本发明涉及用于磁共振成像系统的射频rf发射线圈领域。具体而言，本发明涉及一种用于rf发射线圈的改进的载体结构。
背景技术：
1、磁共振成像系统1由三个圆柱形同心子系统组成：静态磁体2、梯度线圈4和正交体线圈5，它们围绕载体结构7或患者孔，如图1所示。
2、梯度线圈4在静态磁场中产生梯度，该梯度用于定位频率在khz范围内的图像信号和脉冲。梯度线圈4和载体结构7之间是正交体线圈5，其发射和接收用于图像获取的在mhz范围内的rf场脉冲。
3、典型的体线圈5的设计为鸟笼结构，其由沿着患者孔的中心轴线的多个导电杆(也被称为横档12)组成，这些导电杆在两端通过两个大环9、10相互连接。体线圈5通常具有印刷在大型pcb上的导电环9、10和横档12。该pcb折叠成圆柱形形状并在边缘处连接以便形成鸟笼结构。印刷的横档12与环9、10的重叠部分形成天线体线圈6的电容器结构13。调整这些电容器的尺寸，以使鸟笼结构线圈5在预定频率下实现电共振并优化电磁功率传输。
4、图1示意性地绘示出根据现有技术的mri系统1，其中示出了梯度线圈4、体线圈5和载体结构7的位置。图1的a)示出了mri系统1的横截面侧视图，图1的b)示出了mri系统1的前视图。患者8被定位于患者孔或体线圈载体结构7内。mri扫描的关注区域通常应位于体线圈5的几何中心。在此区域中，为mr扫描创建均匀的h场或b1+场。由于带有集成电容器的天线pcb设计的性质，一些局部显著电场也可指向孔和患者。这些场会使患者暴露于较高的rf功率耦合和潜在有害的组织温度升高。环部分9、10具有体线圈的最强电场中的一部分，尤其是重叠电容器13的位于患者侧16的边缘处。
5、图2的a)示出了进行腹部扫描的患者8的位置的示例。对于这种扫描，患者的肩膀和手腕位于最靠近环电容器13的位置，并经受最高的sar值。图2的b)示出了沿体线圈天线6和载体结构7的堆叠体的横截面视图。患者8与支撑结构7的典型距离(在最靠近环电容器的位置)可以只有几厘米，甚至更短。
6、图3示意性地绘示出根据现有技术的体线圈天线6和标准的载体结构7的堆叠体，其中图3的a)示出了体线圈天线6的前视图，图3的b)示出了沿体线圈天线6和载体结构7的堆叠体的横截面视图，图3的c)示出了载体结构7的等距视图。
7、当如图2所示靠近时，来自体线圈5的环部分9、10的层状电容器13的时变电场16与患者组织8耦合。该变化场18可导致患者组织和载体结构7的表面本身的温度显著升高。在电磁分析中，吸收的rf能量的量被标准化为组织的重量，并被参数化为比吸收率(sar)。患者8可能潜在地暴露于任何医疗设备的sar的最大值受到严格规定。所产生的热量会对患者8和零件造成危险。此外，不需要的电场耦合18会对正交体线圈的整体性能产生负面影响，且因此降低所产生的mr图像的质量。这种影响是众所周知的，如今已使用多种方法来改善这种情形。一种可能性是，可以在体线圈载体结构7中、在天线电容器13的边缘和患者8之间形成凹槽19，以便调整局部电场分布，使其减少患者耦合。一种常用的方法(尤其是对于1.5t的系统)是使用凹槽19，即在天线pcb的患者侧的电容器边缘下方的体线圈载体结构7中的小孔或凹陷，如图4所示。
8、图4示意性地绘示出根据现有技术的在凹槽19的位置的体线圈天线6和标准载体结构7的堆叠体，其中图4的a)示出了体线圈天线6的前视图，图4的b)示出了沿体线圈天线6和载体结构7的堆叠体的横截面视图，图4的c)示出了载体结构7的等距视图。图4中所示的凹槽19形成附加的空气层，其厚度为载体结构7的厚度的一半(4mm)，且介电常数约等于1。典型的载体结构由介电常数为4.4的玻璃增强环氧树脂组成，厚度为8mm。在这种情况下，凹槽19用作场散射器，这导致局部电场密度朝向孔的内部减小。然而，这种方法具有根本限制，因为没有介电常数小于1的材料，因此散射过程也受到限制。此外，在横档12之间具有两个电容器的正交体线圈5需要双倍的凹槽(对于十六个横档的体线圈来说总共需要64个凹槽)。这导致载体结构7中的结构薄弱，以及接触面不足以支撑天线pcb。
