CN112327231A

CN112327231A - 一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈

Info

Publication number: CN112327231A
Application number: CN202110005384.6A
Authority: CN
Inventors: 周欣; 石磊; 孙献平
Original assignee: Wuhan Zhongke Polarized Medical Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Zhongke Polarized Medical Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-04
Filing date: 2021-01-04
Publication date: 2021-02-05

Abstract

本发明提供了一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，包括线圈插头，还包括上置线圈部和下置线圈部，上置线圈部包括上置线圈包裹层以及设置在上置线圈包裹层内的多个上置柔性线圈单元，多个上置柔性线圈单元依次排列分布；下置线圈部包括下置线圈包裹层以及设置在下置线圈包裹层内的多个下置柔性线圈单元，多个下置柔性线圈单元依次排列分布。本发明在具有较高灵敏度的同时，对不同体型患者的通用性强，并且安装、使用方便。

Description

一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈

技术领域

本发明涉及多核磁共振成像领域，属于超极化惰性气体肺部磁共振成像技术，具体涉及一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，适用于人体肺部疾病检查和早期诊断。

背景技术

磁共振成像（MRI，MagneticResonanceImaging）在医学诊断和研究中已经得到了非常广泛的应用。目前在临床上使用的主要是质子磁共振仪，其基于人体中氢原子（质子）进行工作。质子磁共振成像能够对人体大部分的组织和器官进行结构和功能成像。然而，质子磁共振系统在对肺部疾病的检测与诊断上却显得乏力。由于肺部的氢原子核密度相较于其他组织低约1000倍，对于传统磁共振成像来说，肺部的氢原子核磁共振信号十分微弱，因此肺部一直是传统磁共振成像的“盲区”。采用超极化惰性气体（如超极化¹²⁹Xe）技术，能极大提高惰性气体的磁共振信号强度。能让肺部吸入超极化惰性气体，以惰性气体核作为成像核，使肺部MRI成为了可能。

目前商用的人体磁共振仪多工作在质子的核磁共振频率上。由于惰性气体的共振频率与质子不同，质子磁共振仪不能直接用于异核MRI成像，需要配置其它特定频率工作的硬件模块。当磁共振仪具备除了质子以外的其它原子核的扫描功能时，可称之为多核磁共振系统。

多核磁共振系统的硬件组成包括多种原子核对应的频率通道，并配有在不同频率工作的射频线圈。射频线圈包括发射和接收两种功能类型。在人体磁共振成像仪中，为达到较好的激发场均匀度并简化结构，质子发射线圈采取大体积线圈的形式，集成于扫描腔壁中。同时针对不同扫描部位，采用专用的质子局部接收线圈以提高灵敏度。目前商用人体成像仪还未见有扫描腔壁集成式的异核发射线圈，异核射频线圈的常见形式为发射/接收共用的局部线圈，以及分离的局部发射线圈和接收线圈组合。

肺部超极化气体成像线圈是人体肺部磁共振技术的一个环节，配置于多核磁共振系统。由于成像部位、工作频率和成像时间的特殊性，针对超极化气体肺部MRI的射频线圈需要具备成像区域均匀激发、快速成像、高灵敏度、使用方便等特性。现有的肺部超极化气体成像线圈有鸟笼、马鞍、相阵列等多种形式。为了在保证发射场均匀度同时提高接收灵敏度，可以采用围绕躯干的较大的鸟笼线圈作为发射线圈，采用靠近胸肺部位置的多通道阵列线圈作为接收线圈。这种线圈的成像性能较好，但结构较复杂、成本高，并且整体为刚性，重量较大，如果用于经常切换工作状态的多核成像仪，拆装使用不方便。除了体积较大的刚性线圈外，还有较轻便的半柔性或柔性线圈。包括马鞍结构的收发一体线圈，成对正交放置于人体胸背部周围。这种线圈较轻便，但由于在接收时也存在灵敏度较低的问题。还有采用更贴合人体的柔性马甲背心外形线圈，线圈由包围胸背部的多个环路组成，填充因子较高。这种线圈为了提高灵敏度，采用了紧贴的包裹式设计，缺点是需要针对不同体型的患者选择不同大小规格的线圈型号。

综合看来，现有的线圈存在下面的问题：由专用的发射线圈和多通道相阵列接收线圈组合而成的肺成像线圈，成像质量较好，但体积大成本高。填充因子较高的发射接收共用线圈，可以在体积小重量轻的同时，可以有较好的灵敏度，但用一套装置无法适应不同体型患者应用。目前缺乏一种在体型通用性、灵敏度、体积重量三方面都较好的肺成像线圈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，在能适应不同体型的患者、通用性强的同时，又具备高灵敏度和体积轻巧、使用方便的特点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，包括线圈插头，还包括上置线圈部、下置线圈部和转换模块，

