CN102860826B - 一种核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈，包括通过电感耦合实现电磁连接的可分离的线圈本体部分和线圈导出部分；所述线圈导出部分连接射频电缆，把所述线圈本体部分收集的射频信号通过射频电缆传送出去。本发明公开的核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈，由于采用电感方式引出射频信号，所以接收线圈拆卸时不收射频电缆的影响，接插简便，可靠性高，方便了操作人员，节省了线圈的制造成本和使用成本。

Description

一种核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈

技术领域     本发明涉及一种核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈，尤其涉及一种射频接收线圈与输出电缆在结构上分离的核磁共振成像系统。

背景技术     核磁共振成像系统是根据核磁共振成像原理生成样品的二维或者三维图像的设备，在医疗诊断领域有着越来越广泛的应用。常见的核磁共振系统一般包括：产生静态均匀磁场B₀的磁体，该静态均匀磁体的范围足够大，能够覆盖病人的身体的成像部位；射频系统，包括用于激发样品发生共振的射频发射线圈，和用于接收样品发出的共振信号的射频接收线圈；梯度系统，用于在样品空间产生梯度磁场、便于成像编码；以及计算机成像系统，用于处理射频接收线圈收集的信号，产生便于医生观察的视觉图像。

核磁共振成像技术中，使用接收线圈来收集样品受激发出的射频信号，收集到的射频信号被放大后用于样品图像重建。在医用磁共振成像技术中，为了使扫描效果最好，能够生成图像信噪比高分辨率好的核磁共振图像，在对不同扫描部位进行扫描时分别使用不同的专用线圈，例如有体线圈、颈线圈等等。

接收线圈的电气结构主要包括由导电材料做成的线圈体，和连接在线圈体中的谐振电容。在工作状态下，接收线圈环绕着病人的被检查的部位，并且工作于谐振频率，其输出阻抗与后端数据收集设备匹配。

不同的接收线圈都必须能“谐振”于共振频率，并且和后端的接收设备“匹配”，从而获得最好的信噪比。

如图1所示是核磁共振系统的电磁结构示意图，在磁体B₀ 提供的静态磁场B₀中，有梯度线圈B_g，在静态磁场B₀和梯度线圈B_g提供的磁场环境中，射频线圈激发和接收样品发射的共振信号。计算机和电源系统通过匹配电缆接收射频线圈收集的射频信号。

综上所述可见，对于不同的患者、同一个患者不同的身体部位，有时候需要换用不同尺寸的接收线圈，也就是说，接收线圈是核磁共振系统中需要经常拆卸的部分，所以其接插件部分的设计非常重要。

现有技术中，接收线圈通常都连着一根射频电缆，该射频电缆再连接后端数据接收设备，用于引出射频信号。射频电缆通常比较粗重，插拔比较麻烦，使用不便，增加了设备使用人员的工作难度。实践表明，现有接收线圈在使用中容易损坏的部分往往是插头插座、电缆部分。经常需要维修的也是这些部分。

发明内容     本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈，在不改变线圈电路性能的前提下，对线圈部分结构进行适当的变化，在更换射频线圈的时候不需要插拔射频电缆。

本发明公开了一种核磁共振成像系统，包括磁体，梯度系统，射频系统，病床，以及计算机成像和电源系统；

所述磁体，用于产生静态均匀磁场B₀；

所述梯度系统，工作于静态均匀磁场B₀中，用于在样品空间产生梯度磁场Bg；

所述射频系统，包括用于激发样品发生共振的射频发射线圈，和用于接收样品发出的共振信号的射频接收线圈；所述射频发射线圈和射频接收线圈工作于静态均匀磁场B₀和梯度磁场Bg的环境中； 

所述计算机成像和电源系统，用于为本系统提供各种规格的电源，以及处理射频接收线圈收集的信号，进行图像处理；

所述病床，用于承载进出所述磁体的样品，和所述射频接收线圈和/或射频发射线圈；

所述射频接收线圈进一步包括可以相互分离的线圈本体部分和线圈导出部分；所述线圈导出部分连接射频电缆；所述线圈本体部分和线圈导出部分之间通过电感耦合，与所述线圈本体部分之间通过射频电缆传送射频信号。

