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專利名稱：在使用高磁場核磁共振系統(tǒng)獲取腔內(nèi)結(jié)構(gòu)的圖像和頻譜時(shí)使用的腔內(nèi)探針及其接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用核磁共振(MR)系統(tǒng)獲取腔內(nèi)結(jié)構(gòu)的圖像和頻譜的系統(tǒng) 和方法。更具體地，本發(fā)明涉及能插入諸如直腸、陰道、嘴等各個(gè)身體開口以在其 中獲得感興趣區(qū)域的高分辨率圖像和頻譜結(jié)果的腔內(nèi)探針。進(jìn)一步更具體地，本發(fā) 明涉及被設(shè)計(jì)成使這樣的腔內(nèi)探針與2.0特斯拉 5.0特斯拉MR系統(tǒng)連接以獲得 感興趣區(qū)域的高分辨率圖像和頻譜結(jié)果的接口設(shè)備。
背景技術(shù)：
提供以下背景信息是為了幫助讀者理解以下所公開的本發(fā)明以及通常使用它 的環(huán)境。本文中使用的術(shù)語并不旨在受限于本文檔中的任何特定狹義詮釋，除非另 有明確或隱含的陳述。
核磁共振成像(MRI)是產(chǎn)生人體內(nèi)部的高質(zhì)量圖像的非侵入性方法。它使 得醫(yī)務(wù)人員能在不通過外科手術(shù)或使用諸如X射線的電離輻射的情況下觀察人體 內(nèi)部。這些圖像具有常常可在視覺上區(qū)分疾病和其它病理形式與健康的人體組織的 高分辨率。也已開發(fā)了磁共振技術(shù)和系統(tǒng)，用于執(zhí)行可確定組織或其它物質(zhì)的化學(xué) 成分的頻譜分析。
MRI使用強(qiáng)大的磁體、無線電波和計(jì)算機(jī)技術(shù)來產(chǎn)生人體中軟組織、肌肉、 神經(jīng)和骨骼的詳細(xì)圖像。這是通過利用在人體內(nèi)所有細(xì)胞內(nèi)富含的氫原子的基本屬
性來實(shí)現(xiàn)的。在沒有磁場時(shí)，氫原子核隨機(jī)地在每個(gè)方向上像陀螺一樣自旋或旋進(jìn)。 然而，當(dāng)有強(qiáng)磁場時(shí)，各氫原子核的旋轉(zhuǎn)軸便沿該磁場的方向排列。這是因?yàn)闅湓?子核具有所謂大磁矩，它基本上是一種沿該磁場方向排列的強(qiáng)烈固有傾向。總之，
要成像區(qū)域的諸氫原子核產(chǎn)生一個(gè)平行于該磁場的平均磁化矢量。
典型的MRI系統(tǒng)或掃描儀包括主磁鐵、三個(gè)梯度線圈、射頻(RF)天線(常 稱為整體線圈)、以及從中操作人員可控制整個(gè)MRI系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)工作站。然而， MRI系統(tǒng)的主要組件是主磁鐵。它通常具有超導(dǎo)性并呈圓柱狀。在其圓柱形腔體 (在MRI過程期間患者躺在其中)內(nèi)，主磁鐵產(chǎn)生常常稱為Bo磁場的均勻靜態(tài)(不 變化)的強(qiáng)磁場。該Bo磁場沿該腔體的縱軸(稱為z方向)定向，它迫使體內(nèi)氫 原子的磁化矢量排列成該方向。在這樣排列時(shí)，原子核準(zhǔn)備接收來自整體線圈的適 當(dāng)頻率的RF能量。該頻率被稱為拉莫爾頻率并根據(jù)等式co^YBo決定，其中co為拉 莫爾頻率(氫原子以該頻率旋進(jìn))，Y為回旋磁常數(shù)，而Bo為該磁場的強(qiáng)度。
RF天線或整體線圈通常用于發(fā)送RF能量脈沖，并接收由此在氫原子核中引 發(fā)產(chǎn)生的核磁共振(MR)信號。具體地，在其發(fā)送周期該整體線圈將RF能量廣 播到該圓柱形腔體內(nèi)。該RF能量產(chǎn)生也稱為RFB,磁場的射頻磁場，其磁力線垂 直于氫原子核的磁化矢量。該RF脈沖(或B!磁場)使得氫原子核的旋轉(zhuǎn)軸相對 于主(BQ)磁場傾斜，從而使凈磁化矢量偏離z方向達(dá)某一角度。然而，RF脈沖 將只影響以RF脈沖頻率圍繞其軸旋進(jìn)的那些氫原子核。換言之，將只影響以該頻 率共振的原子核，并且這樣的共振是結(jié)合三個(gè)梯度線圈的操作來實(shí)現(xiàn)的。
梯度線圈是電磁線圈。各梯度線圈被用來產(chǎn)生沿圓柱形腔體內(nèi)三個(gè)空間方向 (x,y,z)之一線性變化但靜態(tài)的磁場，即稱為梯度B〗磁場的磁場。定位在主磁鐵 內(nèi)的梯度線圈在以特定方式極快速地開關(guān)時(shí)能以極為局部的水平改變主磁場。因 而，結(jié)合該主磁鐵，梯度線圈可根據(jù)各種成像技術(shù)來操作，使氫原子核一在任何給 定點(diǎn)，或任何給定條、片或體積單元中一在施加了適當(dāng)頻率的RF脈沖時(shí)將能夠?qū)?現(xiàn)共振。響應(yīng)于該RF脈沖，選定區(qū)域中的旋進(jìn)氫原子吸收從整體線圈發(fā)送的RF 能量，由此迫使其磁化矢量傾斜偏離該主(Bo)磁場的方向。當(dāng)關(guān)斷整體線圈時(shí)， 氫原子核開始以MR信號的形式釋放RF能量，如以下進(jìn)一步說明。
一種可用來獲取圖像的公知技術(shù)被稱為自旋回聲成像技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)運(yùn)行 的MRI系統(tǒng)首先激活一個(gè)梯度線圈以沿z軸建立一磁場梯度。這稱為"切片選擇 擇梯度"，并且它在施加RF脈沖時(shí)建立而在關(guān)閉RF脈沖時(shí)切斷。它使得共振僅在 位于要成像區(qū)域切片內(nèi)的那些氫原子核中發(fā)生。共振不會在位于感興趣平面的任一
側(cè)的任何組織中發(fā)生。在RF脈沖停止之后的瞬時(shí)，所激活切片中的全部氫原子核 都"同相"，即其磁化矢量都指向同一方向。如果任由其自生自滅，則切片中所有 氫原子核的凈磁化矢量將弛豫，由此重新排列成Z方向。然而，第二梯度線圈被短 暫激活以產(chǎn)生沿y軸的磁場梯度。這稱為"相位編碼梯度"。它使得切片內(nèi)的所有 氫原子核在梯度的最弱和最強(qiáng)端之間移動(dòng)時(shí)指向越來越不同的方向。然后，在RF 脈沖、切片選擇梯度和相位編碼梯度已被關(guān)閉之后，第三梯度線圈被短暫激活以產(chǎn) 生沿X軸的梯度。這稱為"頻率編碼梯度"或"讀出梯度"，因?yàn)樗辉谧罱K測量
MR信號時(shí)應(yīng)用。它使得弛豫的磁化矢量被差動(dòng)地重新勵(lì)磁，從而靠近該梯度低端
的原子核開始以較快速率旋進(jìn)，而高端的那些原子核則獲得更快得多的速度。當(dāng)這 些原子核再次弛豫時(shí)，最快的原子核(處于該梯度高端的那些原子核)將發(fā)出最高 頻率的無線電波。
總之，梯度線圈使得MR信號能按空間編碼，從而成像區(qū)域的每個(gè)部分都根 據(jù)其共振信號的頻率和相位被唯一地限定。特別地，當(dāng)氫原子核弛豫時(shí)，每個(gè)氫原
子核都變成一個(gè)微型無線電發(fā)射器，取決于它所駐留的局部微環(huán)境而給出隨時(shí)間變 化的特征脈沖。例如，脂肪中的氫原子核具有與水中的不同的微環(huán)境，并因而發(fā)射 不同的脈沖。由于這些差異連同不同組織的不同水脂比，不同的組織發(fā)射不同頻率 的無線電信號。在其接收周期期間，整體線圈檢測這些常常統(tǒng)稱為MR信號的微 型無線電發(fā)射。來自整體線圈的這些獨(dú)特共振信號被傳遞給MR系統(tǒng)的接收器， 在接收器中這些信號被轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)。整個(gè)過程必須多次重復(fù)以形 成具有良好信噪比(SNR)的圖像。使用多維傅立葉變換，MR系統(tǒng)能將該數(shù)學(xué)數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成兩維甚至三維圖像。
當(dāng)需要身體特定部分的更詳細(xì)圖像時(shí)，局部線圈常常替代整體線圈或與之一 起使用。局部線圈可采取體積線圈或表面線圈的形式。體積線圈用于圍繞或包圍要 成像的體積(例如頭、手臂、手腕、小腿、膝蓋或其它感興趣區(qū)域)。然而，表面 線圈僅被裝在或置于患者的特定表面上，從而可對下面的感興趣區(qū)域(例如腹部、 胸部和/或骨盆區(qū)域)成像。此外，局部線圈可被設(shè)計(jì)成作為只接收線圈或收發(fā)(T/R) 線圈工作。只接收線圈只能檢測由人體產(chǎn)生的MR信號(響應(yīng)于掃描過程期間由 MR系統(tǒng)生成的Bi磁場)。然而，T/R線圈卻不僅能接收MR信號，而且能發(fā)送產(chǎn) 生RFBi磁場的RF脈沖，這是在感興趣區(qū)域的組織中引發(fā)共振的先決條件。
在MRI領(lǐng)域中使用單個(gè)局部線圈(表面的或體積的)來檢測MR信號是眾所 周知的。根據(jù)該單線圈方法，相對較大的局部線圈被用來覆蓋或包圍整個(gè)感興趣區(qū)
域。早期的接收線圈僅僅是線性線圈，即它們只檢測由感興趣區(qū)域產(chǎn)生的MR信 號的兩個(gè)(即垂直Mx，和水平My，)正交分量之一。然而，后來的接收線圈采用正 交模式檢測，即它們可檢測垂直和水平分量。與線性接收線圈相比，正交接收線圈
使MRI系統(tǒng)能提供SNR得到很大改進(jìn)(通常改進(jìn)達(dá)41%)的圖像。即使有了正交 模式檢測帶來的改進(jìn)，單線圈方法仍然提供其質(zhì)量亟待改進(jìn)的圖像。單線圈方法所 固有的缺點(diǎn)歸因于只有一個(gè)線圈結(jié)構(gòu)被用來獲取整個(gè)感興趣區(qū)域上的MR信號。
開發(fā)了相控陣線圈以克服單線圈方法的缺點(diǎn)。不使用一個(gè)大局部線圈，相控 陣方法相反使用多個(gè)較小的局部線圈，且每個(gè)這樣的線圈僅覆蓋或包圍感興趣區(qū)域 的一部分。例如，在具有兩個(gè)這種線圈的系統(tǒng)中，每個(gè)線圈將覆蓋或包圍感興趣區(qū) 域的約一半，且這兩個(gè)線圈為了磁隔離的目的而部分地重疊。這兩個(gè)線圈將同時(shí)從 其相應(yīng)部分獲得MR信號，并且因?yàn)橹丿B它們不會不利地相互作用。因?yàn)槊總€(gè)線 圈只覆蓋感興趣區(qū)域的一半，所以每個(gè)這樣的線圈能以更高SNR比接收其覆蓋區(qū) 內(nèi)感興趣區(qū)域部分的MR信號。因而相控陣的較小局部線圈共同地向MRI系統(tǒng)提 供產(chǎn)生整個(gè)感興趣區(qū)域圖像所必需的信號數(shù)據(jù)，該圖像的分辨率比從單個(gè)大局部線 圈中獲得的要高。
相控陣線圈的一個(gè)示例是由W.L. Gore and Associates, Inc.生產(chǎn)的Gore⑧軀體陣 列。該軀體陣列包含四個(gè)表面線圈，其中的兩個(gè)置于一前翼中而另兩個(gè)置于一后翼 中。這兩個(gè)翼被設(shè)計(jì)成圍繞腹部、胸部和骨盆區(qū)域分別置于患者的前表面和后表面。 軀體陣列被設(shè)計(jì)成與其數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)具有多個(gè)接收器的MR系統(tǒng)一起使用。軀體 陣列的四條引線一兩個(gè)前表面線圈和兩個(gè)后表面線圈各一條一可被連接到4個(gè)單 獨(dú)的接收器，且每個(gè)接收器放大并數(shù)字化它所接收的信號。然后MR系統(tǒng)組合來 自各單獨(dú)接收器的數(shù)字化數(shù)據(jù)以形成一圖像，該圖像的整體SNR比從獨(dú)自覆蓋整 個(gè)感興趣區(qū)域的單個(gè)局部線圈(甚至兩個(gè)較大的前后局部線圈)獲得的更佳。
同樣眾所周知的是通過使用腔內(nèi)探針獲得體內(nèi)結(jié)構(gòu)的圖像。現(xiàn)有技術(shù)腔內(nèi)探 針的一個(gè)示例可在美國專利5,476,095和5,355,087中找到，這兩個(gè)專利都被轉(zhuǎn)讓給 本發(fā)明受讓人并通過引用結(jié)合于此。那些專利中所公開的現(xiàn)有技術(shù)探針被設(shè)計(jì)成插 入諸如直腸、陰道和嘴等身體開口的。那些專利還公開了被設(shè)計(jì)成連接現(xiàn)有技術(shù)腔 內(nèi)探針與MR成像和頻譜系統(tǒng)的接口設(shè)備。使用腔內(nèi)探針的一種方法在美國專利 5,348,010中公開，該專利被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人并通過引用結(jié)合于此。
現(xiàn)有技術(shù)探針結(jié)合其相關(guān)聯(lián)接口單元，使得MR系統(tǒng)能產(chǎn)生諸如前列腺、結(jié) 腸或?qū)m頸等各種體內(nèi)結(jié)構(gòu)的圖像和頻譜結(jié)果。這些現(xiàn)有技術(shù)探針的示例包括
BPX-15前列腺/直腸內(nèi)線圈(E-線圈)、PCC-15結(jié)腸直腸線圈和BCR-15宮頸線圈， 它們都是美國賓州Indianola的MEDRAD， Inc.制造的一次性線圈MRInnervu②系列 的一部分。這樣的接口單元包括同樣由MEDRAD, Inc.制造的ATD-II和ATD-Torso單元。
ATD-II單元被用來連接現(xiàn)有技術(shù)探針與MR系統(tǒng)的一個(gè)接收器以提供感興趣 區(qū)域，即前列腺、結(jié)腸或?qū)m頸的圖像或頻譜。ATD-Torso單元被用來不僅使現(xiàn)有技 術(shù)探針而且使Gore⑤軀體陣列與MR系統(tǒng)的多個(gè)接收器相連。當(dāng)與這樣的探針和 軀體陣列相連時(shí)，ATD-Torso單元使MR系統(tǒng)不僅能提供前列腺、結(jié)腸或?qū)m頸的圖 像或頻譜，而且能提供周圍構(gòu)造(即腹部、胸部和骨盆區(qū)域)的圖像或頻譜。
盡管這些現(xiàn)有技術(shù)腔內(nèi)探針和接口單元在市場上被廣泛接受并具有良好信 譽(yù)，但它們?nèi)匀挥幸恍┤秉c(diǎn)。首先，現(xiàn)有技術(shù)探針及其相關(guān)聯(lián)接口單元(即ATD-II 和ATD-Torso單元)被設(shè)計(jì)成與1.0或1.5特斯拉MR系統(tǒng)一起工作。因此，它 們并不適于與被設(shè)計(jì)成在較高磁場強(qiáng)度下工作的MR系統(tǒng)一起使用，諸如能產(chǎn)生 更高質(zhì)量圖像和頻譜結(jié)果的2.0 5.0特斯拉MR系統(tǒng)，尤其是3.0特斯拉MR系統(tǒng)。 其次，由于設(shè)計(jì)限制，現(xiàn)有技術(shù)腔內(nèi)探針被設(shè)計(jì)成具有呈現(xiàn)750 1000Q輸出阻抗
