專利名稱：正交直腸內(nèi)線圈及用于該正交直腸內(nèi)線圈的接口設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及使用磁共振(MR)系統(tǒng)來(lái)獲得腔內(nèi)結(jié)構(gòu)的圖像和光譜的系統(tǒng)和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種能夠根據(jù)從在MR手術(shù)期間激勵(lì)的核子獲得的MR信號(hào)來(lái)提供圖像和光譜結(jié)果的正交直腸內(nèi)線圈和關(guān)聯(lián)接口設(shè)備。
背景技術(shù)：
提供以下背景信息以幫助讀者理解下文公開(kāi)的本發(fā)明和它的通常使用環(huán)境。在本文中除非另有明示則并不明確或者隱含地使這里所用術(shù)語(yǔ)限于任何特定狹義解釋。磁共振成像(MRI)是一種產(chǎn)生人體內(nèi)部的高質(zhì)量圖像的無(wú)創(chuàng)方法。它允許醫(yī)療人員看見(jiàn)人體內(nèi)部而無(wú)需外科手術(shù)或者使用電離輻射如X光。圖像的分辨率高到使得癌癥和其它病理形式經(jīng)?？梢栽谝曈X(jué)上區(qū)別于健康組織。也已經(jīng)開(kāi)發(fā)磁共振技術(shù)和系統(tǒng)用于進(jìn)行可以用來(lái)查明身體組織或者其它材料的化學(xué)含量的光譜分析。MRI使用一種大功率磁體、無(wú)線電波和計(jì)算機(jī)技術(shù)以創(chuàng)建身體內(nèi)的軟組織、肌肉、 神經(jīng)和骨骼的具體圖像。它通過(guò)利用氫原子(在活體生物組織內(nèi)的所有細(xì)胞中大量發(fā)現(xiàn)的原子)的基本性質(zhì)來(lái)這樣做。在無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，氫原子的核子如陀螺般自旋或者在每個(gè)方向上隨機(jī)產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。然而在受到強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，氫核子的自旋軸在場(chǎng)的方向上對(duì)準(zhǔn)它們本身。這是因?yàn)闅湓拥暮俗泳哂蟹Q為大磁力矩(一種與場(chǎng)的方向?qū)R的強(qiáng)大固有趨勢(shì))的性質(zhì)。待成像的區(qū)域的氫核子共同創(chuàng)建與磁場(chǎng)平行指向的平均磁化矢量。典型MRI系統(tǒng)或者掃描儀包括主磁體、三個(gè)梯度線圈、射頻(RF)天線(常稱為整體線圈)和計(jì)算機(jī)站，操作者可以從該計(jì)算機(jī)站控制系統(tǒng)。然而MRI系統(tǒng)的主要部件為主磁體。它通常在性質(zhì)上為超導(dǎo)而在形狀上為圓柱形。主磁體在它的孔洞(在MRI手術(shù)期間患者放置于其中的開(kāi)口)內(nèi)生成既均勻又靜態(tài)(不可變)的常稱為B。場(chǎng)的強(qiáng)磁場(chǎng)。這一 Btl磁場(chǎng)沿著孔洞的稱為ζ方向的縱軸取向，這迫使身體中的氫原子的磁化矢量與該軸平行對(duì)準(zhǔn)它們本身。在這一對(duì)準(zhǔn)中預(yù)備核子以從整體線圈接收適當(dāng)頻率的RF能量。這一頻率稱為拉莫爾頻率并且取決于方程ω = TBtl，其中ω為拉莫爾頻率(氫原子在該頻率產(chǎn)生進(jìn)動(dòng))，T為回轉(zhuǎn)磁常數(shù)，而B(niǎo)tl為靜態(tài)磁場(chǎng)的強(qiáng)度。RF天線或者整體線圈一般用來(lái)既發(fā)送RF能量脈沖又接收由此在氫核子中感應(yīng)的所得磁共振(MR)信號(hào)。具體而言，體線圈在它的發(fā)送循環(huán)期間向圓柱孔中廣播RF能量。這一 RF能量創(chuàng)建也稱為RF B1場(chǎng)的射頻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線在與氫核子的磁化矢量垂直的線中定向。RF脈沖使氫核子的自旋軸參照主(Btl)磁場(chǎng)傾斜、因此使凈磁化矢量從ζ方向偏離已知角度。然而RF脈沖將僅影響在RF脈沖的頻率下關(guān)于其軸產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)的那些氫核子。 換而言之，將僅影響在該頻率下“共振”的核子，并且與三個(gè)梯度線圈的操作結(jié)合實(shí)現(xiàn)這樣的共振。梯度線圈為電磁線圈。各梯度線圈用來(lái)在孔洞內(nèi)沿著三個(gè)空間方向(x，y，z)之一生成線性可變而靜態(tài)的磁場(chǎng)。定位于主磁體以內(nèi)的梯度線圈能夠在以具體方式很快接通和關(guān)斷它們時(shí)在很局部的水平上變更主磁場(chǎng)。因此與主磁體結(jié)合可以根據(jù)各種成像技術(shù)操作梯度線圈，從而氫核子——在任何給定點(diǎn)或者在任何給定條帶、分片或者單位體積中—— 將能夠在施加適當(dāng)頻率的RF脈沖時(shí)實(shí)現(xiàn)共振。響應(yīng)于RF脈沖，在所選區(qū)域中的產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)的氫原子吸收從體線圈發(fā)送的RF能量、因此迫使其磁化矢量從主(Btl)磁場(chǎng)的方向傾斜開(kāi)。 如下文進(jìn)一步說(shuō)明的那樣，在關(guān)斷體線圈時(shí)，氫核子開(kāi)始以MR信號(hào)的形式釋放RF能量。一種可以用來(lái)獲得圖像的公知技術(shù)稱為自旋回波成像技術(shù)。根據(jù)這一技術(shù)操作的 MRI系統(tǒng)首先激活一個(gè)梯度線圈以沿著ζ軸建立磁場(chǎng)梯度。這稱為“分片選擇梯度”，并且在施加RF脈沖時(shí)建立它而在關(guān)斷RF脈沖時(shí)關(guān)閉它。它允許共振僅出現(xiàn)在位于成像區(qū)域的分片內(nèi)的那些氫核子內(nèi)。在位于感興趣的平面的任一側(cè)上的任何組織中不會(huì)出現(xiàn)共振。緊接在RF脈沖停止之后，在激活的分片內(nèi)的所有核子“同相”、即它們的磁化矢量都在相同方向上指向。分片中的所有氫核子的凈磁化矢量將在它們自己的設(shè)備左邊松馳、因此與ζ方向重新對(duì)準(zhǔn)。然而代之以短暫激活第二梯度線圈以沿著y軸創(chuàng)建磁場(chǎng)梯度。這稱為“相位編碼梯度”。它使分片內(nèi)的核子的磁化矢量隨著某人在梯度的最弱與最強(qiáng)端之間移動(dòng)而在越來(lái)越不同的方向上指向。接著在已經(jīng)關(guān)斷RF脈沖、分片選擇梯度和相位編碼梯度之后短暫激活第三梯度線圈以沿著χ軸創(chuàng)建梯度。這稱為“頻率編碼梯度”或者“讀出梯度”，因?yàn)閮H在最終測(cè)量MR信號(hào)時(shí)施加它。它使松弛的磁化矢量被有差別地重新激勵(lì)，從而在梯度的下端附近的核子開(kāi)始以更快速率產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)而在高端的核子甚至速度更快地加速。在這些核子再次松弛時(shí)，最快的核子(在梯度高端的核子)將發(fā)射最高頻率的無(wú)線電波。梯度線圈共同允許對(duì)MR信號(hào)進(jìn)行空間編碼，從而成像區(qū)域的各部分由它的共振信號(hào)的頻率和相位唯一限定。具體而言，隨著氫核子松弛，各自變成小型無(wú)線電發(fā)送器，該發(fā)送器根據(jù)它駐留于其中的局部微環(huán)境發(fā)出隨時(shí)間改變的特征脈沖。例如，脂肪中的氫核子具有與水中的氫核子不同的微環(huán)境、因此發(fā)送不同脈沖。由于這些不同，不同組織與相異組織的不同的水與脂肪之比結(jié)合而發(fā)送不同頻率的無(wú)線電信號(hào)。體線圈在它的接收循環(huán)期間檢測(cè)常統(tǒng)稱為MR信號(hào)的這些小型無(wú)線電傳輸。這些獨(dú)特的共振信號(hào)從體線圈傳向MR系統(tǒng)的接收器，它們?cè)谶@些接收器轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)。必需重復(fù)整個(gè)過(guò)程多次以形成信噪比(SNR)良好的圖像。MR系統(tǒng)可以使用多維傅里葉變換將數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維或者甚至三維圖像。在需要身體具體部分的更具體圖像時(shí)，經(jīng)常使用局部線圈而不是整體線圈。局部線圈可以采用體積線圈或者表面線圈的形式。體積線圈用來(lái)包圍或者圍繞待成像的體積 (例如頭部、臂部、腕部、腿部或者膝蓋)。然而表面線圈僅放置于患者的表面上，從而可以對(duì)感興趣的下層區(qū)域進(jìn)行成像(例如腹部、胸部和/或骨盆區(qū)域)。此外，局部線圈可以被設(shè)計(jì)成作為僅進(jìn)行接收的線圈或者發(fā)送/接收(T/R)線圈來(lái)操作。如上文所言，前者僅能檢測(cè)身體響應(yīng)于MRI手術(shù)而產(chǎn)生的MR信號(hào)。然而T/R線圈能夠接收MR信號(hào)以及發(fā)送產(chǎn)生 RF B1磁場(chǎng)(這是用于在身體組織中感應(yīng)共振的前提)的RF脈沖。至于僅進(jìn)行接收的線圈，在MRI領(lǐng)域中公知使用單個(gè)無(wú)論表面還是體積的局部線圈以檢測(cè)MR信號(hào)。早期的接收線圈僅為線性線圈，這意味著它們可以檢測(cè)感興趣的區(qū)域所產(chǎn)生的MR信號(hào)的兩個(gè)正交(即豎直Mx和水平My)分量中的僅一個(gè)分量。線性線圈的一個(gè)例子為圖1中所示的單個(gè)回路線圈。這一回路僅能檢測(cè)與回路的平面垂直/豎直取向的磁場(chǎng)(即MR信號(hào))。線性線圈的另一例子為圖2中所示蝴蝶線圈。不同于單個(gè)回路，蝴蝶線圈僅對(duì)與線圈的平面平行取向的磁場(chǎng)敏感。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在中間扭轉(zhuǎn)回路以關(guān)于中點(diǎn)形成兩個(gè)相同子回路來(lái)構(gòu)造蝴蝶線圈。由于在子回路中流動(dòng)的電流相同、但是在逆向旋轉(zhuǎn)方向上流動(dòng)，所以流過(guò)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的一個(gè)子回路的電流所生成的磁通與由于在另一子回路中的電流所致的磁通相等、但是相反。