CN202133768U

CN202133768U - 用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置

Info

Publication number: CN202133768U
Application number: CN201120200169U
Authority: CN
Inventors: 方磊; 徐俊
Original assignee: SHANGHAI CHENGGUANG MEDICAL TECHNOLOGIES CO LTD
Current assignee: SHANGHAI CHENGGUANG MEDICAL TECHNOLOGIES CO LTD
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-06-14

Abstract

本实用新型公开了一种用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，其线圈电路由2个正对的容积式环形线圈加上2个互有交叠的蝶形线圈组成，线圈电路的2个环形线圈相互正对，间距为其半径。相对于现有技术，可在同等条件下大幅提升信噪比，非常适合医学影像行业开展动物实验及临床检查。

Description

用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于磁共振成像系统的射频线圈装置，特别是涉及一种对在生物学或医学中使用的小动物，如老鼠、兔子等进行磁共振成像的容积式动物射频线圈装置。

背景技术

磁共振影像系统(MRI)是核磁共振(NMR)在医学上的一个应用。磁共振影像系统的主磁系统产生一均匀强磁场(称为MRI系统主磁场-B₀)。人体中的氢原子核在B₀场下发生自旋极化。磁极化的氢原子核自旋在人体中产生磁矩i。在没有B₀以外的外磁场激励情况下，该磁矩处于稳态，方向和主磁场B₀方向同轴向，不产生有用的信息。

当有外加的均匀的射频(RF)磁场(称为激发磁场或B₁磁场)存在时，人体内磁矩受激产生核磁共振信号，经接受线圈采集，电子线路和软件整合处理后，最终获取磁共振影像系统(MRI)的数据和图像。

具体而言，射频发射线圈在所需探测的图像区域产生B₁磁场，该射频发射线圈由采用功率放大器的受计算机控制的射频发射器驱动。在激发过程中，原子核自旋系统吸收能量，使磁矩绕着主磁场方向进动。在激发后，进动的磁矩将经历自由感应衰减(FID)，释放其吸收的能量并返回稳态。自由感应衰减(FID)过程中释放的能量以射频电磁场向周围传播，在人体受激部分附近放置的接收射频线圈会受此射频电磁场感应而产生感应电压，经前置放大器放大后即得到核磁共振(NMR)信号。接收射频线圈可以是发射线圈本身也可以是专门接收射频信号的独立线圈。集成在主磁场系统中的梯度线圈可以产生附加脉冲梯度磁场，选择性地激发所需要位置的体内的原子核，并对信号进行频率编码和相位编码，在空间频率坐标系(k空间)中建立一幅完整的核磁共振信号图，最终经过傅立叶变换，在寻常空间(R空间)内得到一幅完整的磁共振影像。

在磁共振影像系统(MRI)中，发射线圈和接受线圈所产生的磁场的均匀性是获得高质量图像的一个关键因素。在一般的磁共振影像系统中，通常采用整体射频线圈取得最佳激发场均匀性。整体射频线圈是系统中最大的射频线圈。但是，如果同时使用较大的线圈接收，则会产生较低的信噪比(SNR)，这主要是因为这样的接受线圈与参与成像的信号发生组织距离较远。因为在磁共振影像系统(MRI)中最重要的是高信噪比(SNR)，所以经常采用专用线圈进行射频接收以提高所需探测部分的信噪比(SNR)。

在实用中，设计较佳的专用射频线圈应当具有下列功能：高信噪比、好的均匀性，谐振电路的高空载质量因子(Q)。此外，线圈装置必需设计成适于医生操作并具有舒适度，而且在病人与射频电子设备之间提供保护屏障。一种提高信噪比(SNR)的方法是正交接收。在这种方法中，由覆盖所需探测区域的两个互相独立的线圈探测两个信号。采用正交接收的射频信号信噪比是采用单个线性线圈情况时的

倍。另外一种提高信噪比的方法是相控阵线圈技术。为了对一个较大的区域进行成像，如果使用单个较大的线圈，线圈所覆盖的所有区域的噪声均进入线圈，因此信噪比差。如果使用相控阵技术，使用多个独立的小线圈一起覆盖此区域，由于只有临近线圈的很小区域的噪声才能进入线圈，因此能够有效地提高信噪比。

SENSE，是SENSitivity Encoding的缩写，即敏感性编码。所谓SENSE线圈实质上是采用了SENSE采样技术的相控阵线圈。它是目前最高端的线圈。它能在保持图像分辨率不变的情况下极大地缩短了成像时间，这种技术已经能够对心脏的跳动及心脏内血液向动脉的喷射过程进行实时动态成像。

