CN110133552A - 一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈 - Google Patents

一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈 Download PDF

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赵娥
李桂萍
徐军
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Abstract

本发明公开了一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，属于超高场磁共振成像领域，包括线圈单元，所述线圈单元为微带八木天线，所述微带八木天线在拉莫尔频率处产生谐振且发射均匀的射频磁场，所述线圈单元按六棱柱形或八棱柱形环形阵列，使线圈在冠状面和矢状面的磁场对称，本发明实现了在超高场环境下，成像范围宽，成像质量高。

Description

一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈
技术领域
本发明涉及超高场磁共振成像领域，具体涉及一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈。
背景技术
磁共振成像(MRI)是断层成像的一种，它利用核磁共振现象从人体中获得射频信号,并经计算机处理重建获得人体内部组织器官的剖面原子核素浓度分布图像。因其具有无辐射，高分辨率，能够直接对人体的冠状面、矢状面、横断面成像等优势，在医学影像设备与技术领域已得到广泛的研究应用。MRI成像系统主要组成部分包括主磁体、梯度系统、射频系统、以及其它外围设备。其中，射频系统中包含的射频线圈(RF Coils)是磁共振成像系统中核心部件之一。射频线圈对磁共振成像的分辨率和信噪比有着至关重要的影响。相比于磁共振成像系统的其它硬件，射频线圈具有方便开发、设计、优化等特点，所以在磁共振成像系统硬件优化的研究领域一直都处于热门研究范围。
早期射频线圈的研究主要是在低场(0.2T—0.4T)、中场(0.5T—1.4T)中展开，螺线管线圈、马鞍线圈、环线圈以及鸟笼线圈等相关技术已经相对成熟，其中鸟笼线圈MRI成像设备已作为商业应用在医学诊疗中投入使用。而超高场磁共振成像相较于低中场磁共振成像具有更高的成像速度、信噪比及分辨率等优势，也是当前磁共振医疗设备的发展趋势。在高场超高场环境下，随着拉莫尔频率的升高，波长变短，使得人体内产生相消干涉进而严重影响成像质量，传统的鸟笼线圈、环形线圈及马鞍线圈等在超高场的环境下都无法达到较好的成像效果。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，解决了在超高场环境下，随着拉莫尔频率的升高，波长变短，使得人体内产生相消干涉进而严重影响成像质量的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，包括线圈单元，所述线圈单元为微带八木天线，所述微带八木天线在拉莫尔频率处产生谐振且发射均匀的射频磁场，所述线圈单元按六棱柱形或八棱柱形环形阵列，使线圈在冠状面和矢状面的磁场对称。
进一步的，所述微带八木天线包括设置于介质基板上的一对偶极子和两个反射器，所述偶极子为激励器，所述两个反射器对称设置在所述偶极子两侧，所述反射器与所述偶极子平行。
进一步的，所述线圈单元按八棱柱形环形阵列。
进一步的，所述偶极子的中心线与八棱柱的中轴线平行，使所述线圈单元的磁场往八棱柱内部辐射。
进一步的，所述线圈单元的宽度为350mm-450mm，所述线圈单元的长度为600mm-700mm。
进一步的，所述线圈单元采用同轴馈电方式进行馈电。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明在超高场磁共振成像时，采用微带八木天线作为射频线圈，使用一对偶极子作为激励器，一对位于偶极子两侧的寄生器作为反射器，从而形成一种新的射频线圈。相比于以往在超高场磁共振成像中采用的传统线圈，本发明的微带八木天线射频线圈能在拉莫尔频率处产生谐振的同时能够发射均匀的射频磁场，微带八木天线射频线圈由于其大尺寸的优势，其成像范围也得到了扩大。
本发明中射频线圈阵列由于其几何结构的对称性，进一步增强了感应区域内的磁场强度，在人体冠状面及矢状面上也增强了磁场均匀度，从而保证了成像质量。
由于线圈阵列的排布方式使其成像范围也得到了提高，该线圈阵列在人体矢状面及冠状面所能提供的最大成像范围为970mm×654mm，最小成像范围为400mm×654mm，足以覆盖人体躯干部分，使全身成像成为可能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的微带八木天线射频线圈模型图；
图2为距离线圈单元347.5mm平面的射频场分布；
图3为八棱柱射频线圈阵列；
图4为本发明的实施例中人体等效电磁模型与八棱柱阵列线圈；
图5为人体肌肉组织的磁场分布；
图6为等效子宫磁场分布；
图7为等效子宫SAR分布；
图8为正常子宫中心横断面磁场分布图；
图9为病变子宫中心横断面磁场分布图；
图10为六棱柱射频线圈阵列；
图11为六棱柱线圈阵列中心横断面磁场分布图(r＝330mm)；
图12为八棱柱线圈阵列中心横断面磁场分布图(r＝460mm)；
