專利名稱：射頻線圈、磁共振成象裝置和核磁共振信號的接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻(RF)線圈、一種磁共振成象(MRI)裝置和一種核磁共振(NMR)信號的接收方法，更具體地，涉及一種即使各線圈毗鄰但沒有重疊而彼此靠近地排列也能消除各線圈之間相互作用的射頻線圈、一種具有這種射頻線圈的磁共振成象裝置和一種采用這種射頻線圈的核磁共振信號的接收方法。
傳統(tǒng)的磁共振成象裝置采用一個射頻線圈，它由三個或多個小線圈結(jié)合在一起。為避免各線圈之間相互作用，傳統(tǒng)的這種射頻線圈通常是把各線圈配置得使毗鄰的各線圈的線圈面彼此重疊10％左右。
然而，要限制各毗鄰線圈的線圈面彼此重疊10％左右是很不方便的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種即使各線圈彼此毗鄰但不彼此重疊地配置也能避免各線圈之間彼此相互干擾的射頻線圈、一種具有這種射頻線圈的磁共振成象裝置和一種采用這種射頻線圈的核磁共振信號的接收方法。
按照本發(fā)明的第一方面，提供一種射頻線圈，它包括三個或多個線圈，彼此靠近地設(shè)置；線圈中間連接電容器，分別連接在各線圈之間；并聯(lián)連接線，用于并聯(lián)連接各線圈的線圈中間連接電容器；和平衡電容器，設(shè)置在各并聯(lián)連接線之間，其中，從其中一個線圈的線圈中間連接電容器的兩端經(jīng)并聯(lián)連接線和平衡電容器傳送到其它線圈的線圈中間連接電容器兩端的電壓可以消除所述其中一個線圈通過互感作用在其它線圈的線圈中間連接電容器兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
按照本發(fā)明的第一方面的射頻線圈，一個線圈產(chǎn)生的用于消除其它線圈通過互感感應(yīng)出的電壓的電壓是通過并聯(lián)連接線和平衡電容器從一個線圈傳送到其它線圈的，從而消除了各線圈之間彼此的干擾。此外，線圈可配置得使各毗鄰線圈彼此靠近但不重疊。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種磁共振成象裝置，其特征在于，采用了按照本發(fā)明的第一方面的射頻線圈。
按照本發(fā)明的第二方面，使用三個或多個線圈時不限制于毗鄰各線圈的線圈面必須重疊10％左右。
這樣，本發(fā)明的射頻線圈、磁共振成象裝置和核磁共振信號的接收方法可以避免采用三個或多個線圈的線圈陣列中各線圈之間的相互干擾，從而可以提高信/噪(S/N)比。此外，線圈可配置得使各毗鄰線圈彼此靠近但不重疊，從而提高了自由度。
從下面就附圖所示的最佳實施例所作的說明可以清楚了解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的第一實施例的射頻線圈的透視圖；圖2是本發(fā)明的第一實施例的射頻線圈的等效電路圖；圖3是側(cè)重于第一線圈所產(chǎn)生的影響的主要部分的等效電路圖；圖4是本發(fā)明的第二實施例的射頻線圈的等效電路圖；圖5是本發(fā)明的第五實施例的磁共振成象裝置的主要部分的透視圖。
下面參看附圖進一步詳細說明本發(fā)明的實施例。
圖1是本發(fā)明的第一實施例的射頻線圈的透視圖。
射頻線圈100配備有下列各部分第一線圈1；第二線圈2；第三線圈3；線圈中間連接電容器4、5、6和諧振電容器7、8、9分別配置在各線圈1、2、3之間，并聯(lián)連接線10至13用于并聯(lián)連接各線圈1、2、3的線圈中間連接電容器4、5、6和設(shè)置在并聯(lián)連接錢10至13之間的平衡電容器14至17。此外，諧振電容器7、8、9的兩端分別經(jīng)平衡/不平衡變換器21、22、23與同軸電纜24、25、26連接。
第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3分別呈田徑跑道形(例如，直線部分約330毫米，半圓部分的半徑約110毫米；導(dǎo)線寬度；約50毫米；導(dǎo)線厚度約1毫米)，且彼此毗鄰設(shè)置(例如，間距約150毫米)，其各自的線圈面彼此面對。
