CN112014780B - 局部线圈及磁共振成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例中提出的一种局部线圈及磁共振成像系统。其中，局部线圈包括：复数个线圈单元，其能够分别接收对被检测对象进行磁共振检测时产生的磁共振信号；信号处理单元，其用于对所述复数个线圈单元接收的磁共振信号进行包括信号预处理及正交调制在内的处理，得到待传输信号；和第一非接触式连接器，用于将所述待传输信号耦合至系统侧的第一非接触式连接器。本发明实施例中的技术方案能够简化局部线圈与系统之间的连接。

Description

局部线圈及磁共振成像系统
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，特别是一种应用于磁共振成像系统的局部线圈和磁共振成像系统。
背景技术
在磁共振成像(MRI)系统中，通常使用局部线圈来提高信噪比(SNR)水平，进而提高图像质量。目前，局部线圈可以有多达32或64个线圈元件，以实现最佳覆盖以及最佳信噪比。从局部线圈接收到的信号需要连接到系统上。传统的局部线圈使用带有射频同轴连接器的线圈插头将所有局部线圈信号连接到系统。由于插头重量和尺寸的限制，线圈插头通常有8～12个射频针，用于连接8～12个线圈元件信号。线圈插头是精密的机械零件，插在一起时需要小心操作，否则容易断裂。此外，线圈插头还是复杂的机械零件，很难清洗。
为此，本领域内的技术人员还在致力于寻找局部线圈的其它解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例中一方面提出了一种应用于磁共振成像系统的局部线圈，另一方面提出了一种磁共振系统，用以简化局部线圈与系统之间的连接。
本发明实施例中提出的一种局部线圈，包括：复数个线圈单元，其能够分别接收对被检测对象进行磁共振检测时产生的磁共振信号；信号处理单元，其用于对所述复数个线圈单元接收的磁共振信号进行包括信号预处理及正交调制在内的处理，得到待传输信号；和第一非接触式连接器，用于将所述待传输信号耦合至系统侧的第一非接触式连接器。
在一个实施方式中，所述复数个线圈单元被划分为2M个线圈单元组；其中，M为大于或等于1、且小于或等于
Figure BDA0002080470340000011
的整数，N为线圈单元的数量，且为大于或等于2的整数；所述信号处理单元包括：2M个信号预处理单元，与所述2M个线圈单元组一一对应连接，每个信号预处理单元用于对所对应线圈单元组中各线圈单元接收的磁共振信号进行设定预处理，得到一个满足要求的预处理信号；2M个低通滤波器，与所述2M个信号预处理单元一一对应连接，每个低通滤波器用于对所对应的信号预处理单元输出的预处理信号进行低通滤波；和M个正交调制器，每个正交调制器对应两个低通滤波器，用于将所述两个低通滤波器输出的信号按照设定载频进行正交调制，得到一个待传输信号；所述第一非接触式连接器为L个，且L为小于或等于M的正整数，每个第一非接触式连接器与至少一个正交调制器对应连接，用于将所述至少一个正交调制器输出的待传输信号耦合至系统侧的L个第一非接触式连接器中对应的第一非接触式连接器。
在一个实施方式中，在每个正交调制器与对应连接的第一非接触式连接器之间设置有一个或多个射频陷波器。
在一个实施方式中，进一步包括：一个第二非接触式连接器，分别与所述复数个线圈单元、2M个信号预处理单元、2M个低通滤波器和M个正交调制器连接，用于耦合接收通过系统侧的一个第二非接触式连接器传输过来的电能和时钟信号，并将所述电能和时钟信号提供给所述线圈单元、信号预处理单元、低通滤波器和正交调制器。
在一个实施方式中，所述第一非接触式连接器和/或第二非接触式连接器为电感耦合连接器、电容耦合连接器或微波耦合连接器。
