CN102018512A

CN102018512A - 用于磁共振成像的盆部射频线圈

Info

Publication number: CN102018512A
Application number: CN 201010592006
Authority: CN
Inventors: 张松涛
Original assignee: SHANGHAI CHENGUANG MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI CHENGUANG MEDICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明公开了一种具有12个单元的用于磁共振成像的盆部射频线圈，该盆部射频线圈由上下两部分组成，各有6个环形单元，沿人体头脚方向分成两排，每一排由沿人体左右方向排列的三个环形单元组成一组，共4组；两排之间进行适当的交叠，使得相互之间的耦合最小，在线圈FOV的中心部位获得较高的信号灵敏度，提高信噪比。这12个单元经过射频合成/分配器组合，可以输出4个、8个或12个射频通道，并且在每一种情况下都能保证前列腺、卵巢等重要部位的高灵敏度和清晰成像。

Description

用于磁共振成像的盆部射频线圈

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振成像系统的射频线圈，特别是涉及一种在磁共振成像系统中使用的具有12个单元的盆部射频线圈。

背景技术

磁共振成像（MRI）系统采用来自主磁系统的均匀强磁场（称为MRI系统主磁场—B₀）对人体中的氢原子核自旋进行极化。磁极化原子核自旋在人体中产生磁矩i。该磁矩在稳态时指向主磁场方向，如果没有激励扰动则不会产生有用的信息。

通过均匀的射频（RF）磁场（称为激发磁场或B₁磁场）激发磁矩产生核磁共振（NMR）信号，从而获取磁共振成像系统（MRI）数据。射频发射线圈在所需探测的图像区域产生B₁磁场，该射频发射线圈由采用功率放大器的受计算机控制的射频发射器驱动。在激发过程中，原子核自旋系统吸收能量，使磁矩绕着主磁场方向进动。在激发后，进动的磁矩将经历自由感应衰减（FID），释放其吸收的能量并返回稳态。在自由感应衰减（FID）中，使用放置在人体受激部分附近的接收射频线圈探测核磁共振（NMR）信号。该核磁共振（NMR）信号是处于接收射频线圈中的第二电压（或电流），该电压（或电流）被人体组织的进动磁矩所诱导。接收射频线圈可以是发射线圈本身也可以是只接收射频信号的独立线圈。通过集成在主磁场系统中的梯度线圈产生附加脉冲梯度磁场，选择性地激发所需要位置的体素内的原子核，并可以对信号进行频率编码和相位编码，从而确定其空间坐标，最终经过傅立叶变换，建立一幅完整的磁共振成像。

在磁共振成像系统（MRI）中，发射线圈和接受线圈所产生的磁场的均匀性是获得高质量图像的一个关键因素。在标准的磁共振成像系统中，对于发射通常采用整体射频线圈取得最佳激发场均匀性。整体射频线圈是系统中最大的射频线圈。但是，如果同时使用较大的线圈接收，则会产生较低的信噪比（SNR），这主要是因为这样的线圈与成像的信号发生组织距离较远。因为在磁共振成像系统（MRI）中最重要的是高信噪比（SNR），所以采用专用线圈进行射频接收以提高所需探测部分的信噪比（SNR）。但是，由于人体各个生理部位的形状各不相同，又十分不规则，而且尺寸大小也差别很大，所以如何根据人体各个部位的生理结构特点，巧妙地布置线圈电路，从而获得较为均匀的磁场分布和较大的探测灵敏度一直是国际上线圈设计人员的最大任务。

在实用中，设计较佳的专用射频线圈应当具有下列功能：高信噪比（SNR）、好的均匀性，谐振电路的高空载质量因子（Q）。此外，盆部射频线圈(10)必需设计成适于病人操作并具有舒适度，而且在病人与射频电子设备之间提供保护屏障。一种提高信噪比的方法是正交接收。在这种方法中，由覆盖所需探测的相同区域的两个互相独立的线圈探测两个信号。采用正交接收的射频信号信噪比是采用单个线性线圈情况时的

Figure 2010105920064100002DEST_PATH_IMAGE001

倍。另外一种提高信噪比的方法是相控阵线圈技术。为了对一个较大的区域进行成像，如果使用单个较大的线圈，线圈所覆盖的所有区域的噪声均进入线圈，因此信噪比差。如果使用相控阵技术，使用多个独立的小线圈一起覆盖此区域，由于只有临近线圈的很小区域的噪声才能进入线圈，因此能够有效地提高信噪比。

盆部线圈在临床磁共振成像中有着重要的应用价值，可用于诊断位于人体盆腔内的器官、例如男性的前列腺和女性的子宫、卵巢等生理部位的病变。目前盆部磁共振成像主要有两种方式，一种方式是使用体线圈进行盆部成像，但是由于用体线圈进行接收，接收时与成像的信号组织距离较远，填充因子较小，因此通常成像时信噪比较低。

