WO2023204730A1 - Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез - Google Patents

Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез Download PDF

Info

Publication number
WO2023204730A1
WO2023204730A1 PCT/RU2023/000039 RU2023000039W WO2023204730A1 WO 2023204730 A1 WO2023204730 A1 WO 2023204730A1 RU 2023000039 W RU2023000039 W RU 2023000039W WO 2023204730 A1 WO2023204730 A1 WO 2023204730A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resonance imaging
magnetic resonance
resonators
coil
spirals
Prior art date
Application number
PCT/RU2023/000039
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Виктор Михайлович ПУЧНИН
Анна Александровна ХУРШКАЙНЕН
Алена Вадимовна ЩЕЛОКОВА
Георгий Алексеевич СОЛОМАХА
Айгерим ДЖАНДАЛИЕВА
Алексей Петрович СЛОБОЖАНЮК
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО"
Publication of WO2023204730A1 publication Critical patent/WO2023204730A1/ru

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR
    • G01R33/341Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR comprising surface coils
    • G01R33/3415Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR comprising surface coils comprising arrays of sub-coils, i.e. phased-array coils with flexible receiver channels
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/36Electrical details, e.g. matching or coupling of the coil to the receiver

Definitions

  • the invention relates to medical equipment and is intended to excite atomic nuclei in the area of study - the human mammary glands - at the resonant frequency of a magnetic resonance imaging (MRI) scanner.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • a known coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands (utility model of the Russian Federation No. 190567171, MPK A61B 5/00, priority date 12/27/2018, publication date 07/03/2019), which is a resonant element consisting of dielectric materials with a high relative dielectric constant .
  • the coil is excited by a volumetric MRI transmission coil and allows one to obtain images of the internal structure of human breast tissue without connecting an RF cable to the MRI machine systems.
  • the disadvantage of the existing solution is the temperature dependence of the dielectric constant of the resonant elements, which can change during an MR study and affect the setting of the resonant frequency of the coil, and, as a consequence, leads to a decrease in the quality of the resulting images.
  • the closest technical solution to the proposed device is a wireless RF coil based on volumetric resonators for visualization of mammary glands (RF utility model No. 198926171, IPC A61B 5/00, priority date 03/30/2020, publication date 08/03/2020).
  • This wireless RF coil consists of an array of non-magnetic metal ring resonators with distributed capacitive loads, forming a system whose operating frequency is independent of ambient temperature.
  • a significant drawback of the prototype is the insufficiently high image quality due to the fact that the wireless RF coil increases the amplitude of only one of the two orthogonal components of the RF magnetic field induction of the volumetric MRI transmitting coil.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the quality of visualization of the mammary glands in clinical MRI devices.
  • the problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing sensitivity in the receiving mode.
  • a wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands containing two arrays of non-magnetic metal ring resonators of a rectangular shape, consisting of parallel telescopic wires connected at both ends through capacitors located on printed circuit boards, characterized in that that the wireless radio frequency coil additionally includes two resonators, consisting of two identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals, a capacitor is included in the turn of each of them, and the axis of the spirals is orthogonal to the axes of the ring resonators. Capacitors included in the turns of coaxial flat spirals can be made tuning. Identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals can be made on a printed circuit board, and the capacitances connecting the telescopic wires can be made concentrated.
  • the device consists of two arrays of non-magnetic rectangular metal ring resonators, consisting of parallel telescopic wires 1, connected at both ends through capacitors located on printed circuit boards, including metal strips 2 located on both sides of the dielectric substrate 3, as well as two resonators consisting of two identical conductors in the form of coaxial flat spirals 4 located on dielectric substrates 5.
  • a capacitor 6 is connected to the gap in the conductor of each of the spirals.
  • the flat spirals are electrically closed by two metal jumpers 7.
  • FIG. Figure 2 shows the distribution of the magnetic field amplitude of a wireless RF coil depending on three spatial coordinates; the graphs also show, for comparison, the dependence curves of the magnetic field amplitude of the coil taken as the prototype.
  • the white dotted line indicates the directions along which the curves of amplitude versus spatial coordinates are plotted.
  • the device works as follows.
  • an RF signal is supplied to two isolated inputs of the volumetric transmitting coil of the MRI machine, and the difference in the initial phase of the signal at the inputs of the transmitting coil is 90 degrees.
  • RF signals excite two orthogonal degenerate natural oscillations of a volumetric transmitting coil, creating a circularly polarized RF magnetic field in the region of the object under study.
  • the induction vector of the RF magnetic field rotates in plane (XY plane of the selected coordinate system), for which the induction vector of the constant magnetic field of the MRI machine is oriented in the direction of the normal.
  • Non-magnetic rectangular metal ring resonators consisting of parallel telescopic wires 1, collectively form a resonant system due to capacitances connecting the ends of adjacent wires 1.
  • the capacitances are printed circuit boards, including metal strips 2 located on both sides of the dielectric substrates 3.
  • Two identical Y-resonators are installed in such a way inside the tunnel of the MRI machine that the direction of the magnetic field induction vector of the fundamental natural oscillation of the Y-resonator was oriented predominantly along the Y axis.
  • the resonators consisting of two identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals 4 (X-resonators), are installed in such a way inside the tunnel of the MRI machine that the direction of the magnetic field induction vector of the coaxial flat spirals 4 predominantly coincides with the direction of the X axis. Due to the collinearity of the vectors magnetic induction of the X-resonators and Y-resonators with, respectively, the magnetic induction vectors of two orthogonal natural oscillations of the volumetric transmitting coil, an induced emf arises in the X-resonators and Y-resonators.
  • the proposed wireless coil increases the amplitude of the RF magnetic field in the region of interest in the transmit mode at a given power in the transmit mode and the sensitivity in the receive mode.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике и представляет собой беспроводную радиочастотную катушку для магнитно-резонансной томографии молочных желез, содержащую два массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы из параллельных телескопических проводов, соединенных с обоих концов через емкости, расположенные на печатных платах. В устройство дополнительно включены два резонатора, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей, в виток каждого из которых включен конденсатор, при этом ось спиралей ортогональна осям кольцевых резонаторов. Техническим результатом является обеспечение высокого уровня амплитуды обеих ортогональных компонент индукции РЧ магнитного поля в области исследования -молочных железах человека.