的線圈回路。因此，現(xiàn)有技術(shù)探針的接口單元必須包括7t網(wǎng)絡(luò)或類似電路，以使線
圈回路的高輸出阻抗與各個(gè)MR系統(tǒng)所需的低輸入阻抗(例如50Q)相匹配。再 次，現(xiàn)有技術(shù)探針的設(shè)計(jì)允許將其線圈回路調(diào)諧成偏離MR系統(tǒng)的工作頻率，該 工作頻率的范圍取決于使用探針的特定狀況(例如患者)。因此，現(xiàn)有技術(shù)探針的
現(xiàn)有技術(shù)接口單元通常必須包括調(diào)諧電路來確保腔內(nèi)探針能在所有工作狀況下被 調(diào)諧到MR系統(tǒng)的工作頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)目的和其它優(yōu)點(diǎn)通過以下歸納的各個(gè)實(shí)施例和相關(guān)方面來實(shí)現(xiàn)。
在一現(xiàn)有較佳實(shí)施例的一個(gè)方面中，本發(fā)明提供與核磁共振(MR)系統(tǒng)一起 使用的腔內(nèi)探針，用于獲得患者腔體內(nèi)感興趣區(qū)域的圖像或頻譜。腔內(nèi)探針包括第 一線圈回路以及第一和第二輸出電纜。被設(shè)計(jì)成接收來自感興趣區(qū)域的MR信號 的第一線圈回路具有多個(gè)電容器，包括第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器以及一調(diào)諧電容器。 第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器串聯(lián)在第一線圈回路內(nèi)，并在其結(jié)點(diǎn)上形成一虛擬接地點(diǎn)以
便電平衡和阻抗匹配第一線圈回路。第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器具有大致相等的值。調(diào)
諧電容器在第一線圈回路內(nèi)串聯(lián)與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容器的結(jié)點(diǎn)正好相對之處。該調(diào)諧電 容器具有選擇成使第一線圈回路在MR系統(tǒng)的工作頻率上共振的值。第一輸出電
纜的一端連接在第一驅(qū)動(dòng)電容器上，而第二輸出電纜的一端連接在第二驅(qū)動(dòng)電容器
上。該第一和第二電纜各自的電氣長度為SL+n(X/4)，其中S^是其電抗和與之相對 應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電容器的電抗大小相同的補(bǔ)充長度，n是一奇數(shù)，而X是該工作頻率的波 長。兩條輸出電纜在一插頭處終止，用于將第一線圈回路連接到腔內(nèi)探針的接口設(shè) 備。
在現(xiàn)有較佳實(shí)施例的另一方面中，本發(fā)明提供用于連接腔內(nèi)探針和核磁共振 (MR)系統(tǒng)的(探針)輸入端的接口設(shè)備，該MR系統(tǒng)未配備它自己的前置放大 器。該MR系統(tǒng)的工作具有接收周期和發(fā)送周期，并且腔內(nèi)探針具有一線圈回路 和用于將線圈回路連接到接口設(shè)備的一對輸出電纜。接口設(shè)備包括相移網(wǎng)絡(luò)和前置 放大器。在接收周期期間，相移網(wǎng)絡(luò)使線圈回路能通過輸出電纜耦合到MR系統(tǒng) 的探針輸入端，并允許從各條輸出電纜接收的MR信號被結(jié)構(gòu)性組合。在發(fā)送周 期期間，相移網(wǎng)絡(luò)使線圈回路能通過輸出電纜與MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合。前置 放大器提供相移網(wǎng)絡(luò)與探針輸入端之間的增益和阻抗匹配，以使從相移網(wǎng)絡(luò)接收的 MR信號在接收周期期間被傳遞到探針輸入端，其中信噪比增強(qiáng)。
在現(xiàn)有較佳實(shí)施例的一相關(guān)方面中，本發(fā)明提供用于連接腔內(nèi)探針與核磁共 振(MR)系統(tǒng)的(探針)輸入端的接口設(shè)備，該MR系統(tǒng)配備有它自己的前置放 大器。該MR系統(tǒng)的工作具有接收周期和發(fā)送周期，并且腔內(nèi)探針具有一線圈回 路和用于將線圈回路連接到接口設(shè)備的一對輸出電纜。接口設(shè)備包括相移網(wǎng)絡(luò)。在 接收周期期間，相移網(wǎng)絡(luò)使線圈回路能通過輸出電纜耦合到MR系統(tǒng)的探針輸入 端，并允許從各條輸出電纜接收的MR信號被結(jié)構(gòu)性組合且路由到探針輸入端。 在發(fā)送周期期間，相移網(wǎng)絡(luò)使線圈回路能通過輸出電纜與MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合。
在現(xiàn)有較佳實(shí)施例的另一相關(guān)方面中，本發(fā)明提供用于將腔內(nèi)探針和線圈系 統(tǒng)連接到核磁共振(MR)系統(tǒng)的接口設(shè)備。該MR系統(tǒng)的工作具有接收周期和發(fā) 送周期，并且腔內(nèi)探針具有一線圈回路和用于將線圈回路連接到接口設(shè)備的一對輸 出電纜。接口設(shè)備包括相移網(wǎng)絡(luò)和陣列接口電路。在接收周期期間，相移網(wǎng)絡(luò)使線 圈回路能通過輸出電纜耦合到MR系統(tǒng)的探針輸入端，并允許從各條輸出電纜接 收的MR信號被結(jié)構(gòu)性組合且路由到探針輸入端。在發(fā)送周期期間，相移網(wǎng)絡(luò)使 線圈回路能通過輸出電纜與MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合。陣列接口電路用于使線圈
系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)線圈元件和MR系統(tǒng)的其它輸入端電互連。
在現(xiàn)有較佳實(shí)施例的一個(gè)變體中，本發(fā)明提供與核磁共振(MR)系統(tǒng)一起使
用的腔內(nèi)探針，用于獲得患者腔體內(nèi)感興趣區(qū)域的圖像或頻譜。腔內(nèi)探針包括第一
線圈回路以及一輸出電纜。被設(shè)計(jì)成接收來自感興趣區(qū)域的MR信號的第一線圈 回路具有在其中串聯(lián)的多個(gè)電容器。這多個(gè)電容器包括驅(qū)動(dòng)電容器和調(diào)諧電容器。 驅(qū)動(dòng)電容器用于電平衡和阻抗匹配第一線圈回路。調(diào)諧電容器放置成與驅(qū)動(dòng)電容器 正好相對并具有選擇成使第一線圈回路以MR系統(tǒng)的工作頻率共振的值。 一輸出 電纜的一端連接在驅(qū)動(dòng)電容器上。輸出電纜的電氣長度為S^n(V4)，其中Sl是其 電抗和與之相對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電容器的電抗大小相同的補(bǔ)充長度，n是一奇數(shù)，而人是 該工作頻率的波長。該輸出電纜在一插頭處終止，用于將第一線圈回路連接到腔內(nèi) 探針的接口設(shè)備。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于以上所述的(多個(gè))現(xiàn)有較佳實(shí)施例和相關(guān)方面。


參考以下詳細(xì)公開內(nèi)容和附圖，本發(fā)明及其現(xiàn)有較佳和可選實(shí)施例將得到更 佳的理解，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例一個(gè)方面的腔內(nèi)探針的線圈回路和輸出電纜的 示意圖2是示出全組裝和全裝配狀態(tài)下圖1的腔內(nèi)探針的立體圖； 圖3是沿圖2線3-3取得的腔內(nèi)探針的橫截面視圖，示出了探針的遠(yuǎn)端和附連 其上的充氣球；
圖4是沿圖2線4-4取得的腔內(nèi)探針的部分橫截面視圖，示出了橫截面中其軸 和限定其中的兩個(gè)內(nèi)腔、以及卡入該軸的防動(dòng)盤；
圖5是沿圖3線5-5取得的腔內(nèi)探針的遠(yuǎn)端的橫截面視圖，示出了外球和內(nèi)球、 置于這些球之間的其線圈回路、以及有兩個(gè)內(nèi)腔限定其中的其軸；
圖6是沿圖3線6-6取得的腔內(nèi)探針的遠(yuǎn)端的橫截面視圖，示出了置于內(nèi)球的 前表面上的線圈回路；
圖7是圖2腔內(nèi)探針的軸的橫截面視圖，示出了限定其中的兩個(gè)內(nèi)腔和其遠(yuǎn) 端上的柔性尖端；
圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的另一方面的接口設(shè)備的示意圖，其中在其單 接收器版本中接口設(shè)備具有一探針接口電路，用于連接圖1-7的腔內(nèi)探針和核磁共
振(MR)系統(tǒng)的(探針)輸入端，且該MR系統(tǒng)未配備它自己的前置放大器；
圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的又一方面的接口設(shè)備的示意圖，其中在其多
接收器版本中接口設(shè)備具有(i)探針接口電路，用于連接圖1-7的腔內(nèi)探針和核 磁共振(MR)系統(tǒng)的(探針)輸入端，且該MR系統(tǒng)配備有它自己的前置放大器， 以及(ii)陣列接口電路，用于連接諸如Gore③軀體陣列的相陣列線圈系統(tǒng)和MR 系統(tǒng)的(線圈)輸入端；
圖10是接口設(shè)備的圖8單接收器版本的立體圖，該接口設(shè)備被設(shè)計(jì)成通過其 (探針)輸入端將腔內(nèi)探針連接到MR系統(tǒng)且該MR系統(tǒng)未配備有前置放大器；
圖11是接口設(shè)備的圖9多接收器版本的立體圖，該接口設(shè)備被設(shè)計(jì)成使腔內(nèi) 探針和諸如Gor^軀體陣列的相陣列線圈系統(tǒng)與MR系統(tǒng)的相陣列端連接；
圖12是根據(jù)本發(fā)明第一可選實(shí)施例的腔內(nèi)探針的線圈回路和輸出電纜、以及 與之相對應(yīng)的接口設(shè)備的去耦合二極管的示意圖13是根據(jù)本發(fā)明第二可選實(shí)施例的腔內(nèi)探針的線圈回路和輸出電纜、以及
與之相對應(yīng)的接口設(shè)備的去耦合二極管的示意圖14是根據(jù)本發(fā)明第三可選實(shí)施例的腔內(nèi)探針的線圈回路和輸出電纜、以及 與之相對應(yīng)的接口設(shè)備的去耦合二極管的示意圖15是根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有較佳實(shí)施例的線圈回路和用于其中的輸出電纜的部分 分解示意圖16是根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有較佳實(shí)施例的另一方面的接口設(shè)備的示意圖，其中在 其單接收器版本中接口設(shè)備具有一探針接口電路，用于連接圖15的腔內(nèi)探針和核 磁共振(MR)系統(tǒng)的(探針)輸入端，且該MR系統(tǒng)未配備它自己的前置放大器；
圖17是接口設(shè)備的圖16單接收器版本的立體圖，該接口設(shè)備被設(shè)計(jì)成通過 其(探針)輸入端將腔內(nèi)探針連接到MR系統(tǒng)且該MR系統(tǒng)未配備有前置放大器；
圖18是根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)有較佳實(shí)施例的又一方面的接口設(shè)備的示意圖，其中在 其多接收器版本中接口設(shè)備具有(i)探針接口電路，用于連接圖15的腔內(nèi)探針和 核磁共振(MR)系統(tǒng)的(探針)輸入端，且該MR系統(tǒng)配備有它自己的前置放大 器，以及(ii)陣列接口電路，用于連接諸如Gor^軀體陣列的線圈系統(tǒng)和MR系 統(tǒng)的(線圈)輸入端；
圖19是接口設(shè)備的圖18多接收器版本的立體圖，該接口設(shè)備被設(shè)計(jì)成使腔 內(nèi)探針和諸如001^@軀體陣列的相陣列線圈系統(tǒng)與]^系統(tǒng)的相陣列端連接；以及
圖20A和20B示出兩個(gè)或多個(gè)線圈回路設(shè)置成相陣列配置的腔內(nèi)探針的示意
性俯視圖和側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
在所有本發(fā)明的實(shí)施例和相關(guān)方面中，以下所公開的本發(fā)明理想地與被設(shè)計(jì)
成在3.0T磁場強(qiáng)度下工作的核磁共振(MR)系統(tǒng)一起使用，盡管它也適用于那些 在從約2.0到5.0T工作的那些系統(tǒng)。為便于以下進(jìn)行說明，本發(fā)明將在由General Electric Medical Systems (GEMS)制造的3.0T系統(tǒng)的環(huán)境中描述。
圖l-7示出本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)方面，即通常標(biāo)示為1的腔內(nèi)探針。該探 針旨在與MR系統(tǒng)一起使用，以獲得患者腔體內(nèi)的感興趣區(qū)域的圖像或頻譜。本 文中按一特定實(shí)現(xiàn)描述，即被設(shè)計(jì)成插入直腸以獲得男性前列腺的圖像和/或頻譜 的直腸內(nèi)探針。盡管在本文中呈現(xiàn)為一直腸內(nèi)探針，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明能等同地適 于獲取其它感興趣區(qū)域的圖像和/頻譜，諸如可通過嘴、陰道或腔內(nèi)探針能穿過的 其它孔進(jìn)入的區(qū)域。本文所呈現(xiàn)的原理也可應(yīng)用于適合動(dòng)脈、靜脈和其它身體結(jié)構(gòu) 的MR成像或頻譜技術(shù)。不管如何應(yīng)用，腔內(nèi)探針內(nèi)的接收線圈都需要裝入或以 其它方式結(jié)合到適當(dāng)設(shè)計(jì)成符合目標(biāo)構(gòu)造的封裝中。
