一种皮肤专用表面相控阵接收线圈
阅读说明：本技术 一种皮肤专用表面相控阵接收线圈 (Special surface phased array receiving coil for skin ) 是由 刘军 胡俊蛟 曾瑛 于 2021-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种皮肤专用表面相控阵接收线圈,包括线圈单元、长距线缆和放大电路,所述的线圈单元与放大电路之间通过长距线缆连接,以使放大电路远离线圈天线；所述的放大电路包括移相电路和前置放大器,所述的移相电路通过长距线缆连接至线圈天线并输出至前置放大器,前置放大器将信号放大后输出至外部处理器。本发明的技术效果在于,通过将线圈天线和放大电路以长距线缆的方式连接,让使用时会发热的放大电路远离患者皮肤,有效的避免了使用时的灼伤风险,同时本发明采用柔性的外壳,实现表面形状具有更好的贴合性,且柔性平整的外形也能更好的贴合皮肤。(The invention discloses a special surface phased array receiving coil for skin, which comprises a coil unit, a long-distance cable and an amplifying circuit, wherein the coil unit is connected with the amplifying circuit through the long-distance cable so that the amplifying circuit is far away from a coil antenna; the amplifying circuit comprises a phase-shifting circuit and a preamplifier, the phase-shifting circuit is connected to the coil antenna through a long-distance cable and outputs the coil antenna to the preamplifier, and the preamplifier amplifies a signal and outputs the amplified signal to an external processor. The invention has the technical effects that the coil antenna and the amplifying circuit are connected in a long-distance cable mode, so that the amplifying circuit which can generate heat when in use is far away from the skin of a patient, the burn risk when in use is effectively avoided, meanwhile, the invention adopts the flexible shell, the surface shape has better fitness, and the flexible and flat appearance can better conform to the skin.)
技术领域
本发明涉及一种皮肤专用表面相控阵接收线圈。
背景技术
磁共振成像(MRI)系统是当今医学影像领域先进的诊断设备。它能够提供其他影像设备无法比拟的高质量软组织断层像，它的出现使传统放射学及影像诊断学发生了革命性变化。它可以实现多种组织参数成像，任意方位断层成像，组织灌注代谢等等。医学磁共振成像已经广泛应用于身体各个系统，比如最常见的神经、骨骼系统，给疾病的诊断、治疗及预后带来了巨大的收益。但是，在皮肤系统上面，MRI应用并不广泛，甚至极少。其原因在于：就皮肤本身的组织结构而言，需要实现高分辨率MRI(HR-MRI)成像才能达到辅助诊断的效果，但是目前受到MRI系统的限制，达不到皮肤HR-MRI成像要求。
MRI系统的限制主要在于主磁场的提高和表面接收线圈的改善，主磁场的提高是比较困难的，从0.3T到3.0T广泛商业使用于临床我们花了将近50年时间。大家都知道，磁共振系统主要由超导磁体、梯度线圈、射频线圈、谱仪系统等组成，其中作为磁共振信号接收的终端，射频接收线圈的性能直接决定图像的质量。为了获得更好的图像质量，提高接收线圈的性能也是目前超导磁共振发展的一个重要方向。
小视野表面线圈在甲状腺成像、距骨软骨成像以及皮肤表面成像等方面具有相对于传统阵列线圈更高的灵敏度和应用价值。目前皮肤HR-MRI成像使用的接收线圈是各大厂家不同型号的单通道显微线圈(loop)，又称小野环形线圈，单通道的环形线圈本意不是用来皮肤成像的，它开发的目的是适用于人体浅表的组织成像，比如手指，脚趾等浅表组织结构，这也是它做成环形中空的原因之一。它们的直径大小不一，各个厂家生产的从2CM 到7CM都有，而且都是PC材质圆形坚硬外壳形状，并不能很好的贴合和固定于人体皮肤。
