CN106324535A - 一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心 - Google Patents
一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，具有马甲背心形状。该线圈背心内包含有八个或四个线圈单元，采用可发射可接收的工作模式。该线圈穿戴方便、柔软舒适、填充因子高、激发均匀，能得到质量较好的肺部磁共振图像。
Description
技术领域
本发明涉及超极化惰性气体磁共振成像领域，具体涉及一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，适用于人体肺部疾病检查与早期诊断的超极化惰性气体的磁共振成像。
背景技术
传统的人体磁共振成像（MRI，Magnetic Resonance Imaging）是基于人体中氢原子（质子）进行磁共振成像，目前商用的人体磁共振成像探头多工作在质子的核磁共振频率上。质子磁共振成像能够对人体大部分的组织和器官进行结构和功能成像，在医学诊断和研究中已经得到了非常广泛的应用。然而，质子磁共振系统在对肺部疾病的检测与诊断上却显得乏力。由于肺部的氢原子核密度相较于其他组织低约1000倍，对于传统磁共振成像来说，肺部的氢原子核磁共振信号十分微弱，因此，肺部一直是传统磁共振成像的“盲区”。采用超极化惰性气体（如超极化129Xe)技术，能极大提高惰性气体的磁共振信号强度，让肺部吸入超极化惰性气体，以惰性气体核作为成像核，使肺部MRI成为了可能。为了进行人体肺部超极化惰性气体MRI，至关重要一环是研制一个肺部超极化气体MRI探头。
由于质子与惰性气体的共振频率不同，以及成像部位不同，传统的质子磁共振成像探头的设计不能用于肺部超极化气体MRI成像，针对超极化气体肺部MRI的成像探头需要在工作频率和结构形式上进行调整，要适应肺部大体积区域均匀激发、快速成像、较好信噪比、使用方便等要求。
在现有的超极化惰性气体肺部磁共振成像射频线圈中，有采用刚性全包围结构的鸟笼线圈([1]De Zanche N, Chhina N, Teh K, et al. Asymmetric quadrature splitbirdcage coil for hyperpolarized 3He lung MRI at 1.5 T. Magnetic resonance inmedicine, 2008, 60(2): 431-438.)，该线圈结构为上下两个端环，中间用多条等间距的直线段导体相连，通过正交激发，能在其内部激发均匀的圆极化磁场，且被试者使用时只需躺于其中，但该结构下线圈导体不能紧贴人体，填充因子低。除此之外还有半柔性线圈([2]Menon A. Magnetic resonance imaging coil having vest support structure: U.S.Patent 7,006,860[P]. 2006-2-28.)，该线圈采用两对马鞍线圈正交放置的结构。围绕在人体的胸、背部周围。也有采用覆盖式结构的胸部多通道阵列线圈，（[3]Dregely I, RusetI C, Wiggins G, et al. 32‐channel phased‐array receive with asymmetricbirdcage transmit coil for hyperpolarized xenon‐129 lung imaging. Magneticresonance in medicine, 2013, 70(2): 576-583.）该种线圈的结构为前胸和后背两瓣分离式结构。以上两种相阵列线圈虽然有着较高的填充因子，但线圈形体笨重，在具体实施上都很复杂，这给临床上受试者的穿戴与使用带来了不便。
发明内容
针对上述现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心。
一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，包括线圈背心，线圈背心为马甲背心形状，线圈背心具有小肩、左袖圈、右袖圈、以及左前幅和右前幅，线圈背心包括外层包裹材料以及夹在外层包裹材料内的柔性的线圈导体。
如上所述的线圈导体包括：
用于贴近人体前胸中上部的第一线圈单元；
用于贴近人体左上胸背部的第二线圈单元；
用于贴近人体后背中上部的第三线圈单元；
用于贴近人体右上胸背部的第四线圈单元；
用于贴近人体前胸左下部的第五线圈单元；
用于贴近人体后背左下部的第六线圈单元；
用于贴近人体后背右下部的第七线圈单元；
用于贴近人体前胸右下部的第八线圈单元。
