CN115629346B - 一种多通道的经直肠前列腺线圈、系统和工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道的经直肠前列腺线圈、系统和工作方法，线圈包括设有绕线曲面的支撑体，包裹绕制在所述支撑体表面的多个第一直肠线圈以及叠加在多个第一直肠线圈上的第二直肠线圈；其中，相邻两个第一直肠线圈之间通过部分交叠实现去耦，非相邻的两个第一直肠线圈之间通过设置共用电容实现去耦；所述第二直肠线圈包括交叉连接的第一线圈段和第二线圈段，所述第一线圈段和所述第二线圈段对称设置，且二者交叉处无电气连接。本发明增加了通道数量，提高了信噪比，进而具有更好的高分辨率成像能力和图像质量；通过提高线圈密度，解决了由通道数量增加带来的耦合问题；通过在不相邻的第一直肠线圈之间设置共用电容来进行去耦，降低线圈间的干扰。
Description
技术领域
本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及一种多通道的经直肠前列腺线圈、系统和工作方法。
背景技术
磁共振成像技术在医药影像领域得到广泛应用，对于获取医学影像并用于后续疾病诊断具有重要意义，例如在前列腺癌诊断过程中，高分辨率的成像对于提高诊断结果准确性具有重要作用。其中，信噪比是磁共振线圈在设计时考量的核心参数，高信噪比意味着更高的分辨率和对比度，进而意味着更好的成像质量。
由于磁共振信号随着距离的增大迅速衰减，当感兴趣区域(ROI)距离线圈越远时，获得的磁共振信号越弱。因此线圈在感兴趣区域的信噪比越高，线圈在该区域获得高分辨成像的能力越强。而前列腺等组织位于身体深部，距离传统的表面线圈较远，通常难以获得高分辨率的成像。直肠线圈在使用时被插入到被试者直肠内并紧挨着前列腺，因此能够获得相较于表面线圈更强的信噪比，从而获得更强的高分辨率成像能力。
现有技术中，如专利(专利公开号为CN101482600A，专利名称为一种磁共振成像系统的接收装置)所公开的技术特征：采用表面线圈时，当环路都处在同一平面的时候，增加环路数量能够提高信噪比。然而，当各环路不处于同一平面时，环路数量越多，相互之间的干扰越严重，由于直肠内的空间有限，难以在保持较低干扰程度的前提下增加环路数量。最初的直肠线圈由单一环路组成，如专利(专利公开号为CN1802123A，专利名称为应用3.0泰斯拉磁共振系统获取内腔结构图像与谱图的系统与方法)所公开的技术特征，其成功获得了相较于商用表面线圈更好的成像效果，但仍无法满足高分辨率成像的需求。为了提高线圈性能，直肠线圈的环路数量增加至两个，为了解决增加环路之后相互干扰的问题，现有研究(请参见文献：Arteaga de Castro C S,Van Den Bergen B,Luijten P R,etal.Improving SNR and B1 transmit field for an endorectal coil in 7T MRI andMRS of prostate cancer[J].Magnetic resonance in medicine,2012,68(1):311-318.)利用正交的微带线作为第二个通道，另有研究(请参见文献：Ertürk M A,Tian J,Van deMoortele P F,et al.Development and evaluation of a multichannel endorectal RFcoil for prostate MRI at 7T in combination with an external surface array[J].Journal of Magnetic Resonance Imaging,2016,43(6):1279-1287.)以及现有专利(专利公开号为104541177A，专利名称为具有针对外科手术仪器的开放进入的直肠内前列腺线圈)均采用了将两个环路相互垂直的方法。此后，线圈环路的数量难继续增加。
