CN204575834U - 用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈 - Google Patents
用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，工作于磁共振频率f0，主磁场强度为B0的开放式磁共振成像系统中，包括四组第一线圈，所述四组第一线圈围合在成像区域外围的柱面上，其中每两组所述第一线圈设置于主磁场方向的同一侧，所述主磁场方向两侧的第一线圈沿主磁场方向对称设置。本实用新型采用四组第一线圈对称分布的结构，使得多通道射频线圈作为一个整体结构统一，能够在感兴趣区域产生均匀的磁场，从而使得整个射频线圈成像区域的图像更加均匀，以适用于开放式磁共振成像系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁共振成像领域，尤其涉及一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈。
背景技术
磁共振成像(MRI，英文全称：Magnetic Resonance Imaging)具有高度的软组织对比度、精确的空间和时间分辨力、任意平面三维成像能力、对流动及温度的敏感性、脑功能成像和无电离辐射等优势，给病灶的诊断带来了很大方便，成为影像导引手术的首选。开放式MRI的出现，使术中“实时”(real-time)成像成为可能，同时开放式MRI系统，提供更大的检查空间，适合肥胖和患幽闭恐惧症患者。
射频线圈是成像系统的一个重要元件，其提供了两个作用，一是在拉莫尔频率产生射频脉冲来激发物体中的质子，提供这种作用的线圈，通常将它称作发射线圈；另外一种则是用来接收由物体中的质子在同样的频率下所发出的射频信号，具有这种作用的线圈被称作接收线圈。其中，接收线圈通常采用表面线圈，由于表面线圈包括不同形状的单圈或螺旋形状，体积比较小，只会接收到附近的噪声信号，所以具有高信噪比。
接收线圈作为接收链的最前端，对成像质量有着举足轻重的作用，直接影响图像和信噪比。接收线圈的电气结构主要包括由导电材料做成的线圈体，和连接在线圈体中的电容和电感。在工作状态下，接收线圈环绕着病人的被检查的部位，其输出阻抗与后端数据收集设备匹配，并且在线圈内部具有均匀的电磁场分布，引出的谐振信号具有良好的信噪比，从而获得清晰无畸变的样品图像；当接收线圈不工作时，处于失谐状态，不会干扰发射线圈和系统中其它设备的工作。
相控阵线圈是由两个以上的小线圈或线圈单元组成的线圈阵列。这些线圈可以彼此邻接组成一个大的成像区间，使其有效空间增大，各线圈也可以相互分离。但无论哪一种连接方法，其中的每一个小线圈均可以同时接收对应小区域的信号，且在信号采集后，通过图像融合的方法使之相互联系，这里的每个线圈单元均可作为独立线圈看待，该独立线圈中的噪声仅来源于所对应的小区域，因此有很高的信噪比。但是每个线圈单元之间的相互耦合比较复杂，如果各个线圈单元之间不能消除耦合，相控阵线圈就不能正常工作。而且由多个线圈单元围合的成像区域内部空间射频电磁场分布的均匀性也是线圈的主要性能指标。
相控阵射频线圈既具有表面线圈的优点，又能提供较大的感兴趣区域，同时可以与多种并行成像技术相结合，与其他种类线圈相比较具有高信噪比，高图像空间分辨率，快速成像的特点。然而目前大多数多通道相控阵线圈的设计都是针对超导高场MRI系统，其主磁场的方向为沿轴向方向；由于以永磁体为代表的开放式MRI主磁场方向为径向方向，加之其操作空间的限制，用于高场MRI的多通道射频线圈不能直接用在开放式MRI系统中。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，工作于磁共振频率f0，主磁场强度为B0的开放式磁共振成像系统中，包括四组第一线圈，所述四组第一线圈围合在成像区域外围的柱面上，其中每两组所述第一线圈设置于主磁场方向的同一侧，所述主磁场方向两侧的第一线圈沿主磁场方向对称设置。
较佳地，每组第一线圈由n个第一线圈单元上下排列组成，其中n为正整数，每个第一线圈单元中心的磁场方向与主磁场方向的夹角均相同，且为50°～65°。
较佳地，每个第一线圈单元中心的磁场方向与主磁场方向的夹角为60°。
