиальных кабелей катушки на небольшой РСВ, которая также устанавливает RF вилку 320 катушки. Параметр бескорпусного конденсатора была выбран так, чтобы вместе с длиной шлейфа коаксиального кабеля 8,5 дюймов (24 градуса при 64 МГц), индуктивное реактивное сопротивление, равное емкостному реактивному сопротивлению основного конденсатора контура, привело бы к параллельно резонансной блокирующей цепи в контуре катушки в результате проводимости диода.

[00112] Если возникает маловероятное событие, что пациента сканируют с помощью эндоректальной катушки без ее специального интерфейсного устройства (которое обеспечивает определение типа катушки и активную схему смещения развязки), контуры катушки будут присоединяться к передающей катушке сканера тела и генерировать малое RF напряжение, которое будет распространяться от элементов катушки к импульсным диодам через коаксиальный кабель и бескорпусный конденсатор. Когда это напряжение возрастет выше порога проводимости пары диодов, они начнут проводить, таким образом действуя как сопротивление последовательно с конденсатором. Это приводит к увеличению блокирующего полного сопротивления через основной конденсатор контура, и, как следствие, ток контура будет уменьшен. Можно прийти к заключению, что если постепенно прилагать больше RF мощности к контуру, эта мощность будет вынуждать диоды проводить больше, пока они не достигнут полной проводимости. В этой точке «равновесия» контур служит источником напряжения, и большая часть поглощенной мощности распределяется между ведущим конденсатором контура, коаксиальным кабелем (который служит в качестве индуктивности с потерями), бескорпусным конденсатором развязки и парой диодов.

[00113] Требуется тщательное тестирование и внедрение этого способа с применением температурного тестирования различных компонентов и самого контура катушки, чтобы гарантировать, что точка равновесия не приводит к чрезмерному нагреву какого-либо компонента или чрезмерной SAR, генерируемой контуром катушки. В любом случае этот способ служит мерой предосторожности «второй ошибки» и ожидается, что будет редким явлением.

[00114] Этот способ также дает преимущество в затратах, заключающееся в том, что пара диодов и конденсатор развязки располагаются достаточно далеко от исследуемой отображаемой области, так что коммерческие компоненты со слабыми магнитными свойствами являются приемлемыми для применения. Соответственно, конфигурация катушки, показанная на фиг.11, в настоящий момент является предпочтительным вариантом осуществления.

[00115] Со ссылкой на фиг.14 и продолжая ссылаться на фиг.12, 13А и 13В, показывается вариант осуществления интерфейсного устройства, в общем обозначаемого численным обозначением 500, для связи катушки 400 с соответствующим входным портом (портами) 1,5 Тл MR установки.

[00116] Интерфейсное устройство 500 содержит цепи 502 и 504 предварительного усиления, цепи 506, 508, 510 и 512 разветвления мощности, 180-градусную комбинирующую цепь 514 и 0-градусную комбинирующую цепь 516. Аттенюаторы (не показаны) предоставляются, чтобы номинально ослаблять сигнал от около 3 дБ до около 9 дБ. Аттенюаторы могут располагаться по меньшей мере в одном из следующих положений: (а) между первой цепью 502 предварительного усиления и первой цепью 506 разветвления мощности; (b) между второй цепью 504 предварительного усиления и второй цепью 508 разветвления мощности; (с) после первой цепи 506 разветвления мощности и (d) после второй цепи 508 разветвления мощности. Цепи разветвления мощности и комбинирующие цепи могут применяться со стандартной схемой Вилкинсона, а цепи предварительного усиления в идеале могут осуществляться с номинальным усилением 28 дБ. Цепи 502 и 504 предварительного усиления могут быть реализованы с помощью доступных на рынке миниатюрных 28 дБ усилительных экранирующих малошумящих элементов с настроенным входным контуром, спроектированным давать низкое полное сопротивление (Ω real) на ларморовской частоте. Тесная близость цепей 502 и 504 предварительного усиления к их соответствующим pin-диодам 518, 520 (см. фиг.16) в виду низкого полного сопротивления первых предоставляет некоторую степень изоляции во время цикла приема от других поверхностных катушек (или их решеток), применяемых вместе с катушкой 400. Диодные цепи пассивной защиты включены в интерфейсное устройство 500, чтобы предотвращать повреждение чрезмерным RF напряжением цепей 502 и 504 предварительного усиления во время RF передачи импульса, в случае отсоединения интерфейсного устройства 500 во время нахождения в тоннеле MR установки во время цикла передачи. Эти диодные цепи также обеспечивают некоторую развязку для катушки в том же случае.

