垂直場磁共振成像系統射頻發射線圈的製作方法
2023-05-22 07:59:06
專利名稱：垂直場磁共振成像系統射頻發射線圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁共振成像設備，特別是關於一種磁共振成像射頻線圈。
背景技術：
磁共振成像(MRI)是利用空間編碼技術實現的，是對反映物體內部物質時空的核磁共振信號實現可視化的技術。把人體放置在一個穩定的磁場中，然後加上一個梯度磁場，再用適當的射頻(RF)場作用於被成像人體，探測和人體相互作用之後攜帶了人體信息的電磁波就可以顯示物體內部的解剖學、生理學和心理學的信息，以影像的方式顯示，用於人體科學研究和人的疾病診療。
射頻線圈在MRI系統中的作用是用來產生激勵被成像物體(以下簡稱樣品)的RF電磁場，以及接收樣品發射的、攜帶樣品特定信息的磁共振信號。因此，RF線圈具有發射和接收兩種功能。為了避免既做發射線圈又做接收線圈引起的幹擾，現代MRI系統中常常把發射線圈和接收線圈獨立出來，中間通過一個隔離開關把發射和接收的RF信號隔開。因此，射頻線圈可劃分為發射線圈與接收線圈。
MRI系統中產生主磁場的磁體的結構目前主要分為產生水平方向場的超導磁體和產生垂直方向場的永磁體。主磁場處於垂直方向的MRI系統，常用的主發射線圈是平板型線圈，就是在靠近極板的位置放置多個導體組，來實現垂直於主磁場的RF場。
相關專利包括美國專利5467017，中國專利申請號02156429.9、中國專利申請號00120084.4。它們結構的缺點為需要分別調節每個線圈組的電流分布以達到所需的垂直於主磁場的RF場；同時還需要對每個線圈組進行頻率調節；第三在實施上述調節時線圈組會相互影響；第四如果用屏蔽層來解決電流的迴路問題，會造成線圈的效率降低。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種適合主磁場為垂直磁場的MRI系統使用的平面型射頻發射線圈，其電流隨結構而規律分配，在場的均勻性，調諧以及效率方面有較大的優點。
為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種MRI RF發射線圈，其特徵包括金屬導線和電容組成的梯形結構單元，如圖1所示，上下兩個平行的部分稱為邊，連接上下邊的多個結構稱為橫檔(一般大於4)，等值電容元件可以按圖1的形式安排。
對圖1所示的結構運用Kirchhoff定理，可以算出網格數為N的結構具有N個頻率(模式)，頻率的表達式為ω＝[C(L橫檔+L邊/2sin2(nmodeπ/N))]-1/2其中ω為角頻率，C為電容值，L橫檔為梯形結構單元橫檔的自感。L邊為邊被橫檔所分割節段的自感，N為梯形結構單元的網格數，nmode為第N個模式。
用Biot-Savart定理，可以證明，模式1具有如圖2所示的射頻場。
為了產生均勻的射頻磁場，如圖3所示，在磁體上下極板安置結構相同，信號相位相差180度的上述梯形結構單元，形成發射線圈組，就可以在極板間產生垂直於主磁場的均勻的射頻磁場。還可以通過把上述的相位相差180度的線圈組繞主磁體兩個極板中心連線旋轉90度，形成另一個發射線圈組，兩個線圈組組合在一起，形成正交線圈，在極板間形成正交分布的射頻場，使得射頻的發射效率提高1.4倍。
