CN103116146B - 一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，该射频线圈包括线圈外壳（1）、真空罩（2）、液氮装置和线圈导体（3），该射频线圈为至少一个射频接收线圈或至少一个可操作性的既可发射也可接收的射频线圈，所述线圈导体（3）由端环（4）、连接端环两端的互相平行的偶数个腿（5）和谐振电容（6）组成，所述谐振电容（6）与线圈导体（3）相连，可根据主磁场方向的不同选择不同结构的线圈导体（3），所述液氮装置设置于线圈导体（3）上并通过液氮对线圈导体制冷，线圈导体可以作为接收线圈使用，也可以作为接收/发射线圈使用，具有很好的正交接收以及激发性能，在成像区域有较高的均匀性，通过对导体用液氮制冷来降低磁共振接收过程中的损耗和由于电阻产生的热噪声，从而提高获得图像的信噪比。

Description

一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，尤其涉及到一种采用液氮制冷并用具有接收或发射/接收的线圈导体对头部进行诊断的射频线圈。

背景技术

目前，磁共振成像技术已广泛应用于世界上各个大型医疗机构并且在医学实践中取得了巨大而独特的效益。这些磁共振成像技术不仅具有在识别和评估病理、判断受测组织健康状况方面的医学诊断价值，还广泛应用于临床和研究中；虽然通过不懈的努力，磁共振成像已获得长足的进步，但是磁共振成像还有进一步改善的需要，如更高的对比度、增强的信噪比、更快的采集速度和/或更高的空间和时间分辨率。

线圈是拾取磁共振信号的核心部件，线圈拾取信号的能力大小以及质量的高低，对成像质量有直接的至关重要的影响，磁共振成像系统中，人体中质子受激发后发出的磁共振信号是很微弱的。线圈的一个重要的指标是品质因子，一般简写为Q，它由线圈的谐振峰的中心频率除以谐振峰的宽度而得，它反映的是线圈接收信号和排除干扰的能力，在线圈可用带宽大于磁共振系统所需带宽的前提下，空载Q通常是越高越好。决定线圈的Q的主要因素是整个线圈回路中的电阻，主要是导体中的电阻，导体电阻越大，线圈的Q也就越低，成像品质越差。

现有采用的方法为：通过改进布线来降低线圈重叠部位耦合电容，从而提高线圈的Q值，但因受限于常温铜导体内固有电阻，Q值仍然不够高，与电子热噪声关联的图象噪声影响成像清晰度，使用的导体为常温铜导体，成像过程中，为了减弱铜导体中与电子热噪声以及固有电阻带来的影响，必须通过延长扫描时间来提高信噪比，从而导致设备使用成本的提高；目前常用的线圈设计主要基于常温导体，普遍都不能获得较高的空载Q。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，该线圈与各类磁共振系统配合使用，主要用于头部各部位包括大脑、小脑、脑干、额窦、上颌窦部位的临床扫描，辅助医务人员进行诊断。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，该射频线圈包括线圈外壳、真空罩、液氮装置和线圈导体，该射频线圈为至少一个射频接收线圈或至少一个可操作性的既可发射也可接收的射频线圈，所述线圈导体由端环、连接端环两端的互相平行的偶数个腿和谐振电容组成，所述谐振电容与线圈导体相连，可根据主磁场方向的不同选择不同结构的线圈导体，所述线圈导体采用高通、低通和带通三种结构，根据谐振电容在线圈导体中不同位置来判定线圈导体结构；所述液氮装置包括液氮罐和液氮加注管，所述液氮装置设置于线圈导体上并通过液氮对线圈导体制冷，所述线圈导体的信号输出端与低噪声前置放大器相连。

所述线圈导体采用冷却至0K-77K温度时导电性比铜高的一种非超导材料和超导材料，所述线圈导体采用高温超导材料。所述真空罩上设有抽口并与抽真空设备连接，所述线圈导体放置在由非磁性非金属构成的液氮罐和真空罩隔离出的一个公共真空室内，所述公共真空室内设有非磁性非金属的保温材料，所述保温材料为珠光砂或气凝胶毡。

