RU2189608C2

RU2189608C2 - Radio-frequency coil system for magneto-resonance tomograph

Info

Publication number: RU2189608C2
Application number: RU2000129200/09A
Authority: RU
Inventors: Э.А. Кнорин
Original assignee: Архангельский Вячеслав Алексеевич
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: devices for medical diagnosis, in particular, magnetoresonance tomographs. SUBSTANCE: in the radio-frequency coil system for the magnetoresonance tomograph in the coil device for transmission of the exciting radio-frequency signal the preamplifier input is series-connected to the circuit of the transmitting coil and the first capacitor, connected to the point of their interconnection is the input of the exciting radio-frequency signal, and the switching unit is parallel-connected to the preamplifier input. EFFECT: provided examination of object with the aid of cableless receiving coil. 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение. The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к средствам медицинской диагностики и может быть использовано в магнитно-резонансных томографах. The invention relates to medical diagnostics and can be used in magnetic resonance imaging.

Уровень техники. The prior art.

Известно устройство "Индуктивно связанные катушки, предназначенные для МРИ", содержащее два резонансных контура, индуктивно связанные между собой (патент США 5583438, кл. 324-318, 1996 г.). Недостатком его является то, что обе катушки контуров являются приемными и располагаются в двух смежных областях исследуемого объекта. A device is known "Inductively coupled coils designed for MRI", containing two resonant circuits inductively coupled to each other (US patent 5583438, CL 324-318, 1996). Its disadvantage is that both coil coils are receiving and are located in two adjacent areas of the investigated object.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является "Система катушек для магнитного резонанса", содержащая катушечное устройство передачи возбуждающего радиочастотного сигнала, расположенное в рабочем пространстве томографа и включающее в себя предварительный усилитель, коммутирующий блок, вход радиочастотного сигнала и последовательно соединенные передающую катушку индуктивности и первый конденсатор, а также бескабельное катушечное устройство приема эмитируемого магнитно-резонансного сигнала, устанавливаемое вблизи исследуемой области объекта и включающее в себя параллельно соединенные приемную катушку индуктивности, второй конденсатор и блок развязки, причем передающая и приемная катушки соединены между собой индуктивно (патент США 4680549, кл. 324-318, 1987 г.). Недостатком известного устройства является то, что передающая катушка системы в период приема эмитируемого магнитно-резонансного сигнала не блокируется и осуществляет прием магнитно-резонансного сигнала от всего объема объекта, что не всегда желательно. Кроме того, известная система ограничена применением при исследованиях областей небольшого размера (например, глаз, нос, ухо), поскольку параллельные резонансные контуры передающего и приемного катушечных устройств образуют систему связанных контуров и при сопоставимых размерах передающей и приемной катушек (например, при исследовании головы, малого таза, конечностей) связь между контурами может во много раз превзойти критическую и резонансные характеристики системы будут иметь два далеко отстоящих максимума с нестабильным положением. Closest to the technical nature of the proposed one is the "System of coils for magnetic resonance", containing a coil device for transmitting an exciting radio frequency signal located in the working space of the tomograph and including a pre-amplifier, a switching unit, an input of the radio frequency signal and a series-connected transmitting inductor and the first a capacitor, as well as a cableless coil device for receiving an emitted magnetic resonance signal, installed near zi of the studied area of the object and including a parallel connected inductance inductor, a second capacitor and an isolation unit, the transmitting and receiving coils inductively interconnected (U.S. Patent 4,680,549, CL 324-318, 1987). A disadvantage of the known device is that the transmitting coil of the system during reception of the emitted magnetic resonance signal is not blocked and receives the magnetic resonance signal from the entire volume of the object, which is not always desirable. In addition, the known system is limited to the use in studies of small areas (for example, eyes, nose, ear), since parallel resonant circuits of the transmitting and receiving coil devices form a system of coupled circuits and with comparable sizes of the transmitting and receiving coils (for example, when examining the head, of the pelvis, limbs) the connection between the contours can be many times greater than the critical and the resonant characteristics of the system will have two far-reaching maxima with an unstable position m

