CN103915689A - 一种电偶极子天线及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电偶极子天线，包括：天线触角、及与所述天线触角连接的匹配电路和发射/接收端口，所述天线触角的长度通过手动或调节结构进行调节。本发明还提供所述电偶极子天线的使用方法。本发明中电偶极子天线的长度可以进行调节，使其谐振频率可以随探测对象的不同以及相对探测对象位置的不同进行调节，使其谐振频率在工作频率上，解决了现有磁共振系统中电偶极子天线不可调谐，或调谐范围小并引入额外损耗的问题，因此所述电偶极子天线工作稳定，可用于高场磁共振系统的临床应用中。

Description

一种电偶极子天线及其使用方法

 

技术领域

   本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种电偶极子天线及其使用方法。

背景技术

最近的研究表明，在高场磁共振系统中，传统的射频体线圈和表面线圈无法满足获取探测对象中心点最佳信噪比的要求，需要引入电流路径不闭合的探测装置，即电偶极子天线才能获得最理想的电流分布。并且在高场中电偶极子天线的发射场和接收场受探测对象的介电常数所引起的偏转小，因此透射深度大。在这种情况下，近年来磁共振领域中出现了多种电偶极子天线，如荷兰的A.J.E.Raaijmakers等人于2010提出的the single-side adapted dipole antenna以及纽约大学Graham Wiggins等人于2011提出的electric dipole array。这些电偶极子天线已经证实可以提高发射系统的发射效率，提高高场磁共振射频接收系统的信噪比和图像分辨率，减少成像时间。

但是这些电偶极子天线也有其局限性。例如A.J.E.Raaijmakers等人提出的the single-side adapted dipole antenna,是将电偶极子天线安放在一块相对介电常数为37的陶瓷上，使电偶极子天线与探测对象可以介质匹配，但由于高介电常数媒质的作用，使得电偶极子天线处于远场环境，对探测对象不敏感。同时由于高介电常数媒质对探测对象造成了很大的承重压力，机械安装难度较大，仅适用于研究，无法生产，不适用于临床。进一步地，对最理想的电流分布的研究是在探测物体表面的电流分布，而高介电常数媒质需要将电偶极子天线置于远场，无法满足最理想电流分布的条件。

另外,Graham Wiggins等人提出的electric dipole array虽然避免了使用高介电常数的介质，可以使得电偶极子天线位于探测物体表面，但是在设计后,电偶极子天线的长度无法改变，仅靠发射/接收端口的匹配电路中的电感进行频率调谐，调谐范围低，并且电感的使用增加了天线的损耗，使信噪比恶化。而且其使用的电偶极子天线的谐振频率对周围环境非常敏感，随着探测器离探测对象的距离的不同，谐振频率变化很大，距离改变1厘米，频率的变化大于5MHz，大大超出了磁共振系统可以接受的频率动态范围，限制了它的临床应用。综上所述，目前还没有可以适用于临床使用的磁共振电偶极子天线。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电偶极子天线及其使用方法,用以目前磁共振电偶极子天线的临床使用。为了解决上述问题，本发明提供了一种电偶极子天线，包括：

天线触角、匹配电路和发射/接收端口，所述匹配电路并联于所述发射/接收端口两端,所述天线触角对称连接于所述匹配电路和发射/接收端口的两侧，所述天线触角通过调节结构进行长度调节。

可选的，所述电偶极子天线为形变材料结构，通过所述调节结构控制所述电偶极子天线的材料形变程度，以调节所述天线触角长度。

可选的，所述电偶极子天线为温度形变材料，所述调节结构为温度调节结构，通过所述温度调节结构调节所述天线触角的环境温度，以对所述天线触角的长度进行调节；或者所述电偶极子天线为应力形变材料，所述调节结构为机械拉伸结构，通过对所述形变材料的天线触角的拉伸及固定进行长度的调节。

