專利名稱：用于在磁共振系統(tǒng)中使用的超聲波換能器的射頻屏蔽件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于超聲波換能器(transducer)或者在磁共振成像或者光譜學(xué)系統(tǒng)中使用的類型的射頻(RF)屏蔽。
背景技術(shù)：
當(dāng)操作超聲系統(tǒng)，如HIFU系統(tǒng)時(shí)，超聲能量(超聲波)必須經(jīng)由適合的介質(zhì)從超聲波換能器傳輸?shù)侥繕?biāo)主體，如病人。對(duì)于介質(zhì)是液體來(lái)說(shuō)，也可能有利的是能夠傳送熱量離開(kāi)換能器或者主體表面。典型地脫氣水用作這樣的介質(zhì)。當(dāng)連同磁共振成像或者光譜學(xué)系統(tǒng)操作這種超聲設(shè)備時(shí)，會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題，如在磁共振引導(dǎo)HIFU(MRg HIFU)方法中的情況一樣。一個(gè)問(wèn)題是用于在磁共振系統(tǒng)中發(fā)射的RF天線可以與液體或者換能器本身耦合。由于磁共振中使用的高RF發(fā)射能量，這種耦合可能損壞超聲波換能器。此外，可能會(huì)出現(xiàn)能量(功率)被液體或者被換能器吸收，以使得用于磁共振系統(tǒng)的RF發(fā)射功率不得不相應(yīng)地增加。并且，換能器和液體的存在可能引起磁共振發(fā)射線圈失調(diào)，導(dǎo)致朝向與線圈連接的放大器的反射，并且再一次需要更高的發(fā)射功率。最后，介質(zhì)的絕緣效果會(huì)不利地減少RF發(fā)射磁場(chǎng)的磁場(chǎng)均勻性，因此在結(jié)果圖像中引起假象。在應(yīng)用非常高磁場(chǎng)的磁共振系統(tǒng)中，絕緣效果可以引起特定吸收的大熱點(diǎn)，因此引起病人不舒適，或者甚至傷害病人。問(wèn)題的另一范疇來(lái)自于磁共振系統(tǒng)的射頻天線，磁共振系統(tǒng)用于與液體或者換能器本身接收耦合。該接收天線的耦合，由于在液體或者換能器中的損失，可以引起磁共振接收線圈檢測(cè)(接收)更高等級(jí)的熱噪。并且，接收線圈可能變得失調(diào)，在與接收線圈連接的放大器中導(dǎo)致更高的噪音因數(shù)，并且因此降低對(duì)同時(shí)檢測(cè)的有用的磁共振信號(hào)的敏感性。此外，被送到超聲波換能器的電RF超聲信號(hào)(由一個(gè)或者多個(gè)基礎(chǔ)頻率，它們的諧波和可能存在在“不清楚”的信號(hào)中的其它頻率構(gòu)成)會(huì)耦合到接收線圈中，該耦合進(jìn)來(lái)的信號(hào)的任何部分被隨后在接收MR信號(hào)的處理中被數(shù)字化，這會(huì)在重新構(gòu)建的圖像中引起假象。超聲信號(hào)也可能引起與線圈連接的二極管的轉(zhuǎn)換、從期望的阻擋狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)，因此關(guān)閉線圈(排除接收)，或者可能引起放大器飽和。問(wèn)題的另一個(gè)范疇是由于耦合介質(zhì)可以自身產(chǎn)生磁共振信號(hào)的事實(shí)。對(duì)于磁共振系統(tǒng)的影像的視場(chǎng)而言，為了避免信號(hào)“折疊”，其被選擇以使得包括由耦合介質(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)可能是不可避免的，并且這可能反過(guò)來(lái)增加掃描時(shí)間，或者可能降低可實(shí)現(xiàn)的圖像分辨率。此外，如果介質(zhì)呈現(xiàn)出流動(dòng)，這可能引起在重新構(gòu)建磁共振系統(tǒng)圖像中的假象。該超聲系統(tǒng)的例子是HIFU系統(tǒng)，非病灶治療的超聲碎石術(shù)，診斷超聲，引起用于基于磁共振的剪切波的流體彈性動(dòng)力學(xué)的剪切波的超聲設(shè)備，和其它的相當(dāng)?shù)某曄到y(tǒng)。