本申请是申请号为201480026973.0、申请日为2014年3月12日、发明名称为“用于磁共振成像导向的放射疗法的射频鸟笼型线圈”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本pct申请要求2013年3月12日提交的系列号为13/796,784、且题为“radiofrequencytransmitcoilformagneticresonanceimagingsystem”的美国专利申请的优先权，通过引用以整体的方式将其申请日和全文合并于此。
本公开文本大体上涉及一种用在磁共振成像(mri)系统中的射频(rf)线圈，包括适于与mri导向的放射治疗系统一起使用的rf线圈。
背景技术：
大体上，在mri系统中，产生了大体上均匀的主磁场b0以覆盖被成像的客体的整个区域。主磁场使主磁场内的质子的磁偶极对齐。此后，引入瞬态rf脉冲以使得质子偶极临时翻转。一旦来自rf脉冲的rf能量被移除，偶极就翻转回其松弛状态，并且以具有一些可预测射频的光子的形式释放从rf脉冲吸收的能量。光子被捕获和处理以使得能够成像。
大体上，瞬态rf脉冲由rf线圈发射。mri经常使用的一种rf线圈被称为“鸟笼型线圈”。例如，鸟笼型线圈的各种例子由edelstein等人的题为“radiofrequencyfieldcoilfornmr”的美国专利4,680,548以及chmielewski等人的题为“degeneratebirdcagecoilandtransmit/receiveapparatusandmethodforsame”的美国专利申请公开2006/0033497所公开，通过引用将上述申请和公开的全部内容合并到本文中。通常，鸟笼型线圈在形状上呈圆柱形，并且包括两个由偶数个横档(rung)或轴向导体互连的导电端部环或圈，横档或轴向导体将两个端部环分成限定在其间的弧或段。这种构造使得这种rf线圈呈鸟笼的外观，并且因此其名为“鸟笼型线圈”。
尽管上文描述了鸟笼型线圈，但仍然存在进一步改进的期望。具体地，当mri技术应用于放疗领域时，传统的鸟笼型线圈不能够理想地适于容纳放疗系统。dempsey的题为“systemfordeliveringconformalradiationtherapywhilesimultaneouslyimagingsofttissue”的美国专利7,907,987公开了这种mri导向的放疗系统的实例，其全部内容通过引用并入本文中。
技术实现要素：
本文公开了在磁共振成像(mri)系统中使用的射频线圈的系统和方法，其包括适于与mri导向的放疗系统一起使用的rf线圈，一些实施方式可以包括第一导电环；第二导电环；和位于第一和第二导电环之间并且可电连接至第一和第二导电环的导电横档，其中，导电横档可包括第一导电横档段和第二导电横档段，并且其中，第二导电横档段可以具有大体上比第一导电环的厚度、第二导电环的厚度以及第一导电横档段的厚度中的至少一个薄的厚度。
在一些实施方式中，第二导电横档段可以具有为第一导电环、第二导电环和第一导电横档段中的至少一个的厚度的大约5％至大约75％的厚度。在其他实施方式中，第二导电横档段可以具有为第一导电环、第二导电环和第一导电横档段中的至少一个的厚度的大约10％至大约50％的厚度。在又一些实施方式中，第二导电横档段可以具有为第一导电环、第二导电环和第一导电横档段中的至少一个的厚度的大约15％至大约30％的厚度。第二导电横档段也可以具有一段，该段具有为第一导电环、第二导电环和第一导电横档段中的至少一个的厚度的大约20％的厚度。
在某些实施方式中，导电横档还包括第三导电横档段，第二导电横档段位于第一和第三导电横档段之间，并且其中，第二导电横档段大体上比第一和第三导电横档段薄。在一些实施方式中，第一导电环、第二导电环以及导电横档中的至少一个可以包括铜、银和铝中的至少一种，或者可以包括多层导电材料。
