CN106707207A - 一种用于磁共振成像的射频线圈组件 - Google Patents

Abstract

一种用于磁共振成像的射频线圈组件，包括：第一射频圈组件及第二射频线圈组件，第一射频线圈组件包括第一壳体及至少一个线圈单元的第一部分，第二射频线圈组件包括第二壳体及所述线圈单元的第二部分，第一射频线圈组件与第二射频线圈组件为可组合和拆分结构，且当第一射频线圈组件与第二射频线圈组件组合在一起时，第一壳体、第二壳体形成可容纳被扫描部位的腔体，所述线圈单元的第一部分、第二部分形成完整的线圈单元结构，且所述线圈单元环绕腔体。由于线圈被设计成可开合的上、下两部分，在使用中，操作者不需要移动线圈的下半部分，仅需移动较轻的上半部分就可完成线圈的开合，减少了操作者的负担，节省了操作时间。

Description

一种用于磁共振成像的射频线圈组件

【技术领域】

本发明涉及磁共振成像技术，具体涉及用于磁共振成像的射频线圈。

【背景技术】

磁共振成像的基本原理为：人体组织内的一些含单数质子的原子，例如氢原子能够自旋运动，并产生磁矩，可以看为一些小磁体，正常状态下，这些小磁体的自旋方向排列无规律，但在固定静磁场作用下会产生定向排列；此时，当外加一个和静磁场相同频率的射频脉冲时，这些氢原子吸收一定能量而产生共振，自旋方向在射频脉冲作用下发生偏转，呈规律排列，即发生了磁共振现象；射频脉冲消失后，这些氢原子都将恢复到原来的状态，在恢复过程中，释放能量及改变自旋方向，此时对这些氢原子产生的信号进行采样，然后利用这些采集的信号进行图像重建，就可以得到人体组织的图像。上述过程中，射频线圈主要用来发射射频脉冲以及采集磁共振射频信号。

采集磁共振信号的射频线圈越贴近人体组织，所采集的磁共振信号质量越好，成像的信噪比越高，因此设计出了各种适用于人体各个部位的局部射频线圈组件，例如头部线圈组件，手腕线圈组件，脚踩线圈组件等等，线圈组件由多个线圈组成，多个线圈并行采集磁共振信号。上述的线圈组件包含多个独立的射频线圈单元，例如环形线圈、马鞍形线圈等。

为方便患者扫描，特别是一些特殊部位的扫描，某些射频线圈，如头线圈、膝盖线圈、脚踩线圈，线圈需要设计为开合结构。而一体式结构的线圈组件往往不能很好的满足此类需求。有时局部线圈的开合会导致独立的线圈单元不完整，因此，需要对线圈单元的各局部部分的连接方式进行重新设计，以满足产品方案的需求。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于磁共振成像的射频线圈组件，其可方便的用于被扫描部位的磁共振信号采集。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是：一种用于磁共振成像的射频线圈组件，其包括：第一射频圈组件及第二射频线圈组件，第一射频线圈组件包括第一壳体及至少一个线圈单元的第一部分，第二射频线圈组件包括第二壳体及所述线圈单元的第二部分，第一射频线圈组件与第二射频线圈组件为可组合和拆分结构，且当第一射频线圈组件与第二射频线圈组件组合在一起时，第一壳体、第二壳体形成可容纳被扫描部位的腔体，所述线圈单元的第一部分、第二部分形成完整的线圈单元结构，且所述线圈单元环绕腔体。