较佳地，位于主磁场方向同一侧的两组第一线圈之间还设有第二线圈。
较佳地，每组所述第二线圈由m个第二线圈单元上下排列组成，其中m为正整数。
较佳地，位于主磁场方向同一侧的相邻的两个线圈单元之间有重叠部分。
较佳地，每两个相邻的线圈单元之间导电铜带线相邻处，分别接入相互耦合的电感或通过串并联电容相互连接。
较佳地，相隔一个线圈单元的两个线圈单元之间通过T型网络相互连接。
较佳地，所述线圈单元中连接有调谐电路、匹配电路和失谐电路。
较佳地，所述第一线圈围成的区域外侧套设有赫姆霍兹线圈、鞍型线圈或环形线圈，所述赫姆霍兹线圈、鞍型线圈或环形线圈产生的磁场方向与所述第一线圈产生的磁场方向垂直。
与现有技术相比，本实用新型提供的一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，工作于磁共振频率f0，主磁场强度为B0的开放式磁共振成像系统中，包括四组第一线圈，所述四组第一线圈围合在成像区域外围的柱面上，其中每两组所述第一线圈设置于主磁场方向的同一侧，所述主磁场方向两侧的第一线圈沿主磁场方向对称设置。本实用新型采用四组第一线圈对称分布的结构，使得多通道射频线圈作为一个整体结构统一，在感兴趣区域产生均匀的磁场，从而使得整个射频线圈成像区域的图像更加均匀，以适用于开放式磁共振成像系统中。同时，采用了多种去耦方法，使得各线圈工作在相互独立的状态，提高了线圈的信噪比。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈的结构示意图；
图2为本实用新型实施例一的用于开放式磁共振成像系统的俯视图；
图3a～3c分别为线圈单元之间三种去耦方式的示意图；
图4为线圈单元中调谐电路、匹配电路和失谐电路的示意图；
图5为本实用新型实施例二的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈的结构示意图；
图6为本实用新型实施例二的用于开放式磁共振成像系统的俯视图。
图1-4中：110-第一线圈单元、111-第一调谐电路、112-第二调谐电路、113-第一失谐电路、114-第二失谐电路、115-匹配电路、116-第一电感、117-第二电感、120-填充区域、130-重叠部分；
图5-6中：210-第一线圈单元、220-重叠部分、230-赫姆霍兹线圈。
具体实施方式
为了更详尽的表述上述实用新型的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。
实施例一
本实用新型提供的一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，如图1和图2所示，工作于磁共振频率f0，主磁场强度为B0的开放式磁共振成像系统中，包括四组第一线圈，较佳地，请重点参考图2，每组第一线圈由n个第一线圈单元110上下排列组成，其中n为正整数(图1和2中均为n＝1的情况)，四个所述第一线圈单元110围合在成像区域外围的柱面上，其中每两个第一线圈单元110设置于主磁场B0方向的同一侧，所述主磁场B0方向两侧的第一线圈单元110沿主磁场B0方向对称设置。本实用新型采用四组第一线圈对称分布的结构，使得多通道射频线圈作为一个整体结构统一，在感兴趣区域产生均匀的磁场，从而使得整个射频线圈成像区域的图像更加均匀，以适用于开放式磁共振成像系统中。
较佳地，每个第一线圈单元110中心的磁场方向(图2中虚线所示)与主磁场B0方向的夹角为50°～65°，最优为60°，此时成像区域的图像最为均匀。
由上述描述可知，当第一线圈单元110的角度(50°～65°)一定时，其弧长l会决定每个第一线圈单元110覆盖的区域，当第一线圈单元110的弧长l较长时，位于主磁场B0方向同一侧的第一线圈单元110之间会有重叠部分，请参考图5和图6，这种情况将在实施例二中重点描述；另一种情况是当第一线圈单元110的弧长l较短时，位于主磁场B0方向同一侧的两组第一线圈单元110之间会有填充区域120，此时，需要在位于主磁场B0方向同一侧的两组第一线圈之间(即填充区域120内)填充第二线圈(未图示)，较佳地，每组所述第二线圈由m个第二线圈单元上下排列组成，其中m为正整数，当然，所述第二线圈单元的数量，将由所述填充区域120的大小以及各个第二线圈单元的弧长所决定，此处不予限定。也就是说，通过第一线圈单元110的对称排布，必要时候增加第二线圈单元进行填充，实现在感兴趣区域产生均匀的磁场的作用。
