CN101103918A

CN101103918A - 磁共振成像装置

Info

Publication number: CN101103918A
Application number: CNA2007101364715A
Authority: CN
Inventors: 福地治之
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2027-07-16
Also published as: US20100022867A1; US7888934B2; CN101103918B; JP2008018190A

Abstract

本发明涉及磁共振成像装置。为了得到高质量的诊断图像，本发明提供一种磁共振成像装置(1)，其中图像的产生基于从受验者(40)接收的磁共振信号，在静态磁场中电磁波被传输到该受验者。磁共振成像装置(1)被提供有用于接收磁共振信号的接收线圈单元(14b)，所述接收线圈单元(14b)均包括被配置为接收相应的其中一个磁共振信号并输出电信号的线圈主体和被配置为将从该线圈主体输出的电信号的电场直接用作调制信号的光调制器(103)。

Description

磁共振成像装置

技术领域

本发明涉及磁共振成像(MRI：Magnetic Resonance Imaging)装置。特别地，本发明涉及这种类型的磁共振成像装置，其中磁共振信号使用多个接收线圈和多通道来采集。

背景技术

成像装置，例如，磁共振成像装置，是已知用于给受验者的层析成像面的切片图像拍摄射线照片的装置并且可用于多种领域，包括医学和工业领域。

例如，当使用磁共振成像装置给切片图像拍摄射线照片时，首先受验者被容纳于其中形成有静态磁场的空间内并且作为活体的受验者内部存在的质子的旋转方向被调整至该静态磁场的方向，以提供得到的磁化矢量的状态。其后，共振频率的电磁波从RF线圈辐射到受验者，从而产生核磁共振现象并且受验者内的质子的磁化矢量被改变。然后，在磁共振成像装置中，从受验者的质子提供的回到最初的磁化矢量的磁共振信号被探针线圈(接收线圈单元)接收并且基于该接收的磁共振信号产生切片图像(参见，例如，专利文献1)。

使用探针线圈(接收线圈单元)的磁共振成像装置，接收从电磁波传输到其的受验者提供的磁共振信号。探针线圈具有导体的电感并且被配置为在预定的频率共振(参见，例如，专利文献2)。

[专利文献1]

日本未经审查的专利公开号No.2005-270304

[专利文献2]

日本未经审查的专利公开号No.2000-225106

在磁共振成像装置中，构成接收线圈单元的探针线圈有多种已知的形状，例如，对应于被射线照相的受验者多个线圈主体(body)的结合。例如，通过使用诸如同轴电缆的导线，探针线圈与用于采集从受验者提供的磁共振信号的数据采集器连接。

用于传输来自探针线圈的信号的同轴电缆与数据采集器连接的部分由被提供有插座的模块板构成，所述插座的数量对应于探针线圈的数量。由每一个探针线圈提供并输入到安装在模块板中的相关的插座的信号构成一个通道。

由探针线圈提供并输入到安装在模块板中的插座的信号在数据采集器中被一个通道一个通道地独立检测，然后在数据处理器中被数字化并且一个通道一个通道地被重建，借此图像在磁共振成像装置的显示器上形成。

因为同轴电缆用于信号从探针线圈到数据采集器的传输，所以会担心由于包含电磁噪声可能出现信号缺陷，随之发生显示在操作单元的显示器上的图像干扰。

为了改善磁共振成像装置的射线照相速度，有时采用平行成像方法，其中从受验者提供的信号被多个探针线圈平行接收。为了展现平行成像方法的优势并且得到高图像质量，有必要使来自每一个探针线圈的信号具有高S/N性能。

然而在此之前，有时会发生的情况是由于同轴电缆中包含噪声导致平行成像方法的应用变难，或者不可能完全克服基本随射线照相速度的提高而出现的S/N比的降低。因此，还会发生的问题是平行成像方法可以应用的情况实际上是有限的。

