CN103185874A

CN103185874A - 无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈

Info

Publication number: CN103185874A
Application number: CN2011104553147A
Authority: CN
Inventors: 赵家民
Original assignee: SHANGHAI CHENGGUANG MEDICAL TECHNOLOGIES CO LTD
Current assignee: SHANGHAI CHENGGUANG MEDICAL TECHNOLOGIES CO LTD
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN103185874B

Abstract

本发明公开了一种无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，包括串联的主动失谐电路和谐振电容，所述主动失谐电路和谐振电容之间设有由印刷电路板的覆铜构成的两路并列的谐振电感，且所述两路并列的谐振电感之间构成回路且与驱动主动失谐电路的直流电源相连。本发明具有直流电流产生的磁场可以最大程度上互相抵消、对主磁场均匀性影响小、交叉干扰小、射频特性好、占用空间小、电路结构简单的优点。

Description

无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统中的射频线圈，具体涉及一种无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈。

背景技术

磁共振成像(MRI)是现代医学影像学中的一个非常重要的组成部分，具有非侵入性、无电离辐射等特点。射频接收线圈是磁共振系统的一个重要组成部分，它的性能直接决定着磁共振系统的成像质量，被称为磁共振系统的“眼睛”。

磁共振系统主要由主磁场、梯度线圈、射频线圈、谱仪和数字处理系统组成。主磁场(称为MRI系统主磁场-B0)对人体中的氢原子核自旋进行极化，磁极化原子核在人体中产生磁矩。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。梯度线圈用来产生并控制磁场中的梯度，以实现MRI信号的空间分辨。这个系统有三组线圈，产生x、y、z三个方向的梯度场，线圈组的磁场叠加起来，可得到任意方向的梯度场。射频线圈包括射频发射线圈和射频接收线圈。射频发射线圈可以在磁共振系统中产生射频(RF)磁场(称为激发磁场或B1磁场)，用来激发氢原子核产生核磁共振(NMR)信号。在激发过程中，原子核自旋系统吸收能量，使氢原子核磁矩绕着主磁场方向进动。在激发后，进动的氢原子核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射频接收线圈探测核磁共振(NMR)信号。该核磁共振(NMR)信号表现为射频接收线圈中的电压(或电流)，该电压(或电流)由人体组织的进动磁矩所诱导产生。核磁共振信号经谱仪和数字处理系统的处理，经过傅立叶变换，建立一幅完整的磁共振成像。

射频发射线圈和射频接收线圈在工作时必须处于谐振状态，否则将会极大地影响其本身的性能。另外，射频发射线圈和射频接收线圈在时间上是“交替”工作的。射频发射线圈发射的时候(谐振)，射频接收线圈必须停止工作(失谐)，否则将会带来安全问题；射频接收线圈接收的时候(谐振)，射频发射线圈必须停止工作(失谐)，否则将会带来图像质量及系统安全等问题。

射频接收线圈的失谐，可以通过两种方式实现，一种叫被动失谐，一种叫主动失谐。现在磁共振系统的主动失谐基本都是在发射线圈发射的时候，由磁共振系统提供直流电源，打通接收线圈中的二极管，在接收线圈的通道中形成一个由导通的二极管、电感和电容形成的并联谐振，从而实现接收线圈的主动失谐。我们将由二极管、电感和电容形成的回路称为基本失谐回路。

如图1所示，在现有技术的一个不带失谐电路的磁共振射频线圈(一个通道)中，图中的C1～C7为电容，C1～C7电容间的连接线在磁共振射频线圈中一般都是印刷电路板(PCB)的覆铜。覆铜作为电感，与串联于其间的电容，通过调试，实现所需频率下的谐振。C5为信号引出电容。这样的结构，在磁共振中不能工作，因为它始终处于调谐状态。

为了能够让射频接收线圈在磁共振系统中正常地工作，且满足安全性要求，在磁共振射频接收线圈单元中都要引入主动失谐结构的电路。主动失谐电路，需要磁共振系统提供的直流电路来驱动，如图2所示。图2的线圈单元中，一共有三个主动失谐电路，每个失谐电路都由电容、电感和一个二极管组成。C1，L1和D1形成失谐电路1；C2，L2和D2形成失谐电路2；C3，L3和D3形成失谐电路3。图2中的红色线路，就是为了实现主动失谐作用而引入的直流线路。它们由磁共振系统提供电源，在接收线圈不工作的时候---需要处于失谐状态---打通各个主动失谐回路中的二极管，来实现射频接收线圈的失谐。所以，在现有的设计中，这些直流线路是必不可少的。

