КАТУШКА ТИПА "ПТИЧЬЯ КЛЕТКА" С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Российский патент 2019 года по МПК G01R33/34 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к магнитно-резонансному радиочастотному передающему устройству для целей магнитно-резонансного исследования, и к способу генерации и приложения радиочастотного возбуждающего поля B₁ для целей магнитно-резонансного исследования, с использованием такого магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

В области техники магнитно-резонансного исследования, резонатор типа «птичья клетка», также известный как катушка типа «птичья клетка», является общеизвестной конструкцией объемной радиочастотной катушки для генерации радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁, подлежащего приложению к ядрам или в пределах исследуемого объекта для возбуждения магнитного резонанса, причем исследуемый объект расположен, по меньшей мере частично, в пределах катушки типа «птичья клетка», которая, в свою очередь, расположена в статическом, однородном магнитном поле B₀, направленном по существу перпендикулярно радиочастотному возбуждающему магнитному полю B₁.

В данной области техники, известны резонаторы типа «птичья клетка», которые служат в качестве радиочастотных передающих катушек и/или радиочастотных принимающих катушек. Они обычно работают в резонансе на радиочастоте, соответствующей ларморовой частоте, которая зависит от напряженности статического магнитного поля В₀ в гиромагнитном отношении рассматриваемых видов ядер.

Патент США 4,680,548 описывает конструкцию объемной радиочастотной катушки, далее называемой катушкой типа «птичья клетка» из-за ее внешнего вида, как магнитно-резонансную радиочастотную катушку, имеющую пару проводящих элементов контура, расположенных на расстоянии вдоль общей продольной оси. Каждый из элементов контура включает в себя множество последовательно соединенных емкостных элементов, расположенных вдоль границ контура. Множественные аксиальные проводящие элементы (обычно называемых «перекладинами») электрически соединяют проводящие элементы контура в точках между смежными элементами из последовательно соединенных емкостных элементов. В варианте осуществления радиочастотной катушки с фильтрацией верхних частот, аксиальные проводящие сегменты могут быть проводами, проводящими трубками или плоскими проводящими лентами, собственная индуктивность которых необходима для правильной работы катушки. Вариант осуществления катушки с полосовой фильтрацией реализован посредством включения емкостных элементов в каждый из аксиальных проводящих сегментов. Как известно, катушки типа «птичья клетка» имеют столько резонансных мод, сколько имеется радиальных или аксиальных проводящих сегментов. Предпочтительной модой возбуждения для катушки типа «птичья клетка» является мода, в которой генерируемое радиочастотное возбуждающее магнитное поле B₁, при работе в качестве передающей катушки, является как можно более однородным. Это имеет место для резонансных мод, чье распределение токов в перекладинах пропорционально sin θ или cos θ, соответственно, причем θ обозначает азимутальный угол, измеряемый по окружности вокруг оси катушки типа «птичья клетка».

Патент США 4,680,548 дополнительно описывает работу катушки типа «птичья клетка» в квадратурной моде возбуждения, в которой катушка типа «птичья клетка» передает радиочастотное магнитное поле с круговой поляризацией, которое, как известно, максимально взаимодействует с ядерными спинами. Для этой цели, катушка типа «птичья клетка» возбуждается на двух входных конденсаторах, расположенных под прямыми углами друг относительно друга, например, вдоль окружности одного из проводящих элементов контура, посредством двух радиочастотных источников, которые электрически сдвинуты по фазе на 90° друг относительно друга. В случае квадратурного возбуждения, амплитуды токов во всех перекладинах равны, в то время как относительные фазы увеличиваются линейно с увеличением азимутального угла θ.

Дополнительно известно, что для статических магнитных полей В₀ с большими напряженностями поля, например, 3 Тл или больше, механизмы стоячих волн на основе диэлектриков, связанные с исследуемым объектом, сильно влияют на однородность радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁. Одна возможность для улучшения однородности радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ в катушке типа «птичья клетка» в этом случае была предложена в патенте США 6,043,658. Здесь описано, что катушка типа «птичья клетка» с полосовой фильтрацией работает в вырожденной моде работы, в которой все резонансные моды и все резонансные частоты совпадают, что достигается выбором конкретных значений для емкостей в перекладинах и проводящих контурах, соответственно. Отдельные ячейки (причем каждая ячейка содержит два смежных проводника и секции двух проводящих контуров, которые находятся между ними) катушки типа «птичья клетка» являются тогда отвязанными друг от друга, и, таким образом, обеспечивается возможность работы в виде массива катушек, причем каждая катушка может независимо возбуждаться радиочастотным усилителем для оптимизации однородности радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ (так называемое радиочастотное «шиммирование»).

В международной заявке на патент WO 2014/053289 Al, описана катушка типа «птичья клетка» с полосовой фильтрацией, в которой соотношение емкостей кольца и перекладины выбрано таким образом, чтобы реализовать N резонансных мод, каждая из которых настроена на одну и ту же резонансную частоту, в результате чего, для каждой резонансной моды, отдельные ячейки резонатора типа «птичья клетка» не являются по существу электрически отвязанными друг от друга. Радиочастотные возбуждающие магнитные поля B₁, генерируемые в разных резонансных модах, не являются в пространственном распределении такими же, как радиочастотные возбуждающие магнитные поля B₁ вырожденной моды, описанные в патенте США 6,043,658, и допускают линейное комбинирование таким образом, чтобы могло быть обеспечено энергоэффективное, однородное распределение поля с круговой поляризацией для радиочастотных возбуждающих магнитных полей B₁.