圖2是射頻線圈100的等效電路圖。
標號L1,L2,L3分別表示第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3的電感。
標號R1,R2,R3分別表示第一線圈1、第二線圖2和第三線圈3的電阻。
標號V1,V2,V3分別表示第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3的電動勢(例如由NMR信號引起的)。
標號I1,I2,I3分別表示流經(jīng)第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3的回路電流。
標號M1表示第一線圈1與第二線圈2之間的互感。
標號M2表示第二線圈2與第三線圈3之間的互感。
標號M3表示第一線圈1與第三線圈3之間的互感。
標號C1,C2和C3分別表示諧振電容器7,8和9的電容。
標號C1′,C2′,C3′分別表示線圈中間連接電容器4,5和6的電容。
標號Cm1,Cm1,Cm2和Cm2分別表示平衡電容器14,15,16和17的電容。
標號Im1表示線圈中間連接電容器4、平衡電容器14、圈間電容5和平衡電容器15形成的回路中流動的回路電流。
標號Im2表示線圈中間連接電容器5、平衡電容器16、線圈中間連接電容器6和平衡電容器17形成的回路中流動的回路電流。
在圖2的等效電路中，當目標角頻率用標號表示法表示時可得出下列電路方程式V1={R1+j(ωL1-1ωC1-1ωC′1)}I1+jωM1L2-jωM3I3+1ωC′1Im1----(1)]]>V2=jωM1I1+{R2+j(ωL2-1ωC1-1ωC′2)}I2+jωM2I3-j1ωC′2(Im1-Im2)(2)]]>V3=jωM3I1+jωM2I2+{R3+j(ωL3-1ωC3-1ωC′3)}I3-j1ωC′3Im2----(3)]]>0=(-1C′1I1+1C′2I2)+(1C′1+1C′2+2Cm1)Im1-1C′2Im2----(4)]]>0=(-1C′2I2+1C′3I3)-1C′2Im1+(1C′2+1C′3+2Cm2)Im2---(5)]]>從(4)式和(5)式求出Im1和Im2，得出Im1=-1α(dC′1I1+d-bC′2I2+bC′3I3)----(6)]]>Im2=-1α(bC′1I1+b-aC′2I2+aC′3I3)----(7)]]>{α=ad-b2=(1C1′+1C2′+2Cm1)a=1C1′+1C2′+2Cm1b=1C2′d=1C2′+1C3′+2Cm2(1C1′+1C3′+2Cm2)-(1C2′)2]]>用(6)式和(7)式重新整理(1)、(2)、(3)式得出V1={R1+j(ωL1-1ωC1-1ωC′1+dαωC12)}I+j(ωM1-d-bαωC′1C′2)I2]]>+j(ωM3-bαωC′3C′1)I3-----(1)′]]>V2=j(ωM1-d-bαωC′1C′2)I1+{R2+(ωL2-1ωC2-1ωC′2+a+d-2bαωC′22)}I2]]>+j(ωM2-a-bαωC′2C′3)I3-----(2)′]]>V3=j(ωM3-bαωC′3C′1)I1+j(ωM2-a-bαωC′2C′3)I2]]>+{R3+j(ωL3-1ωC3-1ωC′3+aαωC′32)I3-------(3)′]]>為消除各線圈之間的相互干擾，其條件是(1)′、(2)′和(3)′式中的串擾項為“0”，于是，ωM1-d-bαωC′1=0-------(8)]]>ωM2-a-bαωC′2C′3=0------(9)]]>ωM3-bαωC′3C′1=0-----(10)]]>從(8)式和(9)式消掉ω，得出Cm2=2C′1M3M1-M3-------(18)]]>從(8)式和(10)式消掉ω，得出Cm1=2C′1M3M2-M3-------(19)]]>另一方面，各線圈1至3必須使其在目標角頻率ω時諧振，因而需要使(1)′,(2)′和(3)′式中的各劃底線項為“0”。
因此，結(jié)果可按下述步驟確定各電容器的電容值。
步驟1繞制線圈1至3，并測定電感L1至L3。
步驟2按要求設(shè)置線圈1至3，并測定互感M1至M3。
步驟3適當確定C1′，再從(19)式求出Cm1。
步驟4適當確定C3′，再從(18)式求出Cm2。
