CN103645452A - 多通道射频线圈装置和使用该装置的磁共振成像*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多通道射频线圈装置，每一个所述通道包括一个单元环，并且工作于磁共振频率f0，多个所述单元环围合在成像区域***的柱面上；所述多个单元环为2N个，包括N个A型单元环和N个B型单元环；所述A型单元环围合的面积比B型单元环围合的面积小；所述A型单元环和B型单元环相互交替紧密排列，并且采用去耦法消除通道之间的电磁耦合。本发明因为采用大小不等的单元环构成射频线圈通道，使得整个线圈扫描区域的中心图像均衡，同时因为采用了相邻单元环之间的重合面积去耦，和相隔一个单元环的单元环之间互感或者串并联电容去耦，从而获得良好的信噪比。本发明还公开了一种使用该线圈装置的磁共振成像***。

Description

多通道射频线圈装置和使用该装置的磁共振成像***
技术领域本发明涉及磁共振成像***，尤其涉及一种多通道射频线圈装置和使用该装置的磁共振成像***。
背景技术磁共振成像***是根据磁共振成像原理生成样品的二维或者三维图像的设备，在医疗诊断领域有着越来越广泛的应用。常见的磁共振***一般包括：产生静态均匀磁场B0的磁体，该静态均匀磁体的范围足够大，能够覆盖病人的身体的成像部位；射频***，包括用于激发样品发生共振的射频发射线圈，和用于接收样品发出的共振信号的射频接收线圈；梯度***，用于在样品空间产生梯度磁场、便于成像编码；以及计算机成像***，用于处理射频接收线圈收集的信号，处理成便于医生观察的视觉图像。
磁共振成像技术中，使用接收线圈来收集样品受激发出的射频信号，收集到的射频信号被放大后用于样品图像重建。接收线圈的电气结构主要包括由导电材料做成的线圈体，和连接在线圈体中的电感和电容。在工作状态下，接收线圈环绕着病人的被检查的部位，其输出阻抗与后端数据收集设备匹配，并且在工作频率线圈内部具有均匀的电磁场分布，引出的谐振信号具有良好的信噪比，从而获得清晰无畸变的样品图像。当接收线圈不工作的时间里，处于失谐状态，不会干扰发射线圈和***中其它设备的工作。
现有技术中，多通道磁共振线圈的结构常包括多个围合在成像区域***的闭合的单元环，每个单元环都对应于一个磁共振信号通道，并且谐振于磁共振频率。每个通道的单元环之间的相互耦合比较复杂，如果各个单元环之间不能消除耦合，多通道线圈就不能正常工作。而且由多个单元环围合的成像区域内部空间的射频电磁场分布的均匀性也是线圈的主要性能指标。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种多通道磁共振射频线圈装置，能够提供具有良好信噪比的图像数据，并且线圈中心图像均衡。
本发明的另一个目的在于提供一种使用了多通道射频线圈装置的磁共振成像***。
本发明公开的一种多通道射频线圈装置，每一个所述通道包括一个单元环，并且工作于磁共振频率f0，多个所述单元环围合在成像区域***的柱面上；其特征在于：多个所述单元环等于2N个，包括N个A型单元环和N个B型单元环；所述A型单元环围合的面积比B型单元环围合的面积小；所述A型单元环和B型单元环相互交替紧密排列，并且采用去耦法消除通道之间的电磁耦合。
在本发明的一个实施例中，所述的多通道射频线圈装置，每2个相邻的所述单元环围合的面积之间具有部分重合，用于减小相应的所述通道之间的电磁耦合。在线圈的调试过程中，可以一边改变重合面积的大小一边测试所述通道之间的电磁耦合，从而选择把电磁耦合调整到最小的重合面积。
