一种头颈线圈及磁共振成像系统的制作方法

本实用新型涉及磁共振成像系统技术领域，特别是一种用于磁共振成像系统的头颈线圈及磁共振成像系统。

背景技术：

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是利用磁共振现象进行成像的一种技术。磁共振成像(MRI)系统通常包括一个腔型超导磁体、环绕在超导磁体内的梯度线圈、位于梯度线圈内的腔型的体线圈、放置病人的检查台床板，以及用于覆盖病人某个部位的局部线圈，如膝盖线圈、手腕线圈以及头颈线圈等。其中，体线圈既可以作为发射线圈，又可以作为接收线圈，局部线圈则主要作为接收线圈。

其中，超导磁体提供沿磁体轴线方向的均匀的主磁场B0，主磁场B0的场强最大，且一直存在。体线圈作为发射线圈时，用于发射射频信号，提供与磁场B0垂直的磁场B1，磁场B1的场强较B0小，且仅在工作时产生。B1场为频率场，以γ*B0的频率旋转。人体内水分子中的氢原子受激发后，产生偏转，而后以非辐射的方式回到“基态”，接收线圈通过感应，接收此过程中的信号。为了区别空间中各氢原子的位置，梯度线圈在空间的三个方向产生大小不同的“梯度磁场”，使空间中任何一点处的磁场大小都不相同，通过对接收线圈所接收的信号根据梯度磁场进行后期计算，得到相应位置的信号。

目前，在磁共振成像应用中，在不牺牲信噪比(SNR)的基础上如何减少扫描时间是一个难点。传统并行成像技术(SENSE，GRAPA等)通过在单个组织层内欠采样加速成像的方法是目前的主流磁共振快速成像技术。但是由于传统并行成像技术减少了采样时间从而导致SNR下降。近年来，同时多层激发(Simultaneous Multislice，SMS)成像技术通过对多层组织同时激发能大大减少扫描时间而成为研究的热点。SMS技术相比传统并行成像技术可以在不降低SNR的情况下减少扫描时间，但是由于同时对多层组织射频激发和信号采集，SMS成像技术需要很高的射频发射功率(如果同时激发N层需要的平均功率是传统功率的N倍，而且如果不作特殊处理的话，峰值功率会提高N²倍)。考虑到特定吸收率(Specific Absorption Rate，SAR)的问题，目前SMS技术更适合低场磁共振应用，但SMS技术需要较高射频功率放大器(Radio Frequency Power Amplifier，RFPA)功率，这与低场的低成本优势又形成矛盾。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种局部线圈，另一方面提出了一种磁共振系统，用以实现在SMS成像技术应用中降低对RFPA输出功率的需求。

一种局部线圈，其特征在于，包括：局部发射线圈，包括：一圆筒状的主体、和设置于所述主体的频率调谐电容和进行调谐失谐控制的一组开关单元，且在磁共振成像系统的发射状态期间将带有SMS技术的多层射频激励信号发射至局部待检测区域；和多通道局部接收线圈，与所述局部发射线圈的圆筒状主体邻近设置，且具有沿一圆柱侧表面分布的复数个第一线圈单元构成的第一线圈阵列，其中相邻第一线圈单元之间具有能够去除所述第一线圈单元之间的耦合的重叠区域，在磁共振成像系统的接收状态期间接收来自所述局部待检测区域的不同部位的多层磁共振信号，并输出所述多层磁共振信号给图像处理系统，以使得所述图像处理系统对所述多层磁共振信号进行带有欠采样的SMS图像重建。

在一个实施方式中，所述主体包括两个端环和连接在所述两个端环之间的均匀分布的多个天线腿，且所述两个端环和所述天线腿构成一谐振腔；所述频率调谐电容包括：由位于每个天线腿上的第一频率调谐电容构成的第一组频率调谐电容；和/或，由位于两个端环上每相邻两个天线腿之间的第二频率调谐电容构成的第二组频率调谐电容；用于将所述谐振腔的谐振频率调整为磁共振频率；所述一组开关单元中的每个开关单元设置在一个天线腿上，用于对所述局部发射线圈进行调谐失谐控制。

在一个实施方式中，所述开关单元与所述第一频率调谐电容串联设置在一个天线腿上。

在一个实施方式中，所述局部线圈为头颈线圈；所述局部发射线圈中的两个端环中靠近头部的端环的直径小于靠近颈部的端环的直径。

在一个实施方式中，所述局部线圈为头颈线圈；所述多通道局部接收线圈进一步包括：沿所述圆柱靠近头部的端面分布的复数个第二线圈单元构成的第二线圈阵列，其中相邻第二线圈单元之间具有能够去除所述第二线圈单元之间的耦合的重叠区域。

