CN101520496B

CN101520496B - 一种用于磁共振成像系统的体型线圈

Info

Publication number: CN101520496B
Application number: CN2008100064686A
Authority: CN
Inventors: 朱华彬; 王海宁; 陈燕红; 汪坚敏
Original assignee: Siemens Ltd China
Current assignee: Siemens Healthineers Ltd
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: CN101520496A; US20090243612A1; US7876098B2

Abstract

本发明公开了一种用于磁共振成像系统的体型线圈，包括复数个线圈单元，在该线圈中：两个相邻的线圈单元存在重合的部分，用以去除这两个相邻线圈单元之间的耦合；在两个次相邻的线圈单元中分别设置有一个电感器，并且这两个电感器相互耦合，用以去除这两个次相邻的线圈单元之间的耦合；各个线圈单元在所述线圈轴向的一个端面上汇聚，所述线圈当中两个既不相邻也不次相邻的线圈单元在所述端面上相互连接，并连接有一个电容电路或一个电感电路，用以去除这两个既不相邻也不次相邻的线圈单元之间的耦合。本发明较为彻底地去除了线圈中各线圈单元之间的耦合，提高了线圈所接收信号的信噪比。

Description

一种用于磁共振成像系统的体型线圈

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统中线圈的去耦技术，特别是一种用于磁共振成像系统的线圈。

背景技术

磁共振成像(MRI)系统在临床诊断等领域具有重要的应用。根据MRI系统中主磁体的场强大小，MRI系统可以大致分为低场(小于0.3T)、中场(0.3T至1.0T)和高场(大于1.0T)三个大类。与此相应，射频信号接收线圈也可以分为低场、中场和高场接收线圈。另外，根据接收线圈的形状，接收线圈可以分为体型线圈(volume coil)和表面线圈(surface coil)。一般而言，体型线圈可以将人体需要扫描成像的部位，例如头部、四肢等放在该线圈中；而表面线圈是放在人体需要扫描成像部位的表面，例如脊柱、眼睛、腹部等部位的表面。

随着接收线圈技术的发展，包括复数个线圈单元的接收线圈大多采用相控阵技术，采用相控阵技术的线圈可以称为相控阵线圈。进一步，随着接收线圈技术的发展，相控阵线圈的线圈单元数目在不断增加，由此获得的图像的信噪比(SNR)和均匀度也相应地得到了很大改善。但是，随之而来的负面效应是，各线圈单元之间的耦合程度也在升高，耦合的方式也越来越复杂，需要去耦处理的线圈单元对的数目越加庞大。如果线圈单元间的去耦处理做得不充分，就会对与线圈单元间噪声相关的前置放大器的噪声匹配造成负面影响，使得从该线圈得到的图像的信噪比受到很大的不良影响。

目前，对于线圈的去耦方式一般可以分为如下几种。

第一种方式是将两个相邻线圈单元的一部分相互重合(overlap)。在图1中，线圈单元101和102、102和103、103和104、104和105、105和106、106和101分别相邻，在相邻的两个线圈单元之间存在重合的部分。以相邻的线圈单元101和102为例，由于重合部分的存在，使得线圈单元101在线圈单元102中所产生的净磁场为零，因此磁耦合也为零，从而实现了去耦，反之亦然。如果采用这种方式，各线圈单元可以相互独立，无需两个线圈单元之间存在电路上的电连接。目前在高场(一般是水平场)的MRI系统中，大多数的接收线圈采用这种方式。这种方式可以对相邻的线圈单元产生很好的去耦效果，但是由于无法使那些不相邻的线圈单元部分重合，所以这种方式不适合那些不相邻的线圈单元之间的去耦处理。

第二种方式是通过前置放大器去耦(Pre-Amplifier Decoupling)方式来去耦。在表面线圈中，不相邻的线圈单元之间的耦合通常较小，可以通过前置放大器去耦方式来去耦，不必在线圈当中采用去耦结构设计。但是，体型线圈中不相邻线圈单元之间的耦合通常较大，仅仅依靠前置放大器去耦是远远不够的，还必须要引入专门的去耦结构，来去除不相邻的线圈单元之间的耦合。

第三种方式是在电路中引入电容电路或电感电路来实现去耦。根据感应电动势的极性不同，引入相应的电感电路或电容电路来抵消所产生的感应电动势，从而达到去耦的目的。在使用该方式时，需要在各个待去耦的线圈单元之间建立电路连接，否则无法引入去耦的电容器或电感器。目前在中低场(一般是垂直场)MRI系统中，由于线圈单元(例如环形(loop)线圈或鞍型(saddle)线圈)之间基本上都存在电连接，而且线圈单元的数目相对较少，很容易引入电容电路或电感电路。另外，在中低场中，射频信号的频率不高，损耗等各种射频效应可以忽略不计，因此，该方式在中低场的磁共振系统中得到了广泛的应用。

