CN114047466B - 一种适用于婴儿的磁共振成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁共振成像技术领域，提供了一种适用于婴儿的磁共振成像装置。包括磁体，与所述磁体相配合的射频线圈。所述磁体为开放式的低场永磁型磁体，其开口方向朝上，磁场方向沿水平方向。所述射频线圈为一体式结构，包括发射线圈，套设于所述发射线圈上的若干接收线圈，及分别与所述发射线圈、接收线圈相连的若干匹配电路；所述匹配电路包括主动失谐模块、平衡电路模块，所述主动失谐模块与所述发射线圈或接收线圈直接相连，所述平衡电路模块与所述主动失谐模块相配合。本发明在成像过程无过量的电磁能量产生，SAR值仅有0.025W/kg，几乎可以忽略不计，提高了使用过程中的安全性，且具有良好的成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，特别涉及一种适用于婴儿的磁共振成像装置。
背景技术
磁共振成像技术是一种断层成像技术，在目前的医疗成像中具有重要而广泛的应用。磁共振成像装置一般包括磁体系统，与磁体系统中磁体相配合的射频线圈，用于控制磁体系统及射频线圈的控制系统(谱仪、梯度功放、射频功放、工控机、温度控制单元)，及用于进行终端显示的显示系统。磁共振成像装置的核心工作过程为：首先，磁体对人体内的水分子进行磁化；然后，射频线圈对磁化后水分子的原子核进行再激发形成共振，并使自旋原子核在磁场的作用下旋进形成章动。最终，当射频结束时，被激化的原子核恢复至原来的状态，并释放微弱的能量形成射电信号。将射电信号经过图像处理后即得到磁共振成像图。
因此，射频线圈的结构设计、磁体强度的确定及两者间的组合装配是决定成像质量的关键因素。且由上述工作过程可得，在进行磁共振成像时会不可避免得在人体内沉积电磁能量，所述电磁能量会引起人体软组织升温，而长时间的持续高温将不可避免的造成软组织损伤。一般在医学领域，通过SAR(特定吸收率)值来衡量磁共振成像使人体组成产生的发热效应，SAR值与电磁能量值成正相关，且CFDA(国家食品药品监督管理总局)规定，SAR值应小于3.2W/kg。
目前常用的核磁共振成像装置中的磁体为高场超导磁体，射频线圈为收发分离式射频线圈。为了获得更强的信噪比、更薄的切片及更高分辨率的解剖空间细节，需要不断提高磁体的磁场强度(高场超导磁体磁场强度为1.5-3.0T)；为了弥补收发分离式射频线圈中的发射线圈与被扫描部位因间距过大造成的功耗损失，需要不断提高射频频率(高场超导磁体系统普遍使用射频功放规格在15-25KW的射频线圈)。
而不断提高磁场强度及射频频率势必会造成人体内沉积的电磁能量值的提高，引起SAR值增加，严重情况下造成人体软组织损伤。特别是对于婴儿而言，其可接受的SAR值远低于成人可接受的SAR值。且现有的包括高场超导磁体及收发分离式射频线圈的磁共振成像装置在进行上述提高成像效果的操作中也未考虑其对婴儿的适用性。
发明内容
为解决现有的磁共振成像装置在结构设计及提高成像效果时均未考虑SAR值过高对婴儿扫描部位软组织损伤的问题，本发明提供了一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其对现有的磁共振成像装置结构进行改进，使其在成像过程无过量的电磁能量产生，SAR值仅有0.025W/kg，几乎可以忽略不计。同时具有良好的成像效果。
为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种适用于婴儿的磁共振成像装置，包括：
磁体，所述磁体为开放式的低场永磁型磁体，所述开放式磁体的开口方向朝上，磁场方向沿水平方向；
与所述磁体相配合的射频线圈，所述射频线圈为收发一体式结构，包括发射线圈，穿设于所述发射线圈内的若干接收线圈，及与所述发射线圈、接收线圈一一对应配合的若干匹配电路；所述匹配电路包括主动失谐模块、平衡电路模块，所述主动失谐模块与所述发射线圈或接收线圈直接相连，所述平衡电路模块与所述主动失谐模块相配合。
