CN112816923B - 一种超高场发射匀场线圈结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超高场发射匀场线圈结构，包括多个偶极子天线单元，多个偶极子天线单元环绕分布在负载的外侧，且不同的偶极子天线单元与所述负载的中心的间距不全部相等，所述偶极子天线单元包括介质层和偶极子天线，所述偶极子天线设置于所述介质层的一侧，所述介质层远离所述偶极子天线的一侧靠近所述负载分布；其将不同的偶极子天线单元设置为与所述负载的中心的间距不全部相等，进而形成不规则的线圈结构，使线圈在使用过程中部分的偶极子天线单元能够更贴近负载，提高发射效率，另外由于在偶极子和负载之间设置介质层，可以提高天线发射场的匀场调节能力，该线圈结构较现有鸟笼结构具有在超高场下更优的射频场匀场调节能力和发射效果。

Description

一种超高场发射匀场线圈结构

技术领域

本发明涉及核磁共振医学成像技术领域，尤其涉及一种超高场发射匀场线圈结构。

背景技术

磁共振成像(MRI)是最先进的成像技术，它允许以前所未有的组织对比度对诸如人体之类的物体进行横截面观察。MRI基于核磁共振原理，这是一种科学家用于获得关于分子的微观化学物理信息的谱技术。核磁共振和MRI两者的基础是具有非零自旋的原子核具有磁矩的事实。在医学成像中，例如研究氢原子，因为它们以高浓度存在于体内(例如，水)。如果施加强直流磁场，则基本粒子的核自旋能够以共振频率共振。磁共振(MR)频率由磁通量水平来确定。在MRI扫描器中，磁场仅在空间中的位置处与选定的共振频率匹配。仅在该位置处能够检测到这些粒子的存在。通过改变该位置，能够测量图像。

所需的强直流磁场(B场)通常由超导磁体生成。为了改变该磁场而使得其仅在一个位置处匹配给定的射频，使用梯度线圈来生成磁场梯度。磁场梯度能够随时间变化以实现扫描。

为了激发核共振，RF线圈(射频线圈)在核共振处生成高频磁场。该磁场必须指向相对于MRI扫描器的轴的径向方向。为了在所有方向上都实现径向磁场，使用旋转磁场，该旋转磁场在一个周期期间的一个时间点处指向任何径向方向。这通过使用例如所谓的‘鸟笼’布置来实现。与鸟笼相对的板中的电流在相反方向上流动，从而生成径向场。相邻板中的电流具有相移而使得磁场旋转。

核磁共振中所使用的射频线圈通常是高共振天线，其被设计用于在人体内部生成良好定义的磁场。其副作用是电场会引起损耗，这种损耗强烈地改变线圈的输入阻抗。这主要影响阻抗的实部，相对变化与共振质量因子变化(也被称为负载因子)有关。

在现有技术中，超高场核磁共振医学成像领域，所采用的传统是鸟笼结构一般为圆柱形结构，但是由于形状的规则性，其射频匀场调节能力弱，随着超高场磁场的提升，射频的波长变短，射频场在组织的介质效应从而导致的伪影会更加严重，因而传统的鸟笼结构具有明显的使用限制。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种超高场发射匀场线圈结构，用以解决现有技术中传统发射规则发射鸟笼结构射频匀场调节能力弱，不能满足超高场磁场使用要求的技术问题。

本发明提供了一种超高场发射匀场线圈结构，其包括多个偶极子天线单元，多个偶极子天线单元环绕分布在负载的外侧，且不同的偶极子天线单元与所述负载的中心的间距不全部相等，所述偶极子天线单元包括介质层和偶极子天线，所述偶极子天线设置于所述介质层的一侧，所述介质层远离所述偶极子天线的一侧靠近所述负载分布。

优选的，所述偶极子天线单元按照所述负载的外侧面形状随形排布。

优选的，至少一个所述偶极子天线单元的介质层具有多层介质，所述具有多层介质的偶极子天线单元设置于超高场点磁场不均匀分布的位置。

优选的，所述具有多层介质的偶极子天线单元的至少一层介质为高介电材料，所述高介电材料位于对应的所述偶极子天线单元靠近负载的一侧。

优选的，每一所述偶极子天线单元对应一发射通道，不同的所述发射通道的幅值和相位可独立调节。

优选的，还包括屏蔽件，所述屏蔽件安装于所述偶极子天线单元围成的环形外侧，用于减弱不同的所述发射通道之间的磁场，以降低耦合。

优选的，所述屏蔽件为中空环形结构，所述偶极子天线单元围成的环形位于所述屏蔽件的环形内侧。

优选的，不同的所述偶极子天线单元与所述屏蔽件的内侧壁的间距相等。

优选的，所述屏蔽件包括多个屏蔽帽，其中，所述屏蔽帽的数目不多于所述偶极子天线单元的数目，所述屏蔽帽一一对应的罩设于所述偶极子天线单元的外侧，不同的所述偶极子天线单元与对应的所述屏蔽帽的内侧壁的间距相等。

