本發(fā)明屬于磁共振成像領域，具體設計了一種多頻點陣列式射頻接收線圈系統(tǒng)，該線圈應用于開放式磁共振成像設備中。

背景技術：

核磁共振成像(mri)是一種目前廣泛應用的醫(yī)學成像設備。一般來說，開放式磁共振成像裝置的結構可分為磁體系統(tǒng)、波譜儀系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)三大部分。其中，磁體系統(tǒng)是非常重要的核心部分，它由主磁體、梯度線圈、勻場線圈和射頻線圈組成。

在臨床的mri掃描儀中，射頻線圈處于接收mri信號的最前端，射頻線圈質量的優(yōu)劣直接決定mri信號的強度，射頻線圈的主要功能有兩個，其一是激發(fā)核自旋，其二是探測核進動。在激發(fā)模式工作時，作為一個變換器，它把射頻功率變換為成像體積中的橫向旋轉的射頻磁場b1，該磁場的方向與靜磁場的方向b0垂直；在接收模式工作時，射頻線圈把進動的橫向磁化強度m⊥轉換為適于處理的電壓信號。對于設計良好的射頻線圈，在成像區(qū)域中射頻場b1應該是均勻的，且射頻線圈應該有高信噪比。

傳統(tǒng)的射頻線圈的設計都是針對某一種特定的原子核的拉莫爾進動頻率來設計的，只能夠進行一種原子的成像；對于多個原子核的成像，通常是更換新的射頻線圈或者是重新對線圈進行調諧與匹配。不僅浪費成本，而且還需要有專業(yè)的設備與專門工作人員來進行相應的操作，這對于實際的應用非常不便。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，提出一種用于磁共振成像設備中的多頻點陣列式射頻接收線圈系統(tǒng)，以期能實現(xiàn)射頻線圈多頻點工作的功能，從而能在同一個線圈上實現(xiàn)多頻點之間的快速、穩(wěn)定切換，使得同一臺核磁共振設備上能夠實現(xiàn)多個原子核的成像，進而拓寬的設備的用途、降低設備的成本、提高設備的可操作性。

本發(fā)明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發(fā)明一種用于磁共振成像設備中的多頻點陣列式射頻接收線圈系統(tǒng)的特點是由n個單通道平面線圈模塊組成；每個單通道平面線圈模塊包括：單通道平面線圈、m個調諧與匹配電路、頻點切換電路和前置放大電路；

所述單通道平面線圈分別連接所述m個調諧與匹配電路；所述m個調諧與匹配電路與所述前置放大電路連接；所述頻點切換電路串聯(lián)在所述單通道平面線圈和m個調諧與匹配電路之間；

所述單通道平面線圈模塊利用所述單通道平面線圈檢測到磁共振成像設備中被測體的核磁共振信號后，通過所述頻點切換電路選擇所述m個調諧與匹配電路中相應的調諧與匹配電路接入到所述單通道平面線圈中，使得所述核磁共振信號經過所選擇的調諧與匹配電路傳輸至所述前置放大電路中進行去耦和放大處理，從而得到處理后的核磁共振信號。

本發(fā)明所述的多頻點陣列式射頻接收線圈系統(tǒng)的特點也在于，所述頻點切換電路包括：直流驅動電源、旋鈕式切換開關、m個射頻扼流圈、m個開關pin二極管對以及m個接地pin二極管對；

所述旋鈕式切換開關設置有m個檔位，每個檔位分別對應不同的；每個檔位上相應設置有所述射頻扼流圈；所述射頻扼流圈與相應的開關pin二極管對相連通；所述開關pin二極管對與相應的接地pin二極管對相連通；所述接地pin二極管對在其中間位置處抽線接地；

所述頻點切換電路是利用旋鈕式切換開關選擇所需的工作頻點，所述直流驅動電源通過相應工作頻點上的射頻扼流圈導通開關pin二極管對以及接地pin二極管對，從而使得與所需的工作頻點相對應的調諧與匹配電路接入到所述單通道平面線圈中，實現(xiàn)多頻點之間的切換。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、本發(fā)明中射頻線圈有m個工作頻點，相應地設計了m個調諧與匹配電路，對應著m個原子核的磁共振成像，并通過開關切換電路接入到調諧匹配電路與線圈之間，選擇相應的調諧與匹配電路，調整線圈的共振頻點，使得同一個線圈在多個工作頻點之間切換，從而在常規(guī)的磁共振設備中滿足多個原子核的磁共振成像。

