CN106980097B - 用于磁共振成像系统的鸟笼线圈及其调谐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于磁共振成像系统的鸟笼线圈及其调谐方法，包括分布在柱形表面上的上环形导体、下环形导体以及连接在其间的多条线形导体；所述上环形导体和下环形导体中串联有多个电容器；所述线形导体的整体或者部分是柔性可弯曲变形的；当调整该线形导体弯曲变形的程度时，所述上环形导体和下环形导体之间的距离改变，从而改变所述鸟笼线圈的谐振频率。本发明通过改变调试环的位置来调整谐振频率，代替昂贵的可调电容器件，降低了鸟笼线圈的造价，可以在磁共振系统的安装现场方便地调试；本发明同步调整整个鸟笼线圈的结构，调谐范围比较大；不影响线圈电流的分布和线圈内部的射频磁场的均匀性；机械结构稳定，可以承受较高的电压。
Description
技术领域
本发明涉及磁共振成像技术，尤其涉及磁共振成像系统中的射频发射和接收技术，具体的说，本发明涉及用于磁共振成像系统的鸟笼线圈及其调谐方法。
背景技术
磁共振成像技术已经成为医学临床诊断和研究的重要工具之一，具有非侵入性、无电离、无辐射等特点，其中的射频线圈是成像系统的一个重要元件，对成像质量有着举足轻重的作用，直接影响图像信噪比。磁共振成像系统通过射频发射线圈发射电磁波对人体组织进行激发，人体组织中产生共振信号，被射频接收线圈接收，然后送入计算机系统进行成像。所以射频发射线圈在磁共振成像系统中起着非常关键的作用。为了获得高质量的磁共振扫描图像，要求射频发射线圈产生的电磁场(简称B1场)有良好的均匀性。鸟笼线圈中心可以产生比较均匀的射频电磁场，因此磁共振系统通常都采用鸟笼线圈作为发射线圈或者收发共用线圈。
如图1所示，是现有技术中一种常规的鸟笼线圈，包括位置上相对设置的两个平行的环形导体，在两个环形导体之间采用多根线形导体连接，并在两个环形导体上装配多个电容。为了获得均匀的射频磁场，要求在工作状态下鸟笼线圈内的电流分布均匀，同时鸟笼线圈还必须谐振在磁共振频率W0上。磁共振频率W0也称为拉莫尔频率(Lamor)，主要由磁共振成像系统中的静态磁场强度B0决定。
W0＝γB0
γ是拉莫尔常数。
在图1中，鸟笼线圈有上下两个环形导体，两个环形导体之间用了16条线形导体连接，两个环形导体上分别串联了16个电容，分别是：上环形导体的电容包括C1～C16，下环形导体的电容包括C17～C32，为了使该线圈能达到最佳的发射效果，得到最佳的均匀场，需要每个环形上的所有电容的值都尽可能一致，这样可以让线圈上的电流分布比较均匀，从而在线圈内产生一个均匀的射频电磁场B1。
在实际制造过程中，必须调整线圈的谐振点为拉莫尔频率，通常通过调整线圈中串联的电容值来改变线圈的谐振点。如果电容C1～C32全部采用固定值的电容，每一次调整电容值都需要同步的替换至少16个电容，制造过程的调试非常复杂，而且过多的焊接操作容易导致电路板或者电容受损。因此为了简化制造过程，通常会使用电容值可调的电容。由于耐高压的可调电容成本较高，如果每个线圈都采用16个或者32个可调电容，线圈成本将会非常高。如果只是在其中部分位置使用可调电容，会导致成品线圈谐振点的可调整的范围非常小，而且调整后由于不同位置的电容值有差异，线圈电流分布变得不均匀，导致线圈内的电磁场B1也变得不均匀。
产生静态磁场强度B0的磁体一般采用电磁体或者永磁磁体，随着磁共振成像技术的发展，人们期望更高的静态磁场强度B0，这时候往往采用超导磁体。当磁体在屏蔽室内安装的时候，由于材料和场地环境的差异，导致所产生的静态磁场强度B0也具有一定的差异，而且，线圈加工制造过程的误差也会导致一定的差异。这就要求所有与该磁体配套的射频线圈都需要相应的调整谐振频率，如上所述，现有鸟笼线圈的调谐过程复杂，给磁共振成像系统的现场安装人员增加了工作难度，往往使得鸟笼线圈的产品质量具有加工厂商难以控制的隐患。