动物线圈是指对在生物学或医学中使用的小动物，如老鼠、兔子等进行磁共振成像的射频线圈。目前市场上有两种动物线圈的设计方案，一种是采用多通道环形表面线圈进行设计，此方案制作工艺较为简单，图像的成像质量比较一般，一旦某个通道出现故障时，整幅图像将会产生明显的不均匀。第二种方案是采用蝶形线圈与环形线圈的结合的表面线圈。蝶形线圈在信噪比这方面较为出色，因此，此设计方案所得到的图像质量相对较高，然而，相对于多通道环形线圈而言，此方案在生产过程中牵涉到大量的调试工作，需要大规模生产的话，对于生产人员的素质要求较高。

实用新型内容

为了解决现有技术中环形线圈信噪比不够，难以满足临床动物实验的需求；以及蝶形线圈与环形线圈相结合的表面线圈生产工艺复杂的缺陷，本实用新型敏感地把握了动物实验中被测物体所具有的特殊性，同时结合了磁共振线圈的接收原理，以一个突破性的设计理念颠覆了水平场磁共振系统中所有阵列线圈均为表面线圈的传统，将动物射频线圈做成了一个多通道容积式相控阵线圈，此设计极大地增加了线圈的通道的接收效率，100％无损失地采集了来自于被测物体的射频信号，实现了理论信噪比的最优化。相对简单的线路布置又大大加快了线圈生产的工业化流程。

本实用新型是一种专用于对实验小动物如老鼠、兔子等进行磁共振成像的容积式动物射频线圈装置。

本实用新型解决现有技术不足之处采取的技术方案是：一种用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，包括安装在总体外壳上端面凹槽中的圆筒形线圈内壳，线圈内壳外侧贴敷线圈电路，线圈内壳外罩线圈外壳，并与总体外壳封闭，其特征是：线圈是由2个正对的容积式环形线圈加上2个互有交叠的蝶形线圈组成。线圈电路的2个环形线圈相互正对，间距为其半径，产生的磁场方向垂直于主磁场，在进行实验时，被测物体的感兴趣区域径直穿越这两个通道。

线圈内壳的内孔直径为50毫米，视野范围约为60毫米，此空间的大小基本能够确保被测动物的任意部位能够穿越该线圈，使得被测物体的感兴趣区域永远处于线圈最有效率的接收区域。

总体外壳为一长方体，其上端面的凹槽为圆弧形凹槽，并贯通总体外壳上端面，被测小动物就被置于此槽中。

线圈内壳安装在总体外壳长度的三分之一处，外罩线圈外壳，并与总体外壳封闭。

总体外壳两侧设有动物固定锁扣，可根据被测小动物的体积和形状进行不同设计。

总体外壳与线圈外壳为可拆卸式配合或整体成型。

本实用新型的有益效果是：解决了现有技术中蝶形线圈与环形线圈相结合的动物表面线圈存在的线圈调试工作比较复杂，难以进行快速高效的生产，以及环形线圈信噪比较低不够高精度实验的问题。本实用新型采用了2个容积式环形线圈叠加2个蝶形线圈的设计方法，实现了信号接收最大化，工艺简单便于生产化的优势，非常适用于对实验小动物如老鼠、兔子等进行磁共振成像，并且在信噪比、均匀性等方面完成了巨大的突破。

采用本实用新型的构思，我们制作了4通道纯环形线圈、2个蝶形线圈与2个环形线圈的结合的4通道表面线圈、2个容积式环形线圈叠加2个蝶形线圈的4通道线圈，并将其置于Siemens 3.0T Verio系统上进行比较，采用水模进行测试，2个蝶形线圈与2个环形线圈的结合的4通道表面线圈的信噪比约为4通道纯环形线圈的140％以上，2个容积式环形线圈叠加2个蝶形线圈的4通道线圈的信噪比约为2个蝶形线圈与2个环形线圈的结合的4通道表面线圈的140％以上，同时，在2个容积式环形线圈叠加2个蝶形线圈的4通道线圈中单个环形线圈断开的情况下，其信噪比仍不低于2个蝶形线圈与2个环形线圈的结合的4通道表面线圈的100％。就此性能测试结果而言，可以说，2个容积式环形线圈叠加2个蝶形线圈的4通道线圈具有无可比拟的优势。