在本发明的一个实施例中，所述的多通道射频线圈装置，相隔一个所述A型单元环或者B型单元环的2个所述B型单元环的导电金属条的相邻的部分，分别接入相互耦合的电感，用于减小相应的所述通道之间的电磁耦合。或者，通过串并联电容相互连接，用于减小相关的所述通道之间的电磁耦合。
在本发明的多通道射频线圈装置的一个实施例中，减小每2个相邻的所述单元环的导电金属条的重叠的部分，和/或改变每2个相邻的所述单元环的导电金属条的重叠的部分之间的距离，用于减小相应的所述通道之间的电磁耦合。
本发明的多通道射频线圈装置，每一个所述通道中，还包括连接在所述单元环中的失谐电路和调谐电路；所述失谐电路用于当所述射频线圈装置不工作时将该通道置于失谐状态；所述调谐电路用于当所述射频线圈装置在工作状态下将该通道谐振于磁共振频率f0，并且与连接所述射频线圈装置的电路相匹配。
本发明还公开了一种使用多通道射频线圈装置的磁共振成像***，包括：产生静态均匀磁场B0的磁体；用于激发样品发生共振和接收样品发出的共振信号的射频***；用于在样品空间产生梯度磁场、便于成像编码的梯度***；以及用于处理射频接收线圈收集的信号、控制协调所述磁共振成像***工作的计算机成像***；所述射频***中还包括前面所述的任意一种多通道射频线圈装置。
本发明公开的一种多通道射频线圈装置和使用该线圈装置的磁共振成像***，由于采用了不同规格的单元环紧密排列的方法，使得射频线圈装置作为一个整体结构统一，其线圈信噪比最高区域为围合的线圈装置的中心区域，从而使得整个线圈扫描区域的中心图像均衡，同时因为采用了每两个相邻单元环之间的重合面积去耦，使用了尽量少的去耦元件，提高了线圈的信噪比。
附图说明
图1为本发明的一实施例的多通道磁共振射频线圈装置的电路结构展开示意图。
图2为相邻单元环之间的重合面积去耦法示意图。
图3为相隔一个单元环的单元环之间的电感去耦法示意图。
图4为相隔一个单元环的单元环之间的电容去耦法示意图。
图5为图1所示实施例的线路布线图。
图6为本发明的多通道磁共振射频线圈装置封装后的立体效果图。
具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示是本发明的一个实施例的多通道磁共振射频线圈装置的电路结构展开示意图,包括8个以2X4的方式分布排列的单元环，其中单元环CH1、CH2、CH3和CH4依次相邻为第一组单元环位，单元环CH5、CH6、CH7和CH8依次相邻为第二组单元环；第一组单元环和第二组单元环中的单元环相互对齐上下排列，并有部分重叠；工作状态下第一组和第二组单元环分别首尾相连，围合在成像区域***的柱面上，所以单元环CH1、CH5和单元环CH4、CH8也是相邻的。
图1的线圈装置中使用了两种不同规格的单元环，包括A型单元环和B型单元环，在第一组单元环和第二组单元环中都有两种规格的单元环交替排列，每一对相邻单元环之间都有部分面积重合用于去除相互之间的电磁耦合。
如图1所示，A型单元环的导体围合的面积小，B型单元环的导体围合的面积大。相隔一个A型单元环的两个B型单元环之间采用互感线圈去除相互之间的耦合。或者采用串并联电容连接，用于去除相互之间的耦合。
本发明采用不同规格的单元环紧密排列的方法，使得射频线圈装置作为一个整体，其线圈信噪比最高区域为围合的线圈装置的中心区域，从而使得整个线圈扫描区域的图像均衡。
一般情况下,本发明的线圈装置包括2N个单元环，其中有N个A型单元环和N个B型单元环。A型单元环和B型单元环具有不同的形状或者围合的面积不等，相互交替排列成2排，每2个相邻的单元环之间都有部分面积重合；并且每隔一个的面积较大的单元环之间采用互感线圈去除相互之间的耦合，或者采用串并联电容去除相互之间的耦合。