所述磁共振成像装置包括低场永磁型磁体及收发一体式射频线圈。所述永磁型磁体的磁场强度仅为0.15-0.5T，对于可接受SAR值较低的婴儿而言，在扫描中具有较好的表现效果。且所述低场永磁型磁体为开放式结构，其开口方向朝上，因此进行扫描时婴儿不用处于密闭空间中，具有更好的用户体验感。
所述收发一体式射频线圈在使用过程中具有更小的射频功率损耗，一方面，防止了为提高成像效果而不断提高射频脉冲强度所造成的婴儿扫描部位电磁能量沉积过剩，另一方面，在较低的射频功率下也可获得较好的成像效果。此时所述射频线圈的最大射频功率不超过0.3KW。
所述与射频线圈的发射线圈、接收线圈一一对应的匹配电路采用了主动失谐模块与平衡电路模块相组合的设计方式，使频率和阻抗匹配的调试结果不受外部连接线缆抖动干扰，提高了收发一体线圈的工作稳定性；另一方面也使发射电路的连接更为简洁，即发射激发与驱动信号通过同一根线缆就能有效对发射工作状态的有效控制，实现较高的发射效率。从而提高了所述磁共振成像装置的成像效果。
进一步的，所述发射线圈为线性极化线圈。
进一步的，所述接收线圈为圆极化线圈，所述圆极化线圈包括互相正交套设的第一线圈、第二线圈。
本发明采用线性极化线圈与圆极化线圈相组合的收发线圈设计，不但有利于简化射频线圈结构，节约制造成本；还有利于减小线圈之间的耦合干扰，提高信噪比，从而提高所述磁共振装置的成像质量。
进一步的，所述第一线圈为螺线管型线圈，所述第二线圈为鞍型线圈。
进一步的，所述主动失谐模块包括与发射线圈或接收线圈正向串接的二极管，及并接在整个匹配电路上的电感。
所述主动失谐电路在外部TTL电平信号作用下，使一体式射频线圈中接收线圈与发射线圈的实现交替工作状态，避免发射和接收之间产生干扰影响图像质量。
进一步的，所述平衡电路模块包括由电容电感串联组成的两组谐振电路网络。
进一步的，与所述接收线圈相对应的每个匹配电路还包括前置放大器，所述前置放大器与所述平衡电路模块串联，并与所述接收线圈的输出端相连。
进一步的，所述磁体包括轭铁机架、磁钢、极头，所述轭铁机架开口方向朝上，所述磁钢贴附于所述轭铁机架的左右内侧壁上，所述极头贴附于所述磁钢远离轭铁机架一侧上。
所述轭铁机架用于固定所述磁钢及极头，所述磁钢用于产生稳定的磁场，所述极头用于对磁钢产生的磁场进行匀化调试，以提高所述磁场均匀性，从而提高成像质量。
进一步的，所述极头包括极面、极面环、匀场环，所述极面贴附于所述磁钢远离轭铁机架一侧上，所述极面环适配套设于所述极面上，所述匀场环适配套设于所述极面环上。
进一步的，所述磁体还包括加热棒，及与所述加热棒相配合的温控探头，所述加热棒与所述温控探头均设于所述轭铁机架上。
所述加热棒用于辅助磁场作用下的婴儿体内的水分子快速达到平衡状态，所述温控探头用于辅助所述加热棒维持温度稳定，以防止温度变化造成磁场漂移，提高磁场稳定性。
有益效果：
本发明设计了一种针对婴儿的磁共振成像装置。其以低场永磁型磁体和收发一体式射频线圈进行组合作用。所述永磁型磁体的磁场强度相对于目前常用的超导型磁体较小，对于可接受SAR值较低的婴儿而言，具有较好的表现效果。且所述低场永磁型磁体为开放式结构，其开口方向朝上，因此进行扫描时婴儿不用处于密闭空间中，具有更好的用户体验感。
所述收发一体式射频线圈在使用过程中具有更小的射频功率损耗，在较低的射频脉冲强度下即可获得较好的成像效果，可防止为提高成像效果而不断提高射频脉冲强度所造成的婴儿扫描部位电磁能量沉积过剩。