在如圖1中最佳地示出的最新方面中，腔內(nèi)探針1包括線圈回路2和輸出電 纜3。理想地由柔性導(dǎo)電材料制成的線圈回路2較佳地是能拾取射頻(RF)信號的 單匝線圈。被設(shè)計(jì)成接收來自感興趣區(qū)域的核磁共振RF信號的線圈回路2具有多 個(gè)電容器，包括第一驅(qū)動(dòng)電容器21、第二驅(qū)動(dòng)電容器23、以及調(diào)諧電容器24。該 第一和第二電容器在線圈回路內(nèi)串聯(lián)。如以下要說明的，驅(qū)動(dòng)電容器21和23相連 的結(jié)點(diǎn)22形成一虛擬接地點(diǎn)，用于電平衡和阻抗匹配線圈回路2。調(diào)諧電容器24 在線圈回路2內(nèi)也串聯(lián)連接，但與電容器21和23的結(jié)點(diǎn)22正好相對之處。調(diào)諧 電容器24被選擇成使線圈回路2在MR系統(tǒng)的工作頻率上共振，該工作頻率對3.0 特斯拉掃描儀而言約為128MHz。
輸出電纜3被設(shè)計(jì)成將線圈回路2連接到腔內(nèi)探針1的接口設(shè)備。這樣的接 口設(shè)備(諸如以下所公開的接口設(shè)備之一)的另一端連接到MR系統(tǒng)10的探針輸 入端，如圖8和9所示。包在絕緣外皮內(nèi)的輸出電纜3具有其間絕緣的屏蔽導(dǎo)體 31和中心導(dǎo)體32。屏蔽導(dǎo)體31連接到結(jié)點(diǎn)22，而中心導(dǎo)體32連接到驅(qū)動(dòng)電容器 21和23之一的與結(jié)點(diǎn)22相對的節(jié)點(diǎn)，如圖1所示。此外，為了以下詳述的原因， 輸出電纜3的電氣長度較佳地為n(X/4)+S^，其中n是一整數(shù)，X是MR系統(tǒng)10的 工作頻率的波長，而SL是補(bǔ)充長度。
圖2示出本發(fā)明全組裝形式的腔內(nèi)探針l。圖3-7示出其各個(gè)部分橫截面視圖。
腔內(nèi)探針1包括柔性軸40以及內(nèi)球50和外球60。軸40具有一遠(yuǎn)端，其尖端41 較佳地實(shí)質(zhì)上比該軸其余部分更柔軟并且確實(shí)可貼合其上，如標(biāo)號15所示。使用 該柔性尖端41不僅會降低患者所感到的不適，而且會降低在使用探針期間刺破附 近組織的可能性。
內(nèi)球50連接到軸40的遠(yuǎn)端并包圍其尖端41，最佳地如圖3所示。除了其前 表面51上的基本平面部分，內(nèi)球50基本上是圓柱形的。它可通過夾子16固定到 軸40，并通過過盈配合與軸40的遠(yuǎn)端固定在一起。線圈回路2本身較佳地裝入其 上使用收縮外皮或類似管形材料的5K伏絕緣內(nèi)，由此提供了雙層絕緣。較佳地由 背涂粘合劑的編織物構(gòu)成的不可拉伸材料55然后可用來將線圈回路2貼附到內(nèi)球 50的前表面51 ，從而將線圈回路2固定于內(nèi)球50與外球60之間。
外球60還連接到軸40的遠(yuǎn)端，從而包圍線圈回路2和內(nèi)球50。它還通過夾 子17固定到軸40，并通過過盈配合與遠(yuǎn)端固定在一起。外球60具有前表面61和 后表面62。前表面61較佳地為鞍形以順應(yīng)地配合該腔的相應(yīng)形狀的內(nèi)表面/輪廓， 在前列腺探針的情形中該腔將是直腸的壺腹之下的直腸前列腺凸起部。后表面62 至少有一對波狀折疊63從中突伸。如下所述，這些折疊部63使外球60能在內(nèi)球 50充氣時(shí)將線圈回路2適當(dāng)定位在有效接近患者的直腸前列腺凸起部，這優(yōu)化了 線圈回路2與目標(biāo)構(gòu)造之間的耦合。此外，如圖5所示，側(cè)向凹入64較佳地置于 外球60內(nèi)介于前表面61與后表面62之間。這些凹入64實(shí)質(zhì)上形成了在組裝探針 1期間擱置線圈回路2的臺架。它們實(shí)質(zhì)上用作在球50和60處于非充氣狀態(tài)時(shí)將 線圈回路定位于該兩個(gè)表面之間的手段。球56和60最好由醫(yī)用級的乳膠或其它適 當(dāng)?shù)膹椥圆牧现瞥伞＿@些材料當(dāng)然應(yīng)當(dāng)是非順磁的，并且展現(xiàn)低的介電損失。
柔性軸40限定兩個(gè)內(nèi)腔42和44，最佳地如圖3、 4、 5和7所示。在其靠近 遠(yuǎn)端的圓柱形壁內(nèi)，軸40還限定了與內(nèi)腔42連通的孔43，如圖7所示。內(nèi)腔42 和孔43 —起用作分別在內(nèi)球膨脹和縮小時(shí)泵入和排出內(nèi)球50的流體(例如氣體或 液體)的通路。在距離其遠(yuǎn)端更遠(yuǎn)處，軸40限定其圓柱形壁上的另一個(gè)孔45。內(nèi) 腔44和孔45用作輸出電纜3從線圈回路2穿過的管道。如圖2所示的輸出電纜3 在近端具有插頭35，以使腔內(nèi)探針1與適當(dāng)?shù)慕涌谠O(shè)備相連。
腔內(nèi)探針1還包括防動(dòng)盤46、插管器48和把手49。固定于軸40近端的把手 49使探針1能在包括固定其上的外球60的其遠(yuǎn)端插入直腸并在腔內(nèi)適當(dāng)調(diào)節(jié)時(shí)容 易地操縱，如下所述。插管器48 (也稱為擴(kuò)張器元件)被設(shè)計(jì)成易于滑經(jīng)軸40的
整個(gè)長度。較佳地為漏斗型的插管器48可用來手動(dòng)地?cái)U(kuò)張肛門括約肌以使外球60
能容易地置于該腔內(nèi)。不使用插管器48，肛門括約肌會收縮在軸40周圍，并干擾 在腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)和縱向地定位該腔內(nèi)探針1的能力。由半剛性塑料或其它適當(dāng)聚合物制 成的防動(dòng)盤46較佳地為半球形。如圖2和4所示，該盤46限定槽47。該槽使盤 46能卡在軸40上。當(dāng)在探針已插入直腸之后將防動(dòng)盤46固定于鄰近肛門括約肌 的軸40上時(shí)，防動(dòng)盤46可防止探針1因結(jié)腸的正常蠕動(dòng)而優(yōu)先移動(dòng)。
腔內(nèi)探針1還包括用于控制內(nèi)球50充氣的裝置。充氣控制裝置較佳地采取壓 縮式打氣套囊70、管71、和旋塞72的形式。適當(dāng)大小的注射器可代替套囊70使 用。管71將打氣套囊70或注射器連接到軸40近端處的內(nèi)腔42。旋塞72與管71 串聯(lián)，并用來控制空氣是要泵入內(nèi)球50還是要從內(nèi)球50釋放出來。探針1還較佳 地表征為具有印制在軸40的外表面上的刻度14。刻度14不僅提供軸40已插入腔 內(nèi)距離的指示，而且還提供遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)方向，以使外球60的鞍形前表面61與前列 腺正確對準(zhǔn)。
在操作時(shí)，當(dāng)內(nèi)球50和圍繞其的外球60處于非充氣狀態(tài)時(shí)，腔內(nèi)探針1的 遠(yuǎn)端經(jīng)由直腸插入腔內(nèi)。 一旦插入了遠(yuǎn)端，插管器48就可用來使肛門括約肌保持 擴(kuò)張，并由此使軸40及其球包圍的遠(yuǎn)端能容易地在腔內(nèi)操作。當(dāng)所插入的遠(yuǎn)端和 插管器48處于適當(dāng)位置時(shí)，軸40上的刻度14可用作使臨床醫(yī)生或其它醫(yī)務(wù)人員 能在腔內(nèi)靠近感興趣區(qū)域更準(zhǔn)確地旋轉(zhuǎn)并縱向地定位探針的引導(dǎo)。 一旦腔內(nèi)探針1 被準(zhǔn)確地定位，插管器48就可沿軸在下方拉動(dòng)，從而使括約肌能圍繞軸40收縮。 該收縮有助于使腔內(nèi)探針1固定于適當(dāng)位置。防動(dòng)盤46然后可靠近括約肌卡到軸 40上，以確保腔內(nèi)探針1在MR掃描過程期間保留在適當(dāng)位置。
在對球充氣之前，旋塞72必須被切換到打開狀態(tài)。通過壓縮打氣套囊70，內(nèi) 球50將通過管71、旋塞72、以及軸40中的內(nèi)腔42和孔43充氣。當(dāng)內(nèi)球充氣時(shí)， 將線圈回路2固定到內(nèi)球50前表面51的不可拉伸材料55還在后面集中對內(nèi)球充 氣，以便于將氣充入外球60的波形折疊63。當(dāng)該波形折疊63充氣時(shí)，它們馬上 迫使外球60的后表面62 (即折疊63)抵靠在腔的在感興趣區(qū)域?qū)γ娴谋凇．?dāng)內(nèi)球 50繼續(xù)充氣時(shí)，膨脹力被導(dǎo)向外球60的前表面61的下方。內(nèi)球50的線圈回路2 附加其上的前表面51因而迫使外球60的鞍形前表面61碰到該腔的相應(yīng)形狀內(nèi)輪 廓上，即直腸的前列腺區(qū)域。 一旦兩個(gè)球在遠(yuǎn)端上充足了氣，線圈回路2就在位于 靠近前列腺處，以在MR掃描過程期間最優(yōu)地從中接收MR信號。旋塞72然后可 被切換到閉合位置，由此使臨床醫(yī)生能在不對球50和60放氣的情況下斷開打氣套
囊70。腔內(nèi)探針1然后可經(jīng)由輸出電纜3的插頭35連接到適當(dāng)?shù)慕涌谠O(shè)備。
當(dāng)掃描過程完成時(shí)，臨床醫(yī)生僅需將旋塞72切換到打開位置就可對內(nèi)球50 和外球60放氣。不管是否從軸40去除了防動(dòng)盤46，可僅僅通過輕輕地拉動(dòng)腔內(nèi) 探針1的把手49來從直腸移除球包圍的遠(yuǎn)端。
可選擇地，腔內(nèi)探針1可采用單球來替代以上所述的雙球版本。它可由單層 醫(yī)用級乳膠材料或其它適當(dāng)?shù)娜嗽煜鹉z材料構(gòu)成。在該配置中，球仍然連接到柔性 軸40的遠(yuǎn)端，但該球較佳地將具有與對雙球版本所述一樣的前后表面。然而，線 圈回路2理想地將粘合或以其它方式固定在球的前表面61的下方。線圈回路2在 制造球的過程中還可封裝在前表面61內(nèi)。例如，線圈回路2可置于球的一個(gè)表面 上，然后該球可再浸漬以將另一層材料置于該球的外表面上，從而覆蓋線圈回路2 并產(chǎn)生如上所述的前表面61。不管是如何制造的，當(dāng)可充氣的球被插入腔內(nèi)并充 氣時(shí)，波形折疊63將壓抵該腔的在感興趣區(qū)域?qū)γ娴谋凇Ｔ谇虺錆M氣時(shí)，其前表 面61將被壓靠在該腔的相應(yīng)形狀的內(nèi)輪廓上，由此使線圈回路2有效地接近感興 趣區(qū)域(即前列腺)，從中可最佳地接收MR信號。
本發(fā)明還提供設(shè)計(jì)腔內(nèi)探針1的方法。在閱讀本文檔之后將對本領(lǐng)域熟練技 術(shù)人員顯而易見的本方法變體也是本發(fā)明所構(gòu)想的。該方法的第一步驟包括選擇將 形成線圈回路2的基礎(chǔ)的線環(huán)的大小。對于設(shè)計(jì)用于成像前列腺的腔內(nèi)探針，應(yīng)調(diào) 整線環(huán)的大小，以使該探針的遠(yuǎn)端(包括線圈回路2將置于其間的兩個(gè)球)可被插 入直腸，并使患者的不適感最少。以下步驟涉及暫時(shí)將可變電容器插入線環(huán)內(nèi)，然 后使得該環(huán)處于MR系統(tǒng)10的工作頻率。對于本發(fā)明特別適合的3.0特斯拉掃描 儀，工作頻率將約為128MHz。對于GEMS3.0TSigna⑧掃描儀，工作頻率實(shí)際上更 接近于127.74MHz。對于西門子3.0T掃描儀，工作頻率為123.2MHz。
盡管線環(huán)在指定的工作頻率承受了 RF能量，但可變電容器應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)到一個(gè)線 環(huán)將共振的下文中稱為CRv的值。 一旦實(shí)現(xiàn)了共振，線環(huán)的容抗和感抗在工作頻率 下大小將相等。為了以下計(jì)算的目的，10皮法(pF)是Qw的理想值，以根據(jù)設(shè) 計(jì)腔內(nèi)探針1的該方法在線環(huán)內(nèi)建立共振。
一旦已建立了 CRV，該環(huán)的質(zhì)量系數(shù)可在該環(huán)在負(fù)載條件下工作時(shí)測量。存在 用于測量質(zhì)量系數(shù)的數(shù)種公知技術(shù)。一種這樣的技術(shù)涉及使用兩個(gè)測試探針和一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)分析器進(jìn)行S^響應(yīng)測量，且兩個(gè)測試探針分別連接到網(wǎng)絡(luò)分析器的端口 l和 2。當(dāng)兩個(gè)測試探針的環(huán)放置成彼此成直角時(shí)，本發(fā)明的線環(huán)置于其間。該配置使 得提供給第一測試探針的環(huán)的RF能量在線環(huán)內(nèi)感生，它又在第二測試探針的環(huán)中
感生RF信號。這兩個(gè)測試探針然后將其相應(yīng)RF信號傳送給網(wǎng)絡(luò)分析器，該網(wǎng)絡(luò) 分析器根據(jù)幅度對頻率用圖形顯示所產(chǎn)生的頻率響應(yīng)曲線。使用所顯示的信號，質(zhì) 量系數(shù)可通過定位頻率響應(yīng)曲線的中心頻率、并將其除以3dB帶寬(即曲線的高 通和低通端的3dB (半功率)點(diǎn)之間的頻帶)來確定。對于3.0特斯拉掃描儀，環(huán) 的質(zhì)量系數(shù)將位于10與20之間。更典型地，環(huán)在負(fù)載條件下的質(zhì)量系數(shù)將是-
Q負(fù)載=15 (測量值) 該方法的下一步驟涉及確定該環(huán)的串聯(lián)電阻Rs。串聯(lián)電阻表示因該環(huán)在患者 腔內(nèi)的出現(xiàn)所展現(xiàn)的等效電阻損耗。因而Rs不是物理組件，僅僅是患者對該環(huán)的 影響。它通過部分地消散其內(nèi)的能量降低線圈回路2的質(zhì)量。它可根據(jù)以下公式計(jì) 算
RS=XL/Q
其中Q為以上測量的質(zhì)量系數(shù)，而X^是線環(huán)在加載時(shí)的感抗。如上所述，該環(huán)的
容抗和感抗在共振時(shí)大小相等
Xl=Xp
<formula>formula see original document page 21</formula>線圏和<formula>formula see original document page 21</formula> 其中f是MR系統(tǒng)10的工作頻率。因此，該環(huán)的感抗XL可根據(jù)以下進(jìn)行計(jì)算<formula>formula see original document page 21</formula>
因此，該環(huán)的串聯(lián)電阻為<formula>formula see original document page 21</formula>