步驟5確定C2′，從而以目標角頻率ω建立(8)、(9)和(10)式。
通過上述步驟1至5可以消除三個線圈1至3中的互感。
步驟6確定C1，使(1)′式中的劃底線項變?yōu)椤?”。
步驟7確定C2，使(2)′式中的劃底線項變?yōu)椤?”。
步驟8確定C3，使(3)′式中的劃底線項變?yōu)椤?”。
通過上述步驟6至步驟8可以使三個線圈1至3的共振頻率與ω相適應(yīng)。
這里，為簡化起見，令C1′=C3′。
解方程，將(18)和(19)式代入(10)式中求出C2′，得出C′2=M3{1-ω2C′1(M1+M2)}ω2M1M2-------(20)]]>
C2′必須為正值，于是，1-ω2C′1(M1+M2)>0⇔C′1<1ω2(M1+M2)-----(21)]]>另一方面，當(18)、(19)和(20)式代入(1)′、(2)′和(3)′式中的劃底線項并計算出使這些項為“0”的條件(求解條件)時，得出 因此，可按下述步驟確定各電容器的電容值。
步驟a繞制線圈1至3，并測定電感L1至L3。
步驟b按要求設(shè)置線圈1至3，并測定互感M1至M3。在此，設(shè)置線圈1至3，使其滿足(23)式的要求。
步驟c確定C1′，使其滿足(21)、(22)和(24)式的要求。接著，從(19)式求出Cm1。
步驟d取C3′和Cm2，使C3′=C1′，Cm2=Cm1。
步驟e從(20)式求出C2′。
步驟f確定C1，使(1)′式中的劃底線項變?yōu)椤?”。
步驟g確定C2，使(2)′式中的劃底線項變?yōu)椤?”。
步驟h取C3，使C3=C1。
通過上述程序，可以消除三個線圈1至3之間的相互干擾，而且可以在頻率ω下達到共振。
接下去，以數(shù)值實例說明一下步驟a至步驟h。
步驟a第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3分別呈田徑跑道的形狀，由銅制成，跑道的尺寸如下直線部分約330毫米，半圓部分的半徑約110毫米，導(dǎo)線的寬度約50毫米，導(dǎo)線的厚度約1毫米，這時L=830納亨。
步驟b第一線圈1、第二線圈2和第三線圈3彼此靠近地設(shè)置，各線圈面彼此面對，第一線圈1與第二線圈2之間的間距和第二線圈2與第三線圈3之間的間距分別為150毫米，這時，M1=M2=186.5納亨，M3=69.5納亨。
步驟c從(21)、(22)和(23)式知300皮法＜C1′＜620皮法，因而取C1′使C1′=600皮法。如此取值使ω/2π=8.54兆赫時，從(19)式計算Cm1，使Cm1=712.8皮法。
步驟d取C2′和Cm2，使C2′=C1′=600皮法，且Cm2=Cm1=712.8皮法。
步驟e從(20)式計算出C2′=246.8皮法。
步驟f在(1)′式中的分母項變?yōu)椤?”的情況下計算C1=874皮法。
步驟g在(2)′式中劃底線項變?yōu)椤?”的情況下計算C2=1054皮法。
步驟h取C3，使C3=C1=874皮法。
通過上述程序，可以使射頻線圈100在線圈1至3彼此靠近地設(shè)置的情況下達到?jīng)]有彼此干擾的程度。
圖3是假設(shè)只有第一線圈1的回路電流I1流動的情況下各主要部分的等效電路圖。
由于第一線圈1的回路電流I1和線圈之間的相互作用M1和M2，在第二線圈2的線圈中間連接電容器5(C2′)兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓-jωM1I1，在第三線圈3的線圈中間連接電容器6(C3′)兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓-jωM3I1。
另一方面，第一線圈1的線圈中間連接電容器4(C1′)兩端的電壓經(jīng)平衡電容器14(Cm1)和15(Cm1)傳送到二線圈2的線圈中間連接電容器(C2′)兩端，并經(jīng)平衡電容器16(Cm2)和17(Cm1)傳送到第三線圈3的線圈中間連接電容器6(C3′)兩端。
