一種用于磁共振成像系統的體型線圈的制作方法

專利名稱：一種用于磁共振成像系統的體型線圈的制作方法
技術領域：
本發明涉及磁共振成像系統中線圈的去耦技術，特別是一種用于磁共振成像系統的線圈。
背景技術：
磁共振成像(MRI)系統在臨床診斷等領域具有重要的應用。根據MRI系統中主磁體的場 強大小，MRI系統可以大致分為低場(小于0. 3T)、中場(0. 3T至1. 0T)和高場(大于1. 0T) 三個大類。與此相應，射頻信號接收線圈也可以分為低場、中場和高場接收線圈。另外，根 據接收線圈的形狀，接收線圈可以分為體型線圈(vol咖e coil)和表面線圈(surface coil)。 一般而言，體型線圈可以將人體需要掃描成像的部位，例如頭部、四肢等放在該線圈中；而 表面線圈是放在人體需要掃描成像部位的表面，例如脊柱、眼睛、腹部等部位的表面。
隨著接收線圈技術的發展，包括復數個線圈單元的接收線圈大多采用相控陣技術，采用 相控陣技術的線圈可以稱為相控陣線圈。進一步，隨著接收線圈技術的發展，相控陣線圈的 線圈單元數目在不斷增加，由此獲得的圖像的信噪比(SNR)和均勻度也相應地得到了很大改 善。但是，隨之而來的負面效應是，各線圈單元之間的耦合程度也在升高，耦合的方式也越 來越復雜，需要去耦處理的線圈單元對的數目越加龐大。如果線圈單元間的去耦處理做得不 充分，就會對與線圈單元間噪聲相關的前置放大器的噪聲匹配造成負面影響，使得從該線圈 得到的圖像的信噪比受到很大的不良影響。
目前，對于線圈的去耦方式一般可以分為如下幾種。
第一種方式是將兩個相鄰線圈單元的一部分相互重合(overlap)。在圖1中，線圈單元 101和102 、 102和103、 103和104、 104和105、 105和106、 106和101分別相鄰，在相 鄰的兩個線圈單元之間存在重合的部分。以相鄰的線圈單元101和102為例，由于重合部分 的存在，使得線圈單元101在線圈單元102中所產生的凈磁場為零，因此磁耦合也為零，從 而實現了去耦，反之亦然。如果采用這種方式，各線圈單元可以相互獨立，無需兩個線圈單 元之間存在電路上的電連接。目前在高場(一般是水平場)的MRI系統中，大多數的接收線 圈采用這種方式。這種方式可以對相鄰的線圈單元產生很好的去耦效果，但是由于無法使那 些不相鄰的線圈單元部分重合，所以這種方式不適合那些不相鄰的線圈單元之間的去耦處理。
3第二種方式是通過前置放大器去耦(Pre-Amplifier Decoupling)方式來去耦。在表面 線圈中，不相鄰的線圈單元之間的耦合通常較小，可以通過前置放大器去耦方式來去耦，不 必在線圈當中采用去耦結構設計。但是，體型線圈中不相鄰線圈單元之間的耦合通常較大， 僅僅依靠前置放大器去耦是遠遠不夠的，還必須要引入專門的去耦結構，來去除不相鄰的線 圈單元之間的耦合。
第二種方式是在電路中引入電容電路或電感電路來實現去耦。根據感應電動勢的極性不 同，引入相應的電感電路或電容電路來抵消所產生的感應電動勢，從而達到去耦的目的。在 使用該方式吋，需要在各個待去耦的線圈單元之間建立電路連接，否則無法引入去耦的電容 器或電感器。目前在中低場(一般是垂直場)MRI系統中，由于線圈單元(例如環形(lo叩) 線圈或鞍型(化ddle)線圈)之間基本上都存在電連接，而且線圈單元的數目相對較少，很 容易引入電容電路或電感電路。另外，在中低場中，射頻信號的頻率不高，損耗等各種射頻 效應可以忽略不計，因此，該方式在中低場的磁共振系統中得到了廣泛的應用。