本發明由於採取以上設計，其具有以下優點1、這種梯形結構單元在模式1情況下，邊中電流以一個駐波的形式存在，所以各橫檔電流是對駐波電流採樣，呈規則的正弦分布，不需要分別調節；2、組成線圈的電容和電感值相同，所以線圈共振頻率的調諧簡單方便；3、由於線圈結構規律，互感計算比較精確，能較好解決結構間的相互影響問題；4、自身電流迴路，不需要通過屏蔽層來解決電流迴路問題，所以線圈的效率相應提高。
圖1是本發明所使用的梯形結構示意2是圖1的所示結構產生射頻磁場的示意3是本發明射頻線圈組示意4是本發明所使用的梯形結構單元的第二種形式示意5是本發明所使用的梯形結構單元的第三種形式示意圖具體實施方式
如圖3所示，本發明包括如圖1所示的結構單元1、結構單元2、同軸電纜3和4、功分器5和射頻放大器6。結構單元1和2，電容基本等間隔分布在兩個邊上，六個橫檔基本均勻連接在兩個邊上，同軸電纜3和4通過電容耦合把梯形結構連接到功分器5，功分器通過電纜6連接到射頻放大裝置。
為了提高射頻發射的效率，還可以通過把圖3所示的線圈組繞兩個極板中心連線旋轉90度，形成另一個線圈組，兩個線圈組組合在一起，在極板間形成正交分布的射頻場，使得射頻的發射效率提高1.4倍。
本發明的的梯形結構單元還可以是如圖4和圖5所示的形式。其中對於圖4和圖5橫檔中的電容，為了增加射頻場的均勻度，可以用等值的幾個串連電容來代替。
本發明的梯形結構單元橫檔一般大於4，根據需要可以優化成其它數量。
綜上所述，本發明的射頻線圈，是適合垂直磁場使用的平面型射頻發射線圈，其電流隨結構而有規律分配，在場的均勻性、調諧以及效率方面有較大的優點。
權利要求
1.一種用於垂直磁場磁共振成像系統的射頻發射線圈，其特徵在於它包括通過施加電流產生垂直於主磁場的射頻場的梯形結構，梯形結構包括由導體組成的兩個邊，以及連接兩個邊的多個橫檔，等值的電容可以分布在橫檔上，也可以分布在兩個邊上橫檔之間的位置上，這樣調節導體電感和電容可以達到與梯形結構網格數對應的共振模式，其中模式1對應的電流分布能形成較均勻的垂直於梯形結構所在平面的射頻場。
2.如權利要求1所述的梯形結構，其特徵在於通過在產生垂直磁場的兩個磁極面附近設置基本平行的兩個電流相位相差180度的梯形結構，形成射頻線圈組，這樣就可以在磁體極板間產生較均勻的射頻磁場區域。
3.如權利要求2所述的磁共振成像射頻線圈組，其特徵在於還可以通過把線圈組繞兩個極板中心連線旋轉90度，形成另一個線圈組，兩個線圈組組合在一起，在極板間形成正交分布的射頻場，使得射頻的發射效率提高1.4倍。
4.如權利要求1或2或3所述的磁共振成像射頻線圈，其特徵在於位於橫檔的電容可以等值串連分布，使得場更均勻。
全文摘要
本發明涉及一種垂直場磁共振成像射頻發射線圈，它包括分別位於磁體兩個極板附近基本平行放置的兩個梯形結構組成的線圈，梯形結構包括由導體組成的兩個邊，以及連接兩個邊的多個橫檔，等值的電容可以分布在橫檔上，也可以分布在兩個邊上橫檔之間的位置，這樣調節導體電感和電容可以達到與梯形結構網格數對應的共振模式，其中模式1情況下，邊中電流以一個駐波的形式存在，所以各橫檔電流是對駐波電流採樣，呈規則的正弦分布，不需要分別調節，組成線圈的電容和電感值相同，所以線圈共振頻率的調諧簡單方便，由於線圈結構規律，互感計算比較精確，能較好解決結構間的相互影響問題、自身電流迴路，不需要通過屏蔽層來解決電流迴路問題，所以線圈的效率相應提高。
文檔編號G01R33/20GK1899216SQ20051008405
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月18日 優先權日2005年7月18日
發明者包尚聯, 張宏傑 申請人:北京海思威科技有限公司