但是，对于高场(一般是水平场)接收线圈而言，相邻线圈单元之外的线圈单元一般不存在便于连接电容电路或电感电路的连接点，如果相距较远的两个线圈单元之间(例如图1中的线圈单元101和104之间)引入电容电路或电感电路，则必然会带来一定的损耗，并由此降低信噪比。如果在线圈单元数目较多的情况下全部采用电容电路或电感电路来去耦，则需要额外增加很多的去耦电路，而这些去耦电路会对相应线圈单元的匹配产生很大的不良影响，因此在去耦之后需要进行匹配；而匹配必然会影响原先的去耦处理，那么在匹配之后还需要进一步的去耦处理。那么在这种情况下需要反复地进行去耦、匹配、去耦、匹配……最后得到的线圈必然是一个复杂而不稳定的线圈。

综上所述，对于高场(一般是水平场)MRI系统中包括复数个线圈单元的体型线圈来说，现有技术对这种线圈中相邻的线圈单元可以采用上述第一种方式来进行去耦处理，但是对于不相邻的线圈单元却没有一种去耦效果较佳的方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种用于磁共振成像系统的体型线圈，其目的在于，对该体型线圈中不相邻的线圈单元能够有效地进行去耦处理，并且使得体型线圈稳定。

本发明提供了一种用于磁共振成像系统的体型线圈，包括复数个线圈单元，在该线圈中：

两个相邻的线圈单元存在重合的部分，用以去除这两个相邻线圈单元之间的耦合；

在两个次相邻的线圈单元中分别设置有一个电感器，并且这两个电感器相互耦合，用以去除这两个次相邻的线圈单元之间的耦合；

各个线圈单元在所述线圈轴向的一个端面上汇聚，所述线圈当中两个既不相邻也不次相邻的线圈单元在所述端面上相互连接，并连接有一个电容电路或一个电感电路，用以去除这两个既不相邻也不次相邻的线圈单元之间的耦合。

所谓次相邻的线圈单元是指中间间隔一个线圈单元的两个线圈单元。所谓既不相邻也不次相邻的线圈单元是指中间间隔两个或多于两个线圈单元的两个线圈单元。

所述电感器位于所在线圈单元中与所述次相邻线圈单元最接近的一条边上。

在一个实施例中，所述电容电路或电感电路串联在所述两个既不相邻也不次相邻的线圈单元之间。

在一个实施例中，所述电容电路包括一个电容器，所述电感电路包括一个电感器。

在所述端面还包括一个由抗磁性物质制成的片。

所述抗磁性物质为铜、金、银或铅。

所述片为圆形，位于所述端面的中部，面积约为所述端面的面积的一半。

根据本发明的上述技术方案，对于相邻的线圈单元采用现有的相互重合的去耦方式，对于次相邻的线圈单元采用增加电感器的去耦方式，对于既不相邻也不次相邻的线圈单元采取在一个端面形成可用连接点从而连接电容电路或电感电路的去耦方式，从而较为彻底地去除了线圈中各线圈单元之间的耦合，提高了线圈所接收信号的信噪比。并且，本发明在次相邻的线圈单元中提供电感器，这种结构比现有技术中的第三种方式简单得多，而且对线圈的匹配基本没有影响。另外，本发明巧妙地将各个线圈单元汇聚到线圈的一个端面，形成了便于连接电容电路或电感电路的连接点，这种连接点的效果相当于现有技术中相邻线圈单元之间的连接点，可以接入电容电路或电感电路并对线圈单元的匹配没有不良影响，无需再进行匹配，从而使得线圈能够稳定。本发明还可以进一步在线圈一端增加一个由抗磁性材料制成的片，从而还可以改进线圈端部的信噪比。另外，本发明还可以对不相邻的线圈单元额外地采用现有技术中的前置放大器去耦技术，由于本发明线圈的独特结构和去耦效力，可以显著消除线圈单元之间耦合对线圈匹配造成的影响，使得前置放大器工作在最佳噪声系数状态下，得到很好的信噪比。

附图说明

下面结合附图来详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1为现有技术中相邻线圈单元通过相互之间部分重合来实现去耦的示意图；