Description

БЕСПРОВОДНАЯ РАДИОЧАСТОТНАЯ КАТУШКА ДЛЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ МОЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗ Область техники
Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для возбуждения ядер атомов в области исследования - молочных железах человека - на резонансной частоте магнитно-резонансного томографа (МРТ).
Предшествующий уровень техники
Известна катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез (полезная модель РФ №190567171, МПК А61В 5/00, дата приоритета 27.12.2018, дата публикации 03.07.2019), представляющая собой резонансные элементы, состоящие из диэлектрических материалов с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости. Катушка возбуждается объемной передающей катушкой МРТ и позволяет получать изображения внутренней структуры тканей молочных желез человека без подключения РЧ кабелем к системам аппарата МРТ. Недостатком существующего решения является температурная зависимость значения диэлектрической проницаемости резонансных элементов, которая может изменяться в ходе проведения МР исследования и влиять на настройку резонансной частоты катушки, и, как следствие, приводит к снижению качества получаемых изображений.
Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением, принятым за прототип, является беспроводная РЧ катушка на основе объемных резонаторов для визуализации молочных желёз (полезная модель РФ №198926171, МПК А61В 5/00, дата приоритета 30.03.2020, дата публикации 03.08.2020). Данная беспроводная РЧ катушка состоит из массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов с распределенными емкостными нагрузками, образующими систему, рабочая частота которой не зависит от температуры внешней среды. Существенный недостаток прототипа заключается в недостаточно высоком качестве изображения из-за того, что беспроводная РЧ катушка увеличивает амплитуду только одной из двух ортогональных компонент индукции РЧ магнитного поля объемной передающей катушки МРТ.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение качества визуализации молочных желез в клинических аппаратах МРТ.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении чувствительности в режиме приема.
Данный технический результат достигается благодаря тому, что беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез, содержащая два массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы, состоящих из параллельных телескопических проводов, соединенных с обоих концов через емкости, расположенные на печатных платах, отличающаяся тем, что в беспроводную радиочастотную катушку дополнительно включены два резонатора, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей, в виток каждого из которых включен конденсатор, при этом ось спиралей ортогональна осям кольцевых резонаторов. Конденсаторы, включенные в витки соосных плоских спиралей, могут быть выполнены подстроечными. Одинаковые электрически замкнутые проводники в виде соосных плоских спиралей могут быть выполнены на печатной плате, а емкости, соединяющие телескопические провода, могут быть выполнены сосредоточенными.
Краткое описание фигур чертежей
Сущность заявляемого изобретения поясняется фигурами. На фиг. 1 - общий вид устройства.
На фиг. 2 - распределения амплитуды РЧ магнитного поля, построенные вдоль трех пространственных координат.
Устройство состоит из двух массивов немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы, состоящих из параллельных телескопических проводов 1, соединенных с обоих концов через ёмкости, расположенные на печатных платах, включающие металлические полоски 2, расположенные на обеих сторонах диэлектрической подложки 3, а также двух резонаторов, состоящих из двух одинаковых проводников в виде соосных плоских спиралей 4, расположенных на диэлектрических подложках 5. В разрыв проводника каждой из спиралей включен конденсатор 6. Плоские спирали электрически замкнуты двумя металлическими перемычками 7. На фиг. 2 показаны распределения амплитуды магнитного поля беспроводной РЧ катушки в зависимости от трех пространственных координат, на графиках также для сравнения приведены кривые зависимости амплитуды магнитного поля катушки, принятой за прототип. В левом столбце фиг. 2 также показаны сечения устройства и белой пунктирной линией обозначены направления, вдоль которых построены кривые зависимости амплитуды от пространственных координат.
