CN1003475B - 用于高频的有传输一测量线圈的mr(magnetic resonance磁共振)设备 - Google Patents

Abstract

为了提高在测量较高频率时的磁共振设备的灵敏度，射频发射一测量线圈（１０．３０）分成可以激励和可以输出的两个对称的绕组（３２，３４）。绕组中心接头的相互连接，可以利用平衡不平衡转换器（５４）。但其他对称的耦合器件，例如，高频变压器（７０），或合适的同轴电缆（６０，６２）也可以使用。

Description

用于高频的传输和测量线圈的MR设备

本发明的一个磁共振设备，它有一个产生均匀主磁场的磁铁系统和一个在所测试的目的物中产生磁共振信号的射频磁铁线圈。

专为X射线断层显示器设计的类似的设备已发表于LOCHER PHILIPS TECHNICAL REVIEW，VOl.41，No3，1983/84，PP.73-88。如果在这种设备中采用很强的主磁场，例如高于1特斯拉，这是用于生物体的分光测量所需要的。但是问题在于射频线圈在低于所要求的频率时就开始谐振。造成这种情况的原因主要在于射频线圈和引线的总是存在的杂散电容。这种情况存在的后果是使得射频线圈在较高的频率下毫无用处。

本发明的一个目的是避免上述的限制。为此目的，在开头一段所描述一种磁共振设备，它根据本发明具有以下特征，即射频线圈在激励时和在输出时被分成几块。

由于在根据本发明的磁共振设备中，射频线圈在激励时和在输出时被分成几块，随着所分的块数增加，线圈各匝间的电压降落成比例地减少。因此，杂散电容对射频线圈的谐振频率的影响也减少了。

在一个最佳实施例中，射频线圈被用中心接头和连接孔分成几块。块的数目取决于环境和线圈的特性。例如，一个主体线圈通常分成四块，一个较大的线圈分成两块。

在另一个最佳实施例中，两个中心接头通过作为延迟线的导体相互连接。下文称之为“平衡-不平衡变换连接”。这种延迟线可例如用同轴电缆之类东西组成。电缆的长度应按下述要求选择：能使所采用的频率产生的电延迟。

在另一个最佳实施例中，射频线圈中心接头之间用高频变压器来连接。最好是采用所谓的“带状传输线变压器”。

根据本发明的一些最佳实施例将在下文参照附图详加说明。在附图中

图-1是根据本发明的一种磁共振设备，

图-2是射频线圈的几种结构形式，

图-3是具有λ/2中心接头的射频线圈，

图-4是类似于图-2但结构不同的线圈，

图-5是用高频变压器作为中心接头的射频线圈。

图-1所示的磁共振设备包括：用以产生静态均匀磁场H的磁铁系统2，用以产生梯度磁场的磁铁系统4，分别为磁铁系统2和磁铁系统4供电的电源6和8，一个用来产生射频交变磁场的射频交变磁场及为此目的与射率信号源12相连接。为了检测被测物体由射频发射磁场所产生的磁共振信号，也利用射频线圈10，此时把它接到一个信号放大器14，信号放大器14接到相敏整流器16，整流器又接到中央控制设备18。中央控制设备18控制与射频信号源12相连接的调制器20，与梯度磁场线圈相连的电源8以及一个图形显示监控器22。高频振荡器24同时控制调制器20和相敏整流器16，对测量的信号进行处理。此外，一带冷却管道27的冷却设备26用以对主磁场的磁铁线圈2进行强制冷却，对于电阻线圈，冷却设备可以采用水冷的方式。但对于本设备中所要求的强磁场，例如超导磁铁线圈，就需要采用液氦来冷却。位于磁铁线圈2和4之间的发射线圈10包围着一个测量空间28，对于医疗诊断设备来说，要大到足以放进一个受检查的病人。在测量空间28里，同时存在主磁场H，对目的物选择剖面的梯度磁场和空间均匀交变磁场。在这种情况下，射频线圈10同时具有发射线圈和测量线圈的功能。具有这两种功能的线圈有不同的形式。例如可采用平面线圈作测量线圈。在本发明中，射频线圈10当作为发射线圈时被激励，当作为测量线圈时则输出，这在图-1中未作类似说明。在本文中，线圈10通常是把它看成是发射线圈。对于它作为测量线圈，根据互易定理，同样的考虑也是适用的。对于分别激励，参照图-2作更详细的说明。