图2为本发明实施例中次相邻线圈单元之间的去耦结构的示意图；

图3为本发明实施例第三种去耦方式中线圈单元汇聚于线圈一个端面的示意图；

图4a为一种电容电路的连接示意图，图4b是一种电感电路的连接示意图；

图5为一个6通道线圈和一个12通道线圈的平方和(SOS)合成的图像信噪比曲线图；

图6为上述6通道线圈和12通道线圈的优化(OPT)合成的图像信噪比曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

在下面的实施例中，以包括6个线圈单元的体型线圈为例进行说明。但是本发明并不局限于此，可以包括多于6个的线圈单元，例如7个、8个、12个等等。

本发明实施例中，为了对高场中的体型线圈尽可能地去耦，主要同时采用了三种去耦方式。

第一种去耦方式是在线圈中对两个相邻的线圈单元采取部分重合的去耦方式，亦即，在两个相邻的线圈单元之间设置有重合的部分，用来去除这两个相邻线圈单元之间的耦合。如图1所示，在采用了第一种去耦方式的线圈当中，相邻的两个线圈单元之间都存在重合的部分。由于该方式与现有技术中的第一种方式相同，这里不再赘述。与现有技术中的第一种去耦方式相同，采用了本发明实施例的第一种去耦方式之后，可以去除相邻线圈单元之间的耦合。

本发明实施例中所采用的第二种去耦方式针对两个次相邻的线圈单元采用电感性耦合(inductive coupling)。所谓次相邻的线圈单元是指中间间隔一个线圈单元的两个线圈单元。例如，图1中线圈单元101和103、102和104、103和105、104和106、105和101、106和102都是次相邻的线圈单元。对于线圈中次相邻的两个线圈单元，本发明实施例在这两个线圈单元分别设置一个电感器，并将这两个电感器相互耦合。由于次相邻的每个线圈单元中，电感器耦合的感应电动势与次相邻线圈单元之间的感应电动势大小相等，方向相反，所以电感器耦合的感应电动势与次相邻线圈单元之间的感应电动势可以相互抵消，从而抵消了这两个次相邻线圈单元之间的耦合。

图2显示了图1中三个线圈单元101、102和103的平面展开图，其中线圈单元101和103为次相邻的线圈单元，在次相邻的两个线圈单元101和103中分别设置有一个电感器201和202。电感器201和202的布置使得它们可以相互耦合，从而各自产生电感器耦合的感应电动势。在线圈单元101中，电感器201中由于电感器202而耦合产生的感应电动势与线圈单元101由于线圈单元103而耦合产生的感应电动势大小相等，并且方向相反，因此可以相互抵消。换言之，电感器202在电感器201中耦合产生的感应电动势抵消了次相邻线圈单元103在线圈单元101中耦合产生的感应电动势。反之亦然，即：电感器201在电感器202中耦合产生的感应电动势抵消了次相邻线圈单元101在线圈单元103中耦合产生的感应电动势。

在图2中，电感器201和电感器202分别位于线圈单元101和线圈单元103中最接近的边上，以便于安装。但是，本领域技术人员应当知道，电感器201也可以被布置在线圈单元101其它的边上，电感器202同样也可以被布置在线圈单元103的其它边上，只要使得电感器201和电感器202耦合即可。

需要注意的是，出于清楚的目的，在图2中只显示了对于次相邻的线圈单元101和103进行去耦的电感器201和202，而没有画出其它的电感器。例如，在线圈单元101中还可以布置有消除线圈单元101与另一次相邻线圈单元105之间耦合的另一电感器。

本发明实施例中采用的第三种方式是，将线圈中各线圈单元在线圈轴向的一端(例如，图1中线圈单元101-106的右端)汇聚到线圈在这一端的端面上，从而在端面上拢合。本发明实施例通过这样的技术手段，为本身并不相邻的线圈单元提供了可以连接电容电路或电感电路的距离很近的连接点，从而可以针对线圈中既不相邻也不次相邻的两个线圈单元提供相互连接，并接入有一个电容电路或电感电路。电容电路和电感电路连接到连接点的具体连接方式与现有技术中一样，这里不再赘述。这样，可以利用电容电路或电感电路的方式消除既不相邻也不次相邻的两个线圈单元之间的耦合。并且，本发明实施例的第三种方式与现有技术的第三种方式相比，提供了距离很近的连接点，效果相当于现有技术中相邻线圈单元上的连接点，可以避免带来额外的电路损耗，从而可以改善线圈的信噪比。

图3显示的是将图1所示线圈的各个线圈单元101-106汇聚到线圈轴向上一个端面的示意图。在这个端面上，既不相邻也不次相邻的线圈单元(例如，线圈单元101和104、102和105、以及103与106)汇聚到了一起，在汇聚处相互连接，并且连接有一个电容电路或一个电感电路。例如，线圈单元101上的A点和线圈单元104上的B点之间建立相互连接，并连接有一个电容电路或一个电感电路。