上述的每个线圈单元(以下均包括第一线圈单元110和第二线圈单元)作为一个通道；且每个线圈单元均可以单独工作，也可以同时工作；每个线圈单元既可以作为发射线圈使用，也可以作为接收线圈使用。
由于每个线圈单元之间会产生相互耦合，影响成像效果，故提供三种去耦合的方法，具体如下：
第一种，请重点参考图3a，位于主磁场B0方向同一侧的相邻的两个线圈单元之间有重叠部分130，图中相邻线圈单元分别采用平面上的特定形状的导电金属条构成；两个线圈单元之间的重叠部分130使得工作状态下两个线圈单元之间产生电磁感应，根据法拉第电磁感应定律，两个相邻的线圈单元中感应出来的电流产生的磁场可以和线圈单元的重叠部分130产生的磁场相抵消，所以当两个线圈单元的相对位置固定时空间位置重叠方法可以消除相邻线圈单元间的强耦合。
调整相邻两线圈单元的重叠部分130的大小，可以使得在相邻线圈单元间的互感为零，实现空间位置去耦。相邻线圈单元的重叠导电铜带线产生电容，调整该部分导体相互之间的距离和重叠部分的大小，即可调整该电容值。一般的磁共振射频线圈装置采用具有一定宽度的铜带线构成每个射频线圈，物理学知识表明，平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比，和正对面积S成正比，与极板间的距离d成反比，有：
C＝ε·s/d
所以挖去重叠边框的导体的交叉部分的面积，调整交叉部分的重叠边框之间的距离，可以减少因为导体的重叠产生的电容，从而消除射频线圈之间的耦合。
具体地，当相邻的两个线圈单元均为圆形时，所述重叠部分130的面积占单个线圈单元总面积的10％；当相邻的两个线圈单元均为矩形时，所述重叠部分130的面积占单个线圈单元总面积的25％，此时，去耦效果最佳。
第二种，请重点参考图3b，每两个相邻的线圈单元之间导电铜带线相邻处，分别接入相互耦合的电感L，或通过串并联电容相互连接，进一步消除两个相邻线圈单元之间的耦合。
图中有两个线圈单元展示在平面上，在线圈单元相邻的边框上分别接入相互耦合的电感L，可以有效消除二者之间的耦合，在电路原理图上，相当于在两个相邻的线圈单元里插入一个变压器，变压器的原边和副边分别接入相邻线圈单元的竖直导体上，变压器产生的涡流可以抵消耦合产生的涡流。
第三种，请重点参考图3c，相隔一个线圈单元的两个线圈单元之间通过T型网络相互连接，也就是说，端口A与一个线圈单元相连，端口B与另一个线圈单元相连，端口C接地，以两个同侧的第一线圈单元110之间有一个第二线圈单元为例，其中的一个第一线圈单元110与同侧的第一线圈单元110之间(相隔一个第二线圈单元)通过T型网络相互连接；同时，该第一线圈单元110也要与不同侧的第二线圈单元(相隔一个第一线圈单元110)通过T型网络相互连接，若第二线圈单元的数量增加，则按照上述方式，依此类推，此处不予赘述。
需要说明的是，上述去耦方式可以彼此单独使用，也可以同时使用，相互配合以得到最佳的去耦效果，从而提高线圈的信噪比。
较佳地，请重点参考图4，所述线圈单元中连接有调谐电路、匹配电路115和失谐电路。
具体地，所述调谐电路包括第一调谐电路111(由谐振电容组成)和第二调谐电路112(由两个串联的电容组成)；第一失谐电路113、第二失谐电路114(均由两个反向并联的二极管组成)和匹配电路115(匹配电容)；调谐电路用于在某个线圈单元工作状态下，使该线圈单元谐振于磁共振频率f0；失谐电路用于当该线圈单元不工作时，将该线圈单元置于失谐状态；匹配电路115用于将线圈单元在工作状态下与连接电路相匹配。
在本实施例中，第一失谐电路113和第一电感116串联，之后再与第一谐振电路111并联，使谐振回路失谐；第二失谐电路114和第二电感117串联，之后再与匹配电路115并联，使匹配电路115失谐；其有益效果是，在发射线圈工作时，二极管导通，接收线圈处于失谐状态。
本实施例中，采用开关二极管来实现发射线圈与接收线圈的分时工作，当发射线圈工作时，作为接收线圈的各线圈单元会接收到很强的射频信号，使二极管导通，从而电容和电感构成并联谐振，在工作频率会产生一个很大的阻抗，从而线圈单元处于失谐状态。
实施例二