在本发明的一个实施例中，核磁共振系统中所述线圈导出部分固定安装于所述病床的下面，所述线圈本体部分可拆卸地安装于所述病床的上面，并且与所述线圈导出部分的位置匹配实现电感耦合。

在本发明的一个实施例中，核磁共振系统的一个所述线圈导出部分匹配一个以上的不同的所述线圈本体部分。

在本发明的一个实施例中，核磁共振系统的所述线圈本体部分通过定位销固定于所述病床的上面。

本发明还公开了一种核磁共振成像系统使用的射频接收线圈，包括通过电感耦合传送射频信号的可分离的线圈本体部分和线圈导出部分；所述线圈导出部分连接射频电缆传送射频信号。

在本发明的一个实施例中，所述线圈导出部分中包括次耦合线圈，所述线圈本体部分中包括主耦合线圈；所述主耦合线圈和次耦合线圈分别绕制于不同的线圈骨架上；所述主耦合线圈和次耦合线圈的骨架之间的相互位置可以改变，用于调节耦合强度。

在本发明的一个实施例中，所述主耦合线圈的线圈骨架包括两个相互套接在一起的中空的同轴圆柱，其中，内圆柱的一端固定在本接收线圈的PCB板上，外圆柱与内圆柱的相对位置可以改变，并且通过定位销固定在一起。

本发明公开的核磁共振成像系统及其使用的射频接收线圈，由于采用电感方式引出射频信号，所以在核磁共振成像系统中更换接收线圈时，拆卸线圈不需要插拔射频电缆，操作简便，可靠性高，方便了操作人员，节省了线圈的制造成本和维护使用成本。

附图说明    

图1是核磁共振系统的电磁结构示意图。

图2是常规的射频接收线圈的电路原理图。

图3是本发明的接收线圈结构的电路原理图。

图4是核磁共振系统中各部分关系的示意图。

图5是本发明的实施例的头线圈外形结构示意图。

图6是本发明的实施例的主耦合线圈的安装结构示意图。

图7是本发明的实施例的主耦合线圈的骨架结构示意图。

图8是本发明的实施例的次耦合线圈的工装结构示意图。

图9是本发明的实施例的次耦合线圈的骨架和安装结构示意图。 

具体实施方式     下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

在磁共振成像系统的工作过程中，需要使用接收线圈对磁共振信号进行采集，线圈采集到信号后，需要传输到计算机成像系统进行处理才能得到图像，所以线圈还必须调整到与后端成像系统最佳的匹配状态，以保证传输时信号衰减最小，如果线圈不匹配，传输信号就会有损失，自然不能得到最佳的图像。

核磁共振成像系统通常采用一个可以自由进出磁体的病床来承载需要做检查的病人，射频发射线圈和射频接收线圈往往需要固定在病人身体的检查部位。线圈往往就固定在病床上，病床上有插座，与线圈的电缆相配合。在病床的下面，各种前端设备的输出电缆集成在一起，连接到计算机成像系统。

本发明的目的就是要在保证线圈匹配电路的基础上，对线圈部分结构进行适当的变化，使之不用拖着一根电缆，而是直接固定在病床上的适当位置。

如图2所示为常规的射频接收线圈的电路原理图，接收线圈的电路参数通常可以等效为电感L1、电感L2和L3，以及连接在线圈中的调谐电容C1、C2和C3。如图2可见，电感L1、L2和L3以及电容C1首尾相连，相互串联；电容C2和C3分别连接在电容C1的两端。电路中的电感L1、L2和L3以及电容C1、C2和C3共同作用，在工作频率上将线圈调整到最佳的传输匹配状态（通常为50欧姆）。

与射频接收线圈的输出阻抗相匹配的射频电缆连接在电容C2和C3的另一端,把射频接收线圈收集的核磁共振信号传递到计算机系统中,用于图像重建。

如图3所示是本发明的射频接收线圈的电路原理图，接收线圈的电路参数等效为电感L21、电感L22和L23，连接在线圈中的调谐电容C21，以及与电感L21相互耦合的电感L0。电感L0的两端连接了射频电缆，把射频接收线圈收集的核磁共振信号传递到计算机系统中,用于图像重建。