Международная заявка на патент WO 02/095435 имеет отношение к устройству для генерации RF-полей в исследуемом объеме системы для магнитно-резонансного исследования. Управление распределением RF-полей достигается посредством отдельного выбора фазы и амплитуды RF-возбуждения для каждого из сегментов резонатора. Международная заявка на патент WO 2006/076624 раскрывает катушку типа «птичья клетка», которая имеет кольцевой резонатор, обеспечиваемый для концевых колец резонатора типа «птичья клетка». Расщепитель с фиксированным сдвигом фаз на 90° создает бегущую волну вокруг кольцевого резонатора для возбуждения катушки типа «птичья клетка» в квадратурной моде.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Общепринятым способом работы катушки типа «птичья клетка» в квадратурной моде может быть, например, возбуждение катушки типа «птичья клетка» с использованием идентичной радиочастотной мощности, имеющей фиксированную разность фаз, равную 90°, на двух конденсаторах контура, расположенных под прямыми углами друг относительно друга, относительно азимутального направления вокруг центральной оси катушки типа «птичья клетка». Типичная общепринятая конфигурация схематично показана на фиг. 7. Для обеспечения соответствующей напряженности радиочастотного возбуждающего поля B₁ в пространстве исследования требуется общая радиочастотная мощность в пределах, приблизительно, 35 кВт, что означает использование двух радиочастотных усилителей 42₁ и 42₂ с номинальным значением максимальной мощности каждого усилителя, равным, приблизительно, 18 кВт. Каждый радиочастотный усилитель 42₁, 42₂ соединен с катушкой 44 типа «птичья клетка» посредством радиочастотной передающей линии и радиочастотного циркулятора 76₁, 76₂, присоединенного последовательно, для снятия радиочастотной мощности, отраженной катушкой 44 типа «птичья клетка». Радиочастотные циркуляторы 76₁, 76₂ являются большими, тяжелыми и дорогостоящими. Передающие линии должны иметь соответствующую номинальную мощность и поэтому являются тяжелыми, и требуется согласование стоимости, веса и потерь радиочастотной мощности. Усилители 42₁, 42₂ могут содержать отдельные радиочастотные силовые транзисторы в двухтактной конфигурации с номинальной мощностью в режиме, приблизительно, 1 кВт, так что также требуется множество радиочастотных схем объединения, обычно устанавливаемых в одном корпусе.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства для генерации и приложения радиочастотного возбуждающего поля B₁ для целей магнитно-резонансного исследования с меньшим количеством аппаратных компонентов, при обеспечении возможности гибкой работы в отношении генерации радиочастотных возбуждающих полей B₁, в частности, в том числе, двумодового радиочастотного шиммирования, причем «двумодовый» относится к двум модам возбуждения на ларморовой частоте катушки для исследования всего тела.

В одном аспекте настоящего изобретения, цель достигается посредством магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства для генерации и приложения радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ на частоте магнитного резонанса к ядрам или в пределах исследуемого объекта, для целей магнитно-резонансного исследования. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство содержит катушку типа «птичья клетка», которая включает в себя:

пару проводящих элементов контура, расположенных вдоль общей продольной оси,

множество из N проводящих сегментов, выровненных параллельно аксиальному направлению и электрически соединяющих проводящие элементы контура, и

множество из N портов активации, причем каждый порт активации выполнен с возможностью приема радиочастотной мощности и передачи принятой радиочастотной мощности к катушке типа «птичья клетка» для генерации участка радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁, причем множество из N портов активации расположено в непосредственной близости от катушки типа «птичья клетка»;

причем катушка типа «птичья клетка» спроектирована таким образом, что она является возбуждаемой по меньшей мере на N/2 отдельных резонансных частотах.

Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство дополнительно включает в себя множество из М радиочастотных усилительных блоков. Каждый радиочастотный усилительный блок из множества из М радиочастотных усилительных блоков выполнен с возможностью приема радиочастотной мощности от радиочастотного источника, усиления принятой радиочастотной мощности и обеспечения радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса для катушки типа «птичья клетка» посредством множества из М портов активации, выбранных из множества из N портов активации, причем М является меньшим или равным N. Каждый радиочастотный усилительный блок из множества из М радиочастотных усилительных блоков выполнен с возможностью обеспечения отдельно-настраиваемого уровня радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса для одного порта активации из множества из М портов активации.

Дополнительно, в рабочем состоянии катушки типа «птичья клетка», каждый радиочастотный усилительный блок из множества из М радиочастотных усилительных блоков электрически соединен с портом активации из множества из N портов активации посредством радиочастотной передающей линии, и расположен в непосредственной близости от порта активации, для которого он обеспечивает радиочастотную мощность. Тогда, в рабочем состоянии катушки типа «птичья клетка», среди множества из М радиочастотных усилительных блоков существует установленное фиксированное соотношение настраиваемых фаз и настраиваемых амплитуд магнитно-резонансной радиочастотной мощности, обеспечиваемой посредством множества из М радиочастотных усилительных блоков.

Словосочетание «катушка типа птичья клетка», используемое в этой заявке, следует понимать, конкретно, таким образом, как будто оно охватывает катушки типа «птичья клетка» с фильтрацией верхних частот, имеющие конденсаторы в двух проводящих элементах контура, расположенных вдоль общей продольной оси, катушки типа «птичья клетка» с фильтрацией нижних частот, имеющие конденсаторы в аксиальных проводящих сегментах, электрически соединяющих два разнесенных проводящих элемента контура, расположенных вдоль общей продольной оси, и катушки типа «птичья клетка» с полосовой фильтрацией, имеющие конденсаторы в двух проводящих элементах контура, а также в аксиальных проводящих сегментах, электрически соединяющих два разнесенных проводящих элемента контура.

Словосочетание «отдельные резонансные частоты», используемое в этой заявке, следует понимать, конкретно, таким образом, как будто максимальные амплитуды двух произвольно выбранных резонансных частот разделены частотным интервалом, который является большим, чем сумма 50% от полных ширин на полувысоте (Full Width at Half Maximum - FWHM) двух резонансных частот.

Словосочетание «непосредственная близость», используемое в этой заявке, следует понимать, конкретно, как пространственное расстояние между радиочастотным усилительным блоком и соответствующим портом активации, которое является меньшим, чем λ/4, предпочтительно, меньшим, чем λ/8, и наиболее предпочтительно, меньшим, чем λ/10, где λ является эффективной длиной волны резонансной частоты.

Словосочетание «эффективная длина волны», используемое в этой заявке, следует понимать, конкретно, как длину волны резонансной частоты, распространяющейся в передающей линии, имеющей коэффициент замедления, отличный от 100%. В этом случае, эффективная длина волны является длиной волны резонансной частоты в вакууме, умноженной на коэффициент замедления (например, коэффициент замедления для используемого обычно радиочастотного кабеля RG 58 составляет 66%).

Одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что в соответствующем варианте осуществления, дорогостоящие радиочастотные компоненты, такие как радиочастотные усилительные блоки, могут быть заменены аппаратными компонентами с меньшими техническими требованиями по мощности.

Другое преимущество состоит в том, что никакие циркуляторы не требуются, вследствие нахождения радиочастотного усилительного блока в непосредственной близости от соответствующего порта активации, и по меньшей мере два длинных радиочастотных силовых кабеля с потерями (обычно -1,8 дБ) и схемы объединения радиочастотной мощности могут быть исключены вследствие того факта, что катушка типа «птичья клетка», имеющая отдельные резонансные частоты, распространяет радиочастотную мощность, которая подается на нее, среди своих ячеек.

Кроме того, магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство настоящего изобретения предпочтительно обеспечивает возможность работы катушки типа «птичья клетка» с возбуждением квадратурных мод или в моде множественной передачи с независимыми сдвоенными радиочастотными каналами (двумодовое возбуждение), например, для целей радиочастотного шиммирования.

