CN103969609A - 一种局部线圈和磁共振成像系统 - Google Patents

一种局部线圈和磁共振成像系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种局部线圈和磁共振成像系统，其中所述局部线圈包括一天线部分、一调节部分和一传输部分，所述天线部分包括串联的一第一电容，所述第一电容用于调节所述天线部分的频率；所述调节部分包括一调谐失谐二极管，所述调节部分与所述第一电容并联，所述调谐失谐二极管用于调节所述天线部分的调谐和失谐；所述传输部分包括一射频传输线，所述射频传输线连接所述天线部分和所述调节部分，所述传输部分在所述天线部分和所述调谐失谐二极管之间提供180°的奇数倍的相位差。根据本发明的具体实施例的局部线圈更加轻薄更具柔性并且在天线部分被柔性材料覆盖后仍可通过调节部分调节频率，因此使用更加方便且因频率不匹配而报废的机率大降。

Description

一种局部线圈和磁共振成像系统
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种局部线圈和磁共振成像系统。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是利用磁共振现象进行成像的一种技术。磁共振现象的原理主要包括：包含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子具有自旋运动，犹如一个小磁体，并且这些小磁体的自旋轴没有一定的规律，如果施加外在磁场，这些小磁体将按外在磁场的磁力线重新排列，具体为在平行于或反平行于外在磁场磁力线的两个方向排列，将上述平行于外在磁场磁力线的方向称为正纵向轴，将上述反平行于外在磁场磁力线的方向称为负纵向轴；原子核只具有纵向磁化分量，该纵向磁化分量既具有方向又具有幅度。用特定频率的射频(Radio Frequency，RF)脉冲激发处于外在磁场中的原子核，使这些原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴，产生共振，这就是磁共振现象。上述被激发的原子核的自旋轴偏离正纵向轴或负纵向轴之后，该原子核就具有了横向磁化分量。停止发射射频脉冲后，被激发的原子核发射回波信号，将吸收的能量逐步以电磁波的形式释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态，将原子核发射的回波信号经过空间编码等进一步处理即可重建图像。
磁共振成像(MRI)系统包括多种线圈，例如覆盖全身范围的体线圈和只覆盖身体某个部位的局部线圈等等。具有接收天线的局部线圈广泛运用于磁共振成像系统。局部线圈能够以良好的信噪比适用于具有不同尺寸的人体不同部位。同时，局部线圈可以有多个用途。例如，西门子公司制造的柔性线圈可以用于胸/腹/肘/膝/踝/头等人体各处的磁共振成像。
通常来说，局部线圈的内部是接收天线，局部线圈的外部是一层软性材料，从而使局部线圈具有柔性特点。但是接收天线不可避免地具有许多刚性部件或具有大型部件如二极管、传感器、电容器等。尤其是，接收天线的主动失谐电路和被动失谐电路需要用到PCB(PrintedCircuit Board，印刷电路板)等刚性元件；为了保护刚性元件，通常采用塑料盒作为刚性外壳。上述方法在西门子磁共振成像系统的体阵列线圈和柔性线圈等地方经常用到。
但是，刚性外壳在保护了刚性元件的同时具有以下缺点：
1、降低了接收天线的柔性，限制了局部线圈的应用。尤其是小尺寸线圈，天线的弯曲角度非常小。
2、由于刚性部件和柔性部分有连接，天线容易被损坏，尤其长时间弯曲下刚性部件和柔性部件的连接处更是如此。
3、采用刚性外壳使接收天线的尺寸无法足够小。
此外，由于PCB在电容取值误差以及天线镀铜结构制造误差，需要采用可调节电容器以使局部线圈的频率与系统操作的频率匹配。但是，可调节电容器通常具有较大的尺寸，并且很难在柔性线圈中使用。另外，局部线圈的刚性部分被柔性材料覆盖后，局部线圈线圈的频率通常不可调节。现有技术中的做法是：在用柔性材料覆盖刚性部件之前，把电容器调整到系统操作的频率。很多情况下，在覆盖柔性材料之后，局部线圈的频率与系统操作的频率仍旧不匹配，如此一来，局部线圈也只能报废了。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种局部线圈，包括一天线部分、一调节部分和一传输部分，其中，所述天线部分包括串联的一第一电容，所述第一电容用于调节所述天线部分的频率；所述调节部分包括一调谐失谐二极管，所述调节部分与所述第一电容并联，所述调谐失谐二极管用于调节所述天线部分的调谐和失谐；所述传输部分包括一射频传输线，所述射频传输线连接所述天线部分和所述调节部分，所述传输部分在所述天线部分和所述调谐失谐二极管之间提供180°的奇数倍的相位差。