因此，如何在增加线圈环路的同时，降低环路间的干扰，以满足高分辨率成像的需求，成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多通道的经直肠前列腺线圈、系统和工作方法，用以解决现有技术中存在的直肠线圈设计无法满足磁共振系统高分辨率成像的需求的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面提供一种多通道的经直肠前列腺线圈，包括设有绕线曲面的支撑体，包裹绕制在所述支撑体表面的多个第一直肠线圈以及叠加在多个第一直肠线圈上的第二直肠线圈；
其中，相邻两个第一直肠线圈之间通过部分交叠实现去耦，非相邻的两个第一直肠线圈之间通过设置共用电容实现去耦；所述第二直肠线圈包括交叉连接的第一线圈段和第二线圈段，所述第一线圈段和所述第二线圈段对称设置，且二者交叉处无电气连接。
基于上述公开的内容，本发明将第一直肠线圈通道或环路设为多个，并将第二直肠线圈叠加在多个第一直肠线圈上，从而增加了通道数量，提高了信噪比，进而具有更好的高分辨率成像能力和图像质量；通过将第二直肠线圈设置为交叉连接且对称设置的第一线圈段和第二线圈段，并叠加在第一直肠线圈上，从而提高了线圈密度，并通过对第二直肠线圈环路与第一直肠线圈相对位置的调整，解决了由通道数量增加带来的耦合问题；通过在不相邻的第一直肠线圈之间设置共用电容来进行去耦，降低线圈间的干扰。
在一种可能的设计中，包括依次设置的三通道第一直肠线圈，其中，第一通道的第一直肠线圈和第二通道的第一直肠线圈存在部分交叠，第二通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈存在部分交叠，第一通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈之间设有至少一个共用电容。
基于上述公开的内容，本发明将第一直肠线圈设置为三通道，相较于现有技术增加了线圈的通道数量，且通过相邻线圈之间部分交叠，不相邻线圈之间共用电容来进行去耦，从而在提高线圈信噪比的同时，降低了线圈之间的相互干扰。
在一种可能的设计中，第一通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈之间设有一个共用电容。
基于上述公开的内容，优选的，本发明中的共用电容不限于设置为一个，具体根据需求设置多个并联的共用电容，以匹配非相邻线圈之间的去耦需求。
在一种可能的设计中，包括依次设置的两通道第一直肠线圈，其中，第一通道的第一直肠线圈和第二通道的第一直肠线圈存在部分交叠。
基于上述公开的内容，本发明将第一直肠线圈设置为两通道，相较于现有技术增加了线圈的通道数量，且通过相邻线圈之间部分交叠，不相邻线圈之间共用电容来进行去耦，从而在提高线圈信噪比的同时，降低了线圈之间的相互干扰。
在一种可能的设计中，每一第一直肠线圈的结构相同。
基于上述公开的内容，本发明将三通道的第一直肠线圈或两通道的第一直肠线圈的结构均设置为相同，从而形成相同的电路回路并均匀地绕制在支撑体上。
在一种可能的设计中，所述第一线圈段和所述第二线圈段交叉连接后，使得所述第二直肠线圈整体呈8字形。
基于上述公开的内容，通过将第二直肠线圈整体设置为8字形，从而使得线圈的两个线圈段的磁场大小相同，方向相反，进而在叠加在第一直肠线圈上时，与各第一直肠线圈之间具有天然的去耦功能。
在一种可能的设计中，所述第一线圈段叠加在每一第一直肠线圈的第一区域表面，所述第二线圈段叠加在每一第一直肠线圈的第二区域表面。
在一种可能的设计中，所述支撑体设为沿圆柱体长度方向截去部分结构的类圆柱体。
基于上述公开的内容，本发明形成了截面为D形的类圆柱体形状，从而使得线圈插入部分总体积不变的前提下，尽可能地增加了圆柱体的直径，进而有助于扩大每个线圈通道的环路直径，而环路直径的增加也有助于提高目标区域(例如前列腺区域)的信噪比，从而提高磁共振成像的图像质量。
第二方面提供一种磁共振成像系统，包括如第一方面任意一种可能的设计中所述的多通道的经直肠前列腺线圈。
第三方面提供一种如第一方面任意一种可能的设计中所述的多通道的经直肠前列腺线圈的工作方法，包括：
将多通道的经直肠前列腺线圈插入被试体直肠内，并将直肠线圈与磁共振控制单元建立连接；
通过磁共振控制单元向直肠线圈发送控制信号，以便直肠线圈向目标检测区域发送射频信号，实现目标检测区域的磁共振信号检测；其中，目标检测区域包括前列腺。
附图说明
