可调谐射频线圈组件和包括该射频线圈组件的磁共振系统的制作方法

本发明涉及用于磁共振成像的射频线圈组件。本发明还涉及包括射频线圈组件的磁共振成像系统。

背景技术：

1、磁共振成像(mri)方法利用磁场与核自旋之间的相互作用来形成二维或三维图像，目前广泛使用mri方法，尤其是在医学诊断领域，因为对于软组织的成像，mri方法在许多方面优于其他成像方法，不需要电离辐射并且通常是无创的。

2、根据通常的mri方法，将待检查患者的身体置于强的均匀磁场b0中，磁场b0的方向同时定义了与测量有关的坐标系的轴(通常是z轴)。磁场b0根据磁场强度引起个体核自旋产生不同的能级，该磁场强度能够通过施加定义频率(所谓的拉莫尔频率或mr频率)的电磁交变场(rf场)来激发(自旋共振)。从宏观角度来看，个体核自旋的分布产生总磁化，通过施加适当频率的电磁脉冲(rf脉冲)，能够使该总磁化偏离平衡状态，同时该rf脉冲的对应磁场b1垂直于z轴延伸，使得磁化绕z轴执行进动运动。进动运动描述了圆锥的表面，该圆锥的孔径角被称为翻转角。翻转角的大小取决于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的示例中，使磁化从z轴偏转到横向平面(翻转角90°)。

3、在rf脉冲终止之后，磁化弛豫回到初始平衡状态，在初始平衡状态中，以第一时间常数t1(自旋晶格或纵向弛豫时间)再次建立在z方向上的磁化，并且在与z方向垂直的方向上的磁化以更短的第二时间常数t2(自旋-自旋或横向弛豫时间)弛豫。能够借助于接收rf天线(rf线圈阵列)来检测横向磁化强度及其变化，所述接收rf天线在磁共振检查系统的检查体积内以特定方式布置和定向，使得在与z轴垂直的方向上测量磁化的变化。横向磁化的衰减伴随着由局部磁场不均匀性引起的在rf激励之后发生的失相，这促进了从具有相同信号相位的有序状态到所有相位角均匀分布的状态的转变。失相能够借助于重聚焦rf脉冲(例如，180°脉冲)来补偿。这在接收线圈中产生了回波信号(自旋回波)。

4、为了在正被成像的对象(例如，待检查患者)中实现空间分辨率，沿着三个主轴延伸的恒定磁场梯度被叠加在均匀磁场b0上，引起自旋共振频率的线性空间依赖性。在接收天线(rf线圈阵列)中拾取的信号包含不同频率的分量，这些分量能够与体内的不同位置相关联。经由接收线圈获得的信号数据对应于磁共振信号的波向量的空间频率域，并且被称为k空间数据。k空间数据通常包括采集的具有不同相位编码的多条线。通过收集大量样本来使每条线数字化。借助于傅立叶变换将一组k空间数据转换为mr图像。

5、为了防止rf线圈被强大的rf脉冲损坏并且为了提高信噪比，rf线圈被电子调谐或去谐。

6、德国实用新型de202018002146u描述了具有天线谐振电路元件和至少一个高频开关元件的磁共振天线。用于确定天线谐振电路元件的射频的高频开关元件在透射状态与不透射状态之间切换，以改变磁共振天线的自然谐振频率。高频开关元件选自场效应晶体管和/或一种微机电系统。

7、专利申请us2021/311144a1公开了磁共振(mr)成像系统，这种mr成像系统包括发射射频(rf)线圈组件，该发射rf线圈组件包括多个电容器组，每个电容器组耦合到至少一个二极管，该至少一个二极管的特征在于高击穿电压，使得当发射rf线圈组件向被置于磁体中的对象的部分施加至少一个切片选择rf脉冲以选择用于mr成像的特定切片时，选择性地调整电容器组以改善rf线圈组件在发射至少一个切片选择rf脉冲时的rf传输特性。

