[发明专利]可调谐超材料设备

说明书

在此公开了用于在MR系统中集中RF信号的磁场的设备，包括该设备的MR系统以及用于将RF信号的磁场集中在待成像的对象中的方法。根据本公开的设备具有布置在阵列中的多个导电元件，其中所述阵列被布置成在RF辐射的电场和磁场之间重新分配能量；多个半导体器件，每个半导体器件连接在所述导电元件的两个相应部分之间；以及控制每个半导体器件的偏置电压进而控制所述阵列的谐振频率的控制器。根据本公开的方法包括：在待使用MR系统成像的对象附近放置所述设备，用RF信号照射所述设备和对象；从所述导电元件和对象接收返回RF信号以对所述对象进行成像；以及控制连接到阵列中的导电元件的多个半导体器件的偏置电压，以改变所述多个导电元件的谐振频率。

技术领域

本公开涉及用于在磁共振(MR)系统中集中信号的磁场的设备和方法，以及包括此类设备或实现此类方法的MR系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)是唯一能够测量大脑神经活动、检测早期癌细胞、成像纳米级生物结构、控制流体动力学和功能性心血管成像的方法。MRI扫描的需求正稳步增长，但由于机器数量有限，导致等待时间变长。对更高分辨率成像的日益增长的需求导致了更高的静态磁场扫描仪(3T或更高)的开发，但这更加昂贵。由于对更高质量图像和MRI扫描量的需求随着时间的推移也稳步增加，因此，在现有设施、资源和预算限制内，国家卫生系统在努力减少等待名单方面承受着巨大压力。因此，需要能在这些条件下改善MRI的筛查效率，以促进医学成像和诊断的发展。

被公布为WO2017007365(2017年1月12日)的PCT申请描述了一种用于改善射频(RF)信号的信噪比(SNR)并降低MRI系统中的比吸收率(SAR)的超材料设备。该设备(起到电磁场集中器的作用)产生在正被检查的受检者附近的射频场的局部重新分配。这是由于电磁场集中器中的每个导体的长度满足半波谐振的出现要求。这种设备特别适合于相对低功率的MRI系统。考虑到该设备可能会产生显著的电磁(EM)场的集中，在大功率系统中，存在射频信号可能会被集中到不可接受的SAR水平的风险。另一个问题是，当正被成像的对象在MRI系统之内时，对象的介电特性可能使MRI系统的发射或接收线圈失谐。失谐量依据对象的特定属性而变化。这种失谐意味着线圈将次优地工作，因为线圈从拉莫尔(Larmor)频率失谐。

发明内容

根据本文的第一方面，一种用于在MR系统中集中RF信号的磁场的设备包括布置在一个阵列中的多个导电元件。导电元件的阵列被布置成当接收到具有大于每个导电元件的相应尺寸的RF波长的RF信号时，在谐振RF频率下在RF辐射的电场和磁场之间重新分配能量。能量的重新分配可包括增加在阵列的第一位置处的RF信号的局部磁场强度和降低在第一位置处的RF信号的局部电场强度。这种重新分配实际上是在第一个位置处的RF信号的磁场的“集中”。由于入射的射频信号脉冲对原子磁矩的影响取决于磁场强度，因此，这种重新分配改善了RF信号的影响。另外，在第一位置处的电场的减小可以减小待成像的受检者的不希望的加热。因此，将待成像的受检者放置在第一位置附近可以改善MR系统的信噪比，同时还降低了比吸收比。

RF辐射的电场和磁场之间的能量的重新分配部分取决于阵列中导电元件在谐振RF频率下的谐振，即重新分配是在谐振频率下发生的现象。当接收到包括此频率的RF信号时，阵列中的导电元件发生谐振。可以在RF信号到达待成像的对象之前，从RF发射器接收RF信号，或者可以在对象被照射之后从所述对象接收RF信号(即，返回RF信号)。RF信号具有大于每个导电元件的相应尺寸的RF波长。换句话说，导电元件在尺寸上是“次波长”的。