[00117] Цепи 506 и 508 разветвления мощности используются как 50 Ом/0 градусов разветвители на выходах цепей 502 и 504 предварительного усиления. Цепи 510 и 512 разветвления мощности также используются как 50 Ом/0 градусов разветвители на одном выходе каждой из цепей разветвления мощности 506 и 508. Другой выход каждой из цепей разветвления 506 и 508 мощности отправляется прямо на кабельную ловушку 522, которая направляет выход на один из четырех каналов 524, 526, 528 и 530. Две комбинирующие цепи 514 и 516 также сконфигурированы как 50 Ом установки. В результате эти четыре цепи могут быть взаимосвязаны, как показано, посредством четырех отрезков 50 Ом коаксиального кабеля, обладающих одинаковой электрической длиной, полосковой линии печатной платы, микрополосковой линии или другой среды линии передачи. Кроме того, выход двух комбинирующих цепей 514 и 516 подается на пару переключающих цепей 532 и 534, что направляет сигнал на соответствующий канал или, необязательно, на 90-градусную гибридную комбинирующую цепь 536, если сканер или MR установка настроена работать в спектроскопическом режиме.

[00118] Как должно быть ясно на основании вышеприведенного описания настоящего изобретения, эндоректальные катушки, раскрытые в данном документе, содержат двухкомпонентную схему, которая была приспособлена принимать радиочастотные (RF) токи от всей геометрии и с помощью соответствующих разветвителей и объединителей в интерфейсном устройстве превращена в четырехканальное выходное устройство. Более конкретно, двухкомпонентная схема обычного проводника, раскрытая в данном документе, может создавать два контура или комбинацию контура и седла на основании цепей объединителей от одних и тех же точек питания. Кроме того, обе эти уникальные диаграммы направленности могут быть получены отдельно, так что можно получить четыре (4) уникальных канала, которые имеют уникальные диаграммы излучения, связанные с распределением RF тока. Специалисту обычной квалификации в данной области техники ясно, что это можно расширить путем создания различных других цепей фазовой комбинации, а также получить полезный сигнал в добавок к вышеупомянутому. Существует множество возможностей получить различные диаграммы направленности на основании цепей разветвителей-объединителей и получить больше 2 (3, 4, 6, 8 и т.д.) отдельных канальных выходов. Также можно расширить эту теорию до более чем двух элементов и получить то же преимущество увеличенного канального выхода, что, как было показано, дает лучшее SNR, чем вклад только двух элементов.

[00119] Также ясно, при условии, что в современных MR сканерах доступно большее число приемников, что схемы катушки, содержащие меньшее количество элементов отображения, могут быть построены с помощью раскрытой технологии, чтобы использовать преимущество меньшего количества элементов отображения для создания систем отображения, содержащих большее количество каналов, тем самым приводя к меньшим затратам. Например, современная 16-элементная схема катушки использует 16 предварительных усилителей в интерфейсном устройстве даже для 8-канального мультиплексированного или комбинированного выхода. Используя теорию настоящего изобретения, катушка, содержащая 16-элементный катушечный элемент, предусматривает применение только 8 предварительных усилителей, чтобы получать 16-канальный выход. Это бы существенно поспособствовало менее сложной компоновке, поскольку требуется половина от количества предварительных усилителей и связанных схем; лучшему управлению кабелями, поскольку требуется управлять половиной от количества RF кабелей; меньшей стоимости производства; большей простоте производства и настройки, при этом с максимально увеличенной эффективностью для выбранной области исследования. Кроме того, такие схемы катушки обеспечивают увеличенную глубину проникновения над современными катушками, поскольку в данной области техники хорошо известно, что большие контуры дают большую глубину проникновения.