图1为本发明实施例中的三通道第一直肠线圈的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中的第二直肠线圈的立体结构示意图；
图3为本发明实施例中的第二直肠线圈与三通道第一直肠线圈叠加后的立体结构图；
图4为本发明实施例中的三通道第一直肠线圈的平面展开结构示意图；
图5为本发明实施例中的第二直肠线圈的平面展开结构示意图；
图6为本发明实施例中的第二直肠线圈与三通道第一直肠线圈叠加后的平面展开图；
图7为本发明实施例中的第二直肠线圈与两通道第一直肠线圈叠加后的立体结构图
图8为本发明实施例中的第二直肠线圈与两通道第一直肠线圈叠加后的立体结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
实施例
为了解决现有技术中存在的直肠线圈设计无法满足磁共振系统高分辨率成像的需求的技术问题。本发明通过将第一直肠线圈通道或环路设为多个，例如是2个或3个，并将第二直肠线圈叠加在多个第一直肠线圈上，从而增加了通道数量，提高了信噪比，进而具有更好的高分辨率成像能力和图像质量；通过将第二直肠线圈设置为8字形环路叠加在第一直肠线圈上，从而提高了线圈密度，并通过对第二直肠线圈环路与第一直肠线圈相对位置的调整，解决了由通道数量增加带来的耦合问题；通过在不相邻的第一直肠线圈之间设置共用电容来进行去耦，降低线圈间的干扰。
下面将对本申请实施例提供的多通道的经直肠前列腺线圈进行详细说明。
其中，需要说明的是，本申请实施例中的经直肠是指线圈经过直肠进入，前列腺线圈是指该线圈用于对前列腺组织进行成像，由于直肠线圈在使用时被插入患者的直肠内紧挨着前列腺，因此，本申请实施例中多通道的经直肠前列腺线圈的主要应用场景为获取前列腺相关组织的磁共振信号的磁共振成像系统中，当然，可以理解的是，本申请实施例中的多通道的经直肠前列腺线圈也能够用于获取直肠等组织的磁共振信号的磁共振成像系统中，此处不做限定。
如图1-图8所示，本申请实施例中的一种多通道的经直肠前列腺线圈，包括设有绕线曲面的支撑体，包裹绕制在所述支撑体表面的多个第一直肠线圈以及叠加在多个第一直肠线圈上的第二直肠线圈；
其中，相邻两个第一直肠线圈之间通过部分交叠实现去耦，非相邻的两个第一直肠线圈之间通过设置共用电容实现去耦；所述第二直肠线圈包括交叉连接的第一线圈段和第二线圈段，所述第一线圈段和所述第二线圈段对称设置，且二者交叉处无电气连接。
由于线圈获得高信噪比的关键是在靠近成像目标的区域集成尽可能多的通道数，同时要保证各通道之间的相互干扰越低越好，本申请实施例提出了一种多通道的直肠线圈结构，每个线圈通道对应一个环路，且在同一方向上集成了多个线圈通道，从而使得在靠近例如前列腺等目标区域能够接收到更强的磁共振信号，即该直肠线圈的设计使得线圈结构拥有较高的信噪比，从而拥有更好的高分辨率成像能力。
具体的，本申请实施例将相邻的两个线圈(A和B)交叠，则在交叠后，对于其中一个线圈A环路来说，其范围内的磁感线相互抵消了，从而当另一线圈B的环路上有电流时，线圈A环路上不会感应出或者感应出较少的电流，从而达到去耦的目的。此外，由于磁感线的分布疏密不均，线圈B的圈内的磁感线较密，圈外(即线圈A的非交叠区域)的磁感线稀疏，因此，若要线圈A圈内的总磁感线恰好抵消，交叠的面积会低于线圈A环路面积的一半，而第二直肠线圈的交叉连接且对称设置的特殊结构，使得第一线圈段和第二线圈段感应出的电流恰好方向相反，若要恰好相互抵消，应当使得当第二直肠线圈与多个第一直肠线圈的环路交叠时，穿过第二直肠线圈的第一线圈段与第二线圈段的磁感线恰好相等，因此要求第一线圈段和第二线圈段对称设置，此时，第二直肠线圈和各第一直肠线圈交叠，具有天然去耦的作用。
其中，优选的，本申请实施例中的第一直肠线圈设置为三通道线圈或两通道线圈，当然，可以理解的是，在其他的实施例中，在保证线圈之间的干扰较低的情况下，也能够适当地增加线圈数量，以尽可能采集到目标检测区域更强的磁共振信号，此处不做限定。