本发明改进了磁共振系统中通用的鸟笼线圈，具有宜于调谐的结构，克服了上述缺点。
发明内容
本发明提出了一种改进的用于磁共振成像系统的鸟笼线圈及其调试方法，具有线圈内部电流分布均匀、调试方便的优点，降低了现场安装过程中的工作难度。
本发明公开了一种用于磁共振成像系统的鸟笼线圈，包括分布在柱形表面上的上环形导体、下环形导体以及连接在其间的多条线形导体；所述上环形导体和下环形导体中串联有多个电容器；所述线形导体的全部或者其中有1段或者2段采用柔性可弯曲变形的柔性调谐线；当所述柔性调谐线弯曲变形时，所述上环形导体和下环形导体之间的距离改变，并改变所述鸟笼线圈的谐振频率
在本发明的另一个实施例中，当所述线形导体的全部采用柔性可弯曲的所述柔性调谐线时，在所述柔性调谐线发生弯曲变形的位置邻近所述上环形导体和/或下环形导体。
在本发明的实施例中，所述线形导体中有1段或者2段所述柔性调谐线时，每段所述柔性调谐线的长度小于所述线形导体的长度的三分之一当有1段所述柔性调谐线时，所述柔性调谐线在所述线形导体中的位置邻近所述上环形导体或者下环形导体；当有2段所述柔性调谐线时，所述柔性调谐线在所述线形导体中的位置同时邻近所述上环形导体和下环形导体。
在本发明的一个实施例中，所述柔性调谐线被预先弯曲变形为类似字母“Ω”的形状。
在一个实施例中，还包括用于改变所述上环形导体或者下环形导体的位置的谐振点调节器。
在一个实施例中，所述谐振点调节器包括一个以上固定于所述上环形导体或者下环形导体上的滑块，当均匀推拉每一个该滑块时所述上环形导体或者下环形导体的位置改变。
所述柔性调谐线是采用FPC柔性电路板材料。
本发明还公开了一种用于上述任意一种用于磁共振成像系统的鸟笼线圈的调谐方法，包括如下步骤：通过改变柔性调谐线的形状改变所述上环形导体和下环形导体之间的距离，改变所述鸟笼线圈的谐振频率。
在一个实施例中，改变所述上环形导体和下环形导体之间的距离的步骤包括：所述改变所述柔性调谐线的形状改变所述上环形导体和下环形导体之间的距离的步骤包括：分别同等地推拉每一个固定连接于所述上环形导体或者所述下环形导体的所述滑块。
本发明提供一种用于磁共振系统中的鸟笼线圈及其调试方法，将鸟笼线圈的环形导体设计为可以移动的调试环，通过改变调试环的位置来改变上下两个圆环导体之间的距离，从而调整鸟笼线圈的谐振频率。本发明的鸟笼线圈避免使用昂贵的可调电容器件来微调线圈谐振频率，降低了鸟笼线圈的造价成本，并且调试容易使用方便；由于本发明同步调整整个鸟笼线圈的结构，调谐范围比较大；并且对线圈电流的分布没有影响，线圈内部的射频磁场均匀性不受影响；本发明的机械结构稳定，可以承受较高的电压，具有较高的可靠性。
附图说明
图1是现有技术中一种常规的鸟笼线圈的结构示意图。
图2是本发明的鸟笼线圈的一个实施例的结构示意图。
图3和图4是本发明的一个实施例中的线圈调谐装置的结构示意图。
图5是本发明一个实施例中谐振点调节器的结构示意图。
图6和图7是分别对应图3和图4所示的实施例中的线圈调谐装置的谐振频率曲线。
图8是本发明一个实施例的线圈参数示意图。
具体实施方式
磁共振系统通用的鸟笼线圈的结构，如图1所示，这种常规的鸟笼线圈采用两个平行的环形导体，在两个环形导体之间采用多根线形导体连接，并在两个环形导体上装配多个电容。
本发明用柔性的线形导体完全取代传统鸟笼线圈中的刚性的线形导体。即，在上下环形导体之间的线形导体是柔性可弯曲变形的，这样上下环形导体之间的距离可以在核磁共振系统的安装现场很方便的根据要求调整，从而改变鸟笼线圈的谐振点，适应磁体的静态磁场强度的要求。在一个实施例中，通过射频发射线圈的包装壳体限制柔性可弯曲变形的线形导体的形变发生在靠近上下环形导体的位置附近，这样对该鸟笼线圈的射频场B1的均匀性影响最小。