所述与射频线圈的发射线圈、接收线圈一一对应的匹配电路采用了主动失谐模块与平衡电路模块相组合的设计方式，使频率和阻抗匹配的调试结果不受外部连接线缆抖动干扰，提高了收发一体线圈的工作稳定性；另一方面也使发射电路的连接更为简洁，即发射激发与驱动信号通过同一根线缆就能有效对发射工作状态的有效控制，实现较高的发射效率。从而提高了所述磁共振成像装置的成像效果。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明的射频线圈的整体结构示意图。
图2为图1中发射线圈结构示意图。
图3为图1中发射匹配电路拓扑图。
图4为图1中第一线圈结构示意图。
图5为图1中第二线圈结构示意图。
图6为图1中第一匹配电路及第二匹配电路拓扑图。
图7为图3及图6中平衡电路模块电路拓扑图。
图8为本发明的磁体的结构示意图。
图9为图8中极头的结构示意图。
图中附图标记为：1为发射线圈，2为发射匹配电路，3为第一线圈，4为第二线圈，5为第一匹配电路，6为第二匹配电路，7为轭铁机架，8为磁钢，9为极头，10为成像区，11为极面，12为极面环，13为匀场环，14为安装孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需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。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明提供了一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其包括开放式的低场永磁型磁体，及与所述磁体相配合的收发一体式射频线圈。在扫描过程中，所述低场永磁型磁体具有更低的磁场强度，所述收发一体式的射频线圈具有更小的射频强度损耗；因此适用于扫描部位尺寸更小，可接受SAR值更低的婴儿。且所述开放式的磁体结构更有利于增加扫描舒适度，提高扫描成像效率。
在射频线圈中，与射频线圈的发射线圈、接收线圈一一对应的匹配电路采用了主动失谐模块与平衡电路模块相组合的设计方式，使频率和阻抗匹配的调试结果不受外部连接线缆抖动干扰，提高了收发一体线圈的工作稳定性；另一方面也使发射电路的连接更为简洁，即发射激发与驱动信号通过同一根线缆就能有效对发射工作状态的有效控制，实现较高的发射效率。从而提高了所述磁共振成像装置的成像效果。
下面结合附图所示的实施例，对本发明公开的适用于婴儿的磁共振成像装置作进一步具体介绍。
如图1至9所示，所述磁共振成像装置包括磁体，与所述磁体相配合的射频线圈。所述磁体为开放式的低场永磁型磁体，所述开放式磁体的开口方向朝上，磁场方向沿水平方向。所述射频线圈为收发一体式结构，包括发射线圈1，穿设于所述发射线圈1内的若干接收线圈，及与所述发射线圈、接收线圈一一对应配合的若干匹配电路。所述匹配电路包括主动失谐模块、平衡电路模块，所述主动失谐模块与所述发射线圈1或接收线圈直接相连，所述平衡电路模块与所述主动失谐模块相配合。
所述永磁型磁体的磁场强度相对于目前常用的超导型磁体较小，其磁场强度仅为0.15-0.5T，对于可接受SAR值较低的婴儿而言，在扫描中具有较好的表现效果。本实施例中，所述低场永磁型磁体的磁场强度具体为0.35T。由于所述低场永磁型磁体为开放式结构，且其开口方向朝上，因此进行扫描时婴儿不用处于密闭空间中，具有更好的用户体验感。
所述收发一体式射频线圈在使用过程中具有更小的射频功率损耗，在较低的射频脉冲强度下即可获得较好的成像效果，可防止为提高成像效果而不断提高射频脉冲强度所造成的婴儿扫描部位电磁能量沉积过剩。本实施例中，所述射频线圈的最大功率小于0.3KW，实际使用过程中仅为0.146KW。
所述与射频线圈的发射线圈、接收线圈一一对应的匹配电路采用了主动失谐模块与平衡电路模块相组合的设计方式，使频率和阻抗匹配的调试结果不受外部连接线缆抖动干扰，提高了收发一体线圈的工作稳定性；另一方面也使发射电路的连接更为简洁，即发射激发与驱动信号通过同一根线缆就能有效对发射工作状态的有效控制，实现较高的发射效率。从而提高了所述磁共振成像装置的成像效果。