在一些实施方式中，射频线圈可以包括电连接至第一和第二导电环的多个导电横档。其还可以包括位于相邻导电横档之间并且位于第一和第二导电环之间的绝缘区域，并且，绝缘区域的至少一部分的厚度选择成使得绝缘区域的该部分和第二导电横档段都为辐射束提供大体上相同量的衰减。在一些实施方式中，绝缘区域可以是聚酰亚胺。
在其他实施方式中，射频线圈还可以包括印刷电路板(pcb)基板，并且导电横档可以包括形成在pcb基板的第一侧上的导电材料层。线圈还可包括位于导电横档附近并且位于第一和第二导电环之间的绝缘区域，其中，该绝缘区域可以包括形成在pcb基板的第一侧上的第一绝缘层和形成在pcb基板的第二侧上的第二绝缘层。
射频线圈还可以包括位于第一和第三导电横档段附近的pin二极管电路，并且磁共振成像装置可以具有小于1.0t的场强度。
参考下文的说明书和权利要求书，将可以更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优势。
附图说明
结合附图描述了特征、方面和实施方式，附图中：
图1示出了mri系统的立体图；
图2是图1中示出的mri系统的简化横截面视图；
图3a示出了根据本公开的rf线圈的立体图；
图3b示出了图3a中示出的rf线圈的平面图，其中，rf线圈未卷绕；
图4示出了可与图3a和3b中示出的rf线圈一起使用的导电横档的实施方式的侧视图；
图5示出了沿着图3b中的截面线v-v截取的rf线圈的一部分的横截面视图；及
具体实施方式
下述说明书以示例而非限制性的方式示出了实施方式。无论有没有与词语“约”或“大约”一起使用，除非另有说明，本文公开的所有数字均是近似值。在公开具有上限和下限的数字范围时，落入该范围的任何数字都被具体和明确地公开。
本公开的rf线圈组件概念可以与任何类型的磁共振成像(mri)系统一起使用。其尤其适于与分体式螺线管或水平“开放式”mri一起使用，分体式螺线管或水平“开放式”mri在两个水平mri磁体半部之间包括间隙。本文公开的rf线圈组件还适于与水平开放式mri一起使用，该水平开放式mri与在其间隙中运行的附加仪器一起使用。图1示出了这种布置，其中，水平开放式mri10具有由间隙区域12分隔的第一和第二主磁体壳体11a和11b。仪器14在间隙区域12中安装在机架16上。还示出了患者18和患者躺椅20。在一些实施方式中，机架16可以用于绕着患者18重新定位仪器14(即，绕着图1中示出的z轴)。
图1的实施方式可以包括当前申请的受让人(viewray公司)的系统的元件，部分描述在dempsey的题为“systemfordeliveringconformalradiationtherapywhilesimultaneouslyimagingsofttissue”的美国专利7,907,987中(下文称为“dempsey的987号专利”)，通过引用将其并入本文。例如，仪器14可以包括放疗设备和相关的多叶准直器(mlc)，其与快速成像水平开放式mri一起允许改进的放射治疗，该多叶准直器在放射处理期间负责目标的位置，如dempsey的987号专利中所讨论的。尽管在图1仅单个组件被示为仪器14，但一些实施方式可以包括与仪器14相关联的多个组件，例如，多个辐射发射器和/或mlc设备。例如，一些实施方式可以包括安装在间隙12中的三个放射头组件(图1中未示出)，其围绕z轴分布，并且可以在机架16上绕着z轴旋转。尽管本文公开的实施方式的一些方面结合了dempsey的987号专利中公开的系统来描述，但这些方面并不需要与公开的rf线圈组件一起使用。应该想到，本文公开的rf线圈组件可以用在任何类型的mri中，不管有没有使用相关的仪器14。此外，对于使用仪器14的系统，这些仪器不应该限于诸如放射源或线性粒子加速器(linac)的放疗设备，而是可以包括任何类型的与mri一起使用的仪器。