В предпочтительном варианте осуществления, количество N проводящих сегментов, выровненных параллельно аксиальному направлению и электрически соединяющих проводящие элементы контура, является целым, кратным количеству М радиочастотных усилительных блоков из множества радиочастотных усилительных блоков. В соответствующих вариантах осуществления, при использовании свойств симметрии компоновки радиочастотных усилительных блоков и портов активации, может быть легко установлено фиксированное соотношение настраиваемых фаз, и нагрузка на аппаратные компоненты, такие как перекладины и радиочастотные усилительные блоки, может быть выровнена, что обеспечивает преимущество.

В другом предпочтительном варианте осуществления, проводящие сегменты из множества из N проводящих сегментов, выровненных параллельно аксиальному направлению, являются равноудаленно- расположенными относительно азимутального направления вокруг общей продольной оси катушки типа «птичья клетка». Таким образом, могут быть предотвращены большие различия в радиочастотной токовой нагрузке в проводящих сегментах, для генерации однородного радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления, магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство дополнительно содержит блок управления, который выполнен с возможностью управления отдельно-настраиваемым уровнем радиочастотной мощности, обеспечиваемой на частоте магнитного резонанса посредством множества из М радиочастотных усилительных блоков, и/или управления фиксированным соотношением настраиваемых фаз магнитно-резонансной радиочастотной мощности среди множества из М радиочастотных усилительных блоков.

Блок управления может быть отдельным блоком управления, который специально выполнен с возможностью управления магнитно-резонансным радиочастотным передающим устройством. Альтернативно, блок управления может быть составной частью другого блока управления устройства для магнитно-резонансного исследования, например, магнитно-резонансной системы визуализации.

Таким образом, отдельные уровни радиочастотной мощности, обеспечиваемой множеством радиочастотных усилительных блоков и/или фиксированное соотношение настраиваемых фаз среди множества радиочастотных усилительных блоков могут быть легко и надежно установлены с малой восприимчивостью к человеческим ошибкам, и могут быть также быстро изменены для обеспечения других уровней радиочастотной мощности и другого фиксированного соотношения настраиваемых фаз среди множества радиочастотных усилительных блоков, при необходимости. Предпочтительно, другие уровни радиочастотной мощности и другое фиксированное соотношение настраиваемых фаз могут быть заданными и могут храниться в цифровом запоминающем устройстве блока управления с возможностью извлечения.

Предпочтительно, блок управления содержит цифровой генератор волн на основе матрицы программируемых логических вентилей, который выполнен с возможностью установления цифровым способом фиксированного соотношения настраиваемых фаз среди множества из М радиочастотных усилительных блоков, и установления отдельно-настраиваемых уровней радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса в множестве из М радиочастотных усилительных блоков.

Предпочтительно, цифровой генератор волн основан на матрице программируемых логических вентилей. Этот тип цифрового генератора волн является доступным для приобретения и здесь подробно не обсуждается.

Посредством использования цифрового генератора волн, может быть легко установлено фиксированное соотношение настраиваемых фаз между радиочастотными усилительными блоками из множества из М радиочастотных усилительных блоков, и/или их отдельные уровни радиочастотной мощности могут быть установлены и быстро изменены, при необходимости.

В одном варианте осуществления, фиксированное соотношение настраиваемых фаз и отдельно-настраиваемые уровни радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса множества из М радиочастотных усилительных блоков установлены для работы катушки типа «птичья клетка» в квадратурной моде. Таким образом, квадратурная мода катушки типа «птичья клетка», которая обычно используется в магнитно-резонансном исследовании, может быть легко возбуждена с использованием меньшего количества аппаратных компонентов с меньшими техническими требованиями по мощности.

Альтернативно, фиксированное соотношение настраиваемых фаз может быть установлено, и отдельно-настраиваемые уровни радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса множества из М радиочастотных усилительных блоков могут быть установлены для работы катушки типа «птичья клетка» таким образом, чтобы компенсировалась неоднородность радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ внутри исследуемого объекта. Таким образом, магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство обеспечивает возможность работы в качестве катушки для множественной передачи со сдвоенными радиочастотными каналами для целей радиочастотного шиммирования.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления, магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство содержит радиочастотную передающую линию, имеющую

- эффективную электрическую длину, соответствующую по существу одной длине волны частоты магнитного резонанса, причем два конца радиочастотной передающей линии электрически соединены для образования контура, и

- множество из N контактных точек, электрически контактирующих с радиочастотной передающей линией и расположенных вдоль радиочастотной передающей линии с обеспечением промежутков, причем каждая из по меньшей мере двух контактных точек из множества из N контактных точек выполнена с возможностью приема радиочастотной мощности от по меньшей мере двух радиочастотных источников.

Количество радиочастотных усилительных блоков из множества из М радиочастотных усилительных блоков равно количеству портов активации из множества из N портов активации. Каждая контактная точка из множества из N контактных точек электрически соединена с другим радиочастотным усилительным блоком из множества из М=N радиочастотных усилительных блоков.

Таким образом, фиксированное соотношение настраиваемых фаз магнитно-резонансной радиочастотной мощности, обеспечиваемой множеством из М=N радиочастотных усилительных блоков, может быть легко установлено аналоговым способом, причем фазовый сдвиг между двумя смежными радиочастотными усилительными блоками, определяемыми значением 360°/N, определяется эффективной электрической длиной участка радиочастотной передающей линии между контактными точками, которые электрически соединены с упомянутыми двумя смежными радиочастотными усилительными блоками, определяемой значением λ/N. В одном соответствующем варианте осуществления, в котором, например, каждый из по меньшей мере двух радиочастотных источников возбуждает одну моду катушки типа «птичья клетка» с равным уровнем радиочастотной мощности, но с разностью фаз, равной 90°, катушка типа «птичья клетка» может быть возбуждена в квадратурной моде. В другом соответствующем варианте осуществления, катушка типа «птичья клетка» может быть также возбуждена в моде множественной передачи со сдвоенными радиочастотными каналами для целей радиочастотного шиммирования, например, с использованием двух независимых радиочастотных источников, имеющих неравный уровень радиочастотной мощности и/или разность фаз, которая является отличной от 90°.

В другом аспекте настоящего изобретения, обеспечен способ генерации и приложения радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ для целей магнитно-резонансного исследования, с использованием одного варианта осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства, раскрытого здесь.

Способ содержит этапы:

- обеспечения радиочастотной мощности от радиочастотных источников для множества из М радиочастотных усилительных блоков;

- управления отдельно-настраиваемыми уровнями радиочастотной выходной мощности, обеспечиваемой на частоте магнитного резонанса множеством из М радиочастотных усилительных блоков, для обеспечения необходимого уровня радиочастотной мощности;

- управления соотношением настраиваемых фаз магнитно-резонансной радиочастотной выходной мощности среди множества из М радиочастотных усилительных блоков для обеспечения фиксированного соотношения фаз.

Способ может обеспечить возможность возбуждения катушки типа «птичья клетка» в квадратурной моде, а также в моде множественной передачи со сдвоенными радиочастотными каналами, например, для целей радиочастотного шиммирования, посредством использования меньшего количества и менее дорогих аппаратных компонентов. Другие преимущества, описанные выше для магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства, также применимы.