已知致力于上述問(wèn)題中的一些的大量技術(shù)，但是沒(méi)有已知技術(shù)可以減輕所有上面舉出的問(wèn)題。已知耦合介質(zhì)其不會(huì)在磁共振圖像中產(chǎn)生對(duì)比，該介質(zhì)如油、全氟化碳等。假設(shè)應(yīng)用的介質(zhì)事實(shí)上不產(chǎn)生MR對(duì)比，該方法可能限制折疊假象和流動(dòng)假象。該介質(zhì)然而可能仍然呈現(xiàn)出電損失和絕緣特性，其會(huì)限定傳輸和接收線圈是否和如何強(qiáng)地與介質(zhì)耦合。使用該不產(chǎn)生對(duì)比介質(zhì)然而不會(huì)解決傳輸線圈與超聲換能器本身的耦合問(wèn)題，以及超聲換能器與磁共振接收線圈之間的耦合問(wèn)題。當(dāng)選擇可替換的液體是昂貴的時(shí)候，其它因素必須被考慮，熱傳載特性，超聲特性，老化特性，生物相容性和與設(shè)備的其它材料的相容性。已知信號(hào)抑制技術(shù)，如飽和波段(saturation band)和流量抑制，其減少了來(lái)源于超聲耦合介質(zhì)的信號(hào)。然而，該技術(shù)還沒(méi)有證明有效地抑制信號(hào)，并且對(duì)信號(hào)獲得有影響。此外，因?yàn)轱柡筒ǘ我源蟮慕粨Q角度(flip angle)來(lái)執(zhí)行，這進(jìn)一步增加了局部特定吸收比(absorption ratio)。超聲波換能器具有接地面，因此另一個(gè)減輕超聲波換能器與發(fā)射和接收天線之間的耦合的已知技術(shù)是用于分割換能器的接地面。然而，該分割不總是足夠的。為了減輕電RF超聲信號(hào)和接收線圈之間的耦合，已知使用過(guò)濾掉不想要的信號(hào)的阻塞電路。該阻塞電路與接收線圈或者它們的信號(hào)鏈集成。因此，該方法要求使用專門的線圈，并且不能使用在已經(jīng)裝配傳統(tǒng)線圈的系統(tǒng)中。進(jìn)一步的方法是同步超聲波處理(活動(dòng))次數(shù)，以使得磁共振信號(hào)接收和超聲波處理不同時(shí)發(fā)生。這需要同步電路和架構(gòu)，并且可能限制超聲波和/或磁共振成像的工作循環(huán)。在HIFU的情況中，例如，當(dāng)HIFU活動(dòng)與多切片磁共振數(shù)據(jù)獲得交錯(cuò)，可得到的工作循環(huán)已經(jīng)明顯地減少。使用多切片的順序獲得實(shí)現(xiàn)更高的HIFU的工作循環(huán)，但是具有在磁共振信號(hào)中具有更低的信噪比以及更低的瞬時(shí)分辨率的損失(penalty)。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，為用于超聲波換能器和耦合介質(zhì)提供了一種RF屏蔽件。該RF屏蔽件由導(dǎo)電外殼形成，其具有開(kāi)口的內(nèi)部，其內(nèi)部的尺寸和形狀包圍所采用的特定類型的超聲波換能器；以及至少一個(gè)圍繞換能器的小的區(qū)域，在該區(qū)域可能存在“暴露”的耦合介質(zhì)。屏蔽件具有與其連接的引線，允許屏蔽件設(shè)置在合適的電位。屏蔽件殼體的開(kāi)口的頂部由導(dǎo)電線網(wǎng)覆蓋，其與屏蔽件殼體電連接。屏蔽件的底部留有開(kāi)口，以接收超聲波換能器。通過(guò)RF屏蔽換能器和耦合介質(zhì)，可以緩和上述指出的問(wèn)題。發(fā)射到屏蔽腔內(nèi)的RF能量顯著減少，因此從磁共振主體線圈到超聲介質(zhì)和到換能器的耦合相應(yīng)地減少。相反地，防止射頻能量從屏蔽腔的內(nèi)部出去。因此，磁共振接收線圈的耦合也最小化。此外，源自于屏蔽腔內(nèi)部的磁共振信號(hào)同時(shí)通過(guò)減少由發(fā)射場(chǎng)激勵(lì)的信號(hào)量和由接收線圈接收的信號(hào)量而減少。因?yàn)槠帘渭饲笆鎏岬降木€網(wǎng)還在它的頂側(cè)開(kāi)口，它對(duì)超聲波傳輸來(lái)說(shuō)是非常透射的。