因此，由于逆向旋轉(zhuǎn)電流所致的豎直場(chǎng)關(guān)于結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)相反并且相互抵消。然而那些電流生成的水平場(chǎng)組合從而產(chǎn)生與線圈的平面平行取向的磁場(chǎng)。雖然它們?cè)趩为?dú)使用時(shí)作為線性線圈來(lái)工作，但是單個(gè)回路和蝴蝶線圈元件—— 在接連堆疊時(shí)——共同作為正交線圈來(lái)工作。在堆疊和電組合兩個(gè)這樣的局部線圈以形成一種兩個(gè)線圈元件的結(jié)構(gòu)時(shí)使所得正交線圈能夠檢測(cè)從患者發(fā)出的MR信號(hào)的豎直和水平分量。如在美國(guó)專利4，816，765中教導(dǎo)的那樣，在MRI領(lǐng)域中公知在物理上堆疊兩個(gè)線性線圈元件以形成這樣的正交線圈。與線性接收線圈比較，正交接收線圈使MRI系統(tǒng)能夠提供SNR明顯更高(通常比線性線圈高多達(dá)41%)的圖像。然而即使有正交模式的檢測(cè)所帶來(lái)的改進(jìn)，單個(gè)線圈的方式仍然在圖像質(zhì)量上有待改進(jìn)。單個(gè)線圈的方式固有的弊端可歸因于僅一個(gè)線圈結(jié)構(gòu)用來(lái)在整個(gè)感興趣的區(qū)域內(nèi)采集MR信號(hào)。開(kāi)發(fā)相控陣列線圈系統(tǒng)以克服單個(gè)線圈的方式的短處。相控陣列方式使用多個(gè)更小局部線圈而不是一個(gè)大局部線圈，其中各這樣的線圈元件覆蓋或者圍繞感興趣的區(qū)域的僅一部分。例如在具有兩個(gè)這樣的線圈元件的系統(tǒng)中，各自將覆蓋或者圍繞感興趣的區(qū)域的近似一半，其中兩個(gè)線圈元件通常出于磁隔離的目的而部分重疊。兩個(gè)線圈元件將從它們的相應(yīng)部分同時(shí)采集MR信號(hào)，并且它們不會(huì)由于重疊而不利地相互作用。由于各元件覆蓋感興趣的區(qū)域的僅一半，所以各這樣的元件能夠接收SNR比區(qū)域在它的覆蓋區(qū)內(nèi)的那一部分更高的MR信號(hào)。相控陣列的更小局部線圈元件因此共同向MRI系統(tǒng)提供為了生成分辨率比可以獨(dú)自從單個(gè)大局部線圈獲得的分辨率更高的整個(gè)感興趣的區(qū)域的圖像而必需的信號(hào)數(shù)據(jù)。相控陣列線圈系統(tǒng)的一個(gè)例子為賓夕法尼亞州印第安諾拉的MEDRAD公司提供的 Torso陣列。Torso陣列包含四個(gè)表面線圈，其中兩個(gè)設(shè)置于前明輪中而另兩個(gè)設(shè)置于后明輪中。兩個(gè)明輪被設(shè)計(jì)成與前表面和后表面相抵放置。Torso陣列被設(shè)計(jì)用于與如下MR系統(tǒng)一起使用，該MR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有多個(gè)接收器。Torso陣列的四個(gè)引線(各個(gè)引線來(lái)自兩個(gè)前表面線圈和兩個(gè)后表面線圈)可以連接到單獨(dú)接收器，其中各接收器放大和數(shù)字化它接收的信號(hào)。MR系統(tǒng)然后結(jié)合來(lái)自單獨(dú)接收器的數(shù)字化信號(hào)以形成總體SNR比可以獨(dú)自從覆蓋整個(gè)感興趣的區(qū)域的單個(gè)局部線圈或者甚至兩個(gè)更大的前和后局部線圈獲得的SNR更好的圖像。也公知使用多個(gè)腔內(nèi)探頭以獲得內(nèi)部身體結(jié)構(gòu)的圖像。在全部轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且通過(guò)引用結(jié)合于此的美國(guó)專利5，476，095和5，355，087以及第10/483，945和 11/719，253號(hào)美國(guó)申請(qǐng)(分別公開(kāi)為公開(kāi)號(hào)為2004/0236209A1和2009/0076378A1的美國(guó)專利申請(qǐng))中公開(kāi)了若干現(xiàn)有技術(shù)的腔內(nèi)探頭。在這些參考文獻(xiàn)中公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)探頭被設(shè)計(jì)成插入于身體開(kāi)口如直腸、陰道和口腔中。那些參考文獻(xiàn)也公開(kāi)了如下接口設(shè)備，這些設(shè)備被設(shè)計(jì)成將它們的相應(yīng)腔內(nèi)探頭與MR成像和光譜系統(tǒng)進(jìn)行接口。在也轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且通過(guò)引用結(jié)合于此的美國(guó)專利5，348，010中公開(kāi)了一種使用腔內(nèi)探頭的方法。與其關(guān)聯(lián)接口單元結(jié)合操作的各現(xiàn)有技術(shù)探頭允許MR系統(tǒng)生成各種內(nèi)部器官如前列腺、結(jié)腸或者子宮頸的圖像和光譜結(jié)果。這樣的腔內(nèi)探頭通常包括軸桿和在其遠(yuǎn)端上的氣球型罩，局部線圈收納于該罩中。軸桿具有允許氣球在探頭的遠(yuǎn)端插入于身體開(kāi)口中和從身體開(kāi)口取出期間放氣的充氣內(nèi)腔。氣球可以在恰當(dāng)定位于開(kāi)口中時(shí)充氣以使其中的局部線圈與待成像的內(nèi)部器官靠近。經(jīng)過(guò)軸桿中的另一內(nèi)腔布線的輸出線纜將局部線圈連接到用來(lái)將腔內(nèi)探頭連接到它的關(guān)聯(lián)接口設(shè)備的外部插頭。這樣的腔內(nèi)探頭的例子包括全部由MEDRAD公司生產(chǎn)的BPX-15前列腺/直腸內(nèi)線圈、PCC-15結(jié)腸直腸線圈、BCR-15子宮頸線圈和BPX-30前列腺/直腸內(nèi)線圈。與這些腔內(nèi)探頭一起使用的所有接口設(shè)備的例子包括也由MEDRAD公司生產(chǎn)的的單通道ATD-II、4通道 ATD-Torso,4 通道 1. 5T MR64ERA、8 通道 1. 5T M64ERA8_HD、8 通道 3. OT M128ERA8-HD 單元和1. 5T & 3. OT接口設(shè)備(用于為西門(mén)子和飛利浦制造的各種掃描儀)。ATD-II接口設(shè)備用來(lái)將BPX-15探頭與MR系統(tǒng)的一個(gè)接收器進(jìn)行接口以提供前列腺的圖像或者光譜。多通道接口設(shè)備用來(lái)不僅將一個(gè)或者多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)探頭而且將MEDRAD Torso陣列與MR系統(tǒng)的多個(gè)接收器進(jìn)行接口。例如在4通道1. 5T MR64ERA接口設(shè)備連接到BPX-15探頭和1Torso陣列時(shí)，MR64ERA接口設(shè)備允許MR系統(tǒng)提供不僅前列腺而且周圍解剖體(即腹部、胸部和骨盆區(qū)域)的圖像或者光譜。迄今為止已經(jīng)設(shè)計(jì)具有僅單個(gè)回路線圈的腔內(nèi)探頭，盡管各自具有如下電路，該電路被唯一地構(gòu)造成使得調(diào)諧和電平衡回路線圈以與特定場(chǎng)強(qiáng)度的MR系統(tǒng)一起操作。這些現(xiàn)有技術(shù)探頭因此表現(xiàn)與其它線性線圈相同的弊端、即僅能檢測(cè)MR信號(hào)的兩個(gè)正交分
量之一。因此將希望引入如下腔內(nèi)探頭，該探頭的內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)對(duì)MR信號(hào)的豎直和水平分量均敏感。然而為腔內(nèi)探頭用途設(shè)計(jì)的正交線圈必需盡可能小而靈活。它必須能夠配合于可膨脹(可充氣)和可收縮(可放氣)的氣球或者其它適當(dāng)罩內(nèi)并且因此使探頭的罩能夠可插入于和穿過(guò)前述身體開(kāi)口，從而其中的正交線圈可以定位成與待成像的內(nèi)部器官靠近而給患者的不適感全程最少。比如在上述美國(guó)專利4，816，765中公開(kāi)的正交線圈結(jié)構(gòu)這樣的正交線圈結(jié)構(gòu)將是不夠的。它的堆疊兩個(gè)元件的結(jié)構(gòu)使得難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)SNR，因?yàn)楸仨毦_對(duì)準(zhǔn)分離的元件以避免在它們自己之間的交叉耦合。即使有最優(yōu)對(duì)準(zhǔn)，仍然固有地有損于堆疊的結(jié)構(gòu)對(duì)MR信號(hào)的豎直和水平分量進(jìn)行檢測(cè)的能力。因此將希望發(fā)明一種適合在腔內(nèi)探頭中使用和提供其它表面線圈的單元件正交線圈及其關(guān)聯(lián)接口設(shè)備。為了提供腔內(nèi)探頭，將理想的是正交線圈盡可能小、從而它可以容易并入于其適當(dāng)罩內(nèi)并且容易可插入于和可操控于前述身體開(kāi)口內(nèi)。在所有的顯示中，盡可能靈活以使其符合患者的表面或其內(nèi)部器官由此盡可能鄰近于感興趣的下層區(qū)域的正交線圈是理想的。在這樣做時(shí)，這樣的正交線圈將提供如與現(xiàn)有技術(shù)的正交線圈比較有更大的覆蓋范圍和提高的SNR性能。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例中，正交線圈能夠與用于獲得感興趣的區(qū)域的圖像或者光譜的MR系統(tǒng)一起使用。該正交線圈包括電介質(zhì)材料的柔性襯底；第一導(dǎo)線圖案，粘合到柔性襯底的一側(cè)；以及第二導(dǎo)線圖案，粘合到柔性襯底的另一側(cè)。第一導(dǎo)線圖案包括外導(dǎo)電回路，外導(dǎo)電回路具有大體上對(duì)稱形狀并且在其一端限定驅(qū)動(dòng)間隙和在其另一端限定第一調(diào)諧間隙。第二導(dǎo)線圖案包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段和調(diào)諧導(dǎo)電段。驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段與驅(qū)動(dòng)間隙對(duì)稱地重疊并且和與之相對(duì)的外導(dǎo)電回路和柔性襯底一起在其間形成近似相等值的第一驅(qū)動(dòng)電容器和第二驅(qū)動(dòng)電容器，其間有結(jié)節(jié)點(diǎn)。調(diào)諧導(dǎo)電段與第一調(diào)諧間隙重疊并且和與之相對(duì)的外導(dǎo)電回路和柔性襯底一起在其間形成近似相等值的第一調(diào)諧電容器和第二調(diào)諧電容器，這些電容器的共同結(jié)節(jié)點(diǎn)處于與結(jié)節(jié)點(diǎn)徑向?qū)χ锰?。