在一个实施方式中，所述电容耦合连接器通过两个不接触的铜片实现。
在一个实施方式中，所述铜片为一盒式结构，且所述盒式结构的一个端面上开有一个环形孔，所述环形孔内侧的结构为信号连接块，所述环形孔外侧的结构为接地块。
在一个实施方式中，所述N为16，所述M为1，所述设定带宽为80MHz，所述设定载频为1GHz，所述局部线圈侧的电容耦合连接器中的信号连接块与系统侧的电容耦合连接器的信号连接块之间的间隙为3mm。
在一个实施方式中，所述铜片为一平板式结构，且所述平板式结构由两个具有设定距离的条形板构成，两个所述条形板的一端相连并构成信号连接端，两个所述条形板的另一端也相连并构成接地端。
在一个实施方式中，所述N为16，所述M为1，所述设定带宽为80MHz，所述设定载频为1GHz，所述局部线圈侧的电容耦合连接器与系统侧的电容耦合连接器之间的间隙为5mm。
在一个实施方式中，每个信号预处理单元包括：复数个前置放大器，与所在信号预处理单元对应的线圈单元组中的线圈单元一一对应连接，每个前置放大器用于对所对应线圈单元接收的磁共振信号进行放大处理；和复数个带通滤波器，与所述复数个前置放大器一一对应连接，每个带通滤波器用于对所对应前置放大器输出的磁共振信号进行带通滤波。
在一个实施方式中，每个信号预处理单元进一步包括：一个信号复用器，其具有复数个输入端口，且与所述复数个带通滤波器的输出端一一对应连接，用于将所述复数个带通滤波器输出的信号复用为一个满足设定带宽的信号。
在一个实施方式中，每个信号预处理单元进一步包括：复数个频率转换器，每个频率转换器连接在一个带通滤波器之后，用于将所对应带通滤波器输出的磁共振信号转换为预先设定的低频的磁共振信号，并将所述低频的磁共振信号提供给所述信号复用器。
在一个实施方式中，所述信号复用器为频分复用器或时分复用器。
本发明实施例中提出的一种磁共振系统，包括上述任一实现形式的局部线圈。
从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中在局部线圈与系统之间采用非接触式连接器进行连接，并对局部线圈的内部结构进行改造，在局部线圈内部设置一用于对所述复数个线圈单元接收的磁共振信号进行包括信号复用及正交调制在内的处理的信号处理单元，以得到能够通过非接触式耦合传输的待传输信号，从而使得非接触式连接器便可以采用平整的绝缘外壳(如塑料外壳等)进行非针式接触的耦合式连接，不仅使连接方便，而且结构坚固、容易清洗。此外，非接触式连接器可单独用于布线路径的多个位置。例如，非接触式连接器可用于将线圈连接到患者检查床，也可用于将患者检查床连接到系统。这样，患者检查床就可以与系统对接，而无需精密射频连接器。这使得检测床可以更方便应对频繁的日常使用。
此外，本发明实施例中还提出了一种包括信号预处理单元、低通滤波器和正交调制器的信号处理单元，该信号处理单元方案简单，且易于实现。
另外，在其他实施方式中，局部线圈还可以进一步包括一个第二非接触式连接器，用于将来自系统的电能和时钟信号通过非接触式连接方式耦合提供给所述线圈单元、信号处理单元、低通滤波单元和正交调制器。
进一步地，本发明实施例中通过在正交调制器与第一非接触式连接器之间以及第二非接触式连接器与复用器之间根据实际需要设置一个或多个射频陷波器，从而可以降低或消除射频电缆在磁共振频率下可能对磁共振信号产生的干扰。
此外，本发明实施例中还给出了信号预处理单元的两种具体实现方案，这两种实现方案可以得到更优质的预处理信号。
另外，本发明实施例中还给出了电容耦合器的两种具体实现方案，这两种实现方案结构简单，易于实现。
进一步地，本发明实施例中还给出了一种易于实现且尺寸较小的射频陷波器。
此外，通过在信号预处理单元采用时分复用技术可以显著减小电缆个数，简化工作流程。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明一个实施例中的一种局部线圈的示例性结构示意图。