В другом предпочтительном варианте осуществления способа с использованием магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства, чьи проводящие сегменты из множества из N проводящих сегментов выровнены параллельно аксиальному направлению и расположены равноудаленно относительно азимутального направления вокруг общей продольной оси катушки типа «птичья клетка», способ содержит этапы:

- управления отдельно-настраиваемым уровнем радиочастотной мощности, обеспечиваемой на частоте магнитного резонанса множеством из М радиочастотных усилительных блоков, для обеспечения уровня радиочастотной мощности, который является по существу идентичным среди множества из М радиочастотных усилительных блоков;

- управления соотношением настраиваемых фаз магнитно-резонансной радиочастотной мощности среди множества из М радиочастотных усилительных блоков согласно формуле

, (1)

где индекс i обозначает проводящий сегмент из множества проводящих сегментов катушки типа «птичья клетка», нумеруемых от 1 до N в азимутальном направлении вокруг общей продольной оси, а индекс f обозначает порт активации из множества из N портов активации, для которого произвольно определено, что абсолютная фаза равна 0.

Таким образом, катушка типа «птичья клетка» может быть возбуждена в квадратурной моде или в моде множественной передачи с М радиочастотными каналами, соответственно, посредством использования аппаратных компонентов с меньшими техническими требованиями по мощности.

Как может быть получено из формулы (1), если i=f (т.е., в порту активации, который принимает радиочастотную мощность от радиочастотного усилительного блока из множества из М радиочастотных усилительных блоков), то фаза равна нулю. Для случая i - f=N/4, фазовый сдвиг равен π/2, т.е., 90°.

Предпочтительно, количество радиочастотных усилительных блоков из множества из М радиочастотных усилительных блоков равно количеству портов активации из множества из N портов активации, и каждый радиочастотный усилительный блок обеспечивает радиочастотную мощность на частоте магнитного резонанса для катушки типа «птичья клетка» посредством другого порта активации из множества из N портов активации.

В еще одном аспекте настоящего изобретения, обеспечена магнитно-резонансная система визуализации, выполненная с возможностью приобретения магнитно-резонансных изображений по меньшей мере участка исследуемого объекта, содержащая:

- пространство исследования, обеспечиваемое для позиционирования по меньшей мере участка исследуемого объекта в его пределах;

- основной магнит, выполненный с возможностью генерации статического магнитного поля B₀ в пространстве исследования;

- магнитная градиентная катушечная система, выполненная с возможностью генерации градиентных магнитных полей, накладывающихся на статическое магнитное поле B₀;

- по меньшей мере один вариант осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства, раскрытого здесь;

- по меньшей мере одно радиочастотное антенное устройство, которое выполнено с возможностью приема сигналов магнитного резонанса от ядер или в пределах исследуемого объекта, которые были возбуждены посредством приложения радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁;

- блок управления, выполненный с возможностью управления функциями магнитно-резонансной системы визуализации; и

- блок обработки сигналов, выполненный с возможностью обработки сигналов магнитного резонанса для определения магнитно-резонансных изображений по меньшей мере участка исследуемого объекта на основании принятых сигналов магнитного резонанса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения станут понятными из вариантов осуществления, описанных здесь, и будут разъясняться со ссылкой на них. Однако такой вариант осуществления не обязательно представляет весь объем настоящего изобретения, и поэтому для интерпретации объема настоящего изобретения ссылка делается на формулу изобретения.

В чертежах:

Фиг. 1 показывает схематичную иллюстрацию части варианта осуществления магнитно-резонансной системы визуализации согласно настоящему изобретению,

Фиг. 2 схематично иллюстрирует катушку типа «птичья клетка» магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства магнитно-резонансной системы визуализации согласно фиг. 1,

Фиг. 3 схематично иллюстрирует вариант осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства согласно магнитно-резонансной системе визуализации согласно фиг. 1, обеспечивающий радиочастотную мощность для катушки типа «птичья клетка», показанной на фиг. 2,

Фиг. 4 показывает альтернативный вариант осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства согласно настоящему изобретению,

Фиг. 5 является схематичной иллюстрацией цифрового генератора волн блока управления магнитно-резонансной системы визуализации согласно фиг. 1,

Фиг. 6 является схематичной иллюстрацией другого альтернативного варианта осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства согласно настоящему изобретению, и

Фиг. 7 схематично иллюстрирует типичную общепринятую конфигурацию радиочастотных усилителей, обеспечивающих радиочастотную мощность для катушки типа «птичья клетка» для возбуждения квадратурной моды.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Далее, раскрыты некоторые варианты осуществления согласно настоящему изобретению. Отдельные варианты осуществления описаны со ссылкой на конкретную фигуру и идентифицированы добавочным номером конкретного варианта осуществления. Признаки, чья функция является одной и той же или в основном одной и той же во всех вариантах осуществления, идентифицированы ссылочными номерами, содержащими добавочный номер варианта осуществления, к которому они относятся, за которым следует номер признака. Если признак варианта осуществления не описан в соответствующем описании фигуры, или ссылочный номер, упомянутый в описании фигуры, не показан на самой фигуре, то следует обратиться к описанию предшествующего варианта осуществления.

Фиг. 1 показывает схематичную иллюстрацию части варианта осуществления магнитно-резонансной системы 110 визуализации, выполненной с возможностью приобретения магнитно-резонансных изображений по меньшей мере участка исследуемого объекта 120, обычно пациента, согласно настоящему изобретению. Магнитно-резонансная система 110 визуализации содержит блок 112 сканера, имеющий основной магнит 114. Основной магнит 114 имеет центральное отверстие, которое обеспечивает пространство 116 исследования вокруг центральной оси 118 для позиционирования исследуемого объекта 120 в его пределах, и дополнительно обеспечено для генерации статического магнитного поля B₀ по меньшей мере в пространстве 116 исследования. Для ясности, общепринятый стол для поддержки исследуемого объекта 120 на фиг. 1 опущен. Статическое магнитное поле B₀ определяет аксиальное направление пространства 116 исследования, выровненное параллельно центральной оси 118. Следует понимать, что настоящее изобретение также применимо к любому другому типу магнитно-резонансной системы визуализации, обеспечивающему область исследования в пределах статического магнитного поля.

Дополнительно, магнитно-резонансная система 110 визуализации содержит магнитную градиентную катушечную систему 122, выполненную с возможностью генерации градиентных магнитных полей, накладывающихся на статическое магнитное поле B₀. Магнитная градиентная катушечная система 122 расположена концентрически в пределах отверстия основного магнита 114.