假设在平行成像方法的应用中通过多通道采集磁共振信号，则会担心在通过通道的同轴电缆被传输的信号之间发生串扰。通道的数量越多，越容易发生串扰。即使在数据采集器内，在通道中的信号之间有时也会发生串扰。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种磁共振成像装置，其使用多个接收线圈多通道地采集磁共振信号并且其能够得到高质量的诊断图像。

根据本发明，为了达到上述目的，提供用于基于从受验者接收的磁共振信号产生图像的磁共振成像装置，在静态磁场中电磁波被传输到该受验者，该磁共振成像装置包括用于接收磁共振信号的多个接收线圈单元，所述接收线圈单元均包括被配置为接收相应的其中一个磁共振信号并输出电信号的线圈主体，和被配置为使用从该线圈主体输出的电信号的电场直接作为光信号的调制信号的光调制器。

优选地，光调制器依据调制信号调制输入光调制器中的光信号并且将已调制的光信号输出到光调制器的外部。

更优选地，光信号通过光纤传输。

更优选地，磁共振成像装置进一步包括被配置为将通过光纤传输的光信号互相叠加和合并为一个并使这些光信号在该合并的状态下通过一个光纤被传输的合并(uniting)装置，通过该一个光纤传输的光信号的种类对应于该多个接收线圈单元的数量。

更优选地，光信号依据波分复用方法通过该一个光纤被传输。

可以使用AWG波分复用器或棱镜作为该合并装置。

光调制器可以是利用电光效应的光调制器。这种光调制器可以采用外调制方法或直接调制方法。

根据本发明的磁共振成像装置，即使磁共振信号被使用多个接收线圈且多通道地采集，也能够得到高质量的诊断图像。

本发明的另外的目的和优势将在以下对如附图中所示的本发明的优选实施例的描述中变得明显。

附图说明

图1所示是体现本发明的磁共振成像装置的结构；

图2(a)所示是磁共振成像装置中的接收线圈单元的内部结构，图2(b)是作为接收线圈单元的构成部分的光调制器的透视图；

图3是传输模式的图示说明，其中与多个接收线圈单元相关联的包含磁共振信号的光信号通过采用波分复用法被传输到数据采集器；以及

图4所示是一个实例，其中通过采用波分复用法将与多个接收线圈单元相关联的包含磁共振信号的光信号传输到数据采集器的传输模式被应用到磁共振成像装置。

具体实施方式

本发明的实施例将参照图1-4在下文进行描述。

图1中所示的磁共振成像装置1包括静态磁场形成磁体单元12，梯度线圈单元13，传输线圈单元14a，接收线圈单元14b，传输驱动器22，梯度驱动器23，数据采集器24，控制单元25，支架26，数据处理器31，操作单元32，及显示器33。

静态磁场形成磁体单元12和梯度线圈单元13被置于腔(bore)11的周围，该腔11是柱状射线照相空间。传输线圈单元14a和接收线圈单元14b被置于例如受验者40的头部(即射线照相区域)中，并且当对受验者进行射线照相时，与受验者40的射线照相区域一起移进腔11中。

每一个部件将在下面一一描述。

静态磁场形成磁体单元12被配置为使用例如超导磁体，并且在腔11内形成静态磁场。除超导磁体之外还可以使用诸如永久磁体或普通导磁体(conductive magnet)的这种产生磁场的磁体作为静态磁场形成磁体单元12。静态磁场形成磁体单元12被配置为使得静态磁场的方向平行于受验者40的体轴方向Z。

为了让接收线圈单元14b接收的磁共振信号具有三维位置信息，梯度线圈单元13形成梯度磁场以对由静态磁场形成磁体单元12形成的静态磁场的强度分级。梯度线圈单元13具有三个梯度线圈装置以形成三种类型的梯度磁场，也就是，切片选择梯度磁场，读取梯度磁场，和相位编码梯度磁场。

为了激励受验者40的射线照相区域中和其中由静态磁场形成磁体12形成静态磁场空间的腔11内的质子旋转，传输线圈单元14a传输RF信号以形成高频磁场，该RF信号是一种电磁波信号。传输线圈单元14a具有例如音圈(volume coil)，该音圈被布置为包围作为受验者40的射线照相区域的整个头部。