也可以是4排及偶数排数，在线圈结构的中间两排用上述AB型单元环相互交替排列成2排，两端的单元环大小相等各有N个均匀分布，与中间的两排单元环的相邻单元环之间相互有部分面积重合，同样可以达到中心成像均匀。
图2所示为相邻单元环的重合面积去耦法示意图,图中相邻单元环CH1和CH2分别采用平面上的特定形状的导电金属条构成;两个单元环之间的重叠面积使得工作状态下2个单元环之间产生电磁感应，根据法拉第电磁感应定律，2个相邻的线圈中感应出来的电流产生的磁场可以和线圈的重叠面积产生的磁场相抵消。法拉弟电磁感应定律见下式：
Figure BDA0000433202410000041
式中E是电场强度，B是磁场强度，C是线圈轮廓，S是线圈包围面积。所以当2个线圈的相对位置固定时空间位置重叠方法可以消除相邻线圈间的强耦合。
图2中201为两个单元环之间的重合面积,202为构成重合面积的导电金属条的重叠部分。调整相邻单元环的重合面积的大小，可以使得在相邻线圈间的互感为零，实现空间位置去耦。相邻单元环的重叠导电金属条产生电容，调整该部分导体相互之间的距离和重叠面积的大小，即可调整该电容值。一般的磁共振射频线圈装置采用具有一定宽度的金属箔构成每个单元环，物理学知识表明，平行板电容器的电容C跟介电常数ε成正比，跟正对面积s成正比，与极板间的距离d成反比，有：C=εs/d
所以挖去重叠边框的导体的交叉部分的部分面积，调整交叉部分的重叠边框之间的距离，可以减少因为导体的重叠产生的电容，从而消除单元环之间的耦合。
图3是多通道单元环射频线圈中采用的电感去耦法示意图，图中有3个单元环展开在平面上，包括单元环CH1、Ch2和CH3。单元环CH1和CH2之间有相邻的单元环CH3，并且都分别和单元环CH3有部分面积重合；由于单元环CH1和CH2的部分边框（竖直导体）在单元环CH3之内相邻导致工作状态下相互耦合，因而在单元环CH1和CH2的相邻边框上分别接入相互耦合的电感，如图3中标注为电感L301，在电路原理上，相当于在2个相邻的线圈里***一个变压器，变压器原边和副边的线圈分别接于相邻单元环的竖直导体上，变压器产生的涡流可以抵消耦合产生的涡流。
图4为并联谐振电容去耦法示意图，同样的，由于单元环CH1和CH2的部分边框（竖直导体）在单元环CH3之内相邻导致工作状态下两个通道相互耦合，所以在两个相邻单元环间加上合适容值的串并联电容，使电容和线圈间存在的电感在工作状态时形成并联谐振，电阻很大，使得相互感应电流很小，从而去耦。电感跟电容去耦效果类似，一般而言，电感去耦损耗大，电容去耦损耗小。
信噪比是磁共振***性能的一个重要技术指标,对图像对比度和分辨率的影响至关重要。对于线圈信噪比的优化,首先要考虑的方面是和线圈相关的噪声问题。噪声的表达式为:
Noise∝4kTcoilΔf Rrff
Tcoil是线圈温度,Δf是带宽,有效电阻Reff包括来自于线圈、样品以及电子的噪声:
Reff=Rcoil+Rsamle+Relect ronics
磁共振成像***的场强一般为0.5T≤B0≤4.0T,一般情况下可以认为Rsample远大于Rcoil时Reff≈Rsample，样品作用于线圈的等效电阻正比于线圈接收样品信号有效区域的体积大小Vsensitive，即：
Rsample∝Vsensitive
尽管很难在成像区域的体积和线圈的信噪比之间建立一个简单的对应关系,但从下列关于信噪比的公式仍然能够看到随着成像区域的减小,线圈信噪比会有增大的趋势:
SNR=ΛM⊥B⊥/sqrt（4kTcoilΔf R）
∝ω∧7/4B⊥/TcoilΔf Vsensitive
其中ω是拉莫尔进动频率,B⊥是横向电磁场,Tcoil是数据采集时的温度,Δf是线圈接受级的带宽,单位为赫兹,V sensitive是线圈接受样品信号的有效区域的体积,M⊥是成像核的磁化矢量(正比于主磁场强度),k是波尔兹曼常数。