图2是图1中示出的系统的概略横截面视图。图2的实施方式描绘了水平开放式mri10，其包括由间隙12分隔的一对主磁体22a和22b。mri10可以用于成像患者躺椅20上方的感兴趣的区域24，而仪器14可以用于发射辐射15以同时为感兴趣的区域24内的患者进行一些形式的治疗。mri10还包括rf发射线圈组件100，其延伸穿过间隙12。下文中更详细地描述了rf线圈组件100的实施方式。mri10可以包括未示出的额外的常规部件，例如，梯度线圈和可能的一个或多个匀场线圈。图中以及本公开全文中所使用的坐标系涉及作为z轴的穿过mri孔的纵轴。x轴垂直于z轴延伸并且从mri10的一侧延伸到另一侧；y轴垂直于z轴延伸，并且从mri10的底部延伸到顶部。
如图2所示，rf线圈组件100在仪器14和感兴趣的区域24之间延伸。因此，举例来说，在仪器14包括辐射发射设备(例如，与放疗系统一起使用的辐射发射设备)的实施方式中，rf线圈组件的一部分将位于辐射15的路径上，该辐射被导向为从仪器14朝着感兴趣的区域24处的患者。对于mri操作以及放疗设备和可以实施为仪器14的其他系统的操作来说，简单地在这种位置插入常规的rf线圈组件会引起问题。例如，常规的rf发射线圈包括会妨碍来自仪器14的穿过其中的放疗束，潜在地将该束衰减到rf线圈降低治疗的质量到临床上不可接受的点的程度。因此，本文公开的rf线圈允许适当的mri成像，而不会妨碍仪器14的操作。例如，本文公开的rf线圈的实施方式可以允许适当的mri成像，而不会引起对从仪器14发射穿过rf线圈的一部分的辐射束的不期望水平的衰减。
图3a示出了这种rf线圈的实施方式，其被标记为rf线圈100。图3b示出了打开且平放(即，处于平坦表面)的rf线圈100的平面图。图3a示出了安装在mri系统10中的rf线圈100的配置。当安装时，rf线圈100可以限定具有大体上圆柱形的形状的内部空间，其长度平行于mri系统10的z轴延伸，如图3a所示。
rf线圈100包括第一导电环110和第二导电环120，这两个导电环均与z轴同轴。第一和第二导电环110和120通过多个导电横档150电连接至彼此，每个导电横档至少在一定程度上平行于z轴在第一和第二导电环110和120之间延伸。
尽管rf线圈100在图3a和3b中被示为具有16个导电横档150，但rf线圈100的替代实施方式可以具有其他数量的横档。例如，rf线圈100的示例性实施方式可以包括数量等于四的任意倍数的导电横档150。然而，包括少于16个的导电横档150的实施方式可以具有比期望rf发射均匀性低的rf发射均匀性。
多个导电横档150中的每一个均包括第一端段151a、中间段152和第二端段151b，这三段相对于彼此连续布置在第一导电环110和第二导电环120之间。第一端段151a电连接至第一导电环110。第二端段151b电连接至第二导电环120。中间段152电连接至第一端部151a，并且连接至第二端段151b。因此，电流可以通过导电横档150的第一端段151a、中间段152以及第二端段151b在第一导电环110和第二导电环120之间流动。
绝缘区域180由各对相邻的横档150以及第一和第二导电环110和120限定。绝缘区域180可以包括电绝缘材料，如下文更详细讨论的那样。
在所公开系统的一个实施方式中，pin二极管解耦电路位于辐射束的路径的外部，靠近第一端段151a和第二端段151b。与低场mri(例如，小于1.0t的场强度)结合使用时，该实施方式尤其有效。在一种实施中，同轴电缆用于提供pin二极管解耦的偏心位置。例如，可以利用具有自抵消场轮廓的扭曲对或宽平行导体来实施类似的更有效的方法。调谐电容器可以位于横档以及辐射束外的环间隙中，并且可以减小以补偿由于导体长度变化而增加的电感。
图4示出了框图，该框图示出了示例性导电横档150的导电部分的概括性侧视图。注意到，图4未示出导电横档150的绝缘部分，因此，可以更加清楚地示出导电横档150的导电区域。同样的，图4中示出的图表不一定按比例绘制，并且在导电横档150的导电区域的确切形状方面不是限制性的。相反，图4仅仅是用于展示导电横档150如何能够包括相对较薄和较厚的导电部分。因此，如图4中所示出的，导电横档150包括相对薄的导电部分，即，各个导电横档150的至少一些导电部分可以具有大体上比导电横档150的其他导电部分的厚度(或多个厚度)薄的厚度。更具体地，中间段152包括大体上比第一和第二端段151a和151b的导电部分薄的导电部分。同样地，在这些实施方式中，中间段152的导电部分可以大体上比第一和第二导电环110和120的导电部分薄。