可选的，所述天线触角由若干段子触角连接或嵌套构成，并通过各段子触角之间的伸缩或嵌套进行天线触角的长度调节。

可选的，所述子触角通过滑动部件连接嵌套构成；或者所述子触角通过弹性部件连接嵌套构成。

可选的，还包括与所述天线触角连接的分触角，所述分触角对称分布于所述天线触角的两侧。

可选的，所述分触角具有固定长度，或者所述分触角通过所述调节结构进行长度调节。

可选的，所述天线触角离所述接收/发射端口的近端至远端，所述天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化；或者由细至粗变化；或者离所述接收/发射端口的近端至远端，部分天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化，部分天线触角的线宽或直径呈由细至粗变化。

可选的，所述天线触角远离所述匹配电路的一端向空间第二维或第三维弯曲。

可选的，所述调节结构通过机械或电动或遥感的方式调节所述天线触角的长度。

可选的，所述调节结构包括承载所述天线触角的轨道，所述轨道包括非磁性滚珠，所述天线触角通过非磁性滚珠放置于所述轨道，并通过所述非磁性滚珠的运动带动所述天线触角的运动。

可选的，所述天线触角为扁平型的带状结构或柱体型的棒状结构。

可选的，所述电偶极子天线为标准电偶极子天线或折合电偶极子天线。

本发明还提供一种所述电偶极子天线的使用方法，包括：当谐振频率高于工作频率时，通过所述调节结构延伸所述天线触角，增长所述天线触角的长度，使所述电偶极子天线谐振在工作频率；当谐振频率低于工作频率时，通过所述调节结构缩短所述天线触角，减小所述天线触角的长度，使所述电偶极子天线谐振在工作频率。

可选的，若所述调节结构为温度调节结构，通过调节所述天线触角的温度，对所述天线触角的长度进行增长或缩短；或者所述调节结构为机械拉伸结构，通过对所述形变材料的天线触角的拉伸及固定进行长度的增长或缩短。

可选的，通过手动或机械或电动或遥感调节天线触角的位置，对所述天线触角的长度进行调节。

可选的，将所述电偶极子天线放置于电磁场的近场环境。

可选的，所述工作频率为磁共振系统中一个或一个以上质子对应的工作频率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明中电偶极子天线的长度可以进行调节，使其谐振频率可以随探测对象的不同以及相对探测对象位置的不同进行调谐，使其谐振频率在工作频率上，解决了现有磁共振系统中电偶极子天线不可调谐，或调谐范围小并引入额外损耗的问题，因此该电偶极子天线工作稳定，可用于高场磁共振系统的临床应用中；

进一步地，相比于现有研究阶段的电偶极子天线，本发明中的可调谐的电偶极子天线不需使用匹配电路中的电感进行调谐，减少了集总元件带来的损耗；

进一步地，当所述电偶极子天线作为磁共振系统的射频发射探测器时，可以提高系统的传输效率，增大探测深度和探测区域，并且在探测区域内提高发射场的均匀性；

当所述电偶极子天线作为磁共振系统的射频接收探测器时，可以提高扫描图像的信噪比，空间分辨率和成像速度，对于高场磁共振系统中的身体内部器官，如心脏，前列腺等目前在高场下成像效果不佳的成像质量，会有极大改善，因此具有很重要的临床应用价值。

附图说明

图1所示为本发明一个实施例的电偶极子天线的结构示意图；

图2所示为本发明又一个实施例的电偶极子天线的结构示意图；

图3所示为本发明又一个实施例的电偶极子天线的结构示意图；

图4所示为本发明又一个实施例的电偶极子天线的结构示意图；

图5所示为本发明又一个实施例的电偶极子天线的结构示意图；

图6所示为本发明又一个实施例的电偶极子天线的结构示意图；

图7所示为本发明又一个实施例的电偶极子天线的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

本发明提供了一种电偶极子天线，包括：天线触角、匹配电路和发射/接收端口，所述匹配电路并联于所述发射/接收端口两端,所述天线触角对称连接于所述匹配电路和发射/接收端口的两侧，所述天线触角通过调节结构进行长度调节。

本发明中电偶极子天线的长度可以进行调节，使其谐振频率可以随探测对象的不同以及相对探测对象位置的不同进行调谐，使其谐振频率在工作频率上，解决了现有磁共振系统中电偶极子天线不可调谐，或调谐范围小并引入额外损耗的问题，因此该电偶极子天线工作稳定，可用于高场磁共振系统的临床应用中。

下面结合附图对本发明的电偶极子天线进行详细描述.