[00120] После раскрытия компонентов настоящего изобретения работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в различных режимах будет обсуждаться далее со ссылкой на фиг.13-19. Хотя следующее описание основано на катушке 400, показанной на фиг.12, это описание также равно применимо для вариантов осуществления катушки, представленных на фиг.6, 7 и 11.

[00121] Режим левого контура

[00122] Со ссылкой на фиг.15 и 16А-16С теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в режиме левого контура. Во время режима передачи pin-диод 518 включается сигналом от смещения 538 pin-диода (см, фиг.16С). Этот pin-диод 518 обеспечивает RF короткое замыкание на землю, что отражается в виде разомкнутой цепи на коаксиальном кабеле 416. Соответственно, первый контур 402 катушки изолирован и показан на фиг.15 линией воображаемого контура.

[00123] Как показано на фиг.15, во время цикла приема ток будет рассматриваться только как текущий через второй контур 404 катушки по причине действия pin-диода 518 в качестве RF «открытого», чтобы помогать изолировать первый контур 402 катушки. Соответственно, ток течет во втором контуре 404 катушки, как показано стрелкой I_LL, как показано на фиг.15.

[00124] Со ссылкой на фиг.16А-16С, теперь описывается способ, которым интерфейсное устройство 500 обрабатывает сигналы напряжения, полученные от коаксиального кабеля 418. Сигнал от основного конденсатора 410 сначала отправляется через цепь 504 предварительного усилителя, которая усиливает сигнал напряжения и передает получающуюся в результате усиленную версию на цепь 508 разветвителя мощности. Один из выходов разветвителя 508 мощности подается на вторую цепь 512 разветвителя мощности, а другой выход отправляется на кабельную ловушку 522. Кабельная ловушка 522 отправляет этот сигнал на четвертый выходной канал 530, представляющий сигнал левого контура.

[00125] Прохождение тока через интерфейсное устройство 500 в режиме левого контура показано стрелкой I_LL на фиг.16А-16С.

[00126] Режим правого контура

[00127] Со ссылкой на фиг 17 и 18А-18С теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в режиме правого контура. Во время режима передачи pin-диод 520 включается сигналом от смещения 538 pin-диода (см. фиг.18С). Этот pin-диод 520 обеспечивает RF короткое замыкание на землю, что отражается в виде разомкнутой цепи на коаксиальном кабеле 418. Соответственно, второй контур 404 катушки изолирован и показан на фиг.17 линией воображаемого контура.

[00128] Как показано на фиг.17, во время цикла приема ток будет рассматриваться только как текущий через первый контур 402 катушки по причине действия pin-диода 520 в качестве RF «открытого», чтобы помогать изолировать второй контур 404 катушки. Соответственно, ток течет в первом контуре 402 катушки, как показано стрелкой I_RL, как показано на фиг.17.

[00129] Со ссылкой на фиг.18А-18С теперь описывается способ, которым интерфейсное устройство 500 обрабатывает сигналы напряжения, полученные от коаксиального кабеля 416. Сигнал от основного конденсатора 406 сначала отправляется через цепь 502 предварительного усилителя, которая усиливает сигнал напряжения и передает получающуюся в результате усиленную версию на цепь 506 разветвителя мощности. Один из выходов разветвителя 506 мощности подается на вторую цепь 510 разветвителя мощности, а другой выход отправляется на кабельную ловушку 522. Кабельная ловушка 522 отправляет этот сигнал на третий выходной канал 528, представляющий сигнал правого контура.

[00130] Прохождение тока через интерфейсное устройство 500 в режиме правого контура показано стрелкой I_RL на фиг.18А-18С.

[00131] Режим правого контура и левого контура или LL режим

[00132] Теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в LL режиме. Во время цикла приема при работе в LL режиме катушка 400 работает тем же образом, который описан выше для режимов как правого контура, так и левого контура. Однако интерфейсное устройство 500 функционирует немного другим образом. Вместо включения одного из pin-диодов 518 и 520 сигналом от смещения 538 pin-диода оба этих pin-диода 518 и 520 остаются отключенными, так что и сигнал правого контура, и сигнал левого контура, как описано выше, подаются, соответственно, на третий выходной канал 528 и четвертый выходной канал 530. Соответственно, на принимающий сканер подается 2-канальный сигнал.