在其中由静态磁场形成磁体单元12形成静态磁场的腔11的内部，接收线圈单元14b接收作为磁共振信号的电磁波，该电磁波由传输线圈单元14a激励的质子产生。

在图1所示的磁共振成像装置中，提供了该多个接收线圈单元14b。原因是为了采用磁成像中的平行成像方法，从而允许射线照相速度改善。

在图1所示的磁共振成像装置1中，多个接收线圈单元14b之一的内部结构将参照图2在下面进行描述。

在图2(a)中，接收线圈单元14b包括线圈主体101和从线圈主体101引出的一对接线102a和102b。光调制器103与该对接线102a和102b的两端相连。另外，用于将光信号输入到光调制器103中的输入侧光纤104a和用于将光信号输出到光调制器103外部的输出侧光纤104b被连接到光调制器103。

当接收线圈单元14b接收磁共振信号时，线圈主体101基于感应电动势输出电信号，并且该电信号的电场产生于与线圈主体连接的该对接线102a和102b的两端。光调制器103将产生于该对接线102a和102b的两端的电场直接作为调制信号使用。

光调制器103的例子是利用了电光效应的光调制器，例如图2(b)中所示的光调制器。图2(b)中所示的光调制器，标记为103b，包括形状为长方体的平坦衬底106，该衬底106由LiNbO₃晶体形成并且展现出电光效应(泡克耳斯(Pockels)效应)。单个波导107纵向形成于衬底106上并且一对电极108a和108b形成于衬底106上波导107的两侧。线圈主体101的接线102a和102b与该对电极108a和108b分别相连。

输入侧光纤104a和输出侧光纤104b分别与波导107的两端相连，波导107形成于构成光调制器103b的衬底106上。当光信号传输到输入侧光纤104a时，该光信号穿过波导107并且进一步穿过输出侧光纤104b。

在该对电极108a和108b之间无电场施加时，衬底106的折射率不改变，从而输入侧光信号的相位和输出侧光信号的相位不改变。然而，当接收线圈单元14b接收磁共振信号时，感应电动势产生于线圈主体101中并且在该对电极108a和108b之间施加电场，从而由于泡克耳斯效应衬底106的折射率改变。因此，输入侧光信号的相位和输出侧光信号的相位改变并且通过输入侧光纤104a的光信号在通过波导107时被调制，该调制的光信号接着通过输出侧光纤104b。

接收线圈单元14b中的光纤104a和104b与光调制器103b连接并被暴露于由以上描述的磁共振成像装置1中的静态磁场形成磁体单元12产生的强磁场中，但是一点也不受所述磁场的影响。因此，当接收线圈单元14b通过光纤104a和104b接收的磁共振信号被传输到数据采集器24时，没有由静态磁场形成磁体单元12产生的磁场的影响。由于这个原因，在通过光纤的信号中难以产生缺陷，并且可以得到高S/N比。此外，因为同轴电缆没有用于磁共振信号的传输，因此不用担心会发生诸如由当电缆在受验者附近形成回路时产生的热引起烧伤的事故。

而且，因为光纤104a和104b用于磁共振信号的传输，所以在将磁共振信号传输到数据采集器24时很难产生电磁感应或噪声。因此，不仅对于通过其它接收线圈单元14b中的光纤的信号而且对于接收线圈单元14b的线圈主体101，串扰都很难发生。

进一步，接收线圈单元14b使用电信号的电场直接作为调制信号，接收线圈单元14b的线圈主体101在接收到磁共振信号时输出该电信号。因此，在接收线圈单元14b内，没有必要提供诸如前置放大器的电路，其可能在由静态磁场形成磁体单元12产生的磁场的影响下干扰静态磁场。

