專利名稱：一種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，尤其涉及到一種采用液氮制冷并用具有接收或發(fā)射/接收的線圈導(dǎo)體對(duì)頭部進(jìn)行診斷的射頻線圈。
背景技術(shù)：
目前，磁共振成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界上各個(gè)大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)并且在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中取得了巨大而獨(dú)特的效益。這些磁共振成像技術(shù)不僅具有在識(shí)別和評(píng)估病理、判斷受測(cè)組織健康狀況方面的醫(yī)學(xué)診斷價(jià)值，還廣泛應(yīng)用于臨床和研究中；雖然通過(guò)不懈的努力，磁共振成像已獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是磁共振成像還有進(jìn)一步改善的需要，如更高的對(duì)比度、增強(qiáng)的信噪比、更快的采集速度和/或更高的空間和時(shí)間分辨率。線圈是拾取磁共振信號(hào)的核心部件，線圈拾取信號(hào)的能力大小以及質(zhì)量的高低，對(duì)成像質(zhì)量有直接的至關(guān)重要的影響，磁共振成像系統(tǒng)中，人體中質(zhì)子受激發(fā)后發(fā)出的磁共振信號(hào)是很微弱的。線圈的一個(gè)重要的指標(biāo)是品質(zhì)因子，一般簡(jiǎn)寫為Q，它由線圈的諧振峰的中心頻率除以諧振峰的寬度而得，它反映的是線圈接收信號(hào)和排除干擾的能力，在線圈可用帶寬大于磁共振系統(tǒng)所需帶寬的前提下，空載Q通常是越高越好。決定線圈的Q的主要因素是整個(gè)線圈回路中的電阻，主要是導(dǎo)體中的電阻，導(dǎo)體電阻越大，線圈的Q也就越低，成像品質(zhì)越差。現(xiàn)有采用的方法為:通過(guò)改進(jìn)布線來(lái)降低線圈重疊部位耦合電容，從而提高線圈的Q值，但因受限于常溫銅導(dǎo)體內(nèi)固有電阻，Q值仍然不夠高，與電子熱噪聲關(guān)聯(lián)的圖象噪聲影響成像清晰度，使用的導(dǎo)體為常溫銅導(dǎo)體，成像過(guò)程中，為了減弱銅導(dǎo)體中與電子熱噪聲以及固有電阻帶來(lái)的影響，必須通過(guò)延長(zhǎng)掃描時(shí)間來(lái)提高信噪比，從而導(dǎo)致設(shè)備使用成本的提高；目前常用的線圈設(shè)計(jì)主要基于常溫導(dǎo)體，普遍都不能獲得較高的空載Q。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，該線圈與各類磁共振系統(tǒng)配合使用，主要用于頭部各部位包括大腦、小腦、腦干、額竇、上頜竇部位的臨床掃描，輔助醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行診斷。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼、真空罩、液氮裝置和線圈導(dǎo)體，該射頻線圈為至少一個(gè)射頻接收線圈或至少一個(gè)可操作性的既可發(fā)射也可接收的射頻線圈，所述線圈導(dǎo)體由端環(huán)、連接端環(huán)兩端的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿和諧振電容組成，所述諧振電容與線圈導(dǎo)體相連，可根據(jù)主磁場(chǎng)方向的不同選擇不同結(jié)構(gòu)的線圈導(dǎo)體，所述線圈導(dǎo)體采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，根據(jù)諧振電容在線圈導(dǎo)體中不同位置來(lái)判定線圈導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；所述液氮裝置包括液氮罐和液氮加注管，所述液氮裝置設(shè)置于線圈導(dǎo)體上并通過(guò)液氮對(duì)線圈導(dǎo)體制冷，所述線圈導(dǎo)體的信號(hào)輸出端與低噪聲前置放大器相連。所述線圈導(dǎo)體采用冷卻至0K-77K溫度時(shí)導(dǎo)電性比銅高的一種非超導(dǎo)材料和超導(dǎo)材料，所述線圈導(dǎo)體采用高溫超導(dǎo)材料。所述真空罩上設(shè)有抽ロ并與抽真空設(shè)備連