优选的，所述腔体的形状与被扫描部位的外形相一致。

优选的，还包括数个独立的线圈单元，分别固定于第一壳体和第二壳体。

优选的，所述第一壳体具有第一配合面，所述第二壳体具有第二配合面，第一配合面、第二配合面设置相应的接插件。

优选的，所述接插件包括第一类型的接插件及第二类型的接插件。

优选的，所述第一类型的接插件用于连接所述线圈单元的第一部分、第二部分；所述第二类型的接插件用于连接第一壳体或第二壳体上的独立(结构完整)的线圈单元。

优选的，所述第一配合面或第二配合面包括沿水平方向延伸的第一部分及沿倾斜方向延伸的第二部分。

优选的，所述第一配合面、第二配合面的第一部分位于第二部分的下方。

优选的，所述腔体包括沿水平方向延伸的第一腔体及沿上下方向延伸的第二腔体。

优选的，所述第二壳体可沿倾斜的方向安装到第一壳体，且第二壳体上设有把手。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：射频线圈组件线圈分为可上下拆分、组合的第一射频线圈组件、第二射频线圈组件。第一、第二射频线圈组件的开合方式为斜插，位于下侧的第一射频线圈组件有绝大部分的单元，位于上侧的第二射频线圈组件仅包含有覆盖脚背的单元和环绕足部的不完整单元。在实际使用中，这样的开合结构使得操作者不需要移动线圈的下半部分，仅需移动较轻的上半部分就可完成线圈的开合。减少了操作者的负担，节省了操作时间。第一、第二射频线圈组件上下两部分各包含完整的线圈单元，同时包含有分别位于上下两部分的环绕足部的不完整线圈单元。不完整线圈单元两侧有接插件，使其在脚踝线圈上下两部分相合时，能形成完整线圈单元。此时完整的脚踩线圈包裹了整个足部，并对互相正交方向进行了信号的采集，以得到最高的信噪比。

【附图说明】

图1为本发明实施例的用于磁共振成像的射频线圈组件的立体组合图；

图2为图1中的射频线圈组件的分解图；

图3为图1中的射频线圈组件的另一分解图；

图4为图3另一角度的视图；

图5为图1中的射频线圈组件的叉一分解图；

图6为射频线圈单元各部分的连接关系示意图；

图7为公端部、母端部的连接方式示意图；

图8为射频线圈组件中相应的组线圈单元的空间布置示意图；

图9为每个相应组线圈单元的分布示意图；

图10a-10c为不同组线圈单元之间的去耦示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

本发明优选实施例中的用于磁共振成像的射频线圈组件为用于脚踝磁共振成像，但本发明并不局限于此，本发明可用于开合结构的头线圈、手腕线圈等。

请参阅图1-5，本发明的一种用于磁共振成像的射频线圈组件，包括：第一射频圈组件C1及第二射频线圈组件C2，第一射频线圈组件C1包括第一壳体10a、布置于第一壳体的若干个独立(结构完整)的线圈单元(参以下具体描述)及数个线圈单元22、23、24的第一部分2211、2311、2411，第二射频线圈组件C2包括第二壳体10b、布置于第二壳体的若干个独立(结构完整)的线圈单元(参以下具体描述)及数个线圈单元22、23、24的第二部分2221、2321、2421，第一射频线圈组件C1与第二射频线圈组件C2为可组合和拆分结构，且当第一射频线圈组件C1与第二射频线圈组件C2组合在一起时，第一壳体、第二壳体形成可容纳被扫描部位的腔体，所述腔体的形状大致为L型，包括沿上下方向延伸的第一腔体及沿水平延伸的第二腔体，第一腔体设有第一开口，第二腔体设有第二开口，且第一开口小于第二开口；腔体的形状与被扫描部位的外形相一致；且线圈单元22的第一部分2211、第二部分2221可电气连接后形成结构完整的线圈单元22，线圈单元23的第一部分2311、第二部分2321可电气连接后形成完整的线圈单元23，线圈单元24的第一部分2411、第二部分2421可电气连接后形成完整的线圈单元24；且所述线圈单元22、23、24环绕腔体。本实施例中，第一壳体10a上的独立的线圈单元的个数多于第二壳体10b上的独立的线圈单元的个数，且第一壳体的体积、重量均大于第二壳体。本发明专利中，线圈单元1-21为结构完整的线圈单元，这些线圈单元被单独的设置于第一壳体10a或第二壳体10b上，且能够独立的接收相应的磁共振信号；而线圈单元22-24为结构非完整的线圈单元，其被分成两个部分，被分别布置于第一壳体10a和第二壳体10b，且仅当第一壳体10a和第二壳体10b组合在一起时，线圈单元22-24的第一部分和第二部分才能形成闭合的线圈单元，用于接收相应的磁共振信号；故线圈单元22-24也可被认为非独立的线圈单元。