外?dǎo)電回路以及驅(qū)動(dòng)和調(diào)諧導(dǎo)電段形成簡(jiǎn)易回路型線圈，在簡(jiǎn)易回路型線圈中，第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器在其結(jié)節(jié)點(diǎn)形成用于電平衡并且阻抗匹配簡(jiǎn)易回路型線圈的虛擬接地。第一和第二調(diào)諧電容器也使簡(jiǎn)易回路型線圈能夠在MR系統(tǒng)的工作頻率下共振并且因此檢測(cè)與正交線圈的平面正交取向的MR 信號(hào)。第一導(dǎo)線圖案也包括內(nèi)導(dǎo)電段，內(nèi)導(dǎo)電段部署于驅(qū)動(dòng)與第一調(diào)諧間隙之間、但是未連接到外導(dǎo)電回路以及其中的驅(qū)動(dòng)和第一調(diào)諧間隙。第二導(dǎo)線圖案也包括在驅(qū)動(dòng)與調(diào)諧導(dǎo)電段之間延伸的中心導(dǎo)電段并且在其中限定第二調(diào)諧間隙。內(nèi)導(dǎo)電段與第二調(diào)諧間隙重疊并且和與之相對(duì)的中心導(dǎo)電段和柔性襯底一起在其間形成電抗在工作頻率下與內(nèi)和中心導(dǎo)電段的導(dǎo)電電抗相等的第三調(diào)諧電容器。這使內(nèi)和中心導(dǎo)電段能夠與簡(jiǎn)易回路型線圈一起調(diào)諧以與之形成用于檢測(cè)與正交線圈的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈。使所得單個(gè)結(jié)構(gòu)的正交線圈能夠檢測(cè)從患者的感興趣的區(qū)域發(fā)出的MR信號(hào)的豎直和水平分量。在一個(gè)更廣泛的方面中，本發(fā)明提供一種與用于獲得感興趣的區(qū)域的圖像或者光譜的MR系統(tǒng)一起使用的正交線圈。該正交線圈包括外回路和平分外回路的中心導(dǎo)體。外回路被設(shè)計(jì)成檢測(cè)與正交線圈的平面正交取向的MR信號(hào)。外回路包括多個(gè)電容器，這些電容器包括近似相等值的第一驅(qū)動(dòng)電容器和第二驅(qū)動(dòng)電容器，串聯(lián)部署于外回路內(nèi)并且在其結(jié)節(jié)點(diǎn)形成用于電平衡并且阻抗匹配外回路的虛擬接地。外回路也包括第一調(diào)諧電容器和第二調(diào)諧電容器，串聯(lián)部署于外回路內(nèi)而其共同節(jié)點(diǎn)處于與結(jié)節(jié)點(diǎn)徑向?qū)χ锰帯５谝缓偷诙{(diào)諧電容器具有選擇成在MR系統(tǒng)的工作頻率下共振外回路的近似相等值。中心導(dǎo)體在外回路的共同節(jié)點(diǎn)與結(jié)節(jié)點(diǎn)之間延伸，中心導(dǎo)體在工作頻率下具有相等電容和電感電抗并且與外回路一起調(diào)諧以與之形成用于檢測(cè)與正交線圈的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈。使所得單個(gè)結(jié)構(gòu)的正交線圈能夠檢測(cè)從患者的感興趣的區(qū)域發(fā)出的MR信號(hào)的豎直和水平分量。在本發(fā)明的一個(gè)有關(guān)方面和當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例中，一種接口設(shè)備能夠?qū)⒄痪€圈與 MR系統(tǒng)進(jìn)行接口。正交線圈具有第一和第二端口，各端口能夠在接收循環(huán)期間輸出電壓信號(hào)，這些電壓信號(hào)代表從患者的感興趣的區(qū)域發(fā)出的水平和豎直取向的MR信號(hào)，從而第一和第二端口輸出的代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)隔開(kāi)0度而第一和第二端口輸出的代表豎直取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)隔開(kāi)180度。接口設(shè)備包括第一和第二移相網(wǎng)絡(luò)、第一和第二功率分配器、零度組合器和180度組合器。可連接于正交線圈的第一端口兩端的第一移相網(wǎng)絡(luò)使從第一端口接收的電壓信號(hào)的相位能夠移位90度。可連接于正交線圈的第二端口兩端的第二移相網(wǎng)絡(luò)使從第二端口接收的電壓信號(hào)的相位能夠移位90度。第一分配器劃分由第一移相網(wǎng)絡(luò)移相的電壓信號(hào)，而第二分配器劃分第二移相網(wǎng)絡(luò)移相的電壓信號(hào)。零度組合器構(gòu)造性地組合從第一分配器接收的代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)與從第二分配器接收的代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)。它也利用從第二分配器接收的代表豎直取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)解構(gòu)性地抵消從第一分配器接收的代表豎直取向的MR 信號(hào)的電壓信號(hào)。180度組合器構(gòu)造性地組合從第一分配器接收的代表豎直取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)與從第二分配器接收的代表豎直取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)。它也利用從第二分配器接收的代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)解構(gòu)性地抵消從第一分配器接收的代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)。優(yōu)選地，接口設(shè)備也包括兩個(gè)預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)，其中第一個(gè)設(shè)置于第一移相網(wǎng)絡(luò)與第一分配器之間而第二個(gè)設(shè)置于第二移相網(wǎng)絡(luò)與第二分配器之間。 可選地，接口設(shè)備還可以包括90度混合耦合器，用于組合從零度組合器接收的代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)與從180度組合器接收的代表豎直取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)。


通過(guò)參照下文具體公開(kāi)內(nèi)容和以下附圖將更好地理解本發(fā)明及其當(dāng)前優(yōu)選和替代實(shí)施例圖1示出了單個(gè)回路線圈和它能夠感測(cè)的豎直取向磁場(chǎng)的示意圖。圖2示出了蝴蝶線圈和它能夠感測(cè)的水平取向磁場(chǎng)的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈及其接口設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖。圖4是設(shè)計(jì)成與1.5T MR系統(tǒng)一起操作的本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈的具體示意圖。圖5示出了 MR信號(hào)流的豎直分量所感應(yīng)的電流如何在圖4中所示正交線圈的外回路內(nèi)流動(dòng)。圖6示出了 MR信號(hào)的水平分量所感應(yīng)的電流如何在圖4中所示正交線圈內(nèi)形成的蝴蝶型結(jié)構(gòu)內(nèi)流動(dòng)。圖7是用于本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈的接口設(shè)備的具體電路圖。圖8以流程圖形式圖示了接口設(shè)備的另一實(shí)施例。圖9是設(shè)計(jì)成與3. OT MR系統(tǒng)一起操作的本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈的具體示意圖。圖10在單獨(dú)層中圖示了由如下薄的柔性電介質(zhì)襯底材料制成的本發(fā)明的正交線圈，已經(jīng)在任一側(cè)上向該襯底材料粘合互補(bǔ)的和不同的導(dǎo)線圖案以形成導(dǎo)電通路以及調(diào)諧和去耦合所需要的電容器。圖11圖示了微帶形式的輸出線的簡(jiǎn)化示意圖，該輸出線連接到用于與1. 5T MR系統(tǒng)一起操作的柔性襯底設(shè)計(jì)的正交線圈。
具體實(shí)施例方式下文公開(kāi)的本發(fā)明在所有它的實(shí)施例和有關(guān)方面中理想地與設(shè)計(jì)成在1. 0至3. 0 特斯拉或者其間任何值的場(chǎng)強(qiáng)度操作的磁共振(MR)系統(tǒng)一起使用，盡管它也可以被設(shè)計(jì)用于與在更低或者更高場(chǎng)強(qiáng)度可操作的MR系統(tǒng)一起使用。該技術(shù)適用于如下掃描儀，這些掃描儀的磁體配置有水平或者豎直孔洞取向或者混合變化并且配置有開(kāi)放或者閉合的孔洞。雖然這里在具體實(shí)施方式