Магнитно-резонансная система 110 визуализации содержит блок 126 управления, выполненный с возможностью управления функциями магнитно-резонансной системы 110 визуализации. Блок 126 управления включает в себя пользовательское интерфейсное устройство 124, образованное блоком монитора, имеющим сенсорный экран.

Кроме того, магнитно-резонансная система 110 визуализации включает в себя магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство 140 для генерации и приложения радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ с частотой магнитного резонанса во время периодов времени передачи радиочастотного излучения к ядрам или в пределах исследуемого объекта 120 для целей магнитно-резонансного исследования. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство 140 содержит катушку 144 типа «птичья клетка», выполненную в виде катушки для всего тела, и множество из четырех радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ (Фиг. 3). Катушка 144 типа «птичья клетка» имеет центральную ось 146 и, в рабочем состоянии, расположена концентрически в пределах отверстия основного магнита 114 таким образом, что центральная ось 146 катушки 144 типа «птичья клетка» и центральная ось 118 блока 112 сканера совпадают (Фиг. 1).

Каждый радиочастотный усилительный блок 142 из множества радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ выполнен с возможностью приема радиочастотной мощности от радиочастотного источника, усиления принятой радиочастотной мощности, и обеспечения усиленной радиочастотной мощности частоты магнитного резонанса для катушки 144 типа «птичья клетка».

Для этой цели, радиочастотная мощность подается, под управлением блока 126 управления, от радиочастотного передатчика 136, в качестве радиочастотного источника, к множеству радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ (иллюстративно показано на фиг. 1 для радиочастотного усилительного блока 142₁).

Как известно в данной области техники, цилиндрический, металлический радиочастотный экран 132 расположен концентрически между магнитной градиентной катушечной системой 122 и катушкой 144 типа «птичья клетка».

Кроме того, магнитно-резонансная система 110 визуализации содержит множество радиочастотных антенных устройств 134, обеспеченных для приема сигналов магнитного резонанса от ядер или в пределах исследуемого объекта 120, которые были возбуждены посредством приложения радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁. Радиочастотные антенные устройства 134 выполнены в виде массива локальных катушек, которые предназначены для позиционирования вблизи области исследуемого объекта 120, подлежащей визуализации. Локальные катушки выполнены с возможностью приема сигналов магнитного резонанса от возбужденных ядер на участке или в пределах участка исследуемого объекта 120, подлежащего визуализации, во время периодов времени приема радиочастотного излучения, которые отличаются от периодов времени передачи радиочастотного излучения.

Кроме того, магнитно-резонансная система 110 визуализации содержит блок 130 обработки сигналов, выполненный с возможностью обработки сигналов магнитного резонанса для определения магнитно-резонансных изображений по меньшей мере участка исследуемого объекта 120 на основании принятых сигналов магнитного резонанса.

Схематичный вид катушки 144 типа «птичья клетка» магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства 140 приведен на фиг. 2. Катушка 144 типа «птичья клетка» включает в себя пару идентичных проводящих элементов 148₁, 148₂ контура, расположенных вдоль общей продольной оси, заданной центральной осью 146, и множество из N=16 проводящих сегментов 150₁-150₁₆, выполненных в виде прямых проводников (перекладин), которые выровнены параллельно аксиальному направлению. Катушка 144 типа «птичья клетка» выполнена в виде катушки типа «птичья клетка» с полосовой фильтрацией, имеющей множество из 2N конденсаторов 152₁-152₁₆, 154₁-154₁₆ контура, расположенных в проводящих элементах 148₁, 148₂ контура, и, таким образом, электрически соединяющих участки проводящих элементов 148₁, 148₂ контура, которые образуют проводящий контур, и один конденсатор 156_i перекладины, причем i=1-N, из множества из N конденсаторов 156₁-156₁₆ перекладин, расположенных в каждой из перекладин, которые электрически соединяют участки проводящих элементов 148₁, 148₂ контура между двумя смежными конденсаторами 152_i, 152_i+1, 154_i, 154_i+1 контура. Проводящие сегменты 150_i, где i=1-N, множества из N проводящих сегментов 150₁-150₁₆, расположены равноудаленно относительно азимутального направления 162 вокруг центральной оси 146.

Катушка 144 типа «птичья клетка» спроектирована таким образом, чтобы она была возбуждаемой на N/2 отдельных резонансных частотах. Способы выбора конструктивных параметров катушки типа «птичья клетка» для обеспечения этого известны в данной области техники и поэтому здесь подробно не обсуждаются. Две резонансные моды катушки 144 типа «птичья клетка», рассматриваемые для возбуждения, являются резонансными модами, чье радиочастотное распределение тока в перекладинах является пропорциональным sin θ (мода 1) или cos θ (мода 2), соответственно, причем θ обозначает азимутальный угол, измеряемый в азимутальном направлении 162 вокруг центральной оси 146 катушки 144 типа «птичья клетка».

Согласно настоящему изобретению, катушка 144 типа «птичья клетка» содержит множество из N=16 портов 158₁-158₁₆ активации. Каждый порт 158_i активации, где i=1-16, выполнен с возможностью приема радиочастотной мощности и передачи принятой радиочастотной мощности к катушке 144 типа «птичья клетка» для генерации участка радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁. Порты 158₁-158₁₆ активации из множества из N портов 158₁-158₁₆ активации расположены в непосредственной близости от катушки 144 типа «птичья клетка», что наилучшим образом показано в альтернативном варианте осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства, показанном на фиг. 4.

Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство 140 включает в себя множество из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ (Фиг. 3), которое является меньшим, чем количество N=16, которое, в свою очередь, является целым, кратным М. Максимальная мощность каждого из радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ имеет номинальное значение, равное 4,4 кВт, так что общая радиочастотная мощность, равная, приблизительно, 18 кВт, является доступной при работе катушки 144 типа «птичья клетка». Фиг. 3 схематично иллюстрирует конфигурацию множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄, обеспечивающих радиочастотную мощность для катушки 144 типа «птичья клетка» посредством множества из М=4 портов активации, выбранных из множества из N=16 портов 158₁-158₁₆ активации. Выбранные порты активации являются портами 158₃, 158₇, 158₁₁, 158₁₅ активации.

Каждый радиочастотный усилительный блок 142_i, где i=1-4, из множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄, выполнен с возможностью обеспечения отдельно-настраиваемого уровня радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса для одного порта 158 активации из множества из М=4 портов 158₃, 158₇, 158₁₁, 158₁₅ активации.

