一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构
阅读说明：本技术 一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构 (Radio frequency coil structure with conformal capability for magnetic resonance imaging ) 是由 张松涛 谢斌 沈江 林海洋 何钧 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁共振技术领域,具体地说是一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构。一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构,包括线圈刚性塑料外壳,其特征在于：位于线圈刚性塑料外壳的外缘均布设有若干通孔；位于线圈刚性塑料外壳的内部与磁共振成像区域之间均布设有若干通道模块,相邻的通道模块相互交叠连接。同现有技术相比,提供一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构,突破了传统磁共振刚性射频线圈成像区域尺寸不能变化的限制,为磁共振射频线圈更巧妙的设计和更灵活的应用开辟了可能性。(The invention relates to the technical field of magnetic resonance, in particular to a radio frequency coil structure with conformal capability for magnetic resonance imaging. A radio frequency coil structure with conformality for magnetic resonance imaging, comprising a coil rigid plastic housing, characterized by: a plurality of through holes are uniformly distributed on the outer edge of the rigid plastic shell of the coil; a plurality of channel modules are uniformly distributed between the interior of the rigid plastic shell of the coil and the magnetic resonance imaging area, and adjacent channel modules are connected in an overlapping mode. Compared with the prior art, the radio frequency coil structure with the conformal capability for the magnetic resonance imaging is provided, the limitation that the size of the imaging area of the traditional magnetic resonance rigid radio frequency coil cannot be changed is broken through, and the possibility is opened up for the more ingenious design and the more flexible application of the magnetic resonance radio frequency coil.)
技术领域
本发明涉及磁共振技术领域，具体地说是一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构。
背景技术
磁共振成像是一种先进的人体无损成像的技术，广泛应用于人体各个部位疾病的诊断。磁共振射频线圈是磁共振成像系统的重要组成部分，其性能直接决定着磁共振成像质量的好坏。
根据物理定律，磁共振射频线圈在探测人体发出的磁共振射频信号的时候，距离人体越近越好。而传统的射频线圈都是硬线圈，由导体、电容和电感等形成的射频回路直接附着在硬质的塑料外壳上， 这种线圈制作和使用较为方便。但由于其形状和尺寸不能变化，所以同样一个线圈对于一部分病人可能尺寸太小了而放不下，而对于另外一部分病人由太大了造成射频回路远离人体而导致信噪比和图像质量下降。而且，人体同样一个部位，如头部和颈部，不同的病人其形状也有很大区别，这使得线圈的适用性问题更为严重。