在一种具体的实施方式中，所述第一线圈段和所述第二线圈段交叉连接后，使得所述第二直肠线圈整体呈8字形；更优选的，所述第一线圈段叠加在每一第一直肠线圈的第一区域表面，所述第二线圈段叠加在每一第一直肠线圈的第二区域表面。具体的，将第一线圈段和第二线圈段在平面展开状态下设置为两个相互交叉的近似矩形，且交叉位置为整个第二直肠线圈的中心位置，以保证第一线圈段和第二线圈段的磁场大小相同，方向相反，具有天然的去耦作用。当然，可以理解的是，上述将第一线圈段和第二线圈段设置为近似矩形仅为本申请实施例的其中一种设计，主要是为了满足在曲面上进行绕制的需求，在其他实施例中，还可以将线圈段设置为其他形状，例如扇形、椭圆形等，此处不做限定。
例如，如图1-图6所示，在一种具体的实施方式中，包括依次设置的三通道第一直肠线圈，其中，第一通道的第一直肠线圈和第二通道的第一直肠线圈存在部分交叠，第二通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈存在部分交叠，第一通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈之间设有至少一个共用电容，优选的，第一通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈之间设有一个共用电容。
例如：如图1-3所示，包括第一通道的第一直肠线圈1和第二通道的第一直肠线圈2，且第一通道的第一直肠线圈1和第二通道的第一直肠线圈2的相邻部分存在交叠，同样的，第三通到的第一直肠线圈3和第二通道的第一直肠线圈2的相邻部分存在交叠，从而能够实现相邻线圈之间的去耦，以降低相互之间的干扰；同时，第一通道的第一直肠线圈1和第三通道的第一直肠线圈3之间设有一个共用电容5，从而实现了第一通道的第一直肠线圈1和第三通道的第一直肠线圈3之间的去耦，降低了二者之间的干扰。同时，将第二直肠线圈设置为8字形，从而能够均匀覆盖在上述三通道的第一直肠线圈上，且该8字形线圈的上下两部分分别与通道1，2和3的对称的上下两部分相叠加，该8字形通道的交叉部分16并没有电气连接；由于8字形线圈的上下两部分的磁场大小相同，方向相反，而通道1，2和3的上下两部分的磁场大小相同，方向也相同，因此，第4通道(即第二直肠线圈)与通道1，2和3均拥有天然的去耦性能，因此能够有效降低各通道之间的相互干扰。最后，将4通道线圈包裹式绕制在支撑体6表面，从而使得整个直肠线圈呈曲面设计，进而能够适配于直肠等组织中，进行磁共振信号的采集。此外，如图4-6所示，可以非常清楚地看出各线圈在平面展开状态的示意图，可以看出，上述三通道的第一直肠线圈优选为三个依次交叠设置的矩形线圈，并在第一通道和第三通道之间另设开口进行相互连线，然后在连线之间并联一共用电容来进行去耦。
例如：如图7-8所示，包括依次设置的两通道第一直肠线圈，其中，第一通道的第一直肠线圈7和第二通道的第一直肠线圈8存在部分交叠，从而能够实现相邻线圈之间的去耦，以降低相互之间的干扰；同时，将第二直肠线圈设置为8字形，从而能够均匀覆盖在上述两通道的第一直肠线圈上，且该8字形线圈的通道9的上下两部分分别与通道7和8的对称的上下两部分相叠加，该8字形通道的交叉部分10并没有电气连接；由于8字形线圈的上下两部分的磁场大小相同，方向相反，而通道7和8的上下两部分的磁场大小相同，方向也相同，因此，第9通道(即第二直肠线圈)与通道7和8均拥有天然的去耦性能，因此能够有效降低各通道之间的相互干扰。最后，将3通道线圈包裹式绕制在支撑体表面，从而使得整个直肠线圈呈曲面设计，进而能够适配于直肠等组织中，进行磁共振信号的采集。
在一种具体的实施方式中，本申请实施例优选将每一第一直肠线圈的结构相同，例如将三通道的第一直肠线圈或两通道的第一直肠线圈的结构均设置为相同，从而形成相同的电路回路并均匀地绕制在支撑体上。
在一种具体的实施方式中，所述支撑体设为沿圆柱体长度方向截去部分结构的类圆柱体。例如在图1、图3和图6中，示出了本申请实施例中的支撑体结构，由图中可知，支撑体为沿圆柱体长度方向的某一平面均匀截去了圆柱体的部分结构，从而形成了截面为D形的类圆柱体形状，从而使得线圈插入部分总体积不变的前提下，尽可能地增加了圆柱体的直径，进而有助于扩大每个线圈通道的环路直径，而环路直径的增加也有助于提高目标区域(例如前列腺区域)的信噪比，从而提高磁共振成像的图像质量。当然，可以理解的是，本申请实施例中的支撑体不限于设置为上述示例中给出的结构，还可以设置为截面为椭圆或其他截面近似为圆形的柱体，从而为线圈提供可进行包裹式绕制的支撑体的作用，此处不做具体限定。