В рабочем состоянии катушки 144 типа «птичья клетка», каждый радиочастотный усилительный блок 142_i, где i=1-M, из множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄, является электрически соединенным с одним портом 158 активации из выбранных портов 158₃, 158₇, 158₁₁, 158₁₅ активации из множества из N=16 портов 158₁-158₁₆ активации, посредством радиочастотной передающей линии 160_i, где i=1-4, имеющей длину, меньшую, чем одна десятая эффективной длины волны резонансной частоты в радиочастотной передающей линии 160, и, таким образом, расположен в непосредственной близости от порта 158 активации, для которого он обеспечивает радиочастотную мощность. В этом варианте осуществления магнитно-резонансной системы 110 визуализации, имеющей напряженность поля, статического магнитного поля B₀, равную 3,0 Тл, которая обеспечивает в результате частоту магнитного резонанса, приблизительно, 128 МГц для протонов, и коэффициент замедления передающей линии, равный 66%, длина передающих линий 160₁-160₄ является меньшей, чем, приблизительно, 0,15 м.

В рабочем состоянии, катушка 144 типа «птичья клетка» возбуждается множеством из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄, обеспечивающих магнитно-резонансную радиочастотную мощность для портов 158₃, 158₇, 158₁₁, 158₁₅ активации, имеющих амплитуды и относительные фазы φ₃, φ₇, φ₁₁, φ₁₅ согласно (как общепринято, ω обозначает круговую частоту частоты магнитного резонанса) формулам

порт 158₃ активации:

порт 158₇ активации:

порт 158₁₁ активации:

порт 158₁₅ активации: (2)

Таким образом, порты 158₇, 158₁₅ активации обеспечиваются радиочастотной мощностью, имеющей фазовый сдвиг 180°. То же самое верно для портов 158₃, 158₁₁ активации.

Четыре амплитуды a₇, a₁₁, b₇ и b₁₁ являются независимыми и могут быть выбраны для обеспечения необходимого радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ посредством возбуждения катушки 144 типа «птичья клетка» соответствующим образом.

Например, квадратурная работа катушки 144 типа «птичья клетка» может быть обеспечена посредством выбора амплитуд b₇ и a₁₁, равных 0, и выбора амплитуды a₇ таким образом, чтобы она была равна амплитуде b₁₁. Пары 158₃/158₇ и 158₁₁/158₁₅ портов активации, соответственно, которые разделены азимутальным углом Δθ, равным 90°, измеренным в азимутальном направлении 162 вокруг центральной оси 146 катушки 144 типа «птичья клетка», обеспечиваются радиочастотной мощностью, имеющей относительную разность фаз φ, равную 90°.

Как показано выше, в рабочем состоянии катушки 144 типа «птичья клетка», среди множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ существует установленное фиксированное соотношение настраиваемых фаз φ_i, где i=1-4, магнитно-резонансной радиочастотной мощности, обеспечиваемой посредством множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄.

Для целей радиочастотного шиммирования, четыре независимые амплитуды a₇, a₁₁, b₇ и b₁₁ могут быть выбраны по-разному, например, для компенсации неоднородности радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁, вызванной исследуемым объектом 120. Катушка 144 типа «птичья клетка», тогда, работает в качестве катушки множественной передачи со сдвоенными радиочастотными каналами с М усилителями.

Отдельно-настраиваемый уровень радиочастотной мощности, обеспечиваемый на частоте магнитного резонанса посредством множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄ и фиксированное соотношение настраиваемых фаз φ_i, где i=1-4, магнитно-резонансной радиочастотной мощности среди множества из М=4 радиочастотных усилительных блоков 142₁-142₄, управляются блоком управления, который является составной частью блока 126 управления магнитно-резонансной системы 110 визуализации.

Альтернативный вариант осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства 240 согласно настоящему изобретению схематично показан на фиг. 4. Будут описаны только признаки, отличные от признаков варианта осуществления согласно фиг. 3. Для признаков второго варианта осуществления, которые не описаны ниже, следует сделать ссылку на описание первого варианта осуществления.

В отличие от первого варианта осуществления (фиг. 3), вариант осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства 240 согласно фиг. 4 содержит множество из M=N=16 радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆, так что количество М радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆ равно количеству N перекладин катушки 244 типа «птичья клетка».

Максимальная мощность каждого радиочастотного усилительного блока 242_i, где i=1-16, из множества радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆, имеет номинальное значение, равное всего 1,1 кВт. Тем не менее, общая радиочастотная мощность, равная, приблизительно, 18 кВт, является все же доступной для работы катушки 244 типа «птичья клетка». Фиг. 4 схематично показывает конфигурацию множества из М=16 радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆, обеспечивающих радиочастотную мощность для катушки 244 типа «птичья клетка» посредством множества из M=N=16 портов 258₁-258₁₆ активации.

Радиочастотные усилительные блоки 242₁-242₁₆ удобно расположены на фланце 238 основного магнита 214 в непосредственной близости от портов 258₁-258₁₆ активации, и каждый радиочастотный усилительный блок 242_i, где i=1-16, из множества радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆, электрически соединен с одним портом 258_i активации, где i=1-16, из множества портов 258₁-258₁₆ активации, посредством радиочастотной передающей линии 260_i, где i=1-16, выполненной в виде коаксиального кабеля, имеющего длину, меньшую, чем 0,15 м.

В рабочем состоянии, катушка 244 типа «птичья клетка» возбуждается множеством из M=N=16 радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆, обеспечивающих магнитно-резонансную радиочастотную мощность для множества из N=16 портов 258₁-258₁₆ активации, имеющих амплитуды и относительные фазы φ_i, где i=1-16, согласно формуле

(3)

где индекс i обозначает проводящий сегмент 250_i из множества проводящих сегментов 250₁-250₁₆ катушки 244 типа «птичья клетка», нумеруемых от 1 до N в азимутальном направлении 262 вокруг центральной оси 246, а индекс f обозначает порт 258_f активации, для которого абсолютная фаза произвольно установлена равной 0. В вышеупомянутом случае, это относится к порту 258₇ активации.

Снова, четыре амплитуды a₇, a₁₁, b₇ и b₁₁ являются независимыми и могут быть выбраны для обеспечения необходимого радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁ посредством возбуждения катушки 244 типа «птичья клетка» соответствующим образом.

Например, квадратурная работа катушки 244 типа «птичья клетка» может быть обеспечена посредством выбора амплитуд b₇ и a₁₁, равных 0, и выбора амплитуды a₇ таким образом, чтобы она была равна амплитуде b₁₁. Отдельно-настраиваемый уровень радиочастотной мощности, обеспечиваемый на частоте магнитного резонанса посредством множества из М=N радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆, устанавливается, тогда, согласно (3), при a₇=b₁₁, т.е., соответствует уровню радиочастотной мощности, который является по существу идентичным среди M=N радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆. Фиксированное соотношение настраиваемых фаз φ_i, где i=1-16, магнитно-резонансной радиочастотной мощности среди множества из M=N радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆ устанавливается согласно формуле

Для i=1 до N, фазы φ_i равны -135°, -112,5°, -90°, -67,5°, -45°, -22,5°, 0°, 22,5°, 45°, 67,5°, 90°, 112,5°, 135°, 157,5°, 180° и -157,5°, соответственно.

