CN103033778A - 双频射频表面线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁共振技术。本发明解决了现有磁共振系统中双频射频表面线圈信噪比不高的问题，提供了一种双频射频表面线圈，其技术方案可概括为：外圈线圈不再采用常规的集总电路设计，而是采用微带天线设计，并实现内外圈线圈之间的彻底去耦。本发明的有益效果是，外圈信噪比较高，适用于核磁共振上的双频射频表面线圈。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振技术，特别涉及核磁共振上的双频射频表面线圈的技术。
背景技术
随着磁共振技术的发展，除了常规的氢核子的成像扫描，对于其他少数核子如31P，13C，23Na等的研究，尤其是磁共振波谱扫描（MRS）越来越多用于人类新陈代谢类疾病的研究。其中以31P谱的研究多一些主要用于缺血性心脏疾病，和癌症的早期探测。目前波谱技术主要应用于高场系统（3T，4.7T，9T甚至更高）。这些多核应用需要射频线圈能够同时工作在两种核子的共振频率。目前用于NMR的高场磁共振系统的双频表面线圈设计有两种方式：7T核磁共振上以1H和31P为例（7T核磁共振上还有1H和13C、1H和23Na、1H和19F等），1）第一种方式是用一个单线圈实现两种核子31P（7T系统的工作频率是121Mhz）和1H的调谐，利用的原理是将本身线圈可以等效为串联成一个回路的四个电容，将其中的一个电容用以对并联谐振来替代，如图1所示，电感一L1和电容一C1并联，在磷频率（f=121Mhz）呈现电感，而在氢频率（f=300Mhz）上呈现电容，从而达到双频谐振的目的，这种方法的特点是，设计简单，结构紧凑，只用了一个线圈单元，其不足是对于两个频率上的工作，一般来说按照较低频率（121Mhz）优化，导致并联谐振回路的频率接近300Mhz，这种情况下在高频（300Mhz）的信噪比的损耗会比较大，一般会下降50%左右，品质因数也不高，同时在两个频率上的匹配电路也比较困难。2）第二种方式用两个单独线圈来构成双频线圈，如图2所示，外圈为谐振在1H上的高频线圈，内圈为谐振在31P上的低频线圈，现有线圈一般都可等效为串联成一个回路的四个电容，其中，为了实现内外两个线圈之间的隔离，在内圈设置了两个并联谐振，在内圈上选择相对的两个电容各自并联一个电感，即电容二C2与电感二L2并联，电容三C3与电感三L3并联，分别组成一个并联谐振，电容二C2与电感二L2谐振在300Mhz的频率上，在121Mhz的频率上呈现电感，电容三C2与电感三L3与之相同，目前这种设计中，内圈线圈和外圈线圈都是采用集总电路形式设计，外圈基本上不另外放置谐振电路，这种方式可以满足普通的实验要求，但同时由于外圈采用的是集总电容的方式，需要多个电容来形成谐振，从而导致外圈的品质因数不高，很难取得较好的信噪比，品质因数（quality factor）是用来描述谐振电路的能量损耗的一个重要参数，有时也用Q值来表示，Q值越高，代表天线自身的损耗越低，换而言之，也就是天线接收的灵敏度越高，另一个缺点是，当内圈工作在交底频率时，如121Mhz时，外圈对内圈仍然存在着耦合的问题，也就是说，外圈会导致内圈的一定频率漂移，甚至多达3-5Mhz。为了解决上述技术问题，申请人承接了编号为“2012BAI23B08”的国家科技支撑项目。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是为了解决现在磁共振系统中双频射频表面线圈信噪比不高的缺点，提供一种双频射频表面线圈。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，双频射频表面线圈，包括内圈线圈及外圈线圈，内圈线圈包括两个对应的并联谐振，其特征在于，外圈线圈包括电容四、电容五、电容六、电容七、电容八、电容九、电感八、电感九、两个由铜箔制成的微带线、两个由宽度大于微带线的铜箔制成的地线，分别为地线一及地线二，微带线位于地线一及地线二上方，微带线与地线一及地线二之间具有一定厚度的特氟龙介质夹层，两个微带线通过电容四连接，两个微带线未与电容四连接的一端与电容五、电容六及电容七中的一个或两个电容的一端相连，电容五、电容六及电容七的一端都只与一个微带线连接，其的另一端与地线一或地线二连接，电容八与电感八组成外圈并联谐振一，电容九与电感九组成外圈并联谐振二，地线一的一端通过外圈并联谐振一与地线二的一端连接，地线一的另一端通过外圈并联谐振二与地线二的另一端连接，外圈并联谐振与内圈线圈的并联谐振在位置上相对应。
具体的，所述一定厚度的特氟龙介质夹层为5mm厚度。
进一步的，所述微带线的宽度为7mm，地线的宽度为12mm。
本发明的有益效果是，通过上述双频射频表面线圈，可以明显提高外圈线圈的信噪比，使得常规集总电容设计的方法导致的外圈信噪比较低的问题不再出现，且当外圈线圈在工作时，由于其上放置了两个谐振电路，使得外圈线圈对内圈线圈的耦合问题得以改善，使内外圈的信噪比和隔离度提升，可以通过外圈线圈得到清晰的定位图像，通过内圈线圈得到较好的波谱。
附图说明
图1是现有双频线圈的电路框图。
图2是现有由两个线圈单元来构成双频线圈的电路框图。
