专利名称：用于磁共振成像系统的动物射频线圈装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁共振成像系统。具体而言，本发明涉及在磁共振成像系统中使用的用于对实验动物进行成像的射频线圈装置。
背景技术：
磁共振影像系统(MRI)使用来自主磁系统的均匀强磁场(称为MRI系统主磁场-B0)对人体中的氢原子核自旋进行极化。磁极化原子核自旋在人体中产生磁矩i。该磁矩在稳态时指向主磁场方向，如果没有激励扰动则不会产生有用的信息。
通过均匀的射频(RF)磁场(称为激发磁场或B1磁场)激发磁矩产生核磁共振(NMR)信号，从而获取磁共振影像系统(MRI)数据。射频发射线圈在所需探测的图像区域产生B1磁场，该射频发射线圈由采用功率放大器的受计算机控制的射频发射器驱动。在激发过程中，原子核自旋系统吸收能量，使磁矩绕着主磁场方向进动。在激发后，进动的磁矩将经历自由感应衰减(FID)，释放其吸收的能量并返回稳态。在自由感应衰减(FID)中，使用放置在人体受激部分附近的接收射频线圈探测核磁共振(NMR)信号。该核磁共振(NMR)信号是处于接收射频线圈中的第二电压(或电流)，该电压(或电流)被人体组织的进动磁矩所诱导。接收射频线圈可以是发射线圈本身也可以是只接收射频信号的独立线圈。通过集成在主磁场系统中的梯度线圈产生附加脉冲梯度磁场，选择性地激发所需要位置的体素内的原子核，并可以对信号进行频率编码和相位编码，从而确定其空间坐标，最终经过傅立叶变换，建立一幅完整的磁共振影像。
在磁共振影像系统(MRI)中，发射线圈和接受线圈所产生的磁场的均匀性是获得高质量图像的一个关键因素。在通常的磁共振影像系统中，通常采用整体射频线圈取得最佳激发场均匀性。整体射频线圈是系统中最大的射频线圈。但是，如果同时使用较大的线圈接收，则会产生较低的信噪比(SNR)，这主要是因为这样的接受线圈与参与成像的信号发生组织距离较远。因为在磁共振影像系统(MRI)中最重要的是高信噪比(SNR)，所以经常采用专用线圈进行射频接收以提高所需探测部分的信噪比(SNR)。
在实用中，设计较佳的专用射频线圈应当具有下列功能高信噪比、好的均匀性，谐振电路的高空载质量因子(Q)。此外，线圈装置必需设计成适于医生操作并具有舒适度，而且在病人与射频电子设备之间提供保护屏障。一种提高信噪比(SNR)的方法是正交接收。在这种方法中，由覆盖所需探测区域的两个互相独立的线圈探测两个信号。采用正交接收的射频信号信噪比是采用单个线性线圈情况时的 倍。鸟笼式线圈是一种常用的正交线圈，尤其是相对于常用的表面线圈，鸟笼式线圈的磁场均匀性特别好。另外一种提高信噪比的方法是相控阵线圈技术。为了对一个较大的区域进行成像，如果使用单个较大的线圈，线圈所覆盖的所有区域的噪声均进入线圈，因此信噪比差。如果使用相控阵技术，使用多个独立的小线圈一起覆盖此区域，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。
动物线圈是指对在生物学或医学中使用的小动物，如老鼠，兔子等进行磁共振成象的射频线圈。通常情况下，为了防止实验动物在MRI过程中活动，需要对动物进行麻醉处理。但是对未进行麻醉处理的动物进行MRI研究有着重要的意义，比如目前非常热门的脑功能成像，就必须在动物清醒的情况下进行。
此外，对于通常的鸟笼式线圈，在靠近线圈边缘的地方，磁场通常约为中心磁场强度的1/2左右，磁场的不均匀将导致成像的不均匀，从而在很大程度上影响成像质量。而且，系统本身带的发射线圈非常大，而实验动物体积很小，用系统本身的发射线圈，发射效率低，信噪比差。
发明内容
针对上述问题，本发明设计了一种专用于对实验小动物进行磁共振成像的射频线圈装置，所述线圈装置包括线圈内壳，线圈电路，线圈外壳和动物固定装置。线圈内壳分为两部分，即内壳主体和内壳头部。内壳主体为圆筒状，一端开口，另一端与半球壳形的内壳头部固定连接。此外，在所述线圈装置中，还在线圈内壳所形成的圆筒形腔体当中设置了可以抽送的动物固定装置，用于放置实验动物，并在需要的情况下固定未进行麻醉处理的实验动物。在所述线圈内壳上贴敷有经过变形的鸟笼式线圈的电路，并且，利用经过变形的鸟笼式线圈具有优异磁场均匀性的特点，此线圈设计成收发共用线圈，从而有效地提高线圈发射和接收的效率，改善成像质量。