接，所述線圈導(dǎo)體放置在由非磁性非金屬構(gòu)成的液氮罐和真空罩隔離出的ー個(gè)公共真空室內(nèi)，所述公共真空室內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈。所述液氮加注管穿過(guò)真空罩并與液氮罐呈連接狀態(tài)，所述液氮罐通過(guò)非磁性非金屬材料設(shè)置于真空罩內(nèi)部，所述線圈導(dǎo)體為圓筒狀，所述線圈導(dǎo)體上設(shè)有作為掃描檢測(cè)區(qū)域的ー個(gè)開(kāi)孔。作為本發(fā)明的進(jìn)ー步改進(jìn)，所述線圈導(dǎo)體部分或全部設(shè)置在液氮罐內(nèi)部或外部，線圈導(dǎo)體部分或全部通過(guò)非磁性電絕緣低溫傳導(dǎo)材料與液氮罐外表面接觸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)。(I)本發(fā)明中涉及的線圈導(dǎo)體采用冷卻至0K-77K溫度時(shí)導(dǎo)電性比銅高的ー種非超導(dǎo)材料和超導(dǎo)材料，所述線圈導(dǎo)體采用高溫超導(dǎo)材料，線圈導(dǎo)體可以做為接收線圈使用，也可以做為接收/發(fā)射線圈使用，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)高度均勻，而且線圈有高度対稱性，容易實(shí)現(xiàn)正交發(fā)射和接收，具有較好的正交接收以及激發(fā)性能，正交發(fā)射時(shí)，其功耗低，正交接收時(shí)，信噪比較非正交接收的線圈高。(2)所述線圈導(dǎo)體采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，高通型鳥籠線圈的諧振電容均焊在端環(huán)導(dǎo)體上，低通型的諧振電容焊在每根腿導(dǎo)體中間，帶通型線圈則在端環(huán)和腿上都布有電容，根據(jù)不同的主磁場(chǎng)方向可以選擇不同類型的線圈導(dǎo)體。(3)通過(guò)對(duì)線圈導(dǎo)體用液氮制冷，降低導(dǎo)體的電阻，使用普通導(dǎo)體在低溫下、電阻會(huì)明顯降低，而當(dāng)使用可在液氮溫度下工作的高溫超材料作為導(dǎo)體時(shí)，電阻可以降低到忽略不計(jì)的程度，從而大幅提高線圈的Q ;導(dǎo)體中的電子熱噪聲正比于溫度和電阻的乘積，當(dāng)溫度從室溫降低到液氮溫度吋，線圈導(dǎo)體中的電子熱噪聲會(huì)大幅降低。通過(guò)對(duì)導(dǎo)體用液氮制冷來(lái)降低磁共振接收過(guò)程中的損耗和由于電阻產(chǎn)生的熱噪聲，從而提高獲得圖像的信噪比，明顯增強(qiáng)線圈的信號(hào)接收性能，大幅提高磁共振成像的圖像質(zhì)量。(4)所述真空罩上設(shè)有抽ロ并與抽真空設(shè)備連接，所述線圈導(dǎo)體放置在由非磁性非金屬構(gòu)成的液氮罐和真空罩隔離出的ー個(gè)公共真空室內(nèi)，這樣便可以將液氮罐與外界室溫隔離開(kāi)來(lái)，便可以長(zhǎng)時(shí)間保持低溫。所述公共真空室內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈，以進(jìn)一步提高保溫效果。(5)所述液氮罐通過(guò)非磁性非金屬材料設(shè)置于真空罩內(nèi)部,防止液氮罐相對(duì)移動(dòng)，液氮罐與真空罩沒(méi)有接觸，以期盡量減少冷量損耗。(6)所述線圈為圓筒狀，所述線圈上設(shè)有作為掃描檢測(cè)區(qū)域的一個(gè)開(kāi)孔，中間的開(kāi)孔可以讓平躺著的病人的頭部放入其中，考慮到部分病人患有幽閉恐懼癥，空心圓柱體對(duì)應(yīng)眼睛的位置還可以開(kāi)孔，這樣便不會(huì)完全遮擋住病人的視野。


圖1A為本發(fā)明用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1B為本發(fā)明用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈的橫截面示意圖。圖2A為本發(fā)明中線圈導(dǎo)體為接收模式時(shí)原理圖。圖2B為本發(fā)明中線圈導(dǎo)體為作為接收/發(fā)射線圈模式時(shí)原理圖。