2、本發(fā)明設計的開關切換電路，采用的是pin管作為電開關來實現(xiàn)電路的通斷，pin管的特性就等效于一個開關，反偏時處于關斷狀態(tài)，正偏時則為開通狀態(tài)，用pin管設計射頻開關，可以用較低的直流功率信號控制大功率的射頻信號，同時采用pin管作為電開關能夠保證工作頻點之間切換的穩(wěn)定性與快速性。

3、本發(fā)明設計的開關切換電路，采用的是機械式旋鈕切換開關，機械式旋鈕切換開關有m個檔位，每個檔位對應著一個工作頻率；通過手動旋轉機械式旋鈕切換開關，在m個檔位中選擇一個調諧與匹配電路接入線圈，從而選擇線圈的共振頻點；采用機械式旋鈕切換開關的優(yōu)勢在于：操作簡單方便、不需要有專業(yè)的操作人員與專業(yè)的調試設備；同時，由于切換時采用的是機械式旋鈕，所以能夠有效的保證線圈只有一個工作頻點能夠處于工作狀態(tài)，從而保證設備的正常運行。

4、相對于常規(guī)的磁共振成像設備中的射頻線圈而言(常規(guī)的磁共振成像設備是針對h成像的)，多頻點射頻線圈的優(yōu)勢在于：能夠在一臺磁共振設備上實現(xiàn)兩個甚至更多原子核成像，拓寬了一臺設備的用途，降低成本，具有很強的社會意義與經濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單通道平面線圈模塊的原理圖；

圖2為本發(fā)明單通道平面線圈的示意圖；

圖3a為本發(fā)明實施例中第一個頻點射頻線圈的調諧與匹配電路圖；

圖3b為本發(fā)明實施例中第二個頻點射頻線圈的調諧與匹配電路圖；

圖3c為本發(fā)明實施例中第三個頻點射頻線圈的調諧與匹配電路圖；

圖4a為本發(fā)明實施例中n＝16的多頻點射頻線圈的空間放置圖；

圖4b為本發(fā)明實施例中一組線圈(8個)在同一個平面上的放置圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例中，一種用于磁共振成像設備中的多頻點陣列式射頻接收線圈系統(tǒng)，是由n個單通道平面線圈模塊組成；每個單通道平面線圈模塊包括：單通道平面線圈1、m個調諧與匹配電路2、頻點切換電路3和前置放大電路4；

其中，單通道平面線圈1分別連接m個調諧與匹配電路2；m個調諧與匹配電路2與前置放大電路4連接；頻點切換電路3串聯(lián)在單通道平面線圈1和m個調諧與匹配電路2之間；通過頻點切換電路3切換平面線圈1所接入的調諧與匹配電路2實現(xiàn)多頻點之間的切換。本發(fā)明中，線圈設計了三個共振頻點，分別用于0.35t場強下的¹h成像、³he成像以及¹²⁹xe成像。

單通道平面線圈模塊利用單通道平面線圈1檢測到磁共振成像設備中被測體的核磁共振信號后，通過頻點切換電路3選擇m個調諧與匹配電路2中相應的調諧與匹配電路接入到單通道平面線圈1中，使得核磁共振信號經過所選擇的調諧與匹配電路傳輸至前置放大電路4中進行去耦和放大處理，從而得到處理后的核磁共振信號。

如圖1所示，本實施例中的多頻點射頻接收線圈中每個線圈都有三個共振頻點，所以每個線圈中都需要設計三個調諧與匹配電路，這三個調諧與匹配電路分別對應著¹h成像、³he成像以及¹²⁹xe成像。在圖1中，c1、c3、c5分別為¹h成像、³he成像、¹²⁹xe成像的調諧電容，c2、c4、c6分別為¹h成像、³he成像、¹²⁹xe成像的匹配電容。通常，為了方便加載后調諧與匹配，我們將調諧電容與匹配電容都用固定電容與可調電容并聯(lián)來代替。為了減少電子元器件對線圈的影響，所有的電容均是無磁、高q的電容。

如圖1所示，頻點切換電路3包括：直流驅動電源31、旋鈕式切換開關32、m個射頻扼流圈33、m個開關pin二極管對34以及m個接地pin二極管對35；其中，接地pin二極管35能夠在直流驅動31導通開關pin二極管34的同時導通，其作用是去除電路中的直流成分，消除對線圈信號的影響。頻點切換電路3的核心是pin二極管，pin管的特性就等效于一個開關，反偏時處于關斷狀態(tài)，正偏時則為開通狀態(tài)。用pin管設計射頻開關，可以用較低的直流功率信號控制大功率的射頻信號。頻點切換電路的具體工作流程如下：通過機械式旋鈕32選擇接入線圈的調諧與匹配電路，通過直流驅動31導通開關pin二極管34與接地pin二極管35，從而選擇線圈的共振頻點，由于切換時采用的是機械式旋鈕，所以能夠有效的保證線圈只有一個工作頻點能夠處于工作狀態(tài)。

