[发明专利]采用高介电常数材料降低MRI射频单位吸收率及提高其信噪比的方法

说明书

有关联邦政府赞助工作的声明

本发明得到了美国国立卫生研究院(NIH)给予的R01 AG02771号资助的支持，美国政府对本发明享有一定的权利。

接续案申请信息

本专利申请主张2009年12月2日提交的申请号为61/266109的美国临时申请的优先权，在此将该临时申请一并列入本专利申请作为参考。

技术领域

本发明涉及射频电磁场(标记为B1)领域，应用于磁共振成像(MRI)及磁共振波谱(MRS)仪器，尤其涉及一种将具有高介电常数(High Dielectric Constant,HDC)或低导电率的材料应用于磁共振成像或者核磁共振仪器中产生射频磁场的方法。

背景技术

在MRI和MRS成像系统的数据采集过程中，射频线圈通常用于产生或接收射频磁场(B1)以对测量样本如人体组织进行激发并检测测量样本如人体组织中的磁共振信号。射频磁场可以由单一射频线圈或者一组射频线圈产生,并可对被检样本或人体组织进行激发而使被检样本或人体组织产生核自旋。核自旋产生的磁共振信号可由激发核自旋的射频线圈接收也可由其他射频线圈接收。本发明改善了射频磁场发送和接收用的射频线圈的效能。射频线圈的效能包括由单元输入电流在感兴趣区域(ROI)内所产生的射频磁场B1的均匀性与强度。在一般情况下，输入单元电流时的射频线圈产生的射频磁场B1越强，其越能转化成样本组织的较佳接收灵敏度和较低的射频热量，当射频热量达到一定的程度时，可能对人体有害。射频线圈的接收灵敏度是通过实验的方式对标准化成像协议得到的感兴趣区域中所测得的图像信号信噪比(简称信噪比，SNR)来评估。射频磁场中的热效应可以通过计算人体内射频单位吸收率(Specific Absorption Rate,SAR)的分布情况来进行评估。

磁共振成像的信噪比对图像质量而言是极为重要的，因为MRI本质上是一种低信噪比的仪器。为了能够在给定的图像数据采集时间内获得更高的图像信噪比，人们已经付出了极大的努力和投入了大量的资源。具体地，这其中就包括使用比目前的1至1.5特斯拉更高但极其昂贵的3至7特斯拉的静态磁场强度。不幸的是，静态磁场强度的提高会导致更高频率的射频磁场，反过来，这又极大增强了组织的射频热效应并产生不均匀的射频磁场。这两个问题对高磁场MRI在人类成像的发展上构成了严重挑战。本发明在图像获得过程中提供了一种新颖的利用高介电常数材料在样本体内增强射频磁场B1的强度、降低射频单位吸收率的方法。

高磁场(3-8特斯拉)人体成像系统中的最近实验数据表明，人体本身的高介电常数对人体内的射频磁场有着重要的作用。在确定样本内部射频B1场的分布时，线圈中样本的电气性能、几何尺寸以及相对位置都是重要因素。因此，利用高介电常数材料能够促进样本或人体内部射频B1场分布的调整及样本和线圈之间的耦合。富等发明人(详细内容请参1992年第23期的医用磁共振杂志287至301页富·TK、海斯·CE、康·YW发表的名称为在高磁场成像时减少射频渗透的文章)提出了一种通过“在射频共振器的线圈和屏蔽体之间的空间加载介质”，并通过4特斯拉的磁共振成像系统进行观察，以校正人体内射频不均匀性的方法。在富的理论分析的基础上，他提出在线圈和屏蔽体之间的空间加载具有合适的相对介电常数的介质材料来改变线圈的传播常数，进而来最终调整射频均匀性。通过理论计算，富预测，在线圈和屏蔽体之间的空间加入相对介电常数在30和40之间的介电材料将会在分别对应1.5特斯拉、64兆赫和4特斯拉、170兆赫的核磁共振成像系统中，在40厘米直径的匀质体内，超过中央直径30厘米的区域内,可将射频磁场的不均匀性从+/-15％降低到+/-3％。然而，他们在4特斯拉下的实验结果表明：改进射频磁场的均匀性的同时有增加射频功率和降低线圈的灵敏度。本发明与富的方法具有至少三个实质区别：第一，本发明是将介电材料插入线圈与标本之间的空间，而富的方法是将介电材料加载在线圈与屏蔽体之间，实际上，本发明是将介电材料放置于射频线圈的相对侧，正如富的实验结果所示，富的方法产生了完全对立的结果：提高了射频能量要求和降低了线圈灵敏度；第二，理论基础完全不同，本发明中，高介电常数材料是用于配合由射频线圈和样本产生的射频磁场，富的方法中,高介电常数材料用于控制射频共振器本身的轴向传播系数；第三，富的方法中，介电材料的选择是在射频线圈或共振器的特定设计和形状基础上进行，原则上，本发明选择介电材料时不需要知道射频线圈的设计，然而，为了达到最优的效果，本发明中的HDC垫发展成与特定的线圈设计相匹配。