當?shù)诙€圈2的線圈中間連接電容器3(C2′)兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓-jωM3I1為經(jīng)平衡電容器14(Cm1)和15(Cm1)傳送到線圈中間連接電容器5(C2′)兩端的電壓所抵消時，第一線圈1不影響第二線圈2。就是說，當下面的(11)式成立時，第一線圈1不影響第二線圈。-j1ωC′2(Im1-Im2)=-jωM1I1------(11)]]>此外，當?shù)谌€圈3的線圈中間連接電容器6(C3′)兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓-jωM3I1為經(jīng)平衡電容器14(Cm1),15(Cm1),16(Cm2)和17(Cm2)傳送到第三線圈3的線圈中間連接電容器6(C3′)兩端的電壓所抵消時，第一線圈1不影響第三線圈3。-j1ωC′3Im2=-jωM3I1----(12)]]>接著，從回路電流為Im1的回路中得出下面的(13)式-j1ωC′1I1+j(1ωC′1+1ωC′2+2ωC′m1)Im1-j1ωC′2Im2=0----(13)]]>接下去，從回路電流為Im2的回路中得出下面的(14)式-j1ωC′2Im1+j(1ωC′2+1ωC′3+2ωC′m2)Im2=0----(14)]]>
上述(8)式和(10)式是從(11)式和(14)式得出的。
上述(9)式，和上面所述的一樣，是假設(shè)只有第二線圈2的回路電流2流動的情況下(或只有線圈3的回路電流I3流動的情況下)得出的。
因此，可以理解，上述(8),(9)和(10)式表明，從一個線圈的線圈中間連接電容器兩端經(jīng)并聯(lián)連接線和平衡電容器往另一線圈的線圈中間連接電容器兩端傳送電壓可以消除另一線圈的線圈中間連接電容器兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
按照上述的射頻線圈100，由于線圈之間元相互作用，因而其它線圈噪聲分量的影響不起作用，且三個線圈1、2、3可彼此獨立地接收各規(guī)定部位中的核磁共振信號。因此，和線圈之間相互作用的情況相比，S/N比得到改善。
此外，上述射頻線圈即可用作接收線圈，也可用作發(fā)射線圈。
圖4是本發(fā)明的第二實施例的射頻線圈的等效電路。
射頻線圈200是給第一實施例的射頻線圈100加上無源去耦合電路31和32構(gòu)成的。
如此加上無源去耦合電路31和32之后，從其它發(fā)射線圈進行高頻發(fā)射時，可以避免電流在射頻線圈200中流動。
因此，射頻線圈200專門用作接收線圈是有用的。
雖然第一實施例和第二實施例都在并聯(lián)連接線10和11中設(shè)置各電容值都等于Cm1的平衡電容器14和15，但這些電容器的電容值也可以是不同的。此外，雖然設(shè)在并聯(lián)連接線12和13中的平衡電容器16和17各自的電容值都等于Cm2，但這些電容器的電容值也可以是不同的。
此外，可以只在并聯(lián)連接線10或11中放一個平衡電容器，可以只在并聯(lián)連接線12或13中放一個平衡電容器，也可以在并聯(lián)連接線10,11,12和13中分別放多個平衡電容器。
總之，傳送到線圈中間連接電容器兩端的電壓可以消除線圈之間因平衡電容器引起的相互作用而感應(yīng)出的電動勢。
此外，目標角頻率高時，為消除浮動電容的影響，最好在并聯(lián)連接線10,11、12和13中分別加多個平衡電容器。
雖然第一和第二實施例說明的是采用3個線圈1、2和3的射頻線圈100和200，但在射頻線圈采用4個或多個線圈的情況下也同樣可以得出條件方程，線圈中間連接電容器、平衡電容器和諧振電容器的各電容值也可按上述方式確定下來。
圖5是本發(fā)明第五實施例磁共振成象裝置各主要部分的透視圖。
磁共振成象裝置300是垂直磁場型的磁共振成象裝置，供在垂直方向產(chǎn)生主磁場，配備有一個下磁鐵140和一個上磁鐵150，兩磁鐵在上下方向?qū)χ弥?，此外還配備有一個托板120，配置在磁鐵140與150之間的空間，托板120上方裝有一個射頻線圈100。
射頻線圈100為本發(fā)明上述實施例中所述的射頻線圈，安裝得使其線圈面面向托板120的縱向。
托板120上方安裝有一個檢測元件(虛線)，安裝得使其主要部分穿過射頻線圈100各線圈的線圈面。