中间段152的导电部分的厚度可以为第一和第二端段151a和151b的导电部分的厚度的大约5％至大约75％。在一些实施方式中，中间段152的导电部分的厚度可以为第一和第二端段151a和151b的导电部分的厚度的大约10％至大约50％。在一些实施方式中，中间段152的导电部分的厚度可以为第一和第二端段151a和151b的导电部分的厚度的大约15％至大约30％。在一些实施方式中，中间段152的导电部分的厚度可以为第一和第二端段151a和151b的导电部分的厚度的大约20％。
第一导电环110、第二导电环120和多个导电横档150的导电部分可以包括众多不同的、已知适于构建mri的rf线圈的导电材料中的一种或多种。例如，导电环110和120以及导电横档150的导电部分可以包括铜、银和/或铝中的一种或多种。同样地，在一些实施方式中，第一导电环110、第二导电环120和导电横档150中的一个或多个可以由层压的层形成，其可以包括导电材料(例如：铜、银和/或铝)的一层或多层。
一些实施方式可以包括具有产生最小损耗的厚度的导电部分。例如，产生最小损耗的铜的理想厚度大约为10趋肤深度(skindepth)，其中可以根据下式来计算趋肤深度：
其中：
ρ＝体积电阻率(欧姆-米)
f＝频率(赫兹)
μ0＝渗透常数(亨/米)＝4πⅹ10-7
μr＝相对渗透率(通常为1)
因此，例如，在14.7mhz时，当铜为导电材料时，10趋肤深度大约等于0.172mm。然而，厚度为0.172mm的铜层将使得辐射束15的衰减量大约等于1.53mm的水(计算：0.172mm*8.9(铜的密度/水的密度)＝1.53mm)，这是不期望的衰减量。但是，通过利用显著的因子减少辐射束15的路径上的铜厚度，衰减可以降低到满意的水平。例如，如果辐射束15的路径上的铜厚度由因子5降低，则铜导致的衰减可以降低到大约等于0.3mm的水的量(计算：0.03302mm*8.9＝0.3mm)。
因此，再次参考图2，优选地，相对较薄的中间段152被提供在运行期间从仪器14发出的辐射15的路径上。将横档150的中间段152构建成具有相对较薄的导体一个优势在于：与较厚的导体(例如，用于形成第一和第二端段151a和151b的较厚导体)相比，较薄的导体对辐射15产生更小的衰减。因此，辐射15可以穿透rf线圈100的中间段152，到达患者18，并且仍然适于在患者18的感兴趣的区域24上施加期望水平的放射治疗。
如本领域技术人员将意识到的那样，降低常规鸟笼式rf线圈的横档的导电部分的厚度具有提升横档的rf电阻的效果。rf线圈的一个重要性能因素是线圈的品质因数(q因数)，其应该被最大化。对于鸟笼式rf线圈，q因数与线圈的rf电阻成反比。因此，使常规rf线圈的横档变薄以避免衰减辐射束15具有如下不期望的效果：增加了线圈的rf电阻并且由此减小了线圈的q因数。
通过提供仅部分变薄的横档150，本公开提供了这个问题的解决方案。本文描述的rf线圈包括相对薄的中间段152以及相对厚的横档端段151a和151b以及导电环110和120。本公开的方面是基于下述发现：导电环110和120中的rf电流的量将明显高于各个横档150中的rf电流的量。例如，导电环110和120中的rf电流的量可以比各个横档150中的rf电流的量高4至5倍。因此，由于横档150的变薄部分导致的增加的rf电阻可以通过降低导电环110和120的rf电阻以及通过降低横档150的大部分(即，横档端段151a和151b)的rf电阻来明显地补偿。结果是rf线圈100的q因数或性能的可接受的少量降低。
