CN219245744U - 一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，包括单环线圈、支撑架、以及网络分析仪，所述单环线圈主要由环形主体和长柄部分组成，均由射频同轴线制成，长柄部分一端连接环形主体，所述支撑架主要由可拆卸三部分组成，分别是底板、支架、定位圆板，其中，所述支架用于连接底板和定位圆板，其中，在测试时所述单环线圈插接在定位圆板上的不同孔位上，所述网络分析仪的一个测试端口通过射频连接线连接单环天线，另一个测试端口连接线圈激励口。本实用新型构造相对简单，成本较低，线圈无需进入磁体，在工作台上就能较为快速，便捷地测试射频发射线圈的B1场均匀性以及谐振频率。

Description

一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置。

背景技术

磁共振成像（MRI）是一种广泛应用在医学成像上的技术，用于显示人体体内结构或生物组织结构，具有图像分辨率高、软组织对比度高、任意多方位成像、成像参数丰富和无电离辐射等优点。

射频线圈是MRI系统的关键组件，直接影响图像信噪比。磁共振成像系统通过射频发射线圈发射电磁波对特定元素进行激发，人体组织中产生共振信号，被射频接收线圈接收，再通过模数转换器传输进计算机进行图像重建。

根据线圈的功能进行分类，可分为发射线圈，接收线圈，收发一体线圈。发射线圈所发射的射频场需要在整个线圈容积内分布均匀，即对B1场的均匀度有较高的要求。根据线圈自身的特点，射频线圈可粗略分为体线圈和表面线圈。体线圈是一种能将被试对象包裹的线圈，一般而言有着较均匀的B1场分布，因此一般用作发射线圈。

射频发射线圈所激励的射频场（B1场）是否均匀是衡量一个线圈性能的重要指标之一。B1场的空间不均匀性将导致翻转角与其标称值的局部偏差。这些偏差会影响定量的MRI技术如灌注，磁化传递，T1, T2成像等。

现有的测量B1场均匀度技术有理论计算、软件仿真、基于MRI系统测试、搭建电子模块系统进行测量等。

理论计算-基于Biot–Savart定律或麦克斯韦方程能够直接计算线圈内部各个点的磁场强度，使线圈B1场分布可视化；软件仿真-使用三维有限元搭建软件模型，计算B1场分布。通常来说，软件的分析需要一个强大的计算系统并且过程极为耗时。理论计算和软件仿真无法考量到现实因素，结果仅能作为一个参考。

基于MRI系统测试-通过测量放置在谐振腔内的仿体的磁场强度来直接映射射频场。通常，单个体素中的B1振幅是由在两个不同翻转角度获得的梯度回波或自旋回波MRI图像的比值得出的。该方法通过对仿体成像，再经过后处理后得到场分布图，即通过经过计算机后处理后的 B1-Mapping 来判定线圈内部的射频场空间均匀性，该种方法需要进入磁体测试，并应用特定的扫描序列才能完成B1-Mapping的绘制。

搭建电子模块系统测量-(i)使用定序器提供可变宽度和可调重复频率的射频脉冲。 (ii) 使用调制器进行特定的包络进行射频调制。 (iii)使用基于的双重平衡混合器的相敏检波器，设计为双面带和抑制载波，用于观察射频调幅。该方法利用各个模块组合在一起后，模拟MRI系统的工作，根据时序发射相应的脉冲，在特定的频率下，射频线圈的响应可以用检测到的电压来描述，电压与线圈产生的射频场成正比。

后两种方法虽然能够很好地考虑现实因素，更全面地测量射频场幅度，但是操作繁琐，较为耗时，且成本较高。因此研发一种准确、便捷、操作方便的，能够测量不同类型体线圈磁场均匀度的装置格外重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其能够测量线圈磁场均匀度和频率。

为此，本实用新型提供了一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，包括单环线圈、支撑架、以及网络分析仪，所述单环线圈主要由环形主体和长柄部分组成， 均由射频同轴线制成，长柄部分一端连接环形主体，所述支撑架主要由可拆卸三部分组成，分别是底板、支架、定位圆板，其中，所述支架用于连接底板和定位圆板，其中，在测试时所述单环线圈插接在定位圆板上的不同孔位上，所述网络分析仪的一个测试端口通过射频连接线连接单环天线，另一个测试端口连接线圈激励口。

进一步地，上述底板沿发射体线圈的长度方向平放在发射体线圈内，所述定位圆板安装在支架上，其板面相对于发射体线圈的轴线垂直，所述单环线圈的长柄部分相对于定位圆板板面垂直布置。

进一步地，上述定位圆板上具有同心环状布置的若干孔位。

进一步地，上述定位圆板通过一对插销插接定位至支架上。

进一步地，上述支架具有呈三角形排布的三个插销，所述底板上具有沿其长度方向排列的若干组孔位，每组孔位具有与三个插销一一对应的定位插孔。

进一步地，上述用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置还用于鸟笼线圈工作频率的测量，相应地，所述装置还包括用于将两路频率进行合并再输出的接口盒，其中，所述网络分析仪的两个测试端口分别与单线圈测试环以及接口盒的输出进行连接，所述鸟笼线圈的I路、Q路均与接口盒连接作为输入。