在一个实施方式中，所述第二线圈单元为圆环形线圈单元，且所述复数个第二线圈单元呈圆环形分布。

在一个实施方式中，所述第二线圈单元为“8”字形线圈单元，且所述复数个第二线圈单元呈圆环形分布。

在一个实施方式中，每个线圈单元包括：线圈主体；设置在所述线圈主体上的至少一个频率调谐电容，用于将所述线圈单元的谐振频率调整为磁共振频率；和设置在所述线圈主体上的谐振/失谐电路模块，用于对所述线圈单元进行调谐失谐控制。

在一个实施方式中，所述局部发射线圈与磁共振成像系统的体线圈之间存在功率上的耦合；所述多层射频激励信号由所述体线圈耦合至所述局部发射线圈；或者，所述局部发射线圈进一步连接有发射线缆，所述多层射频激励信号通过所述发射线缆耦合至所述局部发射线圈。

本实用新型实施例中提供的一种磁共振成像系统，包括上述任一实施方式的局部线圈。

从上述方案中可以看出，由于本实用新型实施例中在SMS成像技术应用中，采用能够自发自收的局部线圈，即本实用新型实施例中的局部线圈包括一用于在磁共振成像系统的发射状态期间将带有SMS技术的多层射频激励信号发射至局部待检测区域的局部发射线圈和一用于在磁共振成像系统的接收状态期间接收来自所述局部待检测区域的不同部位的多层磁共振信号，并输出所述多层磁共振信号给图像处理系统的多通道局部接收线圈。将原来由体线圈在较大范围内发射带有SMS技术的多层射频激励信号的方式改为由局部发射线圈在待检测的局部区域发射带有SMS技术的多层射频激励信号的方式，能在使用同样的RFPA条件下有效提高B1场的发射效率，或者在达到相同B1场发射效率的情况下可以大幅度降低RFPA的输出功率，从而降低RFPA的成本。并且，相比由体线圈进行全身发射的情况，本实用新型实施例中的方案也可以降低全身特定吸收率(Whole Body Specific Absorption Rate，SAR)。

此外，通过对局部线圈中的头颈线圈进行脑部位置的天线分布优化，即使得局部发射线圈在靠近脑部的端环的直径小于靠近颈部的端环的直径，从而改变了局部发射场的均匀性。并通过进一步在局部接收线圈靠近脑部一侧的端面上增加设置线圈阵列，从而可以进一步提高图像的成像质量。

进一步地，对于头颈线圈中的局部接收线圈在靠近脑部一侧的端面上的线圈阵列，其线圈单元可以为环形也可以为“8”字形，其中，“8”字形的线圈单元可比环形的线圈单元数量少一半。

另外，通过将局部发射线圈设置为感性耦合局部发射线圈，可以在没有激励端口和发射线缆的情况下实现局部线圈的自发自收功能，从而可兼容低成本的磁共振成像系统。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：

图1A至图1C为本实用新型实施例中一种局部线圈的结构示意图。其中，图1A为装配图，图1B为局部发射线圈的结构示意图，图1C为局部接收线圈的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中局部发射线圈的电路结构示意图。

图3为本实用新型实施例中局部接收线圈的沿圆柱侧表面分布的一种线圈阵列展开图。

图4为本实用新型实施例中局部接收线圈的沿圆柱端面分布的一种线圈阵列展开图。

图5为本实用新型实施例中局部接收线圈的沿圆柱端面分布的又一种线圈阵列展开图。

图6为本实用新型实施例中局部接收线圈的线圈单元的电路结构图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

本实用新型实施例中，为了实现在SMS成像技术应用中降低对RFPA输出功率的需求。此外，也为了减少全身特定吸收率(Whole Body Specific Absorption Rate，SAR)，考虑在SMS成像技术应用中，采用能够自发自收的局部线圈。即本实用新型实施例中的局部线圈可包括一局部发射线圈和一多通道局部接收线圈。其中，局部发射线圈可包括一圆筒状的主体、和设置于所述主体的频率调谐电容和进行调谐失谐控制的一组开关单元，用于在磁共振成像系统的发射状态期间将带有SMS技术的多层射频激励信号发射至局部待检测区域；多通道局部接收线圈可与所述局部发射线圈的圆筒状主体邻近设置，且包括由复数个线圈单元构成的线圈阵列，用于在磁共振成像系统的接收状态期间接收来自所述局部待检测区域的不同部位的多层磁共振信号，并输出所述多层磁共振信号给图像处理系统，以使得所述图像处理系统对所述多层磁共振信号进行带有欠采样的SMS图像重建处理。这样一来，由于局部线圈的覆盖范围较小，只接收有限的射频激励范围内的射频激励信号，因此，将原来由体线圈在较大范围内发射带有SMS技术的多层射频激励信号的方式改为由局部发射线圈在待检测的局部区域发射带有SMS技术的多层射频激励信号的方式，能在使用同样的RFPA条件下有效提高B1场的发射效率，或者在达到相同B1场发射效率的情况下可以大幅度降低RFPA的输出功率，从而降低RFPA的成本。并且，相比由体线圈进行全身发射的情况，本实用新型实施例中的方案也可以降低SAR。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。