图2为本发明实施例中一个射频陷波器的示例性结构示意图。
图3A和图3B为本发明实施例中一个电容耦合连接器的示例性结构图。其中，图3A为单侧的电容耦合连接器，图3B为双侧的电容耦合连接器。
图4为本发明实施例中又一个电容耦合连接器的示例性结构图。
其中，附图标记如下：
Figure BDA0002080470340000041
Figure BDA0002080470340000051
具体实施方式
本发明实施例中，为了简化局部线圈与系统之间的连接，解决目前针式插头易折断以及难清洗的问题，考虑在局部线圈与系统之间采用非接触式连接器进行连接，例如电感耦合连接器、电容耦合连接器或微波耦合连接器等，这样一来，非接触式连接器便可以采用平整的绝缘外壳(如塑料外壳等)进行非针式接触的耦合式连接，不仅使连接方便，而且容易清洗。为了实现局部线圈与系统之间的这一非接触式连接，还需对局部线圈的内部结构进行改造，为此本发明发明人在经过创造性的劳动之后，考虑在局部线圈内部设置一信号处理单元，用于对所述复数个线圈单元接收的磁共振信号进行包括信号预处理及正交调制在内的处理，以得到能够通过非接触式耦合传输的待传输信号。
具体实现时，信号处理单元可有多种实现方式，例如，可包括对磁共振信号进行预处理的信号预处理单元，用于对预处理后的信号进行低通滤波的滤波器以及用于对低通滤波之后的信号进行正交调制的正交调制器，以使得经正交调制后的信号能够通过非接触式连接器进行耦合连接。例如，在一个实施方式中，局部线圈可包括N个线圈单元、2M个信号预处理单元、2M个低通滤波器、M个正交调制器和L个第一非接触式连接器。其中，N为大于或等于2的整数，M为大于或等于1、且小于或等于
Figure BDA0002080470340000052
的整数，L为小于或等于M的正整数。
此外，在其他实施方式中，局部线圈还可以进一步包括一个第二非接触式连接器，用于耦合接收通过系统侧的一个第二非接触式连接器传输过来的电能和时钟信号，并将所述电能和时钟信号提供给所述线圈单元、信号预处理单元、低通滤波器和正交调制器。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
图1为本发明一个实施例中的一种局部线圈的示例性结构示意图。如图1所示，该局部线圈包括：16个线圈单元10(本实施例中，以N为16的情况为例)、两个信号预处理单元20(本实施例中，以M为1的情况为例)、两个低通滤波器30(本实施例中，以M为1的情况为例)、一个正交调制器40(本实施例中，以M为1的情况为例)、一个第一非接触式连接器50a(本实施例中，以L为1的情况为例)和一个第二非接触式连接器60a。
其中，16个线圈单元10能够分别接收对被检测对象进行磁共振检测时产生的磁共振信号。本实施例中，16个线圈单元10被划分为两个线圈单元组。
本发明实施例中，线圈单元10的分组可根据信号预处理单元20的个数进行。例如，如果有两个信号预处理单元20，则将线圈单元10划分为两组，如果有四个信号预处理单元20，则将线圈单元10划分为四组。
两个信号预处理单元20与两个线圈单元组一一对应连接，每个信号预处理单元20用于对所对应线圈单元组中各线圈单元10接收的磁共振信号进行设定处理，并将处理后的磁共振信号复用为一个满足设定要求的预处理信号。
本发明实施例中，信号预处理单元20可有多种具体实现，本发明实施例中仅示出其中一种。如图1所示，每个信号预处理单元20可包括8个前置放大器21、8个带通滤波器22和一个信号复用器23。
其中，8个前置放大器21与所在信号预处理单元20对应的线圈单元组中的8个线圈单元10一一对应连接，每个前置放大器21用于对所对应线圈单元10接收的磁共振信号进行放大处理。