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Техническим результатом изобретения является получение возможности исследования области объекта с помощью бескабельной приемной катушки в широком диапазоне ее размеров при улучшенном качестве изображения. The technical result of the invention is to obtain the possibility of studying the area of the object using a cordless receiving coil in a wide range of its sizes with improved image quality.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе радиочастотных катушек для магнитно-резонансного томографа, содержащей катушечное устройство передачи возбуждающего радиочастотного сигнала, расположенное в рабочем пространстве магнита томографа и включающее в себя предварительный усилитель, коммутирующий блок, вход возбуждающего радиочастотного сигнала и последовательно соединенные передающую катушку индуктивности и первый конденсатор, а также катушечное устройство приема эмитируемого магнитно-резонансного сигнала, устанавливаемое вблизи исследуемой области объекта и включающее в себя параллельно соединенные приемную катушку индуктивности, второй конденсатор и блок развязки, причем передающая и приемная катушки связаны между собой индуктивно, вход предварительного усилителя в катушечном устройстве передачи возбуждающего радиочастотного сигнала соединен последовательно с цепью передающей катушки и первого конденсатора, к точке соединения между собой которых подключен вход возбуждающего радиочастотного сигнала, а коммутирующий блок включен параллельно входу предварительного усилителя. The indicated technical result is achieved in that in a system of radio frequency coils for a magnetic resonance imager containing a coil device for transmitting an exciting RF signal located in the working space of the magnet of the tomograph and including a preamplifier, a switching unit, an input of the exciting RF signal and a series-connected transmitting coil inductors and a first capacitor, as well as a coil device for receiving an emitted magnetic resonance signal installed near the studied area of the object and including a parallel connected inductance induction coil, a second capacitor and an isolation unit, the transmitting and receiving coils being connected inductively, the input of the pre-amplifier in the coil transmission device of the exciting RF signal is connected in series with the chain of the transmitting coil and the first capacitor, to the connection point between which is connected the input of the exciting RF signal, and the switching unit includes parallel to the input of the preamplifier.

Функциональная схема системы радиочастотных катушек для магнитно-резонансного томографа представлена на чертеже. A functional diagram of a system of radio frequency coils for a magnetic resonance imager is shown in the drawing.

Возможность осуществления изобретения. The possibility of carrying out the invention.

Система радиочастотных катушек для магнитно-резонансного томографа содержит катушечное устройство 1 передачи возбуждающего радиочастотного сигнала, расположенное в рабочем пространстве магнита 2 томографа и включающее в себя соединенные параллельно вход предварительного усилителя 3 и коммутирующий блок 4, которые последовательно подключены к цепи последовательно соединенных передающей катушки 5 индуктивности и первого конденсатора 6, к точке соединения между собой которых подключен вход 7 возбуждающего радиочастотного сигнала, и катушечное устройство 8 приема эмитируемого магнитно-резонансного сигнала, устанавливаемое вблизи исследуемой области объекта 9 и включающее в себя параллельно соединенные приемную катушку 10 индуктивности, второй конденсатор 11 и блок 12 развязки, причем передающая и приемная катушки 5, 10 связаны между собой индуктивно. The system of radio frequency coils for a magnetic resonance imager contains a coil device 1 for transmitting an exciting RF signal located in the working space of the magnet 2 of the tomograph and including a parallel input of the pre-amplifier 3 and a switching unit 4, which are connected in series to a circuit of a series-connected transmitting inductor 5 and the first capacitor 6, to the connection point between which is connected to the input 7 of the exciting RF signal, and ushechnoe device 8 receiving the emitted magnetic resonance signal that is installed near the investigated object region 9 and comprising a parallel connected inductor receiver coil 10, a second capacitor 11 and decoupling unit 12, wherein the transmitting and receiving coils 5, 10 are interconnected by induction.

Принципиальным отличием предложенного решения от известного является включение предварительного усилителя 3 в разрыв цепи контура катушечного устройства 1. Входное сопротивление предварительного усилителя 3 значительно ухудшает добротность контура, в результате чего исключается возможность непосредственного приема передающей катушкой 5 индуктивности магнитно-резонансного сигнала от всего объема объекта в режиме приема. Размыкание контура катушечного устройства 1 в режиме приема и его замыкание в режиме передачи осуществляется с помощью коммутирующего блока 4, подключенного к предварительному усилителю 3 параллельно его входу. Коммутирующий блок 4 может быть выполнен как активным, управляемым внешним сигналом (например, на PIN-диодах), так и пассивным (например, на встречно-параллельно включенных диодах). На чертеже не показано. The fundamental difference between the proposed solution and the known one is the inclusion of the pre-amplifier 3 in the open circuit of the circuit of the coil device 1. The input resistance of the pre-amplifier 3 significantly affects the quality factor of the circuit, which excludes the possibility of the direct transmission of the magneto-resonant signal inductance 5 from the entire object volume in the mode reception. Opening the circuit of the coil device 1 in the receiving mode and its closure in the transmission mode is carried out using a switching unit 4 connected to the pre-amplifier 3 in parallel with its input. The switching unit 4 can be made as active, controlled by an external signal (for example, on PIN diodes), and passive (for example, on counter-parallel connected diodes). Not shown in the drawing.

