CN1004171B - 用表面线圈探测的核磁共振仪 - Google Patents

Abstract

为提高核磁共振仪的测量精度，备有一个或几个表面线圈（１３）作测量线圈，为避免高频激励线圈（１０）与测量线圈间的互相干扰在激励线圈（１０）工作时，用一祛耦回路（３６）装备一测量线圈把线圈１３调至更高的自然频率，另一方面当用表面线圈（１３）探测时，将激励线圈（１０）通过低电阻短路回路（７２）短路，由此避免对高频测量讯号的干扰。

Description

用表面线圈探测的核磁共振仪

核磁共振仪包括产生一个均匀主磁场（HO）的装置和一个产生梯度场的装置及一个可在试验空间产生局部均匀的高频交变磁场的线圈和一个用于探测在被试物中产生的核磁共振讯号。这类核磁共振仪可从1982年D.G Gadiam（盖丁）（Clarendon press Oxford）著的“核磁共振及其在生命系统中的应用”一书中第8章164页和“计算机断层X线照相技术”2～10页，（1981年第1期）中了解到，其中论述了使用所谓表面线圈测量血液流动的优点。即在探测过程中可得到较好的讯噪比，可使探测线圈的尺寸与形状与被插物相适应，并在靠近线圈的相当小的区域内可得到精确的测试结果。要用一种较大的线圈常称为主线圈，来产生激励高频电磁场，否则就不能产生足够的均匀场。如因某种原因希望仪器能把激励线圈与作测量用的表面线圈放在非互相垂直位置，则会出现严重干扰。表面线圈将被激励场所感应，可能达到使探测回路过载的程度，这样会使前置放大器毁坏。反之，当激励时，表面线圈内的感应电流会干扰高频激励场，可能产生不成为正确的90°和180°的激励脉冲。这种作用会限制表面线圈使用，另一方面由于这种不希望有的效应，将丧失表面线圈的许多优越性。

本发明提出了改进措施，可使这种核磁共振仪测量用的表面线圈能用于任何位置，和放在任何方向，本发明用新型探测线圈，完成了如前言中所提出的这种核磁共振仪，探测核磁共振讯号的表面线圈带有一个祛耦回路，可消除高频激励线圈带来的影响。

因为按本发明中所用核磁共振仪的表面线圈在激励线圈工作时，有祛耦作用，故不会在线圈中感应出干扰电流，不论激励线圈和测量线圈放置的方向如何，都可避免干扰现象的出现。

在较佳的实施例中，至少当高频激励线圈工作时，表面线圈的频率将调至比系统的工作频率高许多，这种较高的工作频率被欢迎的，不然测量线圈将保持较强的传导电流。

这种祛耦效应是在表面线圈调整回路内使用可变电容C。在祛耦过程中，电容C值较低，结果使调整回路的自然频率增高。如同单个可变电容，例如电可控变溶二极管将不能承受出现的电压，则需用几个同类电容串联。为保持正确的电容值，还需将几组串联电容并联连接。

对于对称探测，还要用平衡-不平衡转换器的连接。祛耦电路接在该连线与表面线圈的端头之间。常喜欢在功率源与祛耦线路同加一个高阻。这保证调谐回路的Q值对工作频率不会带来有害的影响。

本发明的另一个较佳实施例中当用测量线圈插测时，高频激励线圈通过小电阻短路，最好是用二极管电桥。作短路回路用两个电阻和二极管的串联组合，这里也须避免互相干扰。短路回路可用桥路与其电源连接。

另一个较佳实施例至少有两个完全相同的或相近似的表面线圈分别具有祛耦回路，并将祛耦回路接成互相自动联系，这里列出了几种用于眼、耳、或乳房检查的仪器的表面线圈。对被检测物用两个表面线圈作检查有其优越性，例如，对于一般患者是很宽敞的激励线圈，由于要求也必须可以检查大多数是较肥胖的患者。表面线圈在测试时应直接对着被测部位，因为这里用较大的激励线圈才能得到足够的均匀激励场激发起核磁共振，每个表面线圈部有祛耦回路。这些祛耦回路可互相连接在一起。