中描述本發(fā)明(即描述為正交直腸內(nèi)線圈——該線圈能夠并入于適當(dāng)殼內(nèi)以形成可插入于直腸內(nèi)的腔內(nèi)探頭以獲得前列腺的圖像和/或光譜)， 但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明同樣能夠適于從感興趣的其它區(qū)域(比如經(jīng)過(guò)口腔、陰道或者腔內(nèi)探頭可穿透的其它孔可到達(dá)的區(qū)域)獲得圖像和/或光譜。也應(yīng)當(dāng)清楚這里呈現(xiàn)的原理也可以應(yīng)用于廣泛多種表面線圈陣列、比如用于頸部、軀干和身體其它結(jié)構(gòu)成像的表面線圈陣列。圖3-11圖示了本發(fā)明、即單元件正交直腸內(nèi)線圈及其接口設(shè)備，該接口設(shè)備用于將線圈與MR系統(tǒng)的適當(dāng)輸入端口進(jìn)行接口。在所有實(shí)施例中，本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈體現(xiàn)為對(duì)MR信號(hào)的豎直和水平分量均敏感的單元件結(jié)構(gòu)。圖4是設(shè)計(jì)成與1.5T MR系統(tǒng)一起使用的本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈的示意圖。大體上表示為100的正交線圈包括外回路110、平分外回路110的中心導(dǎo)體150和輸出線180。 外回路110包括多個(gè)電容器(包括第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器111和112以及第一和第二調(diào)諧電容器121和122)。近似相等值的驅(qū)動(dòng)電容器111和112串聯(lián)部署于外回路110內(nèi)并且在它們的結(jié)節(jié)點(diǎn)2形成用于電平衡并且阻抗匹配回路的虛擬接地。調(diào)諧電容器121和122也串聯(lián)部署于外回路110內(nèi)而它們的共同節(jié)點(diǎn)3處于與結(jié)節(jié)點(diǎn)2徑向?qū)χ锰帯＝葡嗟戎档恼{(diào)諧電容器121和122被選擇成在MR系統(tǒng)的工作頻率共振外回路110。就這一點(diǎn)而言，外回路110在圖4中表示為具有四個(gè)電感器。那些電感器的值僅代表回路的導(dǎo)電(例如銅) 段中固有的電感。已經(jīng)選擇外回路110中的電容器的值使得回路的電容電抗在工作頻率下在量值上等于回路的電感電抗。出于該目的，分立電感器也可以并入于外回路110中。以這一方式，已經(jīng)調(diào)諧圖4的外回路110以檢測(cè)在1. 5T MR系統(tǒng)的工作頻率下從患者發(fā)出的MR信號(hào)。外回路110的形狀規(guī)定環(huán)路僅能檢測(cè)其場(chǎng)線與回路的平面豎直取向的那些MR信號(hào)。然而前述調(diào)諧方案也對(duì)外回路110輸出的如下所得電壓信號(hào)施加180度移相，這些電壓信號(hào)代表它檢測(cè)的豎直取向的MR信號(hào)。具體而言，相對(duì)于在結(jié)節(jié)點(diǎn)2的虛擬接地，在第一驅(qū)動(dòng)電容器111兩端(即在第一端口)可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位與在第二驅(qū)動(dòng)電容器112兩端(即在第二端口)可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位相差180度。這一相位差的意義結(jié)合下文討論的接口設(shè)備的操作變得清楚。中心導(dǎo)體150在外回路110的結(jié)節(jié)點(diǎn)2與共同節(jié)點(diǎn)3之間延伸并且均勻平分外回路110、因此維持正交線圈100的物理和電對(duì)稱性。圖4將中心導(dǎo)體150表示為具有沿著它的長(zhǎng)度對(duì)稱部署的兩個(gè)導(dǎo)體和調(diào)諧電容器151。類似于外回路110。那些電感器的值僅代表電感器中固有的電感。已經(jīng)選擇調(diào)諧電容器151的值使得它在工作頻率下的電抗等于中心導(dǎo)體150的電感電抗。這允許兩個(gè)操作模式同時(shí)出現(xiàn)。首先，相等的電感和電容電抗使中心導(dǎo)體150能夠相對(duì)于外環(huán)路110充當(dāng)開(kāi)路。具體而言，如圖5中所示，在接收循環(huán)期間，Is可以代表豎直取向的MR信號(hào)在外回路110內(nèi)感應(yīng)的電流，因?yàn)樗潜硎緸榱魅牒土鞒龌芈返男盘?hào)電流。由于正交線圈100的物理和電對(duì)稱性，Is在進(jìn)入回路時(shí)拆分成兩個(gè)相等電流、具體為
Is = Ia+Ia隨著兩個(gè)Ia電流到達(dá)中心導(dǎo)體150的相反端，各自拆分成兩個(gè)其它電流，其中一個(gè)為保持于外回路110中的主回路電流Im而另一個(gè)為可以向中心導(dǎo)體150中泄漏的泄漏電流込。
IA = Im+IL由于正交線圈的對(duì)稱性，主回路電流的兩個(gè)支流與泄漏電流的兩個(gè)支流一樣相寸。
Im — IM 且 IL — IL
由于兩個(gè)泄漏電流從外回路110的相反端流入中心導(dǎo)體150，所以它們?cè)诜?hào)上相反并且因此相互抵消。同時(shí)，兩個(gè)主回路電流(一個(gè)從回路的遠(yuǎn)側(cè)流向第一端口而另一個(gè)在第二和第一電容器112和111兩端流動(dòng))在第一端口組合以重新形成信號(hào)電流Is。
Is = Ia+Ia = (VIl) + (VIl) = 2Im實(shí)質(zhì)上無(wú)凈電流在接收循環(huán)期間在中心導(dǎo)體150中流動(dòng)、因此使中心導(dǎo)體150能夠相對(duì)于在外回路110中流動(dòng)的電流充當(dāng)開(kāi)路。除了針對(duì)外環(huán)路110充當(dāng)開(kāi)路以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)MR信號(hào)的豎直分量之外，中心導(dǎo)體150 也與外回路110 —起操作以模仿用于檢測(cè)與正交線圈100的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈。本發(fā)明的調(diào)諧方案不僅為外回路110創(chuàng)建簡(jiǎn)易回路電流路徑而且為組合的外回路110和中心導(dǎo)體150創(chuàng)建替代電流路徑——涉及到逆向旋轉(zhuǎn)電流。這在圖6中最佳地示出。具體而言，在接收循環(huán)期間并且在結(jié)節(jié)點(diǎn)2附近開(kāi)始，水平取向的MR信號(hào)所感應(yīng)的電流流過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電容器112兩端直至外回路110的遠(yuǎn)端并且流入中心導(dǎo)體150而且沿著中心導(dǎo)體150流動(dòng)。它然后與蝴蝶結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)交叉并且流過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電容器111兩端直至外回路110的遠(yuǎn)端并且流入中心導(dǎo)體150中而且沿著中心導(dǎo)體150流動(dòng)以重新開(kāi)始循環(huán)，只要正交線圈100就位以在接收操作循環(huán)期間檢測(cè)MR信號(hào)。圖4的中心導(dǎo)體150和外回路110因此已經(jīng)被調(diào)諧成檢測(cè)如下MR信號(hào)，這些MR 信號(hào)的場(chǎng)線與正交線圈100的平面水平取向。這是因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被調(diào)諧成模仿如下蝴蝶型線圈，在該線圈的相同成形的子回路中，感應(yīng)電流為相同量值、但是在逆向旋轉(zhuǎn)方向上流動(dòng)。雖然未與現(xiàn)有技術(shù)的蝴蝶線圈的情況一樣通過(guò)在中間扭轉(zhuǎn)導(dǎo)電回路以關(guān)于中點(diǎn)形成兩個(gè)子回路來(lái)物理地形成，但是本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)除了如上文結(jié)合外回路110描述的簡(jiǎn)易回路之外還電模仿蝴蝶線圈的操作。與對(duì)于表示豎直取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)不同，調(diào)諧方案未向如下所得電壓信號(hào)施加移相，這些電壓信號(hào)可歸因于由蝴蝶型結(jié)構(gòu)檢測(cè)的水平取向的MR信號(hào)。具體而言， 相對(duì)于在結(jié)節(jié)點(diǎn)2的虛擬接地，在第一端口處在第一驅(qū)動(dòng)電容器111兩端可檢測(cè)的“水平” 電壓信號(hào)的相位與在第二端口處在第二驅(qū)動(dòng)電容器112兩端可檢測(cè)的“水平”電壓信號(hào)的相位相同(即相對(duì)于后者為0)。這一零度相位差的意義結(jié)合下文討論的接口設(shè)備的操作變得清楚?？梢允褂酶鞣N機(jī)制如同軸線纜、帶線、微帶或者其它傳輸線技術(shù)來(lái)實(shí)施用于正交線圈100的輸出線180。圖4示出了兩個(gè)同軸線纜181和182而各自的屏蔽導(dǎo)體連接到線圈的結(jié)節(jié)點(diǎn)2。線纜181的中心導(dǎo)體連接到第一驅(qū)動(dòng)電容器111的另一側(cè)，而線纜182的中心導(dǎo)體連接到第二驅(qū)動(dòng)電容器112的另一側(cè)。取而代之，可以使用具有雙重內(nèi)導(dǎo)體的單個(gè)同軸線纜。在這一情況下，僅有的屏蔽導(dǎo)體將連接到結(jié)節(jié)點(diǎn)2，而一個(gè)內(nèi)導(dǎo)體在第一端口連接于第一驅(qū)動(dòng)電容器111兩端并且另一內(nèi)導(dǎo)體在第二端口連接于第二驅(qū)動(dòng)電容器112兩端。以任一方式，驅(qū)動(dòng)電容111和112提供一種平分正交線圈100所輸出的電壓信號(hào)并且使它們以屏蔽導(dǎo)體為參照的手段。然而實(shí)施的輸出線180出于在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并且通過(guò)引用結(jié)合于此的第11/719，253號(hào)美國(guó)申請(qǐng)(公開(kāi)為公開(kāi)號(hào)為2009/0076378A1的美國(guó)專利申請(qǐng))中公開(kāi)的原因而應(yīng)當(dāng)具有電長(zhǎng)度&+11(入/4)。如在、253申請(qǐng)中公開(kāi)的那樣，λ為MR系統(tǒng)的工作頻率的波長(zhǎng)，而η為將通常(并且下文視為)等于1的奇數(shù)整數(shù)，因?yàn)檎痪€圈100將在實(shí)踐中總是合理地接近它將連接到的接口設(shè)備。&代表如下附加長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度的電感電抗的量值與輸出線180的端子連接于其兩端的各第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器111/112相同。以兩個(gè)同軸線纜(各自的中心和屏蔽導(dǎo)體的電長(zhǎng)度為S夕λ/4)的選項(xiàng)為例，各同軸線纜181和182被設(shè)計(jì)成可連接到90度移相網(wǎng)絡(luò)。出于該原因，下文討論的接口設(shè)備以兩個(gè)這樣的移相網(wǎng)絡(luò)(各移相網(wǎng)絡(luò)用于正交線圈100的相應(yīng)同軸線纜)為特征。