CN111812568B - 一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈，包括氢、氟双共振射频表面线圈、射频发射前端模块和接收系统后端模块，所述氢、氟双共振射频表面线圈包括环状表面线圈和双调谐匹配电路，所述环状表面线圈中部焊接电容，环状表面线圈两个接头与双调谐匹配电路相连，双调谐匹配电路包含两对射频接口，第一对射频接口连接射频线圈的两端，第二个射频接口连接射频发射前端模块和接收系统后端模块，本发明可以与现有1H单核MRI成像系统配合使用，不需要改变现有系统的架构，不需要购置昂贵的射频功放，不需要改变MRI系统现有的脉冲序列，可实现氢、氟同步成像，减少了成像时间。

Description

一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈及其使用方法

技术领域

本发明涉及核磁共振成像技术领域，具体是一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈及其使用方法。

背景技术

核磁共振成像(MRI)是断层成像的一种，通过射频发射线圈对静磁场中的被测对象施加某种特定频率的射频脉冲，使被测对象中的共振核受到激励而发生磁共振现象。脉冲停止后，在核弛豫过程施加空间编码梯度，射频接收线圈获取相应的磁共振信号，并对该信号进行图像重建，得到医学图像。

恶性肿瘤严重危害人类健康，氢核(1H)成像能够清晰显示肿瘤轮廓、精确定位肿瘤位置，并分辨肿瘤与周围组织的毗邻关系，是目前临床上肿瘤诊断常用的技术手段。但是，氢核成像所揭示的形态学信息，对于其背后所蕴含的海量肿瘤分子信息而言，仅仅是冰山一角。

¹⁹F的天然丰度为100％，自旋量子数为1/2，旋磁比为40.08MHz·T^–1，比1H的旋磁比42.58MHz·T^–1稍低，其磁共振敏感性是1H的82％，因此氟原子可用于¹⁹F-MRI成像，且与1H-MRI相比前者具有以下优势：1)具有高度特异性。这是因为氟只存在于骨骼及牙齿中，且具有很短的T2，常规的磁共振成像方法不显像；2)信号强度与¹⁹F含量呈线性关系，可做定量分析；3)不需对比注射探针前后的图像；4)常用于¹⁹F MRI的含氟对比剂PFC无明显生物毒性。同时全氟化碳纳米粒子表面可以修饰多肽、小分子、特异性配体、抗体或螯合物等能够靶向肿瘤分子靶点的特异性化合物，从而对肿瘤分子靶点及下游通路状态进行揭示。综合上述优势，富含氟原子(¹⁹F)的全氟化碳(PFC)纳米粒子成为肿瘤分子成像研究领域的新宠。

在成像技术方面，与传统¹H成像不同，由于外源性注入或吸入的¹⁹F探针的含量低，分布分散，可获得的¹⁹F信号低，成像信号分布不均匀，因此，需要利用基于¹H的图像对¹⁹F图像进行校正和定位。

当前商用的MRI系统对¹⁹F成像，一般仅配置一台高功率射频放大器，且比较昂贵，加装一套¹⁹F的射频线圈，需要对氢和氟先后成像，然后对两幅图像进行融合，这种方法是在不同时间段内获得的氢、氟图像，成像时间长，在成像过程中若被测对象移动或生理运动，则氢、氟图像就不是完全对应的图像，可能给诊断引入错误的信息。为确保¹H和¹⁹F图像精确配准，需要同时获得二者的图像，也就是需要同步采集¹H和¹⁹F的信号。

针对现有技术的问题和尽可能的减低成本，有必要开发氢、氟双共振收发一体射频表面线圈、设计射频发射的前端和接收系统的后端、改进图像重建算法，实现氢、氟同步成像和氢、氟图像的配准与融合，从而便于研究体部浅表部位肿瘤的发生、发展过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈，包括氢、氟双共振射频表面线圈、射频发射前端模块和接收系统后端模块，所述氢、氟双共振射频表面线圈包括环状表面线圈和双调谐匹配电路，所述环状表面线圈中部焊接电容，环状表面线圈两个接头与双调谐匹配电路相连，双调谐匹配电路包含两对射频接口，第一对射频接口连接射频线圈的两端，第二个射频接口连接射频发射前端模块和接收系统后端模块。