但是，對于高場(一般是水平場)接收線圈而言，相鄰線圈單元之外的線圈單元一般不 存在便于連接電容電路或電感電路的連接點，如果相距較遠的兩個線圈單元之間(例如圖1 中的線圈單元101和104之間)引入電容電路或電感電路，則必然會帶來一定的損耗，并由 此降低信噪比。如果在線圈單元數目較多的情況下全部采用電容電路或屯感電路來去耦，則 需要額外增加很多的去耦電路，而這些去耦電路會對相應線圈單元的匹配產生很大的不良影 響，因此在去耦之后需要進行匹配；而匹配必然會影響原先的去耦處理，那么在匹配之后還 需要進一步的去耦處理。那么在這種情況下需要反復地進行去耦、匹配、去耦、匹配……最 后得到的線圈必然是一個復雜而不穩定的線圈。
綜h所述，對于高場(一般是水平場)MRI系統中包括復數個線圈單元的體型線圈來說， 現有技術對這種線圈中相鄰的線圈單元可以采用上述第一種方式來進行去耦處理，但是對于 不相鄰的線圈單元卻沒有一種去耦效果較佳的方案。

發明內容
有鑒于此，本發明提出了一種用于磁共振成像系統的體型線圈，其目的在于，對該體型 線圈中不相鄰的線圈單元能夠有效地進行去耦處理，并目.使得體型線圈穩定。
本發明提供了一種用于磁共振成像系統的體型線圈，包括復數個線圈單元，在該線圈屮
兩個相鄰的線圈單元存在重合的部分，用以去除這兩個相鄰線圈單元之間的耦合；
在兩個次相鄰的線圈單元中分別設置有一個電感器，并且這兩個電感器相互耦合，用以去除這兩個次相鄰的線圈單元之間的耦合；
各個線圈單元在所述線圈軸向的一個端面上匯聚，所述線圈當中兩個既不相鄰也不次相 鄰的線圈單元在所述端面上相互連接，并連接有一個電容電路或一個電感電路，用以去除這 兩個既不相鄰也不次相鄰的線圈單元之間的耦合。
所謂次相鄰的線圈單元是指中間間隔一個線圈單元的兩個線圈單元。所謂既不相鄰也不 次相鄰的線圈單元是指中間間隔兩個或多于兩個線圈單元的兩個線圈單元。
所述電感器位于所在線圈單元中與所述次相鄰線圈單元最接近的一條邊上。 在一個實施例中，所述電容電路或電感電路串聯在所述兩個既不相鄰也不次相鄰的線圈 單元之間。
在一個實施例中，所述電容電路包括一個電容器，所述電感電路包括一個電感器。 在所述端面還包括一個由抗磁性物質制成的片。 所述抗磁性物質為銅、金、銀或鉛。
所述片為圓形，位于所述端面的中部，面積約為所述端面的面積的一半。
根據本發明的上述技術方案，對于相鄰的線圈單元采用現有的相互重合的去耦方式，對 于次相鄰的線圈單元采用增加電感器的去耦方式，對于既不相鄰也不次相鄰的線圈單元采取 在一個端面形成可用連接點從而連接電容電路或電感電路的去耦方式，從而較為徹底地去除 了線圈中各線圈單元之間的耦合，提高了線圈所接收信號的信噪比。并且，本發明在次相鄰 的線圈單元中提供電感器，這種結構比現有技術中的第三種方式簡單得多，而且對線圈的匹 配基本沒有影響。另外，本發明巧妙地將各個線圈單元匯聚到線圈的一個端面，形成了便于 連接電容電路或電感電路的連接點，這種連接點的效果相當于現有技術中相鄰線圈單元之間 的連接點，可以接入電容電路或電感電路并對線圈單元的匹配沒有不良影響，無需再進行匹 配，從而使得線圈能夠穩定。本發明還可以進一步在線圈一端增加一個由抗磁性材料制成的 片，從而還可以改進線圈端部的信噪比。另外，本發明還可以對不相鄰的線圈單元額外地采 用現有技術中的前置放大器去耦技術，由于本發明線圈的獨特結構和去耦效力，可以顯著消 除線圈單元之間耦合對線圈匹配造成的影響，使得前置放大器工作在最佳噪聲系數狀態下，
得到很好的信噪比。