[00133] Режим полного контура

[00134] Со ссылкой на фиг.19 и 20А-20С во время цикла приема ток, индуцированный вертикально ориентированными MR сигналами, во внешнем контуре катушки 400 может быть представлен как I_WL, как в данном случае сигнальный ток, показанный текущим в контур и из него.

[00135] В этой конфигурации поскольку ток I_WL течет через первый контур 402 катушки и второй контур 404 катушки, течение тока не наблюдается через правый край второго контура 404 катушки и левый край первого контура 402 катушки.

Соответственно, правый край второго контура 404 катушки и левый край первого контура 402 катушки действуют как разомкнутая цепь относительно тока, текущего во внешнем контуре, показанного стрелками I_WL. Следовательно, правый край второго контура 404 катушки и левый край первого контура 402 катушки на фиг.19 показаны линией воображаемого контура.

[00136] После завершения обсуждения способа, которым ток течет через катушку 400 во время цикла приема в режиме полного контура, теперь описание работы интерфейсного устройства 500 во время цикла приема MR установки в режиме полного контура будет дано с конкретной ссылкой на фиг.20А-20С. Катушка 400 выдает сигналы напряжения, характерные для MR сигналов как горизонтальной, так и вертикальной ориентации. Для легкости описания сигналы напряжения, характерные для MR сигналов горизонтальной ориентации, называются здесь «0-градусные горизонтальные сигналы напряжения», поскольку они имеют одну и ту же фазу на каждом входе. Сигналы напряжения, характерные для MR сигналов вертикальной ориентации, называются «0-градусные вертикальные сигналы напряжения» для тех, которые выдаются параллельно основному конденсатору 406 первого контура 402 катушки, и «180-градусные вертикальные сигналы напряжения» для тех, которые выдаются от основного конденсатора 410 второго контура 404 катушки.

[00137] Продолжая обращаться к фиг.20А-20С, теперь описывается способ, которым интерфейсное устройство 500 обрабатывает сигналы напряжения, полученные из выходных кабелей 416 и 418. Каждая цепь 502 и 504 предварительного усилителя усиливает сигналы напряжения, которые получает, и передает получающиеся усиленные версии, соответственно, на первую и вторую цепи 506 и 508 разветвителя мощности. Сигналы от первой и второй цепей 506 и 508 разветвителя мощности затем посылаются на третью и четвертую цепи 510 и 512 разветвителя мощности, так что сигналы, произведенные таким образом, впоследствии отправляются на 0-грудусную комбинирующую цепь 516. Поскольку горизонтальные сигналы напряжения, полученные от цепей 506 и 508 разветвителя мощности, находятся в фазе, нуль-градусная комбинирующая цепь 516 может конструктивно объединять их. Одновременно нуль-градусная комбинирующая цепь 516 также гасит 90-градусные вертикальные сигналы напряжения, получаемые от цепи 506 разветвителя мощности, с -90-градусными вертикальными сигналами напряжения, получаемыми от цепи 508 разветвителя мощности. Это дает сигнал полного контура, который подается через переключающую цепь 534 на кабельную ловушку 522.

Кабельная ловушка 522 направляет сигнал на второй выходной канал 526. Течение тока через интерфейсное устройство 500 в режиме полного контура показано стрелками I_WL на фиг.20А-20С.

[00138] Режим полного седла

[00139] Со ссылкой на фиг.21 и 22А-22С теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в режиме полного седла. Как показано на фиг.21, во время цикла приема катушка 400 также может имитировать катушку типа бабочки или типа седла для обнаружения MR сигналов, ориентированных параллельно плоскости катушки 400. Схема настройки катушки 400 обеспечивает путь тока по простому контуру для внешнего контура, как обсуждалось выше со ссылкой на режим полного контура, но также и альтернативные пути тока, включая встречные токи, для внешнего контура, правого края второго контура 404 катушки и левого края первого контура 402 катушки в различных сочетаниях. Одно из этих сочетаний представляет собой режим полного седла, как показано на фиг.21. Течение тока через катушку в режиме полного седла показано стрелками I_SL на фиг.21.