优选的，所述偶极子天线单元为条状，所述偶极子为规则的条状结构或者为至少部分呈弯曲状的不规则蛇形结构，所述偶极子天线单元的馈电端口设置于所述偶极子的中部位置。

本发明提供的超高场发射匀场线圈结构，其将不同的偶极子天线单元设置为与所述负载的中心的间距不全部相等，进而形成不规则的线圈结构，使线圈在使用过程中部分的偶极子天线单元能够更贴近负载，提高发射效率，另外由于在偶极子和负载之间设置介质层，可以提高天线发射场的匀场调节能力，该线圈结构整体较现有传统鸟笼结构具有在超高场下更优的射频场匀场调节能力和发射效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一些实施例提供的一种超高场发射匀场线圈结构的结构示意图；

图2为本发明一些实施例中提供的一种超高场发射匀场线圈结构的结构示意图；

图3为本发明一些实施例中偶极子天线单元的结构示意图；

图4为本发明一些实施例中偶极子天线单元的结构示意图；

图5为本发明一些实施例中偶极子天线单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

如图1或图2所示，本实施例提供了一种超高场发射匀场线圈结构，包括多个偶极子天线单元10，多个偶极子天线单元10环绕分布在负载T的外侧，且不同的偶极子天线单元10与负载T的中心的间距不全部相等，结合图3至图5所示，偶极子天线单元10包括介质层11和偶极子天线12，偶极子天线12设置于介质层11的一侧，介质层11远离偶极子天线12的一侧靠近负载T分布。

在本申请的一些实施例中，负载为人体头部或者躯干部分，在本申请的另一些实施例中，负载为实验动物，如狗、猫或者猴；以下以人体头部为例加以说明。

可以理解的是，本申请实施例所记载多个偶极子天线单元10环绕分布在负载T的外侧，该环仅仅表示多个偶极子天线单元10分布在负载T的周围，且若用一条线逐个连接偶极子天线单元10时构成一个内部具有负载T的闭合曲线，该闭合曲线的形状理论上可以为任何平面图形，在本申请优选的实施例中，偶极子天线单元10按照负载T的外侧面形状随形排布，即偶极子天线单元10的分布形状与人体头部的形状相适应，因而在使用时，偶极子天线单元10可以更贴近目标负载，进一步提高发射效率。

需要说明的是，本申请实施例在使用时，偶极子天线单元的数目根据实际使用数目为准，附图中的数目仅仅由于表示本申请其中一种可用的实时状态，例如偶极子天线单元的数目可以为6个、8个、10个甚至更多，一般而言，偶极子天线单元的数目越多，其使用时核磁共振医学成像的图像越准确，但是考虑到成本或安装技术限制，本领域技术人员根据实际情况进行增减。

在本申请的实施例中，至少一个偶极子天线单元10的介质层11具有多层介质，具有多层介质的偶极子天线单元10设置于超高场点磁场不均匀分布的位置。

在本申请的一些实施例中，具有多层介质的偶极子天线单元10的数目为一个，在本申请的另一些实施例中，具有多层介质的偶极子天线单元10的数目多于一个，在本申请的另一些其他实施例中，所有的偶极子天线单元10均具有多层介质，介质层多层介质的设置，可以提高偶极子天线单元10射频磁场的匀场调节能力，具有多层介质的偶极子天线单元10设置于超高场点磁场不均匀分布的位置，可以进一步提升超高场的均匀分布。

具有多层介质的偶极子天线单元10的至少一层介质为高介电材料111，高介电材料111位于对应的偶极子天线单元10靠近负载T的一侧，高介电材料111的设置，可以额外调节天线发射场的均匀性。

每一偶极子天线单元10对应一发射通道，不同的发射通道的幅值和相位可独立调节。

现有技术中，常规的鸟笼发射结构是使用匹配电路在线圈端口处被直接馈送的，通常为正交的2或4通道的规则的鸟笼发射结构，该结构受限端口需要正交，因此发射通道数目较低，对发射场的动态匀场调节能力较差，本申请将每一个偶极子天线单元10作为一个发射通道使用，且每一个偶极子天线单元10单独设置馈电端口，实现多通道独立调节，达到多通道并行发射效果，提到发射效率，并同时增加天线发射场的匀场调节能力。

