阅读说明：本技术 无线线圈中的网格网络 (Mesh network in wireless coil ) 是由 P·F·雷德 A·赖高斯基 R·卡尔德隆里科 于 2018-11-27 设计创作，主要内容包括：一种无线磁共振(MR)信号接收系统包括无线MR线圈(20)和基站(50)。所述无线MR线圈(20)包括线圈元件(22)和电子模块(24),所述线圈元件被调谐为接收MR信号,每个电子模块包括收发器(30)和数字处理器(32)。每个电子模块可操作地连接以接收来自至少一个线圈元件的MR信号。所述基站包括：基站收发器(52),其被配置为与所述无线MR线圈的所述电子模块的所述收发器无线通信；以及基站数字处理器(54)。所述电子模块形成可配置网格网络(60),以将由电子模块接收的MR信号无线地发送到所述基站。所述基站数字处理器被编程为操作所述基站收发器以接收由可配置网格网络无线地发送到所述基站的所述MR信号。(A wireless Magnetic Resonance (MR) signal receiving system includes a wireless MR coil (20) and a base station (50). The wireless MR coil (20) includes a coil element (22) tuned to receive MR signals and electronics modules (24) each including a transceiver (30) and a digital processor (32). Each electronics module is operatively connected to receive MR signals from at least one coil element. The base station includes: a base station transceiver (52) configured to wirelessly communicate with the transceiver of the electronics module of the wireless MR coil; and a base station digital processor (54). The electronic modules form a configurable mesh network (60) to wirelessly transmit MR signals received by the electronic modules to the base station. The base station digital processor is programmed to operate the base station transceiver to receive the MR signals wirelessly transmitted by a configurable mesh network to the base stations.)

无线线圈中的网格网络

技术领域

以下总体涉及磁共振(MR)成像技术、无线MR接收线圈技术、MR信号处理技术以及相关技术。

背景技术

由多个线圈元件组成的线圈越来越普遍，因为这样的线圈阵列可以提供并行成像数据采集，并且因此提供更快的数据采集和/或更高的图像分辨率和/或更高的SNR(信噪比)。具有多个线圈元件的MR接收线圈可以采用许多通道来并行采集，例如每个线圈元件一个。在一个说明性示例中，线圈可包括48个线圈元件和48个MR信号接收通道。在采集和压缩后，每个通道产生的数字数据内容约为20Mb/s，对于说明性的48通道线圈，则为960Mb/s。

可以通过使用单独的同轴线缆来承载每个信道来处理大带宽有效载荷，但这导致了笨拙的线缆束。在已知的改进中，单个电子模块可以包括针对两个线圈元件的前置放大器和时域或频域多路复用(TDM或FDM)，从而使同轴线缆的数量减半，但是线缆的数量仍然很大。

另一个困难是线缆可能会电耦合到MR磁场梯度或其他RF耦合。用光纤连接代替同轴线缆可以减少此问题，但是大量的连接(电流的或光纤的)仍然是一个问题。

还有一个困难是需要限制功耗。符合MR的产品必须满足严格的散热要求，以免对可能接触该产品的患者造成灼伤危险。因此，MR线圈不应产生不可接受的加热水平。

以下公开了特定改进。

发明内容

在本文公开的一些实施例中，一种无线磁共振(MR)线圈包括：线圈元件，其被调谐为接收MR信号；以及电子模块，每个电子模块包括收发器和数字处理器。每个电子模块可操作地连接以从至少一个线圈元件接收MR信号。所述电子模块形成可配置网格网络，以将由所述电子模块接收的MR信号无线地发送到基站。

在本文公开的一些实施例中，一种无线MR信号接收系统包括无线MR线圈和基站。所述无线MR线圈包括被调谐为接收MR信号的线圈元件以及电子模块，每个电子模块包括收发器和数字处理器。每个电子模块可操作地连接以接收来自至少一个线圈元件的MR信号。所述基站包括：基站收发器，其被配置为与所述无线MR线圈的所述电子模块的所述收发器无线通信；以及基站数字处理器。所述电子模块形成可配置网格网络，以将由所述电子模块接收的MR信号无线地发送到所述基站。所述基站数字处理器被编程为操作所述基站收发器以接收由可配置网格网络无线地发送到所述基站的所述MR信号。