因此，在接收线圈单元14b中，受到来自静态磁场形成磁体单元12的磁场的影响并干扰该静态磁场的部件，除了连接于线圈主体101的接线外，都可以被消除，并且由此可以尽力防止S/N的下降和敏感性伪影(susceptibility artifact)(由非均匀静态磁场引起的图像干扰)的出现。

在图1中，接收线圈单元14b通过光纤与数据采集器24相连，并且由接收线圈单元14b接收的磁共振信号被数据采集器24采集。因为图1中所示的磁共振成像装置具有多个接收线圈单元14b，所以由接收线圈单元14b接收的磁共振信号穿过从相应的接收线圈单元14b引出的光纤并被数据采集器24采集。

假设通过从接收线圈单元14b引出的光纤104a和104b传输包含磁共振信号的光信号，则使用合并装置(uniting means)是更优选的。使用这种合并装置，穿过从接收线圈单元14b引出的光纤的光信号被一个在另一个之上地叠加并且在传输的中途被合并，然后被通过单个光纤传输。在这个被合并的部分中，不再需要使用相应于接收线圈单元14b的数量的很多个光纤和大尺寸的连接器，并且还可以减小磁共振成像装置的尺寸。

为了在用于传输与该多个接收线圈单元14b有关的包含磁共振信号的光信号的路径的中途，在单个光纤中提供被合并的部分，可以采用波分复用(WDM)方法。

图3显示了一种模式的实例，其中与该多个接收线圈单元14b有关的包含磁共振信号的光信号通过采用波分复用方法被传输到数据采集器24。

在图3中，使用了n个接收线圈单元14b₁到14b_n，每一个具有以上所描述的线圈主体和光调制器，以及从接收线圈单元14b₁到14b_n引出n组光纤104a₁到104a_n(输入)和104b₁到104b_n(输出)，用于关于接收线圈单元14b₁到14b_n的光信号的输入和输出。关于通过光纤104a₁到104a_n和104b₁到104b_n被传输的光信号的波长，使用相应于接收线圈单元14b₁到14b_n的数量n的n种波长λ₁到λ_n。

从接收线圈单元14b₁到14b_n引出的n组光纤104a₁到104a_n和104b₁到104b_n与第一AWG(arrayed waveguide grating，阵列波导光栅)波分复用器110a。AWG波分复用器110具有板式(slab)波导和阵列波导。

在AWG波分复用器110中，穿过单个光纤109的多个不同波长的光信号在板式波导和阵列波导中被衍射并且被一个波长一个波长地分离，然后被传输到输入侧光纤104a₁到104a_n。进一步地，在AWG波分复用器110中，分别穿过输出侧光纤104b₁到104b_n的多个不同波长的光信号在板式波导和阵列波导中被结合到一起并且被传输到单个光纤，这将在下面进行描述。也就是说，AWG波分复用器110用作合并装置，其将穿过从接收线圈单元14b₁到14b_n引出的光纤的光信号叠加为一个并使它们在该已合并的状态下穿过单个光纤。假设使用棱镜代替AWG波分复用器110作为合并装置，则可能会降低制造成本。

该一个光纤109的一端与第一AWG波分复用器110a连接。n种波长(λ₁到λ_n)的光信号被传输到该一个光纤109。第二AWG波分复用器110b与光纤109的另一端连接。第二AWG波分复用器110b输入n种波长的光信号到数据采集器24并从数据采集器24输出该n种波长的光信号。

当将来自第二AWG波分复用器110b的n种波长(λ₁到λ_n)的光信号输入到该一个光纤109时，必需使用光源。可以使用例如DFB(分布反馈式)半导体激光器作为该光源。使用DFB半导体激光器，可以得到具有精确控制的波长λ₁到λ_n的单光谱的信号光。

即使当通过该一个光纤109传输n种(n通道)信号光束时，也可以防止那些信号光束的串扰。

作为光源，不限制n个单元的DFB半导体激光器的使用。可以使用利用波长转换器的单个半导体激光器。使用这种单个半导体激光器，可以产生n种波长λ₁到λ_n的信号光束。用作光源的一个或多个半导体激光器可以安装在数据采集器24的内部或外部。