第一壳体10a为下壳体，包括下支撑外壳101、下基壳101’；第二壳体10b为上壳体，包括上支撑外壳101、上基壳101’。基壳被组装在支撑外壳的内侧；可选的，所述下支撑外壳101、下基壳101’可以为一体式结构，所述下上撑外壳102、上基壳102’也可以为一体式结构。将外壳与基壳设置成可分离的机构，可方便地先将线圈单元1-24及其他电子器件布置于基壳上面，然后固定在对应的第一壳体、第二壳体上。

第一壳体10a的下基壳101’具有第一配合面1011，所述第二壳体10b的上基壳102具有第二配合面1021。第一配合面1011、第二配合面1021包括沿水平方向延伸的第一部分及沿倾斜方向延伸的第二部分，且第二部分位于第一部分的上方，该结构便于第二壳体10b与第一壳体10a之间的组合。进一步的，所述第二壳体10b上面设有的把手10f。

下基壳101’设有沿第一配合面1011延伸的长条1013，下基壳101’的第二配合面1021设有可收容长条1013的长槽1023。第一配合面1011的长条1013上设有向前上延伸的定位柱1014、第二配合面1021的长槽1023设置相应可收容定位柱1014的定位孔1024。第一配合面1011的长条1013上、第二配合面1021的长槽1023内进一步设有接插件1012、1016、1022、1026。其中接插件1012、1022相配合，接插件1016、1026相配合。其中，接插件1012、1022为第一类型接插件，其分别与单个线圈单元的第一部分2211、第二部分2221电气连接。接插件1016、1026为第二类型接插件，其分别与第一壳体和/或第二壳体上面的独立的线圈单元电气连接。

射频线圈组件还包括与第一射频线圈组件壳体10a下侧结合在一起、并与所有线圈单元21-24电气连接的线缆10c及配置于线缆10c末端的连接器10d，以及支撑第一射频线圈组件壳体10a的底座10e。所述第二壳体上面独立的线圈单元同过第二类型的接插件连接至线缆10c。当射频线圈组件两部分结合时，接插件1016、1026能够传递第二射频线圈组件C2的信号至第一射频线圈组件C1的连接器10d输出，同时接插件能够将第一射频线圈组件C1的控制信号传递至第二射频线圈组件C2，以控制线圈的Tune/Detune功能。

本发明的频线圈组件线圈分为可上下拆分、组合的第一射频线圈组件、第二射频线圈组件。第一、第二射频线圈组件的开合方式为斜插，位于下侧的第一射频线圈组件有绝大部分的单元，位于上侧的第二射频线圈组件仅包含有覆盖脚背的单元和环绕足部的不完整单元。在实际使用中，这样的开合结构使得操作者不需要移动线圈的下半部分，仅需移动较轻的上半部分就可完成线圈的开合。减少了操作者的负担，节省了操作时间。第一、第二射频线圈组件上下两部分各包含完整的线圈单元，同时包含有分别位于上下两部分的环绕足部的不完整线圈单元。不完整线圈单元两侧有接插件，使其在脚踩线圈上下两部分相合时，能形成完整线圈单元。此时完整的脚踝线圈包裹了整个足部，并对互相正交方向进行了信号的采集，以得到最高的信噪比。

请参阅图6-7，示意性给出了单个线圈单元22的第一部分2211、第二部分2221是如何通过公端部2212、母端部2222连接在一起的。所述公端部1012、母端部1022即所述接插件。线圈单元23、24的第一部分2311、2411及第二部分2321、2421也通过相同或相似的方式连接。

单个线圈单元的第一部分(导体)2211、第二部分(导体)2221被分别设置于第一、二射频线圈组件壳体10a、10b上。所述公端部2212为焊接于第一部分(导体)2211的末端22111的金属条，所述母端部2222为焊接于第二部分(导体)2221末端22211的金属片，且金属片具有至少一个侧边，所述弹性元件223侧向抵压于金属片的侧边。可选的，公端部2212为片状或柱状，母端部2222为倒置U形或片状；可选的，所述母端部由第二导体的末端部分直接弯折形成的连接结构，或者为与第二导体的末端电连接的单层或双层的金属片。母端部2212也可由第一导体末端直接形成。