[00140] Соответственно, хотя физически и не образованная путем перекручивания проводящего контура в центре, чтобы образовывать два подконтура, вокруг средней точки, как в случае с прототипами седлообразных катушек, как например катушки, представленной на фиг.2А, конструкция катушки настоящего изобретения, тем не менее, электрически имитирует работу седлообразной катушки.

[00141] Фаза «вертикальных» сигналов напряжения, обнаруживаемых параллельно основному конденсатору 406 первого контура 402 катушки на первом коаксиальном кабеле 416, на 180 градусов отличается от фазы «вертикальных» сигналов напряжения, обнаруживаемых параллельно основному конденсатору 410 второго контура 404 катушки на втором коаксиальном кабеле 418. Важность этой 180-градусной разницы фаз становится ясной в связи с работой интерфейсного устройства 500, которая обсуждается ниже.

[00142] Завершив обсуждение способа, которым ток течет через катушку 400 во время цикла приема в режиме полного седла, теперь будет дано описание работы интерфейсного устройства 500 во время цикла приема MR установки в режиме полного седла с конкретной ссылкой на фиг.22А-22С. Катушка 400 выдает сигналы напряжения, характерные для MR сигналов как горизонтальной, так и вертикальной ориентации.

[00143] Теперь описывается способ, которым интерфейсное устройство 500 обрабатывает сигналы напряжения, полученные из первого и второго коаксиальных кабелей 416 и 418. Каждая цепь 502 и 504 предварительного усилителя усиливает сигналы напряжения, которые получает, и передает получающиеся усиленные версии, соответственно, на первую и вторую цепи 506 и 508 разветвителя мощности. Сигналы от первой и второй цепей 506 и 508 разветвителя мощности затем посылаются на третью и четвертую цепи 510 и 512 разветвителя мощности, так что сигналы, произведенные таким образом, впоследствии отправляются на 180-градусную комбинирующую цепь 514. Поскольку вертикальные сигналы напряжения, полученные от цепей 510 и 512 разветвителя мощности, отличаются по фазе на 180 градусов, 180-градусная комбинирующая цепь 514 может конструктивно объединять их. 180-градусная комбинирующая цепь 514 гасит горизонтальные сигналы напряжения, получаемые от цепи 510 разветвителя мощности горизонтальными сигналами напряжения, получаемыми от цепи 512 разветвителя мощности, поскольку они принимаются в фазе. Это дает сигнал седлообразного контура, который подается через переключающую цепь 532 на кабельную ловушку 522. Кабельная ловушка 522 направляет сигнал на первый выходной канал 524. Течение тока через интерфейсное устройство 500 в седлообразном режиме показано стрелками I_SL на фиг.22А-22С.

[00144] Режим полного контура и полного седла

[00145] Теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в режиме полного контура и полного седла. Во время цикла приема при работе в режиме полного контура и полного седла катушка 400 работает таким же образом, как описано выше как для режима полного контура, так и для режима полного седла. Однако интерфейсное устройство 500 функционирует немного другим образом. Вместо игнорирования выхода первого канала 524, как в режиме полного контура, или игнорирования выхода второго канала 526, как в режиме полного седла, на принимающий сканер подается 2-канальный сигнал, представляющий как сигнал полного контура, так и сигнал полного седла, как описано выше, и подается, соответственно, на третий выходной канал 528 и четвертый выходной канал 530. Соответственно, на принимающий сканер подается 2-канальный сигнал.

[00146] Режим правого контура, левого контура, полного контура, полного седла, или LLLS режим

[00147] Теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в режиме правого контура, левого контура, полного контура, полного седла или LLLS режиме. Во время цикла приема при работе в LLLS режиме катушка 400 работает тем же образом, как описано выше для каждого из режимов правого контура, левого контура, полного контура и полного седла. Кроме того, интерфейсное устройство 500 приспособлено подавать каждый из этих сигналов на принимающий сканер так, что на принимающий сканер MR установки подается 4-канальный выход.