如上所述的第二线圈单元环绕于左袖圈、第四线圈单元环绕于右袖圈；
所述的第五线圈单元设置在左前幅下部，第八线圈单元设置在右前幅下部。
如上所述的第一线圈单元设置在左前幅上部，第一线圈单元所在的左前幅上部设置有突出部，第一线圈单元延伸至突出部内，突出部边缘延伸至第一线圈单元对侧的右侧袖圈。
如上所述的线圈导体包括：
用于贴近人体左胸部的第一线圈单元；
用于贴近人体左背部的第二线圈单元；
用于贴近人体右背部的第三线圈单元；
用于贴近人体右胸部的第四线圈单元。
如上所述的第一线圈单元和第二线圈单元在靠近左袖圈位置的走线沿左袖圈边沿自上往下设置，第三线圈单元和第四线圈单元在靠近右袖圈位置的走线沿右袖圈边沿自上往下设置。
如上所述的第一线圈单元设置在左前幅内，第四线圈单元设置在右前幅内。
如上所述的左前幅和右前幅之间是由粘扣带或纽扣连接的。
在线圈背心穿戴后，所述的左前幅和右前幅的重叠状态由衣襟处的扣合位置标记确定，左前幅和右前幅在按扣合位置标记重叠时，位于左前幅和右前幅内的线圈导体的各个线圈单元间的去耦效果最佳。
如上所述的外层包裹材料包括最外层的尼龙编织层和内衬的EVA泡沫层，线圈导体为柔性电路板，线圈导体夹设于EVA泡沫层内。
与现有技术相比，本发明具有下列优点。
本发明中涉及的用于超极化惰性气体磁共振成像的人体肺部射频线圈由柔性材料制成，并且采用背心的外型和穿着方式，具有穿戴舒适，使用便捷，附着稳定的特点。
线圈背心根据人体胸部形态合身制作，线圈背心中的柔性线圈导体能紧贴于人体的胸背处，提高了线圈的填充因子，进而提高图像信噪比。
人体肺部射频线圈为四通道或八通道发射/接收共用线圈，具有结构简单、灵敏度高、成像均匀且快速的优点。
附图说明
图1 是实施例1的外形示意图。
图中：1-线圈背心；2-小肩；3-左袖圈；4-右袖圈；5-左前幅；6-右前幅。
图2 是实施例1的主体材料的裁剪形状示意图。
图3是实施例1中线圈导体在线圈背心中的位置示意图。其中（a）为前视图，（b）为后视图。
图中：7-线圈导体；8-第一线圈单元；9-第二线圈单元；10-第三线圈单元；11-第四线圈单元；12-第五线圈单元；13-第六线圈单元；14-第七线圈单元；15-第八线圈单元。
图4是实施例2的外形示意图。
图中：1-线圈背心；2-小肩；3-左袖圈；4-右袖圈；5-左前幅；6-右前幅。
图5是实施例2的主体材料的裁剪形状示意图。
图6是实施例2中的线圈导体在线圈背心中的位置示意图。其中（a）为前视图，（b）为后视图。
图中：7-线圈导体；8-第一线圈单元；9-第二线圈单元；10-第三线圈单元；11-第四线圈单元。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～6和1.5T磁共振成像仪下的超极化129Xe的磁共振成像为实例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例1
一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，线圈背心1的整体形状为一个可穿戴的柔性的背心，具有小肩2、左袖圈3、右袖圈4和可前开的左前幅5和右前幅6。线圈背心1包括外层包裹材料以及内夹在外层包裹材料中的柔性的线圈导体7。
线圈背心1整体外形由图1所示。线圈导体7包含八个线圈单元，分别为第一线圈单元8～第八线圈单元15，形成上下两层交错排列，如图3所示。被试者穿戴上线圈背心1之后，第一线圈单元8贴近人体前胸中上部、第二线圈单元9贴近左上胸背部、第三线圈单元10贴近后背中上部、第四线圈单元11贴近右上胸背部、第五线圈单元12贴近前胸左下部、第六线圈单元13贴近后背左下部、第七线圈单元14贴近后背右下部、第八线圈单元15贴近前胸右下部。第一线圈单元8～第八线圈单元15所围绕的区域必须覆盖被试者的全肺。
第二线圈单元9环绕于线圈背心1的左袖圈3，第四线圈单元11环绕于右袖圈4，穿戴后左右手臂分别经袖圈开口从第二线圈单元9和第四线圈单元11中穿出。
为了便于穿戴，线圈背心的前部留有开缝，开缝使线圈背心前胸部分成左前幅5和右前幅6两部分。左右前幅的分割位置须根据位于前胸部的各线圈单元的位置合理布置，避免经过连接导线。可以使右前幅6包含位于前胸右下部的第八线圈单元15，左前幅5下部包含位于前胸左下部的第五线圈单元12，左前幅5上部包含位于前胸中上部的第一线圈单元8，左前幅5的上部设置突出部，第一线圈单元8延伸至突出部内，突出部边缘延伸至第一线圈单元8对侧的右侧袖圈4。
每个线圈单元的谐振频率都设置成129Xe在1.5T下的共振频率17.6MHz。为实现各线圈单元间的隔离工作，需要进行去耦。可通过相邻线圈单元间采用叠加方式、相对线圈单元间采用跨接电容方式实现去耦。