使用单通道小野环形线圈来进行皮肤HR-MRI成像的原理，主要是利用在主磁场强度不变的情况下，使用的线圈直径越小，其接收灵敏度越高，在体素减小的情况下也可以保证较高的图像信噪比，有利于获得小FOV高空间分辨率的图像。
但目前的单通道小野环形线圈，各大厂家尺寸大小不一，成像深度和高分辨率之间达不到满意的组合。其次，单通道小野环形线圈皆为环形中空，PC坚硬外壳造型，并不能很好的固定和贴合皮肤，给成像操作带来了很大的难度。且现有的线圈都是将天线与相应的放大电路近距离的连接在一起，这就使得线圈在使用时，可能由于放大电路所产生的热量使患者感到不适甚至灼伤。
发明内容
为了解决目前单通道小野环形线圈存在的使用时因放大电路发热而存在灼伤风险，线圈的坚硬外壳不便于匹配皮肤且成像深度和高分辨率不能兼顾的技术问题，本发明提供一种皮肤专用表面相控阵接收线圈。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，
一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，包括线圈单元、长距线缆和放大电路，所述的线圈单元与放大电路之间通过长距线缆连接，以使放大电路远离线圈天线；所述的放大电路包括移相电路和前置放大器，所述的移相电路通过长距线缆连接至线圈天线并输出至前置放大器，前置放大器将信号放大后输出至外部处理器。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的线圈单元包括至少两个小线圈天线以及与小线圈天线数量相等的控制电路，每个小线圈天线连接至一个控制电路，并通过控制电路经长距线缆连接至独立的放大电路，放大电路的数量也与小线圈天线的数量相同；
所述的小线圈天线互相之间部分重叠，以用于接触皮肤并接收信号。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的小线圈天线为圆形，且其中任意两个小线圈天线的圆心距离为小线圈天线直径的75％。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，还包括柔性面板，所述的柔性面板由防水透气材料制成，并将小线圈天线密封于其中以用于直接接触皮肤。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的控制电路包括第二电感L2、以及依次串联的匹配电容C1、并联谐振回路和调频电容C4，其中匹配电容C1和调频电容C4分别连接至小线圈天线的两端以与小线圈天线共同形成回路，所述的第二电感L2的一端连接至直流输入，另一端连接至并联谐振回路和调频电容C4之间，匹配电容C1的两端分别通过长距线缆连接至放大电路，所述的调频电容C4为可调电容。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的并联谐振回路包括第一电感L1、二极管D1、以及串联的第一失谐回路电容C2和第二失谐回路电容C3，所述的第一电感L1和二极管D1串联后再与第一失谐回路电容C2和第二失谐回路电容C3并联。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的移相电路包括移相电容C5和移相电感L3，所述的移相电容C5串联至前置放大器的一个输入端，前置放大器的另一个输入端接地，且所述的移相电感L3并联至前置放大器的两个输入端之间。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的移相电路包括移相电容C5和移相电感L3，所述的移相电感L3串联至前置放大器的一个输入端，前置放大器的另一个输入端接地，且所述的移相电容C5并联至前置放大器的两个输入端之间。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，所述的小线圈天线以及长距线缆均由同轴线制成，所述的同轴线由外到内包括金属编织层、绝缘层、支撑层和导体。
所述的一种皮肤专用表面相控阵接收线圈，其特征在于，所述的小线圈天线是通过粉末烧结工艺制作的泡沫状金属导体带。
本发明的技术效果在于，通过将线圈天线和放大电路以长距线缆的方式连接，让使用时会发热的放大电路远离患者皮肤，有效的避免了使用时的灼伤风险，同时本发明采用柔性的外壳，实现表面形状具有更好的贴合性，且柔性平整的外形也能更好的贴合皮肤。线圈天线采用多通道线圈阵列组合的方式，使用多个独立的小线圈一起覆盖成像区域，由于只有临近线圈的很小区域的噪声才能进入线圈，因此能够有效地提高信噪比，又能控制FOV的大小，达到皮肤高分辨率成像的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明前放端线圈单元为容性时的调相位示意图。
图3为本发明前放端线圈单元为感性时的调相位示意图。
图4为本发明天线部分的结构示意图。
图5为本发明天线部分的拆解示意图。
具体实施方式
