用於磁共振成像的盆部射頻線圈的製作方法

2023-04-27 12:01:56 1

專利名稱：用於磁共振成像的盆部射頻線圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於磁共振成像系統的射頻線圈，特別是涉及一種在磁共振成 像系統中使用的具有12個單元的盆部射頻線圈。
背景技術：
磁共振成像(MRI)系統採用來自主磁系統的均勻強磁場(稱為MRI系統主磁 場一Bj對人體中的氫原子核自旋進行極化。磁極化原子核自旋在人體中產生磁矩i。 該磁矩在穩態時指向主磁場方向，如果沒有激勵擾動則不會產生有用的信息。通過均勻的射頻(RF)磁場(稱為激發磁場或氐磁場)激發磁矩產生核磁共 振(NMR)信號，從而獲取磁共振成像系統(MRI)數據。射頻發射線圈在所需探測 的圖像區域產生氐磁場，該射頻發射線圈由採用功率放大器的受計算機控制的射頻發射 器驅動。在激發過程中，原子核自旋系統吸收能量，使磁矩繞著主磁場方向進動。在 激發後，進動的磁矩將經歷自由感應衰減(FID)，釋放其吸收的能量並返回穩態。在 自由感應衰減(FID)中，使用放置在人體受激部分附近的接收射頻線圈探測核磁共振 (NMR)信號。該核磁共振(NMR)信號是處於接收射頻線圈中的第二電壓(或電
流)，該電壓(或電流)被人體組織的進動磁矩所誘導。接收射頻線圈可以是發射線圈 本身也可以是只接收射頻信號的獨立線圈。通過集成在主磁場系統中的梯度線圈產生附 加脈衝梯度磁場，選擇性地激發所需要位置的體素內的原子核，並可以對信號進行頻率 編碼和相位編碼，從而確定其空間坐標，最終經過傅立葉變換，建立一幅完整的磁共振 成像。在磁共振成像系統(MRI)中，發射線圈和接受線圈所產生的磁場的均勻性是 獲得高質量圖像的一個關鍵因素。在標準的磁共振成像系統中，對於發射通常採用整體 射頻線圈取得最佳激發場均勻性。整體射頻線圈是系統中最大的射頻線圈。但是，如果 同時使用較大的線圈接收，則會產生較低的信噪比(SNR)，這主要是因為這樣的線圈 與成像的信號發生組織距離較遠。因為在磁共振成像系統(MRI)中最重要的是高信噪 比(SNR)，所以採用專用線圈進行射頻接收以提高所需探測部分的信噪比(SNR)。 但是，由於人體各個生理部位的形狀各不相同，又十分不規則，而且尺寸大小也差別很 大，所以如何根據人體各個部位的生理結構特點，巧妙地布置線圈電路，從而獲得較為 均勻的磁場分布和較大的探測靈敏度一直是國際上線圈設計人員的最大任務。在實用中，設計較佳的專用射頻線圈應當具有下列功能高信噪比(SNR)、 好的均勻性，諧振電路的高空載質量因子(Q)。此外，盆部射頻線圈(10)必需設計 成適於病人操作並具有舒適度，而且在病人與射頻電子設備之間提供保護屏障。一種提 高信噪比的方法是正交接收。在這種方法中，由覆蓋所需探測的相同區域的兩個互相獨 立的線圈探測兩個信號。採用正交接收的射頻信號信噪比是採用單個線性線圈情況時的 芯倍。另外一種提高信噪比的方法是相控陣線圈技術。為了對一個較大的區域進行成 像，如果使用單個較大的線圈，線圈所覆蓋的所有區域的噪聲均進入線圈，因此信噪比差。如果使用相控陣技術，使用多個獨立的小線圈一起覆蓋此區域，由於只有臨近線圈 的很小區域的噪聲才能進入線圈，因此能夠有效地提高信噪比。盆部線圈在臨床磁共振成像中有著重要的應用價值，可用於診斷位於人體盆腔 內的器官、例如男性的前列腺和女性的子宮、卵巢等生理部位的病變。目前盆部磁共振 成像主要有兩種方式，一種方式是使用體線圈進行盆部成像，但是由於用體線圈進行接 收，接收時與成像的信號組織距離較遠，填充因子較小，因此通常成像時信噪比較低。另一種方式是使用專用插入式射頻線圈，在使用時將線圈插入人體內部(如直 腸，女性陰部等)，這將導致病人感覺非常不適。而且，在使用過程中需要嚴格消毒， 並要對病人進行洗腸等處理，過程複雜。此外，除非對病人進行麻醉處理，否則很難保 持待成像區域長時間靜止不動，同時由於這種插入式線圈的可觀察範圍較小，不便於診 斷時的成像。另外，傳統的磁共振相控陣線圈只能使用一個方向的磁共振信號，而磁共振信 號本身是在垂直於靜磁場的平面內旋轉的，使得傳統的磁共振相控陣線圈採集的信號比 較少，信噪比比較低，圖像清晰度不夠。

發明內容