利用附著至各線纜的末端的標(biāo)準(zhǔn)插頭(或者利用容納兩個(gè)線纜的導(dǎo)體的單個(gè)插頭)，各線纜181和 182的中心和屏蔽導(dǎo)體連接到用于接口設(shè)備的適當(dāng)插座或者其它類型的連接器，以便在接口設(shè)備中將各線纜連接到它的對(duì)應(yīng)移相網(wǎng)絡(luò)。圖3和圖7圖示了用于將正交線圈100與1.5Τ MR系統(tǒng)的適當(dāng)輸入端口進(jìn)行接口的大體上表示為500的接口設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。圖3在流程圖中圖示了接口設(shè)備500，而圖 7描繪了接口設(shè)備500的具體電路圖。接口設(shè)備500包括移相網(wǎng)絡(luò)511和512、預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)521和522、功率分配網(wǎng)絡(luò)531和532、180度組合網(wǎng)絡(luò)Ml以及零度組合網(wǎng)絡(luò)Μ2?？梢杂脴?biāo)準(zhǔn)威爾金森式設(shè)計(jì)實(shí)施功率分配和組合網(wǎng)絡(luò)，并且可以用^dB標(biāo)稱增益理想地實(shí)現(xiàn)預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)?？梢允褂蒙逃眯⌒偷驮肼昢dB增益屏蔽單元(調(diào)諧的輸入電路被設(shè)計(jì)成在拉莫爾頻率呈現(xiàn)低阻抗 (<5Ω(實(shí)值))實(shí)施預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)521和522。預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)521/522鑒于它們的低阻抗而與它們的相應(yīng)PIN 二極管5118/51 靠近，允許在接收循環(huán)期間與結(jié)合正交線圈使用的其它表面線圈(或者表面線圈陣列)隔離的一些措施。在接口設(shè)備500中包括圖7中所示無(wú)源保護(hù)二極管網(wǎng)絡(luò)，以如果接口設(shè)備500在發(fā)送循環(huán)期間在MR系統(tǒng)的孔洞內(nèi)之時(shí)斷開(kāi)則防止過(guò)量RF電壓在RF發(fā)送脈沖期間損壞預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)521和522。這些二極管網(wǎng)絡(luò)在相同情況下還為正交線圈提供一定的去耦合功能。功率分配網(wǎng)絡(luò)531和532在預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)521和522的輸出用作50歐姆/0度分配器。兩個(gè)組合網(wǎng)絡(luò)541和542也配置為50歐姆設(shè)備。因而這四個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以如圖所示借助四個(gè)相等相位長(zhǎng)度的50歐姆同軸線纜、PCB帶線、微帶或者其它傳輸線介質(zhì)來(lái)互連?？蛇x地，如下文詳述的那樣，可能需要90度混合組合網(wǎng)絡(luò)550以組合180度組合網(wǎng)絡(luò)541所輸出的“豎直”電壓信號(hào)與零度組合網(wǎng)絡(luò)542所輸出的“水平”電壓信號(hào)。然后可以向接口設(shè)備鏈接到的MR系統(tǒng)的單個(gè)輸入提供所得組合或者正交電壓信號(hào)。接口設(shè)備500也包括兩個(gè)PIN 二極管51 Ia和512a，其中二極管51 Ia連接于移相網(wǎng)絡(luò)511的輸出兩端而二極管51 連接于移相網(wǎng)絡(luò)512的輸出兩端。移相網(wǎng)絡(luò)各自出于下文具體說(shuō)明的原因而實(shí)施對(duì)經(jīng)由輸出線180從正交線圈100向其輸入的電壓信號(hào)的90 度(或者λ/4弧度)移位。已經(jīng)闡述本發(fā)明的部件，現(xiàn)在可以說(shuō)明接口設(shè)備500的操作。它執(zhí)行基本上兩組功能。至于第一組，移相網(wǎng)絡(luò)511/512與它們的對(duì)應(yīng)PIN 二極管5113/51 —起與正交線圈100的第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器111/112以及輸出線180的它們對(duì)應(yīng)導(dǎo)體結(jié)合操作，以使正交線圈100能夠在發(fā)送循環(huán)期間從MR系統(tǒng)的發(fā)送場(chǎng)去耦合而在接收循環(huán)期間耦合到其適當(dāng)輸入端口。僅就這一點(diǎn)而言，這些元件共同以與美國(guó)申請(qǐng)11/719，253的教導(dǎo)類似的方式與其中公開(kāi)的單個(gè)回路直腸內(nèi)線圈、輸出線纜組件和關(guān)聯(lián)移相網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)選實(shí)施例關(guān)聯(lián)地工作。在高電平，在接收循環(huán)期間，各移相網(wǎng)絡(luò)511/512使正交線圈100能夠經(jīng)過(guò)它的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電容器111/112經(jīng)過(guò)輸出線180的它的對(duì)應(yīng)導(dǎo)體181/182(經(jīng)過(guò)接口設(shè)備的其余部分)耦合到MR系統(tǒng)的輸入端口并且其中允許從它的對(duì)應(yīng)導(dǎo)體接收的MR信號(hào)傳向輸入端口。在發(fā)送循環(huán)期間，各移相網(wǎng)絡(luò)511/512使線圈能夠(經(jīng)過(guò)分別與網(wǎng)絡(luò)511/512對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電容器111/112)經(jīng)過(guò)輸出線180的導(dǎo)體(分別與電容器111/112對(duì)應(yīng)的181/182)從MR系統(tǒng)的發(fā)送場(chǎng)去耦合。具體而言，在發(fā)送循環(huán)期間，MR系統(tǒng)將經(jīng)由偏壓線560正向偏壓PIN 二極管511a 和51加。通過(guò)接通二極管511a和512a，MR系統(tǒng)使得在與輸出線180的末端相距電長(zhǎng)度 λ/4處在各移相網(wǎng)絡(luò)511/512的輸出處出現(xiàn)短路。參照第一端口，在第一驅(qū)動(dòng)電容器111 與在移相網(wǎng)絡(luò)511的輸出處的短路之間的電長(zhǎng)度為/2，其中/4歸因于輸出線纜 181而λ/4歸因于移相網(wǎng)絡(luò)511。補(bǔ)充長(zhǎng)度&如在上述美國(guó)申請(qǐng)11/719，253中所言固有地充當(dāng)電感器，并且理想地具有其量值與第一驅(qū)動(dòng)電容器111的電容電抗的量值相等的電感電抗。然而λ/2分節(jié)有效表現(xiàn)為零電長(zhǎng)度，因?yàn)樗鼮楣ぷ鞑ㄩL(zhǎng)的一半。因此，在第一端口處的第一驅(qū)動(dòng)電容器111與PIN 二極管511a之間的有效電長(zhǎng)度在MR系統(tǒng)的發(fā)送循環(huán)期間為&。因此，二極管511a的正向偏壓使輸出線纜181的固有電感和第一驅(qū)動(dòng)電容器111 形成并聯(lián)共振電路。這一電路的高阻抗近似于在如下點(diǎn)周圍使正交線圈100有效關(guān)斷的開(kāi)路，第一驅(qū)動(dòng)電容器111在該點(diǎn)周圍連接于正交線圈100內(nèi)。參照第二端口，在第二驅(qū)動(dòng)電容器112與在移相網(wǎng)絡(luò)512的輸出處的短路之間的電長(zhǎng)度也為λ /2，其中/4歸因于輸出線纜182而λ/4歸因于移相網(wǎng)絡(luò)512。因此，PIN 二極管51 的正向偏壓使輸出線纜182的固有電感和第二驅(qū)動(dòng)電容器112形成另一并聯(lián)共振電路。該并聯(lián)共振電路的高阻抗在如下點(diǎn)周圍使正交線圈100有效關(guān)斷，第二驅(qū)動(dòng)電容器112在該點(diǎn)周圍連接于正交線圈100內(nèi)。以前述方式，正交線圈100在發(fā)送循環(huán)期間從MR系統(tǒng)的發(fā)送場(chǎng)去耦合。也應(yīng)當(dāng)注意正交線圈100將甚至在它的輸出線180從接口設(shè)備500斷開(kāi)之時(shí)從發(fā)送場(chǎng)去耦合。如上文所言，各輸出線纜181和182具有電長(zhǎng)度/4。在各輸出線纜中， 補(bǔ)充長(zhǎng)度4與它連接到的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電容器一起充當(dāng)源阻抗并且可以視為連接到如下傳輸線，該傳輸線的長(zhǎng)度為輸出線纜的其余λ/4分節(jié)。眾所周知，在開(kāi)路傳輸線的共振頻率點(diǎn)處的駐波產(chǎn)生異常效果。在這一情況下，在傳輸線的長(zhǎng)度已經(jīng)選擇為MR系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)的精確四分之一(或者其某一整數(shù)倍)時(shí)，源將看見(jiàn)在傳輸線末端的阻抗的精確相反值。這一技術(shù)有時(shí)稱為四分之一波阻抗變換。在接收循環(huán)期間，MR系統(tǒng)將經(jīng)由偏壓線560反向偏壓PIN 二極管511a和512a從而有效關(guān)斷它們。通過(guò)使二極管511a開(kāi)路，MR系統(tǒng)使從第一端口(在第一驅(qū)動(dòng)電容器111 兩端)輸出的MR信號(hào)有可能經(jīng)由輸出線纜181傳向移相網(wǎng)絡(luò)511的輸入。類似地，通過(guò)使二極管51 開(kāi)路，MR系統(tǒng)使從第二端口(在第二驅(qū)動(dòng)電容器112兩端)輸出的MR信號(hào)有可能經(jīng)由輸出線纜182傳向移相網(wǎng)絡(luò)512的輸入。已經(jīng)完成對(duì)接口設(shè)備500的第一組功能的討論，現(xiàn)在提供對(duì)新穎的第二組功能的描述，所有描述涉及本發(fā)明在MR系統(tǒng)的接收循環(huán)期間的操作。如上文教導(dǎo)的那樣，參照由外回路210檢測(cè)的豎直取向的MR信號(hào)，在第一端口處在第一驅(qū)動(dòng)電容器211兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位將與在第二端口處在第二驅(qū)動(dòng)電容器212兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位相差180度。參照由蝴蝶型結(jié)構(gòu)檢測(cè)的水平取向的MR信號(hào)，在第一端口處在第一驅(qū)動(dòng)電容器211兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位與在第二端口處在第二驅(qū)動(dòng)電容器212兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位相同。