下面結合附圖來詳細地描述本發明的實施例，在附圖中圖1為現有技術中相鄰線圈單元通過相互之間部分重合來實現去耦的示意圖； 圖2為本發明實施例中次相鄰線圈單元之間的去耦結構的示意圖； 圖3為本發明實施例第三種去耦方式中線圈單元匯聚于線圈一個端面的示意圖； 圖4a為一種電容電路的連接示意圖，圖4b是一種電感電路的連接示意圖5為一個6通道線圈和一個12通道線圈的平方和(S0S)合成的圖像信噪比曲線圖; 圖6為上述6通道線圈和12通道線圈的優化(OPT)合成的圖像信噪比曲線圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本發明進一步詳細說明。 在下面的實施例中，以包括6個線圈單元的體型線圈為例進行說明。但是本發明并不局 限于此，可以包括多于6個的線圈單元，例如7個、8個、12個等等。
本發明實施例中，為了對高場中的體型線圈盡可能地去耦，主要同時采用了三種去耦方式。
第一種去耦方式是在線圈中對兩個相鄰的線圈單元采取部分重合的去耦方式，亦即，在 兩個相鄰的線圈單元之間設置有重合的部分，用來去除這兩個相鄰線圈單元之間的耦合。如 圖1所示，在采用了第一種去耦方式的線圈當中，相鄰的兩個線圈單元之間都存在重合的部 分。由于該方式與現有技術中的第一種方式相同，這里不再贅述。與現有技術中的第一種去 耦方式相同，采用了本發明實施例的第一種去耦方式之后，可以去除相鄰線圈單元之間的耦合。
本發明實施例中所采用的第二種去耦方式針對兩個次相鄰的線圈單元采用電感性耦合 (inductive coupling)。所謂次相鄰的線圈單元是指中間間隔一個線圈單元的兩個線圈單 元。例如，圖1中線圈單元101和103、 102和104、 103和105、 104和106、 105和101、 106和102都是次相鄰的線圈單元。對于線圈中次相鄰的兩個線圈單元，本發明實施例在這 兩個線圈單元分別設置一個電感器，并將這兩個電感器相互耦合。由于次相鄰的每個線圈單 元中，電感器耦合的感應電動勢與次相鄰線圈單元之間的感應電動勢大小相等，方向相反， 所以電感器耦合的感應電動勢與次相鄰線圈單元之間的感應電動勢可以相互抵消，從而抵消 了這兩個次相鄰線圈單元之間的耦合。
圖2顯示了圖1中三個線圈單元101、 102和103的平面展開圖，其中線圈單元101和 103為次相鄰的線圈單元，在次相鄰的兩個線圈單元101和103中分別設置有一個電感器201
6和202。電感器201和202的布置使得它們可以相互耦合，從而各自產生電感器耦合的感應 電動勢。在線圈單元101中，電感器201中由于電感器202而耦合產生的感應電動勢與線圈 單元101由于線圈單元103而耦合產生的感應電動勢大小相等，并且方向相反，因此可以相 互抵消。換言之，電感器202在電感器201中耦合產生的感應電動勢抵消了次相鄰線圈單元 103在線圈單元101中耦合產生的感應電動勢。反之亦然，B口電感器201在電感器202中 耦合產生的感應電動勢抵消了次相鄰線圈單元101在線圈單元103中耦合產生的感應電動勢。
在圖2中，電感器201和電感器202分別位于線圈單元101和線圈單元103中最接近的 邊上，以便于安裝。但是，本領域技術人員應當知道，電感器201也可以被布置在線圈單元 101其它的邊上，電感器202同樣也可以被布置在線圈單元103的其它邊上，只要使得電感 器201和電感器202耦合即可。
需要注意的是，出于清楚的目的，在圖2中只顯示了對于次相鄰的線圈單元101和103 進行去耦的電感器201和202，而沒有畫出其它的電感器。例如，在線圈單元101中還可以 布置有消除線圈單元101與另一次相鄰線圈單元105之間耦合的另一電感器。