在另一个实施例中，鸟笼线圈的其中的一个环形与垂直的导体之间采用柔性的导线连接，该柔性的导线使得该环形导体可以沿着线形导体的伸展方向移动，通过这种移动来改变线圈的结构从而改变线圈的谐振点，使得线圈可以谐振在磁共振系统的频率上，在调整的过程中，整个环形导体平行地同时沿着相同的方向运动，因此对线圈的分布的改变是同步的，所以不会导致电流的不均匀变化，因此鸟笼线圈产生的射频电磁场也是均匀的。
如图2所示是本发明的鸟笼线圈的一个实施例的结构示意图。包括柱形的射频发射线圈壳体011，上环形导体013和固定安装在射频发射线圈壳体011柱面上的下环形导体018，位于上下环形导体之间固定安装在射频发射线圈壳体011柱面上且平行于其轴线的多个线形导体017，分别与上环形导体013电连接、且与线性导体017电连接的柔性调谐线015，每一个线形导体017还分别电连接于下环形导体018，以及分别安装在上下环形导体013和018中的电容016。射频发射线圈壳体011上位于上环形导体上方的端面上开有多个调节孔012，通过该调节孔012可以操作谐振点调节器014，谐振点调节器014用于调节上环形导体013相对于下环形导体018的位置，当上环形导体013距离下环形导体018的位置最远时，柔性调谐线015伸展延长，当上环形导体013距离下环形导体018的位置最近时，柔性调谐线015弯曲变短。
如图2所示的鸟笼线圈，包括16条线形导体017，其中上环形导体013作为调节环，也就是说上环形导体013在射频发射线圈壳体011上可以上下移动。通过柔性调谐线015将上环形导体013连接到线形导体017上，然后在上环形导体013上安装了谐振点调节器014，这个谐振点调节器014包括可以推动或者拉动上环形导体013的滑块。为了便于调节，在011射频发射线圈壳体的端面上设计了4个调节孔012，生产或者安装过程中可以将该产品安装好后，用螺栓刀从调节孔012调节谐振点调节器014的滑块即可，滑块移动的范围取决与螺栓的长度。
在本发明一个实施例中，柔性调谐线015的结构不是仅仅应用在单侧的环形导体上，而是在上下两侧的环形导体中都采用这种结构。即上环形导体013和下环形导体018同时作为调节环，从而加大谐振点的调节范围，并且同样配置多个谐振点调节器014。
本发明不仅可以应用在上述的具有16条线形导体结构的鸟笼线圈上，对其它结构的鸟笼线圈都适用。比如具有4条线形导体结构的鸟笼线圈，或者具有8条线形导体结构的鸟笼线圈等。
如图3和图4所示是本发明的一个实施例中的线圈调谐装置的结构示意图。图3和4中上环形导体013中串联了电容016；上环形导体013与线形导体017之间有柔性调谐线015，谐振点调节器014固定连接壳体和上环形导体013，图3中柔性调谐线015呈现伸展状态，此时上环形导体013距离射频发射线圈壳体011的端面最近，距离线性导体017的位置最远，距离下环形导体018(图中未示)也最远；反之，图4中柔性调谐线015弯曲变短，此时上环形导体013距离射频发射线圈壳体011的端面最远，距离线性导体017的位置最近，距离下环形导体018(图中未示)也最近。
柔性调谐线015被预先设置成字母“Ω”的形状，其好处在于，当柔性调谐线被压缩变短或者拉伸变长时，需要克服的弹力都比较小，调整后易于固定，从而使得调整了谐振频率的鸟笼线圈性能稳定。
图5所示是本发明一个实施例中谐振点调节器014的结构示意图。射频发射线圈壳体011的端面上有调节孔012，在调节孔012内有调节螺栓0142，滑块0141固定在上环形导体013上，调节螺栓0142可以推拉滑块从而调整改变上环形导体的位置。