8、专利申请ca2348867a1描述了采用印刷电路板技术来制作磁共振导管线圈并由此制作的柔性导管线圈的方法，更具体地，该专利申请涉及小型化线圈，该小型化线圈足够小而使得能够插入到诸如血管、体腔等身体通道中。

9、专利us4763076a公开了用于磁共振成像(mri)系统rf线圈装置的去谐/去耦装置，该去谐/去耦装置使用开关二极管来响应于dc控制信号而选择性地连接和断开rf谐振电路的部分。dc控制信号选择性地正向偏置和反向偏置开关二极管。将dc控制电流沿着用于向/从电路馈送rf信号的同一rf传输线馈送到谐振电路。

10、出版物twieg michael等人的“active detuning of mri receive coils withgan fets”(ieee微波理论和技术汇刊，ieee，美国，doi：10.1109/tmtt.2015.2495366)描述了在63.6mhz下在用于磁共振成像(mri)接收线圈的有源去谐电路中使用氮化镓(gan)fet来代替pin二极管。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种rf线圈组件，这种rf线圈组件具有改进的用于对rf线圈进行调谐或去谐的架构。

2、本发明由独立权利要求来定义。在从属权利要求中定义了有利实施例。

3、改进的用于对rf线圈进行调谐或去谐的rf组件架构减少了进出组件的导体数量。本发明可以增强rf组件的性能，例如由于减少了导线之间的干扰。另外，可以有利地降低/减小rf组件的成本和体积。

4、在本发明的第一方面，提出了一种用于磁共振成像的rf线圈组件。所述rf线圈组件包括：rf线圈，其包括被配置为接收和/或发射rf信号输入和/或输出的多个横档；去谐装置，其被配置为接收控制信号并基于所述控制信号将所述rf线圈调谐到谐振频率/去谐；以及导体，其被配置为传导所述rf信号和所述控制信号。所述去谐装置电耦合到所述rf线圈的所述横档，并且所述导体电耦合到所述rf线圈和所述去谐装置。所述去谐装置包括微型开关和偏置网络，其中，所述偏置网络被配置为响应于所述控制信号而在断开状态与闭合状态之间切换所述微型开关。所述导体与所述去谐装置中的微型开关栅极电隔离，并且所述rf线圈组件被配置为将所述控制信号的电压分压在所述rf线圈上的谐振电容器和所述去谐装置中的微型开关栅极电容上。

5、这意味着：调谐或去谐控制信号在传导用于传输的rf功率和/或用于接收的mr信号的同一导体上进入rf线圈组件，从而减少了rf线圈与mr系统之间的连接数量。通过减少或消除用于对具有多个横档的rf线圈进行调谐或去谐的额外馈线，有可能降低/减小组件的噪声、成本和/或体积。通过中断导体与微型开关栅极(例如，fet栅极)之间的电流连接，在去谐装置处没有或只有可以忽略的dc电流流动，并且可以避免或减少在横档处与rf信号的耦合。这可以提高多横档谐振器的均匀性和对称性。

6、在本发明的上下文中，横档(也可以被称为腿或杆)是被配置为发射和/或接收rf信号的电导体，并且当rf线圈组件与磁共振成像系统一起使用时，横档在磁共振成像系统的膛中的磁场方向上延伸。具有多个横档的rf线圈的类型的非限制性示例是例如鸟笼线圈、体线圈、横向电磁谐振器线圈等。在具有多个横档的rf线圈组件中，本发明可以减少或避免rf线圈的横档与dc控制线之间的共模耦合。

7、所述偏置网络被配置为响应于所述控制信号而在断开状态与闭合状态之间切换至少一个微型开关。去谐装置可以经由多个横档调节对rf线圈的调谐或去谐。在本发明的上下文中，微型开关包括栅极(或开关输入部)，并且被配置为在栅极(开关输入部)处施加电压的情况下在断开状态与闭合状态之间切换，同时不需要或只需要非常低的持续电流来保持所述状态。这样的微型开关的非限制性示例包括场效应晶体管(fet)、材料相变开关或微机电开关。微型开关也可以包括多个子开关的组合，例如但不限于包括多个fet的单刀双掷(spdt)开关。微型开关与公共导体结合是有利的，因为它们只需非常低的功率就能切换且不需要或只需要非常低的持续电流来维持微型开关的状态。在fet的情况下，fet可以是例如氮化镓fet、氮化镓高电子迁移率晶体管、增强型fet、级联电路中的fet等。