Влияние приемной катушки 10 индуктивности на возбуждающее радиочастотное поле в режиме передачи исключается с помощью блока 12 развязки, который может быть выполнен, например, в виде последовательной цепи дополнительной катушки индуктивности и встречно-параллельно включенных диодов (на чертеже не показано). При этом ток в цепи приемной катушки 10 индуктивности уменьшается до допустимой величины, не влияющей на переменное магнитное поле передающей катушки 5 индуктивности. The influence of the receiving inductor 10 on the exciting radio frequency field in the transmission mode is eliminated using the isolation unit 12, which can be performed, for example, in the form of a serial circuit of an additional inductor and counter-parallel connected diodes (not shown). In this case, the current in the circuit of the receiving inductor 10 decreases to an acceptable value that does not affect the alternating magnetic field of the transmitting inductor 5.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

В режиме передачи возбуждающий сигнал от усилителя мощности (не показан) поступает на вход 7 возбуждающего радиочастотного сигнала и далее на передающую катушку 5 индуктивности. При этом коммутирующий блок 4, замыкая вход предварительного усилителя 3, защищает его от повреждения мощным сигналом и образует из передающей катушки 5 индуктивности и конденсатора 6 параллельный резонансный колебательный контур, ток в котором, протекая через катушку 5 индуктивности, создает в ней переменное магнитное поле, возбуждающее систему спинов исследуемого объекта. Блок 12 развязки, подключенный параллельно приемной катушке 10 индуктивности, расстраивает контур, не позволяя влиять на переменное магнитное поле передающей катушки 5 индуктивности. In the transmission mode, the excitation signal from a power amplifier (not shown) is fed to the input 7 of the exciting radio frequency signal and then to the transmitting inductor 5. In this case, the switching unit 4, closing the input of the pre-amplifier 3, protects it from damage by a powerful signal and forms a parallel resonant oscillatory circuit from the transmitting inductor 5 and capacitor 6, the current in which, flowing through the inductor 5, creates an alternating magnetic field in it, exciting system of spins of the studied object. The isolation unit 12, connected in parallel with the receiving inductor 10, upsets the circuit, not allowing to influence the alternating magnetic field of the transmitting inductor 5.

В режиме приема переменное магнитное поле прецессирующих спинов исследуемой области объекта наводит ЭДС в приемной катушке 10 индуктивности. Блок 12 развязки в указанном режиме отключен от параллельного контура, образованного приемной катушкой 10 индуктивности и конденсатором 11 и настроенного на рабочую частоту передающего сигнала, поэтому в контуре протекает ток, усиленный за счет резонанса. Этот ток за счет индуктивной связи наводит сигнал в передающей катушке 5 индуктивности. Поскольку коммутирующий блок 4 в режиме приема размыкает вход предварительного усилителя 3, то передающая катушка 5 и конденсатор 6 образуют последовательный контур, имеющий почти нулевой импеданс на рабочей частоте, в результате чего наведенный на передающей катушке 5 индуктивности сигнал оказывается почти полностью приложенным к входу предварительного усилителя 3, который выполнен таким образом, что минимальный коэффициент шума достигается при эквивалентном сопротивлении источника сигнала, лежащем в диапазоне эквивалентного сопротивления приемной катушки 10. In the receiving mode, the alternating magnetic field of the precessing spins of the investigated area of the object induces an EMF in the receiving inductor 10. The isolation unit 12 in the indicated mode is disconnected from the parallel circuit formed by the receiving inductor 10 and the capacitor 11 and tuned to the operating frequency of the transmitting signal, therefore, a current amplified by resonance flows in the circuit. This current due to inductive coupling induces a signal in the transmitting coil 5 inductance. Since the switching unit 4 in the reception mode opens the input of the pre-amplifier 3, the transmitting coil 5 and the capacitor 6 form a series circuit having an almost zero impedance at the operating frequency, as a result of which the signal induced on the transmitting inductor 5 is almost completely applied to the input of the pre-amplifier 3, which is designed so that the minimum noise figure is achieved with an equivalent impedance of the signal source lying in the range of equivalent impedance receive coil 10.

Claims

A system of radio frequency coils for a magnetic resonance imager containing a coil device for transmitting an exciting RF signal located in the working space of the magnet of the scanner and including a preamplifier, a switching unit, an input of the exciting RF signal and a series-connected transmitting inductor and a first capacitor, as well as a coil device for receiving emitted magnetic resonance signal, installed near the investigated area of the object and including a parallel coupled receiving inductor, a second capacitor and an isolation unit, the transmitting and receiving coil being connected inductively, characterized in that the input of the pre-amplifier in the coil transmission device of the exciting RF signal is connected in series with the chain of the transmitting coil and the first capacitor, to the connection point between which the input of the exciting RF signal is connected, and the switching unit is connected parallel to the input of the pre Foot amplifier.