以下将参考附图，对本发明的若干实施例作更详细的描述。

图1为具有两个表面线圈的核磁共振仪。

图2为两个表面线圈和两个表面线圈系统。

图3是一种表面线圈用的祛耦回路。

图4是这类祛耦线路的开关电路详图。

图5为本发明之一种在线圈系统中的主线圈用短路回路。

图1所显示的核磁共振仪包括产生静止均匀磁场HO的线圈系统2，产生梯度磁物的线圈系统4，分别供线圈系统2和4的电源6和8线圈10用于产生高频交变激励磁场，并与源12连接。本发明实施例用两个表面线圈13，来探测由高频激励场对被试物产生的核磁共振讯号。为了便于读出，两个线圈13与讯号放大器14相连。讯号放大器14接到相敏整流器16，它是与中心控制系统18连接。而中心控制系统18又控制高频源12的调制器20以及梯度线圈和显象器22的电源8用一个高频示波器24驱动调制器20和相敏整流器16以处理讯号。冷却系统26用冷却管27冷却主磁场的电磁线圈。这种冷却系统可由水冷却常规线圈或用液氦冷却超导线圈。在磁铁系统2和4内的激励线圈10，包含测量空间28，用于医用诊断，这样已有足够地方可容纳患者。必须在测量空间28内产生均匀磁场HO，用于选取显示截面位置的梯度场，和空间的均匀高频交变场。表面线圈13至空间28的位置可调，对于作脊椎和一般身体检查，最好是，在治疗台上插入一个线圈，此台附有辅助的位置调节装置，并在空间28内的位置可调，其第二个线圈在测试时可分开接到身体或身体被检查的部位线圈13在大多测试条件下，可以单个或两个都随患者移动，特别是当患者改变位置时。

图2是激励线圈10和表面线圈13的透视图，显示了两者位置关系，其磁场方向可视为互相平行的，因为在此条件下，激励线圈和表面线圈的线圈平面，实质上是互相平行的。用虚线表示的表面线圈13′安排定义成垂直方向。只有在这垂直方向上不会被激励线圈感应出干扰电流。由于微励线圈的表面部分有柱形套筒，并由于激励磁场的扇形扩大，这只适用于第一近似。垂直场并不是最适用于许多类型的检查，由于激励线圈和测量线圈间互相感应耦合，这种装置的检验范围是显然受限制的。

这种限制可用一个表面线圈的祛耦回路来除去。图3是这类祛耦回路的基本线路图。须被祛耦的表面线圈由一个用于对称驱动的平衡-不平衡转换器线路30和两个最好是变容二极管形式的可变电容15组成一个LC调谐回路。用可变电容元件17，这里也最好是用变容二极管来使LC回路祛耦，为此目的，所有变容二极管可设定为较低的电容值。导线31将整个组合接至读出装置，见图1中之14在此就不详述了。

更详细的开关线路见图4，包括线圈13、平衡-不平衡变换器线路30和连接线31，调谐回路32，如盖丁（Gadian）著的书中170～171页所述的，但此处用两个变容二极管33经过祛耦电阻34连至电源35。祛耦回路36有两个可变电容38和40，其中间接点42经高频祛耦电阻44接至电源45的正极。另一端连接可变电容38和40，分别通过高频祛耦电阻48和50接至电源45的负级。电源35和45可以作为单独电源。匹配回路这里是用变容二极管33，这是一种机械调节可变电容或是其他方式的可调电容，但这里所提到的实施例具有一定的，关于可靠性和开关速度方面的技术优点，祛耦电阻的电阻值可取500KΩ。一前置放大器可如前述接在端31。

这里所用的祛耦回路包括两个变容二极管，可以选用一个变容二极的或几个变容二极管组成串并联组合，这取决于希望出现在变容二极管上的最高电压是多少。可以通过调节电源45来调节祛耦回路与匹配回路的电压。

当探测被检查物产生的核磁共振讯号时，激励线圈和测量线圈或其他测量线圈都工作在同一频率，称为拉姆频率。这经常导致耦合谐振回路的Q值下降，并带来测量线圈谐调麻烦。在这种情况下，除去激励线圈对表面线圈的耦合，实际上是不可行的，因为由于高压及高功率，不能使用所讲的那种可变电容。解决这个问题的办法是用图5所示的短路回路。激励线圈10由LC回路组成含有可变调谐电容7，在此可利用短路回路72控制短路，短路回路72由较小的电阻和4个二极管76和两个较大容量的固定电容78构成的桥路74所组成。这桥路用可变电源80通过两个较大的祛耦电阻82供电。在使用短路回路72时，至少当探测讯号时，LC回路可调至不同的自然谐振频率，因为线圈10的小电阻R由阻抗R+iwL所代替。结果将不会出现这种不希望发生的效果。进一步限制使用表面线圈，尤其当被测物较大时，这是由于表面线圈的有效磁场区相当严格，且在深度方向的延伸并未比线圈表验尺寸大很多。当讯号相当弱时，为了避免干扰，最好是在线圈尺寸两倍的距离内的地方取讯号，特别是因为较高的噪音限制了测量的正确性。当用两个表面线圈作为测量线圈，把被测物放在线圈中间，这个缺点可通过在激励时将一个测量线圈祛耦合，而另一个不祛耦来加以克服，如果这样会对仪器不利，则可局部祛耦这个未被完全祛耦的测的测量线圈在整个距离内补偿了激励线圈的磁场这是决定于线圈的表面积和耦合程度。当第二个测量线圈完全没有祛耦合，可得到最大程度的补偿。当用第一个测量线圈作探测时，该线圈在激励时是完全祛耦合的，则不需要在很大的距离作测量，对讯噪比和测量讯号的分解率都有好处。当作探测时，第二个测量线圈最好完全祛耦合，激励线圈按给定方式的短路。很明显，在此过程中这两个测量线圈的功能可以被改变。在作短时测量及重显时间，如前所提及的用这方法不会损失空间分解率，并可有较好的讯噪比，或以同一测量时间，而可得到较高的空间分解率。