图1A至图1C为本实用新型实施例中一种局部线圈的结构示意图。其中，图1A为装配图，图1B为局部发射线圈的结构示意图，图1C为局部接收线圈的结构示意图。本实施例中以局部线圈为头颈线圈的情况为例进行描述。

如图1A所示，本实用新型实施例中的局部线圈1包括如图1B中的局部发射线圈100和如图1C中的多通道局部接收线圈200。

其中，局部发射线圈100套设在多通道局部接收线圈200上，在磁共振成像系统的发射状态期间将带有SMS技术的多层射频激励信号发射至局部待检测区域。

具体实现时，局部发射线圈100可以为感性耦合局部发射线圈，即该局部发射线圈100可与磁共振成像系统的体线圈之间存在功率上的耦合，此时，所述多层射频激励信号可由所述体线圈耦合至所述局部发射线圈100。对于这种感性耦合的局部发射线圈没有激励端口和发射线缆，完全依靠其与体线圈的耦合系统的射频磁场来激发。或者，该局部发射线圈100也可以为带有激励端口和发射线缆的局部发射线圈，此时所述多层射频激励信号通过所述发射线缆耦合至所述局部发射线圈100。

多通道局部接收线圈200与所述局部发射线圈100邻近设置，且包括由复数个线圈单元构成的线圈阵列，用于在磁共振成像系统的接收状态期间接收来自所述局部待检测区域的不同部位的多层磁共振信号，并输出所述多层磁共振信号给图像处理系统，以使得所述图像处理系统对所述多层磁共振信号进行带有欠采样的SMS图像重建处理。

具体实现时，局部发射线圈100可有多种实现方式。例如图2中示出了本实用新型实施例中一种局部发射线圈100的电路结构示意图。结合图1B和图2所示，本实用新型实施例中的局部发射线圈100可包括：一圆筒状的主体100、设置于所述主体100上的至少一组频率调谐电容C1、C2、C3和进行调谐失谐控制的一组开关单元120。

本实施例中，主体110可包括两个端环111、112和连接在两个端环111、112之间的均匀分布的多个天线腿113(图1B和图2中以8个天线腿的情况为例)。即每条天线腿113沿圆柱状表面等间距分布。其中，两个端环111、112和天线腿113构成一谐振腔。本实施例中，考虑到为了能正确分辨不同层的图像，SMS成像技术需要较高的线圈灵敏度分布(coil sensitivity profile)，因此，对于头颈线圈来说，可以将靠近头部的端环111的直径设置的小一些，即靠近头部的端环111的直径可小于靠近颈部的端环112的直径，这样各条天线腿113在靠近尺寸小的端环111区域就更贴近大脑区域，使得在脑部的B1场增强，从而进一步提高成像质量。当然，对于其他类型的局部发射线圈，其可根据放置部位进行相应结构的调整，例如膝盖线圈的两个端环的直径则可以设置为相同大小。

至少一组频率调谐电容包括：由位于每个天线腿113上的第一频率调谐电容C1构成的第一组频率调谐电容；和/或，由位于两个端环111、112上每相邻两个天线腿113之间的第二频率调谐电容C2、C3构成的第二组频率调谐电容；用于将所述谐振腔的谐振频率调整为磁共振频率。本实施例中，根据电容C1、C2和C3的容值的选取，局部发射线圈可以做成高通或者低通或者带通的形式。例如，低通型结构的频率调谐电容位于每条天线腿113的中间，高通型结构的频率调谐电容位于两端的端环111、112上；带通型结构的频率调谐电容在天线腿113上和端环111、112上都可存在。

每个开关单元120设置在一个天线腿113上，用于对局部发射线圈100进行调谐失谐控制。具体实现时，开关单元120可有多种实现方式，例如可由至少一个PIN二极管D1(图2中以包括一个开关二极管的情况为例)并联连接组成。当磁共振成像系统处于发射状态期间，通过外加电源使PIN二极管D1正向偏置，局部发射线圈100处于调谐状态，当磁共振成像系统处于接收状态期间，通过外加电源使PIN二极管D1反向偏置，局部发射线圈100处于失谐状态。

在图2所示的实施方式中，每个开关单元120可与一个第一频率调谐电容C1串联设置在一个天线腿113上。

对于连接有发射线缆的局部发射线圈来说，可在端环111、112和/或天线腿113上设置用于连接发射线缆的激励端口，通过发射线缆将该激励端口与系统的RFPA的输出端口连接，从而接收来自系统的多层激励射频信号。