本發明實施例中采用的第三種方式是，將線圈中各線圈單元在線圈軸向的一端(例如， 圖1中線圈單元101-106的右端)匯聚到線圈在這一端的端面上，從而在端面上攏合。本發 明實施例通過這樣的技術手段，為本身并不相鄰的線圈單元提供了可以連接電容電路或電感 電路的距離很近的連接點，從而可以針對線圈中既不相鄰也不次相鄰的兩個線圈單元提供相 互連接，并接入有一個電容電路或電感電路。電容電路和電感電路連接到連接點的具體連接 方式與現有技術中一樣，這里不再贅述。這樣，可以利用電容電路或電感電路的方式消除既 不相鄰也不次相鄰的兩個線圈單元之間的耦合。并且，本發明實施例的第三種方式與現有技 術的第三種方式相比，提供了距離很近的連接點，效果相當于現有技術中相鄰線圈單元上的 連接點，可以避免帶來額外的電路損耗，從而可以改善線圈的信噪比。
圖3顯示的是將圖1所示線圈的各個線圈單元101-106匯聚到線圈軸向上一個端面的示 意圖。在這個端面上，既不相鄰也不次相鄰的線圈單元(例如，線圈單元101和104、 102和 105 、以及103與106)匯聚到了一起，在匯聚處相互連接，并且連接有一個電容電路或一 個電感電路。例如，線圈單元101上的A點和線圈單元104上的B點之間建立相互連接，并 連接有一個電容電路或一個電感電路。
圖4a為一種常用的電容電路及其連接方式的示意圖，圖4b是一種常用的電感電路及其 連接方式的示意圖。圖中示意性地畫出了線圈單元101和104，還以虛線和實線區別線圈單 元在線圈側面和端面的部分，圖4a和圖4b只是用來表示電容電路301和電感電路302的連接方式，并不限制線圈單元的具體形狀。在屈4a和圖4b中，電容電路301和電感電路302 分別串聯在線圈單元101的A點和線圈單元104的B點之間。其中，電容電路301包括一個 電容器和一個接地線，電感電路302包括一個電感器和一個接地線。這里只給出了常用的連 接方式，本領域技術人員可以在本發明所提供的連接點A、 B之間采用其他為本領域技術人員 所公知的電容電路、電感電路以及相應的連接方式，本發明并不局限于這些方式。
除了上述三種去耦方式之外，本發明實施例還可以在上述端面上布置一塊由抗磁性物質 制成的片。所用的抗磁性物質可以是金、銀、鉛或銅等等。優選地使用銅片，因為銅價格便 宜，質量輕，并且易于制作。片的形狀通常采用圓形，需要注意的是，本發明這里所說的"圓 形"并不局限于幾何學上嚴格的圓形，還包括類似于圓形的形狀，例如五邊形、六邊形、七 邊形等多邊形或者橢圓形等。片的面積可以是小于等于端面面積(線圈橫截面面積)的一個 面積，優選地約等于端面面積(線圈橫截面面積)的一半。片的位置位于線圈端面的中部。 這個片可以改變線圈端面上電磁場的分布，從而能夠改進線圈端部的信噪比。
另外對于本發明實施例的線圈，還可以進一步采用現有技術中的前置放大器去耦來輔助 去耦。由于前置放大器去耦為本領域技術人員所公知，這里就不再贅述。
圖5為一個6通道線圈和一個12通道線圈的SOS合成的圖像信噪比曲線的計算機屏幕截 圖。圖6為上述6通道線圈和12通道線圈的0PT合成的圖像信噪比曲線的計算機屏幕截圖。 在圖5和圖6中，橫坐標表示頭腳方向(head-feet direction)上256個像素點，縱坐標表 示信噪比(SNR)。
其中，6通道線圈為采用本發明實施例上述三種去耦方式的頭線圈。12通道線圈為采用 現有技術中去耦方式的頭線圈，其中，對于相鄰線圈單元采用了現有技術中第一種去耦方式。 另外，對于6通道線圈和12通道線圈中不相鄰的線圈單元分別附加地采用了前置放大器去耦方式。