8个带通滤波器22与8个前置放大器21一一对应连接，每个带通滤波器22用于对所对应前置放大器21输出的磁共振信号进行带通滤波。
信号复用器23具有8个输入端口，分别与8个带通滤波器的输出端一一对应连接，用于将8个带通滤波器输出的信号复用为一个满足设定带宽的信号。本发明实施例中，信号复用器23可以为频分复用器，也可以为时分复用器。例如，在一个实施方式中，若信号复用器23为20MHz的时分复用器的话，则可将8个磁共振信号复用为一个80MHz带宽的信号。在有些实施方式中，信号复用器23也可以根据实际情况不用。例如，N＝2，M＝1，或者N＝4，M＝2等情况。
此外，在其他实施方式中，每个信号预处理单元20还可进一步包括：8个频率转换器(图1中未示出)，每个频率转换器连接在一个带通滤波器22之后，用于将所对应的带通滤波器22输出的磁共振信号转换为预先设定的低频的磁共振信号，并将所述低频磁共振信号输出给所述信号复用器23进行信号复用。
两个低通滤波器30与两个信号预处理单元20一一对应连接，每个低通滤波器30用于对所对应的信号预处理单元20输出的信号进行低通滤波。
正交调制器40具有两个输入端口，用于与两个低通滤波器30对应连接，用于将两个低通滤波器30输出的信号按照设定载频进行正交调制，得到一个待传输信号。例如，在一个实施方式中，设定载频可以为1GHz。
第一非接触式连接器50a与正交调制器40连接，用于将正交调制器40输出的待传输信号耦合至系统侧的第一非接触式连接器50b。
第二非接触式连接器60a分别通过一电能和时钟信号复用器70与16个线圈单元10、两个信号预处理单元20、两个低通滤波器30和正交调制器40连接，用于耦合接收通过系统侧的一个第二非接触式连接器60b传输过来的电能和时钟信号，并经所述复用器70分解出电能P和时钟信号C后，将所述电能和时钟信号提供给线圈单元10、信号预处理单元20、低通滤波单元30和正交调制器40。
具体实现时，考虑到正交调制器40与第一非接触式连接器50a之间以及第二非接触式连接器60a与复用器70之间的射频电缆在磁共振频率(通常为63.6MHz或123.2MHz)下可能对磁共振信号产生干扰，因此考虑在正交调制器40与第一非接触式连接器50a之间以及第二非接触式连接器60a与复用器70之间根据实际需要设置一个或多个射频陷波器。
图2中示出了本发明实施例中一个射频陷波器的示例性结构示意图。如图2所示，该射频陷波器包括相互对称的两部分，用于分别连接在射频电缆的内芯层和外套筒层，每部分包括相互串联的两个电感L1、L2和与其中一个电感L2并联的电容C1。
其中，第一非接触式连接器50a、50b和/或第二非接触式连接器60a、60b可以为电感耦合连接器、电容耦合连接器或微波耦合连接器。具体类型可根据实际需要确定。本发明实施例中以电容耦合连接器为例进行简单描述。
本实施例中，电容耦合连接器可通过两个不接触的铜片或其他导体实现。
例如，图3A和图3B为本发明实施例中一个电容耦合连接器的示例性结构图。其中，图3A为单侧的电容耦合连接器，图3B为双侧的电容耦合连接器。
结合图3A和图3B可以看出，本实施例中的铜片可以为一盒式结构(本文中，局部线圈侧和系统侧的电容耦合器结构一致，因此双侧采用了相同的标号)，且所述盒式结构的一个端面上开有一个环形孔51，所述环形孔51内侧的结构为信号连接块52，所述环形孔外侧的结构为接地块53。具体实现时，可在接地块53上设置一个绝缘支撑块，将所述信号连接块52固定在所述绝缘支撑块上。
在一个实施方式中，图3A和图3B所示局部线圈侧的电容耦合连接器中的信号连接块62与系统侧的电容耦合连接器的信号连接块之间的间隙可以为3mm。