Осуществление изобретения
Устройство работает следующим образом.
В режиме передачи на два изолированных друг от друга входа объемной передающей катушки аппарата МРТ поступает РЧ сигнал, при этом разность начальной фазы сигнала на входах передающей катушки составляет 90 градусов. РЧ сигналы возбуждают два ортогональных вырожденных собственных колебания объемной передающей катушки, создавая в области исследуемого объекта РЧ магнитное поле круговой поляризации. При этом вектор индукции РЧ магнитного поля вращается в плоскости (плоскость XY выбранной координатной системы), для которой вектор индукции постоянного магнитного поля аппарата МРТ ориентирован в направлении нормали. Немагнитные металлические кольцевые резонаторы прямоугольной формы (Y-резонаторы), состоящие из параллельных телескопических проводов 1, образуют в совокупности резонансную систему за счет емкостей, соединяющих концы соседних проводов 1. Емкости представляют собой печатные платы, включающие металлические полоски 2, расположенные на обеих сторонах диэлектрической подложки 3. Два идентичных Y-резонатора установлены таким образом внутри тоннеля аппарата МРТ, что направление вектора индукции магнитного поля фундаментального собственного колебания Y- резонатора было ориентировано преимущественно вдоль оси Y.
Резонаторы, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей 4 (X- резонаторы), установлены таким образом внутри тоннеля аппарата МРТ, что направление вектора индукции магнитного поля соосных плоских спиралей 4 преимущественно совпадало с направлением оси X. За счет коллинеарности векторов магнитной индукции Х-резонаторов и Y- резонаторов с соответственно векторами магнитной индукции двух ортогональных собственных колебаний объемной передающей катушки, в Х-резонаторах и Y-резонаторах возникает ЭДС индукции. Токи, наводимые в Х-резонаторах и Y-резонаторах, создают вторичное РЧ магнитное поле в области молочных желез человека. При этом амплитуды двух ортогональных компонент создаваемого магнитного поля соизмеримы по величине. Таким образом, за счет использования двух типов резонаторов, предлагаемая беспроводная катушка увеличивает в области интереса амплитуду РЧ магнитного поля в режиме передачи при заданной мощности в режиме передачи и чувствительность в режиме приема.

Claims

5 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез, содержащая два массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы, состоящих из параллельных телескопических проводов, соединенных с обоих концов через емкости, расположенные на печатных платах, отличающаяся тем, что в беспроводную радиочастотную катушку дополнительно включены два резонатора, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей, в виток каждого из которых включен конденсатор, при этом ось спиралей ортогональна осям кольцевых резонаторов.
2. Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез по п. 1, отличающаяся тем, что конденсаторы, включенные в витки соосных плоских спиралей, выполнены подстроечными.
3. Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез по п. 1, отличающаяся тем, что одинаковые электрически замкнутые проводники в виде соосных плоских спиралей выполнены на печатной плате.
4. Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез по п. 1, отличающаяся тем, что емкости, соединяющие телескопические провода, выполнены сосредоточенными.
PCT/RU2023/000039 2022-04-18 2023-02-20 Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез WO2023204730A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2022110383 2022-04-18
RU2022110383 2022-04-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023204730A1 true WO2023204730A1 (ru) 2023-10-26

