专利名称：用于磁共振影像系统的脚/膝盖联合射频线圈装置的制作方法
技术领域：
本实用新型一般涉及磁共振影像系统。具体而言，本实用新型涉及在磁共振影像系统中使用的射频线圈。
背景技术：
磁共振成像系统(MRI)采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，从而获取磁共振成像系统(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磁能量，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成像。
在磁共振成像系统(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。在标准的磁共振成像系统中，对于发射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线圈与成像的信号发生组织距离较远。因为在磁共振成像系统(MRI)中最重要的是高信噪比(SNR)，所以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)。但是，由于人体各个生理部位的形状各不相同，又十分不规则，而且尺寸大小也差别很大，所以如何根据人体各个部位的生理结构特点，巧妙地布置线圈电路，从而获得较为均匀的磁场分布和较大的探测灵敏度一直是世界上线圈设计人员的最大任务。
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病人操作并具有舒适度，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，由覆盖所需探测的相同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因子是采用单个线性线圈情况时信号的 倍。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。
在医疗实践中，对人体下肢部分进行磁共振成像的常用探测线圈是脚线圈和膝盖线圈，由于价格昂贵，一些生产商设计出了脚/膝盖共用线圈，为了能够对脚部进行成像，线圈的顶部必须有烟囱形开口，但是这个开口将影响圆筒形腔体(22)内的磁场的均匀性，从而影响膝盖部位的成像；为了降低此影响，通常将烟囱形开口的位置设在靠近边缘处，但这样又对脚部成像不利。另外，目前通常所用的膝盖线圈的腔体为均匀的圆筒形，即两端开口的大小一样，但这样并不符合人体腿部的结构特征，不能达到最佳的填充因子，影响成像质量。
实用新型内容为了使腿部线圈装置即能够对人体脚部，又能够对人体膝盖部位产生均匀的磁场，进行清晰地成像，本实用新型提供了一种组合式脚/膝盖联合射频线圈装置。该线圈装置由基座构件(10)与上部构件(20)组成，可拆卸式连接。所述基座构件(10)的两侧设置有连接槽，在基座构件(10)中设置有马鞍形线圈(40)的下部(42)、环形线圈(50)的下部(52)。所述上部构件(20)设置在基座构件(10)的上部，在上部构件(20)中设置有马鞍形线圈(40)的上部(41)、环形线圈(50)的上部(51)。
在本实用新型的第一个方案中，在上部构件(20)的顶部中间位置设置有开口(21)，并且所述马鞍形线圈上部(41)包绕所述开口(21)从而形成凸起(25)，所述环形线圈上部(51)包绕所述开口(21)从而形成凸起(26)。
在本实用新型的第二个方案中，在上部构件(20)顶部没有设置开口(21)。
在第一个方案和第二个方案中，线圈装置的上部构件(20)和基座构件(10)所形成的圆筒形腔体(22)的内径均一端大，一端小，这样符合人体脚踝部位和膝盖部位的生理特征，从而具有较高的填充因子，提高信噪比。
采用这样的设计，本实用新型的第一个方案可以用于对人体脚部进行清晰地磁共振成像，而第二个方案可以用于对人体的膝盖部分进行磁共振成像，因此，可以在一个基座(10)的情况下，只需要更换上部构件(20)，就能在人体的膝盖和脚部产生较佳的均匀磁场，提高成像质量，同时也使制造成本大为下降。
图1a是根据本实用新型的第一个实施例的射频线圈装置的立体图。
图1b是根据本实用新型的第一个实施例的射频线圈装置的主视图。
图1c是根据本实用新型的第一个实施例的射频线圈装置的左视图。
图1d是根据本实用新型的第一个实施例的射频线圈装置的俯视图。
图2a是根据本实用新型的第二个实施例的射频线圈装置的立体图。
图2b是根据本实用新型的第二个实施例的射频线圈装置的主视图。