从上述公式可以得出，提高Rsample小的线圈的信噪比可以通过减少线圈的R coil来实现。（例如膝关节、腕关节、踝关节、肘关节等）。
如图5所示，为本发明线圈布线的平面展开图，图中每个单元环包括导电金属箔窄条、和连接在导电金属箔之间的失谐电路（图未示）、调谐电路（图未示）及去耦合电路。其中失谐电路用于在电源***支持下，当射频线圈不工作时将该单元环置于失谐状态，防止对***造成电磁干扰。调谐电路用于在工作状态下将单元环线圈装置谐振于磁共振频率，并且与激励电路或者信号放大和处理电路相匹配。图5中请同时参照图1可以明显看到斜对角相邻单元环去耦及间隔一个单元环的单元环之间只有一处需要电感或电容去耦，减少了去耦原件带来的线圈损耗，从而增加了整体性噪比。
如图6所示为本发明的立体结构示意图。
本发明的磁共振射频线圈，在平面分布的多单元线圈中，采用面积大小不等的单元线圈交叉排列，由于较大的单元环中心靠近整个射频线圈中心及小单元环对射频线圈的中心接收信号有所加强，因此整体线圈扫描中心与上下单元环中心性噪比相当，最终会提高射频线圈整体性噪比，提高线圈图像均匀性。由于上下、左右相邻单元环、以及斜对角相邻单元环之间都采用交叉面积去耦，使用了尽量少的去耦元件，提高了线圈的信噪比。
以上所述仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种多通道射频线圈装置，每一个所述通道包括一个单元环，并且工作于磁共振频率f0，多个所述单元环围合在成像区域***的柱面上；其特征在于：     多个所述单元环等于2N个，包括N个A型单元环和N个B型单元环；所述A型单元环围合的面积比B型单元环围合的面积小；所述A型单元环和B型单元环相互交替紧密排列，并且采用去耦法消除通道之间的电磁耦合。
2.如权利要求1所述的多通道射频线圈装置，其特征在于，每2个相邻的所述单元环围合的面积之间具有部分重合，用于减小相应的所述通道之间的电磁耦合。
3.如权利要求2所述的多通道射频线圈装置，其特征在于，相隔一个所述A型单元环或者B型单元环的的2个所述B型单元环的导电金属条的相邻的部分，分别接入相互耦合的电感，用于减小相应的所述B型通道之间的电磁耦合。
4.如权利要求2所述的多通道射频线圈装置，其特征在于，相隔一个所述A型单元环的2个所述B型单元环的导电金属条的相邻的部分，通过串并联电容相互连接，用于减小相关的所述B型通道之间的电磁耦合。
5.如权利要求2所述的多通道射频线圈装置，其特征在于，减小每2个相邻的所述单元环的导电金属条的重叠的部分，和/或改变每2个相邻的所述单元环的导电金属条的重叠的部分之间的距离，用于减小相应的所述通道之间的电磁耦合。
6.如权利要求3、4或者5所述的多通道射频线圈装置，其特征在于，每一个所述通道中，还包括连接在所述单元环中的失谐电路和调谐电路；     所述失谐电路用于当所述射频线圈装置不工作时将该通道置于失谐状态；     所述调谐电路用于当所述射频线圈装置在工作状态下将该通道谐振于磁共振频率f0，并且与连接所述射频线圈装置的电路相匹配。
7.一种使用多通道射频线圈装置的磁共振成像***，包括：产生静态均匀磁场B0的磁体；用于激发样品发生共振和接收样品发出的共振信号的射频***；用于在样品空间产生梯度磁场、便于成像编码的梯度***；以及用于处理射频接收线圈收集的信号、控制协调所述磁共振成像***工作的计算机成像***；其特征在于，所述射频***中包括权利要求1至6所述的任意一种多通道射频线圈装置。
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