图2-A是通常用于磁共振设备的马鞍形线圈。鞍形线圈兼备有相当高的灵敏度，很好的均匀性和紧凑的几何结构。因此常用来作发射线圈和测量线圈。一个鞍形线圈30由两个绕组（COIL HALF）32和34组成，并围成设备中的测试空间。每个绕组应大到一定的角度范围，例如达120°。接线端子36和38除了在激励线圈时用作供电端子以外，在输出线圈中产生的磁共振信号时用作测量端子。为了避免叙述上的混乱，本文只对一个绕组作详细说明。由于线圈的对称性，文中所作的描述也适用于另一个绕组。考虑到互易定理在这里是适用的，文中所作的叙述也适用于当线圈用为磁共振信号的测量线圈时，即经过射频线圈激励之后，由于核自旋发出的信号。之后，在主磁场又返回到平衡状态。在图-2B示出一个围成矩形的带有接线端子36和38的绕组32。

图-2C示出线圈32由电压源40激励的情况。电压源40在实际中是一个射频电压源。线圈中有一个射频脉冲电流I流过。在绕组32中流过的这个射频脉冲电流也可以由分布在回路各处的若干个射频电源来提供，例如在图-2D中所示的40-1，40-2，40-3和40-4四个电源。每个电源的相位和它所在的位置相适应。在这种电路结构中，只需要考虑每两个相邻电源之间的阻抗。杂散电容减少，电感也减少，结果是电路的谐振频率升高了。在图-2F以相应的方式画出有双信号源41和42的结构形式。如果信号源41和42中每一个都和图-2C中的信号源40相同，则流过绕组的射频脉冲电流的电流强度将等于2I。如果把信号源41和42分别分成两个相等的信号源41-1和41-2，42-1和42-2，就形成图-2G所示的具有中心接头43和44的结构形式。采用中心接头并不会改变线圈的激励方式。当保留中心接头43和44时，每一对信号源可以合并，形成如图-2H所示的结构形式。这种变换结果同样不会改变线圈的激励方式。把图-2H和图-2C比较，可以看到加在线圈32上的电压并没有改变。正如已经指出的，电流2I将流过电路。采用这种结构形式，由于用两个信号源和中心接头43和44形成对称激励，线圈的有效阻抗减少到一半。同样，每个绕组还可以分成两个以上的单独的电路。但是阻抗相差2倍，线圈的谐振频率将差2倍，这对许多的应用已经足够了。对于有整体线圈的频谱仪器来说，如果把线圈分成四个部分，则谐振频率可提高2倍。

采用两个信号源的作为供电源符合图-2F结构形式的线圈构造见图-3。两个绕组32和34分别通过绕组32的中心接头50和51，绕组34的中心接头52和53，和与上述接头相连的平衡不平衡变换器接头54连接到信号源55。一个调谐电路56和一个匹配电路57与信号电路相连。对于每一个绕组，阻抗减少到一半，因而谐振频率相应也提高了。

图-4为采用同一原理的另一最佳实施例。信号源55接到同轴电缆接头60和62的中心处。绕组32和34分别通过同轴导体60和62连接到信号源55上。在这种情况下，信号源也包含有一个调谐电路56和一个匹配电路57。同轴导体的屏蔽在连接点54处并不断开，而是有一个用以与中心导体相接触的铅接线（lead-through）。同轴导体所形成的杂散电容66和供电线的杂散电容68，最好是使之成为调谐电容的一部分。在实际情况里，电容66的值大约是15PE，电容68的值大约是5PE。同轴导体60和62在长度上是相等的。但由于上述导体并没有λ/2的延迟线功能，在长度上可以自由选择，并且在结构形式上改变。可以选择适合线圈几何尺寸的长度和结构。

正如上文提到，同轴电缆的电容可以用为调谐和/或匹配电容。特别是在同轴电缆用于图-4所示的实施例的时候。如果同轴电缆的端头造成可控电容的形式可能是实用的。在一个所提出的实施例中，同比较硬的管子来做电缆的外皮（COIL WIRE）。在用铜之类制成的上述管子的外面，套上可滑动的用合适的绝缘材料（例如聚四氟乙烯）制成的管子。在这个管子外面再套上一个铜的用作保护作用的可滑动的套。