图3中的电感L21和电感L0的相互关系相当于高频变压器，变换了射频接收线圈的交流电压、电流和阻抗。一般的说，部分变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。图3中的电感L21相当于变压器中的初级线圈，电感L0相当于变压器中的次级线圈。当电感L21中通有交流电时，次级线圈中便产生交流磁通，使次级线圈L0中感应出电压（或电流）。

一般而言，变压器的次级输出电压随工作频率变化，如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。图3中电感L21和电感L0组成的变压器的通频带的中心频率是磁共振频率f₀。

一般而言，在变压器的初、次级接入适当的阻抗时，使变压器的初级阻抗Ro、次级阻抗Ri匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况下，变压器工作在最佳状态，传输效率最高。图3中的次级阻抗Ri还与射频电缆相匹配。

本发明的射频接收线圈，通过次级线圈L0导出射频信号，可以分成两个相互分离的部分：一部分是线圈本体，包括线圈的导体和接入导体之间的调谐电容；另一部分是线圈导出部分，包括次级线圈L0和射频电缆。线圈本体和线圈导出部分分别独立封装。线圈的导出部分直接固定在核磁共振系统的病床下面，在工作状态下，射频接收线圈的本体固定在病床上，与线圈的导出部分的安装位置在病床的结构设计上安排在相互匹配的位置，离得很近，从而保证射频接收线圈的本体和导出部分之间的变压器的阻抗匹配。

在医用磁共振成像技术中，对不同扫描部位进行扫描分别使用不同的专用线圈，例如有体线圈、颈线圈等等。由于不同患者身体结构的差异，为了使扫描效果最好，即使是同样的扫描部位，要达到线圈与扫描部位的尺寸相匹配，通过最佳的样品的尺寸占线圈内空间的比例，获得最佳的图像信噪比，也需要使用不同尺寸的线圈，生产和使用的成本比较高。几乎每次成像，系统操作人员都需要更换射频线圈，拖着一个笨重的射频电缆的线圈，从病床上搬上搬下很不方便。射频电缆需要通过接插件连接计算机系统，接插件反复插拔后，可靠性也下降了，维修率比较高。

本发明由于射频接收线圈的信号导出电缆连接在线圈的导出部分上，更换射频线圈的时候只需要更换线圈本体， 不带射频电缆的线圈本体分量轻，在病床上安装方便。

本发明的这种分成线圈本体和线圈导出部分的射频接收线圈，不同规格的线圈可以共用线圈的导出部分。例如头线圈和颈线圈的线圈本体，共用同一个线圈导出部分，节约了成本，而且极大的方便了核磁共振系统的使用。

如图4所示是核磁共振系统中各部分关系的示意图，图中发射线圈10位于梯度线圈（图中未标出）内部，接收线圈20距离患者30最近，患者30躺在病床40上。当前病床40的位置是在磁体（图中未标出）中央。

如图5所示是本发明的实施例的头线圈外形图。线圈的底部近似于平板，线圈的主体近似于圆筒状，需要成像的样品位于线圈主体近似中心位置。当线圈在工作状态，其底部固定在病床上，线圈的底部的主耦合线圈贴近病床的表面，从而使得位于线圈底部的主耦合线圈贴近固定于病床下面的次耦合线圈，主耦合线圈和次耦合线圈相互感应，把线圈收集的信号传送出去。

本发明的实施例的线圈中使用的PCB板安装于线圈的底部，在PCB板上通过电容电感分别调谐上述头线圈的各个通道，并使得各个不同的通道相互隔离，同时工作在谐振频率上。

一般的，核磁共振接收线圈往往采用正交线圈，包括2个通道，就是包括磁场方向相互正交的两个线圈，这两个正交的线圈一般一个采用螺线管形，一个采用马鞍形。也有3通道，四通道的线圈。如图5中所示的头线圈，包括螺线管线圈和马鞍形线圈。