图2c是根据本实用新型的第二个实施例的射频线圈装置的左视图。
图2d是根据本实用新型的第二个实施例的射频线圈装置的俯视图。
图3是根据本实用新型的射频线圈装置的圆筒形腔体(22)的示意图。
图4是根据本实用新型的第一个实施例的射频线圈装置的线圈布线图。
图5是根据本实用新型的第二个实施例的射频线圈装置的线圈布线图。
具体实施方式
如图1a所示，图中表示的是根据本实用新型第一个实施例的射频线圈装置的立体图。所述线圈装置由基座构件(10)及上部构件(20)组成，基座构件(10)与上部构件(20)分别塑模，以卡扣方式连接。在该实施例中，在上部构件(20)的顶部中间位置设置了烟囱形开口(21)，这是为了能使病人的脚部伸出而完成脚部的磁共振成像。参考图1b，图1b是根据本实用新型的第一个实施例的线圈装置的主视图。由基座构件(10)及上部构件(20)组成的线圈装置中部是一个圆筒形腔体(22)，能够使病人脚部伸入。再参考图1c，这是线圈装置的左视图，病人的脚从线圈装置一侧的圆筒形腔体(22)的开口伸入，从顶部烟囱形开口(21)中伸出。图1d是射频线圈装置的俯视图，在图中更为清晰地表示出了用于使病人脚部伸出的上部构件(20)的顶部开口(21)。采用该实施例，由于顶部开口(21)设置在线圈顶部的中间位置，因此形成的磁场较为均匀，能够对脚部进行较佳地成像。
图2a是根据本实用新型的第二个实施例的射频线圈装置的立体示意图。在此装置中，线圈装置也是由基座构件(10)及上部构件(20)组成并且以卡扣方式连接。与本实用新型的第一个实施例相比，其基座构件(10)是完全相同的，唯一的区别是上部构件(20)顶部的开口(21)取消了。这样，上部构件(20)为半个圆管状，在其与基座构件(10)组合后，可以将病人的膝盖部位容纳于所形成的圆筒形腔体(22)当中，将线圈电路包绕在圆筒形腔体的壁上，从而产生均匀的磁场，能够对膝盖进行较佳的磁共振成像。图2b，2c和2d分别是该线圈装置第二个实施例的正视图，左视图和顶视图。病人的腿部从线圈装置的圆筒形腔体(22)的一端开口伸入，从另一端开口伸出，由此，根据本实用新型的第二个实施例的线圈装置能够将病人的膝盖部位完全地容纳于其中。
由于人体的腿部各个部位的粗细不同，因此线圈装置的圆筒形腔体(22)的内径也设计成一端大，一端小，如图3所示，这样不仅符合人体腿部外形特征，病人使用起来比较舒适，而且由于线圈电路本身也是贴敷在此腔体(22)的壁上，因此能够有效地提高填充因子，从而提高信噪比。
图4为所述射频线圈装置的第一个实施例的线圈电路示意图。图4中实线表示的就是马鞍形线圈，即8字形马鞍线圈，其8字的交叉点在基座构件(10)底座的中心位置。线圈贴敷在圆筒形腔体(22)的壁上。线圈电路从8字的交叉点开始，沿圆筒形腔体(22)底部沿圆筒形腔体(22)轴线方向向左走线，当到达圆筒形腔体(22)的边缘后，沿圆筒形腔体(22)边缘以沿弧线向上延伸，到达圆筒形腔体(22)的顶部后，又折向右方，沿圆筒形腔体(22)的轴线方向向腔体中部延伸，碰到位于中部的开口(21)后，沿开口(21)壁上延伸，达到开口(21)的边缘后，又沿弧形向右延伸，绕过开口(21)后开始向下，然后继续沿圆筒形腔体(22)的轴线方向延伸，到达圆筒形腔体(22)的右侧的边缘后，沿圆筒的边缘沿弧线向下，到达底部后，再回到8字的交叉点，不过并不与其出发点交接，而是继续向线圈装置(10)的腔体的另一侧延伸，以对称的方式在另一侧布线，最后再回到8字的交叉点，从而形成一个完整的回路。
图4中，划线表示的是环行线圈，其基本上环绕腔(22)体一周，只是在顶部开口(21)沿开口壁上升至开口边缘处，绕开口边缘环绕半周后向下到达圆筒形腔体(22)，然后继续沿腔体圆周走线，最终形成完整回路。
图4中，点线表示的是线圈装置的基座构件和上部构件的分界线，环形线圈(40)在上部构件中的部分(41)和基座构件中的部分(42)通过设置在连接槽内的弹簧接线柱连接在一起。类似地，马鞍形线圈(50)在上部构件中的部分(51)和基座构件中的部分(52)也通过设置在连接槽内的弹簧接线柱连接在一起。
根据图4中的布线方式和简单的分析可知，按照图4中坐标方向的定义，马鞍形线圈(40)产生的磁场方向为Y方向，环行线圈(50)产生的磁场方向为X方向。根据电磁理论的互易原理，可知马鞍形线圈探测Y方向的交变磁场信号，环形线圈探测X方向的交变磁场信号。由于此线圈主要应用在垂直场系统中，因此静磁场B0沿Z方向。这两个线圈可以组合形成正交线圈或者相控阵线圈，能够探测垂直于静磁场方向平面内的所有的核磁共振信号。而且，由于顶部开口(21)四周也有线圈电路，线圈对此处的信号也十分灵敏，因此可以对整个脚部进行磁共振成像。