上置线圈部包括上置线圈包裹层以及设置在上置线圈包裹层内的多个上置柔性线圈单元，多个上置柔性线圈单元依次排列分布；

下置线圈部包括下置线圈包裹层以及设置在下置线圈包裹层内的多个下置柔性线圈单元，多个下置柔性线圈单元依次排列分布，

转换模块包括功分器、与各个上置柔性线圈单元对应的线圈收发单元、以及与各个下置柔性线圈单元对应的线圈收发单元，

功分器的输入端与发射端口连接，发射端口与线圈插头连接，每个线圈收发单元包括移相器、衰减器、收发切换开关和前置放大器，移相器的输入端与功分器对应的功分输出端连接，移相器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与收发切换开关的第一动节点连接，收发切换开关的第二动节点与前置放大器的输入端连接，收发切换开关的静节点与对应的上置柔性线圈单元或者下置柔性线圈单元连接，前置放大器的输出端与接收端口连接，接收端口与线圈插头连接。

相邻上置柔性线圈单元之间叠放设置；相邻下置柔性线圈单元之间叠放设置。

每个上置柔性线圈单元的长度覆盖肺部区域的纵向长度，各个上置柔性线圈单元排列的整体宽度覆盖肺部区域的横向宽度，

每个下置柔性线圈单元的长度覆盖肺部区域的纵向长度，各个下置柔性线圈单元排列的整体宽度覆盖肺部区域的横向宽度。

如上所述的上置线圈包裹层和下置线圈包裹层为EVA泡沫。

依次排列分布的上置柔性线圈单元的两端与依次排列分布的下置柔性线圈单元的两端的距离大于7cm。

上置柔性线圈单元包括依次排列分布的第一线圈单元、第二线圈单元、第三线圈单元和第四线圈单元；

所述的下置柔性线圈单元包括依次排列分布的第五线圈单元、第六线圈单元、第七线圈单元和第八线圈单元；

第一线圈单元、第二线圈单元、第三线圈单元、第四线圈单元、第五线圈单元、第六线圈单元、第七线圈单元和第八线圈单元对应的移相器分别控制第一线圈单元、第二线圈单元、第三线圈单元、第四线圈单元、第五线圈单元、第六线圈单元、第七线圈单元和第八线圈单元的发射脉冲产生0度、35度、97度、132度、150度、185度、215度、277度、307度的相位偏移，

第一线圈单元、第二线圈单元、第三线圈单元、第四线圈单元、第五线圈单元、第六线圈单元、第七线圈单元和第八线圈单元对应的衰减器分别控制第一线圈单元、第二线圈单元、第三线圈单元、第四线圈单元、第五线圈单元、第六线圈单元、第七线圈单元和第八线圈单元的发射脉冲产生0%、10%、10%、0%、0%、10%、10%、0%的幅度衰减。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、上置线圈部和下置线圈部与人体贴合度高。上置线圈部、下置线圈部与人体间缝隙小，填充因子高，有利于提高线圈灵敏度。

2、体型通用性好。上置线圈部和下置线圈部为分离的上下两部分包围人体，间距可根据人体厚度调节，同一套装置可以用于不同体型的患者。

3、使用方便。在扫描时，只需在下置线圈部上躺下后，把上置线圈部放置于胸部即可。避免了繁琐的安装穿戴操作。

4、佩戴轻软舒适。上置线圈部和下置线圈部采用重量较轻的柔性材料和结构，贴合人体而无硬感及压迫感。

附图说明

图1是本发明的整体外形示意图。

图中，1-上置线圈部；2-下置线圈部；3-下置线圈电缆；4-上置线圈电缆；5-转换模块；6-线圈插头。

图2是上置线圈部和下置线圈部的结构示意图。

图中，7-第一线圈单元；8-第二线圈单元；9-第三线圈单元；10-第四线圈单元；11-第五线圈单元；12-第六线圈单元；13-第七线圈单元；14-第八线圈单元。

图3是转换模块的内部结构。

图中，15-功分器；16-第一移相器；17-第二移相器；23-第八移相器；24-第一衰减器；25-第二衰减器；31-第八衰减器；32-第一收发切换开关；33-第二收发切换开关；39-第八收发切换开关；40-第一前置放大器；41-第二前置放大器；47-第八前置放大器；7-第一线圈单元；8-第二线圈单元；14-第八线圈单元；48-发射端口；49-接收端口。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合附图1~2和3T磁共振成像仪下的超极化¹²⁹Xe的磁共振成像为实例，对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提出一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，包括放置于患者胸前上置线圈部1、放置于患者背后的下置线圈部2、以及转换模块5。