在本文公开的一些实施例中，一种无线MR信号接收方法包括：在无线MR线圈的电子模块处接收来自所述无线MR线圈的线圈元件的MR信号；并且将所述无线MR线圈的所述电子模块的所述收发器操作为可配置网格网络，以将由所述电子模块接收到的所述MR信号无线地发送到基站。

一个优点在于能够被配置为提供最佳地降低的功耗的无线MR线圈。

另一个优点在于无线MR线圈，其能够被配置为提供最佳地减少的热量生成并因此改善患者安全性。

另一个优点在于具有提高的可靠性的无线MR线圈。

另一个优点在于能够被配置为提供优化图像质量的无线MR线圈。

另一优点在于无线MR线圈具有抵抗无线MR线圈的一个或几个电子模块的故障改进的鲁棒性。

另一个优点在于无线MR线圈，其能够被配置为提供工作线圈元件与MR成像视场(FOV)的动态匹配。

给定实施例可以不提供前述优点，提供前述优点中的一个、两个、更多或全部，和/或可以提供其它优点，对于本领域普通技术人员而言，在阅读和理解了本公开后，这将变得显而易见。

附图说明

本发明可以采取各种部件和各部件的布置以及各种步骤和各步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选的实施例的目的并且不应被解释为对本发明的限制。

图1图解地图示了包括无线MR接收线圈和相关联的RF线圈基站的磁共振(MR)成像设备。

图2图解地图示了图1的无线MR接收线圈的平面图，其中指示了说明性的FOV以及以合适的网格配置操作的无线MR接收线圈的电子模块之间的通信链路。

图3图解地图示了图1的无线MR接收线圈的四分之一的放大平面图。

图4图解地图示了由图1的无线MR接收线圈和/或RF线圈基站适当地执行的网格配置方法。

具体实施方式

参考图1，说明性医学成像设备10包括磁共振(MR)成像扫描器，其在说明性示例中包括壳体或机架12，所述壳体或机架12包含在图1中未示出的各种部件，例如通过非限制性说明性示例的方式，超导磁体或常导磁体，其生成静态(B₀)磁场，磁场梯度线圈，其用于将磁场梯度叠加在B₀磁场上的磁场梯度，全身射频(RF)线圈，其用于施加RF脉冲以激发和/或在空间上编码位于MR膛14或其他MR检查区域中的成像对象中的磁共振，等等。机器人患者榻16或其他对象支撑件能够将医学患者、接受医学检查的对象或其他成像对象装载到MR膛14中以进行成像。

继续参考图1并且进一步参考图2和3，提供了无线MR线圈20，用于接收由MR成像扫描器10的操作产生的MR信号。图2示出了整个说明性无线MR线圈20的平面图，而图3示出了说明性无线MR线圈20的四分之一的放大图。如在图2和图3中最佳地可见，无线MR线圈20包括被调谐为接收MR信号的线圈元件22，以及可操作地连接以从线圈元件22接收MR信号的电子模块24。说明性的无线MR线圈20包括以6×8的阵列布置的48个线圈元件22；然而，应当理解，该布置仅是示例性示例，并且可以在各种布置中使用多于或少于48个线圈元件，例如，通过一些另外的非限制性说明性示例的方式，无线MR线圈可以包括4、8、12个或更多线圈元件的一维布置(即线性阵列)；或者可以包括规则的N×M阵列的N·M个线圈元件(在无线MR线圈20的示例性情况下，N＝6并且M＝8，使得N·M＝48)布置的N·M线圈元件的二维布置；或可以包含未按规则的N×M阵列布置的线圈元件的二维布置。说明性的48个线圈元件22被布置在单个支撑件或基板26上；然而，由于本文公开的线圈元件是无线元件，因此替代地预期将线圈元件布置在两个或更多个不同的支撑件或基板上，例如，在另一种预期的配置中，无线MR线圈包括具有第一(前)基板26上的MR线圈元件前侧子线圈20和具有第二(后)基板27上的MR线圈元件的第二集合的背侧子线圈21(见图1)，使得前基板及其支撑的线圈元件可以被放置在被成像患者的躯干的前侧，并且后基板27及其支撑的线圈元件可以被放置在被成像患者的躯干的背面。再次，这些仅仅是说明性的布置，并且应当理解，如本文所公开的具有有效和可配置的通信连接性的无线MR线圈可以用各种合适的物理布局或布置来构造。通常，无线MR线圈可以以任何合适的形式构造成用于所选类型的成像，例如，说明性的无线MR线圈20具有片状形状，并且可以例如设置在被设置在对象卧榻16上的托盘上、托盘内或托盘下(未示出)，从而被布置为执行脊柱、躯干等的成像。替代地，无线MR线圈可以被成形为围绕头部(即，头部线圈)、围绕肢体(肢体线圈)等等。