图3是本发明实施例中双频射频表面线圈的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明的双频射频表面线圈，包括内圈线圈及外圈线圈，内圈线圈包括两个对应的并联谐振，外圈线圈包括电容四C4、电容五C5、电容六C6、电容七C7、电容八C8、电容九C9、电感八L8、电感九L9、两个由铜箔制成的微带线W、两个由宽度大于微带线的铜箔制成的地线，分别为地线一GND1及地线二GND2，其中，微带线W位于地线一GND1及地线二GND2上方，微带线W与地线一GND1及地线二GND2之间具有一定厚度的特氟龙介质夹层，两个微带线W通过电容四C4连接，两个微带线W未与电容四C4连接的一端与电容五C5、电容六C6及电容七C7中的一个或两个电容的一端相连，电容五C5、电容六C6及电容七C7都只与一个微带线W连接，其的另一端与地线一GND1或地线二GND2连接，电容八C8与电感八L8组成外圈并联谐振一，电容九C9与电感九L9组成外圈并联谐振二，地线一GND1的一端通过外圈并联谐振一与地线二GND2的一端连接，地线一GND1的另一端通过外圈并联谐振二与地线二GND2的另一端连接，外圈并联谐振与内圈线圈的并联谐振在位置上相对应。
实施例
本例以7T核磁共振上的1H和31P为例，其电路框图如图3。
首先双频射频表面线圈，包括内圈线圈及外圈线圈，内圈线圈包括两个对应的并联谐振（分别由电容十C10和电感十L10、电容十一C11和电感十一L11组成），外圈线圈包括电容四C4、电容五C5、电容六C6、电容七C7、电容八C8、电容九C9、电感八L8、电感九L9、两个由铜箔制成的微带线W、两个由宽度大于微带线的铜箔制成的地线，分别为地线一GND1及地线二GND2，其中，微带线W位于地线一GND1及地线二GND2上方，微带线W与地线一GND1及地线二GND2之间具有一定厚度的特氟龙介质夹层，由于在高频上特氟龙具有低介电常数、低损耗角等特点，因此采用特氟龙介质可以获得相对较高的品质因数，两个微带线W通过电容四C4连接，两个微带线W未与电容四C4连接的一端与电容五C5、电容六C6及电容七C7中的一个或两个电容的一端相连，电容五C5、电容六C6及电容七C7都只与一个微带线W连接，其的另一端与地线一GND1或地线二GND2连接，例如，若将两个微带线分为微带线一及微带线二，则电容五C5的一端与微带线一未与电容四C4连接的一端相连，电容五C5便不能与微带线二相连，电容五C5的另一端与地线一GND1相连，电容六C6及电容七C7的一端与微带线二未与电容四C4连接的一端相连，电容六C6及电容七C7也不能与微带线一相连，而电容六C6及电容七C7的另一端也与地线一GND1相连；电容八C8与电感八L8组成外圈并联谐振一，电容九C9与电感九L9组成外圈并联谐振二，地线一GND1的一端通过外圈并联谐振一与地线二GND2的一端连接，地线一GND1的另一端通过外圈并联谐振二与地线二GND2的另一端连接，外圈并联谐振与内圈线圈的并联谐振在位置上相对应。
本例中，由于是使用在1H和31P时，因此微带线W为宽度7mm的铜箔，地线（包括地线一GND1及地线二GND2）为宽度为12mm的铜箔，特氟龙介质夹层的厚度为5mm。
在300Mhz的频率下，微带线相对于常规的集总天线来说，明显呈现出损耗低，信噪比高的优点。根据测试，谐振在300Mhz的外圈线圈空载Q值为190，有载Q值为90，而普通的同样的谐振在300Mhz的集总元件构成的外圈线圈，空载Q值只有110，有载Q值只有20，内圈相对外圈来说，工作频率较低（谐振在121.6Mhz），为了电路设计简单，仍然可以采用集总电路设计，能够获得可以接受的结果；当内圈工作在121Mhz的时候，由于外圈线圈中具有的两个外圈并联谐振，外圈线圈对内圈线圈没有影响，且内圈线圈中也具有两个并联谐振可以保证当外圈线圈工作在300Mhz时，内圈线圈对外圈线圈具有良好的隔离。
本发明所述的方案也可以应用于1H和13C、1H和23Na、1H和19F等，根据应用改变微带线和地线的宽度，及特氟龙介质夹层的厚度即可。
Claims (3)
1.双频射频表面线圈，包括内圈线圈及外圈线圈，内圈线圈包括两个对应的并联谐振，其特征在于，外圈线圈包括电容四、电容五、电容六、电容七、电容八、电容九、电感八、电感九、两个由铜箔制成的微带线、两个由宽度大于微带线的铜箔制成的地线，分别为地线一及地线二，微带线位于地线一及地线二上方，微带线与地线一及地线二之间具有一定厚度的特氟龙介质夹层，两个微带线通过电容四连接，两个微带线未与电容四连接的一端与电容五、电容六及电容七中的一个或两个电容的一端相连，电容五、电容六及电容七的一端都只与一个微带线连接，其的另一端与地线一或地线二连接，电容八与电感八组成外圈并联谐振一，电容九与电感九组成外圈并联谐振二，地线一的一端通过外圈并联谐振一与地线二的一端连接，地线一的另一端通过外圈并联谐振二与地线二的另一端连接，外圈并联谐振与内圈线圈的并联谐振在位置上相对应。
2.根据权利要求1所述双频射频表面线圈，其特征在于，所述一定厚度的特氟龙介质夹层为5mm厚度。
3.根据权利要求1或2所述双频射频表面线圈，其特征在于，所述微带线的宽度为7mm，地线的宽度为12mm。
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