圖3A為本發(fā)明中線圈導(dǎo)體的高通結(jié)構(gòu)示意圖。圖3B為本發(fā)明中線圈導(dǎo)體的低通結(jié)構(gòu)示意圖。圖3C為本發(fā)明中線圈導(dǎo)體的一種應(yīng)用示意圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一。如圖1A、圖1B和圖2A所示，一種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼1、真空罩2、液氮裝置、線圈導(dǎo)體3和低噪聲前置放大器7，該射頻線圈為一個(gè)射頻接收線圈，工作時(shí)處于接收模式，需要另一個(gè)由MRI系統(tǒng)自帶的發(fā)射線圈對(duì)被測(cè)物品進(jìn)行激發(fā)，然后由接收線圈接收被測(cè)物品產(chǎn)生的信號(hào)。如圖3A、圖3B和圖3C所示，所述線圈導(dǎo)體3由端環(huán)4、連接端環(huán)兩端的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿5和諧振電容6組成，端環(huán)4或個(gè)腿5上可焊接諧振電容6以達(dá)到諧振條件，不同位置的諧振電容6兩端有不同的電壓差，可以在選定的一個(gè)或多個(gè)諧振電容兩端搭接上匹配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)將此電容兩端的電壓差轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可利用的信號(hào)，所述線圈導(dǎo)體3采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，高通型線圈的諧振電容6均焊接在端環(huán)導(dǎo)體上，低通型線圈的諧振電容焊接在每根個(gè)腿導(dǎo)體的中間，帶通型線圈的諧振電容6在端環(huán)4和個(gè)腿5上都設(shè)有，可根據(jù)諧振電容在線圈導(dǎo)體中不同位置來(lái)選擇不同類型的線圈導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述液氮裝置包括液氮罐8和液氮加注管9，所述液氮裝置設(shè)置于線圈導(dǎo)體3上，所述線圈導(dǎo)體3部分或全部設(shè)置在液氮罐8內(nèi)部或外部，即:線圈導(dǎo)體3從液氮罐8獲得制冷的方法有以下幾種:
(i)線圈導(dǎo)體3部分或全部放在液氮罐8中，線圈導(dǎo)體3直接浸泡在液氮中而被制冷，其余部分伸出液氮罐8，通過(guò)導(dǎo)體自身的熱傳導(dǎo)能力而被制冷；
(ii)線圈導(dǎo)體3部分或全部用膠水直接粘在液氮罐的外表面而被制冷，其余部分通過(guò)導(dǎo)體自身的熱傳導(dǎo)能力而被制冷；
(iii)線圈導(dǎo)體3部分或全部經(jīng)過(guò)非磁性電絕緣低溫傳導(dǎo)材料(例如藍(lán)寶石，氮化鋁)與液氮罐8外表面接觸而被制冷，其余部分通過(guò)導(dǎo)體自身的熱傳導(dǎo)能力而被制冷；
(iv)以上三種方式的組合。所述液氮加注管9穿過(guò)真空罩2并與液氮罐8呈連接狀態(tài)，所述液氮罐8通過(guò)非磁性非金屬材料設(shè)置于真空罩2內(nèi)部，即:液氮罐8頂部伸出一根或兩根液氮加注管9穿過(guò)真空罩2，便于外界向液氮罐8里面添加液氮以及讓里面氮?dú)馀畔蛲饨纾€可以在適當(dāng)部位用非磁性非金屬材料將液氮罐8支撐固定在真空罩2里面的合適位置，防止液氮罐8相對(duì)移動(dòng)，除了液氮加注管9以及少量的支撐點(diǎn)，液氮罐8與真空罩2沒(méi)有接觸，以期盡量減少冷量損耗。所述線圈導(dǎo)體3采用冷卻至0K-77K溫度時(shí)導(dǎo)電性比銅高的一種非超導(dǎo)材料和超導(dǎo)材料，有多種溫度組合供維持線圈運(yùn)作。例如，在某些配置方式下，所有線圈可能都維持在77K ;所述線圈導(dǎo)體3采用高溫超導(dǎo)材料，如YBaCuO、BiSrCaCuO等，也可采用超導(dǎo)材料、納米材料如碳納米管和具有高導(dǎo)電性特點(diǎn)的材料/結(jié)構(gòu)。