根據本領域技術人員的常識，理想的12通道線圈信噪比應該比6通道線圈信噪比約強 10%，但是從圖5所示的S0S合成的圖像信噪比來看，采用本發明實施例方案的6通道線圈信 噪比反而比采用現有技術的12通道線圈的信噪比強約10%。這就說明，本發明實施例的線圈 結構和去耦方式大大優于現有技術，去耦非常徹底，從而降低了由于耦合而產生的噪聲，獲 得了較好的信噪比。
從理論上說，如果線圈本身沒有損耗，0PT合成時12通道線圈比6通道線圈具有好得多 的信噪比，但是圖6中的結果表明兩者差別不大。這是由于采用本發明實施例技術方案的6 通道線圈去耦徹底，并且消除了由于線圈單元之間耦合對線圈匹配造成的影響，使得前置放大器工作在最佳噪聲系數狀態下，獲得了很好的信噪比。而采用現有技術的12通道線圈去耦 不徹底，并且線圈單元之間的耦合對線圈匹配造成了一定的影響，使得前置放大器沒有工作 在最佳噪聲系數狀態下。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原 則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種用于磁共振成像系統的體型線圈，包括復數個線圈單元，在該線圈中兩個相鄰的線圈單元存在重合的部分，用以去除這兩個相鄰線圈單元之間的耦合；其特征在于，在兩個次相鄰的線圈單元中分別設置有一個電感器，并且這兩個電感器相互耦合，用以去除這兩個次相鄰的線圈單元之間的耦合；各個線圈單元在所述線圈軸向的一個端面上匯聚，所述線圈當中兩個既不相鄰也不次相鄰的線圈單元在所述端面上相互連接，并連接有一個電容電路或一個電感電路，用以去除這兩個既不相鄰也不次相鄰的線圈單元之間的耦合。
2. 根據權利要求l所述的線圈，其特征在于，所述電感器位于所在線圈單元中與所述次 相鄰線圈單元最接近的一條邊上。
3. 根據權利要求l所述的線圈，其特征在于，所述電容電路或電感電路串聯在所述兩個 既不相鄰也不次相鄰的線圈單元之間。
4. 根據權利要求1或3所述的線圈，其特征在于，所述電容電路包括一個電容器，所述 電感電路包括一個電感器。
5. 根據權利要求l所述的線圈，其特征在于，在所述端面還包括一個由抗磁性物質制成 的片。
6. 根據權利要求5所述的線圈，其特征在于，所述抗磁性物質為銅、金、銀或鉛。
7. 根據權利要求5或6所述的線圈，其特征在于，所述片為圓形，位于所述端面的中部， 面積約為所述端面的面積的一半。
全文摘要
本發明公開了一種用于磁共振成像系統的體型線圈，包括復數個線圈單元，在該線圈中兩個相鄰的線圈單元存在重合的部分，用以去除這兩個相鄰線圈單元之間的耦合；在兩個次相鄰的線圈單元中分別設置有一個電感器，并且這兩個電感器相互耦合，用以去除這兩個次相鄰的線圈單元之間的耦合；各個線圈單元在所述線圈軸向的一個端面上匯聚，所述線圈當中兩個既不相鄰也不次相鄰的線圈單元在所述端面上相互連接，并連接有一個電容電路或一個電感電路，用以去除這兩個既不相鄰也不次相鄰的線圈單元之間的耦合。本發明較為徹底地去除了線圈中各線圈單元之間的耦合，提高了線圈所接收信號的信噪比。
文檔編號G01R33/36GK101520496SQ200810006468
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者朱華彬, 汪堅敏, 王海寧, 陳燕紅 申請人:西門子(中國)有限公司