[發明專利]采用高介電常數材料降低MRI射頻單位吸收率及提高其信噪比的方法

有效

• 申請號: 201080063007.8
• 申請日: 2010-12-02
• 公開（公告）號: CN102792189A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 慶·X·楊
• 申請（專利權）人: 上海聯影醫療科技有限公司
• 主分類號: G01V3/00
• 分類號: G01V3/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 黃曉明

有關聯邦政府贊助工作的聲明

本發明得到了美國國立衛生研究院(NIH)給予的R01?AG02771號資助的支持，美國政府對本發明享有一定的權利。

接續案申請信息

本專利申請主張2009年12月2日提交的申請號為61/266109的美國臨時申請的優先權，在此將該臨時申請一并列入本專利申請作為參考。

技術領域

本發明涉及射頻電磁場(標記為B1)領域，應用于磁共振成像(MRI)及磁共振波譜(MRS)儀器，尤其涉及一種將具有高介電常數(High?Dielectric?Constant,HDC)或低導電率的材料應用于磁共振成像或者核磁共振儀器中產生射頻磁場的方法。

背景技術

在MRI和MRS成像系統的數據采集過程中，射頻線圈通常用于產生或接收射頻磁場(B1)以對測量樣本如人體組織進行激發并檢測測量樣本如人體組織中的磁共振信號。射頻磁場可以由單一射頻線圈或者一組射頻線圈產生,并可對被檢樣本或人體組織進行激發而使被檢樣本或人體組織產生核自旋。核自旋產生的磁共振信號可由激發核自旋的射頻線圈接收也可由其他射頻線圈接收。本發明改善了射頻磁場發送和接收用的射頻線圈的效能。射頻線圈的效能包括由單元輸入電流在感興趣區域(ROI)內所產生的射頻磁場B1的均勻性與強度。在一般情況下，輸入單元電流時的射頻線圈產生的射頻磁場B1越強，其越能轉化成樣本組織的較佳接收靈敏度和較低的射頻熱量，當射頻熱量達到一定的程度時，可能對人體有害。射頻線圈的接收靈敏度是通過實驗的方式對標準化成像協議得到的感興趣區域中所測得的圖像信號信噪比(簡稱信噪比，SNR)來評估。射頻磁場中的熱效應可以通過計算人體內射頻單位吸收率(Specific?Absorption?Rate,SAR)的分布情況來進行評估。

磁共振成像的信噪比對圖像質量而言是極為重要的，因為MRI本質上是一種低信噪比的儀器。為了能夠在給定的圖像數據采集時間內獲得更高的圖像信噪比，人們已經付出了極大的努力和投入了大量的資源。具體地，這其中就包括使用比目前的1至1.5特斯拉更高但極其昂貴的3至7特斯拉的靜態磁場強度。不幸的是，靜態磁場強度的提高會導致更高頻率的射頻磁場，反過來，這又極大增強了組織的射頻熱效應并產生不均勻的射頻磁場。這兩個問題對高磁場MRI在人類成像的發展上構成了嚴重挑戰。本發明在圖像獲得過程中提供了一種新穎的利用高介電常數材料在樣本體內增強射頻磁場B1的強度、降低射頻單位吸收率的方法。

高磁場(3-8特斯拉)人體成像系統中的最近實驗數據表明，人體本身的高介電常數對人體內的射頻磁場有著重要的作用。在確定樣本內部射頻B1場的分布時，線圈中樣本的電氣性能、幾何尺寸以及相對位置都是重要因素。因此，利用高介電常數材料能夠促進樣本或人體內部射頻B1場分布的調整及樣本和線圈之間的耦合。富等發明人(詳細內容請參1992年第23期的醫用磁共振雜志287至301頁富·TK、海斯·CE、康·YW發表的名稱為在高磁場成像時減少射頻滲透的文章)提出了一種通過“在射頻共振器的線圈和屏蔽體之間的空間加載介質”，并通過4特斯拉的磁共振成像系統進行觀察，以校正人體內射頻不均勻性的方法。在富的理論分析的基礎上，他提出在線圈和屏蔽體之間的空間加載具有合適的相對介電常數的介質材料來改變線圈的傳播常數，進而來最終調整射頻均勻性。通過理論計算，富預測，在線圈和屏蔽體之間的空間加入相對介電常數在30和40之間的介電材料將會在分別對應1.5特斯拉、64兆赫和4特斯拉、170兆赫的核磁共振成像系統中，在40厘米直徑的勻質體內，超過中央直徑30厘米的區域內,可將射頻磁場的不均勻性從+/-15％降低到+/-3％。然而，他們在4特斯拉下的實驗結果表明：改進射頻磁場的均勻性的同時有增加射頻功率和降低線圈的靈敏度。本發明與富的方法具有至少三個實質區別：第一，本發明是將介電材料插入線圈與標本之間的空間，而富的方法是將介電材料加載在線圈與屏蔽體之間，實際上，本發明是將介電材料放置于射頻線圈的相對側，正如富的實驗結果所示，富的方法產生了完全對立的結果：提高了射頻能量要求和降低了線圈靈敏度；第二，理論基礎完全不同，本發明中，高介電常數材料是用于配合由射頻線圈和樣本產生的射頻磁場，富的方法中,高介電常數材料用于控制射頻共振器本身的軸向傳播系數；第三，富的方法中，介電材料的選擇是在射頻線圈或共振器的特定設計和形狀基礎上進行，原則上，本發明選擇介電材料時不需要知道射頻線圈的設計，然而，為了達到最優的效果，本發明中的HDC墊發展成與特定的線圈設計相匹配。