特别的，为给相对位置线圈单元去耦，第一线圈单元8与第三线圈单元10之间、第二线圈单元9与第四线圈单元11间、第五线圈单元12与第七线圈单元14之间、第八线圈单元15与第六线圈单元13之间，设置跨接去耦电容，为避免在线圈背心1左右前幅开缝间进行连线，去耦电容布于线圈背心1的背侧和小肩部。
线圈背心1的左前幅5和右前幅6之间是由粘扣带或纽扣连接的。在线圈背心1穿戴后，左前幅5和右前幅6的重叠幅度由设置在衣襟处的位置标记来确定，这个位置标记根据位于左前幅5和右前幅6内的相邻线圈单元间的最佳重叠去耦状态来确定。
本发明的线圈背心1的外层包裹材料可以包括最外层的尼龙编织层、内衬的EVA泡沫层。用于作为衬垫的EVA泡沫层柔软且具有弹性，这样保证了舒适的穿戴感觉，同时保护了线圈导体7，并能起到隔热绝缘作用。线圈背心1的内层线圈导体7为柔性电路板，夹藏于EVA泡沫层内。外层包裹材料可以分别由整体板材按类似图2的形状剪裁并缝合成型。
线圈背心1的尺寸大小应该由穿戴者的身材决定，不同身材的穿戴者可使用不同尺寸的线圈，以使得线圈背心1能尽量贴近人体，提高填充因子和成像信噪比。
在磁共振扫描前，被试者穿上线圈背心1，按照标记位置系上胸前扣带，然后平躺于扫描床上。调整线圈背心1的位置，使线圈导体7相对被试者的胸肺部处于正中，并保证线圈导体7包裹被试者的全肺。连接线圈导体7和磁共振成像仪，并把扫描床送入磁共振成像仪的磁体内，在被试者吸入超极化气体129Xe后进行肺部磁共振成像扫描。
实施例2
一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，线圈背心1的整体形状为一个可穿戴的柔性的背心，具有小肩2、左袖圈3、右袖圈4和可前开的左前幅5和右前幅6。线圈背心1包括外层包裹材料以及内夹在在外层包裹材料的内的柔性的线圈导体7。
线圈背心1整体外形由图4所示。线圈导体7包括4个线圈单元：用于贴近人体左胸部的第一线圈单元8、用于贴近人体左背部的第二线圈单元9、用于贴近人体右背部的第三线圈单元10、用于贴近人体右胸部的第四线圈单元11，如图6所示。第一线圈单元8～第八线圈单元11所围绕的区域必须覆盖被试者的全肺。
为了不阻挡手臂从袖圈开口穿出，同时保证对上肺部的均匀激发，第一线圈单元8和第二线圈单元9在靠近左袖圈位置的走线沿左袖圈边沿设置，第三线圈单元10和第四线圈单元11在靠近右袖圈位置的走线沿右袖圈边沿设置。
第一线圈单元8和第四线圈单元11位置呈左右分布，线圈背心1的前胸部开缝可以从它们之间经过。因此，可以使左前幅5包含位于左胸部的第一线圈单元8，右前幅6包含位于右胸部的第四线圈单元11。
每个线圈单元的谐振频率都设置成129Xe在1.5T下的共振频率17.6MHz。为实现各线圈单元间的隔离工作，需要进行去耦。可通过相邻线圈单元间采用叠加方式、相对线圈单元间采用跨接电容方式实现去耦。
特别的，为给相对位置线圈单元去耦，第一线圈单元8与第三线圈单元10、第二线圈单元9与第四线圈单元11之间，设置跨接去耦电容，为避免在线圈背心1左右前幅开缝间进行连线，去耦电容布于线圈背心1的背侧。
线圈背心1的左前幅5和右前幅6之间是由粘扣带或纽扣连接的。在线圈背心1穿戴后，左前幅5和右前幅6的重叠幅度由设置在衣襟处的位置标记来确定，这个位置标记根据位于左前幅5和右前幅6内的相邻的第一线圈单元8与第四线圈单元11间的最佳重叠去耦状态来确定。
本发明的线圈背心1的外层包裹材料可以为包括最外层的尼龙编织层、内衬的EVA泡沫层。用于作为衬垫的EVA泡沫层柔软且具有弹性，这样保证了舒适的穿戴感觉，同时保护了线圈导体7，并能起到隔热绝缘作用。线圈背心1的内层线圈导体7为柔性电路板，夹藏于EVA泡沫层内。外层包裹材料可以分别由整体板材按类似图5的形状剪裁并缝合成型。
线圈背心1的尺寸大小应该由穿戴者的身材决定，不同身材的穿戴者可使用不同尺寸的线圈，以使得线圈背心1能尽量贴近人体，提高填充因子和成像信噪比。
在磁共振扫描前，被试者穿上线圈背心1，按照标记位置系上胸前扣带，然后平躺于扫描床上。调整线圈背心1的位置，使线圈导体7相对被试者的胸肺部处于正中，并保证线圈导体7包裹被试者的全肺。连接线圈导体7和磁共振成像仪，并把扫描床送入磁共振成像仪的磁体内，在被试者吸入超极化气体129Xe后进行肺部磁共振成像扫描。
以上为本发明的一部分具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：包括线圈背心（1），线圈背心（1）为马甲背心形状，线圈背心（1）具有小肩（2）、左袖圈（3）、右袖圈（4）、以及左前幅（5）和右前幅（6），线圈背心（1）包括外层包裹材料以及夹在外层包裹材料内的柔性的线圈导体（7）。