該方法還需要使腔內(nèi)探針1的輸出阻抗與該腔內(nèi)探針應(yīng)當(dāng)與之連接的外部電 路所需的阻抗相匹配的步驟。該外部電路可釆取本文中所公開的接口設(shè)備之一的形 式，并且通常需要阻抗50Q。因此，該方法的該步驟包括將阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成使 外部電路所需的阻抗Rp與環(huán)的串聯(lián)電阻Rs相匹配。在該阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中，匹配網(wǎng) 絡(luò)的串聯(lián)和并聯(lián)腳的質(zhì)量(由Q產(chǎn)Rp/Xp和QS=RS/XS)相等。因此，Rs和Rp通過 以下公式相關(guān)
RP=(Q2+1)RS
其中Rp也可被稱為等效并聯(lián)電阻。假設(shè)匹配網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)和并聯(lián)腳的質(zhì)量相等，該
匹配網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量可根據(jù)以下進(jìn)行計(jì)算
<formula>formula see original document page 21</formula> 然后阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中與Rp相關(guān)聯(lián)的并行電抗Xp可根據(jù)以下進(jìn)行計(jì)算-
<formula>formula see original document page 21</formula>
匹配電容器的值然后可根據(jù)該并行電抗計(jì)算
XP=l/(27ifCRV)= 1/(2兀x 128 x 106 x 22.32)=55.7pF。
另一個(gè)步驟涉及將該匹配值的兩個(gè)電容器彼此串聯(lián)地插入線環(huán)。這些電容器 是圖l所示的分別標(biāo)示為21和23的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容器Cm和CD2。使用以上計(jì)算， 驅(qū)動(dòng)電容器21和23總共具有有效值27.85pF。結(jié)點(diǎn)22在驅(qū)動(dòng)電容器21和23連 接的地方形成。輸出電纜3的屏蔽導(dǎo)體31連接到結(jié)點(diǎn)22，并且中心導(dǎo)體32連接 到驅(qū)動(dòng)電容器21或驅(qū)動(dòng)電容器23的另一側(cè)上的節(jié)點(diǎn)。因此，根據(jù)以上計(jì)算，驅(qū)動(dòng) 電容器21的值Cm使得線圈回路2能顯現(xiàn)為接口設(shè)備或其它外部電路的50Q源。 這使50Q同軸電纜能被用作輸出電纜3。
另一個(gè)步驟涉及選擇一調(diào)諧電容器CTUN使得線環(huán)的總電容等于共振值CRV。
該線環(huán)的總電容Qw可根據(jù)以下公式確定
l/CRV=l/CTUN+l/CD1+l/CD2=l/CTUN+2/CD
其中CD = CD1 = CD2。然后調(diào)諧電容器的值CxuN可計(jì)算如下
Ctun =( CRV * CD)/( CD - 2CRV)
=(10xl(T12 F x 55.7 x l(T12 F)/(55.7xl(T12 F-2xl0xl0.12F) =15.6pF
然后從線環(huán)中去除可變電容器并用調(diào)諧電容器Ctun代替。在圖1指定為CT 的調(diào)諧電容器24在線環(huán)內(nèi)串聯(lián)與結(jié)點(diǎn)22正好相對之處。結(jié)點(diǎn)22因而形成用于電 平衡線圈回路的虛擬接地點(diǎn)，因?yàn)槟抢锏碾妶鰧?shí)際上為零且各驅(qū)動(dòng)電容器兩端的電 壓降相等但符號相反。該配置導(dǎo)致MR系統(tǒng)10的接收周期期間電場相關(guān)于患者的 對稱性。它呈現(xiàn)為線圈回路2對由感興趣區(qū)域發(fā)出的MR信號的磁場分量而非電 場分量特別敏感。因而，它使得線圈回路2能接收比現(xiàn)有技術(shù)探針有更大信噪比的 MR信號。它還能以更大安全性完成，因?yàn)樵诰€圈回路中感生的電壓是相等的，并 且是線圈回路總的完全不平衡時(shí)感生的電壓的一半。
由于線圈回路2的高工作頻率(例如3.0T MR系統(tǒng)的128MHz)和極低的工 作Q (即10-20之間)，因此不同于美國專利5,476,095和5,355,087中所公開的探 針，不需要逐個(gè)患者或逐個(gè)線圈地調(diào)諧線圈回路2。基于以上包括加載線圈回路的 質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算，線圈回路2的帶寬名義上將是土4.25MHz。因此，假設(shè)線圈回路 2以±2%的分量構(gòu)建，則從探針到探針的調(diào)諧偏移最大應(yīng)為土1.85MHz，這甚至在 不受以下所述的低輸入阻抗前置放大器的影響的情況下也比線圈回路的3dB帶寬 顯著要少。由于線圈回路2在加載狀況下為低Q，該調(diào)諧實(shí)質(zhì)上可無物質(zhì)損害地解決。
在本實(shí)施例中，輸出電纜3較佳地電氣長度為n(人/2)+SL，其中n是一整數(shù)， 入是MR系統(tǒng)10的工作頻率的波長，而St是補(bǔ)充長度。如最佳地在圖1中所示， 輸出電纜3的整個(gè)長度從線圈回路2延伸到其插頭35。插頭35表示輸出電纜連接 到接口設(shè)備或其它外部電路的PIN二極管33 (也稱為去耦合二極管)的點(diǎn)。n(入/2) 部分產(chǎn)生其長度為工作波長的一半、并將實(shí)際顯現(xiàn)為零電氣長度的一片段。n的值 通常僅需等于l，因?yàn)榫€圈回路2實(shí)際上總是合理地靠近它將相連的電路。Sl表示 輸出電纜3的附加片段，其感抗大小理想地等于電纜3的端子連接兩端的第一電容 器21的容抗。最后效果是輸出電纜3的整個(gè)長度展現(xiàn)出感抗等于第一電容器21 的容抗。
補(bǔ)充長度SL因而固有地用作影響腔內(nèi)探針1的操作的電感器，下文中稱為LD。
在MR系統(tǒng)10的發(fā)送周期期間，MR系統(tǒng)將通過向PIN 二極管23正向偏壓200mA 電流使腔內(nèi)探針1的線圈回路2與MR系統(tǒng)去耦合(參見例如圖8)。這將有效地 短路PIN 二極管33，并使得輸出電路3的固有電感器LD和第一驅(qū)動(dòng)電容器21 CD1 變成并聯(lián)共振電路。該并聯(lián)共振電路的高阻抗類似于一開放電路，即實(shí)際上使線圈 回路2開路并因而使腔內(nèi)探針1與主MR系統(tǒng)10的探針輸入端去耦合。相反，在 接收周期期間，MR系統(tǒng)將通過向去耦合二極管33反向偏壓-5VDC而使腔內(nèi)探針 1耦合到MR系統(tǒng)。這將使輸出電纜3實(shí)際上用作50Q傳輸線而非電感器LD。這 將使得線圈回路2能通過MR系統(tǒng)10的軀體線圈(或其它外部線圈)發(fā)送的共振 感生RF脈沖檢測到在感興趣區(qū)域內(nèi)生成的MR信號。該MR信號將經(jīng)由電纜3的 導(dǎo)體傳遞給接口設(shè)備。
驅(qū)動(dòng)電容器Cm和Q)2通常具有約62pF到82pF的范圍內(nèi)的值。類似地，調(diào) 諧電容器24 CxuN較佳地在約12到15pF的范圍內(nèi)。發(fā)送周期期間的更佳去耦合(更 高開路阻抗)可使用Cm在較佳范圍低端的值來獲得。驅(qū)動(dòng)電容器21這樣的較低 值然后還將增大接收周期期間線圈回路2提供給接口設(shè)備的源阻抗。此外，Sj^的 確切長度將取決于在腔內(nèi)探針1內(nèi)使用的特定線圈回路。對于在使用期間僅輕加載 的線圈回路，可使用例如120pF的驅(qū)動(dòng)電容器，在該情形中Sl將狡短。相反，對 于較重負(fù)載的線圈回路，可使用40pF的驅(qū)動(dòng)電容器，在該情形中SL將較長。
上述腔內(nèi)探針1特別適用為GEMS制造的3.0TMR系統(tǒng)的直腸內(nèi)線圈探針， 盡管可以理解該探針也可用于其它應(yīng)用。
圖8和9示出本發(fā)明第一實(shí)施例的兩個(gè)其它方面，這兩個(gè)方面都被設(shè)計(jì)成連
接腔內(nèi)探針1與GEMSMR系統(tǒng)。在其第一方面中，接口設(shè)備連接腔內(nèi)探針與MR 系統(tǒng)的一個(gè)接收器，并因而稱為單接收器版本。在其第二方面中，接口設(shè)備使腔內(nèi) 探針1和外部線圈連接到使用多個(gè)接收器的MR系統(tǒng)，并被稱為多接收器版本。 眾所周知，典型的GEMSSign浐系統(tǒng)的特征是四個(gè)接收器和八個(gè)輸入端。接收器0 可連接到端口1或5，接收器1可連接到端口2或6，接收器2可連接到端口3或 7，并且接收器3可連接到端口4或8。在該標(biāo)準(zhǔn)配置中，GEMSMR系統(tǒng)在除端 口 1和8之外的每個(gè)輸入端中都具有前置放大器。
圖8和10示出根據(jù)單接收器版本的通常標(biāo)示為100的接口設(shè)備。通過其連接 器102，接口設(shè)備100被設(shè)計(jì)成使腔內(nèi)探針1經(jīng)由輸出電纜3與主MR系統(tǒng)10的 端口 l互連，該主MR系統(tǒng)10未配備有它自己的前置放大器。因此，接口設(shè)備100 包括PIN 二極管33和前置放大器101 。 PIN 二極管33跨接在接口設(shè)備100的其中 插有輸出電纜3的插頭35的輸入插座103的兩端。該設(shè)計(jì)選擇使得PIN 二極管33 物理地遠(yuǎn)離腔內(nèi)探針1，從而允許它在一次性探針1用后即棄之后仍可再次用作接 口設(shè)備的一部分。該前置放大器包括GASFET110和串聯(lián)共振輸入電路130。串聯(lián) 共振輸入電路130包括輸入電容器Cp和輸入電感器Lp，在其結(jié)點(diǎn)處還連接有 GASFET IIO的柵極。GASFET使其源極連接到偏壓電阻器RB，并使其漏極鏈接 到耦合電容器Cc和RF扼流圈RFC2。根據(jù)眾所周知的電路設(shè)計(jì)原理，電阻器RB 應(yīng)選擇成使流過GASFET 110的電流提供良好增益和低噪聲指數(shù)。RFC2允許在 MR系統(tǒng)10的接收周期期間DC功率在不縮減由前置放大器101輸出的MRRF信 號的情況下被饋入GASFET 110的漏極。較佳地在電容器Cc的另一側(cè)采用電纜陷 波電路(cabletrap) 115以阻斷不期望的電纜電流。
當(dāng)接口設(shè)備100經(jīng)由探針電纜150和連接器102連接到MR系統(tǒng)時(shí)，漏極經(jīng) 由耦合電容器Cc和電纜陷波電路115鏈接到MR系統(tǒng)10的端口 1。該漏極還經(jīng)由 RF扼流圈RFC2鏈接到MR系統(tǒng)10中的DC電源。旁通電容器(^2連接在該RF 扼流圈與接地之間，因此將任何非DC分量輸送到地。接口設(shè)備IOO還包括旁通電 容器Cw和RF扼流圈RFd。旁通電容器Cw連接在接地與偏壓線121之間，MR 系統(tǒng)101能用該偏壓線來偏壓PIN 二極管33。 CB1因而用來將任何非DC分量從偏 壓線輸送走，并去耦合二極管33。 RFd連接在PIN二極管33的陽極與旁通電容 器Cm之間，從而呈現(xiàn)出對RJF的高阻抗而不會明顯地限制偏壓電流的流動(dòng)。接口 設(shè)備100較佳地還包括前置放大器保護(hù)二極管Dpp和旁通電容器CB3。 二極管DPP 在MR系統(tǒng)的發(fā)送周期期間保護(hù)前置放大器101。旁通電容器CB3連接在前置放大
器保護(hù)二極管Dpp的陽極與接地之間。RFC3防止來自前置放大器101的任何RF 電流流到MR系統(tǒng)10，同時(shí)允許偏壓電流在偏壓線121上流動(dòng)。
在發(fā)送周期期間，MR系統(tǒng)IO將經(jīng)由偏壓線121正向偏壓二極管DD和Dpp。 跨接于設(shè)備100的插有輸出電纜3的插頭35的連接器103， PIN 二極管Dd因而將 如上所述地使腔內(nèi)探針l去耦合。同時(shí)，前置放大器保護(hù)二極管Dpp將實(shí)際上短路 GASFET 110的柵極，這防止了所發(fā)送的RF脈沖信號損壞前置放大器101。在接 收周期期間，MR系統(tǒng)IO將反向偏壓那些二極管，從而將它們實(shí)際上關(guān)斷。串聯(lián) 共振電路130在線圈回路2在加載狀況下工作時(shí)向GASFET 110提供最優(yōu)阻抗。與 GASFET 110的柵極耦合的串聯(lián)共振電路130將向前置放大器101提供相對較低的 輸入阻抗，這被用來放寬線圈回路2的頻率響應(yīng)。該更寬的頻率響應(yīng)彌補(bǔ)固定的調(diào) 諧方案，這使得線圈回路2的調(diào)諧遠(yuǎn)不如對美國專利5,476,095和5,355,087中公開 的探針那么苛刻。更具體地，當(dāng)線圈回路2用作50Q輸入時(shí)，串聯(lián)共振電路130 將向GASFET 110提供高阻抗( 1000到2000Q)，同時(shí)對線圈回路2顯現(xiàn)為極低 的阻抗( 1到5Q)。這將實(shí)際上使線圈回路2—定程度地去耦合，這擴(kuò)展了其頻 率響應(yīng)而不會犧牲信噪比。前置放大器101與其串聯(lián)共振輸入電路130 —起將提供 去耦合二極管33的陽極與端口 l之間的增益和阻抗匹配，以使由線圈回路2檢測 到的MR信號被傳遞給MR系統(tǒng)的端口 1且信噪比增強(qiáng)。
接口設(shè)備100較佳地還以電路160為特征，該電路160在腔內(nèi)探針1不連接 到接口設(shè)備時(shí)防止該MR系統(tǒng)10執(zhí)行掃描過程。這樣的電路160可在MR系統(tǒng)10 內(nèi)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器故障，以防止在探針未連接時(shí)進(jìn)行掃描。作為電路160的一部分的通 過它可通知醫(yī)務(wù)人員發(fā)生這種故障的聲音警報(bào)或顯示161也是較佳的。