Для целей радиочастотного шиммирования, четыре независимые амплитуды a₇, a₁₁, b₇ и b₁₁ и фазы φ_i, где i=1-16, могут быть выбраны по-разному, например, для компенсации неоднородности радиочастотного возбуждающего магнитного поля B₁, вызванной исследуемым объектом 220. Катушка 244 типа «птичья клетка», тогда, работает в качестве катушки множественной передачи с 16 радиочастотными каналами.

Фиг. 5 является схематичной иллюстрацией модуля 66 цифрового генератора 64 волн, который является составной частью блока 226 управления магнитно-резонансной системы 210 визуализации. Цифровой генератор 64 волн содержит множество модулей 66_i, где i=1-16, каждый из которых является назначаемым для одного из радиочастотных усилительных блоков 242i из множества из M=N радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆. Блок 226 управления управляет цифровым генератором 64 волн, который основан на матрице программируемых логических вентилей, и который выполнен с возможностью установления цифровым способом фиксированного соотношения настраиваемых фаз φ_i, где i=1-16, среди множества из M=N радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆ согласно формуле (3), и установления отдельно-настраиваемых уровней радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса в множестве из M=N радиочастотных усилительных блоков 242₁-242₁₆ согласно формуле (3).

Другой альтернативный вариант осуществления магнитно-резонансного радиочастотного передающего устройства 340 согласно настоящему изобретению схематично показан на фиг. 6.

В отличие от варианта осуществления согласно фиг. 4, магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство 340, показанное на фиг. 6, дополнительно включает в себя другую радиочастотную передающую линию 72, имеющую эффективную электрическую длину, соответствующую по существу одной длине волны частоты магнитного резонанса. Два конца радиочастотной передающей линии 72 электрически соединены для образования контура.

Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство 340 дополнительно включает в себя множество из N=16 контактных точек 74_i, где i=1-N, электрически контактирующих с радиочастотной передающей линией 72 и расположенных вдоль радиочастотной передающей линии 72 с обеспечением промежутков, причем каждая из контактных точек 74_i из множества из N контактных точек 74_i, где i=1-N, выполнена с возможностью приема радиочастотной мощности от двух независимых радиочастотных источников 68, 70.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, контактные точки 74₇ и 74₁₁ принимают радиочастотную мощность от двух независимых радиочастотных источников 68, 70.

Количество М радиочастотных усилительных блоков 342_i, где i=1-M, из множества из М радиочастотных усилительных блоков 342i, где i=1-M, равно количеству N портов 358_i активации, где i=1-N, из множества из N портов 358_i активации, где i=1-N. Каждая контактная точка 74_i из множества из N контактных точек 74_i, где i=1-N, электрически соединена с входным портом другого радиочастотного усилительного блока 342_i из множества из М=N радиочастотных усилительных блоков 342_i, где i=1-16. Путь радиочастотного сигнала от контактной точки 74₁₅ до радиочастотного усилительного блока 342₁₅ и далее до порта 358₁₅ активации катушки 344 типа «птичья клетка» через передающую линию 360₁₅ иллюстративно и схематично показан на фиг. 6.

Таким образом, радиочастотная мощность, которая является доступной на одной из N контактных точек 74_i, где i=1-N, используется в качестве входной радиочастотной мощности для одного из множества М=N радиочастотных усилительных блоков 342_i, где i=1-16. Фиксированное соотношение настраиваемых фаз φ_i, где i=1-16, и амплитуды магнитно-резонансной радиочастотной мощности, обеспечиваемой множеством из М=N радиочастотных усилительных блоков 342_i, где i=1-16, устанавливаются посредством радиочастотной передающей линии 72 аналоговым способом, посредством эффективной электрической длины участков радиочастотной передающей линии 72 между любыми двумя контактными точками 74_m, 74_n, где m, n=1-16, причем эффективная электрическая длина между двумя смежными контактными точками 74_n, 74_n+1 для любого n равна 360°/N.

Амплитуды и относительные фазы φ_k, где k=1, 2, двух независимых радиочастотных источников 68, 70 задаются формулой (сравните с формулой (2))

порт 358₇ активации:

порт 358₁₁ активации:

Квадратурная работа катушки 344 типа «птичья клетка» может быть обеспечена посредством выбора амплитуд b₇ и a₁₁, равных 0 (что означает, что фазовый сдвиг между двумя независимыми радиочастотными источниками равен 90°), выбора амплитуды a₇ таким образом, чтобы она была равна амплитуде b₁₁, и работы каждого радиочастотного усилительного блока 342_i из множества из M=N радиочастотных усилительных блоков 342_i, где i=1-16, с одним и тем же коэффициентом усиления, т.е., на одном и том же отдельно-настраиваемом уровне радиочастотной мощности.

Для работы катушки 344 типа «птичья клетка» в моде множественной передачи со сдвоенными радиочастотными каналами для целей радиочастотного шиммирования, независимые амплитуды a₇, a₁₁, b₇ и b₁₁ могут быть выбраны, при необходимости.

В то время как настоящее изобретение было показано и подробно описано в чертежах и предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать в качестве иллюстрации или примера, а не в качестве ограничения; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть придуманы и приведены в действие специалистами в данной области техники при осуществлении на практике заявленного изобретения, на основании изучения чертежей, описания, и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа на исключает множественного числа. Тот факт, что некоторые меры приведены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для обеспечения преимущества. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться в качестве ограничения объема изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ:

10 - магнитно-резонансная система визуализации

12 - блок сканера

14 - основной магнит

16 - пространство исследования

18 - центральная ось

20 - исследуемый объект

22 - магнитная градиентная катушечная система

24 - пользовательское интерфейсное устройство

26 - блок управления

28 - цифровое запоминающее устройство

30 - блок обработки сигналов

32 - радиочастотный экран

34 - множество принимающих радиочастотных антенных устройств

36 - радиочастотный передатчик

38 - фланец

40 - магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство

42 - радиочастотный усилительный блок

44 - катушка типа «птичья клетка»

46 - центральная ось

48 - проводящий элемент контура

50 - проводящий сегмент

52 - конденсатор контура

54 - конденсатор контура

56 - конденсатор перекладины

58 - порт активации

60 - радиочастотная передающая линия

62 - азимутальное направление

64 - цифровой генератор волн

66 - модуль

68 - радиочастотный источник

70 - радиочастотный источник

72 - радиочастотная передающая линия

74 - контактная точка

φ - фаза

θ - азимутальный угол

Группа изобретений относится к магнитно-резонансному радиочастотному передающему устройству для целей магнитно-резонансного исследования. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство для генерации и приложения радиочастотного возбуждающего поля B₁ для целей магнитно-резонансного исследования содержит катушку типа «птичья клетка» и множество из радиочастотных усилительных блоков для обеспечения радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса для катушки типа «птичья клетка» посредством множества из М портов активации, выбранных из множества из N портов активации. В рабочем состоянии катушки типа «птичья клетка», каждый радиочастотный усилительный блок электрически соединен с портом активации и расположен в непосредственной близости от него. Среди множества из радиочастотных усилительных блоков существует установленное фиксированное соотношение настраиваемых фаз магнитно-резонансной радиочастотной мощности, обеспечиваемой посредством множества из М радиочастотных усилительных блоков. Технический результат – упрощение конструкции магнитно-резонансного устройства. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) для генерации и приложения радиочастотного возбуждающего поля B₁ с частотой магнитного резонанса к ядрам или в пределах исследуемого объекта (120) для целей магнитно-резонансного исследования, причем магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) содержит:

