CN104076305A - 一种磁共振成像系统的体线圈的调试装置 - Google Patents

一种磁共振成像系统的体线圈的调试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁共振成像系统的体线圈的调试装置，该调试装置包括：一输出端口对，与所述体线圈的输入端口对连接；一输入端口对，与所述磁共振成像系统的输出端口对连接；一延长电路对，分别连接在所述输入端口对和所述输出端口对之间；以及一第一调节电容，用于减少或消除所述输入端口对之间的耦合，所述第一调节电容桥接在所述输入端口对之间，所述第一调节电容的电容值可变。本发明在达到相同去耦效果的同时节省了调试时间并且减少了器件损耗。

Description

一种磁共振成像系统的体线圈的调试装置
技术领域
本发明涉及磁共振成像系统技术领域，具体涉及一种用于磁共振成像系统的体线圈的调试装置。
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。其中，体线圈用于产生射频场B1，体线圈通常由激励源关于系统频率正交等幅的一输入端口对激励。体线圈调试的主要目的之一是消除该端口对的两个端口之间的耦合。
为达到理想指标，目前的调试方法是繁琐困难的，其中包括调整体线圈终端环上的电容、调节体线圈的机械位置以及上述两者的结合。具体而言，在终端环对去耦效果影响较大的三个位置引入三个可调电容，该可调电容可以通过将调杆从体线圈和屏蔽层的间隙伸入的方式进行微调；但是，由于在高压等苛刻指标要求条件下可调电容的调节范围有限，并且由于体线圈和屏蔽层之间的距离很小，因此为了更换电容，有必要反复的将体线圈取出和放入屏蔽层以及并且进行机械位置的调整。该调试过程在耗费时间的同时还增加了机械磨损的可能性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例的目的在于将体线圈调试工作转移到体线圈外部，为此本发明的具体实施方式提供了一种磁共振成像系统的体线圈的调试装置，该调试装置包括，一输出端口对，与所述体线圈的输入端口对连接；一输入端口对，与所述磁共振成像系统的输出端口对连接；一延长电路对，分别连接在所述输入端口对和所述输出端口对之间；以及一第一调节电容，用于减少或消除所述输入端口对之间的耦合，所述第一调节电容桥接在所述输入端口对之间，所述第一调节电容的电容值可变。
在本发明的一种实施方式中，所述延长电路对包括一第一同轴线对，其中，所述第一同轴线对的长度相同，所述第一调节电容的两端分别连接在连接的所述输入端口和所述第一同轴线之间。
在本发明的一种实施方式中，所述延长电路对还包括一第二同轴线对，分别连接在所述第一同轴线对和所述输出端口对之间；所述调试装置还包括一第二调节电容，用于减少或消除所述输入端口对之间的耦合，所述第二调节电容的两端分别连接在连接的所述第一同轴线和所述第二同轴线之间，其中，所述第二同轴线对的长度相同，所述第二调节电容的电容值可变。
在本发明的一种实施方式中，所述第一同轴线对的长度和所述第二同轴线对的长度使所述第一调节电容对所述输入端口对之间的耦合的调节和所述第二调节电容对所述输入端口对之间的耦合的调节正交。
在本发明的一种实施方式中，所述第一同轴线对的长度和所述第二同轴线对的长度固定。
在本发明的一种实施方式中，所述延长电路对包括一串联谐振电路对，其中所述串联谐振电路对包括一谐振电容和一谐振电感，所述谐振电容和所述谐振电感在体线圈工作频率上谐振，所述第一调节电容的两端分别连接在所述串联谐振电路的所述谐振电容和所述谐振电感之间。
在本发明的一种实施方式中，所述谐振电容对的所述谐振电容的电容值相同且可变，所述谐振电感对的谐振电感的电感值相同且可变。
一种磁共振成像系统的体线圈，包括上述任一调试装置。
一种磁共振成像系统，包括如上述体线圈。
可以看出，根据本发明的具体实施例的体线圈的调试装置在达到相同去耦效果的同时节省了调试时间并且减少了器件损耗。
附图说明
图1是根据本发明的第一具体实施例的调试装置的示意图。
图2是根据本发明的第二具体实施例的调试装置的示意图。
图3是根据本发明的第三具体实施例的调试装置的示意图。
