用于MRI系统的RF接收线圈电路技术方案

用于接收用于对患者成像的磁共振(MR)信号的装置和方法。MR信号包括MR频率。射频(RF)线圈具有第一端部和第二端部。阻抗转换器与RF线圈电连接。前置放大器与阻抗转换器电连接，前置放大器具有增益。至少一个共振电路电连接到RF线圈的至少一个端部。到RF线圈的至少一个端部。到RF线圈的至少一个端部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于MRI系统的RF接收线圈电路
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请于2022年3月23日作为PCT国际专利申请提交，并要求2021年3月24日提交的美国非临时申请号17/211,534的优先权，其全部公开内容通过引用并入。


[0003]总体而言，本专利文件涉及MRI系统，更具体地，涉及用于MRI系统的RF接收线圈电路。

技术介绍

[0004]MRI系统生成患者体内组织和结构的图像，并且是诊断和治疗患者的非常重要的工具。这些是非常复杂和敏感的机器，需要精密度来产生高质量的图像。正如所期望的，需要不断改进MRI系统，以便MRI系统能够生成更准确和详细的图像，从而使得更容易查看和理解图像中表示的组织和结构。反过来，图像的清晰度和精度的提高可以导致更精确的诊断和治疗。
[0005]MRI系统具有管组件，在管组件中，患者躺在床上。管组件包括一系列高功率磁体、梯度线圈、RF发送线圈和RF接收线圈。这些磁体和线圈与患者体内的细胞相互作用并操纵细胞。体内绝大多数细胞都含有氢原子，氢原子具有绕轴线旋转的原子核。通常，这些轴线在患者全身随机定向。但是暴露于来自高功率磁体的大致均匀的磁场会导致所有的氢原子核对齐，使得它们的轴线平行于z轴(即，MRI机器的轴线)。氢原子核也以相对均匀的频率共振或振动。
[0006]当其中一个梯度线圈被RF信号激励时，它会沿着延伸穿过患者身体的切片产生磁场的梯度。梯度是由高功率磁体生成的磁场的变化。磁场的梯度定义了通过患者身体成像的切片。
[0007]患者身体前端的该切片内的氢原子核的角取向与患者身体中的其余氢原子核的角取向不同。然后，切片中的氢原子核以不同于切片外的氢原子核的频率共振或振动。
[0008]然后，用具有相对窄的频率带宽的脉冲激励RF发送线圈，该频率带宽包括与切片中的氢原子核共振或振动的频率相对应的频率。切片中氢原子核的共振或振动增加，并且它们从脉冲中吸收额外的能量。当脉冲结束时，氢原子核释放额外的能量，这会在RF接收线圈中感应出电信号或MRI信号。
[0009]在RF接收线圈中感应的MRI信号通常具有多个频率分量，包括磁共振(MR)频率。MR频率是由切片中的氢原子核共振或振动生成的在RF接收线圈中感应的信号的分量，并且它是携带关于切片中患者组织的信息的信号的分量。MRI机器使用MR频率的该电信号和信息来生成护理人员在诊断和治疗患者时可以使用的身体图像。
[0010]除了MR频率之外，感应信号中的频率分量会产生噪声，该噪声降低所得到的MRI图像的清晰度和精度。噪声是信号中不需要的部分，它可能会模糊信号中携带的信息。从技术上讲，它是所需信号功率与噪声功率的比率，定义为：
[0011]SNP＝P
信号
/P
噪声 (1)
[0012]其中，SNR为信噪比，P
信号
为信号的有意义或有用部分的平均功率，P
噪声
为不需要的并且模糊信号的有用部分的噪声的平均功率。
[0013]一个问题是，随着MRI设计者在MRI系统中使用越来越多的通道来提高图像清晰度和细节，噪声会增加。每个通道使用单独的RF接收线圈。例如，MRI系统可能使用多达64个或更多RF接收线圈。这些线圈通常重叠，以便将它们安装在MRI系统中。重叠线圈增加了线圈之间的互感。互感将导致一个RF接收线圈中的信号影响另一个相互耦合线圈中的信号的幅度。因此，一个RF接收线圈上的信号会使其他RF接收线圈上感应的信号失真，这又增加了噪声。
[0014]为了使噪声和RF接收线圈之间的耦合最小化，通常通过换衡器和低阻抗前置放大器馈送每个RF接收线圈的输出。这种结构由于前置放大器而增加了阻断阻抗，这又增加了RF接收线圈彼此之间的隔离以及前置放大器输出信号的SNR。前置放大器的低输入阻抗可以帮助隔离RF线圈，但如本文所述，它也可以在MR频率以外的频率上导致前置放大器增益中的狗耳(dog
‑
ear)峰值。这些峰值会导致前置放大器振荡并变得不稳定。
[0015]图1和图2示出了当前MRI系统中用于处理RF接收线圈输出的MRI信号的典型低阻抗前置放大器的源阻抗和增益曲线。图1绘制了MRI信号的增益和源阻抗与频率的关系。在本示例中，前置放大器在21℃的环境中操作，在其定义的操作带宽(其包括63.8MHz的MR频率)下具有28dB的增益。前置放大器的设计源阻抗约为125欧姆。其他典型的低阻抗前置放大器和相关电路将具有不同的增益和不同的操作频率。此外，它们可以用于具有不同设计源阻抗的电路，例如50欧姆、100欧姆、150欧姆、200欧姆或300欧姆的源阻抗。但这些替代低阻抗前置放大器将具有与图1和图2所示的类似的性能曲线。
[0016]第一迹线100绘制了源阻抗与输入信号的频率的关系。源阻抗在MR频率下达到峰值，在所示示例中MR频率为63.8MHz，然后随着频率的增加或减少而从峰值下降。第二迹线104绘制了前置放大器增益与信号频率的关系。第二迹线104显示前置放大器增益具有驼峰或狗耳曲线，其分别在第一狗耳频率108和第二狗耳频率110下具有第一狗耳峰值102和第二狗耳峰值106。第一狗耳频率108和第二狗耳频率110是前置放大器不稳定或甚至振荡的频率。第一狗耳频率108低于63.8MHz的MR频率，并且第二狗耳频率110高于63.8MHz的MR频率。第一狗耳频率108和第二狗耳频率110下的前置放大器增益高于MR频率下的增益，并且狗耳频率108和110下的增益可以比MR频率下的增益多达10dB或更多。