因此，正交線圈100從它的各第一和第二端口 111和112輸出如下電壓信號(hào)，這些電壓信號(hào)代表水平和豎直取向的MR信號(hào)。為了易于描述，代表水平取向的MR信號(hào)的電壓信號(hào)這里稱為“0度水平電壓信號(hào)”，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟鞫丝诰哂邢嗤辔?。代表豎直取向的MR 信號(hào)的電壓信號(hào)針對(duì)從第一端口 111輸出的那些電壓信號(hào)而言稱為“0度豎直電壓信號(hào)”而針對(duì)從第二端口 112輸出的那些電壓信號(hào)而言稱為“180度豎直電壓信號(hào)”?，F(xiàn)在參照?qǐng)D3描述接口設(shè)備500處理從輸出線180接收的電壓信號(hào)的方式。移相網(wǎng)絡(luò)511將經(jīng)由輸出線纜181從第一驅(qū)動(dòng)電容器/第一端口 111接收的0度水平電壓信號(hào)和0度豎直電壓信號(hào)分別移位成90度水平電壓信號(hào)和90度豎直電壓信號(hào)。類似地，移相網(wǎng)絡(luò)512將經(jīng)由輸出線纜182從第二驅(qū)動(dòng)電容器/第二端口 112接收的0度水平電壓信號(hào)和180度豎直電壓信號(hào)分別移位成90度水平電壓信號(hào)和-90度豎直電壓信號(hào)。預(yù)放大器網(wǎng)絡(luò)521和522各自放大它們接收的電壓信號(hào)并且分別向功率分配網(wǎng)絡(luò)531和532傳遞所得放大版本。功率分配網(wǎng)絡(luò)531向180度組合網(wǎng)絡(luò)541和零度組合網(wǎng)絡(luò)542傳遞90度水平電壓信號(hào)和90豎直電壓信號(hào)的放大版本。類似地，功率分配網(wǎng)絡(luò)532向180度組合網(wǎng)絡(luò)541 和零度組合網(wǎng)絡(luò)542傳遞90度水平電壓信號(hào)和-90豎直電壓信號(hào)的放大版本。由于從功率分配網(wǎng)絡(luò)531和532接收的水平電壓信號(hào)同相，所以零度組合網(wǎng)絡(luò)541能夠構(gòu)造性地組合它們。同時(shí)，零度組合網(wǎng)絡(luò)541也用從功率分配網(wǎng)絡(luò)532接收的-90豎直電壓信號(hào)抵消從功率分配網(wǎng)絡(luò)531接收的90豎直電壓信號(hào)。類似地，由于從功率分配網(wǎng)絡(luò)531和532接收的豎直電壓信號(hào)在相位上相差180度，所以180度組合網(wǎng)絡(luò)542能夠構(gòu)造性地組合它們。 組合網(wǎng)絡(luò)542用從功率分配網(wǎng)絡(luò)532接收的水平電壓信號(hào)抵消從功率分配網(wǎng)絡(luò)531接收的水平電壓信號(hào)，因?yàn)橥嘟邮账鼈?。因而，零度組合網(wǎng)絡(luò)531實(shí)質(zhì)上重構(gòu)已經(jīng)被正交線圈 100的設(shè)計(jì)平分的水平電壓信號(hào)，而180度組合網(wǎng)絡(luò)532重構(gòu)豎直電壓信號(hào)?？梢韵騇R系統(tǒng)的單獨(dú)輸入端口供應(yīng)所得水平和豎直電壓信號(hào)?？蛇x地，90度混合組合網(wǎng)絡(luò)550可以用來(lái)組合水平和豎直電壓信號(hào)并且向單個(gè)輸入端口提供表明正交的組合電壓信號(hào)。圖3和圖7均圖示了 90度混合組合網(wǎng)絡(luò)。圖8以流程圖形式圖示了接口設(shè)備的又一實(shí)施例。圖9是設(shè)計(jì)成與3. OT MR系統(tǒng)一起操作的本發(fā)明的正交直腸內(nèi)線圈的示意圖。以與用于上述1. 5T版本的方式很類似的方式構(gòu)造大體上表示為200的這一正交線圈。如同正交線圈100，它用于與無(wú)論為其選擇的特定實(shí)施方式(例如同軸線纜、帶線、微帶或者其它傳輸線技術(shù))如何的這里描述的輸出線180—起使用。也如同正交線圈100，它應(yīng)當(dāng)在外環(huán)路210和中心導(dǎo)體250的物理布局以及第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器211/212以及第一和第二調(diào)諧電容器221/222在外回路210中以及一個(gè)或者多個(gè)調(diào)諧電容器251和252在中心導(dǎo)體 250中的物理部署上表現(xiàn)對(duì)稱性。將外環(huán)路210表示為具有兩個(gè)電感器和兩個(gè)電阻器。電感器的值代表回路中固有的電感，而電阻器的值代表固有電阻。已經(jīng)選擇外回路210中的電容器的值使得回路的電容電抗在量值上等于回路在工作頻率下的電感電抗。與正交線圈100的外回路110 —樣， 分立電感器也可以出于該目的而并入于外回路210中。這針對(duì)中心導(dǎo)體250中所示電感器和電阻器同樣成立。與中心電感器150 —樣，中心電感器250應(yīng)當(dāng)均勻平分外回路210的結(jié)節(jié)點(diǎn)2和共同節(jié)點(diǎn)3以保證正交線圈200的物理和電對(duì)稱性。
應(yīng)當(dāng)清楚已經(jīng)選擇外回路210和中心導(dǎo)體250中的電路元件的值以使正交線圈 200能夠以與上文針對(duì)正交線圈100與1. 5T MR系統(tǒng)一起的操作描述的方式相同的方式與 3. OT MR系統(tǒng)一起操作。參照由外回路210檢測(cè)的豎直取向的MR信號(hào)，在第一端口處在第一驅(qū)動(dòng)電容器211兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位將與在第二端口處在第二驅(qū)動(dòng)電容器212 兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位相差180度。參照由蝴蝶型結(jié)構(gòu)檢測(cè)的水平取向的MR信號(hào)， 在第一端口處在第一驅(qū)動(dòng)電容器211兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位與在第二端口處在第二驅(qū)動(dòng)電容器212兩端可檢測(cè)的電壓信號(hào)的相位相同。如上文所言本發(fā)明的接口設(shè)備可以有用地運(yùn)用分別針對(duì)由正交線圈200輸出的“豎直”和“水平”電壓信號(hào)的這些180和零度相位差。應(yīng)當(dāng)清楚本發(fā)明的正交線圈可以由分立部件構(gòu)造。然而這樣做可能產(chǎn)生一種具有多達(dá)五個(gè)或者六個(gè)分立電容器的結(jié)構(gòu)。這無(wú)法與在背景中引用的現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的腔內(nèi)探頭以內(nèi)包含的簡(jiǎn)易回路線圈內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)或者三個(gè)分立電容器有利地比較。由于希望小型、靈活、防損壞的腔內(nèi)探頭(該探頭的設(shè)計(jì)使任何內(nèi)部部件經(jīng)過(guò)它收納于其中的氣球型罩突出的可能性最小)，所以本發(fā)明的正交線圈優(yōu)選地由如下薄的柔性電介質(zhì)材料(銅圖案)構(gòu)造，在兩側(cè)上向該材料涂敷銅圖案以不僅形成導(dǎo)電通路而且形成調(diào)諧和去耦合所需要的所有電容器。另外，由于優(yōu)選地打算提供正交線圈作為一次性使用的腔內(nèi)探頭的整體部分，所以這樣的制造技術(shù)將有助于在制造探頭期間實(shí)現(xiàn)大量節(jié)省的目的。這是因?yàn)橛糜凇邦A(yù)印刷”的正交線圈的制造工藝與由分立部件制成的線圈比較將涉及到明顯更少的人力和更少的時(shí)間來(lái)檢查成品。預(yù)想將由于大規(guī)模生產(chǎn)這樣的預(yù)印刷的正交線圈而實(shí)現(xiàn)額外的成本減少。圖10圖示了如何可以利用涉及到如下的柔性電介質(zhì)襯底材料的預(yù)印刷工藝生產(chǎn)本發(fā)明的正交線圈，已經(jīng)在任一側(cè)上向該襯底材料粘合互補(bǔ)的和不同的導(dǎo)線圖案以形成導(dǎo)電通路以及調(diào)諧和去耦合所需要的電容器。使用這樣的工藝，正交線圈可以視為包括柔性電介質(zhì)襯底材料600、粘合至襯底的一側(cè)的第一導(dǎo)線圖案700和粘合至襯底的另一側(cè)的第二導(dǎo)線圖案800。為了易于理解，圖10 分別示出了這三層，其中在中間的柔性襯底600分別在左側(cè)和右側(cè)上與第一導(dǎo)線圖案700 和第二導(dǎo)線圖案800相接。第一導(dǎo)線圖案700包括具有大體上對(duì)稱形狀的外導(dǎo)電回路710?；芈?10在一端限定驅(qū)動(dòng)間隙711并在另一端限定第一調(diào)諧間隙712。第二導(dǎo)線圖案800包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段 810和調(diào)諧導(dǎo)電段830。驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段810與驅(qū)動(dòng)間隙711對(duì)稱地重疊并且和與之相對(duì)的外導(dǎo)電回路710和柔性襯底600 —起在其間形成第一驅(qū)動(dòng)電容器111/211和第二驅(qū)動(dòng)電容器 112/212，其間有結(jié)節(jié)點(diǎn)2。