所以如何使得同样一个线圈既可以适用于不同形状、不同尺寸的病人，同时还能获得优异的图像质量，一直是磁共振射频线圈工程师需要解决的棘手问题。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构，突破了传统磁共振刚性射频线圈成像区域尺寸不能变化的限制，为磁共振射频线圈更巧妙的设计和更灵活的应用开辟了可能性。
为实现上述目的，设计一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构，包括线圈刚性塑料外壳，其特征在于：位于线圈刚性塑料外壳的外缘均布设有若干通孔；位于线圈刚性塑料外壳的内部与磁共振成像区域之间均布设有若干通道模块，相邻的通道模块相互交叠连接。
所述的通道模块为单通道模块或者多通道模块。
所述的单通道模块包括薄片结构、刚性模块、刚性柄状结构，薄片结构的上端通过刚性模块连接刚性柄状结构，所述的薄片结构设有一个。
所述的多通道模块包括薄片结构、刚性模块、刚性柄状结构，若干薄片结构相互交叠连接，位于若干薄片结构交叠的中心处通过刚性模块连接刚性柄状结构；所述的薄片结构至少设有两个。
所述的薄片结构为柔性结构或者刚性结构，薄片结构内为磁共振射频线圈的谐振回路。
所述的薄片结构内的谐振回路包括谐振回路导体、谐振回路连接导线，谐振回路导体通过谐振回路连接导线与刚性模块连接。
所述的谐振回路连接导线为一路或者多路连接谐振回路导体及刚性模块。
所述的谐振回路导体为柔性印刷线路板，所述的柔性印刷线路板包括绝缘介质、平面柔性电容，绝缘介质上连接设有平面柔性电容，平面柔性电容通过谐振回路连接导线与刚性模块连接。
所述的柔性印刷线路板包括绝缘介质、分布式柔性电容，绝缘介质上连接设有分布式柔性电容，分布式柔性电容通过谐振回路连接导线与刚性模块连接。
所述的分布式柔性电容包括上层导体、下层导体，绝缘介质的上表面及下表面分别连接上层导体、下层导体，相邻的上层导体及下层导体两端交叠连接。
所述的刚性柄状结构与薄片结构的中央或者中央的一侧垂直连接。
所述的刚性柄状结构内为磁共振射频线圈的失谐电路、共模抑制巴伦、前置放大器。
所述的刚性模块内设有磁共振射频线圈的调谐电容。
所述的线圈刚性塑料外壳为圆筒形结构、球形结构、平面结构、弧面结构中的一种。
若干通道模块通过两两交叠形成环形结构、球形结构、平面结构、弧面结构中的一种。
所述的通道模块通过刚性柄状结构贯穿线圈刚性塑料外壳的通孔与线圈刚性塑料外壳连接。
本发明同现有技术相比，提供一种用于磁共振成像的具有适形能力的射频线圈结构，突破了传统磁共振刚性射频线圈成像区域尺寸不能变化的限制，为磁共振射频线圈更巧妙的设计和更灵活的应用开辟了可能性。
本发明结构简单，操作性灵活，可以根据人体待检测部位的形状和尺寸来调节每个模块沿径向的位置，从而使线圈能够适应不同尺寸和形状的病人，并尽可能地贴合待检测部位，从而获得更高的信噪比和图像质量。
附图说明
图1，图2为本发明结构示意图。
图3为本发明单通道模块结构侧视图。
图4为本发明单通道模块结构俯视图。
图5为本发明单通道模块另一种结构俯视图。
图6为多通道模块结构结构示意图。
参见图1图5，1为线圈刚性塑料外壳，2为通道模块，2-1为薄片结构，2-2为刚性模块，2-3为刚性柄状结构，2-4为谐振回路导体，2-5为谐振回路连接导线。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
如图1至图6所示，位于线圈刚性塑料外壳1的外缘均布设有若干通孔；位于线圈刚性塑料外壳1的内部与磁共振成像区域之间均布设有若干通道模块2，相邻的通道模块2相互交叠连接。
通道模块2为单通道模块或者多通道模块。
单通道模块包括薄片结构、刚性模块、刚性柄状结构，薄片结构2-1的上端通过刚性模块2-2连接刚性柄状结构2-3，所述的薄片结构2-1设有一个。
多通道模块包括薄片结构、刚性模块、刚性柄状结构，若干薄片结构2-1相互交叠连接，位于若干薄片结构2-1交叠的中心处通过刚性模块2-2连接刚性柄状结构2-3；所述的薄片结构2-1至少设有两个。
薄片结构2-1为柔性结构或者刚性结构，薄片结构2-1内为磁共振射频线圈的谐振回路。
薄片结构2-1内的谐振回路包括谐振回路导体、谐振回路连接导线，谐振回路导体2-4通过谐振回路连接导线2-5与刚性模块2-2连接。
谐振回路连接导线2-5为一路或者多路连接谐振回路导体2-4及刚性模块2-2。
谐振回路导体2-4为柔性印刷线路板，所述的柔性印刷线路板包括绝缘介质、平面柔性电容，绝缘介质上连接设有平面柔性电容，平面柔性电容通过谐振回路连接导线2-5与刚性模块2-2连接。
柔性印刷线路板包括绝缘介质、分布式柔性电容，绝缘介质上连接设有分布式柔性电容，分布式柔性电容通过谐振回路连接导线2-5与刚性模块2-2连接。
分布式柔性电容包括上层导体、下层导体，绝缘介质的上表面及下表面分别连接上层导体、下层导体，相邻的上层导体及下层导体两端交叠连接。