第二个铜套的结构要使得可以实现在绝缘管外面轴向运动。在这种位移时，铜管被外管包围的长度将要改变，就可用来当电容调谐。需要的话，也可以在同轴电缆的中心导体与屏蔽之间加管状连接物。这种可变电容可以加在同轴电缆最合适的地方，例如靠近线圈的连接处。线圈的连接处最好是在靠近拐角的地方。因为这样一来，在测量区域内大部分都可避免磁场干扰（如果有的话）。

图-5是一种射频线圈实施例。该线圈的两个绕组间采用高频变压器70（有时称之为带状传输线变压器）相连接。这时射频线圈也有一个信号源55，信号源55也有匹配电路57和调谐电路72。同轴电缆74把信号源55与高频变压器70相连接的同时，线圈30的绕组32和34分别通过75和77，以及导线76和78相连接，并通过同轴电缆80，82，84和86和高频变压器相连接。同轴电缆80到86的长度是相同的，因此在这种情况下也实现了对每一个绕组对称激励。也可以把可调电容作成为同轴电缆的一部分，用来调谐和匹配。

参照图-6。图-6A示出一个对称的线圈回路。该回路含有一第一信号源90;一与第一个信号源90反相连接的第二信号源91;信号源电阻93和94，匹配电容C₁和C₂，C′₁和C₂′，调谐和杂散电容C，电阻为r的线圈L。信号源90或91中的一个可以用一个假信号源（用电容95）来替代。仅在线圈回路有高Q值，并且实际上整个供电电压都加在线圈L上时，才可以这样替代。替代的结果，图-6A所示的对称的线圈电路变成图-6B所示的“假对称”的线圈电路。相应地，在一个线圈中如果在回路上有几个信号源，如图-3所示，除了一个之外都可以用适当的电容替代。上述替代的结果是，在一个绕组电路32中，如图-6C所示，有信号源55，匹配电容68和调谐电容66。除了上述信号源55之外，在其他信号源或接到信号源55的相应的位置上，插入三个电容96，97和98。电容96，97和98以及信号源55最好是接在绕组拐角的地方。利用这些电容可以减少电磁场的干扰（如果有的话）。每个电容还可以作为可变电容，已见前述。

Claims (10)

1、一个磁共振设备，包括一个在测量空间中产生一个均匀主磁场的磁系统，一个在测量空间中产生一个空间均匀射频交变场的发生装置，一个用以检测产生于放置在所说的测量空间的处于被测状态的物体中的磁共振信号的装置，所说的发生装置包括一对射频线圈，所说的射频线圈相互分开以容纳必须放于其中的所说的被检测物体，

其特征在于，

所说的一对射频线圈中的一个线圈包括两个相连的部分以形成一个回路，每一个部分都有一个中心接头，

所说的磁共振设备还进一步包括一个将所说的部分的每一个上的中心接头连接到射频供给源的耦合装置。

2、按照权利要求1的磁共振设备，其特征在于，所说的每一线圈的至少两个线圈部分的中心接头用一个1/2λ的延迟线相互连接。

3、根据权利要求1的磁共振设备，其特征在于，所说的耦合装置包括一个高频变压器，所说的射频线圈部分用相等长度的同轴电缆通过条状线变压器接到所说的射频供给源。

4、根据权利要求1的磁共振设备，其特征在于，所说的耦合装置包括一个调谐电路和同轴电缆，同轴电缆各自将所说的线圈部分中的一个接到所说的供给源。

5、根据权利要求4的磁共振设备，其特征在于，所说的同轴电缆的至少一个形成了所说的调谐电路的一部分。

6、根据权利要求5的磁共振设备，其特征在于，所说的同轴电缆的至少一个的至少一个端部有一内导体部分和一外导体部分，该外导体部分可相对于所说的内导体部分轴向移动，以形成一个可调电容。

7、根据权利要求1的磁共振设备，其特征在于，所说的检测装置包括在所说的射频场被产生以后用以检测磁共振信号的线圈。

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