為解決現有技術存在的只能使用一個方向的磁共振信號，成像時信噪比較低、 圖像清晰度不夠、可觀察範圍較小、不便於診斷的不足，本發明的目的是提供一種專用 的盆部射頻線圈，通過對沿人體左右方向的3個單元探測到的信號施加一定的相位移 動，並通過適當合成，等效成正交線圈，及可以採集X、Y軸方向的信號，使得前列腺部 位的圓極化磁共振信號能夠有效地被探測到，理論信噪比能夠提高0.4倍。本發明解決現有技術存在的上述問題，採用的技術方案是一種用於磁共振成 像的盆部射頻線圈，所述盆部射頻線圈包括12個環形單元，分成上下兩部分，上半部分 和下半部分各有6個單元；上半部分、下半部分的6個單元沿人體頭腳方向分成兩排，每 一排由沿人體左右方向排列的三個環形單元組成一組，共4組；兩排之間進行適當的交 疊，使得相互之間的耦合最小，在線圈FOV的中心部位獲得較高的信號靈敏度，提高信 噪比。所述盆部射頻線圈的每一組單元經過一個三進三出的射頻合成/分配器組合， 可以輸出3個射頻通道，其中第一個通道的信號由於在前列腺位置和磁共振信號的旋轉 方向相反而非常微弱；第二個通道的信號卻由於在前列腺位置和磁共振信號的旋轉方向 相同而非常強，其在人體前列腺位置的信號靈敏度相當於未經射頻合成/分配器組合的 三個單元的靈敏度的總和，但在盆部兩側卻相對微弱；第三個通道的信號卻在盆部兩側 很強。因此，可以捨棄第一個通道的信號，只將第二個和第三個通道的信號輸入到磁共 振系統當中，就可以獲得清晰而均勻的盆部圖像，而如果只對前列腺位置感興趣，則只 需要將第二個通道輸入到磁共振系統即可。根據情況和需要，所述盆部射頻線圈的12個單元經過一個三進三出的射頻合成 /分配器組合，可以輸出4個、8個或12個射頻通道。所述射頻合成/分配器由兩個4埠 90度合成器組成。本發明的有益效果是本發明克服了現有技術存在的只能使用一個方向的磁共振信號，成像時信噪比較低、圖像清晰度不夠、可觀察範圍較小、不便於診斷的不足， 採用專用的體外式盆部射頻線圈，通過對沿人體左右方向的3個單元探測到的信號施加 一定的相位移動，並通過適當合成，等效成正交線圈，及可以採集X、Y軸方向的信號， 使得前列腺部位的圓極化磁共振信號能夠有效地被探測到，理論信噪比能夠提高0.4倍， 因此提高了診斷的質量和就診的舒適度。


圖1是本發明的射頻線圈12個單元的空間位置布置圖。圖2是本發明的射頻線圈上半部分或下半部分的6個單元的組合結構示意圖。圖3是本發明的射頻線圈上半部分或下半部分的6個單元的結構分解圖。圖4是根據本發明的一組3個單元中單元1的敏感性分布圖。圖5是根據本發明的一組3個單元中單元2的敏感性分布圖。圖6是根據本發明的一組3個單元中單元3的敏感性分布圖。圖7是根據本發明的一組3個單元直接連接到系統後的敏感性分布圖。圖8是根據本發明的一組3個單元的經合成器合成後第一個輸出通道的敏感性分 布圖。圖9是根據本發明的一組3個單元的經合成器合成後第二個輸出通道的敏感性分 布圖。圖10是根據本發明的一組3個單元的經合成器合成後第三個輸出通道的敏感性 分布圖。圖11是根據本發明的一組3個單元的經合成器合成後第二個輸出通道和第三個 輸出通道連接到系統後的敏感性分布圖。圖12是根據本發明的一個合成器的原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
，對本發明作進一步說明。參考圖1、2、3，是根據本發明的盆部線圈的12個環形單元的空間位置布置 圖、組合結構示意圖及結構分解圖，在圖中，本線圈由12個環形單元組成，分成上下兩 部分，上半部分和下半部分各有6個單元1、2、3、4、5、6，上半部分、下半部分的單 元1、2、3和單元4、5、6沿人體頭腳方向分成兩排，每一排由沿人體左右方向排列的 三個環形單元組成，兩排之間進行適當的交疊，使得相互之間的耦合最小，在線圈FOV 的中心部位獲得較高的信號靈敏度，提高信噪比。每一排的三個單元形成一組，共有4 組。選取位於人體下半部的一組三個單元進行計算，也即是感興趣區域為這三個單 元的上方。圖4、圖5和圖6分別是一組三個單元中第一個、第二個和第三個單元的敏感 性分布圖。如果將這3個單元都直接連接到磁共振系統，則系統一共需要12個射頻接收 通道。圖5就是這三個單元直接連到磁共振系統後得到的信號敏感性分布圖。而如果不把每一組裡的三個通道直接連接到系統，而是事先經過一個如圖12所 示的三進三出的射頻合成/分配器進行信號合成處理，則合成器輸出的三個通道的信號將與未合成的三個單元的信號完全不同。首先將單元1和單元3用一個90度正交合成 器(其中一個單元需要先進行適當的相移)進行信號合成處理，使得此合成器的兩個輸 出埠分別包含這兩個環形單元的同向和反向信號。