根据本发明的另一个方案，可以将所述线圈头部替换为圆椎形，半椭圆形或其它可以容纳动物头部的形状。此外，线圈的电路可以采用环形线圈和马鞍形线圈相组合的方式形成正交线圈或者相控阵线圈。
图1是根据本发明的动物射频线圈装置的内壳结构示意图。
图2是根据本发明的动物射频线圈装置的经过变形的鸟笼线圈的结构示意3是传统鸟笼线圈的结构示意图。
图4传统鸟笼线圈和经过变形的鸟笼线圈的磁场分布图的比较。
图5是根据本发明的用于固定动物的动物固定装置的示意图。
图6是根据本发明的动物线圈的外观效果图具体实施方式
下面将通过图示的方法详细描述本发明的实施例，在参考附图进行描述的过程中，不同图中相同的附图标记描述相同或相似的部件。
图1是根据本发明的动物射频线圈装置的内壳结构示意图。如图1所示，内壳结构包括内壳主体和内壳头部，内壳主体为一个圆筒形的空心腔体；在本实施例中，内壳头部为半球壳形，球壳内径与内壳主体的内径相等，两者固定在一起，形成一个一端开口，一端封闭的腔体以容纳实验动物。另外，由于实验动物的个体体积的差异，所述的圆筒形腔体的内径可以根据实际需要有很大的变化。
在线圈内壳外面贴敷有线圈的电路。在该实施例中，线圈电路采用的是经过变形的鸟笼式线圈结构，图2为其示意图。传统的鸟笼式线圈如图3所示，其电感、电容等元件均匀地分布在一个圆筒状的表面上。这是一种较为常用的正交线圈结构，其最大的优点是在线圈内部磁场比较均匀。但是在靠近线圈边缘的地方，其轴线上的磁场只是约等于内部轴线上磁场强度的1/2，也就是说，在靠近边缘的地方，磁场强度很不均匀，这也就意味着线圈探测此处MRI信号的灵敏度约为内部的1/2，而如果这个线圈用来作为收发共用线圈的话，由于边缘处的发射信号强度和接受时的信号灵敏度均约等于内部的1/2，因此总的信号强度约为内部的1/4。这就使得鸟笼线圈所具有的磁场均匀性好的优势大打折扣。为此，本发明的设计者在这里设计了一种新的鸟笼式线圈结构，即如图2所示，将传统鸟笼线圈的一端收缩，由于收缩后，电流导线(即电感)趋于集中，线圈收缩一端的轴线上的磁场强度得到增强，从而使得磁场的均匀性得到弥补。图4是传统鸟笼线圈和经过变形的鸟笼线圈磁场强度效果的比较。横轴表示沿这两种线圈的轴线的位置，两个线圈的长度均为70(任意单位)，线圈的左右边缘在坐标轴上分别位于20和70。纵轴为两种线圈在轴线上的磁场强度。图中虚线表示的就是传统鸟笼线圈的轴线上的磁场强度随位置的变化，实线表示的是经过上述变形的鸟笼线圈的轴线上的磁场强度随位置的变化。可以看出，在线圈的两端，即横坐标为20和90的地方，传统鸟笼线圈的磁场强度约为线圈内部磁场强度的1/2，而对于经过变形鸟笼线圈，其线圈结构收缩的一端的磁场强度约等于内部的80％。因此可以看出，经过将传统鸟笼线圈的一端进行收缩，线圈内部的磁场的均匀性得到了有效地改善。而且，由于实际使用中线圈收缩的一端通常是实验动物的脑部所在位置，而一般来说，实验动物脑部的尺寸远小于身体的尺寸，所以将此处的线圈结构收缩将有利于提高填充因子，降低信噪比，从而改善成像质量，这在动物的脑功能成像中将是非常重要的。
在线圈装置内壳所形成的腔体里，设置有固定实验动物的固定装置。在该实施例当中采用的是如图5所示的固定板。在对死亡动物或者对动物进行过麻醉处理，使其丧失活动能力的情况下，可以将动物放置在固定板上直接进行磁共振成像实验。如果进行脑功能成像等需要保持被实验动物清醒状态的实验，则可以先将实验动物放置在该固定板上，固定板上钻有很多小孔，可以用来将实验用动物用绳子等柔性物体牢牢地捆绑在固定板上，使其不能随便活动，这样就能消除运动伪影，获得高质量的MRI图像。该固定板可以在实验前从线圈内壳所形成的腔体当中抽出，将被实验动物放置或固定在该固定板上，然后推入腔体，即可进行实验。
线圈装置的内壳由于贴敷有线圈电路，因此外部需要有外壳起到保护和支撑的作用。在本实施例当中，线圈装置的外壳的上部形状类似于线圈内壳，只是尺寸较大，线圈的内壳塞入外壳当中，然后用无磁性的螺丝固定；线圈装置的外壳的下部主要起支撑整个线圈的作用，主体为四方体形状，并于上部平滑过渡，且底面平滑，便于放置。图6为整个线圈装置装配好之后的效果示意图。