2.根据权利要求1所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于，所述的线圈导体（7）包括：
用于贴近人体前胸中上部的第一线圈单元（8）；
用于贴近人体左上胸背部的第二线圈单元（9）；
用于贴近人体后背中上部的第三线圈单元（10）；
用于贴近人体右上胸背部的第四线圈单元（11）；
用于贴近人体前胸左下部的第五线圈单元（12）；
用于贴近人体后背左下部的第六线圈单元（13）；
用于贴近人体后背右下部的第七线圈单元（14）；
用于贴近人体前胸右下部的第八线圈单元（15）。
3.根据权利要求2所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：所述的第二线圈单元（9）环绕于左袖圈（3）、第四线圈单元（11）环绕于右袖圈（4）；
所述的第五线圈单元（12）设置在左前幅（5）下部，第八线圈单元（15）设置在右前幅（6）下部。
4.根据权利要求3所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：所述的第一线圈单元（8）设置在左前幅（5）上部，第一线圈单元（8）所在的左前幅（5）上部设置有突出部，第一线圈单元（8）延伸至突出部内，突出部边缘延伸至第一线圈单元（8）对侧的右侧袖圈（4）。
5.根据权利要求1所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于，所述的线圈导体（7）包括：
用于贴近人体左胸部的第一线圈单元（8）；
用于贴近人体左背部的第二线圈单元（9）；
用于贴近人体右背部的第三线圈单元（10）；
用于贴近人体右胸部的第四线圈单元（11）。
6.根据权利要求5所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：所述的第一线圈单元（8）和第二线圈单元（9）在靠近左袖圈位置的走线沿左袖圈边沿自上往下设置，第三线圈单元（10）和第四线圈单元（11）在靠近右袖圈位置的走线沿右袖圈边沿自上往下设置。
7.根据权利要求5所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：所述的第一线圈单元（8）设置在左前幅（5）内，第四线圈单元（11）设置在右前幅（6）内。
8.根据权利要求1所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：所述的左前幅（5）和右前幅（6）之间是由粘扣带或纽扣连接的。
9.根据权利要求4或7所述的任意一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：在线圈背心穿戴后，所述的左前幅（5）和右前幅（6）的重叠状态由衣襟处的扣合位置标记确定，左前幅（5）和右前幅（6）在按扣合位置标记重叠时，位于左前幅（5）和右前幅（6）内的线圈导体（7）的各个线圈单元间的去耦效果最佳。
10.根据权利要求1所述的一种用于超极化气体磁共振成像系统的肺部射频线圈背心，其特征在于：所述的外层包裹材料包括最外层的尼龙编织层和内衬的EVA泡沫层，线圈导体（7）为柔性电路板，线圈导体（7）夹设于EVA泡沫层内。
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Application publication date: 20170111 Assignee: WUHAN ZHONGKE POLARIZED MEDICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: WUHAN INSTITUTE OF PHYSICS AND MATHEMATICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: 2019420000016 Denomination of invention: Lung radio frequency coil vest used for hyperpolarized gas magnetic resonance imaging system Granted publication date: 20181012 License type: Common License Record date: 20190227 |
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