如图1所示为本发明一个实施例的电偶极子天线的结构示意图, 包括天线触角02、匹配电路01及发射/接收端口03，所述匹配电路01并联于所述发射/接收端口03的两端。所述天线触角02与所述匹配电路01和发射/接收端口03连接，所述天线触角02通过手动或调节结构（未图示）进行长度调节。其中，所述调节结构通过机械或电动或遥感的方式调节所述天线触角的长度。所述天线触角02为非磁性材料。

其中，所述天线触角02对称分布于所述匹配电路01的两侧，以对电偶极子天线的工作频率进行调节。每侧的天线触角02的长度L为1/4波长，即两侧的电偶极子天线02的总长度为半波长。所以电偶极子天线叫半波天线。所述天线触角02为扁平型的带状结构或柱体型的棒状结构。其中，所述匹配电路01用以实现电偶极子天线的阻抗匹配，该匹配电路可以由LC分立元件组成或者分布参数传输线组成。

进一步地，所述调节结构还包括承载所述天线触角02的轨道（未图示），所述轨道包括非磁性滚珠，所述天线触角02通过非磁性滚珠放置于所述轨道，并通过所述非磁性滚珠的运动带动所述天线触角02的运动。

本图示出的电偶极子天线为标准电偶极子天线，作为其他实施例，还可以为折合电偶极子天线。如图2所示，将位于匹配电路01两侧的两个1/4波长的天线触角进行延长,并折回到中心连接在一起成为天线触角04，则形成为一个折合电偶极子天线。位于匹配电路01两侧的天线触角04离所述匹配电路01的最远距离均分别为1/4波长。本图示出的折合电偶极子天线的天线触角为一次对折，作为其他实施例，还可以为N次对折，其中N大于1。即对折至中心后不连接，并在此进行折回延长至两侧1/4波长位置；到达1/4波长位置再进行延长对折，直至满足第N次对折至中心位置后，最后在中心位置进行连接，形成折合电偶极子天线。其中，所述天线触角04的长度通过手动或调节结构（未图示）进行调节。其中，所述调节结构通过机械或电动或遥感的方式调节所述天线触角04的长度。进一步地，所述天线触角04为扁平型的带状结构或柱体型的棒状结构。

下面的实施例中，均以所述天线触角为标准电偶极子天线的天线触角为例进行说明。作为其他实施例，所述天线触角还可以为折合电偶极子天线的天线触角。如图3所示，每侧的天线触角均为若干段的子触角021连接或嵌套构成，所述各段的子触角021之间可以进行伸缩或嵌套，以对所述天线触角的长度进行调整。所述子触角021通过滑动部件连接嵌套构成；或者所述子触角021通过弹性部件连接嵌套构成。

进一步地，所述子触角021可以为扁平型的带状结构或柱体型的棒状结构。每段的子触角021的长度可以相同，也可以不同。所述子触角021的长度根据所述电偶极子天线应用的磁共振静磁场场强而定。所述子触角021的段与段之间是导体接触，通过非磁性导电滚珠或弹簧对所述子触角进行固定，并通过非磁性导电滚珠或弹簧的运动对所述天线触角的子触角进行伸缩调节，以调节所述天线触角的长度。经过每次调整后的天线触角仍对称分布于所述匹配电路01的两侧。

下面实施例中，均以所述天线触角由若干段的子触角构成为例进行说明。作为其他实施例，所述电偶极子天线还可以为形变材料结构，通过所述调节结构控制所述电偶极子天线的材料形变程度，以调节所述天线触角长度。

其中，所述电偶极子天线为温度形变材料，所述调节结构为温度调节结构，通过所述温度调节结构调节所述天线触角的环境温度，以对所述天线触角的长度进行调节；或者所述电偶极子天线为应力形变材料，所述调节结构为机械拉伸结构，通过对所述形变材料的天线触角的拉伸及固定进行长度的调节。

进一步地，如图3和图4所示，所述电偶极子天线的天线触角021在远离所述匹配电路01的一端，即所述天线触角021的末端沿空间一维直向或者沿空间第二维或第三维弯曲，以满足电偶极子天线的谐振要求。如图4所示，所述电偶极子天线的占据空间有限，若占据空间不足以容纳所述电偶极子天线的总长度时，可以将所述天线触角021的末端沿空间第二维或第三维弯曲，以提高固定空间的容纳能力。