調(diào)諧導(dǎo)電段830與第一調(diào)諧間隙712重疊并且和與之相對(duì)的外導(dǎo)電回路710和柔性襯底600 —起在其間形成第一調(diào)諧電容器121/221和第二調(diào)諧電容器 122/222，其中這些電容器的共同節(jié)點(diǎn)3處于與結(jié)節(jié)點(diǎn)2相對(duì)處。外導(dǎo)電回路710以及驅(qū)動(dòng)和調(diào)諧導(dǎo)電段810和830因此形成如下簡(jiǎn)易回路型線圈，在該線圈中，第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器在結(jié)節(jié)點(diǎn)2形成用于電平衡并且阻抗匹配簡(jiǎn)易回路型線圈的虛擬接地，并且在該線圈中，第一和第二調(diào)諧電容器使簡(jiǎn)易回路型線圈能夠在工作頻率下共振。以這一方式使簡(jiǎn)易回路型線圈能夠檢測(cè)與正交線圈的平面正交取向的MR信號(hào)。第一導(dǎo)線圖案700也包括內(nèi)導(dǎo)電段750，該導(dǎo)電段部署于驅(qū)動(dòng)與第一調(diào)諧間隙711與712之間、但是未連接到外導(dǎo)電回路710以及其中的驅(qū)動(dòng)和第一調(diào)諧間隙711和712。第二導(dǎo)線圖案800也包括在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段810與調(diào)諧導(dǎo)電段830之間延伸的中心導(dǎo)電段850并且在其中限定第二調(diào)諧間隙851。內(nèi)導(dǎo)電段750與第二調(diào)諧間隙851重疊并且和與之相對(duì)的中心導(dǎo)電段850和柔性襯底600 —起在其間形成電抗在工作頻率下與內(nèi)和中心導(dǎo)電段750 和850的導(dǎo)電電抗相等的第三調(diào)諧電容器151/251。這使內(nèi)和中心導(dǎo)電段750和850能夠與簡(jiǎn)易回路型線圈一起調(diào)諧以與之形成用于檢測(cè)與正交線圈的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈。使所得單個(gè)結(jié)構(gòu)的正交線圈100/200能夠檢測(cè)從患者的感興趣的區(qū)域發(fā)出的 MR信號(hào)的豎直和水平分量。應(yīng)當(dāng)清楚上述輸出線180的兩個(gè)同軸線纜實(shí)施例可以用來(lái)將柔性正交線圈連接到接口設(shè)備500。在這一情況下，線纜的接地和內(nèi)導(dǎo)體將需要焊接或者用別的方式機(jī)械地附著到結(jié)節(jié)點(diǎn)2以及正交線圈的第一和第二端口。上文列舉的其它傳輸線技術(shù)也將足夠了。 一種優(yōu)選技術(shù)將用相同的預(yù)印刷工藝(具體通過(guò)延伸襯底材料和其上的導(dǎo)線圖案以創(chuàng)建為了實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)耦合和去耦合而必需的電長(zhǎng)度)構(gòu)建輸出線和正交線圈。在這一例子中，輸出線180將包括粘合至柔性電介質(zhì)襯底600的一側(cè)的接地導(dǎo)體以及粘合至另一側(cè)的第一和第二信號(hào)導(dǎo)體。接地導(dǎo)體將連接到正交線圈的結(jié)節(jié)點(diǎn)2，而第一和第二信號(hào)導(dǎo)體將分別在正交線圈的第一和第二端口處連接于第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器111/211和112/212兩端。與前文一致，第一信號(hào)、第二信號(hào)和接地導(dǎo)體將各自具有電長(zhǎng)度(λ/4),所有導(dǎo)體終結(jié)于用于將正交線圈連接到其接口設(shè)備的插頭中。圖11示出了微帶線形式的輸出線180，該輸出線連接到設(shè)計(jì)用于與1. 5Τ MR系統(tǒng)一起操作的柔性正交線圈100。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)重要的是實(shí)現(xiàn)第一和第二導(dǎo)線圖案及其關(guān)聯(lián)的導(dǎo)電回路和段(包括由此形成的驅(qū)動(dòng)和調(diào)諧電容器)的布局對(duì)稱性。就這一點(diǎn)而言，鑒于前文教導(dǎo)，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)清楚為用于柔性正交線圈的導(dǎo)電通路(包括輸出線180)的厚度、寬度和長(zhǎng)度選擇適當(dāng)尺度。本發(fā)明因此解決現(xiàn)有技術(shù)的腔內(nèi)探頭表現(xiàn)的若干弊端(包括因未將圓形極化的 MR信號(hào)最有利地與對(duì)MR信號(hào)的水平和豎直分量均敏感的線圈一起使用而引起它們的有限覆蓋和次優(yōu)SNR性能)。本發(fā)明也將通過(guò)消除迄今為止在制作現(xiàn)有技術(shù)直腸內(nèi)線圈中使用的分立部件及其對(duì)應(yīng)輸出線纜來(lái)減少在組裝期間面臨的困難和成本。已經(jīng)根據(jù)專利法具體闡述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選和替代實(shí)施例。然而與本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到實(shí)施本發(fā)明的替代方式而不脫離以下權(quán)利要求的精神實(shí)質(zhì)。因而，落入權(quán)利要求的字面含義和等效范圍內(nèi)的所有改變和變化將涵蓋于它們的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求而不是由在前文描述中討論或者示出的任何特定例子或者實(shí)施例表明。因而，為了促進(jìn)科學(xué)和有用技術(shù)的進(jìn)步，我們憑借專利特許證確保對(duì)以下權(quán)利要求涵蓋的所有主題內(nèi)容在專利法規(guī)定的時(shí)限內(nèi)的獨(dú)占權(quán)。
權(quán)利要求
1.一種正交線圈，用于與用于獲得感興趣的區(qū)域的圖像或者光譜的磁共振(MR)系統(tǒng)一起使用，所述正交線圈包括(a)外回路，用于檢測(cè)與所述正交線圈的平面正交取向的MR信號(hào)，所述外回路中具有多個(gè)電容器，所述電容器包括(i)近似相等值的第一驅(qū)動(dòng)電容器和第二驅(qū)動(dòng)電容器，串聯(lián)部署于所述外回路內(nèi)并且在其結(jié)節(jié)點(diǎn)形成用于電平衡并且阻抗匹配所述外回路的虛擬接地；以及(ii)第一調(diào)諧電容器和第二調(diào)諧電容器，串聯(lián)部署于所述外回路內(nèi)而其共同節(jié)點(diǎn)處于與所述結(jié)節(jié)點(diǎn)徑向?qū)χ锰帲⑶揖哂羞x擇成在所述MR系統(tǒng)的工作頻率下共振所述外回路的近似相等值；以及(b)中心導(dǎo)體，在所述共同節(jié)點(diǎn)與所述結(jié)節(jié)點(diǎn)之間延伸，所述中心導(dǎo)體在工作頻率下具有相等電容和電感電抗并且因此與所述外回路一起調(diào)諧以與之形成用于檢測(cè)與所述正交線圈的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈；由此使所述正交線圈作為單個(gè)結(jié)構(gòu)能夠檢測(cè)從所述感興趣的區(qū)域發(fā)出的所述MR信號(hào)的豎直和水平分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交線圈，還包括具有第一信號(hào)導(dǎo)體、第二信號(hào)導(dǎo)體和接地導(dǎo)體的輸出線，所述接地導(dǎo)體連接到所述結(jié)節(jié)點(diǎn)，并且所述第一和所述第二信號(hào)導(dǎo)體分別連接于所述第一和所述第二驅(qū)動(dòng)電容器兩端，所述第一信號(hào)導(dǎo)體、所述第二信號(hào)導(dǎo)體和所述接地導(dǎo)體(i)各自具有電長(zhǎng)度&+η(λ/4)，其中&為補(bǔ)充長(zhǎng)度，所述補(bǔ)償長(zhǎng)度的電抗具有與對(duì)應(yīng)于該導(dǎo)體的所述驅(qū)動(dòng)電容器的電抗相同的量值，η為奇數(shù)整數(shù)，而λ為所述MR系統(tǒng)的所述工作頻率的波長(zhǎng)；并且(ii)終結(jié)于用于其的插頭中，所述插頭用于將所述正交線圈連接到用于所述正交線圈的接口設(shè)備。
3.一種腔內(nèi)探頭，用于與用于獲得患者腔內(nèi)感興趣的區(qū)域的圖像或者光譜的磁共振 (MR)系統(tǒng)一起使用，所述腔內(nèi)探頭包括正交線圈，所述正交線圈包括(a)外回路，用于檢測(cè)與所述正交線圈的平面正交取向的MR信號(hào)，所述外回路中具有多個(gè)電容器，所述電容器包括(i)近似相等值的第一驅(qū)動(dòng)電容器和第二驅(qū)動(dòng)電容器，串聯(lián)部署于所述外回路內(nèi)并且在其結(jié)節(jié)點(diǎn)形成用于電平衡并且阻抗匹配所述外回路的虛擬接地；以及(ii)第一調(diào)諧電容器和第二調(diào)諧電容器，串聯(lián)部署于所述外回路內(nèi)而其共同節(jié)點(diǎn)處于與所述結(jié)節(jié)點(diǎn)徑向?qū)χ锰?，并且具有選擇成在所述MR系統(tǒng)的工作頻率下共振所述外回路的近似相等值；(b)中心導(dǎo)體，在所述共同節(jié)點(diǎn)與所述結(jié)節(jié)點(diǎn)之間延伸，所述中心導(dǎo)體在工作頻率下具有相等電容和電感電抗并且因此與所述外回路一起調(diào)諧以與之形成用于檢測(cè)與所述正交線圈的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈；由此使所述正交線圈作為單個(gè)結(jié)構(gòu)能夠檢測(cè)從所述感興趣的區(qū)域發(fā)出的所述MR信號(hào)的豎直和水平分量；并且(c)輸出線，具有第一信號(hào)導(dǎo)體、第二信號(hào)導(dǎo)體和接地導(dǎo)體，所述接地導(dǎo)體連接到所述結(jié)節(jié)點(diǎn)，并且所述第一和所述第二信號(hào)導(dǎo)體分別連接于所述第一和所述第二驅(qū)動(dòng)電容器兩端，所述第一信號(hào)導(dǎo)體、所述第二信號(hào)導(dǎo)體和所述接地導(dǎo)體(i)各自具有電長(zhǎng)度 SL+n ( λ /4)，其中&為補(bǔ)充長(zhǎng)度，所述補(bǔ)償長(zhǎng)度的電抗具有與對(duì)應(yīng)于該導(dǎo)體的所述驅(qū)動(dòng)電容器的電抗相同的量值，η為奇數(shù)整數(shù)，而λ為所述MR系統(tǒng)的所述工作頻率的波長(zhǎng)；并且 (ii)終結(jié)于用于其的插頭中，所述插頭用于將所述正交線圈連接到用于所述腔內(nèi)探頭的接口設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的腔內(nèi)探頭，其中所述第一和所述第二驅(qū)動(dòng)電容器各自具有近似62pF的值而所述第一和所述第二調(diào)諧電容器各自具有近似30pF的值，各所述值限于以下至少之一 (i)所述外回路和所述中心導(dǎo)體中固有的電感和(ii)向所述外回路和所述中心導(dǎo)體中的至少一個(gè)添加的電感。