弹性元件由无磁性的材料制造，优选为铜材；所述弹性元件为螺旋弹簧或弹片。

射频线圈组件还包括安装在第二壳体10b的上基壳102’上的固定元件224，母端部2222、弹性元件223被安装在对应的固定元件224中。固定元件224具有间隔布置的一对支撑部2241及连接支撑部的横梁部2242，所述母端部2222安装且倚靠于第一支撑部22411的内侧，所述弹性元件223布置于母端部22的侧旁且倚靠于第二支撑部22412的内侧。进一步的，第二支撑部22412设有自其内侧面向内延伸的凸柱22413，用于定位弹性元件223。

本发明中母端、公端分别与线圈单元的两个部分连接。母端位于具有开合结构的射频线圈的一部分上，公端位于射频线圈的另一部分上。母端与公端接触时，线圈单元处于导通状态，可接收射频信号。当公端、母端断开状态时，线圈单元处于断开状态，不可接收射频信号。

弹簧用于给母端提供额外弹力，弹簧承担大部分变形力，减小母端的弹性韧性要求。并可使公母端在闭合状态时，母端与公端能可靠连接。固定块用于固定母端与弹簧。使用这种结构，公端、母端接触面积较大，可使连接结构具有相对小的接触电阻，信号损失减少，提高其可靠性和使用寿命。

图8-10给出了本发明实施例的用于磁共振成像的脚踝线圈的各个面及各个面上的线圈单元分布。线圈单元沿被扫描者足部外轮廓设置，每个单元彼此绝缘形成独立的测量通道，脚踝线圈结构外轮廓及拆分后各个平面轮廓用黑粗实现标出。线圈单元在示意图中用点划线标出。测量时，被扫描者将足部放入脚踝线圈中，本专利所述脚踩线圈将被扫描者足部所处的全空间内分布单元，以得到高信噪比，提高图像质量。

一种用于磁共振成像的脚踩线圈，其至少包括：第一组线圈单元U1、第二组线圈单元U2、第三组线圈单元U3、第四组线圈单元U4、第五组线圈单元U5，所述第一组线圈单元、第二组线圈单元、第三组线圈单元、第四组线圈单元及第五组线圈单元围成可用于接收被扫描对象脚踝磁共振信号的线圈单元组合结构，所述组合结构包括沿前后方向延伸的第一部分S1及沿上下方向延伸第二部分S2。其中第一组线圈单元U1、第二组线圈单元U2、第三组线圈单元U3、第四组线圈单元U4被布置于第一壳体10a的下基壳101’，第五组线圈单元U5被布置于第二壳体10b的上基壳102’；第六组线圈单元U6则同时被布置于下基壳101’、上基壳102’上，且线圈单元被分割成两部分，可通过接插件连成一个独立的线圈单元，具体连接方式参上文所述。

脚踝线圈由24个单元组成，根据线圈所属平面分为六组。左右两侧为被扫描者足部左右两侧，分布第一、第二组线圈单元U1、U2，各包含处于矢状面内的六个单环线圈单元，其中包括位于第一矢状面的六个线圈单元1、2、3、4、5、6及位于第二矢状面的六个线圈单元7、8、9、10、11、12。底侧为被扫描者足部脚后跟，分布第三组线圈单元U3，包含处于冠状面内的四个单环线圈单元13、14、15、16。背面为被扫描者足部脚底，分布第四组线圈单元U4，包含处于横断面内的三个马鞍形线圈单元17、18、19。正面为被扫描者脚背及小腿上侧，分布为第五组线圈单元U5，包含处于近似于横断面内的两个马鞍形线圈单元20、21。环绕被扫描者整个足部的空间内，分布为第六组线圈单元U6，包含处于冠状面内的三个单元22、23、24。不考虑去耦，则第一到第五组线圈单元均存在于各自的平面内，不与其他各组线圈单元相交。第六组线圈单元U6环绕被扫描者足部，在空间上与第一，第二，第四，第五组线圈单元U1-U5相交。

