CN117471382A - 一种应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，包括支撑框架和线圈，所述支撑框架为圆筒形框架，由无磁绝缘材料制成，其筒面上具有若干传输介入治疗设备的通口，所述线圈避开所述通口布置，所述线圈包括至少两赫姆霍兹线圈和至少一蝶形线圈，所述两个赫姆霍兹线圈沿筒体轴向平行布置，所述一蝶形线圈包括两路鞍形结构，这两路鞍形结构在筒体筒面上关于筒体中心线对称布置并且在筒体顶面呈8字型交汇。本发明采用赫姆霍兹线圈与蝶形线圈正交，并在支撑框架上开设通口，该通口可为介入治疗提供无障碍治疗通道。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术领域，尤其涉及一种用于介入治疗的射频线圈结构。
背景技术
随着医学技术的不断发展和人口老龄化趋势，肿瘤的活检、消融等需要进行精确和安全的介入引导手术，准确的穿刺是手术成功的关键之一。
常规的穿刺手术引导方式依赖计算机断层扫描(CT)或超声引导，然而这些方法存在一定局限性。例如，CT引导需要接受大剂量的X射线辐射，而超声引导在图像分辨率和精确度上有所受限。这些因素都在一定程度上影响了穿刺的准确性和治疗效果。
目前，国内外的研究团队已经开始探索将MRI技术应用于介入手术穿刺的领域。这些研究主要集中在MRI的多参数成像上，通过术前扫描，医生可以大致确定病灶的位置。然而，在手术过程中，患者的身体移动可能导致病灶位置的改变，这时医生主要依靠临床经验进行引导。
实时MRI在术中引导穿刺过程中面临的主要困难包括磁共振扫描时间长、无法准确定位磁共振穿刺切面以及需要研发磁共振兼容设备，射频系统的原因包括：
(1)射频线圈无法做成开放式结构，这是由超导磁体的物理特性所决定的，由此，导致了术中操作空间很小，操作起来相当不便；
(2)高场磁共振系统的造价昂贵，而超声聚能治疗准装置的造价也比较高，使得总体造价过高，限制了这种组合治疗装置的普及。
在实施本发明的过程中，本发明人发现:低场磁共振系统为开放式结构，可在术中预留足够的操作空间，通过融合实时的深度相机图像和MRI图像可解决上述问题，自动定位患者位置和穿刺器械姿态，实时跟踪MRI扫描层面，将为介入手术提供更高的准确性和可视化性，有望在肿瘤治疗领域获得广泛应用。
由于存在上述各种技术难题，到目前为止，还没有专用的低场磁共振成像系统引导下的人体组织成像及实时监测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于介入治疗低磁场正交射频线圈结构，与低磁场共振成像系统配合使用，可实现介入治疗术中人体参数无创实时监测和组织成像。
为此，本发明提供了一种应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，包括支撑框架和线圈，所述支撑框架为圆筒形框架，记为筒体，由无磁绝缘材料制成，其筒面上具有若干传输介入治疗设备的通口，所述线圈避开所述通口布置，所述线圈包括至少两赫姆霍兹线圈和至少一蝶形线圈，所述两个赫姆霍兹线圈沿筒体轴向平行布置，所述一蝶形线圈包括两路鞍形结构，这两路鞍形结构在筒体筒面上关于筒体中心线对称布置并且在筒体顶面呈8字型交汇，其中，所述赫姆霍兹线圈形成平面的法线方向与低场磁共振系统的主磁场方向垂直，用于监测该法线方向上的磁共振信号，所述蝶形线圈法线方向同时与主磁场方向、赫姆霍兹线圈形成平面的法线方向垂直，用于监测蝶形线圈法线方向上的磁共振信号。
本发明采用赫姆霍兹线圈单元并在支撑框架上开设通口，该通口可为介入探头(如微波消融器)提供无障碍治疗通道，使微波消融的探针等通过通口传输，对人体病变靶组织聚焦升温，达到治疗目的；本发明结合相关电路及应用于磁共振成像系统后，赫姆霍兹线圈单元可用于监测该线圈单元形成平面的法线方向上的磁共振信号(即FID信号)，并将该磁共振信号传输给磁共振成像系统，以实现介入治疗术中人体参数无创实时监测。
本发明应用于磁共振成像系统中，蝶形线圈可用于监测该线圈形成平面的法线方向上的磁共振信号(即FID信号)，并将该磁共振信号传输给磁共振成像系统，与赫姆霍兹线圈单元共同实现术中人体参数无创实时监测，进一步增强监测效果。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
(1)本发明开设的通口为介入探头(微波消融探针)提供了无障碍治疗通道，本发明线圈结构结合各功能电路，与低场磁共振系统配套使用，可用于监测人体磁共振信号并将信号输入低场磁共振系统，从而实现介入术中人体参数无创实时监测。
(2)本发明与低场磁共振系统配合使用，与使用高场磁共振系统相比，使设备的总造价大大降低，便于普及应用。
(3)本发明的线圈排布具有多种变换方式，其中，赫姆霍兹线圈与蝶形线圈均可设置多路，根据适用于人体不同部位的情况，可对线圈的排布做适当地调整。