圖9和11示出根據(jù)其多接收器版本的通常標(biāo)示為200的接口設(shè)備。通過其連 接器202，接口設(shè)備200被設(shè)計(jì)成不僅使腔內(nèi)探針1而且使相陣列線圈系統(tǒng)80與 GEMS 3.0T Sigma MR系統(tǒng)的相陣列端口連接。該相陣列端口通常由四個(gè)端口 (例 如端口2、 4、 5和7)構(gòu)成，所有端口都可經(jīng)由單個(gè)連接器訪問。現(xiàn)有技術(shù)Gore⑧ 軀體陣列是它本身可經(jīng)由其單個(gè)連接器81插入相陣列端口的這樣一種相陣列線圈 系統(tǒng)80。如果Gore③軀體陣列被用作線圈系統(tǒng)80，則圖9的線圈元件Al和A2將 是前翼82中的兩個(gè)表面線圈，而線圈元件P1和P2將是后翼83中的兩個(gè)表面線 圈。那兩個(gè)翼各自具有兩個(gè)線圈元件，其導(dǎo)線通過兩條電纜84、 85路由到單個(gè)連 接器81 。正是通過連接器81方可將Gor^軀體陣列正常地插入主MR系統(tǒng)的相陣 列端口，且其四個(gè)線圈元件的每一個(gè)都與四個(gè)系統(tǒng)端口之一互連。然而，接口設(shè)備
200在與腔內(nèi)探針1和Gor^軀體陣列一起使用時(shí)將使五個(gè)線圈(即線圈回路2以 及線圈元件A1、 A2、 P1和P2)連接到MR系統(tǒng)10的四-接收器相陣列端口。接 口設(shè)備200使四-線圈軀體陣列與僅接收直腸內(nèi)線圈1相組合，以允許前列腺的高 分辨率成像以及骨盆區(qū)域的相陣列成像一起進(jìn)行。
接口設(shè)備200包括探針接口電路210和陣列接口電路240。探針接口電路210 包括PIN 二極管33和電纜陷波電路211 。 PIN 二極管33跨接在設(shè)備200的插有輸 出電纜3的插頭35的輸入插座203兩端。在本文中稱為電路長度213的探針電纜 213被用來使去耦合二極管33 —并通過它使腔內(nèi)探針1的線圈回路2_與MR系統(tǒng) 10的第一端口 (即端口 7)鏈接。電纜陷波電路211防止非預(yù)期電流在探針電纜的 屏蔽導(dǎo)體上流動(dòng)。如圖9所示，電纜長度213較佳地具有電氣長度n(入/2)，其中n 為整數(shù)而入是MR系統(tǒng)的工作頻率的波長。這使電路長度213實(shí)際上顯現(xiàn)為具有零 電氣長度。
陣列接口電路240用來電互連相陣列線圈系統(tǒng)80和MR系統(tǒng)10。它包括第一 和第二串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)242和252、兩個(gè)1/4波長網(wǎng)絡(luò)261和262、以及一個(gè)1/4波 長組合器271。假設(shè)線圈系統(tǒng)80采取Gor^軀體陣列的形式，串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)242 將把來自前線圈元件Al的MR信號傳送給MR系統(tǒng)10的第二部分(即端口 4)。 類似地，另一個(gè)串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)252將把來自前線圈元件A2的MR信號傳遞給第三 個(gè)端口 (即端口2)。如圖9所示， 一個(gè)1/4波長網(wǎng)絡(luò)261被設(shè)置成接收來自后線圈 元件P1的MR信號，并且另一個(gè)l/4波長網(wǎng)絡(luò)262被配置成接收來自后線圈元件 P2的MR信號。較佳地為Wilkinson型的1/4波長組合器271被連接到1/4波長網(wǎng) 絡(luò)261和262的輸出端。它組合從那兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收的MR信號并將結(jié)果的MR信 號傳送給MR系統(tǒng)10的第四端(即端口5)。
第一串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)242包括電容器Qu和RF扼流圈RFC5。類似地，第二串 聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)252包括電容器Cr2和RF扼流圈RFC6。 CR1和Cr2的值被選擇為使各 電容器調(diào)諧出其相應(yīng)電路路徑中固有的電感。第一和第二網(wǎng)絡(luò)242和252因而在 MR系統(tǒng)10的工作頻率上串聯(lián)共振(即它們像在11=0時(shí)長度為n(人/2)—樣動(dòng)作)。 這使線圈系統(tǒng)80和MR系統(tǒng)10能像對網(wǎng)絡(luò)242和252沒有長度一樣地電氣操作。 此外，RF扼流圈RFC5被設(shè)置成與電容器CR1并聯(lián)，就像扼流圈RFQ與電容器Cr2 一樣。這是因?yàn)镸R系統(tǒng)10將沿著串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)242和252的電路路徑向線圈系 統(tǒng)80中的去耦合二極管傳送用于前線圈元件Al和A2的偏壓信號。扼流圈RFC5 和RFC6使得那些偏壓信號能從端口 4和2傳遞到那些去耦合二極管。
此外，如圖9所示，從線圈元件P1的輸入(通過網(wǎng)絡(luò)261和組合器271)到 端口 5的電路路徑的長度理想地是工作波長的1/2 (即n人/2)。相同長度適用于從 線圈元件P2的輸入延伸到端口 5的電路路徑。因此，MR系統(tǒng)IO將實(shí)際上顯現(xiàn)為 零電氣長度，這使得端口 5中的低阻抗前置放大器的有利效應(yīng)能反射回其相應(yīng)的輸 入。此外，MR系統(tǒng)10向去耦合二極管傳送用于后線圈元件Pl和P2的偏壓信號。 RF扼流圈與組合器271和網(wǎng)絡(luò)261的相關(guān)電路使得偏壓信號能從端口 5傳遞給線 圈元件P2的去耦合二極管。RF扼流圈RFC7和相關(guān)電路使得偏壓信號能從端口 8 傳遞給線圈元件P1的去耦合二極管。線圈元件P1的偏壓信號源自端口 8，從而與 線圈元件P2的無關(guān)。
在發(fā)送周期期間，MR系統(tǒng)10將用去耦合二極管DD正向偏置去耦合電壓， 該去耦合電壓較佳地疊加于電纜213的信號線上。置于設(shè)備200的插有輸出電纜3 的插頭35的連接器203兩端，PIN 二極管DD因而將如上所述地去耦合腔內(nèi)探針1 。 MR系統(tǒng)10還將同時(shí)正向偏置線圈系統(tǒng)80中四個(gè)線圈元件A1、 A2、 Pl和P2的 去耦合二極管。這將使得那些去耦合二極管短路，由此產(chǎn)生高阻抗的并聯(lián)共振電路， 這將實(shí)際上使線圈系統(tǒng)80的四個(gè)線圈元件開路。這樣，主MR系統(tǒng)10因而使腔 內(nèi)探針1和軀體陣列80與MR系統(tǒng)的相陣列端口去耦合。相反，在接收周期期間， MR系統(tǒng)IO將反向偏壓探針1的PIN二極管DD和線圈系統(tǒng)80的去耦合二極管， 從而有效將它們關(guān)斷。這將使腔內(nèi)探針1和軀體陣列80耦合到相陣列端。這將使 線圈回路2和線圈元件Al、 A2、 Pl和P2能響應(yīng)于共振感生RF脈沖檢測到從其 相應(yīng)感興趣區(qū)域(例如前列腺和周圍腹部、胸部和骨盆區(qū)域)發(fā)出的MR信號。 MR信號然后以上述方式通過接口設(shè)備200路由，并經(jīng)由連接器202傳遞到主MR 系統(tǒng)10的相陣列端口。
接口設(shè)備200還較佳地以電路280為特征，該電路280在腔內(nèi)探針1不連接 到接口設(shè)備時(shí)防止該MR系統(tǒng)執(zhí)行掃描過程。這樣的電路280可包括連接到其中 插有腔內(nèi)探針1的插頭35的插座203的探針感測線。當(dāng)探針1連接到接口設(shè)備200 時(shí)(即插頭35插入插座203)，探針感測線將接地。電路280然后可檢測該接地， 并將適當(dāng)信號傳遞給端口 1以使MR系統(tǒng)開始掃描過程。如果腔內(nèi)探針不連接到 接口設(shè)備，電路280將檢測由此產(chǎn)生的開路并通過改變端口 1的狀態(tài)來防止MR 系統(tǒng)進(jìn)行該掃描作出響應(yīng)。作為電路280的一部分且通過它可通知醫(yī)務(wù)人員該故障 的聲音警報(bào)或顯示281也是較佳的。確定探針是否連接到接口設(shè)備的各種其它方法 當(dāng)然也是本發(fā)明所構(gòu)想的。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明第一可選實(shí)施例的腔內(nèi)探針和接口設(shè)備的與之相對應(yīng)的
相關(guān)部分。具體地，圖12示出通過輸出電纜3a連接到接口設(shè)備的去耦合二極管 DD的線圈回路2a。輸出電纜3a是不平衡的，即其屏蔽導(dǎo)體31a連接到結(jié)點(diǎn)22a而 其中心導(dǎo)體32a連接到驅(qū)動(dòng)電容器qm的另一側(cè)上的節(jié)點(diǎn)。然而，與先前公開的第 一實(shí)施例不同，輸出電纜3a的電氣長度僅為n(X/2)。這是因?yàn)檠a(bǔ)充長度Sl已被結(jié) 合于接口設(shè)備內(nèi)。這可通過確保從輸入插座到去耦合二極管DD的電氣長度等于Sl 來例如如圖12所示地實(shí)現(xiàn)。當(dāng)探針的輸出電纜3a被插入接口設(shè)備時(shí)，從線圈回路 2a到PIN 二極管DD的總電氣長度等于n(X/2)+ Sl。盡管本實(shí)施例將Sl置于接口設(shè) 備中而非輸出電纜3a中，但它仍然允許腔內(nèi)探針及其相應(yīng)接口設(shè)備在MR系統(tǒng)的 發(fā)送和接收周期期間以與本發(fā)明第一實(shí)施例相同的方式來工作。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明第二可選實(shí)施例的腔內(nèi)探針和接口設(shè)備的與之相對應(yīng)的 相關(guān)部分。具體地，圖13示出通過平衡輸出電纜3b連接到接口設(shè)備的去耦合二極 管Dm和DD2的線圈回路2b。在輸出電纜3b的一端，第一和第二中心導(dǎo)體32b和 34b分別連接到驅(qū)動(dòng)電容器CD1和CD2的相對兩側(cè)上的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)插入相應(yīng)接口設(shè)備 的輸入插座時(shí)，輸出電纜3b在其近端使其第一和第二中心導(dǎo)體32b和34b分別電 鏈接到二極管DD1和DD2的陽極，且其屏蔽導(dǎo)體31b與兩個(gè)去耦合二極管的陰極接 地。與先前公開的第一實(shí)施例不同，輸出電纜3b的電氣長度僅為n(X/2)，因?yàn)镾L 已被結(jié)合于接口設(shè)備內(nèi)。平衡輸出電纜3b這樣的使用允許比第一可選實(shí)施例中使 用的不平衡輸出電纜3a更佳地去耦合(例如各驅(qū)動(dòng)電容器兩端的2 x 1500Q)。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明第三可選實(shí)施例的腔內(nèi)探針和接口設(shè)備的與之相對應(yīng)的 相關(guān)部分。探針的線圈回路2c通過平衡輸出電纜3c連接到接口設(shè)備的去耦合二極 管Dd。與先前各實(shí)施例不同，線圈回路2c被構(gòu)建為僅具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電容器cd，
且調(diào)諧電容器CT與之正好相對地置于線環(huán)內(nèi)。驅(qū)動(dòng)電容器CD和調(diào)諧電容器Ct的
值一般可根據(jù)前述方法計(jì)算，以使得線圈回路2c不僅能顯現(xiàn)為接口設(shè)備的50Q源， 而且能在MR系統(tǒng)的工作頻率上共振。在輸出電纜3c的一端，第一和第二中心導(dǎo) 體32c和34c連接在驅(qū)動(dòng)電容器CD的兩端。當(dāng)插入接口設(shè)備的輸入插座時(shí)，輸出 電纜3c在其近端使其第一和第二導(dǎo)體32c和34c分別電鏈接到去耦合二極管DD 的陽極和陰極，且其屏蔽導(dǎo)體31c與接口設(shè)備一起接地。與先前所公開的第一實(shí)施 例不同，輸出電纜3c的電氣長度僅為n(X/2)，因?yàn)檠a(bǔ)充長度St已被結(jié)合于接口設(shè) 備內(nèi)。
圖15示出腔內(nèi)探針的一現(xiàn)有較佳實(shí)施例，通常標(biāo)示為11。該腔內(nèi)探針包括一線圈回路和兩條輸出電纜3d和3e。該線圈回路較佳地與結(jié)合第一實(shí)施例公開的即 線圈回路2相同。然而，輸出電纜3d和3e被設(shè)計(jì)成使線圈回路2與其中結(jié)合有未
在先前實(shí)施例中找到的改進(jìn)的接口設(shè)備互連。對本實(shí)施例同樣重要的是選擇輸出電 纜3d和3e的電氣長度，如下所述。每條輸出電纜的實(shí)際長度從線圈回路2延伸到 插頭335的末端。因而插頭335表示輸出電纜3d和3e連接到要與腔內(nèi)探針11 一 起使用的接口設(shè)備或其它外部電路的點(diǎn)。如在圖17中最佳所示，輸出電纜3d和 3e較佳地裝在在插頭355處結(jié)束的單管道30內(nèi)。
相對于線圈回路，輸出電纜3d通過其屏蔽導(dǎo)體31d連接到結(jié)點(diǎn)22d，并通過 其中心導(dǎo)體32d連接到驅(qū)動(dòng)電容器CD1的另一側(cè)上的節(jié)點(diǎn)。第二電纜即輸出電纜 3e通過其屏蔽導(dǎo)體31e連接到結(jié)點(diǎn)22d，并通過其中心導(dǎo)體32e連接到驅(qū)動(dòng)電容器 CD2的另一側(cè)上的節(jié)點(diǎn)。如對本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)顯而易見的，輸出電纜3d 和3e連接到線圈回路2的方式指示從線圈回路2傳送到一條輸出電纜的MR信號 相對于傳送到另一條輸出電纜的MR信號將為X/2弧度(180度)異相。
在本實(shí)施例中，輸出電纜3d和3e各自具有實(shí)際電氣長度SL+n(人/4)，且n的 值為出于上述原因通常設(shè)置成1的奇數(shù)。有了該電氣長度，輸出電纜被設(shè)計(jì)成與在 其輸入處(即插座303與去耦合二極管之間)裝有電氣長度人/4的接口設(shè)備一起使 用。如在以下詳細(xì)說明的，該l/4波長電氣長度被結(jié)合到接口設(shè)備的單接收器和多 接收器版本的輸入端。