请重点参考图5和图6，本实施例中，每组第一线圈同样只包括一个线圈单元210(即n＝1的情况)，所述第一线圈单元210的弧长l较长，位于主磁场B0方向同一侧的第一线圈单元210之间有重叠部分220，此时则不需要使用第二线圈。
较佳地，本实施例中，所述线圈单元围成的区域外侧套设有赫姆霍兹线圈230，所述赫姆霍兹线圈230产生的磁场Bh的方向与所述线圈单元的磁场方向垂直，具体地，所述线圈单元的磁场方向在主磁场B0所在的水平面上，而所述赫姆霍兹线圈230的磁场方向则为垂向(即图中Bh所示的方向)，二者为正交关系，所述线圈单元与赫姆霍兹线圈230相结合，以进一步提高射频线圈的性能，当然，所述赫姆霍兹线圈230可以用鞍型线圈或环形线圈来替换，其结合方式一致，但电路结构略有不同，但现有技术中的方式即可实现，且此处并非本实用新型专利重点，因此不予赘述，所述线圈单元与鞍型线圈或环形线圈相结合，也可以达到提高射频线圈性能的效果。
综上所述，本实用新型提供的一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，工作于磁共振频率f0，主磁场强度为B0的开放式磁共振成像系统中，包括四组第一线圈，所述四组第一线圈围合在成像区域外围的柱面上，其中每两组所述第一线圈设置于主磁场方向的同一侧，所述主磁场方向两侧的第一线圈沿主磁场方向对称设置。本实用新型采用四组第一线圈对称分布的结构，使得多通道射频线圈作为一个整体结构统一，在感兴趣区域产生均匀的磁场，从而使得整个射频线圈成像区域的图像更加均匀，以适用于开放式磁共振成像系统中。
显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，工作于磁共振频率f0，主磁场强度为B0的开放式磁共振成像系统中，其特征在于，包括四组第一线圈，所述四组第一线圈围合在成像区域外围的柱面上，其中每两组所述第一线圈设置于主磁场方向的同一侧，所述主磁场方向两侧的第一线圈沿主磁场方向对称设置。
2.如权利要求1所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，每组第一线圈由n个第一线圈单元上下排列组成，其中n为正整数，每个第一线圈单元中心的磁场方向与主磁场方向的夹角均相同，且为50°～65°。
3.如权利要求2所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，每个第一线圈单元中心的磁场方向与主磁场方向的夹角为60°。
4.如权利要求1所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，位于主磁场方向同一侧的两组第一线圈之间还设有第二线圈。
5.如权利要求4所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，每组所述第二线圈由m个第二线圈单元上下排列组成，其中m为正整数。
6.如权利要求2或5所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，位于主磁场方向同一侧的相邻的两个线圈单元之间有重叠部分。
7.如权利要求2或5所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，每两个相邻的线圈单元之间导电铜带线相邻处，分别接入相互耦合的电感或通过串并联电容相互连接。
8.如权利要求2或5所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，相隔一个线圈单元的两个线圈单元之间通过T型网络相互连接。
9.如权利要求2或5所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，所述线圈单元中连接有调谐电路、匹配电路和失谐电路。
10.如权利要求1所述的用于开放式磁共振成像系统的多通道射频线圈，其特征在于，所述第一线圈围成的区域外侧套设有赫姆霍兹线圈、鞍型线圈或环形线圈，所述赫姆霍兹线圈、鞍型线圈或环形线圈产生的磁场方向与所述第一线圈产生的磁场方向垂直。
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