图4a为一种常用的电容电路及其连接方式的示意图，图4b是一种常用的电感电路及其连接方式的示意图。图中示意性地画出了线圈单元101和104，还以虚线和实线区别线圈单元在线圈侧面和端面的部分，图4a和图4b只是用来表示电容电路301和电感电路302的连接方式，并不限制线圈单元的具体形状。在图4a和图4b中，电容电路301和电感电路302分别串联在线圈单元101的A点和线圈单元104的B点之间。其中，电容电路301包括一个电容器和一个接地线，电感电路302包括一个电感器和一个接地线。这里只给出了常用的连接方式，本领域技术人员可以在本发明所提供的连接点A、B之间采用其他为本领域技术人员所公知的电容电路、电感电路以及相应的连接方式，本发明并不局限于这些方式。

除了上述三种去耦方式之外，本发明实施例还可以在上述端面上布置一块由抗磁性物质制成的片。所用的抗磁性物质可以是金、银、铅或铜等等。优选地使用铜片，因为铜价格便宜，质量轻，并且易于制作。片的形状通常采用圆形，需要注意的是，本发明这里所说的“圆形”并不局限于几何学上严格的圆形，还包括类似于圆形的形状，例如五边形、六边形、七边形等多边形或者椭圆形等。片的面积可以是小于等于端面面积(线圈横截面面积)的一个面积，优选地约等于端面面积(线圈横截面面积)的一半。片的位置位于线圈端面的中部。这个片可以改变线圈端面上电磁场的分布，从而能够改进线圈端部的信噪比。

另外对于本发明实施例的线圈，还可以进一步采用现有技术中的前置放大器去耦来辅助去耦。由于前置放大器去耦为本领域技术人员所公知，这里就不再赘述。

图5为一个6通道线圈和一个12通道线圈的SOS合成的图像信噪比曲线的计算机屏幕截图。图6为上述6通道线圈和12通道线圈的OPT合成的图像信噪比曲线的计算机屏幕截图。在图5和图6中，横坐标表示头脚方向(head-feet direction)上256个像素点，纵坐标表示信噪比(SNR)。

其中，6通道线圈为采用本发明实施例上述三种去耦方式的头线圈。12通道线圈为采用现有技术中去耦方式的头线圈，其中，对于相邻线圈单元采用了现有技术中第一种去耦方式。另外，对于6通道线圈和12通道线圈中不相邻的线圈单元分别附加地采用了前置放大器去耦方式。

根据本领域技术人员的常识，理想的12通道线圈信噪比应该比6通道线圈信噪比约强10％，但是从图5所示的SOS合成的图像信噪比来看，采用本发明实施例方案的6通道线圈信噪比反而比采用现有技术的12通道线圈的信噪比强约10％。这就说明，本发明实施例的线圈结构和去耦方式大大优于现有技术，去耦非常彻底，从而降低了由于耦合而产生的噪声，获得了较好的信噪比。

从理论上说，如果线圈本身没有损耗，OPT合成时12通道线圈比6通道线圈具有好得多的信噪比，但是图6中的结果表明两者差别不大。这是由于采用本发明实施例技术方案的6通道线圈去耦彻底，并且消除了由于线圈单元之间耦合对线圈匹配造成的影响，使得前置放大器工作在最佳噪声系数状态下，获得了很好的信噪比。而采用现有技术的12通道线圈去耦不彻底，并且线圈单元之间的耦合对线圈匹配造成了一定的影响，使得前置放大器没有工作在最佳噪声系数状态下。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于磁共振成像系统的体型线圈，包括复数个线圈单元，在该线圈中：

其特征在于，

各个线圈单元在所述线圈轴向的一个端面上汇聚，所述线圈当中两个既不相邻也不次相邻的线圈单元在所述端面上相互连接，并在所述两个既不相邻也不次相邻的线圈单元之间串联有一个电容电路或一个电感电路，用以去除这两个既不相邻也不次相邻的线圈单元之间的耦合。

2.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述电感器位于所在线圈单元中与所述次相邻线圈单元最接近的一条边上。

3.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述电容电路包括一个电容器，所述电感电路包括一个电感器。

4.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，在所述端面还包括一个由抗磁性物质制成的片。

5.根据权利要求4所述的线圈，其特征在于，所述抗磁性物质为铜、金、银或铅。

6.根据权利要求4或5所述的线圈，其特征在于，所述片为圆形，位于所述端面的中部，面积约为所述端面的面积的一半。