所述真空罩2上設(shè)有抽口 10并與抽真空設(shè)備連接，所述線圈導(dǎo)體3放置在由非磁性非金屬(例如環(huán)氧樹脂玻璃纖維，雙層隔熱玻璃)構(gòu)成的液氮罐8和真空罩2隔離出的一個(gè)公共真空室內(nèi)，所述公共真空室內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈。所述線圈導(dǎo)體3的信號(hào)輸出端與低噪聲前置放大器7相連，線圈工作時(shí)感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)低噪聲前置放大器7放大后，通過(guò)ー根低損耗電纜送至系統(tǒng)信號(hào)處理后端進(jìn)行處理。前置放大器7可以工作在室溫環(huán)境下，也可以與冷媒接觸，工作在液氮溫度。所述線圈導(dǎo)體3為圓筒狀，所述線圈導(dǎo)體3上設(shè)有作為掃描檢測(cè)區(qū)域的ー個(gè)開(kāi)孔。液氮罐8和真空罩2為空心圓柱形，中間的開(kāi)孔可以讓平躺著的病人的頭部放入其中，考慮到部分病人患有幽閉恐懼癥，空心圓柱體對(duì)應(yīng)眼睛的位置還可以開(kāi)孔，這樣便不會(huì)完全遮擋住病人的視野。按照上述結(jié)構(gòu)組裝進(jìn)行操作，首先將外接抽真空裝置與真空罩2上的抽ロ 10連接并抽真空，使真空罩2與液氮罐8之間的空間內(nèi)達(dá)到一定的真空度，然后密封好抽ロ 10斷開(kāi)真空泵，裝好外殼I。再通過(guò)液氮加注管9對(duì)液氮罐8加注液氮，使與其接觸的線圈3降溫到液氮溫度，液氮罐8的溫度會(huì)降到77K。將整個(gè)制冷放置到磁共振系統(tǒng)的主磁場(chǎng)中心處，并將線圈的輸出線與系統(tǒng)信號(hào)處理后端連接，將病人的頭部放置到線圈中心開(kāi)孔內(nèi)，由MRI系統(tǒng)自帶的發(fā)射線圈對(duì)被測(cè)物品進(jìn)行激發(fā)，然后由接收線圈接收被測(cè)物品產(chǎn)生的信號(hào)，線圈工作時(shí)感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)低噪聲前置放大器7放大后，通過(guò)ー根低損耗電纜送至系統(tǒng)信號(hào)處理后端進(jìn)行處理，掃描并成像。實(shí)施例ニ。如圖1A、圖1B和圖2B所示，ー種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼1、真空罩2、液氮裝置、線圈導(dǎo)體3和低噪聲前置放大器7，作為接收/發(fā)射線圈時(shí)，激發(fā)和接收線圈為同一個(gè)線圏。首先將外接抽真空裝置與真空罩2上的抽ロ 10連接并抽真空，使真空罩2與液氮罐8之間的空間內(nèi)達(dá)到一定的真空度，然后密封好抽ロ 10斷開(kāi)真空泵，裝好外殼I。再通過(guò)液氮加注管9對(duì)液氮罐8加注液氮，使與其接觸的線圈3降溫到液氮溫度，液氮罐8的溫度會(huì)降到77K。將整個(gè)制冷放置到磁共振系統(tǒng)的主磁場(chǎng)中心處，并將線圈的輸出線與系統(tǒng)信號(hào)處理后端連接，將病人的頭部放置到線圈中心開(kāi)孔內(nèi)，首先，線圈工作于發(fā)射模式，發(fā)出能量，對(duì)被測(cè)物品進(jìn)行激發(fā)；完成之后，線圈工作于接收模式，不再發(fā)出能量，而僅接收被測(cè)物品產(chǎn)生的信號(hào)，線圈工作時(shí)感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)低噪聲前置放大器7放大后，通過(guò)ー根低損耗電纜送至系統(tǒng)信號(hào)處理后端進(jìn)行處理，掃描并成像。
權(quán)利要求