进一步地，还包括与所述天线触角连接的分触角，所述分触角可以对称分布于所述天线触角的两侧。所述分触角具有固定长度，或者所述分触角通过所述调节结构进行长度调节。

如图5所示，所述天线触角021中的中间一段还连接有分触角022。所述分触角022对称分布于所述天线触角021的两侧。进一步地，所述分触角022还对称分布于所述匹配电路01的两侧。如图5所示的分触角022为一段以上的子触角构成，并通过所述子触角的伸缩，可以对所述分触角022的长度进行调节。进一步地，对所述分触角022的长度调节后，所述分触角022的形状和长度以所述匹配电路01对称分布，同时以所述天线触角021对称分布。

进一步地，所述天线触角离所述接收/发射端口的近端至远端，所述天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化，即所述天线触角的线宽或直径与天线触角至匹配电路的距离成反变化关系，对应的电偶极子天线适用于成像系统；或者所述天线触角离所述接收/发射端口的近端至远端，所述天线触角的线宽或直径呈由细至粗变化，即所述天线触角的线宽或直径与天线触角至匹配电路的距离成正变化关系，对应的电偶极子天线适用于热疗系统。

进一步地，所述天线触角的部分天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化，部分天线触角的线宽或直径呈由细至粗变化。所述天线触角分为第一部分和第二部分。其中，第一部分的天线触角的线宽或直径与天线触角至匹配电路的距离成反变化关系，第二部分的天线触角的线宽或直径与天线触角至匹配电路的距离成正变化关系。

如图3所示的子触角021中，所述天线触角离所述接收/发射端口的近端至远端，所述天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化。每段子触角021的线宽或直径与所述对应的子触角021与所述匹配电路01的距离成正变化关系，即离所述匹配电路01越近，该段的子触角021的线宽或直径越大。

如图6所示，所述天线触角离所述接收/发射端口的近端至远端，所述天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化。即每段子触角021′的线宽或直径与所述对应的子触角021′与所述匹配电路01的距离成反变化关系，即离所述匹配电路01越近，对应段的子触角021′的线宽或直径越大。

如图7所示，每侧的天线触角均分为第一部分和第二部分，其中，第一部分的天线触角的子触角021′′的线宽或直径与所述子触角021′′与匹配电路01的距离成反比，第二部分的子触角021′′的线宽或直径与所述子触角021′′与匹配电路01的距离成正比。即位于所述天线触角中间位置的子触角的线宽或直径最大，并分别向两侧呈减小趋势。作为其他的实施例，还可以位于所述天线触角中间位置的子触角的线宽或直径最小，并分别向两侧呈增大趋势（未图示）。

本发明还提供一种如所述电偶极子天线的使用方法，包括：当谐振频率高于工作频率时，延伸所述天线触角，增长所述天线触角的长度，使所述电偶天线极子谐振在工作频率；当谐振频率低于工作频率时，缩短所述天线触角，减小所述天线触角的长度，使所述电偶极子天线谐振在工作频率。

通过手动或机械或电动或遥感调节天线触角的位置，对所述天线触角的长度进行调节。进一步地，若所述调节结构为温度调节结构，通过调节所述天线触角的温度，对所述天线触角的长度进行增长或缩短；或者所述调节结构为机械拉伸结构，通过对所述形变材料的天线触角的拉伸及固定进行长度的增长或缩短。

进一步地，所述电偶极子天线处于电磁场的近场环境。所述工作频率为磁共振系统中一个或一个以上质子对应的工作频率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明中电偶极子天线的长度可以进行调节，使其谐振频率可以随探测对象的不同以及相对探测对象位置的不同进行调谐，使其谐振频率在工作频率上，解决了现有磁共振系统中电偶极子天线不可调谐，或调谐范围小并引入额外损耗的问题，因此该电偶极子天线工作稳定，可用于高场磁共振系统的临床应用中；