由于电流会在空间产生磁场，所以，直流电流会影响磁共振系统的主磁场均匀性。为了减少直流电流对磁共振系统中主磁场均匀性的影响，直流电路的两根电流线(其中的电流大小相等，方向相反)，间距要尽可能小，最好是同轴结构或者麻花式的交叉结构。这样，直流电流产生的磁场可以最大程度上互相抵消，进而减小对住磁场均匀性的影响。另外，如果直流线达到一定的长度，将会与线圈单元发生交叉干扰(cross-talk)，影响其射频特性，进而影响其成像质量。所以，为了从射频角度减少直流线的长度，一般都要引入扼流线圈(choke)结构。如图2中所示。choke的作用是通直流而阻射频(阻交流)。通常来说，线圈的频率越高，对choke的数量和性能要求也越高。但是，在射频电路中，任何附加的线路/器件的引入都有可能带来诸多的负面效应。如前所述，直流线路的引入，在射频接收线圈的设计、生产、调试以及使用中，都带来了诸多的不利影响。包括：

1、空间上需要给直流线预留位置；尤其是现在线圈的通道数越来越多(多达几十个单元的线圈越来越多)，这一问题越来越突出。

2、为了减少直流线的长度，需增加许多choke，如第1项所示，choke越来越多，所需空间也越来越大；

3、直流线、choke与线圈单元耦合，会有可能产生许多预料不到的谐振模式，影响线圈的调试和成像性能。这一点尤其是在高场线圈(1.5特斯拉、3.0特斯拉)中愈发突出。

4、直流线、choke很容易形成反馈回路，引起线圈的振荡，极大地降低线圈的成像性能。

5、直流线、choke与线圈单元耦合，吸收射频场的能量，导致线圈发热等安全问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种直流电流产生的磁场可以最大程度上互相抵消、对主磁场均匀性影响小、交叉干扰小、射频特性好、占用空间小、电路结构简单的无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，包括串联的主动失谐电路和谐振电容，所述主动失谐电路和谐振电容之间设有由印刷电路板的覆铜构成的两路并列的谐振电感，且所述两路并列的谐振电感之间构成回路且与驱动主动失谐电路的直流电源相连。

作为本发明上述技术方案的进一步改进：

所述两路并列的谐振电感的一端共同通过位于磁共振射频线圈输出端的主动失谐电路相连，所述两路并列的谐振电感的另一端分别通过接地电容接地，一个接地电容与一个扼流线圈相并联，另一个接地电容的非接地端与驱动主动失谐电路的直流电源相连。

所述谐振电容分别与一个扼流线圈相并联。

所述两路并列的谐振电感中，一路谐振电感设于印刷电路板的顶层，另一路谐振电感设于印刷电路板的底层。

所述主动失谐电路包括两个分别用于与所述两路谐振电感中的一路谐振电感相连的第一电容，所述两个第一电容的两端分别通过第二电容相并联，且一个第一电容与一个扼流线圈相并联，另一个第一电容与电感器、二极管三者之间依次串接构成基本失谐回路。或者，所述主动失谐电路包括两个分别用于与所述两路谐振电感中的一路谐振电感相连的第一电容，所述两个第一电容均分别与电感器、二极管三者之间依次串接构成两个并列的基本失谐回路。

本发明具有下述优点：

本发明无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈包括串联的主动失谐电路和谐振电容，主动失谐电路和谐振电容之间设有由印刷电路板的覆铜构成的两路并列的谐振电感，且两路并列的谐振电感之间构成回路且与驱动主动失谐电路的直流电源相连，通过印刷电路板的覆铜构成的两路并列的谐振电感来代替额外的直流线路，能够简化电路结构，减少前述增加直流线路所带来的各种负面效应；而且由于覆铜构成的两路并列的谐振电感的距离非常小，使得直流电流产生的磁场可以最大程度上互相抵消、对主磁场均匀性影响小，具有交叉干扰小、射频特性好、占用空间小、电路结构简单的优点。

附图说明

图1为现有技术不带失谐电路的磁共振射频线圈的电路示意图。

图2为现有技术带有三个主动失谐电路的磁共振射频线圈的电路示意图。

图3为本发明实施例一的电路示意图。

图4为本发明实施例二的电路示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图3所示，本实施例无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈包括串联的主动失谐电路和谐振电容，主动失谐电路和谐振电容之间设有由印刷电路板的覆铜构成的两路并列的谐振电感，且两路并列的谐振电感之间构成回路且与驱动主动失谐电路的直流电源相连。在绝大多数射频线圈中，线圈单元的电感都是双层PCB中的一层或两层覆铜，也就是双面PCB的顶层和底层其中的一层或两层共同形成线圈单元的电感。本发明就是利用这样的双层覆铜，通过适当的设计改变，使直流电流可以在原来的射频信号线路中流过，从而消除额外的直流线路，减少前述的各种负面效应。

本实施例中，两路并列的谐振电感的一端共同通过位于磁共振射频线圈输出端的主动失谐电路相连，两路并列的谐振电感的另一端分别通过接地电容接地，一个接地电容与一个扼流线圈相并联，另一个接地电容的非接地端与驱动主动失谐电路的直流电源相连。本实施例中，一路谐振电感为1、2、3、4、5，另一路谐振电感为11、21、31、41、51，谐振电感5和51通过位于磁共振射频线圈输出端的主动失谐电路相连，谐振电感1通过接地电容C41接地，谐振电感11通过接地电容C4接地，接地电容C4与一个扼流线圈choke10相并联，接地电容C41的非接地端与驱动主动失谐电路的直流电源(DC supplier)相连。直流电流完全在射频线路中通过的直流回路为：+DC supplier(直流电源)→choke1→谐振电感1→二极管D3→电感L3→谐振电感2→choke2→谐振电感3→电感L2→二极管D2→谐振电感4→choke4→谐振电感5→电感L1→二极管D1→choke5→谐振电感51→choke6→谐振电感41→choke7→谐振电感31→choke8→谐振电感21→choke9→谐振电感11→choke10→GND。