作为本发明的进一步技术方案：所述环状表面线圈由硬度大于3的导电材料制成。

作为本发明的进一步技术方案：所述射频发射前端包括变频模块和混频模块。

作为本发明的进一步技术方案：所述变频模块将控制系统输出的低功率¹H射频脉冲分成两路，一路保持¹H的载波频率不变，另一路根据¹H的频率和¹⁹F与¹H核的磁旋比差异，下变频处理，产生¹⁹F的载波频率。

作为本发明的进一步技术方案：所述混频模块将¹H和¹F的载波频率混频后输出到射频功率放大器。

作为本发明的进一步技术方案：所述接收系统后端包括功分器和两个带通滤波器，功分器将前置放大器输出的射频信号分成两路，一路输出到¹H的带通滤波器，另一路输出到¹⁹F的带通滤波器，滤波后分别输出到不同的接收机。

一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈使用方法，包含以下步骤：

A、硬件连接；

B、图像重建与融合。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤A包含以下步骤：第一步，将射频发射前端模块的输入端连接控制系统的射频输出端，将射频发射前端模块的输出端连接射频功率放大器；第二步，射频接收系统后端的输入端连接前置放大器的输出端，将射频接收系统后端的输出端连接控制系统的接收机。第三步，将氢、氟双共振收发一体射频表面线圈链接磁体间射频功放输出线缆；第四步，选用常规¹H成像扫描协议，层间距设置为层厚的

倍，其中γ₁是氢的磁旋比，γ₂是氟的磁旋比，确保¹H层面与¹⁹F层面的中心对应。即可按照常规氢核成像检查正常进行。

作为本发明的进一步技术方案：所述步骤B包含以下步骤：第一步，将氢和氟的信号分别填充到氢和氟的K空间；第二步，对氟的K空间四周填零扩大，填零为原来的

倍，其中γ₁是氢的磁旋比，是氟的磁旋比；第三步对氢、氟K空间分别重建，重建出氢、氟的图像，重建后的氟图像从中心取出与氢图像一定的大小；第四步，氢、氟图像像素一一对应，将氟图像附加在氢图像上，利用伪彩显示，实现融合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明可以与现有1H单核MRI成像系统配合使用，不需要改变现有系统的架构，不需要购置昂贵的射频功放，不需要改变MRI系统现有的脉冲序列，可实现氢、氟同步成像，减少了成像时间。

2.本发明氢、氟K空间的每一个数据点都是在同一时刻获取，整个图像是在同一时间段内采集到的，不存在运动、生理运动等因素导致氢、氟体素不能对应的问题。

3.本发明获得的图像像素一一对应就实现了氢、氟图像的精确配准和融合，便于研究体部浅表部位肿瘤的发生、发展过程。

附图说明

图1是氢、氟双共振射频表面线圈等效电路图及其与¹H单核MRI成像系统的连接关系图；

图2是射频发射前端模块及其与¹H单核MRI成像系统的连接关系图；

图3是接收系统后端模块及其与¹H单核MRI成像系统的连接关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例1：

请参阅图1，一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈，包括氢、氟双共振射频表面线圈、射频发射前端模块和接收系统后端模块，双共振收发一体射频表面线圈，包括环状表面线圈、双调谐匹配电路。

环状表面线圈选取硬度高的导电材料，防止线圈在使用过程中发生严重变形，线圈中部焊接电容，线圈两个接头与双调谐匹配电路相连；

双调谐匹配电路，调节该电路中的可调电容实现产生¹H和¹⁹F的两个谐振峰，确保氟与氢两个谐振峰的位置间距为

其中ν是系统磁场强度下氢核对应的共振频率；同时对射频线圈进行匹配。所述双调谐匹配电路包含两对射频接口，第一对射频接口用于连接射频线圈的两端，第二个射频接口与射频发射前端模块和接收系统后端模块。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图2所示，射频发射前端包括变频控制模块和混频控制模块。变频控制模块将控制系统输出的低功率¹H射频脉冲分成两路，一路保持¹H的载波频率不变，另一路根据¹H的频率和¹⁹F与¹H核的磁旋比差异，下变频处理，产生¹⁹F的载波频率