另一种方式是使用专用插入式射频线圈，在使用时将线圈插入人体内部（如直肠，女性阴部等），这将导致病人感觉非常不适。而且，在使用过程中需要严格消毒，并要对病人进行洗肠等处理，过程复杂。此外，除非对病人进行麻醉处理，否则很难保持待成像区域长时间静止不动，同时由于这种插入式线圈的可观察范围较小，不便于诊断时的成像。

另外，传统的磁共振相控阵线圈只能使用一个方向的磁共振信号，而磁共振信号本身是在垂直于静磁场的平面内旋转的，使得传统的磁共振相控阵线圈采集的信号比较少，信噪比比较低，图像清晰度不够。

发明内容

为解决现有技术存在的只能使用一个方向的磁共振信号，成像时信噪比较低、图像清晰度不够、可观察范围较小、不便于诊断的不足，本发明的目的是提供一种专用的盆部射频线圈，通过对沿人体左右方向的3个单元探测到的信号施加一定的相位移动，并通过适当合成，等效成正交线圈，及可以采集X、Y轴方向的信号，使得前列腺部位的圆极化磁共振信号能够有效地被探测到，理论信噪比能够提高0.4倍。

本发明解决现有技术存在的上述问题，采用的技术方案是：一种用于磁共振成像的盆部射频线圈，所述盆部射频线圈包括12个环形单元，分成上下两部分，上半部分和下半部分各有6个单元；上半部分、下半部分的6个单元沿人体头脚方向分成两排，每一排由沿人体左右方向排列的三个环形单元组成一组，共4组；两排之间进行适当的交叠，使得相互之间的耦合最小，在线圈FOV的中心部位获得较高的信号灵敏度，提高信噪比。

所述盆部射频线圈的每一组单元经过一个三进三出的射频合成/分配器组合，可以输出3个射频通道，其中第一个通道的信号由于在前列腺位置和磁共振信号的旋转方向相反而非常微弱；第二个通道的信号却由于在前列腺位置和磁共振信号的旋转方向相同而非常强，其在人体前列腺位置的信号灵敏度相当于未经射频合成/分配器组合的三个单元的灵敏度的总和，但在盆部两侧却相对微弱；第三个通道的信号却在盆部两侧很强。因此，可以舍弃第一个通道的信号，只将第二个和第三个通道的信号输入到磁共振系统当中，就可以获得清晰而均匀的盆部图像，而如果只对前列腺位置感兴趣，则只需要将第二个通道输入到磁共振系统即可。

根据情况和需要，所述盆部射频线圈的12个单元经过一个三进三出的射频合成/分配器组合，可以输出4个、8个或12个射频通道。

所述射频合成/分配器由两个4端口90度合成器组成。

本发明的有益效果是：本发明克服了现有技术存在的只能使用一个方向的磁共振信号，成像时信噪比较低、图像清晰度不够、可观察范围较小、不便于诊断的不足，采用专用的体外式盆部射频线圈，通过对沿人体左右方向的3个单元探测到的信号施加一定的相位移动，并通过适当合成，等效成正交线圈，及可以采集X、Y轴方向的信号，使得前列腺部位的圆极化磁共振信号能够有效地被探测到，理论信噪比能够提高0.4倍，因此提高了诊断的质量和就诊的舒适度。

附图说明

图1是本发明的射频线圈12个单元的空间位置布置图。

图2是本发明的射频线圈上半部分或下半部分的6个单元的组合结构示意图。

图3是本发明的射频线圈上半部分或下半部分的6个单元的结构分解图。

图4是根据本发明的一组3个单元中单元1的敏感性分布图。

图5是根据本发明的一组3个单元中单元2的敏感性分布图。

图6是根据本发明的一组3个单元中单元3的敏感性分布图。

图7是根据本发明的一组3个单元直接连接到系统后的敏感性分布图。

图8是根据本发明的一组3个单元的经合成器合成后第一个输出通道的敏感性分布图。

图9是根据本发明的一组3个单元的经合成器合成后第二个输出通道的敏感性分布图。

图10是根据本发明的一组3个单元的经合成器合成后第三个输出通道的敏感性分布图。

图11是根据本发明的一组3个单元的经合成器合成后第二个输出通道和第三个输出通道连接到系统后的敏感性分布图。

图12是根据本发明的一个合成器的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

参考图1、2、3，是根据本发明的盆部线圈的12个环形单元的空间位置布置图、组合结构示意图及结构分解图，在图中，本线圈由12个环形单元组成，分成上下两部分，上半部分和下半部分各有6个单元1、2、3、4、5、6，上半部分、下半部分的单元1、2、3和单元4、5、6沿人体头脚方向分成两排，每一排由沿人体左右方向排列的三个环形单元组成，两排之间进行适当的交叠，使得相互之间的耦合最小，在线圈FOV的中心部位获得较高的信号灵敏度，提高信噪比。每一排的三个单元形成一组，共有4组。