8、电流通常可以在10-100μa的数量级上或更小，例如，0.1-10μa。取决于fet或其他微型开关，电流可能更高也可能更低。在例如fet栅极电压在例如0.1-10v范围内的情况下，所需功率非常低。即使具有潜在的更高的栅极电压，所需的功率也很低。预计fet的未来发展可以进一步改善在切换期间以及开状态和关状态下的性能(例如经由单个壳体中的改进的增强模式和/或共源共栅fet)。在本发明的实施例中，所述去谐装置被配置为使得多个微型开关响应于所述控制信号而被并行切换。fet或类似的微型开关的性质使得使用并行切换的多个开关(例如，多个横档上的多个fet)成为可能。利用这样的配置，可以利用相同的控制信号输入对具有多个开关的rf线圈组件进行有效的调谐/去谐。可以使用与rf线圈组件的单线连接来并行控制所有调谐/去谐开关。

9、在本发明的实施例中，通过公共导体传输的控制信号是时移脉冲dc信号。有利地，可以将脉冲dc控制信号与rf信号组合为rf放大器处的dc偏移，以用于通过公共导体传输，并且信号可以在rf线圈组件处被分离。利用时移信号，可以预先切换微型开关，使得在rf线圈中发生rf发射或接收之前，去谐是有效的。

10、在本发明的实施例中，所述rf线圈组件是rf体线圈组件、横向电磁谐振器组件，或rf鸟笼线圈组件。所述导体被配置为传输rf功率。在这种具有多个横档的发射线圈中，去除额外的馈线会特别有利。这种线圈通常具有多个通道，例如，16个或32个通道，这些通道需要调谐/去谐。对这种发射线圈的通道的阻抗匹配可以改善线圈与被成像对象之间的能量传递，并且减少传输的rf功率的不希望的反射。通过去除额外的馈线，可以避免或减少线圈rf导体与dc控制线之间的共模耦合。这种耦合会导致鸟笼谐振器的不平衡以及潜在的mri系统信号完整性问题。

11、在本发明的实施例中，所述去谐装置嵌入所述rf线圈组件的印刷电路板中。除了用于rf传导的印刷电路板之外，还有利地避免了rf线圈上的单独电线。

12、在本发明的实施例中，所述rf线圈组件还包括安全监测装置，所述安全监测装置被配置为监测所述rf线圈组件的调谐状态。监测rf线圈的调谐状态可以提高患者安全性和测量完整性。及时监测还可以提供控制调谐/去谐、补偿和/或预测rf电流的不均匀性等的可能性。

13、在本发明的实施例中，所述安全监测元件包括传感器，并且被配置为经由所述导体传输来自所述传感器的监测信号。因此，监测元件可以没有额外的导体，如果有额外的导体的话，额外的导体就可能是rf线圈组件上的耦合噪声的潜在来源。这也可以允许来自传感器的实时反馈信号。

14、在本发明的其他实施例中，所述安全监测元件包括传感器，并且被配置为以无线方式或经由光纤传输来自所述传感器的监测信号。这种配置可以提供一种通信模式来监测rf线圈组件的状态，而无需为监测信号添加来自rf线圈组件的电流导体。

15、在本发明的实施例中，所述去谐装置被配置为经由所述公共导体接收第一控制信号并以无线方式或经由光纤接收第二控制信号。可以有利的是，例如出于安全原因，具有多种方式与去谐装置通信，而无需向rf线圈组件添加额外的电流馈线。

16、根据本发明的另一方面，提供了一种包括rf线圈组件的磁共振系统。

17、参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并且得到阐明。