如用一个激励线圈作体部测量，另一个激励线圈作头部测量，最好在这些线圈中加以短路回路。这些回路可以互相耦合，这样，由线圈带来激励讯号的任何干扰可以避免或至少可衰减至足够小的程度。

在实际使用中，一个用超导线圈的核磁共振仪，其测量讯号的噪音部分是取决于被测物的。当被测物在测量空间已被激励，而只作局部范围测量，那未被激励的整个被测物对测量讯号会增加噪音。如果测量不用激励线圈，但用两个表面线圈，而它是按本发明提出的方法在激励时已被祛耦了，则只有由此线圈的宽度所决定的被测物部分所产生的噪音才加到测量讯号中去。常用于脊髓插查使用主线圈宽50公分，长约60公分，表面线圈为10×40公分²，这样容量的被测体在测量-垂直截面区时所产生的噪音可按线圈在与截面成直角方向上的大小成比例地减小即为60比10。当表面线圈作90°旋转，也可以相似地减小径向截面的测量噪音。因此，对于冠状截面的测量的讯噪比不能获得改善，而对于这些测量，激励线圈也可作为测量线圈使用。这时表面线圈则被祛耦合或可能从装置上被移去。

在核磁共振仪测量中使用常规铜线圈产生主磁场，则此设备本身决定了噪音。用直径30公分的环形表面线圈比用激励线圈测量时其讯噪比可增加到两倍。

Claims (9)

1、一种核磁共振仪，包括用来产生一个主均匀磁场（HO）的装置（2）、一个产生梯度磁场的装置（4）、一个在测试空间内产生一个局部均匀的交变射频磁场的激励线圈（10）和一个检测在被测物中产生的核磁共振信号的测量线圈，其特征在于，作探测用的测量线圈由一个表面线圈（13）组成，该表面线圈具有一个电子祛耦电路（36），在激励线圈（10）通电时，接通电子祛耦回路（36）以实现测量线圈（13）的祛耦合，电子祛耦回路（36）包括至少有一个电子学上可控的可变电容元件（17、38、40）。

2、根据权利要求1所述的核磁共振仪，其特征在于，当激励线圈（10）通电时，电子祛耦回路（36）把探测线圈（13）调谐至比激励线圈的频率更高的自然频率。

3、根据权利要求1或2所述的核磁共振仪，其特征在于，电子祛耦回路（36）包括几个可变电容元件（38、40），接成串并联回路。

4、根据权利要求1或2所述的核磁共振仪，其特征在于，电子祛耦回路被接在成对称（平衡）的横跨线圈的连接件及线圈（13）的两端之间。

5、根据权利要求1或2所述的核磁共振仪，其特征在于，电源（45）通过高阻（44、49、50）供给电子祛耦回路（36），这些电阻不会从本质上影响线圈的品质因数Q。

6、根据权利要求1或2所述的核磁共振仪，其特征在于，在以探测线圈作探测时，射频激励线圈通过短路回路（72）被短路。

7、根据权利要求6所述的核磁共振仪，其特征在于，用于激励线圈（10）的短路回路（72）包括一个桥路（74）或几个二极管（76），经过电阻（82）与电源（80）连接。

8、根据权利要求1或2所述的核磁共振仪，其特征在于，检测设施包括两个差不多相同的表面线圈，分别具有电子祛耦回路，这些祛耦回路互相连接并且是电子学上可控制的。

9、根据权利要求8所述核磁共振仪，其特征在于，其中一个探测线圈与被检物体的载体台组合在一起，而另一个可放在被测物体的另一边。