如图2、图4至图5所示，为节约制造成本，并减小在扫描过程中，线圈间的耦合干扰，提高信噪比，从而获得更加的图像质量。设置所述发射线圈1为线性极化线圈；所述接收线圈为穿设于所述线性极化线圈内的圆极化线圈。所述圆极化线圈包括互相正交套设的第一线圈3、第二线圈4。此时不需要增加去耦电路，图像信噪比即可提高约1.4倍。
在实施中，所述线性极化线圈具体可以为鞍型、螺线管型等；本实施例中具体为鞍型线圈。所述圆极化线圈可以是两个鞍型线圈相组合，一个鞍型及一个螺线型相组合，或正交鸟笼线圈等；本实施例中所述第一线圈3为螺线管型线圈，所述第二线圈4为鞍型线圈。
如图3、图6至图7所示，为提高收发一体射频线圈的工作稳定性，所述与发射线圈1对应的发射匹配电路2，与第一线圈3对应的第一匹配电路5，与第二线圈4对应的第二匹配电路6均采用主动失谐模块与平衡电路模块相组合的设计方式。所述主动失谐模块主要包括与发射线圈1或接收线圈正向串接的二极管，及并接在整个电路回路上的电感。所述主动失谐电路在外部TTL电平信号作用下，使一体式射频线圈中接收线圈与发射线圈1的实现交替工作状态，避免发射和接收之间产生干扰影响图像质量。所述平衡电路模块包括由电容电感串联组成的两组谐振电路网络；其谐振频率满足其中f为谐振频率，L为电感，C为电容。在发射线圈1拉扯或抖动造成频率摇摆不稳定时，起到很好的干扰抑制作用，使发射线圈1工作性能更稳定。
具体的，如图3、图7所示，对于所述发射线圈1，所述发射匹配电路2在外部信号控制下进行频率调谐，阻抗匹配，并实现发射线圈1工作状态的切换。在外部时序脉冲信号作用下，高电平信号通过电感L,二级管D导通,此时电容C和发射线圈1实现电路为闭环状态，使发射线圈1对磁体内扫描部位进行高效率激发产生核自旋现象。低电平信号时，二极管D截至,发射线圈失谐不工作。
具体的，如图6、图7所示，对于所述接收线圈，所述第一匹配电路5、第二匹配电路6在外部信号控制下进行频率调谐，阻抗匹配，并实现接收线圈接收状态的切换。当TTL信号为低电平时，二极管D为截至状态,此时电容C和接收线圈组成闭环状态,接收线圈探测核进动产生电信号经前置放大器输出到下一级。当TTL信号为高电时，二极管D为导通状态，电容C和电感L为并联谐振阻抗无穷大，即所述接收线圈为开路状态,接收线圈停止工作。
如图8至图9所示，所述磁体包括轭铁机架7、磁钢8、极头9。所述轭铁机架7开口方向朝上，用于固定所述磁钢8及极头9。具体的，所述磁钢8贴附于所述轭铁机架7的左右内侧壁上，所述极头9贴附于所述磁钢8远离轭铁机架一侧上。所述磁钢8用于产生稳定的磁场，本实施例中，所述磁钢具体为稀土(NdFeB)材质制成的圆柱形磁盘。所述极头9用于对磁钢8产生的磁场进行匀化调试，以提高所述磁场均匀性，从而提高成像质量。
具体的，扫描过程中的成像区10则位于所述极头9之间。所述成像区10尺寸设计一般需依据磁体结构规划要求及患者成像部位数据特征，如头围、头长、肩宽等。本实施例中所述的磁成像装置主要用于婴儿患病部位扫描，特别是婴儿的头部扫描。因此所述极头9间距为280±3mm，获得有效空间为260mm的成像区10。
具体的，所述极头9包括极面11、极面环12、匀场环13，所述极面11贴附于所述磁钢8远离轭铁机架一侧上，所述极面环12适配套设于所述极面11上，所述匀场环13适配套设于所述极面环12上。
具体的，极面环12上设有螺丝孔，用于通过螺栓固定非金属无磁垫片，并通过所述非金属无磁垫片对进行图像处理的梯度线圈进行安装固定。所述匀场环13的外侧环面到所述极面环12的内部区域为凹型柱状空间，用于进行梯度线圈和射频屏蔽板安装。
具体的，所述磁体还包括加热棒，及与所述加热棒相配合的温控探头，所述加热棒与所述温控探头均设于所述轭铁机架上。所述加热棒用于辅助磁场作用下的婴儿体内的水分子快速达到平衡状态，所述温控探头用于辅助所述加热棒维持温度稳定，以防止温度变化造成磁场漂移，提高磁场稳定性。
