CN101968535B - 体线圈组件以及利用体线圈组件产生射频场的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体线圈组件，包括：一个第一线圈和一个第二线圈，用于在空间产生射频场；以及，一个功率控制装置，与所述第一线圈和所述第二线圈相连接，用于控制所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率。本发明还公开了一种利用体线圈组件产生射频场的方法。本发明对第一线圈和第二线圈的发射功率进行了控制，在需要时向第一线圈和第二线圈提供不相等的发射功率，产生所需的射频场分布，在某处形成较大的场强，从而提高该处在接收时的信噪比。

Description

体线圈组件以及利用体线圈组件产生射频场的方法

技术领域

本发明涉及磁共振(MR)技术领域中的体线圈，特别是一种体线圈组件以及一种利用体线圈组件产生射频场的方法。

背景技术

在垂直磁体的磁共振系统(其中主磁场方向垂直于z轴)中，体线圈分为相对布置的两个部分，即包括如图1所示的一个第一线圈10和一个第二线圈20，并且第一线圈10与第二线圈20的距离为L。如果如图1所示，第一线圈10和第二线圈20一上一下相对布置，并且病人5横躺在中间，则将第一线圈10和第二线圈20分别称为上部线圈和下部线圈。第一线圈10和第二线圈20还可以采用不同于图1所示的布置方式，本发明对此不作限制，例如一左一右相对布置，并且病人站立在两者之间。

如图1所示，在垂直磁体的磁共振系统中，由于体线圈需要在所包围的空间中产生均匀的射频场，所以第一线圈10和第二线圈20是对称的。在传统的磁共振系统中，发射功率固定地对称分配给第一线圈10和第二线圈20，即第一线圈10和第二线圈20各占总发射功率的一半。

另外，现有的磁共振系统为了改善接收信号的信噪比，通常是采用改进扫描序列的手段，但是这种手段实现起来比较复杂，并且不能够节省功率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种体线圈组件，用以改善磁共振系统的接收信噪比。本发明还要提出一种利用体线圈组建产生射频场的方法，用以改善磁共振系统的接收信噪比。

因此，本发明提供了一种体线圈组件，包括：

一个第一线圈和一个第二线圈，用于在空间产生射频场；以及，

一个功率控制装置，与所述第一线圈和所述第二线圈相连接，用于控制所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率。

优选地，所述功率控制装置包括：一个第一信号发生单元，用于产生第一信号，并提供给所述第一线圈；一个第二信号发生单元，用于产生第二信号，并提供给所述第二线圈；以及，一个控制单元，用于控制所述第一信号和所述第二信号的功率。

优选地，所述第一信号发生单元为数模转换单元，所述第二信号发生单元为数模转换单元。

优选地，所述功率控制装置还包括：一个第一功率放大单元，连接在所述第一信号发生单元和所述第一线圈之间，用于放大所述第一信号；一个第二功率放大单元，连接在所述第二信号发生单元和所述第二线圈之间，用于放大所述第二信号。

本发明还提供了一种利用体线圈组件产生射频场的方法，所述体线圈组件包括一个第一线圈和一个第二线圈，所述方法包括：确定所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率；向第一线圈和第二线圈提供相应的发射功率；所述第一线圈和第二线圈根据相应的发射功率，在空间产生射频场。

优选地，确定所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率的步骤包括：根据某一位置所需的场强、以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比，计算得到第一线圈和第二线圈的发射功率。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率的步骤包括：预先存储与某一位置所需的场强以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比相对应的第一线圈和第二线圈的发射功率；根据某一位置所需的场强、以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比，查找得到与其相对应的第一线圈和第二线圈的发射功率。

优选地，所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比采用最优值。

优选地，提供相应的发射功率的步骤包括：产生第一信号和第二信号，其中第一信号具有等于第一线圈发射功率的功率，第二信号具有等于第二线圈发射功率的功率；将第一信号提供给第一线圈，并且将第二信号提供给第二线圈。

优选地，提供相应的发射功率的步骤包括：产生第一信号和第二信号，其中第一信号具有小于第一线圈发射功率的功率，第二信号具有小于第二线圈发射功率的功率；将第一信号的功率放大至第一线圈的发射功率，并且将第二信号的功率放大至第二线圈的发射功率；将放大后的第一信号提供给第一线圈，并且将放大后的第二信号提供给第二线圈。