第一、第二组线圈单元U1、U2，各包括位于矢状面内的六个单环线圈单元，分别为线圈单元1-6和线圈单元7-12，这两组线圈单元覆盖了被扫描者足部左右两侧。单环线圈依照足部轮廓，在yoz平面内依次分布。对于第一组线圈来说，线圈单元1覆盖被扫描者脚尖右侧，处于脚踩线圈上端。线圈单元2，3覆盖足部中段右侧，位于脚踩线圈中段，其中线圈单元2覆盖被扫描者脚底右侧，即脚踝线圈背面，线圈单元3覆盖脚背右侧，即脚踝线圈正面。线圈单元4、5、6覆盖被扫描者脚后跟和小腿右侧，位于脚踩线圈下端，其中线圈单元4覆盖脚底右侧，即脚踩线圈背面，线圈单元5覆盖脚踩右侧，线圈单元6覆盖小腿右侧，即脚踝线圈开口处。第二组线圈单元覆盖被扫描者足部左侧，其空间分布与第一组线圈单元类似，故不再赘述。

第三组线圈单元U3包含处于冠状面内的四个单环线圈单元，为线圈单元13、14、15、16，覆盖了被扫描者脚后跟下侧及小腿下侧。单环线圈单元在脚后跟所在平面内，在xoz平面依次分布。对于第三组线圈单元，线圈单元13，14覆盖被扫描者脚后跟下侧，靠近脚踩线圈的背面，两者分别在x轴上左右分布。线圈单元15、16覆盖被扫描者的小腿下侧，靠近脚踩线圈开口处，两者分别在x轴上左右分布。

第四组线圈单元U4包含处于横断面内的三个马鞍形线圈单元，为线圈单元17、18、19，覆盖了被扫描者脚底。马鞍形线圈单元在脚底所在平面即xoy平面内沿y轴依次分布。该三个马鞍形线圈单元中心交叉处沿y轴分布，包含了位于中心交叉处左右的半封闭单元。线圈单元17覆盖脚底上段，线圈单元18覆盖脚底中段，线圈单元19覆盖脚底下段。由于磁共振系统主磁场方向垂直于横断面，因此只有在横断面内只有马鞍形线圈单元能采集到磁共振信号，但是马鞍形线圈单元的场仅在中间交叉点能产生与静磁场B0垂直的信号，马鞍形线圈两侧半封闭单元的中心区域产生的磁场与静磁场B0仍然是平行的，此区域内是无法接收到信号的。因此在脚背处设计了中心交叉方向与第四组线圈单元U4垂直的第五组线圈单元U5，已补偿马鞍形线圈两侧半封闭单元的中心区域的信号缺失。

第五组线圈单元U5包含处于近似横断面内两个马鞍形线圈单元，即线圈单元20、21，覆盖被扫描者脚背和小腿上侧。该平面上端接近于横断面，该平面下端接近于冠状面。该两个马鞍形线圈单元中心交叉处沿x轴分布，包含了位于中心交叉处上下的半封闭单元。线圈单元20覆盖被扫描者脚背，位于脚踝线圈正面段。线圈单元21覆盖被扫描者小腿上侧，位于脚踝下段上侧位置。如上所述，采用与第四组线圈单元U4中心交叉方向垂直的第五组线圈单元U5，能够补偿彼此马鞍形线圈单元两侧半封闭单元的中心区域的信号缺失，同时，这种方式能够减少第四、第五组线圈单元U4、U5间的耦合，以减少因耦合损失的信噪比。

第六组线圈单元U6包含处于冠状面内的三个单环线圈单元，即单元22，23，24，线圈单元环绕被扫描者整个足部的空间内。线圈单元22围绕了被扫描者足部靠近脚趾处，与单环线圈单元1、7，马鞍形线圈单元17相交，与马鞍形线圈单元20的上侧半封闭单元相交。线圈单元23围绕了被扫描者足部中段，与单环线圈单元2、3、8、9，马鞍形线圈单元18相交，与马鞍形线圈单元21的上侧半封闭单元相交。线圈单元24围绕了被扫描者脚底下段，脚踝和小腿，与单环线圈单元4、5、6、10、11、12，马鞍形线圈单元19相交，与马鞍形线圈单元21的下侧半封闭单元相交。

