CN109725273A - 一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈。包括：线圈支架、线圈电路、可调电容支架、屏蔽层、线圈外套、顶盖、底盖、调谐杆、调谐联动齿轮、匹配杆、套管以及地线端子。线圈电路为跑道形扁平圆柱结构，调谐和射频激励位置匹配双模式结构。本发明结构简洁，利用变形鸟笼线圈自身结构的双模式特点实现了氢氟双谐振，对于扁平型样品能够获得更高的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像线圈领域，具体是指一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈。
背景技术
常规鸟笼线圈是中心轴线对称的完全规则圆柱形结构，线圈各个笼脚、边环及电容的分布也完全对称。这种结构只有一种可用的共振模式，即k＝1模式，磁场呈线性极化。常规鸟笼线圈的对称性至关重要，直接影响到射频场的激励极化、共振频率点的调谐和射频均匀性，从而进一步影响成像质量。影响对称性的主要因素有：结构不对称、电容分布不对称和调谐电路不对称等。不对称因素会导致调谐峰裂分，难以调谐到共振频率点，破坏射频均匀性。因此对称性一直是常规鸟笼线圈的核心技术之一，已有大量的文献报道。
基于应用需求的驱动，一些结构非对称性鸟笼线圈被提出。变形鸟笼线圈能够更适用非圆柱形结构的组织，获得更好的信号质量，或者能够实现更便捷的术中操控。文献“Modified birdcage coils for targeted imaging(J.Gasson,I.R.Summers,M.E.Fry,etal,MAGN.RESON.IMAGING,1995,13(7):1003-12)”报道了一种U型开口鸟笼线圈，将常规圆柱形鸟笼线圈中的一个笼脚断开，形成一个U型的开口以满足特定的需求。文献“Ananalysis and optimization of elliptical RF probes used in magnetic resonanceimaging(L.K.Forbes,S.Crozier,D.M.Moddrell,Meas.Sci.Technol.,1996,7:1281-1290)”报道了椭圆形变形鸟笼线圈的优化和分析。文献“An Asymmetric Birdcage Coilfor Small-animal MR Imaging at 7T(K.N.Kim,S.D.Han,J.H.Seo,etal.Magn.Reson.Med.Sci.,2017,16(3):253-258.)报道了一种7T成像仪轴向中间圆柱形，两端半圆柱的非对称鸟笼线圈。
另一方面，常规氢氟双调谐鸟笼线圈主要采用双线圈或者增加LC电路的形式实现氢和氟的双调谐激发和接收。例如文献“Double-Tuned Birdcage Coils:Constructionand Tuning(J.Murphy-Boesch,Encyclopedia of Magnetic Resonance,ed:John Wiley&Sons,Ltd,2007.)”采用LC谐振网络替代笼脚上的一个电容实现双调谐。文献“Single-input double-tuned birdcage coil with identical B1field profile for 1H and19F imaging(L.Hu1,F.D.Hockett1,J.Chen1,et al,Proc.Intl.Soc.Mag.Reson.Med.18,2010)”在调谐电路中增加了一个LC谐振电路。一些商用氢氟双调谐鸟笼线圈采用内层氟和外层氢线圈的双层线圈结构。双层线圈结构增加了复杂性，而LC调谐网络的方式影响了射频均匀性降低了效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，在减少结构复杂性的同时，保障了良好的射频均匀性和效率，获得更好的信号质量。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，包括线圈支架、线圈电路、可调电容支架、屏蔽层、线圈外套、顶盖、底盖、调谐杆、调谐联动齿轮、匹配杆、套管以及地线端子；