参考图3b，在一些实施方式中，可以利用薄印刷电路板(pcb)技术来构造rf线圈100。在这些实施方式中，导电层的多种厚度可以应用于pcb190的一侧或两侧(出于清楚的目的，在图3a中未示出)。对于导电层应用于pcb190的两侧的实施方式中，通孔(via)可以用于电连接位于pcb190的相对侧的导电层。在一些实施方式中，例如，横档150的中间段152的导电部分可以位于pcb190的一侧(顶侧)，而端段151a和151b、第一端环110和第二端环120可以全部位于pcb190的另一侧(底侧)。在这些实施方式中，通孔可以用于将中间段152通过pcb190电连接至相邻的端段151a和151b。
例如，通过根据已知的线圈设计和调谐方法在横档150和/或绝缘区域180中包括电路元件(例如电容器)，rf线圈100可以配置为带通、低通或高通线圈。同样地，导电层中的槽可以被提供用于降低涡流。
尽管已经描述了利用pcb技术构造的rf线圈100，但rf线圈100的替代实施方式可以包括不涉及pcb技术的替代构造方法。例如，导电材料的薄带可以应用于由绝缘材料制成的模型，以构造横档150的中间段152。端环110和120以及横档150的端段151a和151b可以由较厚的导电材料、层或层组构造，其可以焊接或以其他方式连接到横档150的中间段152的薄导电带。在一些实施方式中，可以通过利用已知的镀层工艺或其他已知的构造技术选择性地使导电材料变厚，从而实现期望厚度的导电材料。
绝缘区域180的厚度也可以变化，例如，为了允许辐射束15的均匀衰减。绝缘区域180可以由单层或多层绝缘材料形成，其可以包括一种或多种不同的绝缘材料，例如聚酰亚胺薄膜(例如，
图5示出了沿图3b中示出的线v-v截取的示例性横截面视图。图5中示出的截面示出了rf线圈100的一些部分，取决于仪器14相对于rf线圈100的位置，这些部分可以位于辐射束15的路径中。如图5所示，rf线圈100包括厚度为t1的非导电(绝缘)pcb基板190。具有厚度t2的绝缘层192a和192b形成在绝缘区域180中的pcb基板190上。具有厚度t3的导电层194形成在横档150区域中的pcb基板190上。同样地，具有厚度t4的附加绝缘层196a和196b形成在绝缘区域180中的pcb基板190的相对侧上。由于导电层194的材料导致比基板和绝缘材料更大的辐射衰减，基板190和绝缘层192和196的总厚度t1 t2 t3可以大于基板190和导电层194的厚度t1 t3，从而为辐射束15提供均匀的衰减。例如，在一些实施方式中，pcb基板190可以具有厚度t1＝0.0762mm，绝缘层192a和192b均可以具有厚度t2＝0.0762mm，导电层194可以具有厚度t3＝0.03302mm，并且绝缘层196a和196b均可以具有厚度t4＝0.127mm。在这些实施方式中，pcb基板190以及绝缘层192和196可以由
尽管层192、194和196被示为单层，但替代地，块192、194和/或196可以由材料的一个或多个实际层形成。同样地，层192、194和/或196中的一个或多个可以包括一种或多种不同的材料。
尽管参考附图和实例描述了本公开的示例性实施方式，但应该理解，本公开不限于这些确切的实施方式，并且在不脱离本公开的精神的范围的情况下，本领域技术人员可以影响其中的各种其他变化和改进。所有的这些变化和改进都应该包括在本公开的范围内，如随附权利要求所限定的那样。
根据期望的配置，本文描述的主题可以实施在系统、装置、方法和/或物品中。前述说明书中列出的实施方式不代表与本文描述的主题一致的所有实施方式。相反，它们仅仅是与描述的主题相关的方面一致的一些实例。尽管上文根据公开的原理描述了各种实施方式，但应该理解，它们仅仅是以示例的方式，而非以限制的方式被呈现。因此，本发明的宽度和范围不应由上述示例性实施中的任何一种来限制，而是应该仅仅根据本公开公布的权利要求书及其等价物来限定。本公开设想：本文的实施中公开的计算可以以应用本文教导的同一概念的众多方式来执行，并且这些计算等价于公开的实施。此外，上述优势不用于将任何公开的权利要求的应用限制于完成任意或全部优势的处理和结构。