从上述方案中可以看出，由于本发明对第一线圈和第二线圈的发射功率进行了控制，在需要时向第一线圈和第二线圈提供不相等的发射功率，产生所需的射频场分布，在某处形成较大的场强，从而提高该处在接收时的信噪比。并且，与现有技术中第一线圈和第二线圈采用相等功率相比，本发明的技术方案能够降低总发射功率，从而能够节省功率，降低能耗。

附图说明

图1为体线圈的示意图；

图2为现有技术中第一线圈以及第二线圈在不同距离处产生的场强；

图3为现有技术中体线圈产生的场强分布图；

图4为根据本发明一实施例的体线圈组件产生的场强分布图；

图5为根据本发明一实施例的体线圈组件的结构示意图。

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。

根据天线理论，接收和发射和互易的，那么发射的效率等价于接收时的敏感度，而提高敏感度就提高了信噪比。

在图2中示意性地给出了第一线圈10以及第二线圈20在空间不同位置的场强。

发射效率的计算公式为： $k=\frac{B}{\sqrt{P}}$

其中k为发射效率，B为磁场强度，P为第一线圈或者第二线圈的发射功率。从该公式可以看出，发射效率与场强成正比。

如图2(a)所示，第一线圈10的发射功率为2W，那么第一线圈10在距离第一线圈3L/8处的场强为0.451，在距离第一线圈L/2处的场强为0.341，在距离第一线圈5L/8处的场强为0.234(说明书以及附图中的0.451、0.341和0.234等只是用于表示不同位置的场强之间的大小比例关系，并不是准确的场强数值。下同)。如图2(b)所示，第二线圈10的发射功率也为2W，那么第二线圈10在距离第二线圈3L/8处(距离第一线圈5L/8处)的场强为0.451，在距离第二线圈L/2处(距离第一线圈L/2处)的场强为0.341，在距离第二线圈5L/8处(距离第一线圈3L/8处)的场强为0.234。

按照传统的技术，发射功率是固定、平均分配的，当总发射功率为4W时，第一线圈10和第二线圈20的发射功率各为2W。需要说明的是，需要平均分配发射功率适用于低场磁共振系统(0.5T以下)和中场磁共振系统(0.5T到1.0T)。在高场磁共振系统(1.0T以上，尤其是磁场大于等于3T的情况下)，由于波长较短，射频场在空间中的驻波效应就是不均匀分布的，所以在高场中利用多通道线圈非对称发射，从而产生均匀的射频场。所以，本发明主要应用于低场磁共振系统和中场磁共振系统。

根据图2所示的仿真结果，在第一线圈10和第二线圈20两者中心处的场强为0.682，在距离第一线圈3L/8处和5L/8处的场强为0.685，结果如图3所示。

如果需要在距离第一线圈3L/8处在接收时得到更好的信噪比，那么可以通过在该处增加发射效率来实现，而发射效率k与磁场强度B成正比，所以可以通过增加该处的磁场强度来获得在此处的更好的信噪比。

根据优化理论的自加权方法，在保持总发射功率为4W的同时要在距离第一线圈3L/8处得到更大的场强，可以改变发射功率的比例：

$\frac{P_1}{P_2}={\left(\frac{B_1}{B_2}\right)}^2$

其中，表示第一线圈10和第二线圈20在该位置(距离第一线圈3L/8处)产生的场强之比。

在第一线圈10和第二线圈20的结构和位置确定的情况下，两个线圈在该位置所产生的场强之比存在一个最优值。场强之比与P1和P2相关，当总发射功率P1+P2最小时，所对应的场强之比称为最优值。

并且，第一线圈10和第二线圈20的总发射功率为4W，即P₁+P₂＝4，由此可以得到第一线圈10的发射功率P₁为3.152W，第二线圈20的发射功率P₂为0.848W，然后控制第一线圈和第二线圈的发射功率分别为P₁和P₂，就可以产生满足需要的射频场分布，从而提高接收时的信噪比。