9、从文献us2008/0054901 a1中已知一种由至少一种第一壁材料制成的分隔壁，其用于将患者定位区域与磁共振断层扫描设备的天线结构分界。分隔壁具有至少一个区域，在该区域处，天线结构的具体子结构位于分隔壁的背离患者定位区域的一侧，在患者定位区域处，分隔壁具有由第二壁材料制成的壁部分，该第二壁材料的介电常数低于第一壁材料的介电常数。
10、中国专利申请cn112162224公开了一种用于mr动物扫描的rf探头。该已知的rf探头具有鸟笼结构，且包括圆柱形外壳，其端环为弧形铜条的形式，且轴向铜条由非磁性电容器连接。在圆柱形外壳的内壁基板的内侧，在外壳的轴向长度上设置有介电陶瓷单元。
11、体线圈的环与患者组织之间的电场直接耦合以及相关联的sar效应是重要的患者安全性和监管问题。通过使用凹槽来实现sar减小的现有方法受到限制，并且引入了潜在的可靠性问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是改善与来自体线圈内部的层状电容器的电场朝向患者直接耦合相关联的患者sar减小。
2、根据本发明，该目的由独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
3、因此，根据本发明，提供了一种射频rf发射线圈，其用于将rf场发射到磁共振成像系统的磁共振检查区中，该rf发射线圈包括：rf发射天线，其中该rf发射天线由沿着检查区的中心轴线围绕一定体积设置的多个横档形成，第一端环连接到多个横档的第一端，第二端环连接到多个横档的第二端，其中由横档与第一端环和第二端环的重叠部分形成层状电容器结构；用于将检查区与rf发射线圈分隔开的载体结构，其中该载体结构被rf发射天线围绕，该载体结构由具有第一介电常数(permittivity)的第一材料制成，其中在载体结构中在层状电容器结构和位于检查区中的患者之间设置有(foreseen)至少一个凹槽，其中该凹槽沿载体结构完全周向地延伸，该凹槽至少填充有第二材料，使得第二材料作为附加层环绕载体结构，第二材料具有第二介电常数，其中第二材料的第二介电常数高于载体结构的第一材料的第一介电常数。凹槽还沿载体结构在第一端环和第二端环中的至少一个的轴向延伸部上部分地轴向延伸。在本发明的一个实施例中，凹槽沿载体结构部分地轴向延伸以便分别覆盖第一端环和第二端环。也就是说，根据本发明，凹槽的覆盖范围限于端环的轴向延伸部，可选地具有一些轴向延伸超出端环的轴向延伸部的额外余量。通常，凹槽的轴向延伸部在2至15cm的范围内，通常约为7cm，这比载体结构的整个轴向延伸部(即rf发射线圈的轴向长度)至少小一个或两个量级。这些凹槽可以填充有介电材料，形成位于体线圈天线的环部分下方的垫片，从而减少与患者的身体(尤其是在端环处)耦合的电场耦合。
4、位于体线圈天线的环部分下方的凹槽填充有介电常数高于支撑结构的材料的介电常数的材料，确保这样导致与患者耦合的电场耦合更少，尤其是在最靠近支撑结构的表面的区域内。因此，提供了一种用于减小患者的电场诱导比吸收率(sar)的方法，从而提高了患者的安全性和舒适度，或者作为替代性方案，允许施加更多的rf功率并缩短扫描时间。可以减轻体线圈与患者或接收线圈之间不必要的系统相互作用，例如体线圈调谐以及匹配的变化。内孔加热的风险将会降低。由于不必要的系统相互作用较少，图像质量将得到改善。随着sar值的减小，可以更自由地施加更多的rf功率并缩短扫描时间。本发明的益处是减少了来自体线圈天线的与患者耦合的电场耦合。因此，电场对患者的有害暴露或患者sar将减少，从而提高了患者的安全性和舒适度。此外，可以减轻体线圈与患者或接收线圈之间不必要的系统相互作用，例如体线圈调谐以及匹配的变化。由此，图像质量将得到改善。内孔加热的风险将会降低。另一个优点是，随着sar值的减小，可以更自由地时间更多rf功率并缩短扫描时间。填充有材料的凹槽可以看作是沿载体结构完全周向地延伸的垫片。因此，可以减小sar，并改善患者的安全性和舒适度以及图像质量。作为介电材料，使用介电常数不同于空气或载体结构材料的介电常数的材料。因此，代替被耦合到患者的散射电场，电场被包含和阻挡在介电材料内。使用介电常数明显高于载体结构材料的介电常数的材料，有利于实现波长缩短的效应。这种效应允许更多的电场被压缩并包含在材料内部。此外，这增加了边界内反射率并减少了场传输。这类似于布拉格定律，该定律描述了衍射最大值并允许估计反射的场衰减的可能性：2d sinθ＝nλ，其中n是正整数，λ是入射波的波长，d是垫片厚度，θ是波入射角。位于体线圈天线的环部分下方的垫片确保这些效应导致与患者耦合的电场耦合较少，尤其是在最靠近载体结构表面的区域中。这减小了sar并改善了患者的安全性和舒适度以及图像质量。