调谐线圈元件22以接收通过使通过由MR成像设备10产生的RF脉冲激发的同位素进动而生成的MR信号。MR信号处于或接近MR频率f_MR由给出，其中，B₀是由MR成像设备10的主磁体生成的静磁场，并且γ是生成MR信号的同位素的陀螺比。例如¹H同位素具有γ＝42.58MHz/T，而¹⁹F同位素具有γ＝40.05MHz/T等等。通过任何合适的技术，例如通过调节具有电感L的线圈回路中的调谐电容器的电容C，将线圈调谐到MR信号的频率，从而将线圈回路形成为具有谐振频率f_res＝f_MR的谐振LC回路，其中，这些仅仅是说明性的示例。

特别参考图2和图3以及进一步参考图1的内嵌图A，每个电子模块24包括收发器30和数字处理器32，并且每个电子模块24可操作地连接以从至少一个线圈元件接收MR信号。在说明性示例中，每个说明性电子模块24可操作地连接以从两个线圈元件22接收MR信号，如在图2和3中最佳地可见并且如图1所中图解地示出的内嵌图A。两个线圈元件22与电子线圈模块24的非限制性说明性操作连接在图1的内嵌图A中示出，并且包括限制放大模拟MR信号的前置放大器40和将放大的MR信号转换为输入到数字处理器32的数字MR信号的模拟/数字(A/D)转换器42。通常，与单个电子模块可操作地耦合的线圈元件的数量可以是一个、两个(如图所示)、三个、四个或更多个；然而，在一些实施例中，为了避免不必要的布线复杂性以及从线圈到前置放大器的不希望的长连接长度，与单个电子模块可操作地耦合的线圈元件的数量优选地不超过四个线圈元件。数字处理器32可以是任何合适的可编程数字设备或元件——例如，数字处理器32可以是微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或其组合。

无线MR线圈20是使用电子模块24的收发器30将由线圈元件22接收的MR信号从线圈20无线发送出去的无线线圈。此外，预期电子模块24通过能量收集(例如，从MR扫描仪10生成的RF和/或磁场)和/或通过板载可充电电池(未示出)来供电，以消除与系统的所有有线连接。这样，在一些实施例中(包括说明性实施例)，无线MR线圈20不包括任何同轴线缆。在一些实施例中(包括说明性实施例)，无线MR线圈20不包括任何光纤。在一些实施例中(包括说明性实施例)，无线MR线圈20不包括任何同轴线缆并且不包括任何光纤。替代地，无线MR线圈可以包括用于接收电力的同轴线缆，和/或光纤连接，用于在由MR扫描仪10执行的MR成像序列的RF发射阶段期间传递直流信号以使线圈元件22失谐或出于除了将线圈元件接收的MR信号从线圈上传送出去之外的其他目的。电子模块24的收发器30使用任何合适的低功率、短距离无线通信协议(例如ANT^TM，WiFi，蓝牙^TM，等等)进行通信。

特别参考图1和图2，基站50包括基站收发器52和基站数字处理器54(例如，微处理器、微控制器、FPGA或其组合等)，其被编程为操作基站收发器52以接收由无线MR线圈20的电子模块24形成的可配置网格网络(将要描述)无线发送到基站50的MR信号。为了促进与无线MR线圈20的可操作通信，基站50可以包括非易失性存储器(例如闪存)，所述非易失性存储器存储线圈数据表56，所述线圈数据表56具有诸如MR接收通道的数量的信息(其在一些实施例中可以对应于相对于线圈元件22的数量，例如在说明性示例中为48通道)，无线MR线圈20的电子模块24的无线网络ID(例如，硬编码或通过根据选择的无线通信协议轮询电子模块24获得)，并且还可以存储有关线圈元件22物理布局的信息，以便将线圈元件映射到特定的MR成像视场(FOV)。