上置线圈部1和下置线圈部2均为发射/接收一体线圈。为了便于不同体型的患者使用，以及方便扫描时佩戴，上置线圈部和下置线圈部采取之间无直接导线连接的结构形式。

上置线圈部1包括上置线圈包裹层以及设置在上置线圈包裹层内的多个上置柔性线圈单元。多个上置柔性线圈单元依次排列分布，且相邻上置柔性线圈单元之间叠放设置。

本实施例中，上置柔性线圈单元包括：

用于贴近人体前胸左侧的第一线圈单元7；用于贴近人体前胸左中部的第二线圈单元8；用于贴近人体前胸右中部的第三线圈单元9；用于贴近人体前胸右侧的第四线圈单元10；第一线圈单元7、第二线圈单元8、第三线圈单元9和第四线圈单元10依次设置，第一线圈单元7和第二线圈单元8相邻叠放，第二线圈单元8和第三线圈单元9相邻叠放，第三线圈单元9和第四线圈单元10相邻叠放。

上置线圈部1内的每个上置柔性线圈单元（7、8、9、10）的长度，能覆盖肺部区域的纵向长度。各个上置柔性线圈单元（7、8、9、10）排列的整体宽度，能覆盖肺部区域的横向宽度。优选的，上置线圈部1和下置线圈部2设定为宽40cm、长50cm的矩形状。

上置线圈部1的上置线圈包裹层为柔性材料，例如EVA泡沫。上置线圈部1的整体厚度为1~2cm。

下置线圈部2包括下置线圈包裹层以及设置在下置线圈包裹层内的多个下置柔性线圈导体。多个下置柔性线圈单元依次排列分布，且相邻上置柔性线圈单元之间叠放设置。

本实施例中，下置柔性线圈单元包括：

用于贴近人体后背左侧的第五线圈单元11；用于贴近人体后背左中部的第六线圈单元12；用于贴近人体后背右中部的第七线圈单元13；用于贴近人体后背右侧的第八线圈单元14；第五线圈单元11、第六线圈单元12、第七线圈单元13和第八线圈单元14依次设置，第五线圈单元11和第六线圈单元12相邻叠放，第六线圈单元12和第七线圈单元13相邻叠放，第七线圈单元13和第八线圈单元14相邻叠放。

下置线圈部2内的每个下置柔性线圈单元的长度，能覆盖肺部区域的纵向长度。各个下置柔性线圈单元排列的整体宽度，能覆盖肺部区域的横向宽度。优选的，每个下置柔性线圈单元和每个上置柔性线圈单元的宽为9cm，长为45cm。

所述下置线圈部2的下置线圈包裹层为柔性材料，例如EVA泡沫。下置线圈部的整体厚度为1~2cm。

为了满足解耦条件，在扫描状态下，放置于患者前胸和后背的上置线圈部1和下置线圈部2，依次排列分布的上置柔性线圈单元的两端与依次排列分布的下置柔性线圈单元的两端的距离大于7cm。即第一线圈单元7的外侧边与第五线圈单元11的外侧边之间的距离大于7cm，第四线圈单元10的外侧边与第八线圈单元14的外侧边之间的距离大于7cm。

转换模块5，包括功分器、与各个上置柔性线圈单元对应的线圈收发单元、以及与各个下置柔性线圈单元对应的线圈收发单元，功分器15的输入端与发射端口48连接，发射端口48与线圈插头6连接，每个线圈收发单元包括移相器、衰减器、收发切换开关和前置放大器，移相器的输入端与功分器对应的功分输出端连接，移相器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与收发切换开关的第一动节点连接，收发切换开关的第二动节点与前置放大器的输入端连接，收发切换开关的静节点与对应的上置柔性线圈单元或者下置柔性线圈单元连接，前置放大器的输出端与接收端口49连接，接收端口49与线圈插头6连接。

如图3。在发射状态，从线圈插头6输入的射频激励信号经过功分器后等分为八路，再由移相器、衰减器调整后对对应的上置柔性线圈单元或下置柔性线圈单元进行激励。由于依次排列的上置柔性线圈单元和依次排列的下置柔性线圈单元包围的空间不是规则圆柱性，并且上置柔性线圈单元和下置柔性线圈单元的空间位置分布并不均匀对称。为了实现较好均匀度的B1场，各个上置柔性线圈单元和各个下置柔性线圈单元输入激励信号的相位和幅度经由移相器和衰减器调整，优选地，第一线圈单元~第八线圈单元对应的移相器控制第一线圈单元~第八线圈单元的发射脉冲产生0度、35度、97度、132度、150度、185度、215度、277度、307度的相位偏移，第一线圈单元~第八线圈单元对应的衰减器控制第一线圈单元~第八线圈单元的发射脉冲产生0%、10%、10%、0%、0%、10%、10%、0%的幅度衰减。