又如，图4为本发明实施例中又一个电容耦合连接器的示例性结构图。图4中示出了双侧的电容耦合连接器。如图4所示，该实施例中的铜片可以为一平板式结构(本文中，标号仅在单次标出，另一侧的结构与之对应)，且所述平板式结构由两个具有设定距离的条形板54、55构成，两个条形板54、55的一端相连并构成信号连接端56，两个条形板54、55的另一端也相连并构成接地端57。
在一个实施方式中，图4所示局部线圈侧的电容耦合连接器与系统侧的电容耦合连接器之间的间隙为5mm。
本发明实施例中的磁共振系统可包括上述任一实施方式中的局部线圈。
从上述方案中可以看出，由于本发明实施例中在局部线圈与系统之间采用非接触式连接器进行连接，并对局部线圈的内部结构进行改造，在局部线圈内部设置一用于对所述复数个线圈单元接收的磁共振信号进行包括信号复用及正交调制在内的处理的信号处理单元，以得到能够通过非接触式耦合传输的待传输信号，从而使得非接触式连接器便可以采用平整的绝缘外壳(如塑料外壳等)进行非针式接触的耦合式连接，不仅使连接方便，而且结构坚固、容易清洗。此外，非接触式连接器可单独用于布线路径的多个位置。例如，非接触式连接器可用于将线圈连接到患者检查床，也可用于将患者检查床连接到系统。这样，患者检查床就可以与系统对接，而无需精密射频连接器。这使得检测床可以更方便应对频繁的日常使用。
此外，本发明实施例中还提出了一种包括信号预处理单元、低通滤波器和正交调制器的信号处理单元，该信号处理单元方案简单，且易于实现。
另外，在其他实施方式中，局部线圈还可以进一步包括一个第二非接触式连接器，用于将来自系统的电能和时钟信号通过非接触式连接方式耦合提供给所述线圈单元、信号处理单元、低通滤波单元和正交调制器。
进一步地，本发明实施例中通过在正交调制器与第一非接触式连接器之间以及第二非接触式连接器与复用器之间根据实际需要设置一个或多个射频陷波器，从而可以降低或消除射频电缆在磁共振频率下可能对磁共振信号产生的干扰。
此外，本发明实施例中还给出了信号预处理单元的两种具体实现方案，这两种实现方案可以得到更优质的复用信号。
另外，本发明实施例中还给出了电容耦合器的两种具体实现方案，这两种实现方案结构简单，易于实现。
进一步地，本发明实施例中还给出了一种易于实现且尺寸较小的射频陷波器。
此外，通过在信号预处理单元采用时分复用技术可以显著减小电缆厚度，简化工作流程。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种局部线圈，其特征在于，包括：
复数个线圈单元（10），其能够分别接收对被检测对象进行磁共振检测时产生的磁共振信号；
信号处理单元，其用于对所述复数个线圈单元（10）接收的磁共振信号进行包括信号预处理及正交调制在内的处理，得到待传输信号；和
第一非接触式连接器（50a），用于将所述待传输信号耦合至系统侧的第一非接触式连接器（50b），
所述复数个线圈单元（10）被划分为2M个线圈单元组；其中，M为大于或等于1、且小于或 等于
Figure QLYQS_1
的整数，N为线圈单元的数量，且为大于或等于2的整数；
所述信号处理单元包括：
2M个信号预处理单元（20），与所述2M个线圈单元组一一对应连接，每个信号预处理单元（20）用于对所对应线圈单元组中各线圈单元（10）接收的磁共振信号进行设定预处理，得到一个满足要求的预处理信号；
2M个低通滤波器（30），与所述2M个信号预处理单元（20）一一对应连接，每个低通滤波器（30）用于对所对应的信号预处理单元（20）输出的预处理信号进行低通滤波；和
M个正交调制器（40），每个正交调制器（40）对应两个低通滤波器（30），用于将所述两个低通滤波器（30）输出的信号按照设定载频进行正交调制，得到一个待传输信号；
所述第一非接触式连接器（50a）为L个，且L为小于或等于M的正整数，每个第一非接触式连接器（50a）与至少一个正交调制器（40）对应连接，用于将所述至少一个正交调制器（40）输出的待传输信号耦合至系统侧的L个第一非接触式连接器（50b）中对应的第一非接触式连接器（50b）。