катушку (144; 244; 344) типа «птичья клетка», включающую в себя:

пару проводящих элементов (148₁, 148₂) контура, расположенных на расстоянии вдоль общей продольной оси,

множество из N проводящих сегментов (150), выровненных параллельно аксиальному направлению и электрически соединяющих проводящие элементы (148₁, 148₂) контура, и

множество из N портов (158; 258; 358) активации, причем каждый порт (158; 258; 358) активации выполнен с возможностью приема радиочастотной мощности и передачи принятой радиочастотной мощности к катушке (144; 244; 344) типа «птичья клетка» для генерации участка радиочастотного возбуждающего поля B₁, причем множество из N портов (158; 258; 358) активации расположено в непосредственной близости от катушки (144; 244; 344) типа «птичья клетка»;

причем катушка (144; 244; 344) типа «птичья клетка» спроектирована с возможностью возбуждения по меньшей мере на N/2 отдельных резонансных частотах,

причем магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) дополнительно включает в себя:

множество из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342), причем каждый радиочастотный усилительный блок (142; 242; 342) выполнен с возможностью приема радиочастотной мощности от радиочастотного источника (136; 68; 70) и усиления принятой радиочастотной мощности для обеспечения радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса для катушки (144; 244; 344) типа «птичья клетка» посредством множества из М портов (158; 258; 358) активации, выбранных из множества из N портов (158; 258; 358) активации, причем М является меньшим или равным N, и причем каждый радиочастотный усилительный блок (142; 242; 342) из множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342) выполнен с возможностью обеспечения отдельно-настраиваемого уровня радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса для одного порта (158; 258; 358) активации из множества из М портов (158; 258; 358) активации;

причем, в рабочем состоянии катушки (144; 244; 344) типа «птичья клетка», каждый радиочастотный усилительный блок (142; 242; 342) из множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342) электрически соединен с портом (158; 258; 358) активации из множества из N портов (158; 258; 358) активации посредством радиочастотной передающей линии (160; 260; 360), и расположен в непосредственной близости от порта (158; 258; 358) активации, для которого он обеспечивает радиочастотную мощность;

и причем в рабочем состоянии катушки (144; 244; 344) типа «птичья клетка», среди множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342) существует установленное фиксированное соотношение настраиваемых фаз (φ) и настраиваемых амплитуд магнитно-резонансной радиочастотной мощности, обеспечиваемой посредством множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342), и причем магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство содержит другую радиочастотную передающую линию (72), имеющую

эффективную электрическую длину, соответствующую по существу одной длине волны частоты магнитного резонанса, причем два конца радиочастотной передающей линии (72) электрически соединены для образования контура,

множество из N контактных точек (74), электрически контактирующих с радиочастотной передающей линией (72) и расположенных вдоль радиочастотной передающей линии (72) с обеспечением промежутков, причем каждая из по меньшей мере двух контактных точек (74) из множества из N контактных точек (74) выполнена с возможностью приема радиочастотной мощности от по меньшей мере одного радиочастотного источника (136; 68; 70);

причем количество радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342) из множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342) равно количеству портов (158; 258; 358) активации из множества из N портов (158; 258; 358) активации, и причем каждая контактная точка (74) из множества из N контактных точек (74) электрически соединена с другим радиочастотным усилительным блоком (142; 242; 342) из множества из М=N радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342).

2. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по п. 1, в котором N является целым числом, кратным М.

3. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по п. 1 или 2, в котором проводящие сегменты (150) из множества из N проводящих сегментов (150), выровненные параллельно аксиальному направлению, являются равноудаленно-расположенными относительно азимутального направления (162) вокруг общей продольной оси катушки (144; 244; 344) типа «птичья клетка».

4. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащее блок (126; 226) управления, который выполнен с возможностью

управления отдельно-настраиваемым уровнем радиочастотной мощности, обеспечиваемой на частоте магнитного резонанса посредством множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342), и/или

управления фиксированным соотношением настраиваемых фаз (φ) магнитно-резонансной радиочастотной мощности среди множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342).

5. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по п. 4, в котором блок (126; 226) управления содержит цифровой генератор (64) волн, который выполнен с возможностью установления цифровым способом фиксированного соотношения настраиваемых фаз (φ) среди множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342), и установления отдельно-настраиваемых уровней радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса в множестве из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342).

6. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по п. 5, в котором цифровой генератор (64) волн основан на матрице программируемых логических вентилей.

7. Магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по любому из предшествующих пунктов, в котором

фиксированное соотношение настраиваемых фаз (φ) и

отдельно-настраиваемые уровни радиочастотной мощности на частоте магнитного резонанса множества из М радиочастотных усилительных блоков (142; 242; 342) установлены для работы катушки (144; 244; 344) типа «птичья клетка» в квадратурной моде.

8. Магнитно-резонансная система (110) визуализации, выполненная с возможностью получения магнитно-резонансных изображений по меньшей мере участка исследуемого объекта (120), содержащая:

- пространство (116) исследования, обеспечиваемое для позиционирования по меньшей мере участка исследуемого объекта (120) в его пределах;

- основной магнит (114), обеспечиваемый для генерации статического магнитного поля B₀ по меньшей мере в пространстве (116) исследования;

- магнитную градиентную катушечную систему (122), выполненную с возможностью генерации градиентных магнитных полей, накладывающихся на статическое магнитное поле B₀;

- по меньшей мере одно магнитно-резонансное радиочастотное передающее устройство (140; 240; 340) по любому из п.п. 1-7;

- по меньшей мере одно радиочастотное антенное устройство (134), которое выполнено с возможностью приема сигналов магнитного резонанса от ядер или в пределах участка исследуемого объекта (120), которые были возбуждены посредством приложения радиочастотного возбуждающего поля B₁;

- блок (126; 226) управления, выполненный с возможностью управления функциями магнитно-резонансной системы (110) визуализации; и

- блок (130) обработки сигналов, выполненный с возможностью обработки сигналов магнитного резонанса для определения магнитно-резонансных изображений по меньшей мере участка исследуемого объекта (120) на основании принятых сигналов магнитного резонанса.