所述线圈支架的内部为跑道形扁平圆柱腔，线圈支架的外部为跑道形扁平圆柱形，线圈支架的径向底端为多层圆柱形的线圈支架定位座，所述线圈支架定位座设有第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、调谐匹配杆定位孔和端子槽，第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽分布在扁平圆层长轴边和短轴边的中间；
所述线圈电路采用高通鸟笼线圈，变形为跑道形扁平圆柱结构，线圈电路的长轴和短轴的长度比和氢氟的工作频率比成相关比例，线圈电路的上下两端外侧设有调谐环路，线圈电路安装在线圈支架的跑道形扁平圆柱外表面；
顶盖为多层圆柱形定位座，设有四个凹槽；可调电容支架包括调谐可调电容支架、匹配可调电容支架和侧架，均为四根宽形支柱，并安装在线圈支架的第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽和顶盖的凹槽内，宽形支柱宽度与凹槽宽度一致；可调电容支架面上设有调谐电容固定座和匹配电容固定座；调谐杆和匹配杆安装在线圈支架定位座的调谐匹配杆定位孔中，通过套管与可调电容连接，所述调谐联动齿轮安装在套管上；
地线端子安装在端子槽内，地线端子设有螺丝孔，射频信号同轴线外壳焊接在地线端子上；线圈外套为圆柱型，安装在线圈支架定位座的外层上，屏蔽层为圆柱形紫铜薄片，安装在线圈外套外表面，通过螺丝与地线端子连接；底盖为圆形盖板，安装在线圈支架的底端；调谐可调电容和匹配可调电容安装在可调电容支架的宽形支柱的定位座上，匹配可调电容连接在线圈电路边环长轴和短轴的交界电容和输入同轴线之间，调谐可调电容设在线圈电路上下边环四个长轴的中间电容位置，每个边环的两个长轴中间电容位置连接到线圈调谐环路，线圈调谐环路连接到调谐可调电容，上下两个调谐可调电容通过齿轮实现联动。
在一较佳的实施例中，所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽均设置有两个第一螺丝孔；所述可调电容支架上设置有四组第二螺丝孔组，每组第二螺丝孔组上包括两个第二螺丝孔；所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽及第四凹槽上的两个第一螺丝孔分别与所述第二螺丝孔组连接；所述第三凹槽及第四凹槽还均设置有两个第三螺丝孔，所述底盖上两组第四螺丝孔组，每组第四螺丝孔组包括两个第四螺丝孔；第三凹槽及第四凹槽上的两个第三螺丝孔分别与所述第四螺丝孔组连接；
线圈电路中可调电容的调谐杆从第一凹槽上的第一让位孔通过，调谐可调电容的套管与第一凹槽上的第二让位孔固定，第二凹槽的与可调电容的调谐杆固定；第三凹槽与地线端子镶嵌。
在一较佳的实施例中，所述调谐环路的尺寸与线圈电路尺寸一致；所述可调电容支架上设置有第一固定电容、第二固定电容、第三固定电容、第四固定电容、第五固定电容、第六固定电容、第七固定电容、第八固定电容，第一固定电容、第二固定电容、第三固定电容、第四固定电容、第五固定电容、第六固定电容、第七固定电容、第八固定电容的电容值为其他固定电容的电容值的两倍；所述第五固定电容及第六固定电容之间的位置与所述调谐环路连接构成调谐电路；第一可调电容、第二可调电容与笼脚所在位置连接作为激励点。
在一较佳的实施例中，所述顶盖呈圆形，顶盖的中心为跑道形空心设计；跑道形顶盖的矩形边与线圈电路形状一致。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供了一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，线圈电路变形为跑道形扁平圆柱结构，利用结构上非完全对称性形成的两个可用模式实现氢氟双调谐。射频激励点和调谐点位置适配双模式的双调谐结构，采用高通鸟笼线圈，射频信号经过匹配电容后由线圈电路边环长轴和短轴的交界电容输入/出线圈，调谐电容设在线圈电路上下边环四个长轴的中间电容位置。一体化和模块化结合的支架结构稳固，且便于安装。圆柱型屏蔽层和接地端子结构能够获得良好的接地屏蔽效果，同时为调谐和匹配电路提供了足够的安装空间。这样具有两个可用谐振模式，同时实现了氢氟双调谐。基于双模式的双调谐变形鸟笼线圈，在减少结构复杂性的同时，保障了良好的射频均匀性和效率，跑道形扁平腔结构能够适用于许多组织和样品检测，获得更好的信号质量。