图6是本发明的实施例的主耦合线圈的安装结构示意图。在头线圈中包括2个主耦合线圈2031和2033，其中主耦合线圈2031用于螺线管形线圈的信号输出，和主耦合线圈2033用于马鞍形线圈的信号输出。耦合线圈骨架分别被直立的固定在线圈底面。

如图7所示，主耦合线圈的骨架包括2个相互套接的中空柱体，中间的小柱体用于把主耦合线圈固定在头线圈上，外面的大柱体用于绕制耦合线圈，并固定在中间的小的柱体上，并且大小柱体的相互位置可以调整。调整合适后可以固定。

如图7中所示，4043绕线槽是主耦合线圈的绕线位置，4041定位销用于固定主耦合线圈中大小圆柱的相对位置的。

如图8所示是本发明的实施例的次耦合线圈的工装结构示意图，这个工装相当于病床的一部分，头线圈即对应固定在病床上的这个部分。图8的左边是工装的正面示意图，图9的右边是工装的侧面示意图。通过中心的定位装置4051，线圈可以紧贴在工装的正面，从而主耦合线圈与次耦合线圈也贴近在一起。定位装置4051可以是一个定位孔。工装上有4个次耦合线圈4055，每个次耦合线圈4055都有一根电缆4053。也就是说，工装中共有4个通道，可以分别与线圈的4个通道相互耦合。每一个通道都会安装电缆，将射频信号传送到计算机成像。

如图9所示是本发明的实施例的次耦合线圈的骨架和安装结构示意图。次耦合线圈的骨架通过图8所示的工装固定连接在病床的下面，次耦合线圈4055采用漆包线绕制在骨架上，骨架的下部结构如碗型，线圈的尾端和调谐电容4059位于“碗”内。用于引出信号的电缆4053也从“碗”里连接出来。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种核磁共振成像系统，包括磁体，梯度系统，射频系统，病床，以及计算机成像和电源系统；

所述磁体，用于产生静态均匀磁场B₀；

所述梯度系统，工作于静态均匀磁场B₀中，用于在样品空间产生梯度磁场Bg；

所述射频系统，包括用于激发样品发生共振的射频发射线圈，和用于接收样品发出的共振信号的射频接收线圈；所述射频发射线圈和射频接收线圈工作于静态均匀磁场B₀和梯度磁场Bg的环境中；

所述计算机成像和电源系统，用于为本系统提供各种规格的电源，以及处理射频接收线圈收集的信号，进行图像处理；

所述病床，用于承载进出所述磁体的样品，和所述射频接收线圈和/或射频发射线圈；

其特征在于：所述射频接收线圈进一步包括可以相互分离的线圈本体部分和线圈导出部分；所述线圈导出部分连接射频电缆；所述线圈本体部分和线圈导出部分之间具有电感耦合作用，把来自于线圈本体部分的射频信号通过射频电缆传送到所述计算机成像和电源系统；所述线圈导出部分固定安装于所述病床的下面，所述线圈本体部分可拆卸地安装于所述病床的上面，并且与所述线圈导出部分的位置匹配实现电感耦合。

2.根据权利要求1所述的核磁共振成像系统，其特征在于，一个所述线圈导出部分匹配一个以上的不同的所述线圈本体部分。

3.根据权利要求2所述的核磁共振成像系统，其特征在于，所述线圈本体部分通过定位销固定于所述病床的上面。

4.根据权利要求3所述的核磁共振成像系统，其特征在于，所述线圈导出部分中包括次耦合线圈，所述线圈本体部分中包括主耦合线圈；所述主耦合线圈和次耦合线圈分别绕制于不同的线圈骨架上；所述主耦合线圈和次耦合线圈的骨架之间的相互位置可以改变，用于调节耦合强度。

5.根据权利要求4所述的核磁共振成像系统，其特征在于，所述主耦合线圈的线圈骨架包括两个相互套接在一起的中空的同轴圆柱，其中，内圆柱的一端固定在所述射频接收线圈的PCB板上，外圆柱与内圆柱的相对位置可以改变，并且通过定位销固定在一起。