CN102788963B - 基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，所述的磁共振射频线圈由多通道微带线组成，所述的多通道微带线轴向互相平行，其特征在于：单个通道微带线包括介质基板(1)、接地板和金属贴片(2)，所述的接地板设于介质基板(1)的背面，金属贴片(2)设于介质基板(1)的正面，所述的金属贴片(2)呈宽窄交替排布。采用本发明结构，将交替阻抗微带线应用于腔内磁共振线圈的设计，在微带线长轴轴向上将线圈制作为高低阻抗交替的形状，线圈在其长轴轴向上的磁场会变得更加均匀，提高了磁场均匀度，从而有利于磁共振成像，提高了图像的清晰度。

Description

基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈

技术领域

本发明涉及磁共振领域，具体地讲是一种基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈。

背景技术

共振是一种特定的物理现象，为了使外磁场作用下的物质产生磁共振，通常需要一定的射频激励，即射频激励是产生磁共振现象的条件。在临床上常见的磁共振图像是显示人体组织器官等所含氢核的分布情况。为了准确得到氢核所在空间的位置，常在恒定主磁场上叠加三个相互垂直的线性梯度磁场，叠加的结果使得空间各点的磁场强度各不相同，于是空间各点的拉莫频率也各不相同。因此，可以采用不同位置氢核的拉莫频率来标记各点的空间位置。磁共振成像(MRI)技术是一种重要的医学成像诊断方法，由于其具有成像参数多和无电离辐射特性，现在已广泛用于医学临床研究和诊断，极大地促进了神经科学、生理学和医学影像学的发展。但磁共振成像设备采集到的射频信号非常微弱，极易受到外界噪声的干扰，因此提高图像信噪比(SNR)是磁共振成像的首要任务。射频线圈作为信号接收传感器，是信噪比的决定因素之一，一直是磁共振成像研究领域活跃的一个热点。

磁共振射频线圈通常是由基本导体单元(如：铜片)制成，既起到激发磁共振射频信号的作用，又起到接收磁共振信号的作用，是磁共振系统的核心部件之一。微带阵列以其结构简单、易于制作、体积小、成本低、容易同安装表面共形等优点而被应用于磁共振射频线圈的设计，其馈电网络可以很好地与微带阵列单元集成在同一介质基板上。常用的微带线圈是在一个薄介质基板(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片而构成，它利用微带线或同轴线探针对贴片馈电，在导体贴片和接地板之间激励起射频电磁场。根据磁共振成像场合的需要，将微带线绕制成不同的形状，从而设计出相应的磁共振射频线圈，如鸟笼射频线圈、锥形射频线圈等。

由微带线制作的射频线圈阵列普遍用于磁共振信号的发射与接收，通过控制每个通道的幅度和相位，这种线圈可以有效地用于磁共振信号的并行发射与接收。在成像区域产生均匀的射频磁场是射频线圈设计最重要的问题之一，不仅如此，沿着射频线圈的长轴轴向磁场的强度要尽量均匀。用于发射射频信号的射频线圈必须工作在相应的拉莫尔频率，而且要在感兴趣区产生均匀的磁场，使得原子核能够得到均匀的激发。用于接收射频信号的射频线圈必须在感兴趣区的任意点处以相同的增益接收射频信号。这是磁共振的射频线圈的基本要求。

在运用磁共振线圈从人体腔内(如食道、直肠等)进行磁共振成像时，需要将线圈伸入腔内，靠近被检测部位，通过提高磁共振信号敏感性来提高成像质量。用于磁共振成像的传统的微带线射频线圈在其长轴轴向上产生的磁场并不均匀，研究发现在这一方向上，磁场在中心达到最大值，而在线圈的两端最小。而由于磁场不够均匀，则产生的磁共振图像的清晰度不高，从而影响诊断。正是基于以上技术问题，目前市场上尚未发现将微带线运用于腔内磁共振线圈的设计中，即使将传统的微带线应用于腔内磁共振线圈的设计，依然存在以上技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够产生均匀磁场和连续性好的电场、得到清晰磁共振图像的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈。