本实施例中，所述轭铁机架7前后侧及左右侧均设有用于安装加热棒及温控探头的安装孔14。如图9所示，各侧的安装孔14为对称分布，每侧为三个，共十二个。且所述每侧安装孔中，中间的安装孔用于安装温控探头，两端的则分布用于安装加热棒。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (7)
1.一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，包括：
磁体，所述磁体为开放式的低场永磁型磁体，所述开放式磁体的开口方向朝上，磁场方向沿水平方向；
与所述磁体相配合的射频线圈，所述射频线圈为收发一体式结构，包括发射线圈，穿设于所述发射线圈内的若干接收线圈，及与所述发射线圈、接收线圈一一对应配合的若干匹配电路；所述匹配电路包括主动失谐模块、平衡电路模块，所述主动失谐模块与所述发射线圈或接收线圈直接相连，所述平衡电路模块与所述主动失谐模块相配合；
所述主动失谐模块包括与发射线圈或接收线圈正向串接的二极管，及并接在整个匹配电路上的电感；其中，所述接收线圈包括互相正交套设的第一线圈、第二线圈；
与发射线圈对应的为发射匹配电路，与第一线圈对应的为第一匹配电路，与第二线圈对应的为第二匹配电路；
所述主动失谐模块在外部TTL电平信号作用下，使一体式射频线圈中接收线圈与发射线圈实现交替工作状态；
其中，所述发射匹配电路在外部信号控制下进行频率调谐，阻抗匹配，并实现发射线圈工作状态的切换；在外部时序脉冲信号作用下，高电平信号通过电感、二极管导通,此时电容和发射线圈实现电路为闭环状态，使发射线圈对磁体内扫描部位进行高效率激发产生核自旋现象；低电平信号时，二极管截止,发射线圈失谐不工作；
其中，所述第一匹配电路、第二匹配电路在外部信号控制下进行频率调谐，阻抗匹配，并实现接收线圈接收状态的切换；当TTL信号为低电平时，二极管为截止状态,此时电容和接收线圈组成闭环状态,接收线圈探测到的电信号经前置放大器输出到下一级；当TTL信号为高电时，二极管为导通状态，所述接收线圈为开路状态,接收线圈停止工作；
所述平衡电路模块包括由电容电感串联组成的两组谐振电路网络；
与所述接收线圈相对应的每个匹配电路还包括前置放大器，所述前置放大器与所述平衡电路模块串联，并与所述接收线圈的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，所述发射线圈为线性极化线圈。
3.根据权利要求2所述的一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，所述接收线圈为圆极化线圈。
4.根据权利要求3所述的一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，所述第一线圈为螺线管型线圈，所述第二线圈为鞍型线圈。
5.根据权利要求1所述的一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，所述磁体包括轭铁机架、磁钢、极头，所述轭铁机架开口方向朝上，所述磁钢贴附于所述轭铁机架的左右内侧壁上，所述极头贴附于所述磁钢远离轭铁机架一侧上。
6.根据权利要求5所述的一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，所述极头包括极面、极面环、匀场环，所述极面贴附于所述磁钢远离轭铁机架一侧上，所述极面环适配套设于所述极面上，所述匀场环适配套设于所述极面环上。
7.根据权利要求6所述的一种适用于婴儿的磁共振成像装置，其特征在于，所述磁体还包括加热棒，及与所述加热棒相配合的温控探头，所述加热棒与所述温控探头均设于所述轭铁机架上。
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