本领域的普通技术人员对如图1a所示的线圈的内壳及图2所示的变形的鸟笼式线圈的设计也可以做一定的修改或替换而不背离本发明所述的精神及原则，比如可以根据实际需要将内壳的头部设计成半椭圆形、圆椎形或其他可以容纳所需研究动物头部的形状，并据此对贴敷在其上的鸟笼线圈作相应变形，使得这种设计可以在线圈头部中形成均匀的磁场，以进行清晰的磁共振成像。
本领域的普通技术人员对如图2所示的变形的鸟笼式线圈的设计也可以作一定的修改或替换而不背离本发明所述的精神及原则，比如可以很容易地联想到可以采用常用的环形线圈或马鞍形线圈，或者将它们组合形成正交线圈或相控阵线圈来获得较好的磁场均匀性和较高的线圈灵敏度。
本领域的普通技术人员也可以对如图5所示的实验动物固定方式作一定的修改或替换而不背离本发明所述的精神及原则，比如可以采用类似于卡箍，手铐，脚铐或者项圈等方式来固定实验动物，以达到防止被实验动物活动，消除运动伪影的目的。
虽然这里引用特定的实施例及其应用描述了本文所揭示的发明，但是本领域普通技术人员在不违背权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下，可对这些实施例做出各种修正与变化。
权利要求
1.一种用于探测动物的磁共振成像系统(MRI)射频线圈装置，其特征在于，所述线圈装置包括线圈内壳，所述线圈内壳由线圈内壳主体和线圈内壳头部组成，所述线圈内壳主体为圆筒形，一端开口，另一端固定连接所述线圈内壳头部，所述线圈内壳头部为半球壳形；在所述线圈内壳上贴敷有线圈电路；在所述线圈内壳所形成的腔体内部设置有动物固定装置。
2.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈头部替换为圆椎形。
3.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈头部替换为半椭圆形。
4.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述动物固定装置为可抽送式的。
5.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述动物固定装置中设置有头部、身体和四肢的固定装置。
6.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈电路为鸟笼式线圈结构。
7.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈电路为经过变形的鸟笼式线圈结构。
8.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈电路为环形线圈组合形成的正交线圈。
9.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈电路为马鞍形线圈组合形成的正交线圈。
10.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈电路为环形线圈组合形成的相控阵线圈。
11.如权利要求1、2或3所述的线圈装置，其特征在于，所述线圈电路为马鞍形线圈组合形成的相控阵线圈。
全文摘要
一种专用于动物的磁共振成像射频线圈装置，所述线圈装置包括线圈支撑内壳，线圈电路，线圈外壳和附属的用来固定实验动物的动物固定装置。线圈的内壳分为两部分，一部分为内壳主体，为圆筒形，另一部分为内壳头部，为半球壳形，上述内壳主体和内壳头部固定在一起。线圈电路为经过变形的鸟笼式线圈电路结构，线圈电路贴敷在内壳上。外壳用无磁性的螺丝和内壳固定在一起，起到保护线圈电路的作用。实验动物固定装置设置在线圈内壳所形成的圆柱形腔体当中，将实验动物固定在此固定装置上，即可以利用上述经过变形的鸟笼线圈提供的均匀射频磁场激发核磁共振信号或(和)探测实验动物体内所发射的核磁共振信号，进行磁共振成像。
文档编号A61B5/055GK1786730SQ200410089210
公开日2006年6月14日 申请日期2004年12月8日 优先权日2004年12月8日
发明者王杰 申请人:上海辰光医疗科技有限公司