在本发明的一种实施方式中，所述传输部分还包括一相位转换器，所述相位转换器连接在所述射频传输线与所述调谐失谐二极管之间。
在本发明的一种实施方式中，所述相位转换器是π形或T形相位转换电路。
在本发明的一种实施方式中，所述第一电容包括一压变电容二极管。
在本发明的一种实施方式中，所述第一电容还包括一定值电容，所述定值电容与所述压变电容二极管并联。
在本发明的一种实施方式中，所述调节部分还包括一分压器，所述分压器用于调节所述压变电容二极管之间的电压。
在本发明的一种实施方式中，所述分压器是一电阻分压器，所述电阻分压器与所述调谐失谐二极管并联。
在本发明的一种实施方式中，所述天线部分还包括一第二电容，所述第二电容用于调节所述天线部分的匹配阻抗柔性外壳，所述天线部分还包括与所述第一电容串联的一保险丝。
在本发明的一种实施方式中，所述天线部分还包括一柔性外壳。
本发明实施例还提供一种磁共振成像系统，包括上述任一的局部线圈。
可以看出，根据本发明的具体实施例的局部线圈更加轻薄更具柔性并且在天线部分被柔性材料覆盖后仍可通过调节部分调节频率，因此使用更加方便且因频率不匹配而报废的机率大大降低。
附图说明
图1是根据本发明的第一具体实施例的局部线圈的电路示意图。
图2是根据本发明的第二具体实施例的局部线圈的电路示意图。
图3A是现有技术的磁共振成像信噪比分布图。
图3B是根据本发明的第二具体实施例的磁共振成像信噪比分布图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举例对本发明实施例进行进一步的详细说明。
为了解决背景技术中提出的问题，本发明提出了一种局部线圈，包括一天线部分、一调节部分和一传输部分，其中，所述天线部分包括串联的一第一电容，所述第一电容用于调节所述天线部分的频率；所述调节部分包括一调谐失谐二极管，所述调节部分与所述第一电容并联，所述调谐失谐二极管用于调节所述天线部分的调谐和失谐；所述传输部分包括一射频传输线，所述射频传输线连接所述天线部分和所述调节部分，所述传输部分在所述天线部分和所述调谐失谐二极管之间提供180°的奇数倍的相位差。
具体而言，本发明：
1.使用射频传输线连接天线部分和大型元件尤其是调节元件，从而达到将天线部分和大型元件分离的目的；
2.采用压变电容二极管代替机械可调变容器，以便在天线部分被柔性材料覆盖后调节局部线圈的频率。
根据本发明的具体实施例将绝大部分的电子元件(尤其是主动失谐电路或被动失谐电路)移到天线部分之外，只有一小部分电容器位于天线部分之内，这样一来，天线部分的柔性进一步提升使其更具柔性并更有用武之地。
第一具体实施例
图1是根据本发明的第一具体实施例的局部线圈的电路示意图。如图1所示，根据本发明的具体实施例的局部线圈包括天线部分100、调节部分200和传输部分300。其中，天线部分100包括串联的第一电容器Cf和第二电容器Cp，调节部分200与第二电容器Cp并联并且被移到远离天线部分100的位置，天线部分100和调节部分200之间由传输部分300连接。
具体而言，在天线部分100中，第一电容Cf用于调节所述天线部分100的频率，第二电容Cp用于调节天线部分100的阻抗匹配，在本发明的具体实施例中，天线部分100的匹配阻抗是50欧姆。如图1所示，根据本发明的具体实施例的天线部分100仅包括电容，但是在实际使用中，天线部分100还包括与第一电容Cf和第二电容Cp串联的保险丝。
具体而言，在调节部分200中，与第二电容Cp并联的调谐失谐二极管D调节局部线圈的调谐和主动失谐；调节部分200还包括与调谐失谐二极管D并联的被动失谐电路。