所述液氮加注管穿过真空罩并与液氮罐呈连接状态，所述液氮罐通过非磁性非金属材料设置于真空罩内部，所述线圈导体为圆筒状，所述线圈导体上设有作为扫描检测区域的一个开孔。

作为本发明的进一步改进，所述线圈导体部分或全部设置在液氮罐内部或外部，线圈导体部分或全部通过非磁性电绝缘低温传导材料与液氮罐外表面接触。

与现有技术相比，本发明具有下列优点。

（1）本发明中涉及的线圈导体采用冷却至0K-77K温度时导电性比铜高的一种非超导材料和超导材料，所述线圈导体采用高温超导材料，线圈导体可以做为接收线圈使用，也可以做为接收/发射线圈使用，产生的电磁场高度均匀，而且线圈有高度对称性，容易实现正交发射和接收，具有较好的正交接收以及激发性能，正交发射时，其功耗低，正交接收时，信噪比较非正交接收的线圈高。

（2）所述线圈导体采用高通、低通和带通三种结构，高通型鸟笼线圈的谐振电容均焊在端环导体上，低通型的谐振电容焊在每根腿导体中间，带通型线圈则在端环和腿上都布有电容，根据不同的主磁场方向可以选择不同类型的线圈导体。

（3）通过对线圈导体用液氮制冷，降低导体的电阻，使用普通导体在低温下、电阻会明显降低，而当使用可在液氮温度下工作的高温超材料作为导体时，电阻可以降低到忽略不计的程度，从而大幅提高线圈的Q；导体中的电子热噪声正比于温度和电阻的乘积，当温度从室温降低到液氮温度时，线圈导体中的电子热噪声会大幅降低。

通过对导体用液氮制冷来降低磁共振接收过程中的损耗和由于电阻产生的热噪声，从而提高获得图像的信噪比，明显增强线圈的信号接收性能，大幅提高磁共振成像的图像质量。

（4）所述真空罩上设有抽口并与抽真空设备连接，所述线圈导体放置在由非磁性非金属构成的液氮罐和真空罩隔离出的一个公共真空室内，这样便可以将液氮罐与外界室温隔离开来，便可以长时间保持低温。所述公共真空室内设有非磁性非金属的保温材料，所述保温材料为珠光砂或气凝胶毡，以进一步提高保温效果。

（5）所述液氮罐通过非磁性非金属材料设置于真空罩内部，防止液氮罐相对移动，液氮罐与真空罩没有接触，以期尽量减少冷量损耗。

（6）所述线圈为圆筒状，所述线圈上设有作为扫描检测区域的一个开孔，中间的开孔可以让平躺着的病人的头部放入其中，考虑到部分病人患有幽闭恐惧症，空心圆柱体对应眼睛的位置还可以开孔，这样便不会完全遮挡住病人的视野。

附图说明

图1A为本发明用于磁共振成像系统的头部射频线圈的结构示意图。

图1B为本发明用于磁共振成像系统的头部射频线圈的横截面示意图。

图2A为本发明中线圈导体为接收模式时原理图。

图2B为本发明中线圈导体为作为接收/发射线圈模式时原理图。

图3A为本发明中线圈导体的高通结构示意图。

图3B为本发明中线圈导体的低通结构示意图。

图3C为本发明中线圈导体的一种应用示意图

具体实施方式

实施例一。

如图1A、图1B和图2A所示，一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，该射频线圈包括线圈外壳1、真空罩2、液氮装置、线圈导体3和低噪声前置放大器7，该射频线圈为一个射频接收线圈，工作时处于接收模式，需要另一个由MRI系统自带的发射线圈对被测物品进行激发，然后由接收线圈接收被测物品产生的信号。