附图标记：1-介质基板，2-偶极子，3-反射器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，包括线圈单元，所述线圈单元为微带八木天线，所述微带八木天线在拉莫尔频率处产生谐振且发射均匀的射频磁场，所述线圈单元按六棱柱形或八棱柱形环形阵列，使线圈在冠状面和矢状面的磁场对称。
所述微带八木天线包括设置于介质基板上的一对偶极子和两个反射器，所述偶极子为激励器，所述两个反射器对称设置在所述偶极子两侧，所述反射器与所述偶极子平行。
所述线圈单元按八棱柱形环形阵列，所述偶极子的中心线与八棱柱的中轴线平行，使所述线圈单元的磁场往八棱柱内部辐射。
所述线圈单元的宽度为350mm-450mm，所述线圈单元的长度为600mm-700mm。
所述线圈单元采用同轴馈电方式进行馈电。
实施例1
一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，包括线圈单元，所述线圈单元为微带八木天线，所述微带八木天线在拉莫尔频率处产生谐振且发射均匀的射频磁场，所述线圈单元按六棱柱形或八棱柱形环形阵列，使线圈在冠状面和矢状面的磁场对称，按六棱柱形环形阵列效果不及八棱柱形环形阵列，且成像范围相对较小，如图11和图12所示，为线圈阵列中心横断面磁场分布图。
所述微带八木天线包括设置于介质基板1上的一对偶极子2和两个反射器3，所述偶极子2为激励器，所述两个反射器3对称设置在所述偶极子2两侧，所述反射器3与所述偶极子2平行，所述线圈单元的宽度为350mm-450mm，所述线圈单元的长度为600mm-700mm。所述线圈单元的尺寸、反射器3与偶极子2的距离均根据所在磁共振系统的主磁场进行调整。
实施例2
本实施例将射频线圈放入7T主磁场，拉莫尔频率为298MHz的磁共振系统进行说明。
图1为本发明的微带八木天线射频线圈模型图，该射频线圈由一对印刷在厚度为0.5mm 的FR4介质基板1上(εr＝4.4，tanδ＝0.02)的偶极子2以及一组分别位于偶极子2两侧的反射器3组成,线圈的尺寸为400mm×654mm，偶极子长a1＝239.7mm,宽w2＝40mm，反射器长l1＝518.4mm,宽w1＝40mm，反射器距离激励器的距离g2＝80mm，该射频线圈由同轴进行馈电，当同轴端给射频线圈输入激励时，射频线圈辐射均匀的射频场,当距离射频线圈垂直距离347.5mm时，在400mm×654mm平面内射频场最为均匀，如图2所示。
将射频线圈单元组成八棱柱线圈阵列如图3所示，并将人体等效电磁模型放置在八棱柱线圈阵列中心模拟人体磁共振成像过程如图4所示，经过仿真后可查看人体各组织器官的磁场分布与SAR分布。
本实施例的成像目标为成年女性人体躯干部分，当然也不限于此，也可以对人体其余部位进行成像。图5为仿真后人体肌肉组织的磁场分布，图6、图7分别为成年女性子宫磁场分布与SAR分布，将该区域的磁场与SAR数据导出可得出该区域的最大磁场值与SAR值，即在八棱柱线圈阵列工作时子宫内部的最大磁场强度为Hmax＝0.0225A/m，SARmax＝0.000494A/m。将子宫发生病变的人体等效电磁模型放入八棱柱线圈中如图4仿真模拟人体病变子宫的磁共振成像，图8与图9分别为正常人体子宫与病变人体子宫在线圈阵列工作下的中心横断面磁场分布图，通过两磁场分布图的对比可清晰看出病变组织的位置与形状，且该位置与病变组织在人体等效电磁模型中的坐标与形状吻合，即该微带八木天线射频线圈具有病变组织的识别能力(由于黑白图无法充分展示本发明的效果，因此在必要情况下，申请人可提供彩色图片)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，其特征在于：包括线圈单元，所述线圈单元为微带八木天线，所述微带八木天线在拉莫尔频率处产生谐振且发射均匀的射频磁场，所述线圈单元按六棱柱形或八棱柱形环形阵列，使线圈在冠状面和矢状面的磁场对称。
2.根据权利要求1所述的一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，其特征在于：所述微带八木天线包括设置于介质基板(1)上的一对偶极子(2)和两个反射器(3)，所述偶极子(2)为激励器，所述两个反射器(3)对称设置在所述偶极子(2)两侧，所述反射器(3)与所述偶极子(2)平行。
3.根据权利要求1所述的一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，其特征在于：所述线圈单元按八棱柱形环形阵列。
4.根据权利要求3所述的一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，其特征在于：所述偶极子(2)的中心线与八棱柱的中轴线平行，使所述线圈单元的磁场往八棱柱内部辐射。
5.根据权利要求1所述的一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，其特征在于：所述线圈单元的宽度为350mm-450mm，所述线圈单元的长度为600mm-700mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于超高场磁共振成像的微带八木天线射频线圈，其特征在于：所述线圈单元采用同轴馈电方式进行馈电。
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