混频模块将¹H和¹⁹F的载波频率混频后输出到射频功率放大器。

实施例3：

在实施例2的基础上，如图3所示，射频接收系统后端包括功分器和两个带通滤波器，功分器将前置放大器输出的射频信号分成两路，一路输出到¹H的带通滤波器，另一路输出到¹⁹F的带通滤波器，滤波后分别输出到不同的接收机。

本发明还公开了氢、氟双共振收发一体射频表面线圈的使用方法，具体步骤如下：

A、硬件连接；

第一步，将射频发射前端模块的输入端连接控制系统的射频输出端，将射频发射前端模块的输出端连接射频功率放大器；

第二步，射频接收系统后端的输入端连接前置放大器的输出端，将射频接收系统后端的输出端连接控制系统的接收机。

第三步，将氢、氟双共振收发一体射频表面线圈链接磁体间射频功放输出线缆。

第四步，选用常规¹H成像扫描协议，层间距设置为层厚的

倍，其中γ₁是氢的磁旋比，γ₂是氟的磁旋比，确保¹H层面与¹⁹F层面的中心对应。即可按照常规氢核成像检查正常进行。

B、图像重建与融合包含以下步骤；

第一步，将氢和氟的信号分别填充到氢和氟的K空间；

第二步，对氟的K空间四周填零扩大，填零为原来的

倍，其中γ₁是氢的磁旋比，γ₂是氟的磁旋比；

第三步对氢、氟K空间分别重建，重建出氢、氟的图像，重建后的氟图像从中心取出与氢图像一定的大小；

第四步，氢、氟图像像素一一对应，将氟图像附加在氢图像上，利用伪彩显示，实现融合。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈，包括氢、氟双共振射频表面线圈、射频发射前端模块和接收系统后端模块，其特征在于，所述氢、氟双共振射频表面线圈包括环状表面线圈和双调谐匹配电路，所述环状表面线圈中部焊接电容，环状表面线圈两个接头与双调谐匹配电路相连，双调谐匹配电路包含两对射频接口，第一对射频接口连接射频线圈的两端，第二个射频接口连接射频发射前端模块和接收系统后端模块；所述射频发射前端包括变频模块和混频模块；所述变频模块将控制系统输出的低功率¹H射频脉冲分成两路，一路保持¹H的载波频率不变，另一路根据¹H的频率和¹⁹F与¹H核的磁旋比差异，下变频处理，产生¹⁹F的载波频率；所述混频模块将¹H和¹F的载波频率混频后输出到射频功率放大器；所述接收系统后端包括功分器和两个带通滤波器，功分器将前置放大器输出的射频信号分成两路，一路输出到¹H的带通滤波器，另一路输出到¹⁹F的带通滤波器，滤波后分别输出到不同的接收机。

2.根据权利要求1所述的一种氢、氟双共振收发一体射频表面线圈，其特征在于，所述环状表面线圈由硬度大于3的导电材料制成。

3.一种权利要求1或2所述的氢、氟双共振收发一体射频表面线圈的使用方法，其特征在于，包含以下步骤：

A、硬件连接；

B、图像重建与融合；

所述步骤A包含以下步骤：第一步，将射频发射前端模块的输入端连接控制系统的射频输出端，将射频发射前端模块的输出端连接射频功率放大器；第二步，射频接收系统后端的输入端连接前置放大器的输出端，将射频接收系统后端的输出端连接控制系统的接收机，第三步，将氢、氟双共振收发一体射频表面线圈链接磁体间射频功放输出线缆；第四步，选用常规¹H成像扫描协议，层间距设置为层厚的

倍，其中γ₁是氢的磁旋比，γ₂是氟的磁旋比，确保¹H层面与¹⁹F层面的中心对应，即可按照常规氢核成像检查正常进行；

所述步骤B包含以下步骤：第一步，将氢和氟的信号分别填充到氢和氟的K空间；第二步，对氟的K空间四周填零扩大，填零为原来的

倍，其中γ₁是氢的磁旋比，是氟的磁旋比；第三步对氢、氟K空间分别重建，重建出氢、氟的图像，重建后的氟图像从中心取出与氢图像一定的大小；第四步，氢、氟图像像素一一对应，将氟图像附加在氢图像上，利用伪彩显示，实现融合。

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