图4示出一个实例，其中传输与该多个接收线圈单元14b₁到14b_n相关联的包含磁共振信号的光信号到数据采集器的模式通过采用图3中所示的波分复用方法被应用到实际的磁共振成像装置。

在图4所示的磁共振成像装置(标记为1)中，腔11作为柱状射线照相空间形成于射线照相室200之内。该腔11构成射线照相装置主体，并包括静态磁场形成磁体单元12和梯度线圈单元13。控制器201，操作单元32和显示器33安装在射线照相室200的外部。

由于作为柱状射线照相空间的腔11包括静态磁场形成磁体单元12和梯度线圈单元13，所以强磁场B在腔11内产生。用于在其上放置受验者40的支架26被安装在该空间内并且磁场B产生于其中。

图1中所示的传输驱动器22，梯度驱动器23，数据采集器24和控制单元25被容纳于控制器201内部。然而，在这些装置中，只有数据采集器24以其被容纳的状态显示在图3中，用于说明的目的。

在其中由静态磁场形成磁体单元12形成静态磁场空间的腔11的内部，在图4中示出n个接收线圈单元14b₁到14b_n，用于接收由被传输线圈单元(未示出)激励的质子产生的电磁波作为磁共振信号。

如图4所示，接收线圈单元14b₁到14b_n被安装在腔11附近，腔11被安装于射线照相室200内部并且强磁场B产生于该腔11中。因此，接收线圈单元14b₁到14b_n也暴露于该强磁场B。然而，如上面接合图2(b)所描述的，接收线圈单元14b₁到14b_n几乎不受磁场B的影响，因为使用的原理是从线圈主体输出的电信号的电场被直接用作调制信号。

在图4中示出了第一AWG波分复用器110a，其与从接收线圈单元14b₁到14b_n引出的光纤(未示出)相连。AWG波分复用器110a将穿过从接收线圈单元14b₁到14b_n引出的多个光纤的光信号叠加和合并为一个，并将它们在这样合并的状态下传输到该一个光纤109。

如图4所示，光纤109将已叠加的光信号传导到射线照相室200的外部。光纤109铺设在其中存在强磁场B的射线照相室200之内。然而，由光纤的性质，穿过铺设在射线照相室200之内的光纤被传输的光信号完全不受存在于射线照相室200之内的磁场B的影响。

铺设于射线照相室200之外的光纤109被引到控制器201，然后其引向控制器201的端与第二AWG波分复用器110b连接。

第二AWG波分复用器110b将穿过光纤109的n种波长的光信号输入到数据采集器24并且从数据采集器24输出该n种波长的光信号。数据采集器24包括电光转换器和光电转换器。因此，不仅光信号而且电信号也在数据采集器24的内部被处理。然而，数据采集器24与其中产生强磁场B的腔11间隔开，并被安装在被屏蔽不受无线电波(electronic radio wave)影响的射线照相室200之外。因此，尽管电信号在数据采集器24中被处理，但是这些电信号不受磁场B的影响。

输入侧光纤104a和输出侧光纤104b与如上面接合图2所描述的光调制器103连接。从输入侧光纤104a输入到光调制器103的光信号被调制并且已调制的光信号输出到输出侧光纤104b。在这种情况下，光调制器103基于外调制方法，其中输入到光调制器的光信号被调制且已调制的光信号输出到光调制器的外部。然而，可以采用直接调制型光调制器作为该光调制器，其中调制信号的变化被直接用作光源强度的变化。在这种情况下，输入侧光纤104a变得不必要。也不需要使用光源来将n种波长λ₁到λ_n的光信号从第二AWG波分复用器110b输入到该一个光纤109。

作为采用直接调制方法的光调制器，可以使用例如结合了EA(Electro Absorption，电吸收)调制器的DFB半导体激光器。EA调制器是光学设备，其具有使用半导体的电吸收效应对从入射口引入的光的强度进行高速调制并将已调制的光输出到输出端口的功能。结合了EA调制器的DFB半导体激光器包括与DFB半导体激光器集成在同一衬底上的单个EA调制器。