基于上述公开的内容，本申请实施例包括设有绕线曲面的支撑体，包裹绕制在所述支撑体表面的多个第一直肠线圈以及叠加在多个第一直肠线圈上的第二直肠线圈；其中，相邻两个第一直肠线圈之间通过部分交叠实现去耦，非相邻的两个第一直肠线圈之间通过设置共用电容实现去耦；所述第二直肠线圈包括交叉连接的第一线圈段和第二线圈段，所述第一线圈段和所述第二线圈段对称设置，且二者交叉处无电气连接。即本发明将第一直肠线圈通道或环路设为多个，例如是2个或多个，并将第二直肠线圈叠加在多个第一直肠线圈上，从而增加了通道数量，提高了信噪比，进而具有更好的高分辨率成像能力和图像质量；通过将第二直肠线圈设置为8字形环路叠加在第一直肠线圈上，从而提高了线圈密度，并通过对第二直肠线圈环路与第一直肠线圈相对位置的调整，解决了由通道数量增加带来的耦合问题；通过在不相邻的第一直肠线圈之间设置共用电容来进行去耦，降低线圈间的干扰。
第二方面提供一种磁共振成像系统，包括如第一方面任意一种可能的设计中所述的多通道的经直肠前列腺线圈。
第三方面提供一种如第一方面任意一种可能的设计中所述的多通道的经直肠前列腺线圈的工作方法，包括但不限于由步骤S1和步骤S2实现：
步骤S1.将多通道的经直肠前列腺线圈插入被试体直肠内，并将直肠线圈与磁共振控制单元建立连接；
步骤S2.通过磁共振控制单元向直肠线圈发送控制信号，以便直肠线圈向目标检测区域发送射频信号，实现目标检测区域的磁共振信号检测；其中，目标检测区域包括前列腺。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (7)
1.一种多通道的经直肠前列腺线圈，其特征在于，包括设有绕线曲面的支撑体，包裹绕制在所述支撑体表面的多个第一直肠线圈以及叠加在多个第一直肠线圈上的第二直肠线圈；
其中，相邻两个第一直肠线圈之间通过部分交叠实现去耦，非相邻的两个第一直肠线圈之间通过设置共用电容实现去耦；所述第二直肠线圈包括交叉连接的第一线圈段和第二线圈段，所述第一线圈段和所述第二线圈段对称设置，且二者交叉处无电气连接；
所述第一线圈段和所述第二线圈段交叉连接后，使得所述第二直肠线圈整体呈8字形；
所述第一线圈段叠加在每一第一直肠线圈的第一区域表面，所述第二线圈段叠加在每一第一直肠线圈的第二区域表面；
所述支撑体设为沿圆柱体长度方向截去部分结构的类圆柱体。
2.根据权利要求1所述的多通道的经直肠前列腺线圈，其特征在于，包括依次设置的三通道第一直肠线圈，其中，第一通道的第一直肠线圈和第二通道的第一直肠线圈存在部分交叠，第二通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈存在部分交叠，第一通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈之间设有至少一个共用电容。
3.根据权利要求2所述的多通道的经直肠前列腺线圈，其特征在于，第一通道的第一直肠线圈和第三通道的第一直肠线圈之间设有一个共用电容。
4.根据权利要求1所述的多通道的经直肠前列腺线圈，其特征在于，包括依次设置的两通道第一直肠线圈，其中，第一通道的第一直肠线圈和第二通道的第一直肠线圈存在部分交叠。
5.根据权利要求1所述的多通道的经直肠前列腺线圈，其特征在于，每一第一直肠线圈的结构相同。
6.一种磁共振成像系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的多通道的经直肠前列腺线圈。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的多通道的经直肠前列腺线圈的工作方法，其特征在于，包括：
将多通道的经直肠前列腺线圈插入被试体直肠内，并将直肠线圈与磁共振控制单元建立连接；
通过磁共振控制单元向直肠线圈发送控制信号，以便直肠线圈向目标检测区域发送射频信号，实现目标检测区域的磁共振信号检测；其中，目标检测区域包括前列腺。
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