圖16和17示出本現(xiàn)有較佳實(shí)施例中根據(jù)其單接收器版本的標(biāo)示為300的接 口設(shè)備。如在圖17中最佳所示，接口設(shè)備300被設(shè)計(jì)成通過其探針電纜350和連 接器302使腔內(nèi)探針(經(jīng)由管道30和插頭335)與未裝備有它自己的前置放大器 的主MR系統(tǒng)10的端口 l互連。因此，接口設(shè)備300包括前置放大器351以及相 移網(wǎng)絡(luò)310和兩個(gè)PIN二極管33a和33b。
相移網(wǎng)絡(luò)310以兩個(gè)子網(wǎng)320和330為特征。第一子網(wǎng)320包括電感器k和 電容器CP并且第二子網(wǎng)330包括電感器L2和電容器C2。為了使相移(如下所述) 能得到良好的調(diào)諧，電容器Q或電容器C2或兩者可用可變電容器的形式實(shí)現(xiàn)。PIN 二極管33a連接在第一子網(wǎng)320的輸出兩側(cè)，而PIN 二極管33b類似地連接在第 二子網(wǎng)330的輸出兩側(cè)。旁通電容器Q連接在二極管33a的陰極與接地之間。類 似地，旁通電容器C5連接在二極管33b的陽極與接地之間。旁通電容器C4和Cs 用來將非DC分量路由到接地，同時(shí)使DC電流通過以偏置二極管33a和33b。電 阻器R！和R2分別連接在PIN 二極管33a和33b兩端。和R2的值被選擇為確保PIN 二極管33a和33b兩端的電壓降在MR系統(tǒng)10的接收周期期間反向偏置這些 二極管時(shí)盡可能相等。
接口設(shè)備300還包括旁通電容器Cw和RP扼流圈RFC,。旁通電容器Cw連 接在接地與偏置線131之間，MR系統(tǒng)10能用該偏置線131偏置PIN 二極管33a 和33b。電容器CB1用來將任何非DC分量傳送到接地，因而遠(yuǎn)離偏置線131以及 去耦合二極管33a和33b。 RFQ連接在PIN 二極管33a的陽極與旁通電容器CB1 之間，因而呈現(xiàn)對RF頻率的高阻抗而不會明顯地限制偏置電流的流動(dòng)。
前置放大器351較佳地與結(jié)合第一實(shí)施例公開的相同，即接口設(shè)備100的前 置放大器IOI。前置放大器351包括GASFET360和串聯(lián)共振輸入電路370。該串 聯(lián)共振電路370包括輸入電容器Cp和輸入電感器Lp，在其結(jié)點(diǎn)處還連接了GASFET 360的柵極。該GASFET還使其源極連接到偏置電阻器RB，并使其漏極鏈接到耦 合電容器Q:和RF扼流圈RFC2。在其它組件中，電纜陷波電路315較佳地在電容 器Cc的另一側(cè)使用以阻止探針電纜350的外屏蔽上的非預(yù)期電纜RF電流。
當(dāng)接口設(shè)備300經(jīng)由探針電纜350和連接器302連接到MR系統(tǒng)時(shí)，漏極經(jīng) 由耦合電容器Cc;和電纜陷波電路315鏈接到MR系統(tǒng)10的端口 1。該漏極還經(jīng)由 RF扼流圈RFC2鏈接到MR系統(tǒng)10的DC電源。旁通電容器CB2連接在該RF扼 流圈和接地之間，因此將任何非DC分量傳送到接地。RFC2使得DC電源在MR 系統(tǒng)10的接收周期期間被饋入GASFET360的漏極，而不會縮減由前置放大器351 輸出的MRRF信號。接口設(shè)備300較佳地還包括前置放大器保護(hù)二極管Dpp和旁 通電容器CB3。 PIN 二極管Dpp在MR系統(tǒng)的發(fā)送周期期間保護(hù)前置放大器351。 旁通電容器CB3連接在前置放大器保護(hù)二極管Dpp的陽極與接地之間，因而阻止 DC分量到達(dá)接地。RF扼流圈RFC3—端連接在電容器Cp輸入側(cè)，而另一端連接 在二極管Dpp與旁通電容器CB3之間。因而RFC3提供一開路RF電路和一短接DC 電路，以防止經(jīng)由電感器LP和電容器CP實(shí)現(xiàn)的經(jīng)調(diào)諧電路的失諧。
當(dāng)管道30的插頭335連接到接口設(shè)備300的插座303時(shí)，腔內(nèi)探針11的輸 出電纜3d和3e分別連接到接口設(shè)備300的第一子網(wǎng)320和第二子網(wǎng)330。正是通 過子網(wǎng)320和330相移被實(shí)現(xiàn)成在MR系統(tǒng)10的接收周期期間，由輸出電纜3d 傳送的來自線圈回路2的MR信號結(jié)構(gòu)性地與由輸出電纜3e傳送的來自線圈回路 2的MR信號相組合。這樣，第一和第二子網(wǎng)320和330較佳地被實(shí)現(xiàn)為分別在從 輸出電纜3d和3e接收的MR信號上施加正V4 (+90度)相移和負(fù)入/4 (-90度) 相移。如以下詳細(xì)所述，由探針ll的輸出電纜3d和3e以及接口設(shè)備300的子網(wǎng)
320和330所給予的組合電氣長度對本發(fā)明本較佳實(shí)施例的正確運(yùn)行至關(guān)重要。
在接收周期期間，MR系統(tǒng)IO將經(jīng)由偏置線131反向偏置接口設(shè)備300中的 二極管33a、 33b和DPP，從而將它們有效地關(guān)斷。通過開路二極管33a和33b， MR系統(tǒng)10使得通過線圈回路2檢測到的MR信號有可能經(jīng)由輸出電纜3d和3e 以及子網(wǎng)320和330被傳送到前置放大器351的輸入端。具體地，如上所述，由線 圈回路2施加于輸出電纜3d的MR信號相對于施加于輸出電纜3e的MR信號為 入/2弧度(180度)異相。然后由輸出電纜3d和子網(wǎng)320運(yùn)送的MR信號沿著第一 組合電氣長度Sl+X/2運(yùn)送，其中Sl+V4應(yīng)歸于輸出電纜3d,而+入/4應(yīng)歸于子網(wǎng) 320。同時(shí)，由輸出電纜3e和子網(wǎng)330運(yùn)送的MR信號沿著第二組合電氣長度SL 運(yùn)送，其中SL+V4應(yīng)歸于輸出電纜3e，而-入/4應(yīng)歸于子網(wǎng)330。由于通過網(wǎng)絡(luò)310 帶來的該X/2弧度相移，在這兩個(gè)信號路徑上運(yùn)送的MR信號彼此反相地到達(dá)串聯(lián) 共振電路370和GASFET 360柵極的結(jié)點(diǎn)處。這使得來自兩條信號路徑的MR信 號能結(jié)構(gòu)性地組合，且所組合的MR信號以與以上結(jié)合接口設(shè)備100的前置放大 器101公開的相同方式來驅(qū)動(dòng)前置放大器351。類似地，前置放大器351由于串聯(lián) 共振電路370的低阻抗被作為電感反射回去，以并聯(lián)共振線圈回路2的各個(gè)驅(qū)動(dòng)電 容器Qm和Cd2，由此在都不犧牲信噪比的情況下擴(kuò)大了線圈回路的頻率響應(yīng)并且 也提供了前置放大器去耦合的度量。因而，前置放大器351及其串聯(lián)共振電路370 提供(在其上顯現(xiàn)的由腔內(nèi)探針11輸出的MR信號的)去耦合二極管33a/33b與 端口 1之間的增益和阻抗匹配，從而通過線圈回路2檢測到的MR信號被傳遞到 MR系統(tǒng)的端口1，且信噪比增強(qiáng)。
在發(fā)送周期期間，MR系統(tǒng)10將經(jīng)由偏壓線131正向偏壓二極管33a、 33b 和Dpp。通過導(dǎo)通二極管Dpp， MR系統(tǒng)10有效地短路GASFET 360的柵極，這可 防止所發(fā)送的RF脈沖損壞前置放大器351。通過導(dǎo)通二極管33a和33b， MR系統(tǒng) 10使得短路在各子網(wǎng)輸出的距離插座303人/4電氣長度(為該插座與去耦合二極管 之間的距離)處發(fā)生。由于兩個(gè)子網(wǎng)320和330給予的不同相移，這導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電容 器及其相應(yīng)去耦合二極管之間的不同有效電氣長度。具體地，驅(qū)動(dòng)電容器Cm與子 網(wǎng)320輸出處的短路之間的電氣長度為Sl+入/2，其中Sl+X/4應(yīng)歸于輸出電纜3d 而+X/4應(yīng)歸于子網(wǎng)320。如上所述的補(bǔ)充長度SL固有地用作電感器LD，且理想地 具有其大小等于電感器Cm的容抗的感抗。然而，人/2部分有效地顯現(xiàn)為零電氣長 度，因?yàn)樗枪ぷ鞑ㄩL的一半。因而，在MR系統(tǒng)10的發(fā)送周期期間，電容器Cm 與去耦合二極管33a之間的有效電氣長度為去耦合二極管33a的正向偏壓因
而使得輸出電纜3d的固有電感LD和線圈回路2的驅(qū)動(dòng)電容器CD1能形成一并聯(lián)共 振電路。該并行共振電路的高阻抗近似于一開路電路，它有效地使線圈回路2在驅(qū) 動(dòng)電容器CrM與之相連的點(diǎn)附近開路。類似地，驅(qū)動(dòng)電容器CD2與子網(wǎng)330的輸出 處短路之間的電氣長度為Sl，其中Sl+入/4應(yīng)歸于輸出電纜3e而-入/4應(yīng)歸于子網(wǎng) 330。因而補(bǔ)充長度SL表示發(fā)送周期期間電容器CD2與去耦合二極管33b之間的有 效電氣長度。在正向偏置時(shí)，去耦合二極管33b使得輸出電纜3e的固有電感LD
和線圈回路2的驅(qū)動(dòng)電容器CD2能形成一并聯(lián)共振電路。該并聯(lián)共振電路的高阻抗
近似于一開路電路，它有效地使線圈回路2在驅(qū)動(dòng)電容器Cd2與之相連的點(diǎn)附近幵 路。以前述方式，腔內(nèi)探針在發(fā)送周期期間與MR系統(tǒng)10的發(fā)送場去耦合。
也可從一不同觀點(diǎn)來看腔內(nèi)探針11的去耦合。如上所述，輸出電纜3d和3e 各自具有電氣長度SL+X/4。在每條輸出電纜中，補(bǔ)充長度SL連同與之相連的線圈 回路2的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電容器用作一源阻抗，并可視為與其長度為人/2 (即輸出電纜的 X/4部分和與之相連的子網(wǎng)的V4部分之和)的傳輸線相連。眾所周知，短路傳輸 線的共振頻率點(diǎn)處的駐波產(chǎn)生一普通效應(yīng)。在該情形中，在該傳輸線的長度有效地 為MR系統(tǒng)的工作波長的一半(或其某整數(shù)倍)處，該源將看到與傳輸線末端處 等同的阻抗。該技術(shù)有時(shí)被稱為半波長阻抗變換。
當(dāng)腔內(nèi)探針11連接到接口設(shè)備300或任何其他適當(dāng)電路時(shí)，各輸出電纜3d 和3e通過其相應(yīng)子網(wǎng)連接到短路去耦合二極管33a和33b之一，各個(gè)去耦合二極 管有效地用作半波長傳輸線的端接點(diǎn)。在MR系統(tǒng)10的發(fā)送周期期間，各輸出電 纜的SL部分連同與之相連的驅(qū)動(dòng)電容器因此將看到St部分繼續(xù)到1/2波長傳輸線 的確切點(diǎn)處的短路。因此，輸出電纜3d的SL部分中固有的電感l(wèi)d和線圈回路2 的驅(qū)動(dòng)電容器Cm形成一并聯(lián)共振電路。該并聯(lián)共振電路的高阻抗近似于一開路電 路，它有效地使線圈回路2在驅(qū)動(dòng)電容器dM與之相連的點(diǎn)附近開路。類似地，輸 出電纜3e的SL部分中固有的電感Ld和淺圈回路2的驅(qū)動(dòng)電容器Cd2有效地形成 一開路。結(jié)果，當(dāng)插入適當(dāng)設(shè)計(jì)的接口設(shè)備時(shí)，腔內(nèi)探針11將使其線圈回路2在 MR系統(tǒng)10的發(fā)送周期期間與發(fā)送場有效地去耦合。
此外，腔內(nèi)探針ll甚至在與接口設(shè)備斷開時(shí)也與發(fā)送場去耦合。如上所述， 輸出電纜3d和3e各自具有電氣長度SL+X/4。在每條輸出電纜中，補(bǔ)充長度St連 同與之相連的線圈回路2的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電容器用作一源阻抗，并可視為與其長度為輸 出電纜的剩余入/4部分的傳輸線相連。眾所周知，開路傳輸線的共振頻率點(diǎn)處的駐 波產(chǎn)生一普通效應(yīng)。在該情形中，在該傳輸線的長度已被選擇為正好是MR系統(tǒng)
的工作波長的1/4 (或其某整數(shù)倍)處時(shí)，該源將看到與傳輸線末端處恰好相反的 阻抗。該技術(shù)有時(shí)被稱為1/4波長阻抗變換。
當(dāng)與腔內(nèi)探針斷開時(shí)，各輸出電纜3d和3e在插頭335處(即1/4波長傳輸線 的端接點(diǎn)處)開路。在MR系統(tǒng)10的發(fā)送周期期間，各輸出電纜的St部分連同與 之相連的驅(qū)動(dòng)電容器因此將看到SL部分繼續(xù)到1/4波長傳輸線的確切點(diǎn)處的短路。 因此，輸出電纜3d的S^部分中固有的電感Lo和線圈回路2的驅(qū)動(dòng)電容器CD1形 成一并聯(lián)共振電路。該并行共振電路的高阻抗近似于一開路電路，它有效地使線圈 回路2在驅(qū)動(dòng)電容器QM與之相連的點(diǎn)附近開路。類似地，輸出電纜3e的St部分
中固有的電感LD和線圈回路2的驅(qū)動(dòng)電容器CD2有效地形成一開路。結(jié)果，根據(jù)
本現(xiàn)有較佳實(shí)施例，如果在未將腔內(nèi)探針插入適當(dāng)接口設(shè)備時(shí)醫(yī)務(wù)人員嘗試使用該 探針，則其中的線圈回路2仍然會通過兩條輸出電纜3d和3e的每一條與發(fā)送場有
效地去耦合。
圖18和19示出在本現(xiàn)有較佳實(shí)施例中根據(jù)其多接收器版本的標(biāo)示為400的 接口設(shè)備。如圖19最佳所示地，接口設(shè)備400被設(shè)計(jì)成通過其連接器402使腔內(nèi) 探針11和諸如軀體陣列的補(bǔ)充線圈系統(tǒng)與多接收器MR系統(tǒng)的接收器連接。該補(bǔ) 充線圈系統(tǒng)例如可以如上結(jié)合接口設(shè)備200所述的相陣列線圈系統(tǒng)80的形式實(shí)現(xiàn)。 作為該示例的一種擴(kuò)展，圖18示出被用來使補(bǔ)充線圈系統(tǒng)和腔內(nèi)探針11與GEMS 3.0T Signa MR系統(tǒng)的相陣列端口互連的接口設(shè)備400。由于這些方面中接口設(shè)備 200和400之間的相似性，在此將不再贅述相陣列端口和補(bǔ)充線圈系統(tǒng)，也不再贅 述有關(guān)接口設(shè)備400如何將補(bǔ)充線圈系統(tǒng)連接到相陣列端口的細(xì)節(jié)。