本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，所述的磁共振射频线圈由多通道微带线组成，所述的多通道微带线轴向互相平行，单个通道微带线包括介质基板、接地板和金属贴片，所述的接地板设于介质基板的背面，金属贴片设于介质基板的正面，所述的金属贴片呈宽窄交替排布。

采用以上结构，本发明与现有技术相比具有以下优点：采用本发明结构，将交替阻抗微带线应用于腔内磁共振线圈的设计，由于微带线的阻抗跟单位长度的电阻有关，因此，通过改变传统微带线的宽度，线圈的局部阻抗会发生变化，从而形成交替阻抗，进而会引起微带线产生磁场的变化；在微带线长轴轴向上将线圈制作为高低阻抗交替的形状，线圈在其长轴轴向上的磁场会变得更加均匀，提高了磁场均匀度，从而有利于磁共振成像，提高了图像的清晰度。

作为改进，所述的金属贴片宽窄交替排布是指由三段宽边和两段窄边交替排布，每段窄边宽度是宽边宽度的十分之一到二分之一，每段窄边长度是宽边长度的二分之一到两倍；该设计进一步提高了磁共振线圈的磁场均匀度。

作为改进，所述的金属贴片宽窄交替排布是指由五段宽边和四段窄边交替排布，每段窄边宽度是宽边宽度的十分之一到二分之一，每段窄边长度是宽边长度的一到六倍；针对九段交替阻抗的设计，采用该比例范围，磁场均匀度更好。

作为改进，宽窄交替排布的宽边部分进行分形处理；采用分形处理，提高了线圈中的电流强度和电流密度的连续性，而且进一步提高了磁场均匀度。

作为改进，所述的分形处理是指采用Koch分形；进一步提高了磁场强度和均匀度，进而提高了成像质量。

作为改进，所述的Koch分形为一阶或二阶Koch分形。

作为改进，每段宽边和窄边的宽度分别为1mm和0.35mm，每段宽边和窄边的长度分别为6.6mm和6.75mm。

作为改进，每段宽边和窄边的宽度分别为0.8mm和0.21mm，每段宽边和窄边的长度分别为8.57mm和17.14mm。

附图说明

图1为本发明采用三通道微带线的结构示意图。

图2为本发明采用三通道微带线的模型仿真图。

图3为本发明基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈的结构示意图(实施例1)。

图4为本发明基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈的结构示意图(实施例2)。

图5为本发明一阶Koch分形的结构示意图。

图6为本发明二阶Koch分形的结构示意图。

图7为Koch分形曲线单元的示意图。

如图所示1、介质基板，2、金属贴片，2.1、宽边，2.2、窄边。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，本发明的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，所述的磁共振射频线圈由多通道微带线组成，所述的多通道微带线轴向互相平行，单个通道微带线包括介质基板1、接地板和金属贴片2，所述的接地板设于介质基板1的背面，金属贴片2设于介质基板1的正面，所述的金属贴片2呈宽窄交替排布。附图1中，给出了三通道的结构示意图，具体通道数量可以根据适用来选择，一般以2-3个通道为宜。此外，多通道微带线接同一地线。

如图3所示，实施例1，所述的金属贴片宽窄交替排布是指由三段宽边2.1和两段窄边2.2交替排布，每段窄边2.2宽度是宽边2.1宽度的十分之一到二分之一，每段窄边2.2长度是宽边2.1长度的二分之一到两倍。每段宽边和窄边的宽度分别为0.8mm和0.21mm，每段宽边和窄边的长度分别为8.57mm和17.14mm。

如图4所示，实施例2，所述的金属贴片宽窄交替排布是指由五段宽边2.1和四段窄边2.2交替排布，每段窄边2.2宽度是宽边2.1宽度的十分之一到二分之一，每段窄边2.2长度是宽边2.1长度的一到六倍。每段宽边2.1和窄边2.2的宽度分别为1mm和0.35mm，每段宽边2.1和窄边2.2的长度分别为6.6mm和6.75mm。

如图5和6所示，实施例3，宽窄交替排布的宽边部分进行分形处理；采用分形处理，提高了线圈中的电流强度和电流密度的连续性，而且进一步提高了磁场均匀度；所述的分形处理是指采用Koch分形；所述的Koch分形为一阶或二阶Koch分形。图5以九段交替阻抗设计的基础上实现一阶Koch分形；图6为以九段交替阻抗设计的基础上实现二阶Koch分。也可以在其他段数的交替阻抗的基础上设计一阶、二阶或多阶分形。