附图说明

图1是本实用新型的整体示意图。

图2是现有技术的一种4通道纯环形线圈示意图。

图3是现有技术的另一种2个蝶形线圈与2个环形线圈的结合的4通道表面线圈的示意图。

图4是本实用新型线圈的使用状态模拟图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步的说明。

图1是根据本实用新型制作的用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置。线圈装置总体外壳1为一长方体，上端面中间有一圆弧形凹槽2穿过，被测小动物就被置于此槽中。在线圈装置总体外壳长度的三分之一处的上端面凹槽中，安装有圆筒形线圈内壳，外罩线圈外壳7，并通过侧盖板4与总体外壳封闭。侧盖板开有圆孔5，圆孔口设向线圈内壳方向延伸的圆形接口8。总体外壳内安装有主板11，在总体外壳底部用螺丝安装上底板10后，装置形成牢固、美观的整体。线圈内壳外侧贴敷线圈电路，线圈电路由2个正对的环形线圈3和6加上2个互有交叠的蝶形线圈9和13组成，用以产生均匀磁场。线圈内壳的内孔直径为50毫米，亦可视动物体大小定制，整个动物可被置于此腔体内，或仅仅是动物的相关部分被置于此腔体内。此线圈设计为专用接受线圈，由于被测动物体的感兴趣区域径直穿越2个正对的环形线圈3和6，而此处恰恰又是线圈磁场最强的区域，因此信号几乎100％的被线圈接收从而使线圈的信噪比得到理论上的最大化，显著的提高了磁共振成像的质量。总体外壳两侧设有4个动物固定锁扣12，用来固定被测小动物。总体外壳与线圈外壳为可拆卸式配合，也可整体成型。

图2是现有技术的一种4个环形线圈结构的4通道表面线圈的示意图。由于环形线圈是表面线圈，虽然紧贴被测物的表面也能产生较高的信噪比，但实际情况是无论如何紧贴，线圈与被测物体中总会存在一层绝缘体间隔，因此，始终无法实现最优化，而且，线圈存在一个共性——以构成线圈环形的平面为中心，离这个中心越远，信号就会出现急剧的下降，导致信噪比随之一起出现下降。因此，这种4个环形表面线圈设计产生的一个必然的结果就是，图像的边缘信号极强，而中心则会产生较多的衰减。

图3是现有技术的另一种2个蝶形线圈与2个环形线圈相结合的4通道表面线圈结构示意图。虽然比起4个环形线圈的设计而言，此款线圈的信噪比得到了大幅的提高，中心区域的信号也明显得到增强，但是该设计依然存在表面线圈的弊病，没有达到最高的接收效率。同时，该款线圈在解决通道间crosstalk的过程中，牵涉到大量的调试工作，生产人员对质量起了极为关键的作用，因此对于生产人员的素质要求较高。

图4是本实用新型线圈的使用状态模拟图，由图可见两个环形线圈3和6产生的磁场方向为X方向，完全垂直于Z轴——也就是B₀场方向，两个蝶形线圈9和13产生的磁场方向为Y方向，是2个接收来自于Y方向信号的表面线圈。在进行动物实验时，研究人员将被测动物沿X方向置入线圈内并固定，在扫描状态时，被测动物穿过了环形线圈3和6所产生的平面，而这两个平面恰恰是射频线圈产生的磁场最强的区域，因此，信号被最大化的采集处理，图像所呈现的信噪比也就是最优化的信噪比。

本领域的普通技术人员对如图1所示的线圈设计也可以做一定的修改或替换而不背离本发明所述的精神及原则，比如扩大尺寸来实现对狗，或者兔子等较大的动物进行实验的线圈设计。

虽然这里引用特定的实施例及其应用描述了本文所揭示的实用新型，但是本领域普通技术人员在不违背权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下，可对这些实施例做出各种修正与变化。

Claims

1.一种用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，包括安装在总体外壳上端面凹槽中的圆筒形线圈内壳，线圈内壳外侧贴敷线圈电路，线圈内壳外罩线圈外壳，并与总体外壳封闭，其特征是：线圈电路由2个正对的容积式环形线圈加上2个互有交叠的蝶形线圈组成，线圈电路的2个环形线圈相互正对，间距为其半径。

2.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，其特征是：线圈内壳的内孔直径为50毫米，视野范围约为60毫米。

3.根据权利要求1所述的用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，其特征是：总体外壳为一长方体，其上端面的凹槽为圆弧形凹槽，并贯通总体外壳上端面。

4.根据权利要求1或2所述的用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，其特征是：线圈内壳安装在总体外壳长度的三分之一处，外罩线圈外壳，并与总体外壳封闭。

5.根据权利要求1、3或4所述的用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，其特征是：总体外壳两侧设有动物固定锁扣。

6.根据权利要求1或4所述的用于磁共振成像系统的容积式动物射频线圈装置，其特征是：总体外壳与线圈外壳为可拆卸式配合或整体成型。