5.一種正交線圈，用于與用于獲得感興趣的區(qū)域的圖像或者光譜的磁共振(MR)系統(tǒng)一起使用，所述正交線圈包括(a)柔性襯底，包括電介質(zhì)材料；(b)第一導(dǎo)線圖案，粘合到所述柔性襯底的一側(cè)，所述第一導(dǎo)線圖案包括外導(dǎo)電回路， 所述外導(dǎo)電回路具有大體上對(duì)稱形狀并且在其一端限定驅(qū)動(dòng)間隙和在其另一端限定第一調(diào)諧間隙；(c)第二導(dǎo)線圖案，粘合到所述柔性襯底的相反側(cè)，所述第二導(dǎo)線圖案包括(i)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段和(ii)調(diào)諧導(dǎo)電段，所述驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段與所述驅(qū)動(dòng)間隙對(duì)稱地重疊并且和與之相對(duì)的所述外導(dǎo)電回路和所述柔性襯底一起在其間形成近似相等值的第一驅(qū)動(dòng)電容器和第二驅(qū)動(dòng)電容器，其間有結(jié)節(jié)點(diǎn)；并且所述調(diào)諧導(dǎo)電段與所述第一調(diào)諧間隙重疊并且和與之相對(duì)的所述外導(dǎo)電回路和所述柔性襯底一起在其間形成近似相等值的第一調(diào)諧電容器和第二調(diào)諧電容器，這些電容器的共同結(jié)節(jié)點(diǎn)處于與所述結(jié)節(jié)點(diǎn)徑向?qū)χ锰?；以使得所述第一?dǎo)電圖案的所述外導(dǎo)電回路以及所述第二導(dǎo)電圖案的所述驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段和所述調(diào)諧導(dǎo)電段形成簡(jiǎn)易回路型線圈，在所述簡(jiǎn)易回路型線圈中，所述第一和所述第二驅(qū)動(dòng)電容器在其所述結(jié)節(jié)點(diǎn)形成用于電平衡并且阻抗匹配所述簡(jiǎn)易回路型線圈的虛擬接地，并且在所述簡(jiǎn)易回路型線圈中，所述第一和所述第二調(diào)諧電容器使所述簡(jiǎn)易回路型線圈能夠在所述MR系統(tǒng)的工作頻率下共振并且因此檢測(cè)與所述正交線圈的平面正交取向的MR信號(hào)；(d)所述第一導(dǎo)線圖案也包括內(nèi)導(dǎo)電段，所述內(nèi)導(dǎo)電段部署于所述驅(qū)動(dòng)間隙與所述第一調(diào)諧間隙之間、但是未連接到所述外導(dǎo)電回路以及其中的所述驅(qū)動(dòng)間隙和所述第一調(diào)諧間隙；并且(e)所述第二導(dǎo)線圖案也包括在所述驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電段與所述調(diào)諧導(dǎo)電段之間延伸的中心導(dǎo)電段并且在其中限定第二調(diào)諧間隙，所述內(nèi)導(dǎo)電段與所述第二調(diào)諧間隙重疊并且和與之相對(duì)的所述中心導(dǎo)電段和所述柔性襯底一起在其間形成電抗在所述工作頻率下與所述內(nèi)導(dǎo)電段和所述中心導(dǎo)電段的導(dǎo)電電抗相等的第三調(diào)諧電容器并且因此使所述內(nèi)導(dǎo)電段和所述中心導(dǎo)電段能夠與所述簡(jiǎn)易回路型線圈一起調(diào)諧以與之形成用于檢測(cè)與所述正交線圈的平面平行取向的MR信號(hào)的蝴蝶型線圈；由此使所述正交線圈作為單個(gè)結(jié)構(gòu)能夠檢測(cè)從所述感興趣的區(qū)域發(fā)出的所述MR信號(hào)的豎直和水平分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交線圈，還包括(a)接地導(dǎo)體，粘合到所述柔性襯底的所述一側(cè)并且連接到所述結(jié)節(jié)點(diǎn)；以及(b)第一信號(hào)導(dǎo)體和第二信號(hào)導(dǎo)體，粘合到所述柔性襯底的所述另一側(cè)并且分別連接于所述第一和所述第二驅(qū)動(dòng)電容器兩端，所述第一信號(hào)導(dǎo)體、所述第二信號(hào)導(dǎo)體和所述接地導(dǎo)體(i)各自具有電長(zhǎng)度λ/4)，其中&為補(bǔ)充長(zhǎng)度，所述補(bǔ)償長(zhǎng)度的電抗具有與對(duì)應(yīng)于該導(dǎo)體的所述驅(qū)動(dòng)電容器的電抗相同的量值，η為奇數(shù)整數(shù)，而λ為所述MR系統(tǒng)的所述工作頻率的波長(zhǎng)；并且(ii)終結(jié)于用于其的插頭中，所述插頭用于將所述正交線圈連接到用于所述正交線圈的接口設(shè)備。
7.一種接口設(shè)備，用于將正交線圈與磁共振(MR)系統(tǒng)進(jìn)行接口，所述MR系統(tǒng)具有接收循環(huán)操作和發(fā)送循環(huán)操作，所述正交線圈具有第一和第二端口，各端口能夠在所述接收循環(huán)期間輸出電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)代表從患者的感興趣的區(qū)域發(fā)出的水平和豎直取向的MR信號(hào)，從而所述第一和所述第二端口輸出的代表水平取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)隔開(kāi)0度，而所述第一和所述第二端口輸出的代表豎直取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)隔開(kāi)180度，所述接口設(shè)備包括(a)第一移相網(wǎng)絡(luò)，可連接于所述正交線圈的所述第一端口兩端，使從所述第一端口接收的所述電壓信號(hào)的相位能夠移位90度；(b)第二移相網(wǎng)絡(luò)，可連接于所述正交線圈的所述第二端口兩端，使從所述第二端口接收的所述電壓信號(hào)的相位能夠移位90度；(c)第一分配器，用于劃分由所述第一移相網(wǎng)絡(luò)移相的所述電壓信號(hào)；(d)第二分配器，用于劃分由所述第二移相網(wǎng)絡(luò)移相的所述電壓信號(hào)；(e)零度組合器，用于構(gòu)造性地組合從所述第一分配器接收的代表水平取向的所述MR 信號(hào)的所述電壓信號(hào)與從所述第二分配器接收的代表水平取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)，并且用于利用從所述第二分配器接收的代表豎直取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)解構(gòu)性地抵消從所述第一分配器接收的代表豎直取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)； 以及(f)180度組合器，用于構(gòu)造性地組合從所述第一分配器接收的代表豎直取向的所述 MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)與從所述第二分配器接收的代表豎直取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)，并且用于利用從所述第二分配器接收的代表水平取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)解構(gòu)性地抵消從所述第一分配器接收的代表水平取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接口設(shè)備，還包括(a)第一預(yù)放大器，設(shè)置于所述第一移相網(wǎng)絡(luò)與所述第一分配器之間；以及(b)第二預(yù)放大器，設(shè)置于所述第二移相網(wǎng)絡(luò)與所述第二分配器之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接口設(shè)備，還包括90度混合耦合器，用于組合從所述零度組合器接收的代表水平取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)與從所述180度組合器接收的代表豎直取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的接口設(shè)備，還包括90度混合耦合器，用于組合從所述零度組合器接收的代表水平取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)與從所述180度組合器接收的代表豎直取向的所述MR信號(hào)的所述電壓信號(hào)。
全文摘要
一種用于與MR系統(tǒng)一起使用的腔內(nèi)探頭允許獲得內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的圖像和光譜。該腔內(nèi)探頭在它的球形罩內(nèi)收納對(duì)MR信號(hào)的豎直和水平分量均敏感的單元件正交線圈。正交線圈借助于它的輸出線被設(shè)計(jì)成插入于用來(lái)將正交線圈與MR系統(tǒng)進(jìn)行接口的專用接口設(shè)備中。線圈內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電容器與輸出線的電長(zhǎng)度和在接口設(shè)備內(nèi)的移相網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使得正交線圈從由MR系統(tǒng)生成的發(fā)送場(chǎng)完全去耦合。接口設(shè)備內(nèi)的預(yù)放大器、功率分配和組合網(wǎng)絡(luò)處理代表MR信號(hào)的水平和豎直分量的電壓信號(hào)并且使它們能夠傳向MR系統(tǒng)的輸入端口。
文檔編號(hào)G01V3/00GK102257405SQ200980152991
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者G·J·米西科, R·J·麥肯尼 申請(qǐng)人:梅德拉股份有限公司