上置柔性线圈单元与转换模块5之间通过上置连接电缆4连接，上置柔性线圈单元与对应的收发切换开关的静节点通过上置连接电缆4连接，

下置柔性线圈单元与转换模块5之间通过下置连接电缆3连接，下置柔性线圈单元与对应的收发切换开关的静节点通过下置连接电缆3连接，

线圈插头6与扫描床上的线圈接口相连接。

在超极化气体肺部磁共振成像时，患者需要吸入成像气体。通常的供气方式是从患者头部所在的方向送入，为了避免阻挡，上置连接电缆4、下置连接电缆3、转换模块5、线圈插头6放置于患者胸部以下。为便于接口模块和线缆的摆放，上置连接电缆4的引出部位，位于上置线圈部1的腰向左侧（或右侧）。下置连接电缆3的引出部位，位于下置线圈部2的腰向，并与上置连接电缆4同侧左侧。

在扫描状态时，下置线圈部2放置在患者背侧与肺部区域位置对齐，上置线圈部1放置于患者胸侧与肺部区域位置对齐。转换模块5放置于患者臀部或腿部附近。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，包括线圈插头（6），其特征在于，还包括上置线圈部（1）、下置线圈部（2）和转换模块（5），

上置线圈部（1）包括上置线圈包裹层以及设置在上置线圈包裹层内的多个上置柔性线圈单元，多个上置柔性线圈单元依次排列分布；

下置线圈部（2）包括下置线圈包裹层以及设置在下置线圈包裹层内的多个下置柔性线圈单元，多个下置柔性线圈单元依次排列分布，

转换模块（5）包括功分器、与各个上置柔性线圈单元对应的线圈收发单元、以及与各个下置柔性线圈单元对应的线圈收发单元，

功分器（15）的输入端与发射端口（48）连接，发射端口（48）与线圈插头（6）连接，每个线圈收发单元包括移相器、衰减器、收发切换开关和前置放大器，移相器的输入端与功分器对应的功分输出端连接，移相器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与收发切换开关的第一动节点连接，收发切换开关的第二动节点与前置放大器的输入端连接，收发切换开关的静节点与对应的上置柔性线圈单元或者下置柔性线圈单元连接，前置放大器的输出端与接收端口（49）连接，接收端口（49）与线圈插头（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，其特征在于，相邻上置柔性线圈单元之间叠放设置；相邻下置柔性线圈单元之间叠放设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，其特征在于，每个上置柔性线圈单元的长度覆盖肺部区域的纵向长度，各个上置柔性线圈单元排列的整体宽度覆盖肺部区域的横向宽度，

4.根据权利要求1所述的一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，其特征在于，所述的上置线圈包裹层和下置线圈包裹层为EVA泡沫。

5.根据权利要求1所述的一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，其特征在于，依次排列分布的上置柔性线圈单元的两端与依次排列分布的下置柔性线圈单元的两端的距离大于7cm。

6.根据权利要求1所述的一种用于多核磁共振系统的超极化气体人体肺部成像线圈，其特征在于，所述的上置柔性线圈单元包括依次排列分布的第一线圈单元（7）、第二线圈单元（8）、第三线圈单元（9）和第四线圈单元（10）；

所述的下置柔性线圈单元包括依次排列分布的第五线圈单元（11）、第六线圈单元（12）、第七线圈单元（13）和第八线圈单元（14）；

第一线圈单元（7）、第二线圈单元（8）、第三线圈单元（9）、第四线圈单元（10）、第五线圈单元（11）、第六线圈单元（12）、第七线圈单元（13）和第八线圈单元（14）对应的移相器分别控制第一线圈单元（7）、第二线圈单元（8）、第三线圈单元（9）、第四线圈单元（10）、第五线圈单元（11）、第六线圈单元（12）、第七线圈单元（13）和第八线圈单元（14）的发射脉冲产生0度、35度、97度、132度、150度、185度、215度、277度、307度的相位偏移，

第一线圈单元（7）、第二线圈单元（8）、第三线圈单元（9）、第四线圈单元（10）、第五线圈单元（11）、第六线圈单元（12）、第七线圈单元（13）和第八线圈单元（14）对应的衰减器分别控制第一线圈单元（7）、第二线圈单元（8）、第三线圈单元（9）、第四线圈单元（10）、第五线圈单元（11）、第六线圈单元（12）、第七线圈单元（13）和第八线圈单元（14）的发射脉冲产生0%、10%、10%、0%、0%、10%、10%、0%的幅度衰减。