基站50使用电子模块24的收发器30接收从线圈20无线地发送的无线MR信号。如图2中示意性所示，为了以有效和可配置的方式执行该传输，无线MR线圈20的电子模块24形成可配置网格网络，以将由电子模块24接收的MR信号无线地传输到基站50。在图2中，虚线箭头指示电子模块24之间的成对链接，以图解地图示可配置网格网络60。可配置网格网络60是可配置的，至少在于每个电子模块24是可编程的，以将来自至少一个不同电子模块24的MR信号中继到至少一个其他不同电子模块或者中继到基站50。在示意性的图1的内嵌图A中，通过链接表62的方式来实现对示例性电子模块24的编程，所述链接表62存储了其他电子模块的识别，针对其他电子模块，说明性电子模块24充当MR信号中继。在临时配对的情况下，例如使用蓝牙^TM协议，配对密钥等可以存储在链接表62中。链接表62可以例如存储在闪存或其他非易失性存储器存储器中，或在RAM或其他易失性存储器中。在一些实施例中，无线通信可以采用频域复用(FDM)、时域复用(TDM)、正交编码或另一种方法来在频率空间、时间、或通过发射信号的正交性中交错电子模块24之间以及电子模块24与基站50之间的传输。

可配置网格网络60的配置需要定义哪些电子模块用作针对其他电子模块的中继，以及哪个(些)电子模块向基站50发送MR信号数据。可配置网格网络可以被配置为在成像序列期间实现各种目的，例如以最小化总功率以将由电子模块24接收的MR信号无线传输到基站50(并且从而最小化由无线MR线圈20引入的热加热并且因此提高了患者的舒适度和安全性)；使可配置网格网络的任何无线通信链路的最小信号强度最大化(从而增强可靠性)；等等。在一种方法中，基站50用作用于配置可配置网格网络60的中央协调器。为此，在一种说明性方法中，基站数字处理器54还被编程为执行网格配置操作，包括：使用基站收发器52来轮询无线MR线圈22的电子模块24；优化与无线MR线圈的至少一个操作度量相对应的可配置网格网络60的网格配置，以生成经优化的网格配置(其中使用根据轮询确定的信息来计算无线MR线圈20的操作度量)；并且传输控制信号以控制所述无线MR线圈20的所述电子模块24，以根据经优化的网格配置形成所述可配置网格网络。选择操作度量以实施期望的优化。例如，如果期望的优化是最小化功耗，则操作度量可以是∑_i∈{M}P_i或者或者要被最小化的类似度量，其中，{M}是电子模块24的集合，≤|M|是电子模块24的数量，并且P_i是通过i索引的用于测试网格配置的电子模块的功耗(P_i可以根据经验通过使用测试网格配置执行测试通信来确定，或基于轮询的“每通道”功耗以及在测试网格配置中由模块i支持的模块-模块或模块-基站通道配对的数量进行计算)。作为另一示例，如果期望的优化是使可配置网格网络的任何无线通信链路的最小信号强度最大化，则操作度量可以是min(S₁,S₂,…,S_L)或者要被最大化的类似指标，其中S_l是用l索引的模块-模块或模块-基站传输链路的信号强度，并且L表示被测试的网格配置中此类传输链路的总数。这些仅是示例。参见，例如，Eslami等人的“A Survey on Wireless Mesh Networks:Architecture,Specifications and Challenges”,2014 IEEE 5th Control and System GraduateResearch Colloquium,8月11-12日,UiTM,Shah Alam,Malaysia,第219-222页(2014)。用于控制无线MR线圈20的电子模块24以形成与可优化网格配置相符的可配置网格网络的控制信号例如可以是识别要被建立以实现优化的网格配置的模块-模块和模块-基站配对的一对标识符序列。

可配置网格网络60的配置的另一任选方面是操作线圈元件的选择。例如，可配置网格网络60可以是可配置的，至少在于，电子模块24可被配置为禁用未耦合至MR成像视场(FOV)64的线圈元件22(见图2)。在一些情况下，MR成像FOV可以小于线圈元件22所覆盖的面积，使得一些线圈元件没有(很好地)与MR成像FOV 64耦合。为了解决这个问题，可以进一步对基站数字处理器54进行编程，以将MR成像FOV(例如，在MR成像设备10被设置为执行特定成像序列时从MR成像设备10接收)映射到无线MR线圈20的线圈元件的集合并操作基站收发器52以将无线网格配置信号发送到无线MR线圈20的电子模块24，以识别线圈元件的集合。映射的线圈元件是那些与MR成像FOV(良好)耦合的线圈元件。然后，通过电子模块24关于FOV方面配置无线MR线圈20的可配置网格网络60，所述电子模块24禁用在通过无线网格配置信号耦合至FOV的线圈元件的集合中不包括的线圈元件22中的那些。