此外，分段标题不应该限制或表征可能由本公开发布的任何权利要求中所列出的发明。具体地，并且通过示例的方式，尽管标题涉及“技术领域”，但这些权利要求不应该由该标题下所使用的用于描述所谓的技术领域的措辞所限制。此外，“背景技术”中的技术的描述不应该解释为承认技术是本公开中任何发明的现有技术。“发明内容”也不应该被认为是公开的权利要求中列出的发明的表征。此外，对本公开的大体上的任何引用或者词语“发明”的单数使用不用于暗示下文列出的权利要求的范围的任何限制。多项发明可以根据从本公开发布的多个权利要求的限制来列出，并且这些权利要求相应地限定发明及其等价物(它们也由此被保护)。
尽管上文详细描述了一些变化，但其他改进或添加是可能的。具体地，除了本文列出的特征和变化，可以提供其他特征和/或变化。例如，上文描述的实施方式可以涉及公开的特征的各种组合和子组合和/或上文公开的若干其他特征的组合和子组合。此外，附图中描绘的和/或本文描述的逻辑流程不一定需要所示出的特定顺序或者连续顺序来实现期望的结果。
在上述说明书以及权利要求中，诸如“至少一个”或“一个或多个”的词组后面可以跟随元件或特征的连接词列表。术语“和/或”也可以出现在两个或多个元件或特征的列表中。除非与其使用的上下文暗示地或明确地矛盾，这种词组用于指独立列出的元件或特征中的任意一个，或者引述的元件或特征中的任意一个以及其他引述的元件或特征中的任何一个。例如，词组“a和b中的至少一个”，“a和b中的一个或多个”以及“a和/或b”均指“单指a、单指b或a和b一起”。类似地解释也适用于包括三个或更多个项的列表。例如，词组“a、b和c中的至少一个”，“a、b和c中的一个或多个”以及“a、b和/或c”均指“单指a、单指b、单指c、a和b一起、a和c一起、b和c一起或者a和b和c一起”。
上文和权利要求中的术语“基于”的使用旨在指“至少部分基于”，从而未引述的特征或元件也是可允许的。
1.一种磁共振成像(mri)导向的放疗系统，包括：
放疗设备，被配置为发射辐射束；
mri系统，包括rf发射线圈；以及
pin二极管解耦电路，当所述放疗设备发射辐射束时，所述pin二极管解耦电路位于辐射束的路径的外部。
2.如权利要求1所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述pin二极管解耦电路使用同轴电缆位于辐射束的路径的外部。
3.如权利要求1所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述pin二极管解耦电路利用扭曲对导体位于辐射束的路径的外部。
4.如权利要求1所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述pin二极管解耦电路利用具有自抵消场轮廓的宽平行导体位于辐射束的路径的外部。
5.如权利要求1所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述mri系统是具有小于1.0t的磁场强度的低场mri系统。
6.如权利要求1所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，该系统还包括调谐电容器，所述调谐电容器位于当由所述放疗设备发射时的辐射束的路径的外部。
7.如权利要求6所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述调谐电容器被置于rf发射线圈的横档间隙中。
8.如权利要求6所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述调谐电容器被置于rf发射线圈的环间隙中。
9.如权利要求1所述的磁共振成像(mri)导向的放疗系统，其特征在于，所述pin二极管解耦电路位于所述发射线圈的导电横档的端段附近。
技术总结