5、在本发明的一个有利实施例中，沿横档的每个凹槽的宽度至少对应于横档与第一端环和第二端环的重叠部分的尺寸。
6、在本发明的一个有利实施例中，载体结构厚度的基于8mm和12mm之间，且凹槽的深度介于2mm和6mm之间。
7、在本发明的一个有利实施例中，凹槽中的介电材料具有介于50至100之间的介电常数。
8、在本发明的一个有利实施例中，凹槽填充有至少两种不同的材料，从而在系统侧形成外层，在患者侧在载体结构和外层之间形成内层，其中外层的介电常数不同于内层的介电常数。通过在体线圈天线和患者之间多次应用该效应，可以进一步增强sar。这可以通过引入多层载体结构垫片而不是单层来实现。
9、在本发明的一个有利实施例中，外层的介电常数高于内层的介电常数，并且内层的介电常数高于载体结构的材料的介电常数。
10、在本发明的一个有利实施例中，外层的介电常数介于50和100之间，内层的介电常数介于5和10之间。
11、在本发明的一个有利实施例中，内层的厚度和外层的厚度各自为凹槽的深度的一半。
12、在本发明的一个有利实施例中，凹槽填充有不止两层的不同材料。
13、在本发明的一个有利实施例中，rf发射线圈是由鸟笼线圈形成的正交体线圈。
14、本发明还涉及一种磁共振成像系统，其包括如上所述的rf发射线圈。
1.一种射频rf发射线圈(5)，其用于将rf场发射到磁共振成像系统(1)的磁共振检查区(3)中，所述rf发射线圈(5)包括：
2.根据权利要求1所述的射频rf发射线圈(5)，其中，沿所述横档(12)的每个凹槽(20)的宽度至少对应于所述横档(12)与所述第一端环(9)和所述第二端环(10)的所述重叠部分的尺寸。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的射频rf发射线圈(5)，其中：
4.根据前述权利要求中的任一项所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述凹槽(20)中的所述介电材料具有介于50和100之间的介电常数。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述凹槽(20)填充有至少两种不同的材料，从而在系统侧形成外层(21)，且在患者侧(16)在所述载体结构(7)和所述外层(21)之间形成内层(22)，其中所述外层(21)的介电常数不同于所述内层(22)的介电常数。
6.根据权利要求5所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述外层(21)的介电常数高于所述内层(22)的介电常数，并且所述内层(22)的介电常数高于所述载体结构(7)的材料的介电常数。
7.根据权利要求6所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述外层(21)具有介于50和100之间的介电常数，所述内层(22)具有介于5和10之间的介电常数。
8.根据权利要求5至7所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述内层(22)的厚度和所述外层(21)的厚度各自为所述凹槽(20)的深度的一半。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述凹槽(20)填充有不止两层(21、22)不同的材料。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的射频rf发射线圈(5)，其中，所述rf发射线圈(5)是由鸟笼线圈形成的正交体线圈。
11.一种磁共振成像系统，包括根据前述权利要求中的任一项所述的射频rf发射线圈(5)。