[0017]图2中可看出前置放大器增益的狗耳曲线的原因。迹线112绘制了前置放大器的增益与其源阻抗的关系。在所示的示例中，前置放大器在125欧姆的设计源阻抗下具有28dB的操作增益。如绘图所示，前置放大器增益随着源阻抗从设计源阻抗下降而增加，并且当源阻抗与前置放大器的输入阻抗共轭匹配时，前置放大器增益达到最大。在对应于MR频率的操作频率下，该输入阻抗低于设计源阻抗。此外，正被处理的信号的频率影响前置放大器看到的源阻抗。前置放大器看到的源阻抗随着信号频率从MR频率偏移而下降。下降的源阻抗导致前置放大器增益增加，从而产生第一狗耳峰值102和第二狗耳峰值106。另一个问题是以MR频率携带用于创建图像切片的MRI数据。在MR频率两侧的频率下的高增益和振荡使得难以从信号中提取MRI数据，并且导致低质量的图像或者甚至根本没有图像。MRI系统的开发人员试图使用不同的信号处理技术来解决这个问题，例如引入小的插入损耗，这会降低输
入到前置放大器的信号的功率。这种技术降低了信噪比，这增加MRI信号中的相对噪声量。已经尝试的另一种技术是使前置放大器输出的信号通过非常窄的带通滤波器，以抑制对应于狗耳峰值102和106的增益。然而，带通滤波器也会引入插入损耗。已经尝试的另一种技术是使用负反馈来降低狗耳频率108和110下的增益，但是这种技术也没有有效地降低MRI系统中的狗耳峰值102和106的影响。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于接收用于对患者成像的磁共振(MR)信号的装置，MR信号包括MR频率，所述装置包括：射频(RF)线圈，具有第一端部和第二端部；阻抗转换器，与所述RF线圈电连接；前置放大器，与所述阻抗转换器电连接，所述前置放大器具有增益；以及至少一个共振电路，电连接到所述RF线圈的至少一个端部。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述RF线圈和所述至少一个共振电路形成RF接收线圈电路的至少一部分，并且其中，所述至少一个共振电路增加在至少第一频率和第二频率下所述前置放大器的源阻抗。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述RF线圈和所述至少一个共振电路形成RF接收线圈电路的至少一部分，并且其中，所述至少一个共振电路降低在至少第一频率和第二频率下所述前置放大器的所述增益。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个共振电路包括第一共振电路和第二共振电路。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述RF线圈和所述第一共振电路和所述第二共振电路形成RF接收线圈电路的至少一部分，并且其中，所述第一共振电路增加在第一频率下所述RF接收线圈电路的源阻抗，并且所述第二共振电路增加在第二频率下所述RF接收线圈电路的源阻抗。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一共振电路增加在至少第一频率带宽中的频率下所述前置放大器的所述源阻抗，并且所述第二共振电路增加在至少第二频率带宽下所述前置放大器的所述源阻抗。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一频率带宽在大约0.5MHz到大约5MHz的范围内，并且所述第二频率带宽在大约0.5MHz到大约5MHz的范围内。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一共振电路和所述第二共振电路对在所述MR频率下的源阻抗基本上没有影响。9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一共振电路增加在所述第一频率下所述前置放大器的源阻抗，并且所述第二共振电路增加在所述第二频率下所述前置放大器的源阻抗。10.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一共振电路增加在第一频率范围内的频率下所述前置放大器的源阻抗，并且所述第二共振电路增加在第二频率范围内的频率下所述前置放大器的源阻抗。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一共振电路和第二共振电路对在所述MR频率下所述前置放大器的增益基本上没有影响。12.根据权利要求10所述的装置，其中，在所述第一频率带宽和所述第二频率带宽下所述前置放大器的源阻抗的增加在大约5欧姆到大约100欧姆的范围内。13.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一共振电路和第二共振电路中的每一个包括电容器和电感器。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述电容器和所述电感器串联布置。15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一共振电路和所述第二共振电路中的至
少一个电容器是可变电容器。16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一共振电路和所述第二共振电路中的至少一个电感器是可变电感器。17.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一共振电路和所述第二共振电路中的每一个电连接在所述RF线圈的所述第一端部和所述第二端部之间。18.根据权利要求4所述的装置，其中，所述第一共振电路电连接在所述RF线圈的所述第一端部和地之间，并且所述第二共振电路电连接在所述RF线圈的所述第二端部和地之间。19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述RF线圈的所述第一端部与所述阻抗转换器的输入电连接，并且所述RF线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾荔，郑康成，
申请(专利权)人：科隆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：