如图4所示，在距离第一线圈3L/8处的场强为：

$\sqrt{\frac{3.152}{2}}\×0.451+\sqrt{\frac{0.848}{2}}\×0.234=0.719$

在距离第一线圈L/2处的场强为：

$\sqrt{\frac{3.152}{2}}\×0.341+\sqrt{\frac{0.848}{2}}\×0.341=0.65$

在距离第一线圈5L/8处的场强为：

$\sqrt{\frac{3.152}{2}}\×0.234+\sqrt{\frac{0.848}{2}}\×0.451=0.719$

因此，在保持总发射功率不变(4W)的情况下，比较图3和图4，得到各处的发射效率变化如下：

在距离第一线圈3L/8处：0.719/0.685-1＝4.9％；

在距离第一线圈L/2处：0.65/0.682-1＝-4.69％；

在距离第一线圈5L/8处：0.587/0.685-1＝-14.2％。

可以看出，本发明降低了其它位置(在距离第一线圈L/2处，在距离第一线圈5L/8处)的效率而提高了某处(在距离第一线圈3L/8处)的效率。

在低场和中场磁共振的具体应用场景，由于在发射时需要在空间产生均匀的射频场，所以在发射时选择相等的发射功率P₁和P₂，即第一线圈10和第二线圈20的发射功率是相等的。然而，在接收的时候，图像是在空间中逐行采集的。由于接收的敏感度和发射效率是互易的，那么采用不相等的第一线圈和第二线圈发射功率，可以产生所需要的射频场分布，在空间某处得到更高的敏感度，从而提高该处接收时的信噪比。

例如，采用如图4所示的不相等的发射功率P₁和P₂，能够在距离第一线圈3L/8处将敏感度提高约5％，相应地，在接收时能够在距离第一线圈3L/8处将信噪比提高约5％。

如图5所示，本发明提供了一种体线圈组件，该体线圈组件包括一个第一线圈10和一个第二线圈20，第一线圈10和第二线圈20用于在空间产生射频场。本发明还为体线圈组件增加了一个功率控制装置100，该功率控制装置100与第一线圈10和第二线圈20相连接，用于控制第一线圈10和第二线圈20的发射功率P₁和P₂，能够根据需要采用不相等的发射功率P₁和P₂，具体如何控制，可以参考前后的描述以及后面的描述。

如图5所示，功率控制装置100可以包括一个第一信号发生单元30、一个第二信号发生单元40和一个控制单元50。其中，第一信号发生单元30与控制单元50和第一线圈10相连接，用于产生第一信号并提供给第一线圈10；第二信号发生单元40与控制单元50和第二线圈20相连接，用于产生第二信号并提供给第二线圈20；控制单元50用于控制第一信号和第二信号的功率。第一信号具有等于第一线圈发射功率的功率，第二信号具有等于第二线圈发射功率的功率，第一线圈10和第二线圈20分别根据第一信号和第二信号在空间中产生射频场。

具体而言，第一信号发生单元30和第二信号发生单元40都可以用数模转换单元来实现。在这种情况下，控制单元50根据所需的第一线圈发射功率和第二线圈发射功率，分别向第一信号发生单元30和第二信号发生单元40发送一个相应的数字信号，第一信号发生单元30和第二信号发生单元40各自将相应的数字信号转换为模拟信号，从而产生第一信号和第二信号。

进一步，功率控制装置100还可以包括一个第一功率放大单元和一个第二功率放大单元(图中未显示)。其中，第一功率放大单元连接在第一信号发生单元和第一线圈之间，用于放大第一信号；第二功率放大单元连接在第二信号发生单元和第二线圈之间，用于放大第二信号。在这种情况下，第一信号发生单元30所产生的第一信号具有小于第一线圈发射功率的功率，第二信号发生单元40所产生的第二信号具有小于第二线圈发射功率的功率，然后分别通过第一功率放大单元和第二功率放大单元放大至第一线圈发射功率和第二线圈发射功率。这样可以降低对信号发生单元的要求，降低成本。

在使用过程中，利用如图5所示体线圈组件产生射频场时，主要包括如下步骤：

步骤101，控制单元50确定第一线圈发射功率P₁和第二线圈发射功率P₂。

在本步骤中，可以如前所述，根据某一位置所需的场强、以及第一线圈10和第二线圈20在该位置所产生的场强之比，计算得到第一线圈和第二线圈的发射功率。

另外，也可以预先根据某一位置所需的场强、以及第一线圈10和第二线圈20在该位置所产生的场强之比，计算得到第一线圈和第二线圈的发射功率，然后将其存储到一个数据库中。在本步骤中，根据某一位置所需的场强、以及第一线圈10和第二线圈20在该位置所产生的场强之比，在数据库中查找得到与其相对应的第一线圈和第二线圈的发射功率。

此处，第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比优选地采用上述最优值。如前所述，该场强之比最优值是指，在保持某一位置场强不变的情况下，与最小总发射功率相对应的第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比。

步骤102，控制单元50根据所得到的第一线圈发射功率P₁和第二线圈发射功率P₂，控制相应的第一信号发生单元30和第二信号发生单元40所产生的第一信号和第二信号的功率。第一信号发生单元30根据控制产生第一信号，第二信号发生单元40根据控制产生第二信号。