[00148] Спектроскопический режим контура/седла

[00149] Теперь будет описана работа катушки 400 и интерфейсного устройства 500 в спектроскопическом режиме контура/седла. Во время цикла приема при работе в режимах полного контура и полного седла катушка 400 работает таким же образом, как описано выше для режимов как полного контура, так и полного седла. Однако интерфейсное устройство 500 функционирует немного другим образом. Теперь описывается способ, которым интерфейсное устройство 500 обрабатывает сигналы напряжения, полученные от выходных кабелей 416 и 418, в спектроскопическом режиме контура/седла. Каждая цепь 502 и 504 предварительного усилителя усиливает сигналы напряжения, которые получает, и передает получающиеся усиленные версии, соответственно, на первую и вторую цепи 506 и 508 разветвителя мощности. Сигналы от первой и второй цепей 506 и 508 разветвителя мощности затем посылаются на третью и четвертую цепи 510 и 512 разветвителя мощности, так что сигналы, произведенные таким образом, впоследствии отправляются на 0-грудусную комбинирующую цепь 516 и 180-градусную комбинирующую цепь 514. Сигналы из комбинирующих цепей 514 и 516 затем подаются через переключающие цепи 532 и 534. Переключающие цепи 532 и 534 направляют сигналы на 90-градусную комбинирующую цепь 536, выход которой посылается на кабельную ловушку 522. Кабельная ловушка 522 направляет сигнал на первый выходной канал 524.

[00150] Хотя интерфейсное устройство 500 было описано выше в данном документе как применяемое с катушкой 400, интерфейсное устройство 500 могло бы применяться с любой из катушек 100, 200 и 300, чтобы вырабатывать вышеописанные режимы.

[00151] Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает двухэлементную схему катушки, например катушек 100, 200, 300 и 400, которая может производить два контура или комбинацию полного контура и полного седла на основании цепей разветвителя мощности и объединителя, предоставляемых в интерфейсном устройстве 500. Кроме того, эти уникальные диаграммы направленности могут быть получены отдельно, чтобы предоставлять четыре уникальных канала, которые имеют уникальные диаграммы излучения. Кроме того, были предприняты различные шаги, чтобы сократить артефакты в виде паразитного изображения, при этом по-прежнему получая высокое отношение сигнал/шум. Со ссылкой на фиг.23 предоставляется график, показывающий отношение сигнал/шум различных катушек, обсуждавшихся в данном документе ранее. Катушка текущего уровня техники, например катушка, представленная на фиг.1А, обеспечивает самое низкое отношение сигнал/шум, как показано линией 600. Хотя конструкция катушки 100 с общим проводником, представленная на фиг.6, демонстрирует улучшенное отношение сигнал/шум, как показано линией 610, это улучшение не было таким сильным, как нужно. Соответственно, была получена конструкция катушки 400, представленная на фиг.12, которая обеспечила намного более высокое отношение сигнал/шум, как показано линией 620. Однако на изображениях, создаваемых этой катушкой, появлялись артефакты в виде паразитного изображения. Соответственно, было обнаружено, что уменьшение энергоснабжения предварительного усилителя с 10 В до 5 В сократило бы артефакты в виде паразитного изображения. Хотя это немного уменьшает отношение сигнал/шум, получаемое катушкой, она все же имеет более высокое отношение сигнал/шум, чем как у обычной катушки, так и у катушки 100 с общим проводником, как показано линией 630.

[00152] Хотя изобретение было подробно описано с целью иллюстрации на основании того, что в настоящее время считается наиболее практичными и предпочтительными вариантами осуществления, необходимо понимать, что такие подробности представлены исключительно с указанной целью и что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, но напротив предназначено охватывать модификации и эквивалентные компоновки. Например, необходимо понимать, что настоящее изобретение подразумевает, что, насколько это возможно, один или большее число признаков любого варианта осуществления могут комбинироваться с одним или большим числом признаков любого другого варианта осуществления.

[00153] Соответственно, чтобы способствовать прогрессу науки и техники, изобретатель (изобретатели) сего защищают патентной грамотой исключительные права на весь предмет обсуждения, охватываемый следующей формулой изобретения, на время, определенное патентным законодательством.