磁共振成象裝置300的射頻線圈100，其各組成部分[即三個線圈(1、2和3)]之間不存在線圈之間的相互作用，因而三個線圈1、2和3能彼此獨立地接收各指定部位的核磁共振信號而不受其它線圈噪聲分量的影響，因而其S/N比比起存在線圈之間相互作用的情況提高了。
在不脫離本發(fā)明精神實質(zhì)和范圍的前提下還可以例舉本發(fā)明的許多各色各樣的實施例。不言而喻，本發(fā)明并不局限于本說明書中說明的一些具體實施例，但所附權(quán)利要求書中所述的例外。
權(quán)利要求
1．一種射頻線圈，包括三個或多個線圈，彼此接近地設(shè)置；多個線圈中間連接電容器，分別設(shè)置在所述各線圈之間；多條并聯(lián)連接線，用于并聯(lián)連接各線圈的各線圈中間連接電容器；和多個平衡電容器，設(shè)置在各并聯(lián)連接線之間，其中，從其中一個線圈的線圈中間連接電容器的兩端經(jīng)并聯(lián)連接線和平衡電容器向其它線圈的線圈中間連接電容器的兩端傳送電壓，使得可以消除所述其中一個線圈通過互感在其它線圈的線圈中間連接電容器兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，所述彼此接近地沒置的線圈共三個，所述三個線圈中的兩個外側(cè)的線圈的線圈中間連接電容器的電容值彼此相等。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，它還包括多個去耦合電路，用于防止其它線圈傳送的電流流入并聯(lián)連線中。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻線圈，其特征在于，所述去耦合電路由一個彼此反向地并聯(lián)連接的兩個二極管和一個與平衡電容器并聯(lián)連接的電感元件的串聯(lián)電路所構(gòu)成。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻線圈，其特征在于，所述多個平衡電容器設(shè)置在各并聯(lián)連接線之間。
6．一種包括權(quán)利要求1所述的射頻線圈的磁共振成象裝置。
7．一種包括權(quán)利要求2所述的射頻線圈的磁共振成象裝置。
8．一種包括權(quán)利要求3所述的射頻線圈的磁共振成象裝置。
9．一種包括權(quán)利要求4所述的射頻線圈的磁共振成象裝置。
10．一種包括權(quán)利要求5所述的射頻線圈的磁共振成象裝置。
11．根據(jù)權(quán)利要求6至10的其中任一權(quán)利要求所述的磁共振成象裝置，其特征在于，所述磁共振成象裝置還包括一個垂直磁場型的磁鐵。
12．一種核磁共振信號的接收方法，其特征在于，所述核磁共振信號由權(quán)利要求1所述的射頻線圈接收。
13．一種核磁共振信號的接收方洗其特征在于，所述核磁共振信號由權(quán)利要求2所述的射頻線圈接收。
14．一種核磁共振信號的接收方法，其特征在于，所述核磁共振信號由權(quán)利要求3所述的射頻線圈接收。
15．一種核磁共振信號的接收方法，其特征在于，所述核磁共振信號由權(quán)利要求4所述的射頻線圈接收。
16．一種核磁共振信號的接收方法，其特征在于，所述核磁共振信號由權(quán)利要求5所述的射頻線圈接收。
全文摘要
一種射頻線圈,為采用三個或多個線圈的線圈陣列,包括:三個或多個線圈1、2和3,彼此接近地設(shè)置;線圈中間連接電容器4、5和6,分別設(shè)置在各線圈之間;并聯(lián)連接線10－13,用于并聯(lián)連接各線圈中間連接電容器4、5和6;以及平衡電容器14－17,設(shè)置在各并聯(lián)連接線10－13之間。這種射頻線圈的目的在于免除各線圈之間的相互干擾而無需將各毗鄰線圈重疊起來。此外還說明采用這種射頻線圈的磁共振成象裝置和核磁共振信號的接收方法。
文檔編號G01R33/36GK1310345SQ0010228
公開日2001年8月29日 申請日期2000年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月18日
發(fā)明者奈部谷章, 佐藤健志, 石黑孝至 申請人:通用電器橫河醫(yī)療系統(tǒng)株式會社