本实施例不仅没有引入额外的直流线，而且，直流线路的两条线之间的间距非常小(使用柔性双层PCB的底层和顶层分别作为电感1、2、3、4、5和电感11、21、31、41、51的情况下，其间距＜1mm)，几乎不产生任何附加磁场而影响磁共振住磁场的均匀性。

本实施例中，谐振电容分别与一个扼流线圈相并联。例如谐振电容C7与一个扼流线圈choke7相并联，谐振电容C71与一个扼流线圈choke2相并联，谐振电容C6与一个扼流线圈choke6相并联，谐振电容C61与一个扼流线圈choke4相并联。此外，在直流电源(DC supplier)的输入端设有串联的扼流线圈choke1。

本实施例中，两路并列的谐振电感中，一路谐振电感设于印刷电路板的顶层，另一路谐振电感设于印刷电路板的底层。另外，本实施例并不完全局限在一个可失谐磁共振射频线圈中。在多个线路相邻的可失谐磁共振射频线圈之间也可以通过采用本实施例形成直流电路而不引入任何额外的直流线，并保持不因直流电流的存在而影响主磁场均匀性的优点。

本实施例中，主动失谐电路包括两个分别用于与两路谐振电感中的一路谐振电感相连的第一电容，两个第一电容的两端分别通过第二电容相并联，且一个第一电容与一个扼流线圈相并联，另一个第一电容与电感器、二极管三者之间依次串接构成基本失谐回路。以靠驱动主动失谐电路的直流电源(DCsupplier)输入侧的第一个主动失谐电路为例，主动失谐电路包括两个第一电容C3和C31，第一电容C3输入端与谐振电感11相连，输出端与谐振电感21相连，第一电容C31输入端与谐振电感1相连，输出端与谐振电感2相连。第一电容C3和C31的一端通过第二电容C32相并联、第一电容C3和C31的另一端通过第二电容C33相并联。第一电容C3与一个扼流线圈choke9相并联；第一电容C31与电感器L3、二极管D3三者之间依次串接构成基本失谐回路。其他的主动失谐电路结构相同，在此不再赘述。

实施例二：

如图4所示，本实施例与实施例一基本相同，区别的在于主动失谐电路采用两个并列的基本失谐回路：主动失谐电路包括两个分别用于与两路谐振电感中的一路谐振电感相连的第一电容，两个第一电容均分别与电感器、二极管三者之间依次串接构成两个并列的基本失谐回路。以靠驱动主动失谐电路的直流电源(DC supplier)输入侧的第一个主动失谐电路为例，主动失谐电路包括两个第一电容C3和C31，第一电容C3输入端与谐振电感11相连，输出端与谐振电感21相连，第一电容C31输入端与谐振电感1相连，输出端与谐振电感2相连。第一电容C3与电感器L33、二极管D33三者之间依次串接构成第一个基本失谐回路；第一电容C31与电感器L3、二极管D3三者之间依次串接构成与第一个基本失谐回路相并列的第二个基本失谐回路。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，包括串联的主动失谐电路和谐振电容，其特征在于：所述主动失谐电路和谐振电容之间设有由印刷电路板的覆铜构成的两路并列的谐振电感，且所述两路并列的谐振电感之间构成回路且与驱动主动失谐电路的直流电源相连。

2.根据权利要求1所述的无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，其特征在于：所述两路并列的谐振电感的一端共同通过位于磁共振射频线圈输出端的主动失谐电路相连，所述两路并列的谐振电感的另一端分别通过接地电容接地，一个接地电容与一个扼流线圈相并联，另一个接地电容的非接地端与驱动主动失谐电路的直流电源相连。

3.根据权利要求2所述的无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，其特征在于：所述谐振电容分别与一个扼流线圈相并联。

4.根据权利要求3所述的无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，其特征在于：所述两路并列的谐振电感中，一路谐振电感设于印刷电路板的顶层，另一路谐振电感设于印刷电路板的底层。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，其特征在于：所述主动失谐电路包括两个分别用于与所述两路谐振电感中的一路谐振电感相连的第一电容，所述两个第一电容的两端分别通过第二电容相并联，且一个第一电容与一个扼流线圈相并联，另一个第一电容与电感器、二极管三者之间依次串接构成基本失谐回路。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈，其特征在于：所述主动失谐电路包括两个分别用于与所述两路谐振电感中的一路谐振电感相连的第一电容，所述两个第一电容均分别与电感器、二极管三者之间依次串接构成两个并列的基本失谐回路。