通过使用结合了EA调制器的DFB半导体激光器，与图2(b)中所示的外调制型光调制器相比，可以减小尺寸并减小调制所需的电压。

如果调制所需的电压可以减小，则在从接收线圈单元14b的线圈主体101输出的电信号的电场被直接用作调制信号的情况下，可以大大改善光调制器的灵敏度。也就是，可以尽力防止S/N的降低，并且即使在使用多个接收线圈多通道地采集磁共振信号的情况下，诊断图像的质量也可以被进一步改善。因为可以减小结合了EA调制器的DFB半导体激光器的尺寸，所以与采用直接调制方法的光调制器相比也可以减小磁共振成像装置的主体的尺寸。

在上面接合图2(b)所描述的光调制器103b使用具有泡克耳斯效应的LiNbO₃晶体。诸如BaTiO₃，KH₂PO₄(KHP)和KD₂PO₄(KDP)的晶体也可以使用，因为它们也展现出泡克耳斯效应。

使用的光调制器不限于利用泡克耳斯效应的光调制器，而可以是任何其他光调制器，只要所采用的光调制器利用了电光效应。

也就是说，因为本发明的磁共振成像装置中使用的光调制器使用从每一个接收线圈单元的线圈主体输出的电信号的电场直接作为调制信号，所以可以使用任何利用电光效应的光调制器，使得折射率根据该电场变化。

例如，可以使用利用展现出克尔效应(Kerr effect)的晶体的光调制器。展现克尔效应的晶体能够改善光调制器的灵敏度，因为其折射率与电场的平方成比例地变化。因此，可以防止磁共振成像装置中的S/N的降低。

特别地，KTa_1-xNb_xO₃展现出特别显著的克尔效应，因此使用KTa_1-xNb_xO₃晶体的光调制器在其灵敏度方面被显著改善。

本发明的许多差异很大的实施例都可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下被配置。应当理解，本发明不限于在说明书中描述的特定实施例，而是由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种用于基于从受验者(40)接收的磁共振信号产生图像的磁共振成像装置(1)，在静态磁场中电磁波被传输到该受验者，该磁共振成像装置包括：

用于接收磁共振信号的多个接收线圈单元(14b)，所述接收线圈单元(14b)均包括被配置为接收相应的其中一个磁共振信号并输出电信号的线圈主体，和被配置为使用从该线圈主体输出的电信号的电场直接作为光信号的调制信号的光调制器(103)。

2.根据权利要求1的磁共振成像装置(1)，其中光调制器(103)依据调制信号调制输入光调制器(103)中的光信号并且将已调制的光信号输出到光调制器(103)的外部。

3.根据权利要求1或2的磁共振成像装置(1)，其中光信号通过光纤(104)传输。

4.根据权利要求3的磁共振成像装置(1)，进一步包括被配置为将通过光纤(104)传输的光信号互相叠加和合并为一个并使这些光信号在该合并的状态下通过一个光纤(104)被传输的合并装置(110)，通过该一个光纤(104)传输的光信号的种类对应于该多个接收线圈单元(14b)的数量。

5.根据权利要求4的磁共振成像装置(1)，其中光信号依据波分复用方法通过该一个光纤(104)被传输。

6.根据权利要求4或5的磁共振成像装置(1)，其中该合并装置(110)是AWG波分复用器。

7.根据权利要求4或5的磁共振成像装置(1)，其中该合并装置(110)是棱镜。

8.根据权利要求2-7中的任一个的磁共振成像装置(1)，其中光调制器(103)是利用电光效应的光调制器(103)。

9.根据权利要求8的磁共振成像装置(1)，其中所述电光效应是泡克耳斯效应。

10.根据权利要求9的磁共振成像装置(1)，其中光调制器(103)使用BaTiO₃，KH₂PO₄(KHP)，KD₂PO₄(KDP)和LiNbO₃晶体中的任一个。