如图6和图7所示是分别对应图3和图4所示的实施例中的线圈调谐装置的谐振频率曲线。图中横轴是频率，纵轴是线圈的频率响应，图中每格为5db。当谐振点调节器的状态如图3所示时，该实施例中的射频发射线圈的谐振点位于63.73MHz，频率响应为22.454db。当谐振点调节器的状态如图4所示时，该实施例中的射频发射线圈的谐振点位于63.95MHz，频率响应为22.692db。可见本发明的谐振点调节器使得该16线鸟笼型线圈在安装现场具有了220KHz的调节范围。
如图8所示是本发明的参数示意图。在本发明的一个实施例中，射频鸟笼发射线圈具有16根线形导体连接在上、下环形导体之间，该线圈高度740毫米，线圈直径600毫米，上、下环形导体和线形导体采用宽度30毫米的铜箔，上、下环形导体中分别各串联16组电容，每组采用两个47pf电容。柔性调谐线采用FPC柔性电路板材料(Flexible Printed Circuit柔性印刷电路板简称FPC)，长度为30毫米，焊接前对柔性电路板预变形为字母“Ω”的形状，然后焊接在环形导体和线形导体之间。谐振点调节器的滑块可调节范围为20毫米，线圈的中心谐振点为63.86兆赫兹，谐振点的可调节范围是正负100千赫兹。
Claims (10)
1.一种用于磁共振成像系统的鸟笼线圈，包括分布在柱形表面上的上环形导体、下环形导体以及连接在其间的线形导体；所述上环形导体和下环形导体中串联有电容器；其特征在于，所述线形导体的全部或者其中有1段或者2段采用柔性可弯曲变形的柔性调谐线；当所述柔性调谐线弯曲变形时，所述上环形导体和下环形导体之间的距离改变，并改变所述鸟笼线圈的谐振频率。
2.如权利要求1所述的鸟笼线圈，其特征在于，当所述线形导体的全部采用柔性可弯曲变形的所述柔性调谐线时，所述柔性调谐线发生弯曲变形的位置邻近所述上环形导体或者下环形导体。
3.如权利要求1所述的鸟笼线圈，其特征在于，当所述线形导体中有1段或者2段所述柔性调谐线时，每段所述柔性调谐线的长度小于所述线形导体的长度的三分之一；当有1段所述柔性调谐线时，所述柔性调谐线在所述线形导体中的位置邻近所述上环形导体或者下环形导体；当有2段所述柔性调谐线时，所述柔性调谐线在所述线形导体中的位置同时邻近所述上环形导体和下环形导体。
4.如权利要求3或者2所述的鸟笼线圈，其特征在于，所述柔性调谐线被预先弯曲变形为类似字母“Ω”的形状。
5.如权利要求4所述的鸟笼线圈，其特征在于，还包括用于改变所述上环形导体或者下环形导体的位置的谐振点调节器。
6.如权利要求5所述的鸟笼线圈，其特征在于，所述谐振点调节器包括一个以上固定于所述上环形导体或者下环形导体上的滑块，当均匀推拉每一个该滑块时所述上环形导体或者下环形导体的位置改变。
7.如权利要求6所述的鸟笼线圈，其特征在于，所述上环形导体或者下环形导体的位置可调节范围为20毫米。
8.如权利要求1所述的鸟笼线圈，其特征在于，所述柔性调谐线采用FPC柔性电路板材料。
9.一种用于如权利要求1至8任一项所述的用于磁共振成像系统的鸟笼线圈的调谐方法，其特征在于包括如下步骤：通过改变柔性调谐线的形状改变所述上环形导体和下环形导体之间的距离，改变所述鸟笼线圈的谐振频率。
10.一种用于如权利要求6或7所述的用于磁共振成像系统的鸟笼线圈的调谐方法，其特征在于包括如下步骤：通过改变柔性调谐线的形状改变所述上环形导体和下环形导体之间的距离，改变所述鸟笼线圈的谐振频率；所述改变所述柔性调谐线的形状改变所述上环形导体和下环形导体之间的距离的步骤包括：分别同等地推拉每一个固定连接于所述上环形导体或者所述下环形导体的所述滑块。
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