具体而言，在传输部分300中，根据传输线理论，在参考面A(天线部分100)和参考面B(调谐失谐二极管D)的反射相位角的差为180°或540°等180°的奇数倍的情况下，如果参考面A处(天线部分100)是开环(阻抗无穷大)状态，那么参考面B处(调谐失谐二极管D)将是短路(阻抗为零)状态；相反，如果参考面B处(调谐失谐二极管D)的调谐失谐二极管被100mA的电流短路，那么参考面A处(天线部分100)将为开环状态，这相当于λ/4的奇数倍的传输线转换。因此，传输部分300需要为参考面A(天线部分100)和参考面B(调谐失谐二极管D)之间提供180°的奇数倍的相位差。
根据本发明的具体实施例的局部线圈，传输部分300包括射频传输线301，射频传输线301所能提供的相位差取决于射频传输线301的长度和特性阻抗决定，因此，根据射频传输线301的阻抗特性，根据本发明的具体实施例的局部线圈的传输部分300可以得出与180°的奇数倍的相位差相应的射频传输线301的长度；但是，在射频传输线301的长度固定或者受到限制无法达到180°的奇数倍的相位差的情况下，传输部分300还包括相位转换器302，相位转换器302可以在射频传输线301已经完成的相位差的基础上对参考面A和参考面B之间相位差进行补偿，从而达到为天线部分100和调谐失谐二极管D之间提供180°的奇数倍的相位差的目的。
根据本发明的第一具体实施例的局部线圈更加轻薄更具柔性。
第二具体实施例
图2是根据本发明的第二具体实施例的局部线圈的电路示意图。如图2所示，根据本发明的具体实施例的局部线圈包括天线部分100、调节部分200和传输部分300。其中，天线部分100包括串联的第一电容器Cf和第二电容器Cp，调节部分200与第二电容器Cp并联并且被移到远离天线部分100的位置，天线部分100和调节部分200之间由传输部分300连接。
具体而言，在天线部分100中，第一电容Cf用于调节所述天线部分100的频率，第二电容Cp用于调节天线部分100的阻抗匹配，在本发明的具体实施例中，天线部分100的匹配阻抗是50欧姆。天线部分100的第一电容包括压变电容二极管Dv，压变电容二极管Dv的电容值与加在其两端的反向电压成反比，通过改变压变电容二极管Dv的两端电压调整压变电容二极管Dv的电容值，如此一来，局部线圈的天线部分100的频率即可得到调节。作为另一方案，如图2所示，天线部分100的第一电容Cf包括并联的定值电容Cff和压变电容二极管Dv，第一电容Dv的电容值是定值电容Cff与压变电容二极管Dv的电容值之和，压变电容二极管Dv的电容值与加在其两端的反向电压成反比，通过改变压变电容二极管Dv的两端电压调整压变电容二极管Dv的电容值，如此一来，局部线圈的天线部分100的频率即可得到调节。
具体而言，在调节部分200中，与第二电容Cp并联的调谐失谐二极管D调节局部线圈的调谐和主动失谐；调节部分200还包括与调谐失谐二极管D并联的被动失谐电路。为了调节压变电容二极管Dv的电容值，需要调节压变电容二极管Dv的两端的电压。如图2所示，根据本发明的具体实施例的局部线圈的调节部分200还包括一个电阻分压器Tr，该电阻分压器Tr与第一电容并联，从而通过调节电阻分压器Tr的电阻分割来调节压变电容二极管Dv两端的电压值。在调节频率的过程中，系统中有一个30V的直流电压V1可用，使用电阻分压器Tr来调整压变电容二极管Dv两端的电压V2。
具体而言，在传输部分300中，根据传输线理论，在参考面A(天线部分100)和参考面B(调谐失谐二极管D)的反射相位角的差为180°或540°等180°的奇数倍的情况下，如果参考面A处(天线部分100)是开环(阻抗无穷大)状态，那么参考面B处(调谐失谐二极管D)将是短路(阻抗为零)状态；相反，如果参考面B处(调谐失谐二极管D)的调谐失谐二极管被100mA的电流短路，那么参考面A处(天线部分100)将为开环状态，这相当于λ/4的奇数倍的传输线转换。因此，传输部分300需要为参考面A(天线部分100)和参考面B(调谐失谐二极管D)之间提供180°的奇数倍的相位差。
根据本发明的具体实施例的局部线圈，传输部分300包括射频传输线301，射频传输线301所能提供的相位差取决于射频传输线301的长度和特性阻抗决定，因此，根据射频传输线301的阻抗特性，根据本发明的具体实施例的局部线圈的传输部分300可以得出与180°的奇数倍的相位差相应的射频传输线301的长度；但是，在射频传输线301的长度固定或者受到限制无法达到180°的奇数倍的相位差的情况下，传输部分300还包括相位转换器302，相位转换器302可以在射频传输线301已经完成的相位差的基础上对参考面A和参考面B之间相位差进行补偿，从而达到为天线部分100和调谐失谐二极管D之间提供180°的奇数倍的相位差的目的。