刚性柄状结构2-3与薄片结构2-1的中央或者中央的一侧垂直连接。
刚性柄状结构2-3内为磁共振射频线圈的失谐电路、共模抑制巴伦、前置放大器。
刚性模块2-2内设有磁共振射频线圈的调谐电容。
线圈刚性塑料外壳1为圆筒形结构、球形结构、平面结构、弧面结构中的一种。
若干通道模块2通过两两交叠形成环形结构、球形结构、平面结构、弧面结构中的一种。
通道模块2通过刚性柄状结构2-3贯穿线圈刚性塑料外壳1的通孔与线圈刚性塑料外壳1连接。
如图3和图4所示，是一个单通道模块的结构示意图。这个单通道的谐振回路导体2-4为直径60mm的圆形，使用柔性印刷线路板制成。谐振回路的调谐电容使用陶瓷电容，将所有的失谐电路、调谐电容、馈入点电容等都放置在中间的刚性柄状结构2-3内，所以需要使用数对紧邻的谐振回路连接导线2-5将谐振回路和位于中心刚性部分的这些失谐电路、调谐电容和信号馈入点电容连接起来，这些导线一来一回相互靠近，尽量降低其对整个圆形谐振回路所产生的射频磁场的影响。
将柔性印刷线路板部分封装在一个具有一定弧度的薄片结构2-1内。刚性柄状结构2-3部分除了包括失谐电路、调谐电容和信号馈入点电容外，还包括共模抑制巴伦和前置放大器，信号馈入点电容通过共模抑制巴伦连接到前置放大器。上述刚性柄状结构2-3部分内的所有电子元器件和组件均封装在一个刚性的塑料外壳内。
如图1，图2所示，将10个上述单通道模块均匀排列一周，并相互交错排布。最外层有线圈刚性塑料外壳1，单通道模块的刚性柄状结构2-3穿过线圈刚性塑料外壳1，并可以在径向有一定的活动空间。图1所示的就是所有单通道模块调节到最靠近中心处，即整个线圈收缩到最小的时候的状态，此时，其相邻的两个通道之间的交叠宽度约为19mm，大于其最佳的交叠宽度（约15mm），此时两个通道的互感约为6nH。这虽然会导致各个通道的信噪比有一定程度的下降，但由于低输入阻抗前置放大器的使用，信噪比的下降不会很严重，能控制在10%以内。此时，所有的10个单通道模块围成一个直径约为12cm的一个圆柱体。
图2所示的就是所有单通道模块调节到最远离中心处，即整个线圈扩张大到最大的时候的状态，在这种状态下，线圈各个通道之间的交叠宽度为8mm，小于其最佳的交叠宽度（约15mm），此时两个通道的互感约为-7nH。这虽然会导致各个通道的信噪比有一定程度的下降，但由于低输入阻抗前置放大器的使用，信噪比的下降不会很严重，能够控制在10%以内。此时，所有的10个单通道模块围成一个直径约为16cm的一个圆柱体。
这样，这个线圈的最小成像区域为12cm直径的圆柱体，最大成像区域为16cm直径的圆柱体，能够覆盖不同尺寸的成人膝关节磁共振成像的要求，而且各种情况下，线圈均能完美地贴合病人膝关节部位，从而获得最高的信噪比和图像质量。
另外，图1和图2只是两种最极端的情况，只要病人的膝关节尺寸介于这两种极端情况之间，不管任意的形状，均能完美贴合。人体的膝关节通常左右比较窄，而前后比较宽，由于每个通道都是独立调节的，所以可以适应不同的形状。
本实施例只是演示了10个通道做成一圈时候的情况，还可以有更多的通道做成排布成多圈，这样能够覆盖更大的成像区域。
对于人体头部磁共振成像，还可以将多个通道模块包裹成一个近似球面，每个通道模块的刚性柄状结构沿球面的法线方向调节，这样可以用于更复杂曲面的人体部位的成像。
某些情况下，如果部分被覆盖区域形状较为平坦且有多个通道，如人体的左侧或右侧面部，还可以将两个或三个通道做在一个独立的模块中，但仍然将刚性柄状结构放置在这几个通道的中心区域。这样可以减少调节的复杂性。
刚性柄状结构位置的调节可以用手独立调节，也可以使用弹簧等结构，自然状态下弹簧把各个独立的模块往线圈内部顶成一个较小的空间，使用时把线圈扣在病人身体如膝关节的时候，靠膝关节把各个独立的模块往外顶。从而保证各个模块都和人体紧密接触。
各个独立模块的片状结构可以做成柔性的，也可以做成刚性的。柔性的舒适性好，刚性的可靠性好，制作更为方便。
更优地，如图5所示，还可以使用双层柔性印刷线路板制成的平面柔性分布式电容技术，将图4所示的单通道模块改进为如图5所示的结构。双层柔性印刷线路板有上层导体、中间的绝缘介质层和下层导体组成，最外层能通常还有两层绝缘介质保护膜。最常用的柔性印刷线路板基材为聚酰亚胺。具有一定交叠面积的上层导体和下层导体，以及位于中间的绝缘介质层就能形成一个平面柔性分布式电容。这个电容可以用来替代图4中传统磁共振射频线圈所使用的分立式陶瓷电容。由于这些电容本身就是平面柔性结构，所以不再需要像图4一样将其放置在刚性部分当中且需要使用连接线连接。只是其失谐电路部分由于仍然需要使用和焊接二极管等分立元器件，所以仍然需要将其放置在刚性部分并使用连接线和谐振回路连接。线圈的前置放大器和共模抑制巴伦也仍然需要放置在刚性部分。
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