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，本发明在体线圈外部引入了一个调节设备，该设备通过延长电路将去耦合的工作转移到体线圈外部，在达到相同去耦效果的同时节省了调试时间。
第一具体实施例
图1是根据本发明的第一具体实施例的调试装置的示意图。如图1所示，根据本发明的第一具体实施例的调试装置包括，一输出端口对，BC_Port1/BC_Port2，与所述体线圈的输入端口对连接；一输入端口对，Port1/Port2，与所述磁共振成像系统的输出端口对连接；一第一同轴线对，Cable1_1/Cable1_2，Cable1_1连接在所述输入端口BC_Port1和所述输出端口Port1之间，Cable1_2连接在所述输入端口BC_Port2和所述输出端口Port2之间；一第一调节电容C1，桥接在所述输入端口对Port1/Port2之间，其中，所述第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2的长度相同并且可变，所述第一调节电容C1的电容值可变，所述第一调节电容C1的两端分别连接在相应的第一同轴线和输入端口之间。
具体而言，体线圈终端环上的电容保持原始的平衡分布，保留三个可调电容中对频率有调节作用的两个，去除另一个主要调节输入端口间耦合度的调节电容，同时在体线圈的终端环的输入端口对(同轴线)上连接如图1所示的根据本发明的第一具体实施例的调试装置。根据本发明的第一具体实施例的调试装置包括一第一同轴线对，Cable1_1/Cable1_2，Cable1_1连接在所述输入端口BC_Port1和所述输出端口Port1之间，Cable1_2连接在所述输入端口BC_Port2和所述输出端口Port2之间；一第一调节电容C1，桥接在所述输入端口对Port1/Port2之间。其中，第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2具有相同的长度。
通过第一同轴线对Cable1_1和Cable1_2，根据本发明的第一具体实施例的调试装置将体线圈的终端环的输入端口对，即调试装置的输出端口对BC_Port1/BC_Port2，等效至调试装置的输入端口对，Port1/Port2，并且通过调节第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2的长度以及第一调节电容C1的电容值，使输入端口对Port1和Port2之间的传输系数尽量接近0，换而言之，消除输入端口对Port1/Port2之间的耦合，从而达到本发明的技术目的。通常，第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2的长度是离散的数值而且可选择的范围也相对有限，而第一调节电容C1的电容值则是调节自由度较高的近似连续的数值。
对比现有技术，根据本发明的第一具体实施例的调试装置将消除端口间的耦合的调试移至体线圈外部，减少了调试时间提高了调试效率从而使调试过程更为便捷；由于采用外部调试，调试情况可以实时观测；而且，本发明的第一具体实施例的调试装置的结构较为简单，容易实现。
第二具体实施例
但是本发明的第一具体实施例的调试装置存在两个缺点，首先，由于同轴线的长度调节不是连续的，而是离散的若干数值，因此调试的精确度有所欠缺；其次，由于输出端口对BC_Port1/BC_Port2到输入端口对Port1/Port2间的电长度成为了可变值，所以在某些情况下，输出端口对BC_Port1/BC_Port2到输入端口对Port1/Port2间的电长度与磁共振成像系统系统其他参数存在的冲突。