如图3A、图3B和图3C所示，所述线圈导体3由端环4、连接端环两端的互相平行的偶数个腿5和谐振电容6组成，端环4或个腿5上可焊接谐振电容6以达到谐振条件，不同位置的谐振电容6两端有不同的电压差，可以在选定的一个或多个谐振电容两端搭接上匹配网络系统来将此电容两端的电压差转化为系统可利用的信号，所述线圈导体3采用高通、低通和带通三种结构，高通型线圈的谐振电容6均焊接在端环导体上，低通型线圈的谐振电容焊接在每根个腿导体的中间，带通型线圈的谐振电容6在端环4和个腿5上都设有，可根据谐振电容在线圈导体中不同位置来选择不同类型的线圈导体结构。

所述液氮装置包括液氮罐8和液氮加注管9，所述液氮装置设置于线圈导体3上，所述线圈导体3部分或全部设置在液氮罐8内部或外部，即：线圈导体3从液氮罐8获得制冷的方法有以下几种：

（i）线圈导体3部分或全部放在液氮罐8中，线圈导体3直接浸泡在液氮中而被制冷，其余部分伸出液氮罐8，通过导体自身的热传导能力而被制冷；

（ii）线圈导体3部分或全部用胶水直接粘在液氮罐的外表面而被制冷，其余部分通过导体自身的热传导能力而被制冷；

（iii）线圈导体3部分或全部经过非磁性电绝缘低温传导材料（例如蓝宝石，氮化铝）与液氮罐8外表面接触而被制冷，其余部分通过导体自身的热传导能力而被制冷；

（ⅳ）以上三种方式的组合。

所述液氮加注管9穿过真空罩2并与液氮罐8呈连接状态，所述液氮罐8通过非磁性非金属材料设置于真空罩2内部，即：液氮罐8顶部伸出一根或两根液氮加注管9穿过真空罩2，便于外界向液氮罐8里面添加液氮以及让里面氮气排向外界，还可以在适当部位用非磁性非金属材料将液氮罐8支撑固定在真空罩2里面的合适位置，防止液氮罐8相对移动，除了液氮加注管9以及少量的支撑点，液氮罐8与真空罩2没有接触，以期尽量减少冷量损耗。

所述线圈导体3采用冷却至0K-77K温度时导电性比铜高的一种非超导材料和超导材料，有多种温度组合供维持线圈运作。例如，在某些配置方式下，所有线圈可能都维持在77K；所述线圈导体3采用高温超导材料，如YBaCuO、BiSrCaCuO等，也可采用超导材料、纳米材料如碳纳米管和具有高导电性特点的材料/结构。

所述真空罩2上设有抽口10并与抽真空设备连接，所述线圈导体3放置在由非磁性非金属（例如环氧树脂玻璃纤维，双层隔热玻璃）构成的液氮罐8和真空罩2隔离出的一个公共真空室内，所述公共真空室内设有非磁性非金属的保温材料，所述保温材料为珠光砂或气凝胶毡。

所述线圈导体3的信号输出端与低噪声前置放大器7相连，线圈工作时感应到的信号经低噪声前置放大器7放大后，通过一根低损耗电缆送至系统信号处理后端进行处理。前置放大器7可以工作在室温环境下，也可以与冷媒接触，工作在液氮温度。

所述线圈导体3为圆筒状，所述线圈导体3上设有作为扫描检测区域的一个开孔。液氮罐8和真空罩2为空心圆柱形，中间的开孔可以让平躺着的病人的头部放入其中，考虑到部分病人患有幽闭恐惧症，空心圆柱体对应眼睛的位置还可以开孔，这样便不会完全遮挡住病人的视野。

按照上述结构组装进行操作，首先将外接抽真空装置与真空罩2上的抽口10连接并抽真空，使真空罩2与液氮罐8之间的空间内达到一定的真空度，然后密封好抽口10断开真空泵，装好外壳1。