进一步地，相比于现有研究阶段的电偶极子天线，本发明中可调谐的电偶极子天线不需使用匹配电路中的电感进行调谐，减少了集总元件带来的损耗；

进一步地，当所述电偶极子天线作为磁共振系统的射频发射探测器时，可以提高系统的传输效率，增大探测深度和探测区域，并且在探测区域内提高发射场的均匀性；

当所述电偶极子天线作为磁共振系统的射频接收探测器时，可以提高扫描图像的信噪比，空间分辨率和成像速度，对于高场磁共振系统中的身体内部器官，如心脏，前列腺等目前在高场下成像效果不佳的成像质量，会有极大改善，因此具有很重要的临床应用价值。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (18)

1.一种电偶极子天线，其特征在于，包括：

天线触角、匹配电路和发射/接收端口，所述匹配电路并联于所述发射/接收端口两端,所述天线触角对称连接于所述匹配电路和发射/接收端口的两侧，所述天线触角通过调节结构进行长度调节。

2.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述电偶极子天线为形变材料结构，通过所述调节结构控制所述电偶极子天线的材料形变程度，以调节所述天线触角长度。

3.如权利要求2所述的电偶极子天线，其特征在于，所述电偶极子天线为温度形变材料，所述调节结构为温度调节结构，通过所述温度调节结构调节所述天线触角的环境温度，以对所述天线触角的长度进行调节；或者所述电偶极子天线为应力形变材料，所述调节结构为机械拉伸结构，通过对所述形变材料的天线触角的拉伸及固定进行长度的调节。

4.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述天线触角由若干段子触角连接或嵌套构成，并通过各段子触角之间的伸缩或嵌套进行天线触角的长度调节。

5.如权利要求4所述的电偶极子天线，其特征在于，所述子触角通过滑动部件连接嵌套构成；或者所述子触角通过弹性部件连接嵌套构成。

6.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，还包括与所述天线触角连接的分触角，所述分触角对称分布于所述天线触角的两侧。

7.如权利要求6所述的电偶极子天线，其特征在于，所述分触角具有固定长度，或者所述分触角通过所述调节结构进行长度调节。

8.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述天线触角离所述接收/发射端口的近端至远端，所述天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化；或者由细至粗变化；或者离所述接收/发射端口的近端至远端，部分天线触角的线宽或直径呈由粗至细变化，部分天线触角的线宽或直径呈由细至粗变化。

9.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述天线触角远离所述匹配电路的一端向空间第二维或第三维弯曲。

10.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述调节结构通过机械或电动或遥感的方式调节所述天线触角的长度。

11.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述调节结构包括承载所述天线触角的轨道，所述轨道包括非磁性滚珠，所述天线触角通过非磁性滚珠放置于所述轨道，并通过所述非磁性滚珠的运动带动所述天线触角的运动。

12.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述天线触角为扁平型的带状结构或柱体型的棒状结构。

13.如权利要求1所述的电偶极子天线，其特征在于，所述电偶极子天线为标准电偶极子天线或折合电偶极子天线。

14.一种如权利要求1至13中任一项所述的电偶极子天线的使用方法，其特征在于，包括：当谐振频率高于工作频率时，通过所述调节结构延伸所述天线触角，增长所述天线触角的长度，使所述电偶极子天线谐振在工作频率；当谐振频率低于工作频率时，通过所述调节结构缩短所述天线触角，减小所述天线触角的长度，使所述电偶极子天线谐振在工作频率。

15.如权利要求14所述的电偶极子天线的使用方法，其特征在于，若所述调节结构为温度调节结构，通过调节所述天线触角的温度，对所述天线触角的长度进行增长或缩短；或者所述调节结构为机械拉伸结构，通过对所述形变材料的天线触角的拉伸及固定进行长度的增长或缩短。

16.如权利要求14所述的电偶极子天线的使用方法，其特征在于，通过手动或机械或电动或遥感调节所述天线触角的位置，对所述天线触角的长度进行调节。

17.如权利要求14所述的电偶极子天线的使用方法，其特征在于，将所述电偶极子天线放置于电磁场的近场环境。

18.如权利要求14所述的电偶极子天线的使用方法，其特征在于，所述工作频率为磁共振系统中一个或一个以上质子对应的工作频率。