Использование: для получения изображений и спектров анатомических структур с помощью магнитно-резонансных устройств. Сущность изобретения заключается в том, что внутриполостной зонд для применения с магнитно-резонансной установкой содержит пару контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой; пару цепей развязки; пару выходных кабелей и разделительный материал, размещенный рядом с передней поверхностью контуров катушки. Каждый контур катушки содержит основной конденсатор и настроечный конденсатор. Каждая цепь развязки подключается параллельно настроечному конденсатору одного из контуров катушки. Каждый выходной кабель подключается на своем первом конце параллельно основному конденсатору одного из контуров катушки, так что каждый из основных конденсаторов снабжается отдельным заземлением. Разделительный материал обеспечивает предопределенное расстояние между парой контуров катушки и исследуемой областью, что таким образом уменьшает интенсивность магнитно-резонансных сигналов поблизости от контуров катушки, сохраняет отношение сигнал/шум на некоторой глубине в исследуемой области и сокращает артефакты. Технический результат: повышение качества получаемых изображений. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 34 ил.

1. Интерфейсное устройство для сопряжения катушки с магнитно-резонансной установкой, при этом катушка содержит пару контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из которых предназначен для приема магнитно-резонансных сигналов из исследуемой области, соответствующей ему, при этом интерфейсное устройство содержит:
(a) первый предварительный усилитель для приема сигнала от первого контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать первый усиленный сигнал;
(b) второй предварительный усилитель для приема сигнала от второго контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать второй усиленный сигнал;
(c) первый разветвитель, функционально соединенный с первым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал правого контура, который подан на первый канальный выход, и первый составной сигнал;
(d) второй разветвитель, функционально соединенный со вторым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал левого контура, который подан на второй канальный выход, и второй составной сигнал;
(e) третий разветвитель, функционально соединенный с первым разветвителем для разделения первого составного сигнала;
(f) четвертый разветвитель, функционально соединенный со вторым разветвителем для разделения второго составного сигнала;
(g) нуль-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать сигнал катушки типа седла, который подан на третий канальный выход; и
(h) 180-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать сигнал полного контура, который подан на четвертый канальный выход,
причем интерфейсное устройство настроено выборочно распознавать каждый из первого, второго, третьего и четвертого канальных выходов, таким образом позволяя магнитно-резонансной установке, подключенной к интерфейсному устройству, создавать изображения в большом количестве различных режимов.

2. Интерфейсное устройство по п.1, отличающееся тем, что первый предварительный усилитель и второй предварительный усилитель снабжены предопределенным уменьшенным напряжением питания по сравнению с номинальным напряжением питания первого предварительного усилителя и второго предварительного усилителя.

3. Интерфейсное устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один аттенюатор, обеспечивающий ослабление номинально в диапазоне от 3 дБ до 6 дБ, при этом по меньшей мере один аттенюатор расположен по меньшей мере в одном из мест: (а) между первым предварительным усилителем и первым разветвителем; (b) между вторым предварительным усилителем и вторым разветвителем; (с) после первого разветвителя и (d) после второго разветвителя.

4. Интерфейсное устройство по п.1, отличающееся тем, что большое количество режимов предусматривает режим левого контура, режим правого контура, режим полного контура, режим полного седла, режим правого контура и левого контура (LL), режим полного контура и полного седла и режим правого контура, левого контура, полного контура, полного седла (LLLS).