再通过液氮加注管9对液氮罐8加注液氮，使与其接触的线圈3降温到液氮温度，液氮罐8的温度会降到77K。

将整个制冷放置到磁共振系统的主磁场中心处，并将线圈的输出线与系统信号处理后端连接，将病人的头部放置到线圈中心开孔内，由MRI系统自带的发射线圈对被测物品进行激发，然后由接收线圈接收被测物品产生的信号，线圈工作时感应到的信号经低噪声前置放大器7放大后，通过一根低损耗电缆送至系统信号处理后端进行处理，扫描并成像。

实施例二。

如图1A、图1B和图2B所示，一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，该射频线圈包括线圈外壳1、真空罩2、液氮装置、线圈导体3和低噪声前置放大器7，作为接收/发射线圈时，激发和接收线圈为同一个线圈。

首先将外接抽真空装置与真空罩2上的抽口10连接并抽真空，使真空罩2与液氮罐8之间的空间内达到一定的真空度，然后密封好抽口10断开真空泵，装好外壳1。

再通过液氮加注管9对液氮罐8加注液氮，使与其接触的线圈3降温到液氮温度，液氮罐8的温度会降到77K。

将整个制冷放置到磁共振系统的主磁场中心处，并将线圈的输出线与系统信号处理后端连接，将病人的头部放置到线圈中心开孔内，首先，线圈工作于发射模式，发出能量，对被测物品进行激发；完成之后，线圈工作于接收模式，不再发出能量，而仅接收被测物品产生的信号，线圈工作时感应到的信号经低噪声前置放大器7放大后，通过一根低损耗电缆送至系统信号处理后端进行处理，扫描并成像。

Claims (8)

1.一种用于磁共振成像系统的头部射频线圈，该射频线圈包括线圈外壳（1）、真空罩（2）、液氮装置、线圈导体（3）和低噪声前置放大器（7），其特征在于：该射频线圈为至少一个射频接收线圈或至少一个可操作性的既可发射也可接收的射频线圈，所述线圈导体（3）由端环（4）、连接端环两端的互相平行的偶数个腿（5）和谐振电容（6）组成，所述谐振电容（6）与线圈导体（3）相连，可根据主磁场方向的不同选择不同结构的线圈导体（3），所述液氮装置设置于线圈导体（3）上并通过液氮对线圈导体制冷，所述线圈导体（3）部分或全部设置在液氮罐（8）内部或外部，线圈导体（3）直接浸泡在液氮中而被制冷，其余部分伸出液氮罐（8），通过导体自身的热传导能力而被制冷或线圈导体（3）部分或全部用胶水直接粘在液氮罐的外表面而被制冷，其余部分通过导体自身的热传导能力而被制冷或线圈导体（3）部分或全部经过非磁性电绝缘低温传导材料与液氮罐（8）外表面接触而被制冷，其余部分通过导体自身的热传导能力而被制冷或以上三种方式的组合，所述线圈导体（3）的信号输出端与低噪声前置放大器（7）相连，所述线圈导体（3）采用高通、低通和带通三种结构，根据谐振电容（6）在线圈导体（3）中不同位置来判定线圈导体（3）结构。

2.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述液氮装置包括液氮罐（8）和液氮加注管（9）。

3.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述线圈导体（3）采用冷却至0K-77K温度时导电性比铜高的一种非超导材料和超导材料。

4.根据权利要求3所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述线圈导体（3）采用高温超导材料。

5.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述真空罩（2）上设有抽口（10）并与抽真空设备连接，所述线圈导体（3）放置在由非磁性非金属构成的液氮罐（8）和真空罩（2）隔离出的一个公共真空室内。

6.根据权利要求5所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述公共真空室内设有非磁性非金属的保温材料，所述保温材料为珠光砂或气凝胶毡。

7.根据权利要求1或2所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述液氮加注管（9）穿过真空罩（2）并与液氮罐（8）呈连接状态，所述液氮罐（8）通过非磁性非金属材料设置于真空罩（2）内部。

8.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的头部射频线圈，其特征在于：所述线圈导体（3）为圆筒状，所述线圈导体（3）上设有作为扫描检测区域的一个开孔。