1.ー種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼(I)、真空罩(2)、液氮裝置、線圈導(dǎo)體(3)和低噪聲前置放大器(7)，其特征在于:該射頻線圈為至少ー個(gè)射頻接收線圈或至少ー個(gè)可操作性的既可發(fā)射也可接收的射頻線圈，所述線圈導(dǎo)體(3)由端環(huán)(4)、連接端環(huán)兩端的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿(5)和諧振電容(6)組成，所述諧振電容(6)與線圈導(dǎo)體(3)相連，可根據(jù)主磁場(chǎng)方向的不同選擇不同結(jié)構(gòu)的線圈導(dǎo)體(3)，所述液氮裝置設(shè)置于線圈導(dǎo)體(3)上并通過(guò)液氮對(duì)線圈導(dǎo)體制冷，所述線圈導(dǎo)體(3)的信號(hào)輸出端與低噪聲前置放大器(7)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，根據(jù)諧振電容(6)在線圈導(dǎo)體(3)中不同位置來(lái)判定線圈導(dǎo)體(3)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述液氮裝置包括液氮罐(8 )和液氮加注管(9 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)采用冷卻至0K-77K溫度時(shí)導(dǎo)電性比銅高的ー種非超導(dǎo)材料和超導(dǎo)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)采用高溫超導(dǎo)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述真空罩(2)上設(shè)有抽ロ(10)并與抽真空設(shè)備連接，所述線圈導(dǎo)體(3)放置在由非磁性非金屬構(gòu)成的液氮罐(8)和真空罩(2)隔離出的ー個(gè)公共真空室內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)部分或全部設(shè)置在液氮罐(8)內(nèi)部或外部，線圈導(dǎo)體(3)部分或全部通過(guò)非磁性電絕緣低溫傳導(dǎo)材料與液氮罐外表面接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述公共真空室內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述液氮加注管(9)穿過(guò)真空罩(2)并與液氮罐(8)呈連接狀態(tài)，所述液氮罐(8)通過(guò)非磁性非金屬材料設(shè)置于真空罩(2)內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)為圓筒狀，所述線圈導(dǎo)體(3)上設(shè)有作為掃描檢測(cè)區(qū)域的ー個(gè)開(kāi)孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于磁共振成像系統(tǒng)的頭部射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼(1)、真空罩(2)、液氮裝置和線圈導(dǎo)體(3)，該射頻線圈為至少一個(gè)射頻接收線圈或至少一個(gè)可操作性的既可發(fā)射也可接收的射頻線圈，所述線圈導(dǎo)體(3)由端環(huán)(4)、連接端環(huán)兩端的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿(5)和諧振電容(6)組成，所述諧振電容(6)與線圈導(dǎo)體(3)相連，可根據(jù)主磁場(chǎng)方向的不同選擇不同結(jié)構(gòu)的線圈導(dǎo)體(3)，所述液氮裝置設(shè)置于線圈導(dǎo)體(3)上并通過(guò)液氮對(duì)線圈導(dǎo)體制冷，線圈導(dǎo)體可以作為接收線圈使用，也可以作為接收/發(fā)射線圈使用，具有很好的正交接收以及激發(fā)性能，在成像區(qū)域有較高的均勻性，通過(guò)對(duì)導(dǎo)體用液氮制冷來(lái)降低磁共振接收過(guò)程中的損耗和由于電阻產(chǎn)生的熱噪聲，從而提高獲得圖像的信噪比。
文檔編號(hào)G01R33/36GK103116146SQ20131005978
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者劉尊鋼, 徐光福, 胡長(zhǎng)伍, 錢茂飛, 徐臻峰, 高而震, 馬啟元 申請(qǐng)人:江蘇美時(shí)醫(yī)療技術(shù)有限公司