圖1是用于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的超聲波換能器的RF屏蔽件的實(shí)施例的透視圖。圖2是圖1的RF屏蔽件的平面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的RF屏蔽件的進(jìn)一步實(shí)施例的透視圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的RF屏蔽件1在圖1和圖2中示出。在本實(shí)施例中，RF屏蔽件1具有由導(dǎo)電材料，例如銅構(gòu)成的大致圓柱形的屏蔽件主體2，屏蔽件主體2具有內(nèi)部腔，內(nèi)部腔具有允許超聲波換能器4放置其中的尺寸和形狀。屏蔽件主體2的內(nèi)部腔也可以大到足夠包圍圍繞換能器4的小的環(huán)形區(qū)，在該區(qū)可以設(shè)置“暴露的”耦合介質(zhì)。屏蔽件主體2的另外的開(kāi)口頂部由線網(wǎng)3覆蓋，線網(wǎng)3也由導(dǎo)電材料構(gòu)成，并且與屏蔽件主體2電連接。屏蔽件主體2其中具有開(kāi)口，其允許用于向內(nèi)部腔中的超聲波換能器供應(yīng)電力的電纜5前進(jìn)到那里。屏蔽件1設(shè)置有它自己的電引線6，電引線6允許全部屏蔽件主體和線網(wǎng)3設(shè)置在選擇的電位。某些類型的超聲波換能器可以設(shè)置有冷卻系統(tǒng)，其中水或者某些其它的冷卻劑在超聲波換能器下面循環(huán)。當(dāng)換能器和RF屏蔽件1用于磁共振系統(tǒng)中時(shí)，RF屏蔽件1阻止源自于冷卻劑(水)磁共振信號(hào)在所形成的磁共振圖像中生成的流動(dòng)假象。RF屏蔽件1基于的基本物理原理是電磁通量在屏蔽件中感應(yīng)電流，RF屏蔽件1的環(huán)境中由于與線的電耦合，該電流被快速衰減。屏蔽件將電磁伴隨而來(lái)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹車械臒崃?。如果在周圍的水中存在自由的電?電離子)，能量耗散更快。然而，即使使用去除礦物質(zhì)的水，水分子仍然是高極性的，并且因局部電場(chǎng)而振蕩，以通過(guò)絕緣耦合以足夠有效的方式耗散能量。因?yàn)榛驹?，RF屏蔽件1不能在空氣中單獨(dú)地起作用，也不能完全地浸入非極性絕緣介質(zhì)中，例如油。盡管如圖1和圖2的實(shí)施例中示為中空?qǐng)A柱體(以及也在圖3的實(shí)施例中)，屏蔽件主體2可以是任何適合的形狀，仍然僅必需的是其內(nèi)部腔的尺寸和形狀配置為接收和包含要屏蔽的類型的超聲波換能器。RF屏蔽件IA的進(jìn)一步的實(shí)施例在圖3中示出。在該實(shí)施例中，屏蔽件主體7在其中具有多個(gè)窗口 8，以使得屏蔽件7的腔的內(nèi)部的區(qū)仍然被形成為在所生成的磁共振圖像中至少稍微可見(jiàn)，而沒(méi)有顯著地削弱屏蔽效果。在該實(shí)施例中，由于形成屏蔽件主體7的材料相對(duì)薄，窗口 8的出現(xiàn)可能減少整個(gè)屏蔽件的機(jī)械穩(wěn)定性，因此可以圍繞屏蔽件主體7的內(nèi)周邊設(shè)置塑料插入件10。 在每個(gè)實(shí)施例中，為了避免來(lái)自用于磁共振成像中的切換梯度的渦流電流，RF屏蔽件可以是分段的。線網(wǎng)3優(yōu)選具有單獨(dú)的厚度，其小于或者等于所使用的超聲波波長(zhǎng)的近似10%。作為使用線網(wǎng)3的替換，可以使用薄的導(dǎo)電箔，其類似地不顯著削弱超聲波輻射。該箔具有提供密封的內(nèi)部腔的優(yōu)點(diǎn)。通向超聲波換能器4的電纜5它們本身應(yīng)該是單獨(dú)屏蔽的。雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員可以建議改進(jìn)和變化，但是發(fā)明者的本意是在此授權(quán)的專利中涵蓋所有變化和改進(jìn)，如合理地和合適地進(jìn)入本技術(shù)它們貢獻(xiàn)的范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種射頻(RF)屏蔽件，包括具有開(kāi)口的內(nèi)部腔的屏蔽件主體，所述內(nèi)部腔的尺寸和形狀配置為在其中接收發(fā)射超聲波的超聲波換能器；基本上超聲波透過(guò)的蓋子，所述蓋子在所述屏蔽件主體頂部上延伸，所述超聲波穿過(guò)所述蓋子前進(jìn)；以及所述屏蔽件主體和所述蓋子每一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成并且彼此電連接，以形成大致包圍所述內(nèi)部腔的RF屏蔽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF屏蔽件，其中所述屏蔽件主體是中空?qǐng)A柱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF屏蔽件，其中所述屏蔽件主體在其中包括多個(gè)周邊開(kāi)口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF屏蔽件，包括在所述開(kāi)口上、圍繞所述屏蔽件主體周邊延伸的導(dǎo)電線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF屏蔽件，包括在所述內(nèi)部腔中鄰近所述屏蔽件主體的內(nèi)周邊的塑料插入件。
6.一種屏蔽的超聲波換能器系統(tǒng)，包括發(fā)射超聲波的換能器；具有開(kāi)口的內(nèi)部腔的屏蔽件主體，所述內(nèi)部腔的尺寸和形狀配置為在其中接收所述超聲波換能器；基本上超聲透過(guò)的蓋子，所述蓋子在所述屏蔽件主體頂部上延伸，所述超聲穿過(guò)所述蓋子前進(jìn)；以及所述屏蔽件主體和所述蓋子每一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成并且彼此電連接，以形成大致包圍所述內(nèi)部腔的RF屏蔽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的屏蔽的超聲波換能器系統(tǒng)，其中所述屏蔽件主體是中空?qǐng)A柱形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的屏蔽的超聲波換能器系統(tǒng)，其中所述屏蔽件主體在其中包括多個(gè)周邊開(kāi)口。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的屏蔽的超聲波換能器系統(tǒng)，包括在所述開(kāi)口上、圍繞所述屏蔽件主體周邊延伸的導(dǎo)電線。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的屏蔽的超聲波換能器系統(tǒng)，包括在所述內(nèi)部腔中鄰近所述屏蔽件主體的內(nèi)周邊的塑料插入件。
11.一種用于屏蔽在磁共振系統(tǒng)中使用的超聲波換能器的方法，包括以下步驟在具有RF發(fā)射線圈和RF接收線圈中至少一個(gè)的磁共振系統(tǒng)中操作超聲波換能器；以及在所述磁共振系統(tǒng)中用RF屏蔽件圍繞所述超聲波換能器，所述RF屏蔽件基本上阻止在所述超聲波換能器與所述傳輸線圈和所述接收線圈中的所述至少一個(gè)之間的耦合。
全文摘要
一種在磁共振系統(tǒng)中使用的超聲波換能器設(shè)置有RF屏蔽件，RF屏蔽件由導(dǎo)電材料構(gòu)成并且具有配置為接收在其中的超聲波換能器的內(nèi)部腔。RF屏蔽件實(shí)質(zhì)地阻止了超聲波換能器和任何所應(yīng)用的耦合介質(zhì)、和磁共振系統(tǒng)的發(fā)射和接收線圈之間的耦合。
文檔編號(hào)B06B1/06GK102573436SQ20111033970
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者M.維亞倫, R.薩洛米爾 申請(qǐng)人:西門子公司