由于采用多通道结构，不同的发射通道之间的磁场耦合增加，因此，在本申请优选的实施例中，如图1所示，该线圈结构还包括屏蔽件20，屏蔽件20安装于偶极子天线单元10围成的环形外侧，用于减弱不同的发射通道之间的磁场，以降低耦合。

为了实现屏蔽，在一些实施例中，如图2所示，屏蔽件20为中空环形结构，偶极子天线单元10围成的环形位于屏蔽件20的环形内侧；可以理解的是，对于现有技术中传统鸟笼结构，其屏蔽结构一般为圆环形，其自然也能用在本申请的线圈结构中。

在本申请另一些实施例中，如图2所示，为了增加屏蔽效果，不同的偶极子天线单元10与屏蔽件20的内侧壁的间距相等，即屏蔽件20的内侧壁具有按照与偶极子天线单元10排布形状一致的随形排布结构，其可以更有效的减少辐射损耗及降低通道间的耦合。

为了节省屏蔽材料，在本申请的另一些其他实施例中，如图1所示，屏蔽件20包括多个屏蔽帽21，其中，所述屏蔽帽21的数目不多于偶极子天线单元10的数目，优选的，屏蔽帽21的数目与偶极子天线单元10的数目相等，屏蔽帽21一一对应的罩设于偶极子天线单元10的外侧，不同的偶极子天线单元10与对应的屏蔽帽21的内侧壁的间距相等。

在本申请的实施例中，偶极子天线单元10为条状；如图3所示，在本申请一些优选的实施例中，偶极子12为规则的条状结构；在本申请另一些优选的实施例中，偶极子12为至少部分呈弯曲状的不规则蛇形结构，具体的，如图4所示，在一些实施例中，偶极子12包括直线部121和弯折部122，弯折部122分布在直线部121的部分位置，在另一些实施例中，如图5所示，所偶极子12由连续波浪形弯折的弯折部122构成。

本发明提供的超高场发射匀场线圈结构，其将不同的偶极子天线单元10设置为按照负载T的外侧面形状随形排布，使线圈结构在使用过程中偶极子天线单元10能够更贴近负载，提高发射效率；另外由于在偶极子12和负载T之间设置介质层11，且在靠近负载T的一侧具有高介电材料111，可以进一步提高天线发射场的匀场调节能力，因而，该线圈结构整体较现有传统鸟笼结构具有在超高场下更优的射频场匀场调节能力和发射效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超高场发射匀场线圈结构，其特征在于，包括多个偶极子天线单元和屏蔽件，多个偶极子天线单元环绕分布在负载的外侧，且不同的偶极子天线单元与所述负载的中心的间距不全部相等，所述偶极子天线单元按照所述负载的外侧面形状随形排布，所述偶极子天线单元包括介质层和偶极子天线，所述偶极子天线设置于所述介质层的一侧，每一个所述偶极子天线单元作为一个发射通道使用，且每一个所述偶极子天线单元单独设置馈电端口，实现多通道独立调节，且不同的所述发射通道的幅值和相位可独立调节，所述介质层远离所述偶极子天线的一侧靠近所述负载分布；

所述屏蔽件安装于所述偶极子天线单元围成的环形外侧，用于减弱不同的所述发射通道之间的磁场，以降低耦合，不同的所述偶极子天线单元与所述屏蔽件的内侧壁的间距相等。

2.根据权利要求1所述的超高场发射匀场线圈结构，其特征在于，至少一个所述偶极子天线单元的介质层具有多层介质，所述具有多层介质的偶极子天线单元设置于超高场点磁场不均匀分布的位置。

3.根据权利要求2所述的超高场发射匀场线圈结构，其特征在于，所述具有多层介质的偶极子天线单元的至少一层介质为高介电材料，所述高介电材料位于对应的所述偶极子天线单元靠近负载的一侧。

4.根据权利要求1所述的超高场发射匀场线圈结构，其特征在于，所述屏蔽件为中空环形结构，所述偶极子天线单元围成的环形位于所述屏蔽件的环形内侧。

5.根据权利要求1所述的超高场发射匀场线圈结构，其特征在于，所述屏蔽件包括多个屏蔽帽，所述屏蔽帽的数目不多于所述偶极子天线单元的数目，所述屏蔽帽一一对应的罩设于所述偶极子天线单元的外侧。

6.根据权利要求1所述的超高场发射匀场线圈结构，其特征在于，所述偶极子天线单元为条状，偶极子为规则的条状结构或者为至少部分呈弯曲状的不规则蛇形结构，所述偶极子天线单元的馈电端口设置于所述偶极子的中部位置。