2.根据权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，在每个正交调制器（40）与对应连接的第一非接触式连接器（50a）之间设置有一个或多个射频陷波器。
3.根据权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，进一步包括：
一个第二非接触式连接器（60a），分别与所述复数个线圈单元（10）、2M个信号预处理单元（20）、2M个低通滤波器（30）和M个正交调制器（40）连接，用于耦合接收通过系统侧的一个第二非接触式连接器（60b）传输过来的电能和时钟信号，并将所述电能和时钟信号提供给所述线圈单元（10）、信号预处理单元（20）、低通滤波器（30）和正交调制器（40）。
4.根据权利要求1所述的局部线圈，其特征在于，所述第一非接触式连接器（50a、50b）和/或第二非接触式连接器（60a、60b）为电感耦合连接器、电容耦合连接器或微波耦合连接器。
5.根据权利要求4所述的局部线圈，其特征在于，所述电容耦合连接器通过两个不接触的铜片实现。
6.根据权利要求5所述的局部线圈，其特征在于，所述铜片为一盒式结构，且所述盒式结构的一个端面上开有一个环形孔（51），所述环形孔（51）内侧的结构为信号连接块（52），所述环形孔（51）外侧的结构为接地块（53）。
7.根据权利要求6所述的局部线圈，其特征在于，所述N为16，所述M为1，所述设定带宽为80MHz，所述设定载频为1GHz，所述局部线圈侧的电容耦合连接器中的信号连接块与系统侧的电容耦合连接器的信号连接块之间的间隙为3mm。
8.根据权利要求5所述的局部线圈，其特征在于，所述铜片为一平板式结构，且所述平板式结构由两个具有设定距离的条形板（54、55）构成，两个所述条形板（54、55）的一端相连并构成信号连接端（56），两个所述条形板（54、55）的另一端也相连并构成接地端（57）。
9.根据权利要求8所述的局部线圈，其特征在于，所述N为16，所述M为1，所述设定带宽为80MHz，所述设定载频为1GHz，所述局部线圈侧的电容耦合连接器与系统侧的电容耦合连接器之间的间隙为5mm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的局部线圈，其特征在于，每个信号预处理单元（20）包括：
复数个前置放大器（21），与所在信号预处理单元（20）对应的线圈单元组中的线圈单元（10）一一对应连接，每个前置放大器（21）用于对所对应线圈单元（10）接收的磁共振信号进行放大处理；和
复数个带通滤波器（22），与所述复数个前置放大器（21）一一对应连接，每个带通滤波器（22）用于对所对应前置放大器（21）输出的磁共振信号进行带通滤波。
11.根据权利要求10所述的局部线圈，其特征在于，每个信号预处理单元（20）进一步包括：
一个信号复用器（23），其具有复数个输入端口，且与所述复数个带通滤波器（22）的输出端一一对应连接，用于将所述复数个带通滤波器（22）输出的信号复用为一个满足设定带宽的信号。
12.根据权利要求11所述的局部线圈，其特征在于，每个信号预处理单元（20）进一步包括：
复数个频率转换器，每个频率转换器连接在一个带通滤波器（22）之后，用于将所对应带通滤波器（22）输出的磁共振信号转换为预先设定的低频的磁共振信号，并将所述低频的磁共振信号提供给所述信号复用器（23）。
13.根据权利要求11或12所述的局部线圈，其特征在于，所述信号复用器（23）为频分复用器或时分复用器。
14.一种磁共振系统，其特征在于，包括如权利要求1至13中任一项所述的局部线圈。
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