在第一信号发生单元30和第二信号发生单元40采用数模转换单元时，控制单元50根据所需的第一线圈发射功率和第二线圈发射功率，分别向第一信号发生单元30和第二信号发生单元40发送一个相应的数字信号，第一信号发生单元30和第二信号发生单元40各自将相应的数字信号转换为模拟信号，从而产生第一信号和第二信号。

如果装置中不包括第一功率放大单元和第二功率放大单元，则第一信号和第二信号的功率分别等于第一线圈和第二线圈的发射功率P₁和P₂；如果装置中包括第一功率放大单元和第二功率放大单元，则第一信号和第二信号的功率分别小于第一线圈和第二线圈的发射功率P₁和P₂。

步骤103，如果装置中包括第一功率放大单元和第二功率放大单元，则第一功率放大单元放大第一信号，第二功率放大单元放大第二信号，使得第一信号和第二信号功率分别达到P₁和P₂。

这样，第一信号发生单元和第二信号发生单元只需要产生小于P₁和P₂的较低的功率，从而降低了对第一信号发生单元和第二信号发生单元的要求，可以降低成本。

步骤104，将第一信号提供给第一线圈10，将第二信号提供给第二线圈20。

步骤105，第一线圈10根据第一信号的功率P₁，第二线圈20根据第二信号的功率P₂，在空间产生射频场。

由于第一线圈10和第二线圈20的发射功率可以不相等，所以在空间所需位置形成所需的发射效率，那么在接收时实现所需的信噪比。

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 (8)

1.一种体线圈组件，包括：

一个第一线圈和一个第二线圈，用于在空间产生射频场；以及，

一个功率控制装置，与所述第一线圈和所述第二线圈相连接，用于根据某一位置所需的场强、以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比，控制所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率，其中，

$\frac{P_1}{P_2}={\left(\frac{B_1}{B_2}\right)}^2$

P1为所述第一线圈的发射功率，P2为所述第二线圈的发射功率，为所述第一线圈和所述第二线圈在所述位置所产生的场强之比，且，当总发射功率P₁+P₂最小时，所对应的场强之比称为最优值。

2.根据权利要求1所述的体线圈组件，其特征在于，所述功率控制装置包括：

一个第一信号发生单元，用于产生第一信号，并提供给所述第一线圈；

一个第二信号发生单元，用于产生第二信号，并提供给所述第二线圈；以及，

一个控制单元，用于控制所述第一信号和所述第二信号的功率。

3.根据权利要求2所述的体线圈组件，其特征在于，所述第一信号发生单元为数模转换单元，所述第二信号发生单元为数模转换单元。

4.根据权利要求2所述的体线圈组件，其特征在于，所述功率控制装置还包括：

一个第一功率放大单元，连接在所述第一信号发生单元和所述第一线圈之间，用于放大所述第一信号；

一个第二功率放大单元，连接在所述第二信号发生单元和所述第二线圈之间，用于放大所述第二信号。

5.一种利用体线圈组件产生射频场的方法，所述体线圈组件包括一个第一线圈和一个第二线圈，所述方法包括：

根据某一位置所需的场强、以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比，确定所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率；

其中，

$\frac{P_1}{P_2}={\left(\frac{B_1}{B_2}\right)}^2$

P₁为所述第一线圈的发射功率，P₂为所述第二线圈的发射功率，为所述第一线圈和所述第二线圈在所述位置所产生的场强之比，且，当总发射功率P₁+P₂最小时，所对应的场强之比称为最优值；

向第一线圈和第二线圈提供相应的发射功率；

所述第一线圈和第二线圈根据相应的发射功率，在空间产生射频场。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述第一线圈和所述第二线圈的发射功率的步骤包括：预先存储与某一位置所需的场强以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比相对应的第一线圈和第二线圈的发射功率；根据某一位置所需的场强、以及所述第一线圈和第二线圈在该位置所产生的场强之比，查找得到与其相对应的第一线圈和第二线圈的发射功率。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，提供相应的发射功率的步骤包括：

产生第一信号和第二信号，其中第一信号具有等于第一线圈发射功率的功率，第二信号具有等于第二线圈发射功率的功率；

将第一信号提供给第一线圈，并且将第二信号提供给第二线圈。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，提供相应的发射功率的步骤包括：

产生第一信号和第二信号，其中第一信号具有小于第一线圈发射功率的功率，第二信号具有小于第二线圈发射功率的功率；

将第一信号的功率放大至第一线圈的发射功率，并且将第二信号的功率放大至第二线圈的发射功率；

将放大后的第一信号提供给第一线圈，并且将放大后的第二信号提供给第二线圈。