接口設(shè)備400包括探針接口電路401和陣列接口電路440。如以上所暗示的， 陣列接口電路440較佳地與結(jié)合接口設(shè)備200公開的陣列接口電路240相同。然而， 可用各種方法來實(shí)現(xiàn)陣列接口電路，且正確方式取決于設(shè)計(jì)選擇和系統(tǒng)要求是顯而 易見的。然而，探針接口電路401包括相移網(wǎng)絡(luò)410和兩個(gè)PIN二極管433a和433b。 應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，如果探針接口電路401要鏈接的MR系統(tǒng)中的端口裝有一前 置放大器，則該探針接口電路401無需包含前置放大器。如果該端口并未如此裝備， 則可采用與接口電路300相同或相似的關(guān)聯(lián)電路，如圖16中所示。
相移網(wǎng)絡(luò)410較佳地與圖16中所示的相移網(wǎng)絡(luò)310相同，與接口設(shè)備300的 二極管33a和33b相關(guān)的PIN 二極管433a和433b也是如此。PIN 二極管433a連 接在第一子網(wǎng)420的輸出兩端，而PIN 二極管433b也類似地連接在第二子網(wǎng)430 的輸出兩端。與接口設(shè)備300的偏置線131相似，偏置線431允許MR系統(tǒng)IO在操作的發(fā)送和接收周期期間偏置二極管433a和433b。由于通過網(wǎng)絡(luò)410帶來的該 入/2弧度相移，在這兩個(gè)信號路徑上運(yùn)送的MR信號彼此反相地到達(dá)節(jié)點(diǎn)N處。節(jié) 點(diǎn)N因而表示來自兩條信號路徑的MR信號結(jié)構(gòu)性地組合的點(diǎn)。所組合的MR信 號是最終在MR系統(tǒng)10的第一端口 (即端口7)處驅(qū)動(dòng)前置放大器的信號。
在本文中也稱為電路長度413的探針電纜413被用來鏈接去耦合二極管433a 和433b的輸出(即節(jié)點(diǎn)N)與MR系統(tǒng)10的第一端口 。電纜陷波電路411防止非 預(yù)期電流在探針電纜的屏蔽導(dǎo)體上流動(dòng)。如圖19所示，電路長度413較佳地具有 電氣長度n(X/2)，其中n為一整數(shù)而X是MR系統(tǒng)的工作頻率的波長。這使得電路 長度413有效地顯現(xiàn)為具有零電氣長度。同樣用陣列接口電路240/440的第一和第 二串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)242和252實(shí)現(xiàn)的、以及通過線圈元件Pl/P2與端口 5之間的電路 路徑實(shí)現(xiàn)的這些零電氣長度允許MR系統(tǒng)10的端口中的低阻抗前置放大器的有利 效應(yīng)能反射回其相應(yīng)輸入。
當(dāng)管道30的插頭335與接口設(shè)備400的插座403相連時(shí)，腔內(nèi)探針11分別 通過其輸出電纜3d和3e連接到探針接口電路401的第一子網(wǎng)420和第二子網(wǎng)430。 類似地，當(dāng)接口設(shè)備400經(jīng)由連接器402連接到MR系統(tǒng)時(shí)，探針接口電路401 的節(jié)點(diǎn)N經(jīng)由探針電纜413被鏈接到MR系統(tǒng)10的端口 7。
在接收周期期間，MR系統(tǒng)10將反向偏壓探針接口電路401中的PIN二極管 433a和433b、以及陣列接口電路440中的去耦合二極管。當(dāng)這些二極管實(shí)際上關(guān) 斷時(shí)，腔內(nèi)探針11和軀體陣列80將有效地耦合到MR系統(tǒng)10的相陣列端口 。這 將使得腔內(nèi)探針11中的線圈回路與線圈系統(tǒng)80中的線圈元件Al、 A2、 Pl和P2 能檢測到響應(yīng)于共振感生RF脈沖從其相應(yīng)感興趣區(qū)域(例如前列腺和周圍的腹部、 胸部和骨盆區(qū)域)中發(fā)出的MR信號。具體地，與上述相移網(wǎng)絡(luò)310相似，通過 線圈回路2異相地施加于輸出電纜3d和3e的MR信號分別通過子網(wǎng)420和430 相位對齊，且結(jié)構(gòu)性組合的MR信號在MR系統(tǒng)10的第一端口 (即端口7)驅(qū)動(dòng) 前置放大器。相一致地，與上述陣列接口電路240相似，來自A1和A2線圈元件 的MR信號分別通過串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)442和452路由到MR系統(tǒng)10的第二和第三端 口 (例如端口 4和2)。類似地，來自Pl和P2線圈元件的MR信號分別通過1/4 波長網(wǎng)絡(luò)461和462經(jīng)由1/4波長組合器471路由到MR系統(tǒng)10的第四端口 (例 如端口 5)。盡管接口設(shè)備400已在4-接收器MR系統(tǒng)的環(huán)境中進(jìn)行了說明和描述， 但應(yīng)當(dāng)顯而易見的是本發(fā)明容易適用于具有更多甚至更少接收器的MR系統(tǒng)。
在發(fā)送周期期間，MR系統(tǒng)10將正向偏壓探針接口電路401中的PIN二極管
433a和433b。分別置于第一和第二子網(wǎng)420和430兩端的二極管433a和433b因 而將如以上結(jié)合接口設(shè)備300所述去耦合腔內(nèi)探針11。 MR系統(tǒng)10還將同時(shí)正向 偏壓線圈系統(tǒng)80中的四個(gè)線圈元件Al、 A2、 PI和P2的去耦合二極管，如上結(jié) 合接口設(shè)備200所述。這將使得這些去耦合二極管短路，由此產(chǎn)生高阻抗的并行共 振電路，這將使得線圈系統(tǒng)80的四個(gè)線圈元件實(shí)際上開路。這樣，主MR系統(tǒng)IO 將因而使腔內(nèi)探針11和軀體陣列80都與MR系統(tǒng)的相陣列端口去耦合。最后，如 以上結(jié)合接口設(shè)備300所述，腔內(nèi)探針11甚至在與接口設(shè)備400斷開時(shí)還將與發(fā) 送場去耦合。
如對核磁共振成像和頻譜學(xué)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，以上 實(shí)施例的任一個(gè)中的腔內(nèi)探針可構(gòu)建為具有安排成相陣列配置的兩個(gè)或多個(gè)線圈 回路。此外，單腔內(nèi)探針中的兩個(gè)或多個(gè)線圈回路可被協(xié)調(diào)定向以提供感興趣區(qū)域 的正交覆蓋。這樣的腔內(nèi)探針的輸出電纜將必須相應(yīng)地連接以正確地將線圈回路鏈 接到適當(dāng)接口設(shè)備。
例如，圖20A和20B示出在相陣列配置中具有四個(gè)線圈元件的腔內(nèi)探針12， 其中每一線圈元件各自被其它線圈元件的每一個(gè)臨界重疊。在該特定實(shí)現(xiàn)中，每個(gè) 線圈元件被示為僅具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電容器。四條輸出電纜以與結(jié)合腔內(nèi)探針11公開 的相似的方式較佳地實(shí)現(xiàn)為具有電氣長度Sl+V4。
用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的現(xiàn)有較佳實(shí)施例和可選實(shí)施例已根據(jù)專利法進(jìn)行了詳細(xì)地
闡述。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員仍然可認(rèn)識到實(shí)施本發(fā)明的其它方法而不背
離以下權(quán)利要求的精神。因此，落于各權(quán)利要求的文字含義以及等效范圍內(nèi)的所有
改變和變化都包括在其范圍內(nèi)。這些技術(shù)人員還將認(rèn)識到本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利 要求而非前面描述中所討論的任一特定示例或?qū)嵤├甘尽?br> 因此，為了促進(jìn)科學(xué)和有用技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)明人在此根據(jù)專利許可證排他權(quán) 在專利法規(guī)定時(shí)間內(nèi)保護(hù)以下權(quán)利要求所包含的全部主題。
權(quán)利要求
1.一種與核磁共振(MR)系統(tǒng)一起使用的腔內(nèi)探針，用于獲取患者腔體內(nèi)感興趣區(qū)域的圖像或頻譜，所述腔內(nèi)探針包括(a)第一線圈回路，用于接收來自感興趣區(qū)域的MR信號，所述第一線圈回路中具有多個(gè)電容器，所述多個(gè)電容器包括(i)第一驅(qū)動(dòng)電容器和第二驅(qū)動(dòng)電容器，它們的值大致相等、串聯(lián)連接在所述第一線圈回路內(nèi)并在其結(jié)點(diǎn)處形成一虛擬接地，用于電平衡和阻抗匹配所述第一線圈回路；以及(ii)調(diào)諧電容器，在所述第一線圈回路內(nèi)串聯(lián)連接與所述驅(qū)動(dòng)電容器的所述結(jié)點(diǎn)正好相對之處，并具有選擇成使所述第一線圈回路以所述MR系統(tǒng)的工作頻率共振的值；(b)第一輸出電纜，其一端連接在所述第一驅(qū)動(dòng)電容器上；以及(c)第二輸出電纜，其一端連接在所述第二驅(qū)動(dòng)電容器上；其中所述第一和所述第二輸出電纜(i)各自具有電氣長度SL+n(λ/4)，其中SL是其電抗和與之相對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電容器的電抗大小相同的補(bǔ)充長度，n是一奇數(shù)，而λ是所述MR系統(tǒng)的工作頻率的波長；并且(ii)在一插頭處終止，用于將所述第一線圈回路連接到所述腔內(nèi)探針的接口設(shè)備。
2. 如權(quán)利要求1所述的腔內(nèi)探針，還包括(a) 柔性軸，在其遠(yuǎn)端具有一尖端，所述尖端實(shí)質(zhì)上比所述柔性軸的其余部 分更柔軟；(b) 內(nèi)球，連接到所述柔性軸的所述遠(yuǎn)端并包圍其尖端；(C)不可拉伸材料，用于將所述第一線圈回路固定到所述內(nèi)球的前表面；(d)外球，連接到所述軸的所述遠(yuǎn)端并包圍所述內(nèi)球和固定于其上的所述第一線圈回路，所述外球用于將所述內(nèi)球定位在患者的腔體內(nèi)；從而所述不可拉伸材料影響所述內(nèi)球在所述外球內(nèi)的膨脹，以使其中的所述第一線圈回路能靠近感興趣區(qū)域放置以最佳地接收來自所述區(qū)域的所述MR信號。
3. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述不可拉伸材料迫使所述 內(nèi)球膨脹，以迫使所述外球的后表面壓靠在腔壁上，然后迫使所述外球的前表面靠 在腔的相應(yīng)形狀的內(nèi)輪廓上，從而使所述第一線圈回路靠近感興趣區(qū)域以最佳地接 收來自所述區(qū)域的所述MR信號。
4. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述外球具有用于順應(yīng)地配合腔的相應(yīng)形狀的內(nèi)輪廓的前表面。
5. 如權(quán)利要求4所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述外球具有與其所述前表面相對的后表面，它包括至少一對波形折疊。
6. 如權(quán)利要求5所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括用于控制所述內(nèi)球膨脹的裝置，所述膨脹控制裝置與所述柔性軸連接，通過所述柔性軸可傳送流體以使 所述內(nèi)球膨脹和收縮。
7. 如權(quán)利要求6所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述膨脹控制裝置包括旋塞， 用于控制流體通過其中并從中排放出流體。
8. 如權(quán)利要求6所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述柔性軸包括(a) 第一內(nèi)腔，用于使所述膨脹控制裝置和所述內(nèi)球互連；以及(b) 第二內(nèi)腔，通過所述第二內(nèi)腔使所述第一和所述第二輸出電纜從所述第 一線圈回路穿過以便于連接到所述腔內(nèi)探針的所述接口設(shè)備。
9. 如權(quán)利要求8所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述膨脹控制裝置包括一可 壓縮打氣套囊，以及一導(dǎo)管，從該導(dǎo)管連接到所述柔性軸的所述第一內(nèi)腔以在所述 打氣套囊壓縮之后將氣體傳遞到所述內(nèi)球。
10. 如權(quán)利要求5所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述不可拉伸材料迫使所述 內(nèi)球膨脹以迫使所述外球的所述波形折疊在后面靠在腔壁上，從而迫使所述外球的 所述前表面在前面靠在腔的所述相應(yīng)形狀的內(nèi)輪廓上，由此使得所述第一線圈回路 靠近感興趣區(qū)域以最佳地接收來自所述區(qū)域的所述MR信號。
11. 如權(quán)利要求IO所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述外球的所述前表面為 鞍形，且腔的所述相應(yīng)形狀的內(nèi)輪廓為患者直腸的前列腺凸起部。
12. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述柔性軸包括印制在其外 表面上的刻度。
13. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述內(nèi)球和所述外球各自包 括具有低介電損失特性的非順磁、阻燃的、生物適用的醫(yī)用級材料。
14. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括可附連于所述柔性軸 的防動(dòng)盤，用于防止所述腔內(nèi)探針相對于患者腔的非期望移動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求14所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述防動(dòng)裝置是半球形的 盤，所述盤限定一槽，以使所述盤能卡入所述柔性軸。
16. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括可滑動(dòng)地安裝在所述 柔性軸上的擴(kuò)張器元件，用于擴(kuò)張導(dǎo)向腔的孔以使所述腔內(nèi)探針能在腔內(nèi)容易地定位。
17. 如權(quán)利要求2所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述外球還包括其中的側(cè)向 凹入，所述第一線圈回路在所述外球收縮時(shí)至少部分地?cái)R置在這些凹入上。
18. 如權(quán)利要求1所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括(a) 柔性軸；(b) 連接到所述柔性軸的遠(yuǎn)端的可膨脹球，所述可膨脹球具有(i)前表面，順應(yīng)腔體的相應(yīng)形狀的內(nèi)輪廓；以及(ii)包括至少一對波形折疊的后表面；以及(c) 固定在所述可膨脹球內(nèi)的所述第一線圈回路，靠近所述前表面的下側(cè)， 使得在所述可膨脹球插入腔體并膨脹時(shí)所述波形折疊壓靠在一般在感興趣區(qū)域?qū)?面的腔壁上，由此迫使所述可膨脹球的所述前表面靠在所述腔體的所述相應(yīng)形狀的 內(nèi)輪廓上，從而使所述第一線圈回路靠近感興趣區(qū)域以最佳地接收來自所述區(qū)域的 所述MR信號。
19. 如權(quán)利要求1所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，所述第一和第二驅(qū)動(dòng)電容器 各自具有在約62pF到82pF的范圍內(nèi)的值，且所述調(diào)諧電容器具有在約12pF到 15pF的范圍內(nèi)的值。
20. 如權(quán)利要求1所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括除了包括與之相連的 兩條輸出電纜之外在所有方面與所述第一線圈回路相同的第二線圈回路，且所述第 一和所述第二線圈回路被安排成相陣列配置。
21. 如權(quán)利要求1所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括除了包括與之相連的 兩條輸出電纜之外在所有方面與所述第一線圈回路相同的第二線圈回路，且所述第 一和所述第二線圈回路協(xié)調(diào)地定向以提供感興趣區(qū)域的正交覆蓋。
22. —種與核磁共振(MR)系統(tǒng)一起使用的腔內(nèi)探針，用于獲取患者腔體內(nèi) 感興趣區(qū)域的圖像或頻譜，所述腔內(nèi)探針包括(a) 第一線圈回路，用于接收來自感興趣區(qū)域的MR信號，所述第一線圈回 路中具有在其中串聯(lián)連接的多個(gè)電容器，所述多個(gè)電容器包括(i)驅(qū)動(dòng)電容器，用于電平衡和阻抗匹配所述第一線圈回路；以及(n)調(diào)諧電容器，與所述驅(qū)動(dòng)電容器正好相對，并具有選擇成使所述第一線圈回路在所述MR系統(tǒng)的工作頻率上 共振的值；(b) 輸出電纜，其一端連接在所述驅(qū)動(dòng)電容器上，所述輸出電纜(i)具有電 氣長度SL+n(人/4)，其中S!^是其電抗和與所述驅(qū)動(dòng)電容器的電抗大小相同的補(bǔ)充長 度，n是一奇數(shù)，而X是所述MR系統(tǒng)的工作頻率的波長；并且(ii)在一插頭處終止，用于將所述第一線圈回路連接到所述腔內(nèi)探針的接口設(shè)備。
23. 如權(quán)利要求22所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括除了包括與之相連 的 -條輸出電纜之外在所有方面與所述第一線圈回路相同的第二線圈回路，且所述 第一和所述第二線圈回路被安排成相陣列配置。
24. 如權(quán)利要求22所述的腔內(nèi)探針，其特征在于，還包括除了包括與之相連 的一條輸出電纜之外在所有方面與所述第一線圈回路相同的第二線圈回路，且所述 第一和所述第二線圈回路協(xié)調(diào)地定向以提供感興趣區(qū)域的正交覆蓋。
25. -—種用于使腔內(nèi)探針與具有操作接收周期和發(fā)送周期的核磁共振(MR) 系統(tǒng)連接的接口設(shè)備，所述腔內(nèi)探針具有一線圈回路和用于將所述線圈回路連接到 所述接口設(shè)備的一對輸出電纜，所述接口設(shè)備包括(a) 相移網(wǎng)絡(luò)，用于使所述線圈回路(i)在所述接收周期期間能通過所述輸 出電纜耦合到所述MR系統(tǒng)的探針輸入端口并使從所述輸出電纜的每--條所接收 的MR信號能結(jié)構(gòu)性地組合，以及(ii)在所述發(fā)送周期期間能通過所述輸出電纜 與所述MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合；以及(b) 前置放大器，用于提供所述相移網(wǎng)絡(luò)與所述探針輸入端之間的增益和阻 抗匹配，從而從所述相移網(wǎng)絡(luò)所接收的所述MR信號在所述接收周期期間被以增 強(qiáng)信噪比傳送給所述探針輸入端。
26. 如權(quán)利要求25所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述相移網(wǎng)絡(luò)包括(a) —對子網(wǎng)，其中第一子網(wǎng)用于連接到所述輸出電纜對的第一條，第二子 網(wǎng)用于連接到所述輸出電纜對的第二條；以及(b) —對PIN 二極管，其中第一 PIN 二極管跨接在所述第一子網(wǎng)的輸出兩端， 第二 PIN 二極管跨接在所述第二子網(wǎng)的輸出兩端；其中所述PIN二極管能通過所述MR系統(tǒng)偏置，從而(i)在所述接收周期期 間的反向偏置狀態(tài)中，所述PIN 二極管使得由所述線圈回路施加于所述第一和所 述第二輸出電纜的所述MR信號能通過所述第一和所述第二子網(wǎng)相對彼此相移， 然后向所述所述前置放大器提供結(jié)構(gòu)性組合的MR信號，以及(ii)在所述發(fā)送周 期期間的正向偏置狀態(tài)中，所述PIN 二極管使得所述線圈回路能通過所述第一和 所述第二輸出電纜的每一條與所述MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合。
27. 如權(quán)利要求25所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述前置放大器包括(a) GASFET，具有柵極、源極和漏極；以及(b) 串聯(lián)共振電路，連接在所述相移網(wǎng)絡(luò)與所述柵極之間，所述串聯(lián)共振電路用于將所述腔內(nèi)探針耦合到所述柵極，以擴(kuò)大所述線圈回路的頻率響應(yīng)，所述串聯(lián)共振電路包括輸入電容器和輸入電感器，在其結(jié)點(diǎn)處連接有所述GASFET的所 述柵極，所述串聯(lián)共振電路在所述MR系統(tǒng)的所述接收周期期間用于在加載所述 線圈回路時(shí)向所述GASFET提供最佳阻抗。
28. 如權(quán)利要求25所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述GASFET在其所述源 極處連接到一偏壓電阻器，在其所述漏極處連接到一耦合電容器和一RF扼流圈， 從而當(dāng)所述接口設(shè)備連接到所述MR系統(tǒng)時(shí)，所述漏極經(jīng)由所述耦合電容器連接 到所述探針輸入端，并經(jīng)由所述RF扼流圈連接到所述MR系統(tǒng)中的DC電源。
29. 如權(quán)利要求25所述的接口設(shè)備，其特征在于，還包括(a) 探針電纜，用于連接所述接口設(shè)備的輸出與所述MR系統(tǒng)的所述探針輸入端；(b) 電纜陷波電路，用于防止非期望電流在所述探針電纜的屏蔽導(dǎo)體上流動(dòng)。
30. 如權(quán)利要求25所述的接口設(shè)備，其特征在于，還包括一前置放大器保護(hù) 二極管，用于在所述MR系統(tǒng)的所述發(fā)送周期期間保護(hù)所述前置放大器。
31. —種用于使腔內(nèi)探針與具有操作接收周期和發(fā)送周期的核磁共振(MR) 系統(tǒng)連接的接口設(shè)備，所述腔內(nèi)探針具有一線圈回路和用于將所述線圈回路連接到 所述接口設(shè)備的一對輸出電纜，所述接口設(shè)備包括相移網(wǎng)絡(luò)，用于使所述線圈回 路(i)在所述接收周期期間能通過所述輸出電纜耦合到所述MR系統(tǒng)的探針輸入 端并使從所述輸出電纜的每一條所接收的MR信號能結(jié)構(gòu)性地組合并路由到所述 探針輸入端，以及(ii)在所述發(fā)送周期期間能通過所述輸出電纜與所述MR系統(tǒng) 的發(fā)送場去耦合。
32. —種用于使腔內(nèi)探針和一線圈系統(tǒng)與具有操作接收周期和發(fā)送周期的核 磁共振(MR)系統(tǒng)連接的接口設(shè)備，所述腔內(nèi)探針具有一線圈回路和用于將所述 線圈回路連接到所述接口設(shè)備的一對輸出電纜，所述接口設(shè)備包括(a) 相移網(wǎng)絡(luò)，用于使所述線圈回路(i)在所述接收周期期間能通過所述輸 出電纜耦合到所述MR系統(tǒng)的探針輸入端并使從所述輸出電纜的每一條所接收的 MR信號能結(jié)構(gòu)性地組合，以便于輸出到所述探針輸入端，以及(ii)在所述發(fā)送 周期期間能通過所述輸出電纜的每一條與所述MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合；以及(b) 陣列接口電路，用于使所述線圈系統(tǒng)與所述MR系統(tǒng)電互連。
33. 如權(quán)利要求32所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述陣列接口電路包括 (a)第一串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)，用于將來自所述線圈系統(tǒng)的第一線圈的MR信號傳送至所述MR系統(tǒng)的第一線圈輸入端；(b) 第二串聯(lián)共振網(wǎng)絡(luò)，用于將來自所述線圈系統(tǒng)的第二線圈的MR信號傳 送至所述MR系統(tǒng)的第二線圈輸入端；(c) 一對l/4波長網(wǎng)絡(luò)，所述一對網(wǎng)絡(luò)之一用于接收來自所述線圈系統(tǒng)的第 三線圈的MR信號，而所述一對網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)用于接收來自所述線圈系統(tǒng)的第四 線圈的MR信號；以及(d) —個(gè)1/4波長組合器，用于組合從所述1/4波長網(wǎng)絡(luò)對所接收的這些MR 信號，并將這些組合的MR信號傳送給所述MR系統(tǒng)的第三線圈輸入端。
34. 如權(quán)利要求32所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述相移網(wǎng)絡(luò)包括(a) —對子網(wǎng)，其中第一子網(wǎng)用于連接到所述輸出電纜對的第一條，第二子 網(wǎng)用于連接到所述輸出電纜對的第二條；以及(b) --對PIN 二極管，其中第一 PIN 二極管跨接在所述第一子網(wǎng)的輸出兩端， 第二 PIN 二極管跨接在所述第二子網(wǎng)的輸出兩端；其中所述P1N二極管能通過所述MR系統(tǒng)偏置，以使(i)在所述接收周期期 間的反向偏置狀態(tài)中，所述PIN 二極管使得由所述線圈回路施加于所述第一和所 述第二輸出電纜的所述MR信號能通過所述第一和所述第二子網(wǎng)相對彼此相移， 然后提供結(jié)構(gòu)性組合的MR信號以輸出至向所述探針輸入端，以及(ii)在所述發(fā) 送周期期間的正向偏置狀態(tài)中，所述PIN 二極管使得所述線圈回路能通過所述第 一和所述第二輸出電纜的每一條與所述MR系統(tǒng)的發(fā)送場去耦合。
35. 如權(quán)利要求32所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述1/4波長組合器是 Wilkinson組合器。
36. 如權(quán)利要求32所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述第一和所述第二串聯(lián) 共振網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)都以所述MR系統(tǒng)的工作頻率串聯(lián)共振，從而有效地使其電氣 長度呈現(xiàn)為零。
37. 如權(quán)利要求32所述的接口設(shè)備，其特征在于，所述l/4波長組合器和與 之相連的1/4波長網(wǎng)絡(luò)以所述MR系統(tǒng)的工作頻率向通過其傳送的MR信號提供實(shí) 際為零的電氣長度。
38. 如權(quán)利要求32所述的接口設(shè)備，其特征在于，還包括(a)探針電纜，具有屏蔽導(dǎo)體和絕緣地設(shè)置其中的中心導(dǎo)體，從而在所述探 針電纜的一端所述屏蔽和所述中心導(dǎo)體跨接在所述相移網(wǎng)絡(luò)的輸出兩端，所述探針 電纜的電氣長度為n(人/2);以及(b)電纜陷波電路，用于防止非期望電流在所述探針電纜的所述屏蔽導(dǎo)體上流動(dòng)。
全文摘要
一種與MR系統(tǒng)一起使用的腔內(nèi)探針使人們能獲得患者腔體內(nèi)感興趣區(qū)域的圖像或頻譜。探針包括軸、在其一端的球、以及該球內(nèi)的線圈回路。該線圈回路較佳地包括都串聯(lián)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電容器和一個(gè)調(diào)諧電容器。驅(qū)動(dòng)電容器之間的結(jié)點(diǎn)用作用于電平衡該線圈回路的接地。與結(jié)點(diǎn)正好相對的調(diào)諧電容器使得線圈回路能在MR系統(tǒng)的工作頻率上共振。跨接在每個(gè)驅(qū)動(dòng)電容器兩端的是電氣長度為S_L+n(λ/4)的輸出電纜。該輸出電纜以一插頭端接，該插頭用來連接線圈回路與腔內(nèi)探針的接口設(shè)備。
文檔編號G01V3/00GK101111188SQ200580044637
公開日2008年1月23日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者G·J·米西科 申請人:梅德拉股份有限公司