附图说明
图1是本发明优选实施例的双模式调谐氢氟变形鸟笼线圈及支架整体结构示意图；
图2是本发明优选实施例的线圈支架示意图(一)；
图3是本发明优选实施例的线圈支架示意图(二)；
图4是本发明优选实施例的线圈电路示意图(一)；
图5是本发明优选实施例的线圈电路示意图(二)；
图6是本发明优选实施例的线圈支架的顶盖示意图(一)；
图7是本发明优选实施例的线圈支架的顶盖示意图(二)；
图8是本发明优选实施例的可调电容支架示意图；
图9是本发明优选实施例的齿轮联动系统示意图；
图10是本发明优选实施例的地线端子示意图；
图11是本发明优选实施例的底盖示意图；
图12是本发明优选实施例的屏蔽层示意图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，参考图1至12，包括线圈支架1a、线圈电路2a、可调电容支架4a、屏蔽层9a、线圈外套8a、顶盖3a、底盖7a、调谐杆、调谐联动齿轮5a、匹配杆、套管5c-2以及地线端6a；
所述线圈支架1a的内部为跑道形扁平圆柱腔，线圈支架1a的外部为跑道形扁平圆柱形，线圈支架1a的径向底端为多层圆柱形的线圈支架定位座，所述线圈支架定位座设有第一凹槽1b-1、第二凹槽1b-2、第三凹槽1c-1、第四凹槽1c-2、调谐匹配杆定位孔和端子槽，第一凹槽1b-1、第二凹槽1b-2、第三凹槽1c-1、第四凹槽1c-2分布在扁平圆层长轴边和短轴边的中间；所述线圈支架1a的周边还设置有一周向凹槽1i，所述周向凹槽1i为宽1mm的周向凹槽1i，与所述线圈外套8a的底部镶嵌；所述线圈支架1a的底座直径为137mm，厚12mm，中间的扁圆柱体长150mm，薄壁厚度1mm。
所述线圈电路2a采用高通鸟笼线圈，变形为跑道形扁平圆柱结构，线圈电路2a的长轴和短轴的长度比和氢氟的工作频率比成相关比例，线圈电路2a的上下两端外侧设有调谐环路2a-1、2a-2，线圈电路2a安装在线圈支架1a的跑道形扁平圆柱外表面；
顶盖3a为多层圆柱形定位座，设有四个凹槽；可调电容支架4a包括调谐可调电容支架、匹配可调电容支架和侧架，均为四根宽形支柱，并安装在线圈支架1a的第一凹槽1b-1、第二凹槽1b-2、第三凹槽1c-1、第四凹槽1c-2和顶盖3a的凹槽内，宽形支柱宽度与凹槽宽度一致，宽度为3mm；可调电容支架4a面上设有调谐电容固定座和匹配电容固定座；调谐杆和匹配杆安装在线圈支架定位座的调谐匹配杆定位孔中，通过套管与可调电容连接，所述调谐联动齿轮安装在套管上；
地线端子安装在端子槽内，地线端子设有螺丝孔，射频信号同轴线外壳焊接在地线端子上；线圈外套为圆柱型，安装在线圈支架定位座的外层上，屏蔽层为圆柱形紫铜薄片，安装在线圈外套外表面，通过螺丝与地线端子连接；底盖为圆形盖板，安装在线圈支架1a的底端；调谐可调电容和匹配可调电容安装在可调电容支架4a的宽形支柱的定位座上，匹配可调电容连接在线圈电路2a边环长轴和短轴的交界电容和输入同轴线之间，调谐可调电容设在线圈电路2a上下边环四个长轴的中间电容位置，每个边环的两个长轴中间电容位置连接到线圈调谐环路2a-1、2a-2，线圈调谐环路2a-1、2a-2连接到调谐可调电容，上下两个调谐可调电容通过齿轮实现联动。
所述第一凹槽1b-1、第二凹槽1b-2、第三凹槽1c-1、第四凹槽1c-2均设置有两个第一螺丝孔；所述可调电容支架上设置有四组第二螺丝孔组，每组第二螺丝孔组上包括两个第二螺丝孔；所述第一凹槽1b-1、第二凹槽1b-2、第三凹槽1c-1、第四凹槽1c-2上的两个第一螺丝孔分别与所述第二螺丝孔组连接；所述第三凹槽1c-1及第四凹槽1c-2还均设置有两个第三螺丝孔，所述底盖上两组第四螺丝孔组，每组第四螺丝孔组包括两个第四螺丝孔；第三凹槽1c-1及第四凹槽1c-2上的两个第三螺丝孔分别与所述第四螺丝孔组连接；
线圈电路2a中可调电容的调谐杆从第一凹槽1b-1上的第一让位孔通过，调谐可调电容的套管与第一凹槽1b-1上的第二让位孔固定，第二凹槽1b-2的第三让位孔孔1e-3与可调电容2b-3的调谐杆固定；第三凹槽1c-1与地线端子镶嵌。