如图7所示，考虑由直线段(2个点)产生第一个图形(6个点)的过程。设P₁和P₆分别为原始直线段的两个端点，现需要在直线段的中间依次插入四个点P₂，P₃，P₄，P₅。显然P₂、P₃位于线段三分之一处，P₄、P₅位于线段三分之二处，P₄点的位置可看成是由P₅点以P₂点为轴心，逆时针旋转90度而得。旋转由正交矩阵

$A=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)& -\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\\ \sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)& \cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\end{array}\right)$

实现。

算法根据初始数据(P₁和P₆点的坐标)，产生图7中六个结点的坐标。结点的坐标数组形成一个6×2矩阵P，矩阵的第一行为P₁的坐标，第二行为P₂的坐标……，第六行为P₆的坐标。矩阵的第一列元素分别为六个结点的x坐标，第二列元素分别为六个结点的y坐标。进一步考虑Koch曲线形成过程中结点数目的变化规律。设第k次迭代产生的结点数为n_k，第k+1次迭代产生的结点数为n_k+1，则n_k和n_k+1中间的递推关系为n_k+1＝5n_k-4。

以上实施例中，以一阶、二阶Koch分形为例介绍了Koch分形交替阻抗的结构和应用，需要注意的是阶次的多少与磁场的均匀度并非一定为正相关或负相关的关系，但是，除了一阶、二阶Koch分形，也存在其他阶次能满足本申请条件的分形。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，如分形的方式不限于Koch分形；Koch分形不限于一阶、二阶，也包括其他多阶分形，等等。总之，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，所述的磁共振射频线圈由多通道微带线组成，所述的多通道微带线轴向互相平行，其特征在于：单个通道微带线包括介质基板(1)、接地板和金属贴片(2)，所述的接地板设于介质基板(1)的背面，金属贴片(2)设于介质基板(1)的正面，所述的金属贴片(2)呈宽窄交替排布；宽窄交替排布的宽边部分进行分形处理；所述的分形处理是指采用Koch分形；所述的Koch分形通过以下方式实现：设P₁和P₆分别为原始直线段的两个端点，现需要在直线段的中间依次插入四个点P₂，P₃，P₄，P₅；显然P₂、P₃位于线段三分之一处，P₄、P₅位于线段三分之二处，P₄点的位置可看成是由P₅点以P₂点为轴心，逆时针旋转90度而得；旋转由正交矩阵

$A=\left(\begin{array}{cc}\cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)& -\sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\\ \sin \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)& \cos \left(\frac{\mathrm{\π}}{2}\right)\end{array}\right)$

实现。

2.根据权利要求1所述的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，其特征在于：所述的金属贴片宽窄交替排布是指由三段宽边(2.1)和两段窄边(2.2)交替排布，每段窄边(2.2)宽度是宽边(2.1)宽度的十分之一到二分之一，每段窄边(2.2)长度是宽边(2.1)长度的二分之一到两倍。

3.根据权利要求1所述的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，其特征在于：所述的金属贴片宽窄交替排布是指由五段宽边(2.1)和四段窄边(2.2)交替排布，每段窄边(2.2)宽度是宽边(2.1)宽度的十分之一到二分之一，每段窄边(2.2)长度是宽边(2.1)长度的一到六倍。

4.根据权利要求1所述的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，其特征在于：所述的Koch分形为一阶或二阶Koch分形。

5.根据权利要求2所述的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，其特征在于：每段宽边(2.1)和窄边(2.2)的宽度分别为0.8mm和0.21mm，每段宽边(2.1)和窄边(2.2)的长度分别为8.57mm和17.14mm。

6.根据权利要求3所述的基于交替阻抗微带线的腔内磁共振射频线圈，其特征在于：每段宽边(2.1)和窄边(2.2)的宽度分别为1mm和0.35mm，每段宽边(2.1)和窄边(2.2)的长度分别为6.6mm和6.75mm。