为了解决上述问题，作为根据本发明的第一具体实施例的调试装置的一种变体，图2是根据本发明的第二具体实施例的调试装置的示意图。如图2所示，根据本发明的第二具体实施例的调试装置包括，一输出端口对，BC_Port1和BC_Port2，与所述体线圈的输入端口对连接；一输入端口对，Port1和Port2，与所述磁共振成像系统的输出端口对连接；一第一同轴线对，Cable1_1和Cable1_2，第一同轴线Cable1_1连接在所述输入端口BC_Port1和所述输出端口Port1之间，第一同轴先Cable1_2连接在所述输入端口BC_Port2和所述输出端口Port2之间；一第一调节电容C1，桥接在所述输入端口对Port1和Port2之间，所述调试装置进一步包括一第二同轴线对，Cable2_1和Cable2_2，第二同轴线Cable2_1连接在第一同轴线Cable1_1和输出端口BC_Port1之间，第二同轴线Cable2_2连接在第一同轴线Cable1_2和输出端口BC_Port2之间；一第二调节电容C2，桥接在所述第一同轴线对Cable2_1/Cable2_2和所述第二同轴线对Cable1_1/Cable1_2之间，也就是第二调节电容C2的两端分别连接在连接的第一同轴线Cable1_1和所述第二同轴线Cable2_1之间和连接的第一同轴线Cable1_2和所述第二同轴线Cable2_2之间。
具体而言，体线圈终端环上的电容保持原始的平衡分布，保留三个可调电容中对频率有调节作用的两个，去除另一个主要调节输入端口间耦合度的调节电容，同时在体线圈的终端环的输入端口对(同轴线)上连接如图2所示的根据本发明的第二具体实施例的调试装置。该调试装置包括每个端口上连接的两段同轴线和桥接在两段同轴线之间的两个电容。其中第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2具有相同的长度，第二同轴线对Cable2_1/Cable2_2具有相同的长度。
通过第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2和第二同轴线对Cable2_1/Cable2_2，根据本发明的第一具体实施例的调试装置将体线圈的终端环的输入端口对，即调试装置的输出端口对BC_Port1/BC_Port2，等效至调试装置的输入端口对，Port1/Port2。同时，通过对第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2的长度和第二同轴线对Cable2_1/Cable2_2的长度进行设置，将第一调节电容C1的电容值对输入端口对Port1和Port2之间的传输系数的影响(调节)和第二调节电容C2的电容值对输入端口对Port1和Port2之间的传输系数的影响(调节)正交。换而言之，由于使用同轴线会改变在同轴线上传播的电流的相位，那么通过设置第一同轴线对Cable1_1/Cable1_2的长度和第二同轴线对Cable2_1/Cable2_2的长度，使得在调节第一电容C1的电容值时不会影响调节第二电容C2的电容值的结果，同时在调节第二电容C2的电容值时不会影响调节第一电容C1的电容值的结果，这样一来，通过分别调节第一电容C1和第二电容C2，即可使输入端口对Port1和Port2之间的传输系数尽量接近0，换而言之，消除输入端口对Port1/Port2之间的耦合，从而达到本发明的技术目的。
在根据本发明的第二具体实施例的调试装置中，第一同轴线对和第二同轴线对的长度是固定的，该长度可以通过经验大致确定或通过电磁传播的基本理论精确推算，从而使得第一调节电容C1和第二调节电容C2对输入端口对Port1和Port2之间的传输系数以复数形式表示的值的影响关于目标值“零”正交，在SIMTH图上可以表示为其调节范围形成的区域关于零点对称。
对比现有技术，根据本发明的第二具体实施例的调试装置将消除端口间的耦合的调试移至体线圈外部，减少了调试时间提高了调试效率从而使调试过程更为便捷；由于采用外部调试，调试情况可以实时观测。
同时，对比根据本发明的第一具体实施例的调试装置，根据本发明的第二具体实施例的调试装置的第一同轴线和第二同轴线的长度是固定的，因此调试时仅调节第一调节电容和第二调节电容；其次，由于输出端口对BC_Port1/BC_Port2到输入端口对Port1/Port2间的电长度成为了可变值，所以在某些情况下，输出端口对BC_Port1/BC_Port2到输入端口对Port1/Port2间的电长度与磁共振成像系统系统其他参数存在的冲突。
第三具体实施例