所述调谐环路的尺寸与线圈电路尺寸一致；所述可调电容支架上设置有第一固定电容2d-1、第二固定电容2d-2、第三固定电容2d-3、第四固定电容2d-4、第五固定电容2d-5、第六固定电容2d-6、第七固定电容2d-7、第八固定电容2d-8，第一固定电容2d-1、第二固定电容2d-2、第三固定电容2d-3、第四固定电容2d-4、第五固定电容2d-5、第六固定电容2d-6、第七固定电容2d-7、第八固定电容2d-8的电容值为其他固定电容的电容值的两倍；所述第五固定电容2d-5及第六固定电容2d-6之间的位置与所述调谐环路连接构成调谐电路；第一可调电容、第二可调电容与笼脚所在位置连接作为激励点。
所述顶盖3a呈圆形，顶盖3a的中心为跑道形空心设计；跑道形顶盖3a的矩形边与线圈电路2a形状一致。
所述顶盖3a上设置有四个凹槽，每个所述的凹槽上设置有两个第五螺丝孔，所述可调电容支架上还设置有四组第六螺丝孔组，每组第六螺丝孔组上设置有两个第六螺丝孔，每个凹槽上的两个第五螺丝孔分别与第六螺丝孔组连接。螺丝孔直径皆为2.5mm。在顶盖3a的另一面，有深度2mm，宽度4mm的顶盖凹槽1f，与线圈外套8b镶嵌，顶盖3a厚度20mm，直径135mm。
本发明所述的可调电容支架4a图8所示。所述可调电容支架4a上还设置有第七螺丝孔4e-1、4e-2、4e-3、4e-4；所述第七螺丝孔皆为直径为2.5的螺丝孔，所述第七螺丝孔分别与设置于顶盖3a上的直径为2.5的第八螺丝孔3d-1、3d-2和设置于线圈支架1a上的直径为2.5的第九螺丝孔1f-1、1f-2连接；可调电容固定板4b-1、4c与可调电容2b-1固定，可调电容套管固定板4d与可调电容2b-1的套管5c-1固定，第二连接件4b-2与可调电容2b-2固定。为方便后期焊接，板上上下两处各开一个矩形槽，尺寸分别为30mm*40mm、22mm*40mm。第一连接件4b-1和第二连接件4b-2高4mm，长10mm，宽5.5mm，上面的半圆孔直径8.1mm；第一环状连接件4c高2mm，长10mm，宽10mm，上有5mm直径的圆形通孔；第二环状连接件4d高4mm，长10mm，宽9.5mm，上面圆形通孔直径5.1mm。整个支架高134mm，宽52mm，厚度1mm。
本发明所述的调谐杆及齿轮联动系统5a如图9所示。套管5c-1与可调电容2b-1固定，套管5c-2与可调电容2b-2固定，通过两个齿轮5a-1、5a-2，达到通过调节一根调谐杆5b同时调节可调电容2b-1、2b-2。套管由中空的两个圆柱组成。大圆柱直径7mm，壁厚0.95mm，长10mm，小圆柱直径5mm，壁厚0.85mm，长6mm。
本发明所述的底盖7a如图11所示。所述底盖7a上的第十螺丝孔7b-1、7b-2、7b-3、7b-4分别于线圈支架1a的第一螺丝孔连接。第七让位孔7c-1与可调电容2b-2的套管5c-2固定，第八让位孔7c-2与可调电容2b-1的调谐杆固定，第九让位孔7c-3与可调电容2b-3的套管固定。中间的跑道形扁圆柱尺寸和线圈电路2a一致，壁厚3mm。整个支撑层直径137mm，高20mm，壁厚2mm。
本发明所述的线圈外套8a和屏蔽层9a如图12所示。整体为中空圆柱形，8b的卡槽厚度2mm，宽度4mm，与顶盖3a上的开槽3f镶嵌；卡槽8c的深度30mm，宽度1mm，与线圈支架2a的开槽2i镶嵌。线圈外套8a直径140mm，壁厚2.5mm。在线圈外套8a外表面，附着一层铜箔作为屏蔽层9a。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (4)
1.一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，其特征在于包括线圈支架、线圈电路、可调电容支架、屏蔽层、线圈外套、顶盖、底盖、调谐杆、调谐联动齿轮、匹配杆、套管以及地线端子；
所述线圈支架的内部为跑道形扁平圆柱腔，线圈支架的外部为跑道形扁平圆柱形，线圈支架的径向底端为多层圆柱形的线圈支架定位座，所述线圈支架定位座设有第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽、调谐匹配杆定位孔和端子槽，第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽分布在扁平圆层长轴边和短轴边的中间；
所述线圈电路采用高通鸟笼线圈，变形为跑道形扁平圆柱结构，线圈电路的长轴和短轴的长度比和氢氟的工作频率比成相关比例，线圈电路的上下两端外侧设有调谐环路，线圈电路安装在线圈支架的跑道形扁平圆柱外表面；