图5是根据本实用新型第二个实施例的射频线圈装置的线圈布线图。可以看出，和图4相比，基本的布线方式是一样的，只是由于没有顶部开口(21)，因此线圈电路没有向上延伸，这样就使得圆筒形腔体(22)内的磁场具有更好的均匀性，从而能够对膝盖部位或人体腿部的其它部位进行更好的成像。
本实用新型的第一个实施例可以用于对人体脚部进行清晰地磁共振成像，而第二个实施例可以用于对人体的膝盖部分进行磁共振成像，通过本实用新型的实施例，可以在人体下肢的两个关键部位产生较佳的均匀磁场，提高成像质量，同时也使制造成本大为下降。
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实用新型，但是本领域普通技术人员在不违背权利要求所述的本实用新型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1.一种用于磁共振影像系统的脚/膝盖联合射频线圈装置，所述线圈装置包括基座构件(10)，在所述基座构件(10)的两侧设置有连接槽(11)和(12)，在所述基座构件(10)中设置有马鞍形线圈(40)的马鞍形线圈下部(42)、环形线圈(50)的环形线圈下部(52)，上部构件(20)，其设置在所述基座构件(10)的上部，在所述上部构件(20)中设置有马鞍形线圈(40)的马鞍形线圈上部(41)、环形线圈(50)的环形线圈上部(51)，所述基座构件(10)和所述上部构件(20)围成一个圆筒形腔体(22)，两端开口；其特征在于所述基座构件(10)与所述上部构件(20)分别塑模，可拆卸连接；所述马鞍形线圈(40)是8字形马鞍线圈，所述8字形马鞍线圈的两个环分别位于所述圆筒形腔体(22)的左侧和右侧，在所述基座构件马鞍形线圈下部(42)和在所述上部构件(20)的所述马鞍形线圈上部(41)通过所述连接槽(11)(12)、(21)(22)内的弹簧接线柱可拆卸连接；所述环形线圈(50)是环形线圈，所述环形线圈环绕圆筒向腔体设置，所述环形线圈下部(52)与所述环形线圈上部(51)通过所述连接槽(11)(12)、(21)(22)内的弹簧接线柱可拆卸连接。
2.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述马鞍形线圈和所述环形线圈(50)可组合形成正交线圈或者相控阵线圈。
3.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述上部构件(20)的顶部中间位置还设置有烟囱形开口(21)，和所述圆筒形腔体(22)连成一体。
4.如权利要求3所述的线圈装置，其特征在于，所述马鞍形线圈上部(41)包绕所述开口(21)，从而形成所述马鞍形线圈凸起部分(25)，所述环形线圈上部(51)包绕所述开口(21)，从而形成所述环形线圈凸起部分(26)。
5.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述基座构件(10)与所述上部构件(20)是卡口连接的。
6.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述基座构件(10)与所述上部构件(20)是铰链连接的。
7.如权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，所述圆筒形腔体(22)的内径一端大，一端小。
专利摘要一种用于探测人体下肢部分的磁共振影像系统(MRI)射频线圈装置，由基座构件(10)与上部构件(20)组成，可拆卸式连接。在基座构件(10)和上部构件(20)中设置了马鞍形线圈(40)和环形线圈(50)。在本实用新型的第一个方案中，在上部构件(20)的顶部中间位置设置有开口(21)，并且所述马鞍形线圈上部(41)沿所述开口(21)设置有凸起(25)，所述环形线圈上部(51)沿所述开口(21)设置有凸起(26)。而在第二个方案中则没有设计开口(21)。这两个方案共用一个基座。本实用新型的第一个方案对人体脚部进行清晰的磁共振成像，第二个方案可以对人体的膝盖部分进行较为均匀的磁共振成像。同时，线圈装置的圆筒形腔体(22)的内径一端大，一端小，这样符合人体生理特点，能充分紧贴人体，有利于提高填充因子，从而提高信噪比。
文档编号A61B5/055GK2768019SQ200420114709
公开日2006年3月29日 申请日期2004年12月24日 优先权日2004年12月24日
发明者王杰 申请人:上海辰光医疗科技有限公司