(4)本发明的线圈上还可设置有各种不同功能的现有电路结构，以提高线圈调谐的精度、获得较高信噪比、消除不同线圈回路之间的感性耦合等，以便使线圈结构与低场磁共振系统结合时能够实现人体参数的实时监测。
(5)本发明的结构简单，与各功能电路结合构成的射频线圈装置应用于磁共振成像系统中，在使用例如微波消融仪等做介入治疗时，通过射频线圈装置，磁共振成像系统可实现术中人体参数的无创实时监测，以达到对超声波聚焦病变靶组织温度的监测，因此实用性很强，适于在医疗机构中广泛地推广。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明射频线圈结构的立体结构示意图；
图2是图1所示射频线圈结构的另一方向的立体结构示意图；
图3是本发明射频线圈结构中线圈的立体结构示意图；
图4示出了蝶形线圈法线方向；
图5是采用本发明低场磁共振的水模图像；
图6是图5所示水模图像的ROI图像；
图7是本发明射频线圈结构应用于头部成像的示意图；
图8是采用本发明低场磁共振的头部图像。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，本发明的应用于介入治疗低磁场共振成像的射频线圈结构，包括由无磁绝缘材料制成的支撑框架4和设于支撑框架4上的线圈，线圈采用紫铜材料，无磁绝缘材料选用聚乙烯材料。
支撑框架4为圆筒形框架，记为筒体，其筒面上具有若干传输介入治疗设备的通口42，线圈避开通口布置。
支撑框架4的筒体外侧还形成一设备平台41，该设备平台用于置放线圈功能电路，同时设备平台上还设置有若干隔柱3，用于将支撑框架4保持间隔距离地固连至外部的安装基板5上。
线圈包括两个赫姆霍兹线圈单元1，每个赫姆霍兹线圈单元之间平行设置，在本实施例中，每个赫姆霍兹线圈单元中设有两路螺线管闭合线圈，螺线管闭合线圈之间的距离为11.5cm。
线圈还包括蝶形线圈2，由两路鞍形结构沿支撑框架横向并列排布、串联构成一路“8”字形蝶形线圈，两路鞍形结构其两路鞍形结构对称设置在支撑框架的两个相对侧面上且在支撑框架的顶面交叉，蝶形线圈2与螺线管闭合线圈交叉设置，即蝶形线圈2位于赫姆霍兹线圈的上方，位于交叉部位的蝶形线圈2与赫姆霍兹线圈1之间设有绝缘垫(图中未示出)，在其它实施方式中，两路鞍形结构2也可独立设置，分别位于支撑框架的两个侧面上，螺线管闭合线圈1形成平面的法线方向与鞍形结构形成平面的法线方向(如图4所示)垂直。
线圈沿筒体轴向在筒面整个长度上延伸的段称为直线段，在筒面一半长度上延伸的段称为半直线段，沿筒体周向延伸的段称为弧线段。
如图3所示，蝶形线圈的具体布线方式如下：由两条紫铜片在筒体上沿规定路径延伸布线。
第一条铜片的布线路径为：半直线段21、弧线段22、直线段23、直线段24、半直线段25，另一条铜片的布线路径为：半直线段21’、弧线段22’、直线段23’、直线段24’、半直线段25’。
其中半直线段21和半直线段21’、弧线段22和弧线段22’、直线段23和直线段23’关于筒体中垂面对称布置，直线段24和直线段24’在筒体顶面交叉布置且相互间隔绝缘，半直线段25和半直线段25’关于筒体中垂面对称布置。
半直线段21和半直线段25’交汇至设备平台41的第一侧壁面41a的中部，交汇点为a，半直线段21’和半直线段25交汇至设备平台41的第二侧壁面41b的中部，交汇点为b。
上述两条紫铜片沿规定路径延伸延伸，形成两路鞍形结构。
第一路鞍形结构包括沿筒体轴向平行间隔延伸的直线段21-25’和直线段23、沿筒体周向延伸的弧形段22，其中所述两直线段21-25’和23的8字型交汇部分位于筒体顶面上。
第二路鞍形结构由沿筒体轴向平行间隔延伸的直线段21’-25和直线段23’、沿筒体周向延伸的弧形段22’构成，其中所述两直线段21’-25和23’的8字型交汇部分位于筒体顶面上。
本发明的线圈结构结合现有常用各功能电路按常规连接构成射频线圈装置，与低场磁共振成像系统配套使用。
这些功能电路包括去耦电路6、失谐保护电路9、匹配电路10，均设置在电路板7上。其中，在每路螺线管闭合线圈、鞍形结构中分别连有合适的电容，以使线圈谐振在拉莫频率上，即ω＝γB0/2π，每路螺线管闭合线圈、鞍形结构的宽度可以选择，当线圈比较宽时，其电感较大，如果只串联一个电容，调谐难度大，此时可选择将线圈分为几段，在每段上串联一个较大电容，从而获得的等效电容较小，便于提高调谐精度，此外，线圈也自谐在共振频率上。
为了消除不同线圈回路之间的感性耦合，在赫姆霍兹线圈、蝶形线圈的不同回路之间设置有容性器件，容性器件可采用补偿电容或者补偿LC混合电路。
在每路螺线管闭合线圈、蝶形线圈的信号输出端增设匹配电路10，使线圈的输出达到最佳匹配50欧姆，从而获得较高的信噪比；每路螺线管闭合线圈、蝶形线圈的输出端还设有射频信号放大器8用于放大各线圈的输出信号。