顶盖为多层圆柱形定位座，设有四个凹槽；可调电容支架包括调谐可调电容支架、匹配可调电容支架和侧架，均为四根宽形支柱，并安装在线圈支架的第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽和顶盖的凹槽内，宽形支柱宽度与凹槽宽度一致；可调电容支架面上设有调谐电容固定座和匹配电容固定座；调谐杆和匹配杆安装在线圈支架定位座的调谐匹配杆定位孔中，通过套管与可调电容连接，所述调谐联动齿轮安装在套管上；
地线端子安装在端子槽内，地线端子设有螺丝孔，射频信号同轴线外壳焊接在地线端子上；线圈外套为圆柱型，安装在线圈支架定位座的外层上，屏蔽层为圆柱形紫铜薄片，安装在线圈外套外表面，通过螺丝与地线端子连接；底盖为圆形盖板，安装在线圈支架的底端；调谐可调电容和匹配可调电容安装在可调电容支架的宽形支柱的定位座上，匹配可调电容连接在线圈电路边环长轴和短轴的交界电容和输入同轴线之间，调谐可调电容设在线圈电路上下边环四个长轴的中间电容位置，每个边环的两个长轴中间电容位置连接到线圈调谐环路，线圈调谐环路连接到调谐可调电容，上下两个调谐可调电容通过齿轮实现联动。
2.根据权利要求1所述的一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，其特征在于所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽、第四凹槽均设置有两个第一螺丝孔；所述可调电容支架上设置有四组第二螺丝孔组，每组第二螺丝孔组上包括两个第二螺丝孔；所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽及第四凹槽上的两个第一螺丝孔分别与所述第二螺丝孔组连接；所述第三凹槽及第四凹槽还均设置有两个第三螺丝孔，所述底盖上两组第四螺丝孔组，每组第四螺丝孔组包括两个第四螺丝孔；第三凹槽及第四凹槽上的两个第三螺丝孔分别与所述第四螺丝孔组连接；
线圈电路中可调电容的调谐杆从第一凹槽上的第一让位孔通过，调谐可调电容的套管与第一凹槽上的第二让位孔固定，第二凹槽的与可调电容的调谐杆固定；第三凹槽与地线端子镶嵌。
3.根据权利要求1所述的一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，其特征在于，所述调谐环路的尺寸与线圈电路尺寸一致；所述可调电容支架上设置有第一固定电容、第二固定电容、第三固定电容、第四固定电容、第五固定电容、第六固定电容、第七固定电容、第八固定电容，第一固定电容、第二固定电容、第三固定电容、第四固定电容、第五固定电容、第六固定电容、第七固定电容、第八固定电容的电容值为其他固定电容的电容值的两倍；所述第五固定电容及第六固定电容之间的位置与所述调谐环路连接构成调谐电路；第一可调电容、第二可调电容与笼脚所在位置连接作为激励点。
4.根据权利要求1所述的一种磁共振双模式调谐氢氟变形鸟笼射频线圈，其特征在于，所述顶盖呈圆形，顶盖的中心为跑道形空心设计；跑道形顶盖的矩形边与线圈电路形状一致。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111812568A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-10-23 | 哈尔滨医科大学 | 一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈及其使用方法 |
| CN111812568B (zh) * | 2020-03-02 | 2022-12-27 | 哈尔滨医科大学 | 一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈及其使用方法 |
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|---|---|
| CN109725273B (zh) | 2020-04-10 |
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