参见图1，本实施例包括线圈单元、长距线缆和放大电路。由于考虑到与线圈连接的电路工作会产生热量，可能对于人体皮肤造成灼伤，本实施例对于电路结构改进，以匹配较长的连接到前置放大器的线缆。本实施例的线圈单元与放大电路之间通过长距线缆连接，以使放大电路远离线圈天线。放大电路包括移相电路和前置放大器，这是为了匹配电容到前置放大器的输入端，除了有前置放大器去耦的要求，还有相位的要求，可以根据实际情况来定所需移相的电路结构。本实施例通过控制线圈与前置放大器之间的线缆来确定实际使用情况，若分离前置放大器与线圈单元距离足够，可以使放大器部分远离人体，天线单元位置贴近人体，这时可以只针对单元位置设计贴合材料及结构，使患者更加舒适。移相电路通过长距线缆连接至线圈天线并输出至前置放大器，前置放大器将信号放大后输出至外部处理器。
本实施例的线圈单元包括至少三个小线圈天线以及与小线圈天线数量相等的控制电路，每个小线圈天线连接至一个控制电路，并通过控制电路经长距线缆连接至独立的放大电路，放大电路的数量也与小线圈天线的数量相同。实际使用中也可采用两个或者更多个小线圈天线。本实施例中的小线圈天线构成了多通道相控阵小线圈单元的线圈结构模式，这些小线圈单元彼此邻接，组成一个大的成像区间，使其有效空间增大，其中每个小线圈天线为圆形，且其中任意两个小线圈天线的圆心距离为小线圈天线直径的75％。每个小线圈均可同时接收对应小区域的NMR信号，且在测量结束后，使小区域的信号有效联系在一起。这里，每个线圈单元均可作为独立线圈看待，该独立线圈中的噪声仅来源于它所对应的小区域，可以从较大的范围获取数据，而其SNR却等于独立单元线圈的SNR。如果用同样面积的大线圈对同一区域成像，虽然该线圈也会取得与上面相控阵线圈同样幅度的信号，但由于噪声源的扩大，SNR会下降很多。故本实施例的线圈单元能够有效的降低 SNR。
本实施例采用柔性面板，将小线圈天线密封于其中以用于直接接触皮肤。柔性面板由防水透气材料制成，本实施例使用聚乙烯泡沫为线圈的外部材料，聚乙烯泡沫是柔性材料，具有很好的贴合皮肤，扫描固定时也非常方便，病人不适性明显减低，大大的提高了皮肤 MRI成像的成功性，也能够使线圈离目标皮肤距离变短从而保证更好的成像深度。
本实施例中的控制电路包括第二电感L2、以及依次串联的匹配电容C1、并联谐振回路和调频电容C4，其中匹配电容C1和调频电容C4分别连接至小线圈天线的两端以与小线圈天线共同形成回路，所述的第二电感L2的一端连接至直流输入，另一端连接至并联谐振回路和调频电容C4之间，匹配电容C1的两端分别通过长距线缆连接至放大电路。其中匹配电容C1主要用来在加载情况下，实现输入和输出的匹配，达到信号传输效率最佳效果。所述的调频电容C4为可调电容，由于天线线圈上电感和电容值都存在一定误差，所以需要一个可调电容来调谐线圈的频率，使得线圈的中心频率到达系统工作频率。
本实施例的并联谐振回路包括第一电感L1、二极管D1、以及串联的第一失谐回路电容C2和第二失谐回路电容C3，所述的第一电感L1和二极管D1串联后再与第一失谐回路电容C2和第二失谐回路电容C3并联。在直流输入电流信号时，二极管D1导通，此时第一失谐回路电容C2、第二失谐回路电容C3和第一电感L1之间形成一个并联谐振回路，并联谐振呈高阻状，相当于线圈断开状态，当发射线圈工作时，接收线圈相当于断开，二者互不干扰。
本实施例中，C1～C4是与L1，D1和L2一起集成到一块电路板上，这样线圈端所有电路集中一起，然后将电路板的两端直接连接天线，这样可以实现制作、安装及维护的简单方便。
参见图2、图3，根据具体情况，有两种需要移相的可能：当前放端线圈单元为容性时，在前放端使用串电感并电容的方式调相位，当前放端看线圈单元为感性时，在前放端使用串电容并电感的方式调相位。本实施例中的移相电路包括移相电容C5和移相电感L3。其中两个不同的实施例所提供两个元器件位置不同，主要根据线圈单元到前置放大器之间的线长不同来决定。实际使用时，可以根据实际使用情况来调节天线到放大器之间的距离，由于同轴线传输信号时，只影响相位，所以当根据需要来确定线圈到前放之间的距离时，从前放端看线圈的相位会发生变化，此时即根据实际相位来定移相电路，目的时为了与前放的相位相匹配，实现信号最佳传输。本实施例使用的前放相位为180度，所以当从前放端看呈感性时，移相电路采用串联电容并联电感的方式，其中C5的作用主要为调节相位， L3的作用主要是修正串联C5带来的匹配变化，使其匹配与原来一致，当从前放端看呈容性时，移相电路采用串联电感并联电容的方式，其中L的作用主要为调节相位，C5的作用主要是修正串联L3带来的匹配变化，使其匹配与原来一致。
本实施例中的小线圈天线以及长距线缆采用的是同轴线，以适应线圈多次弯折的情况。同轴线由外到内依次为：金属编织层、绝缘层、支撑层和导体。其中绝缘层为毛皮、橡胶等护套；金属编织层由金属丝编制而成；支撑层采用芳纶和芳纶外侧的填充绝缘材料。支撑层选用芳纶材料以能够重复弯折多次。
根据需要，也可采用通过粉末烧结工艺制作泡沫状金属导体带，可以有效改善电流分布，提升线圈品质因子，提高信噪比。通过工艺调节，实现柔性的天线线圈。
参见图4、图5，本实施例的天线导体采用新型超低阻抗导体，柔软，耐弯折，三个单元合理分布，天线部分采用防水透气材料，更轻便，柔软舒适，贴合人体，整个线圈可直接用医用胶带粘贴到皮肤表面，使用方便，同时提高信噪比和患者舒适度。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：用于磁共振成像系统的磁体系统