同样针对第一具体实施例的输出端口对BC_Port1/BC_Port2到输入端口对Port1/Port2间的电长度是可变值的特性，根据本发明的第三具体实施例，将输出端口对各自接出的同轴线改为一段长度固定且相同的同轴线，再串联一个有载品质因素较低的可调串联谐振电路。
图3是根据本发明的第三具体实施例的调试装置，如图3所示，根据本发明的第三具体实施例的调试装置进一步包括串联谐振电路对，其中，谐振电容C1_1和谐振电感L1_1串联构成谐振电路连接在同轴线Cable1_1和输入端口Port1之间，谐振电容C1_2和谐振电感L1_2串联构成谐振电路连接在同轴线Cable1_2和输入端口Port1之间。如图3所示，串联谐振电路对根据与两线平行的方向的中线对称。
其中，谐振电容C1_1和谐振电容C1_2始终保持相等，在调节过程中，谐振电感L1_1和谐振电容C1_1，谐振电感L1_2和谐振电容C1_2保持谐振在体线圈工作频率。将第一调节电容C1桥接在谐振电容对C1_1/C1_2和谐振电感对L1_1/L1_2之间，即第一调节电容C1的两端分别连接在谐振电容C1_1和谐振电感L1_1之间和谐振电容C1_2和谐振电感L1_2。当形成谐振电路的电感电容组合不同时，第一调节电容C1的调节范围不同并且能够减小或消除输入端口对Port1/Port2之间的耦合。通过根据本发明的第三具体实施例的调试装置的方式，输出端口对BC_Port1/BC_Port2到输入端口对Port1/Port2间的电长度是可变值的特性，其中，同轴线对的长度可以为0。
经过实验室测试，在使用根据本发明的第二具体实施例的调试装置之前，输入端口对Port1/Port2之间的耦合程度，即传输系数为-6.9dB，在使用根据本发明的第二具体实施例的调试装置之后，输入端口对Port1/Port2之间的耦合程度，即传输系数为-17.3dB。由此可见，本发明能够大幅度减少或消除输入端口对之间的耦合。
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 (9)

1.一种磁共振成像系统的体线圈的调试装置，包括：
一输出端口对，与所述体线圈的输入端口对连接；
一输入端口对，与所述磁共振成像系统的输出端口对连接；
一延长电路对，分别连接在所述输入端口对和所述输出端口对之间；以及
一第一调节电容，用于减少或消除所述输入端口对之间的耦合，所述第一调节电容桥接在所述输入端口对之间，所述第一调节电容的电容值可变。
2.如权利要求1所述的调试装置，其特征在于，
所述延长电路对包括一第一同轴线对，其中，所述第一同轴线对的长度相同，所述第一调节电容的两端分别连接在连接的所述输入端口和所述第一同轴线之间。
3.如权利要求2所述的调试装置，其特征在于，
所述延长电路对还包括一第二同轴线对，分别连接在所述第一同轴线对和所述输出端口对之间；
所述调试装置还包括一第二调节电容，用于减少或消除所述输入端口对之间的耦合，所述第二调节电容的两端分别连接在连接的所述第一同轴线和所述第二同轴线之间，
其中，所述第二同轴线对的长度相同，所述第二调节电容的电容值可变。
4.如权利要求3所述的调试装置，其特征在于，所述第一同轴线对的长度和所述第二同轴线对的长度使所述第一调节电容对所述输入端口对之间的耦合的调节和所述第二调节电容对所述输入端口对之间的耦合的调节正交。
5.如权利要求3所述的调试装置，其特征在于，所述第一同轴线对的长度和所述第二同轴线对的长度固定。
6.如权利要求1-5任一所述的调试装置，其特征在于，所述延长电路对包括一串联谐振电路对，其中所述串联谐振电路对包括一谐振电容和一谐振电感，所述谐振电容和所述谐振电感在体线圈工作频率上谐振，所述第一调节电容的两端分别连接在所述串联谐振电路的所述谐振电容和所述谐振电感之间。
7.如权利要求6所述的调试装置，其特征在于，所述谐振电容对的所述谐振电容的电容值相同且可变，所述谐振电感对的谐振电感的电感值相同且可变。
8.一种磁共振成像系统的体线圈，包括如权利要求1-7任一所述的调试装置。
9.一种磁共振成像系统，包括如权利要求8所述的体线圈。
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