5. Установка для получения изображений исследуемой области, при этом установка содержит:
(а) внутриполостной зонд, содержащий
(i) пару контуров катушки, установленных в конфигурации с фазированной решеткой, каждый из которых принимает магнитно-резонансные сигналы из исследуемой области, соответствующей ему, при этом каждый из контуров катушки содержит основной конденсатор и настроечный конденсатор, причем настроечный конденсатор имеет параметр, выбранный обеспечивать резонанс в контуре катушки, соответствующий ему, на рабочей частоте магнитно-резонансной установки;
(ii) пару выходных кабелей, каждый из которых подключен на своем первом конце параллельно основному конденсатору одного из контуров катушки, так что каждый из основных конденсаторов снабжен отдельным заземлением; и
(iii) разделительный материал, расположенный рядом с передней поверхностью пары контуров катушки, при этом разделительный материал позволяет создавать предопределенное расстояние от около 0,03 до около 0,06 дюймов между парой контуров катушки и исследуемой областью и тем самым уменьшает интенсивность магнитно-резонансных сигналов поблизости от контуров катушки, поддерживает отношение сигнал/шум на некоторой глубине в исследуемой области, подходящее для воссоздания изображений исследуемой области, и сокращает артефакты на изображениях, включая артефакт Гиббса, когда внутриполостной зонд введен в полость пациента во время получения изображений; и
(b) интерфейсное устройство для сопряжения внутриполостного зонда с магнитно-резонансной установкой, при этом интерфейсное устройство содержит:
(i) первый предварительный усилитель для приема сигнала от первого контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать первый усиленный сигнал;
(ii) второй предварительный усилитель для приема сигнала от второго контура катушки из пары контуров катушки, чтобы создавать второй усиленный сигнал;
(iii) первый разветвитель, функционально соединенный с первым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал правого контура и первый составной сигнал;
(iv) второй разветвитель, функционально соединенный со вторым предварительным усилителем для разделения первого усиленного сигнала на сигнал левого контура и второй составной сигнал;
(v) третий разветвитель, функционально соединенный с первым разветвителем для разделения первого составного сигнала;
(vi) четвертый разветвитель, функционально соединенный со вторым разветвителем для разделения второго составного сигнала;
(vii) нуль-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать седлообразный сигнал; и
(viii) 180-градусный объединитель, функционально соединенный с третьим разветвителем и четвертым разветвителем для объединения сигналов, получаемых от них, чтобы создавать сигнал полного контура.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что первый предварительный усилитель и второй предварительный усилитель снабжены предопределенным уменьшенным напряжением питания по сравнению с номинальным напряжением питания первого предварительного усилителя и второго предварительного усилителя.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что внутриполостной зонд дополнительно содержит пару цепей развязки, каждая из которых подключена параллельно настроечному конденсатору одного из контуров катушки.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что каждая из цепей развязки является активной цепью развязки.

9. Установка по п.7, отличающаяся тем, что каждая из цепей развязки является пассивной цепью развязки.

10. Установка по п.7, отличающаяся тем, что каждая из цепей развязки содержит активную цепь развязки и пассивную цепь развязки.

11. Установка по п.5, отличающаяся тем, что дополнительно содержит промежуточный кабелепровод, содержащий:
(a) входной коннектор;
(b) выходной коннектор;
(c) пару внутренних кабелей для соединения на одном своем конце, соответственно, с выходными кабелями внутриполостного зонда через входной коннектор и похожий другой их конец к интерфейсному устройству посредством выходного коннектора;
(d) пару симметрирующих устройств, каждое из которых присоединено между концом одного из внутренних кабелей и по меньшей мере одним из входного коннектора и выходного коннектора; и
(e) по меньшей мере одну кабельную ловушку, присоединенную поблизости.

12. Установка по п.5, отличающаяся тем, что интерфейсное устройство дополнительно содержит по меньшей мере один аттенюатор, обеспечивающий ослабление номинально в диапазоне от 3 дБ до 6 дБ, по меньшей мере один аттенюатор расположен по меньшей мере в одном из мест: (а) между первым предварительным усилителем и первым разветвителем; (b) между вторым предварительным усилителем и вторым разветвителем; (с) после первого разветвителя и (d) после второго разветвителя.

13. Установка по п.5, отличающаяся тем, что конфигурация с фазированной решеткой требует, чтобы пара контуров катушки были критично перекрыты.

14. Установка по п.5, отличающаяся тем, что конфигурация с фазированной решеткой требует, чтобы пара контуров катушки обладали общим проводником.

15. Установка по п.5, отличающаяся тем, что конфигурация с фазированной решеткой требует, чтобы пара контуров катушки были установлены в гибридной перекрывающейся конфигурации, где по меньшей мере часть каждого из контуров катушки перекрыта, и контуры катушки обладают общим проводником.

16. Установка по п.5, отличающаяся тем, что пассивная цепь развязки предоставлена на втором конце каждого из выходных кабелей.

17. Установка по п.16, отличающаяся тем, что каждая из пассивных цепей развязки содержит последовательно соединенные встречно-включенные диоды и компонент реактивного сопротивления.

18. Установка по п.17, отличающаяся тем, что компонент реактивного сопротивления является по меньшей мере одним из катушки индуктивности и конденсатора.