Family

ID=88420216

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2023/000039 WO2023204730A1 (ru) 2022-04-18 2023-02-20 Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023204730A1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5363845A (en) * 1993-08-13 1994-11-15 Medical Advances, Inc. Breast coil for magnetic resonance imaging
US7715895B1 (en) * 2001-11-21 2010-05-11 Aurora Imaging Technology, Inc. Separate local RF transmit and receive coils for breast MRI system
CN202437119U (zh) * 2012-02-13 2012-09-19 马凌云 乳腺线圈配套托架
RU190567U1 (ru) * 2018-12-27 2019-07-03 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез
RU195653U1 (ru) * 2019-07-09 2020-02-03 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Беспроводная локальная приёмо-передающая катушка для магнитно-резонансной томографии
RU198926U1 (ru) * 2020-03-30 2020-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Беспроводные медицинские технологии" Беспроводная радиочастотная катушка на основе объёмных резонаторов для визуализации молочных желёз
RU200143U1 (ru) * 2019-12-05 2020-10-08 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Катушка для магнитно-резонансной томографии на основе диэлектрических колец

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5363845A (en) * 1993-08-13 1994-11-15 Medical Advances, Inc. Breast coil for magnetic resonance imaging
US7715895B1 (en) * 2001-11-21 2010-05-11 Aurora Imaging Technology, Inc. Separate local RF transmit and receive coils for breast MRI system
CN202437119U (zh) * 2012-02-13 2012-09-19 马凌云 乳腺线圈配套托架
RU190567U1 (ru) * 2018-12-27 2019-07-03 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) Катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез
RU195653U1 (ru) * 2019-07-09 2020-02-03 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Беспроводная локальная приёмо-передающая катушка для магнитно-резонансной томографии
RU200143U1 (ru) * 2019-12-05 2020-10-08 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Катушка для магнитно-резонансной томографии на основе диэлектрических колец
RU198926U1 (ru) * 2020-03-30 2020-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Беспроводные медицинские технологии" Беспроводная радиочастотная катушка на основе объёмных резонаторов для визуализации молочных желёз

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7345481B2 (en) Hybrid TEM/birdcage coil for MRI
RU2616649C2 (ru) Многорезонансная передающая/приемная антенна для генерирования mr-томограммы
CN103026251B (zh) Mri rf线圈阵列的多个通道的解耦
US4746866A (en) High-frequency coil system for a magnetic resonance imaging apparatus
JP5675921B2 (ja) 高周波コイルおよびそれを用いた磁気共鳴撮像装置
US8089280B2 (en) RF coil and MRI system
WO2011122084A1 (ja) Rfコイル及び磁気共鳴撮像装置
US5006805A (en) Surface coil arrangement for use in a nuclear magnetic resonance apparatus
JP2003500133A (ja) 撮像システム用rfコイル
JPS63111846A (ja) Nmr装置
US9520636B2 (en) Linear resonator of a high-frequency antenna for a nuclear magnetic resonance imaging apparatus
JP2000157512A (ja) 磁気共鳴映像法のための直角位相rf面コイル
JPH03106337A (ja) 核磁気共鳴断層撮影装置
JP5355584B2 (ja) アンテナ装置及び磁気共鳴検査装置
CN110168393A (zh) 低磁场强度下运行的磁共振断层成像设备和局部线圈矩阵
JP2020501808A (ja) 異なるmriモードのためのrfコイル装置及びrf遮蔽装置
JP6163553B2 (ja) 高周波コイル及び磁気共鳴撮像装置
JPH05285120A (ja) 核スピン共鳴装置のための円偏波形局部アンテナ
JP3595339B2 (ja) 磁気共鳴装置用のrfコイル配置
US11029376B2 (en) Radio-frequency coil for magnetic resonance device
US20100109667A1 (en) Transverse electromagnetic radio-frequency coil
RU214274U1 (ru) Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез
WO2023204730A1 (ru) Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез
EA046384B1 (ru) Беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез
US10816620B2 (en) Method for controlling the distribution of the RF magnetic field in a magnetic resonance imaging system

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202300066

Country of ref document: EA

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23792267

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1