相较于现有技术，本实用新型构造相对简单，成本较低，线圈无需进入磁体，在工作台上就能较为快速，便捷地测试射频发射线圈的B1场均匀性以及谐振频率，并且也能够兼容无载和有载的情况，能够与理论计算值起到一个补充以及对照作用。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置中的单环线圈的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置中的支架的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置中的底板的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置中的定位圆板的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置中的支撑架的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置的结构示意图。

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实用新型。

术语解释

射频线圈： 核磁共振系统中用于发射射频脉冲（或）接收磁共振信号的硬件。

发射线圈：发射线圈在特定的拉莫尔频率下产生射频脉冲，激发被测物体的核素进动并成像。其发射射频脉冲产生的B1场垂直于主磁场B0。理想情况下，成像空间内B1场的强度和相位应是均匀的，这样核素才能被均匀的激发。

拉莫尔频率： 其符合数学关系

，其中 />

为拉莫尔频率，以赫兹表示； />

为主磁场强度，以特斯拉表示；/>

为旋磁比，为两者间的比例常数，对于特定核素来说，它为一固定值，由核素的自旋状态决定。

鸟笼线圈： 线圈的其中一种分类，由调谐匹配电路、笼腿和底环组成。常见的鸟笼线圈有8腿，12腿，16腿。 它产生的射频磁场是纵向的笼腿和底环上的电流产生的磁场共同叠加作用的结果，一般来说大多数的鸟笼线圈采用双端口正交激励。

磁场均匀性： 在磁共振成像设备中，特定容积通常采用与磁体中心相同、具有一定直径的球形空间，磁场均匀性以主磁场的百万分之一（ppm）为单位定量表示。是衡量发射线圈性能的关键指标之一。

网络分析仪：一种能在宽频带内进行扫描测量以确定网络参量的综合性微波测量仪器。全称是微波网络分析仪。网络分析仪是测量网络参数的一种新型仪器，可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。

S参数：全称为Scatter 参数，即散射参数。S参数描述了传输通道的频域特性。以二端口网络为例，二端口网络有四个S参数，S_ij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量。S11：端口2匹配时，端口1的反射系数； S22：端口1匹配时，端口2的反射系数； S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数； S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数。

结合参照图1至图6，本实用新型的用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度和频率的装置包括单环线圈1、支撑架2、以及网络分析仪6。

单环线圈1由环形主体11和长柄部分12组成， 均使用射频同轴线制成。长柄部分12一端连接环形主体11，另一端连接网络分析仪6的一射频连接头。该单环线圈在本实用新型中充当一个测试探头作用。

在一实施例中，单环线圈1尺寸参数如下：柄长10 cm，圆环内径23 mm，外径26 mm。

支撑架2由可拆卸三部分组成，分别是底板3、支架4、定位圆板5，其中支架4连接底板3和定位圆板5。

底板3和定位圆板5上均有若干孔位，即第一孔位31、第二孔位51，在测试时单环线圈1插接在定位圆板上的第二孔位51上，定位圆板5随支架4可以插接定位在底板上的不同第一孔位31上，这样能够改变测量时单环线圈1的空间位置，尽可能全面地测量线圈内部不同位置激发的磁场强度。

在一实施例中，底板3沿发射体线圈7的长度方向平放于发射体线圈内，定位圆板5安装在支架4上，其板面相对于发射体线圈7的轴线垂直，单环线圈1的长柄部分12相对于定位圆板5板面垂直布置。

在一实施例中，定位圆板5上的若干第二孔位51呈同心环状布置。

在一实施例中，支架4具有底座部分41和直立板部42，该底座部分具有呈三角形排列的三个第一插销43，直立板部上设有一对插销孔44，定位圆板5通过一对第二插销52插接定位至支架4上。底板3沿其长度方向布置若干组第一孔位31，每组孔位具有与三个第一插销一一对应的定位插孔。

使用本装置测试线圈性能时，均需搭配一网络分析仪同时使用。

一、测试线圈B1场均匀度

测试过程以鸟笼线圈为例进行说明。

鸟笼线圈一般有两个端口，施加正交激励，分别设为I端口，Q端口。

首先将支撑架放入线圈内部，选定测量点后，将单环天线固定在圆板上的开孔处；测试时网络分析仪的一个测试端口通过射频连接线连接单环天线，另一个测试端口连接线圈激励口，此时能够通过网络分析仪测试出 S21 的值。

其测试原理如下：测试时网络分析仪一个端口充当输出激励，使鸟笼线圈产生射频场，称为一端口，另一个端口充当输入，通过单环线圈进行探测，称为二端口。此时S21代表一端口到二端口的传输特性，即信号功率变化的大小，这一物理量与线圈激励后产生的射频场幅值成正比，因此比较不同位置的S21值即为比较B1场的幅值，能够对射频线圈的B1场均匀度有一直观判断。