由于环绕足部线圈单元经过了较多的线圈单元，因此需要与很多线圈单元去耦。本专利使用去耦方法包括空间位置去耦，电容去耦，电感去耦和Overlap去耦，能够进一步提高信噪比，提高采集图像的质量。以单环线圈单元23来说，其与单元2、3、8、9、13、21为空间位置去耦，由于两者线圈铜皮所处平面正交，仅需调整线圈位置就可以达到去耦效果，例如线圈单元23与2的耦合示意图(图10a)。其与线圈单元1为电容或者电感去耦(图10b、图10c)，由于线圈23不经过线圈单元1，因此需要使用电容或电感减小两者之间的耦合。

综上，本发明提供的多通道脚踩线圈，通过上下、前后和左右设置的多个线圈单元形成左右两个包覆了被扫描者足部所在空间，可以采集到各个方向的信号并得到更高的信噪比，同时在线圈各个方向上都有多于一个线圈单元的分布，因此，本发明在任意方向上至少支持并行采集因子2，以加快信号采集速度。

本发明提出了一种脚踝并行扫描线圈。线圈由三类线圈单元组成，在脚背和脚底的横断面上分布马鞍形线圈，在足部左右两侧分布的单环线圈，脚后跟和环绕垂直放置足部的单环线圈。本发明提出的线圈单元的分布包含了患者足部所处的全空间，可以采到各个方向的信号已得到更高的信噪比，同时在任意方向上至少支持并行采集因子2，加快了成像的速度。该三类线圈使用空间位置去耦，电容去耦，电感去耦和Overlap去耦，能够进一步提高信噪比，提高采集图像的质量。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种用于磁共振成像的射频线圈组件，其特征在于包括：第一射频圈组件及第二射频线圈组件，第一射频线圈组件包括第一壳体及至少一个线圈单元的第一部分，第二射频线圈组件包括第二壳体及所述线圈单元的第二部分，第一射频线圈组件与第二射频线圈组件为可组合和拆分结构，且当第一射频线圈组件与第二射频线圈组件组合在一起时，第一壳体、第二壳体形成可容纳被扫描部位的腔体，所述线圈单元的第一部分、第二部分形成完整的线圈单元结构，且所述线圈单元环绕腔体。

2.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的射频线圈组件，其特征在于，所述腔体的形状与被扫描部位的外形相一致。

3.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的脚踝线圈组件，其特征在于，还包括数个独立的线圈单元，分别固定于第一壳体和第二壳体。

4.根据权利要求3所述的用于磁共振成像的脚踩线圈组件，其特征在于，所述第一壳体具有第一配合面，所述第二壳体具有第二配合面，第一配合面、第二配合面设置相应的接插件。

5.根据权利要求4所述的用于磁共振成像的脚踝线圈组件，其特征在于，所述接插件包括第一类型的接插件及第二类型的接插件。

6.根据权利要求5所述的用于磁共振成像的脚踩线圈组件，其特征在于，所述第一类型的接插件用于连接所述线圈单元的第一部分、第二部分；所述第二类型的接插件用于连接第一壳体或第二壳体的独立的线圈单元。

7.根据权利要求4所述的用于磁共振成像的脚踝线圈组件，其特征在于，所述第一配合面或第二配合面包括沿水平方向延伸的第一部分及沿倾斜方向延伸的第二部分。

8.根据权利要求7所述的用于磁共振成像的脚踝线圈组件，其特征在于，所述第一配合面、第二配合面的第一部分位于第二部分的下方。

9.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的脚踩线圈组件，其特征在于，所述腔体包括沿水平方向延伸的第一腔体及沿上下方向延伸的第二腔体。

10.根据权利要求1所述的用于磁共振成像的脚踩线圈组件，其特征在于，所述第二壳体可沿倾斜的方向安装到第一壳体，且第二壳体上设有把手。