其中，同向信號作為合成器的輸出 通道3直接輸出，其空間敏感性分布如圖10所示，其在人體盆部左右兩側的信號強度較 強，而在中間區域的信號強度較弱。而反向信號本質上相當於將環形單元1和環形單元 3組合成一個蝶形(或8字形)單元，其信號的方向為沿人體左右方向，將此埠的輸出 信號再和環形單元2用另外一個正交合成器進行合成。由於環形單元2的信號方向沿人 體AP方向，因此這兩路信號具有正交的性質，輸出的兩路信號一路和磁共振信號自身的 旋轉方向一致而大為增強(稱為正交，這裡假定是合成器的輸出通道2)，如圖9所示； 而另一路因為和磁共振信號自身的旋轉方向相反而大為降低(稱為反正交，這裡假定是 合成器的輸出通道1)，如圖8所示。因此這一路的輸出信號可以棄之不用。如果需要進行對人體的整個盆部進行成像，而且磁共振系統具有8個或以上的 射頻接收通道，則將此線圈的合成器的輸出通道2和通道3連接到磁共振系統，這兩個 通道的信號合成後的空間敏感性分布如圖11所示，把圖11和三個環形通道直接連接到 磁共振系統所獲得信號敏感性空間分布，即圖5進行比較，可以看出，在距離線圈平面 10-15cm區域，即人體盆部的前列腺、子宮、卵巢等重要器官所在位置，其信號強度幾 乎相同。而在靠近線圈平面的區域，即0-5cm的區域，信號的強度有明顯減弱，而這裡 是皮膚和皮下脂肪等，通常是臨床感興趣區域，較弱的信號強度反而使圖像看上去非常 均勻，並且有利於脂肪抑制等序列的成像。這種情況下，磁共振系統一共需要8個射頻 輸入接收通道。而如果磁共振系統的射頻接收器數目有限，則只需將強度較強的正交信號連接 到磁共振系統，就可以一樣獲得前列腺、子宮等重要器官的清晰成像，其信號的空間敏 感性分布見圖9。這種情況下，磁共振系統一共需要4個射頻輸入接收通道。圖12是本發明所提到的合成器的一個實施例的原理圖。當線圈插入系統後，若為12通道系統，則本線圈自動輸出所有12通道信號；若 為8通道或4通道系統，則系統會自動選擇最強的8個通道或4個通道，而成像效果幾乎 不受影響。雖然這裡引用特定的實施例及其應用描述了本文所揭示的發明，但是本領域普 通技術人員可對這些實施例作出各種修正與變化而不背離如權利要求所提出的本發明的 範圍。
權利要求
1.一種用於磁共振成像的盆部射頻線圈，其特徵在於所述盆部射頻線圈包括12個 環形單元，分成上下兩部分，上半部分和下半部分各有6個單元；上半部分、下半部分 的6個單元沿人體頭腳方向分成兩排，每一排由沿人體左右方向排列的三個環形單元組 成一組，共4組；兩排之間進行適當的交疊，使得相互之間的耦合最小，在線圈FOV的 中心部位獲得較高的信號靈敏度，提高信噪比。
2.根據權利要求1所述的用於磁共振成像的盆部射頻線圈，其特徵在於所述盆部 射頻線圈的每一組單元經過一個三進三出的射頻合成/分配器組合，可以輸出3個射頻 通道，其中第一個通道的信號由於在前列腺位置和磁共振信號的旋轉方向相反而非常微 弱；第二個通道的信號卻由於在前列腺位置和磁共振信號的旋轉方向相同而非常強，其 在人體前列腺位置的信號靈敏度相當於未經射頻合成/分配器組合的三個單元的靈敏度 的總和，但在盆部兩側卻相對微弱；第三個通道的信號卻在盆部兩側很強。
3.根據權利要求2所述的用於磁共振成像的盆部射頻線圈，其特徵在於所述盆部 射頻線圈的12個單元經過一個三進三出的射頻合成/分配器組合，可以輸出4個、8個或 12個射頻通道。
4.根據權利要求2或3所述的用於磁共振成像的盆部射頻線圈，其特徵在於所述射 頻合成/分配器由兩個4埠 90度合成器組成。
全文摘要
本發明公開了一種具有12個單元的用於磁共振成像的盆部射頻線圈，該盆部射頻線圈由上下兩部分組成，各有6個環形單元，沿人體頭腳方向分成兩排，每一排由沿人體左右方向排列的三個環形單元組成一組，共4組；兩排之間進行適當的交疊，使得相互之間的耦合最小，在線圈FOV的中心部位獲得較高的信號靈敏度，提高信噪比。這12個單元經過射頻合成/分配器組合，可以輸出4個、8個或12個射頻通道，並且在每一種情況下都能保證前列腺、卵巢等重要部位的高靈敏度和清晰成像。
文檔編號A61B5/055GK102018512SQ20101059200
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者張松濤 申請人:上海辰光醫療科技有限公司