根据本发明的第二具体实施例的局部线圈更加轻薄更具柔性并且在天线部分被柔性材料覆盖后仍可通过调节部分调节频率，因此使用更加方便且因频率不匹配而报废的机率大大降低。
通过本发明的上述具体实施例，本领域技术人员可以制作一个更薄、更具柔性的局部线圈，同时也解决了因在包括柔性材料后局部线圈的频率与系统操作的频率不匹配而报废的问题。基于本发明的上述具体实施例，发明人制作出了一个尺寸为150mmX90mm的四通道专用小尺寸局部线圈，在该局部线圈中天线部分被集成得非常薄，仅有一些电容器被放置在柔性天线中，因而其柔性非常好，可运用于多种磁共振场合。
为了测试该发明的可行性，发明人制作了一个4通道线圈样品。在磁共振成像系统中做了一些实验。图3A是现有技术(内置机械调整片)的磁共振成像信噪比分布图，图3B是根据本发明的具体实施例的磁共振成像信噪比分布图，其中示出了两个选定区域1和2。表1给出了如图3所示的选定区域1和2的实验结果，经过对比，两种设计的信噪比在同一参考点下的信噪比几乎相同，信噪比截面的差异是由于放置角度不同，但是发明人使线圈元件与影像的距离相同，因此以下对比就具有意义了。
表1：
选定区域 先前设计信噪比 本发明信噪比 信噪比之比(本发明/先前设计)
1 18620.8 17412.5 0.935110199
2 3767.6 3669.7 0.974015288
由此可见，为了建立更大柔性且尺寸更小的磁共振线圈，发明人采用了一个具有完全柔性和薄度的天线部分的四声道专用线圈作为样品来描述这个方案的具体实施细节，该样品信噪比的测试结果与当前产品相当。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。在具体的实施过程中可对根据本发明的优选实施例进行适当的改进，以适应具体情况的具体需要。因此可以理解，本文所述的本发明的具体实施方式只是起示范作用，并不用以限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种局部线圈，包括一天线部分、一调节部分和一传输部分，其中，
所述天线部分包括串联的一第一电容，所述第一电容用于调节所述天线部分的频率；
所述调节部分包括一调谐失谐二极管，所述调节部分与所述第一电容并联，所述调谐失谐二极管用于调节所述天线部分的调谐和失谐；
所述传输部分包括一射频传输线，所述射频传输线连接所述天线部分和所述调节部分，所述传输部分在所述天线部分和所述调谐失谐二极管之间提供180°的奇数倍的相位差。
2.如权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，所述传输部分还包括一相位转换器，所述相位转换器连接在所述射频传输线与所述调谐失谐二极管之间。
3.如权利要求2所述的局部线圈，其特征在于，所述相位转换器是π形或T形相位转换电路。
4.如权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，所述第一电容包括一压变电容二极管。
5.如权利要求4所述的局部线圈，其特征在于，所述第一电容还包括一定值电容，所述定值电容与所述压变电容二极管并联。
6.如权利要求4或5所述的局部线圈，其特征在于，所述调节部分还包括一分压器，所述分压器用于调节所述压变电容二极管之间的电压。
7.如权利要求6所述的局部线圈，其特征在于，所述分压器是一电阻分压器，所述电阻分压器与所述调谐失谐二极管并联。
8.如权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，所述天线部分还包括一第二电容，所述第二电容用于调节所述天线部分的匹配阻抗柔性外壳，所述天线部分还包括与所述第一电容串联的一保险丝。
9.如权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，所述天线部分还包括一柔性外壳。
10.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括如权利要求1-9所述任一的局部线圈。
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