作为说明，图2中所示的可配置网格网络60被配置为使得在所指示的MR成像FOV64内仅线圈元件的4×4阵列是活动的(所有其他线圈元件作为网格配置的一部分被可操作地连接的电子模块24禁用)。此外，所述4×4阵列的最左边的四个电子模块24与右边相邻的那四个模块配对，以此类推，其中，所述4×4阵列的最右边的四个电子模块与基站50配对以将MR信号传送到基站50。这样的网格配置在功率消耗方面是有效的，因为传输长度被最小化(因此最小化了操作度量)，并且在可靠性方面是有效的，因为预计短传输长度会具有高的信号强度(因此可最大限度地提高操作度量min(S₁,S₂,…,S_L))。这仅是说明性示例，并且可以通过针对无线MR接收线圈20的不同操作度量或不同布置的优化来实现不同的网格配置(例如，如果基站位于图2中的线圈“上方”，那么中继链路将优选地从最底层的电子模块到最顶层的电子模块延伸，最后再中继到基站)。更一般地，所公开的方法促进了诸如全身成像之类的应用的成像区域的可缩放性。所公开的网格网络MR线圈设计方法支持用于多线圈应用的成像区域的快速可缩放性，并且在扫描中使用的所有线圈元件不需要驻留在单个物理MR线圈中。网格网络可以由多个MR线圈中的MR接收元件制成。这是所公开的用于MR线圈设计的网格方法的优点，即，MR接收线圈元件可以位于整个系统的不同MR线圈中，并且以给定的网格配置动态地组合。这有利于将线圈开发扩展到非解剖线圈设计，其在于，一个MR线圈可以支持多种成像协议，只要该线圈可以接收足以有助于诊断图像的MR信号即可。

参考图4，示出了无线MR线圈20和基站50的说明性操作。在操作100中，基站50接收MR成像FOV。在基站数字处理器54执行的操作102中，MR成像FOV被映射到与FOV(良好)耦合的线圈元件。在操作104中，基站数字处理器54操作基站收发器52以轮询电子模块24(或者，在变型实施例中，仅控制与MR成像FOV耦合的控制线圈元件的那些模块)以确定用于优化网格配置的信息，例如模块-模块和模块-基站配对信号强度，每个模块的功耗等。在操作106中，基站数字处理器54优化与无线MR线圈的至少一个操作度量相对应的网格配置，以生成经优化的网格配置。任选地，所述优化可能仅需要那些与用于对MR成像FOV成像的线圈元件可操作地耦合的电子模块。在操作108中，从基站收发器52向电子模块24的收发器30广播经优化的网格配置信号(或用于实现经优化的网格配置的控制信号)。(替代地，电子模块的当前网格网络可以用于将该信息中继到模块以执行操作108)。

在操作110中，在电子模块24处(或在控制线圈元件没有因未与FOV耦合而被禁用的那些模块处)接收网格配置信号，并且在操作112中，电子模块24通过建立无线通信链接而形成经优化的网格网络(即模块-模块链接和模块-基站链接以实现优化的网格网络)。在随后的进行中的操作114中，电子模块使用实现的经优化的网格网络来将接收到的MR信号无线发送到基站50。

随着正在进行的MR信号卸载操作114的继续，在任选的诊断操作116中，电子模块24和/或基站50可以监视无线MR线圈20的信号强度、模块功耗或其他操作参数，并且如果检测到问题(例如，信号强度低到无法接受的链接，电子模块过热等)，可以重新配置网格网络以缓解检测到的问题(例如，通过重新路由网格网络以消除信号强度低的链接，或通过重新路由一些网格网络流量，使其远离过热的电子模块，等等)。

在图4的说明性示例中，优化的网格配置由基站50在操作102、106确定，这是因为基站50的有利的方法通常可以具有更大的数据处理能力，和/或多个操作功率。然而，在其他预期的实施例中，电子模块24可以基于本地信号强度测量结果、单独的模块功耗值等来确定或调整网格配置。

己经参考优选实施例描述了本发明。本领域技术人员通过阅读和理解前述的详细描述，可以进行各种修改和变型。旨在将本公开理解为包括所有这样的修改和变更，只要它们落在所附权利要求或其等价方案的范围之内。