本发明的工作原理如下：赫姆霍兹线圈形成平面的法线方向与低场磁共振系统的主磁场方向垂直，赫姆霍兹线圈用于监测该法线方向上的磁共振信号(FID信号)；蝶形线圈形成平面的法线方向同时与主磁场方向、螺线管形成平面的法线方向垂直，蝶形线圈用于监测蝶形线圈形成平面的法线方向上的磁共振信号(FID信号)。
本发明的工作过程是：射频线圈装置的通口为介入治疗设备探头提供无障碍传输的通道，实现对人体病变靶组织的聚焦升温，而赫姆霍兹线圈和蝶形线圈则负责监测不同方向上的磁共振信号，并将该磁共振信号传输给磁共振成像系统，由磁共振系统实时监测人体靶组织的温度变化，以便在介入治疗时采用较佳的能量释放方式来释放适当的能量，达到较好的治疗效果。除了距离线圈底面3cm～5cm范围之外，有效探测磁场范围覆盖射频线圈结构包含的其余部位。
从图5和图6中可看出，本发明射频线圈结构应用于低场磁共振成像系统中，所呈现的水模图像亮度比较均匀，说明本发明提供的射频线圈在水模亮度均匀的范围内能够很好地完成成像功能。
从图8中可看出，本发明射频线圈结构应用于低场磁共振成像系统中头部成像，所呈现的人体图像能够完全满足临床要求。
本发明的线圈排布形式具有多种变换方式，其中，赫姆霍兹线圈与蝶形线圈均可设置多路，根据不同情况，可对线圈的排布做适当地调整，线圈的排布形式必须满足赫姆霍兹线圈形成平面的法线方向与蝶形线圈形成平面的法线方向相垂直的要求；用于为介入探头提供无障碍治疗通道的通口还可以开在支撑框架的其它部位上，且其孔径变化范围在15～27cm之间，通口的形状还可以为椭圆、方形等其它形状；各路赫姆霍兹线圈之间的距离范围为15～30cm。
本发明支撑框架还可由其它无磁绝缘材料制成，如PPC材料等；射频线圈装置上设置的功能性电路可采用现有的其他电路结构，实现各路线圈之间的去耦合，整个射频线圈的输出达到最佳匹配。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，包括支撑框架和线圈，其特征在于，
所述支撑框架为圆筒形框架，记为筒体，由无磁绝缘材料制成，其筒面上具有若干传输介入治疗设备的通口，所述线圈避开所述通口布置，
所述线圈包括至少两赫姆霍兹线圈和至少一蝶形线圈，所述两个赫姆霍兹线圈沿筒体轴向平行布置，所述一蝶形线圈包括两路鞍形结构，这两路鞍形结构在筒体筒面上关于筒体中心线对称布置并且在筒体顶面呈8字型交汇，
其中，所述赫姆霍兹线圈形成平面的法线方向与低场磁共振系统的主磁场方向垂直，用于监测该法线方向上的磁共振信号，所述蝶形线圈法线方向同时与主磁场方向、赫姆霍兹线圈形成平面的法线方向垂直，用于监测蝶形线圈法线方向上的磁共振信号。
2.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述筒体上的鞍形结构外径大于赫姆霍兹线圈外径，位于交叉部位的蝶形线圈与赫姆霍兹线圈之间设有绝缘垫。
3.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述筒体外侧形成一设备平台，所述设备平台上置放有线圈功能电路，所述设备平台上还设置有若干连接座，用于将支撑框架固连至外部的安装基板上。
4.根据权利要求3所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述筒体的平台以外的筒壁部分仅保留支撑线圈的实体部分，其余部分均形成通口。
5.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述每个赫姆霍兹线圈中至少设有二路螺线管闭合线圈，每路螺线管闭合线圈形成的平面互相平行。
6.根据权利要求5所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述每路螺线管闭合线圈及蝶形线圈分段设置、串联有调谐电容。
7.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，每路鞍形结构在筒面上延伸，包括沿筒体轴向平行间隔延伸的两直线段、沿筒体周向延伸的弧形段，其中所述弧形段在两直线段末端之间延伸，所述两直线段的交汇部分位于筒体顶面上，呈8字型交汇于筒体顶面中心。
8.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述圆筒形框架分为上下两部分，二者对接固连。
9.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述支撑框架还包括套设在所述线圈外部的由无磁绝缘材料制成的外壳，该外壳与筒体连接，用于将线圈包裹在二者形成的空间中。
10.根据权利要求1所述的应用于介入治疗的低磁场正交射频线圈结构，其特征在于，所述线圈采用紫铜材质，所述支撑框架采用聚乙烯材质或PPC材质。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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