网络分析仪的测试频率为线圈的工作频率，初始的输出功率设定为0 dBm，测试结果为dB值，能够转化成线性倍数值。待依次完成I端口，Q端口的测量，将线性倍数值进行正交合成，即可得到某特定位置的相对场强值。

一般定义线圈中心点的增益为1，将其余测试点的结果进行归一化处理，即可得到线圈内部各个点的相对场强值。待全部测试完成后，即可衡量该线圈所激发B1场的均匀性。

对于常规的发射体线圈，一般只有一个激励端口，则只需要进行一组测量，无需更换线圈激励口则可完成B1场均匀度的测试。

测试时的装置示意图如图6所示，可以通过调整定位圆环的位置，单环线圈在定位圆板上的位置以及直接调整基板的位置测量线圈内部不同位置的B1场强度。

本装置能够较为简便，直观地完成磁共振射频发射线圈B1场均匀度的测试。并且兼容有载，无载的情况，在完成射频场均匀度测试的同时，还能够对比不同种类、体积的仿体对于B1场的影响。

二、测试线圈工作频率

针对常规的单核发射线圈，一般只有一个谐振频率。即测试时网络分析仪的端口分别与线圈以及单环线圈连接，将本实用新型放入线圈内部，即可测试得到谐振频率的值。

而针对鸟笼线圈，由于其特殊构造，对于

条腿的鸟笼线圈来说，具有 />

个谐振频率，并且只有其中的某一个谐振频率能够激发产生均匀的圆极化场。在制作并测试鸟笼线圈的过程中，确定并且校准该频率是重要步骤之一。

使用网络分析仪直接连接鸟笼线圈的两个激励端口时，只能测量单个通道的谐振频率，无法测量合成后的频率。且并不能直接确定在哪一个谐振频率处线圈能够产生圆极化场。使用该工装和额外的一个四端口接口盒测试能够解决这一问题。

测试时鸟笼线圈的I路、Q路均与接口盒连接作为输入，该接口盒内部有一电桥，能够将两路频率进行合并再输出。网络分析仪的两个测试端口分别与单线圈测试环以及接口盒的输出进行连接，将网络分析仪的测试带宽调整到适当的数值就能够直观地得到鸟笼线圈所有的谐振频率数值。再将单环线圈（即测试环）在线圈内部调整位置，能够观察到始终有一谐振频率的幅值相对稳定，即为能够产生圆极化场的模式。

针对鸟笼线圈这一较为特殊结构的线圈种类，通过调整单环线圈在支撑架上固定的位置，本实用新型能够直观便捷的确定鸟笼线圈在哪一个谐振频率上能够产生均匀的圆极化场，显著缩短了测量时间，简化了测量过程。

相较于单纯的理论计算以及仿真，本实用新型能够结合各种影响射频场均匀度的现实因素，使测量结果更加准确。而对于组装特定的电路模块进行测量，本实用新型成本较低，测试过程简便，无需购买额外的工作模块，也无需对测量系统进行额外调试即，可完成B1场均匀度测试。相较于广泛应用的基于MRI系统的测试，本实用新型无需进入磁体，在工作台阶段即可完成测试，很大程度上简化了线圈的整体调试过程。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其特征在于，包括单环线圈、支撑架、以及网络分析仪，

所述单环线圈主要由环形主体和长柄部分组成， 均由射频同轴线制成，长柄部分一端连接环形主体，

所述支撑架主要由可拆卸三部分组成，分别是底板、支架、定位圆板，其中，所述支架用于连接底板和定位圆板，其中，在测试时所述单环线圈插接在定位圆板上的不同孔位上，

所述网络分析仪的一个测试端口通过射频连接线连接单环天线，另一个测试端口连接线圈激励口。

2.根据权利要求1所述的用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其特征在于，所述底板沿发射体线圈的长度方向平放在发射体线圈内，所述定位圆板安装在支架上，其板面相对于发射体线圈的轴线垂直，所述单环线圈的长柄部分相对于定位圆板板面垂直布置。

3.根据权利要求1所述的用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其特征在于，所述定位圆板上具有同心环状布置的若干孔位。

4.根据权利要求1所述的用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其特征在于，所述定位圆板通过一对插销插接定位至支架上。

5.根据权利要求1所述的用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其特征在于，所述支架具有呈三角形排布的三个插销，所述底板上具有沿其长度方向排列的若干组孔位，每组孔位具有与三个插销一一对应的定位插孔。

6.根据权利要求1所述的用于测量磁共振发射体线圈磁场均匀度的装置，其特征在于，还用于鸟笼线圈工作频率的测量，相应地，所述装置还包括用于将两路频率进行合并再输出的接口盒，其中，所述网络分析仪的两个测试端口分别与单线圈测试环以及接口盒的输出进行连接，所述鸟笼线圈的I路、Q路均与接口盒连接作为输入。

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