旋鈕式切換開關32設置有m個檔位，每個檔位分別對應不同的；每個檔位上相應設置有射頻扼流圈33；射頻扼流圈33與相應的開關pin二極管對34相連通；開關pin二極管對34與相應的接地pin二極管對35連通；接地pin二極管對35在其中間位置處抽線接地；

頻點切換電路3是利用旋鈕式切換開關32選擇所需的工作頻點，直流驅動電源31通過相應工作頻點上的射頻扼流圈33導通開關pin二極管對34以及接地pin二極管對35，從而使得與所需的工作頻點相對應的調諧與匹配電路接入到單通道平面線圈1中，實現(xiàn)多頻點之間的切換。

如圖2所示，本發(fā)明設計了一個16通道的陣列式射頻線圈，單個射頻線圈采用的是圓形平面線圈，線圈有三個工作頻點，它們分別對應的原子核為¹h、³he和¹²⁹xe。根據拉莫爾進動頻率的計算公式：f0＝b0·γ(其中，f0為拉莫爾進動頻率，b0為靜磁場強度，γ為原子核的旋磁比)計算出¹h、³he和¹²⁹xe的拉莫爾進動頻率分別為f1＝14.902mhz，f2＝11.351mhz，f3＝4.12mhz(0.35t的場強下)，¹h、³he和¹²⁹xe的拉莫爾進動頻率即為線圈的工作頻率。由于¹h、³he與¹²⁹xe的拉莫爾進動頻率相差較大，考慮到¹²⁹xe的拉莫爾進動頻率的限制，線圈在設計時，線圈的電感值應在1～2μh之間，根據線圈的電感估算公式，確定的線圈尺寸參數(shù)如下：線圈的直徑d為120mm，線寬w為3mm，線間距為3mm，線圈的匝數(shù)n為2。線圈的電感值實測為：在14.962mhz(¹h成像)的共振頻率下線圈的電感值為1.5946μh，在11.351mhz(³he成像)的共振頻率下線圈的電感值為1.5561μh，在4.12mhz(¹²⁹xe成像)的共振頻率下線圈的電感值為1.5123μh，線圈的電感值在預計的1～2μh之間。

圖3a為¹h成像的調諧與匹配電路，在空載的條件下，調諧電容c1＝56pf，匹配電容c2＝11.65pf，為了方便加載后的調諧與匹配，將調諧電容c1等效為固定電容c11(30pf)、c12(20pf)與可調電容c13(c13的變化范圍為0～10pf)的并聯(lián)，將匹配電容c2等效為固定電容c21(5pf)與可調電容c22(c22的變化范圍為0～10pf)的并聯(lián)；圖3b為³he成像的調諧與匹配電路，在空載的條件下，調諧電容c3＝103.5pf，匹配電容c4＝16.6pf，為了方便加載后的調諧與匹配，將調諧電容c3等效為固定電容c31(100pf)與可調電容c32(c32的變化范圍為0～10pf)的并聯(lián)，將匹配電容c4等效為固定電容c41(10pf)與可調電容c42(c42的變化范圍為0～10pf)的并聯(lián)；圖3c為¹²⁹xe成像的調諧與匹配電路，在空載的條件下，調諧電容c5＝880pf，匹配電容c6＝42.3pf，為了方便加載后的調諧與匹配，將調諧電容c5等效為固定電容c51(820pf)、c52(50pf)與可調電容c53(c53的變化范圍為0～10pf)的并聯(lián)，將匹配電容c6等效為固定電容c61(30pf)、c62(5pf)與可調電容c63(c63的變化范圍為0～10pf)的并聯(lián)。

圖4a為16通道的陣列式射頻線圈在檢測物體上的空間放置圖，16個線圈分為兩組(每組8個)，分別置于檢測物體的前后兩端。圖4b為一組線圈(8個)在同一個平面上的放置圖，相鄰線圈之間重疊放置，目的是消除線圈之間的強耦合，相鄰線圈之間的圓心距離為85mm～95mm。同時，由于非相鄰線圈之間的耦合較小，可以通過采用低阻抗的前置放大器進行去耦。