选取位于人体下半部的一组三个单元进行计算，也即是感兴趣区域为这三个单元的上方。图4、图5和图6分别是一组三个单元中第一个、第二个和第三个单元的敏感性分布图。如果将这3个单元都直接连接到磁共振系统，则系统一共需要12个射频接收通道。图5就是这三个单元直接连到磁共振系统后得到的信号敏感性分布图。

而如果不把每一组里的三个通道直接连接到系统，而是事先经过一个如图12所示的三进三出的射频合成/分配器进行信号合成处理，则合成器输出的三个通道的信号将与未合成的三个单元的信号完全不同。首先将单元1和单元3用一个90度正交合成器（其中一个单元需要先进行适当的相移）进行信号合成处理，使得此合成器的两个输出端口分别包含这两个环形单元的同向和反向信号。其中，同向信号作为合成器的输出通道3直接输出，其空间敏感性分布如图10所示，其在人体盆部左右两侧的信号强度较强，而在中间区域的信号强度较弱。而反向信号本质上相当于将环形单元1和环形单元3组合成一个蝶形（或8字形）单元，其信号的方向为沿人体左右方向，将此端口的输出信号再和环形单元2用另外一个正交合成器进行合成。由于环形单元2的信号方向沿人体AP方向，因此这两路信号具有正交的性质，输出的两路信号一路和磁共振信号自身的旋转方向一致而大为增强（称为正交，这里假定是合成器的输出通道2），如图9所示；而另一路因为和磁共振信号自身的旋转方向相反而大为降低（称为反正交，这里假定是合成器的输出通道1），如图8所示。因此这一路的输出信号可以弃之不用。

如果需要进行对人体的整个盆部进行成像，而且磁共振系统具有8个或以上的射频接收通道，则将此线圈的合成器的输出通道2和通道3连接到磁共振系统，这两个通道的信号合成后的空间敏感性分布如图11所示，把图11和三个环形通道直接连接到磁共振系统所获得信号敏感性空间分布，即图5进行比较，可以看出，在距离线圈平面10-15cm区域，即人体盆部的前列腺、子宫、卵巢等重要器官所在位置，其信号强度几乎相同。而在靠近线圈平面的区域，即0-5cm的区域，信号的强度有明显减弱，而这里是皮肤和皮下脂肪等，通常是临床感兴趣区域，较弱的信号强度反而使图像看上去非常均匀，并且有利于脂肪抑制等序列的成像。这种情况下，磁共振系统一共需要8个射频输入接收通道。

而如果磁共振系统的射频接收器数目有限，则只需将强度较强的正交信号连接到磁共振系统，就可以一样获得前列腺、子宫等重要器官的清晰成像，其信号的空间敏感性分布见图9。这种情况下，磁共振系统一共需要4个射频输入接收通道。

图12是本发明所提到的合成器的一个实施例的原理图。

当线圈插入系统后，若为12通道系统，则本线圈自动输出所有12通道信号；若为8通道或4通道系统，则系统会自动选择最强的8个通道或4个通道，而成像效果几乎不受影响。

虽然这里引用特定的实施例及其应用描述了本文所揭示的发明，但是本领域普通技术人员可对这些实施例作出各种修正与变化而不背离如权利要求所提出的本发明的范围。

Claims

1.一种用于磁共振成像的盆部射频线圈，其特征在于：所述盆部射频线圈包括12个环形单元，分成上下两部分，上半部分和下半部分各有6个单元；上半部分、下半部分的6个单元沿人体头脚方向分成两排，每一排由沿人体左右方向排列的三个环形单元组成一组，共4组；两排之间进行适当的交叠，使得相互之间的耦合最小，在线圈FOV的中心部位获得较高的信号灵敏度，提高信噪比。

2.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的盆部射频线圈，其特征在于：所述盆部射频线圈的每一组单元经过一个三进三出的射频合成/分配器组合，可以输出3个射频通道，其中第一个通道的信号由于在前列腺位置和磁共振信号的旋转方向相反而非常微弱；第二个通道的信号却由于在前列腺位置和磁共振信号的旋转方向相同而非常强，其在人体前列腺位置的信号灵敏度相当于未经射频合成/分配器组合的三个单元的灵敏度的总和，但在盆部两侧却相对微弱；第三个通道的信号却在盆部两侧很强。

3.根据权利要求2所述的用于磁共振成像的盆部射频线圈，其特征在于：所述盆部射频线圈的12个单元经过一个三进三出的射频合成/分配器组合，可以输出4个、8个或12个射频通道。

4.根据权利要求2或3所述的用于磁共振成像的盆部射频线圈，其特征在于：所述射频合成/分配器由两个4端口90度合成器组成。