图3为本实用新型实施例中多通道局部接收线圈200的沿圆柱侧表面分布的一种线圈阵列展开图。图4为本实用新型实施例中多通道局部接收线圈200的沿圆柱端面分布的一种线圈阵列展开图。图5为本实用新型实施例中多通道局部接收线圈200的沿圆柱端面分布的又一种线圈阵列展开图。结合图1C、图3至图5所示，多通道局部接收线圈200与所述局部发射线圈100的圆筒状主体110邻近设置，且包括由复数个线圈单元构成的线圈阵列。具体地，多通道局部接收线圈200的线圈阵列可包括沿一圆柱侧表面分布的复数个第一线圈单元2.1、2.2、……、2.16(图3中以16个第一线圈单元的情况为例)构成的第一线圈阵列210，其中相邻第一线圈单元2.1、2.2、……、2.16之间具有能够去除第一线圈单元2.1、2.2、……、2.16之间的耦合的重叠区域。对于头颈线圈来说，所述圆柱在靠近头顶侧的一个端面上也可进一步如图4和图5所示分布线圈单元，即多通道局部接收线圈200的线圈阵列可进一步包括沿所述圆柱靠近头部的端面分布的复数个第二线圈单元2.17、2.18、……、2.22；2.23、2.24、2.25(图4中以6个第二线圈单元的情况为例，图5中则以3个线圈单元的情况为例)构成的第二线圈阵列220，其中相邻第二线圈单元2.17、2.18、……、2.22；2.23、2.24、2.25之间具有能够去除第二线圈单元2.17、2.18、……、2.22；2.23、2.24、2.25之间的耦合的重叠区域。

其中，第二线圈单元的形状可有多种实现形式，例如，图4中示出的第二线圈单元2.17、2.18、2.19、2.20、2.21、2.22为圆环形线圈单元，图5中示出的第二线圈单元2.23、2.24、2.25为“8”字形线圈单元。图4和图5中的第二线圈单元均呈环形分布。本实用新型实施例中，相对环形线圈单元的天线分布，在获得相同FOV的条件下，“8”字形线圈单元的数量可以减半。

在其他局部接收线圈中，根据其具体应用特点，也可以省去第二线圈阵列220，或者，根据实际需要设置不同的线圈阵列结构。

图6为本实用新型实施例中局部接收线圈的线圈单元的电路结构图。如图5所示，本实用新型实施例中的每个线圈单元(2.1、2.2、2.3、……、2.25)可包括：线圈主体221、至少一个频率调谐电容C4、C5、C6、C7和一个谐振/失谐电路模块222。

其中，至少一个频率调谐电容(图5中示出了四个电容C4、C5、C6、C7的情况)设置在线圈主体221上，用于将线圈单元2.1、2.2、2.3、……、2.25的谐振频率调整为磁共振频率。

谐振/失谐电路模块222设置在线圈主体221上，用于对线圈单元2.1、2.2、2.3、……、2.25进行调谐失谐控制。当磁共振成像系统处于发射状态期间，谐振/失谐电路模块221使线圈单元2.1、2.2、2.3、……、2.25处于失谐状态，以便不干扰局部发射线圈工作，而当磁共振成像系统处于接收状态期间，谐振/失谐电路模块221使线圈单元2.1、2.2、2.3、……、2.25处于调谐状态，以接收磁共振信号。本实施例中，谐振/失谐电路模块222可包括一个谐振电容C8、一个谐振电感L1和一个PIN二极管D2，其中，谐振电感L1和PIN二极管D2串联连接后与谐振电容C8并联。当磁共振成像系统处于发射状态期间，PIN二极管D2正向偏置，局部接收线圈200处于失谐状态，当磁共振成像系统处于接收状态期间，PIN二极管D2反向偏置，局部接收线圈200处于调谐状态。其中，通过PIN二极管D2控制谐振电感L1和谐振电容C8谐振或者不谐振，来打开或者关闭接收线圈。

各线圈单元2.1、2.2、2.3、……、2.25采集到的磁共振信号由低噪声放大器放大后经由线缆传输到磁共振成像系统的接收机，由接收机的图像处理系统对所述多层磁共振信号进行带有欠采样的SMS图像重建处理。

本实用新型实施例中的头颈线圈通过优化脑部的天线分布改善了线圈场的分布编码，从而提高了脑部的图像重建以后的质量。因此本实用新型实施例中的头颈线圈也非常适合大倍数的SMS技术的应用。

上述以局部线圈为头颈线圈的情况对本实用新型实施例中的技术方案进行了详细描述，对于其他局部线圈只需进行相应结构的调整即可。

需要说明的是，本实用新型实施例中的局部发射线圈100中天线腿113的数量不限于图1B和图2中示出的数量。同样本实用新型实施例中的局部接收线圈的线圈阵列中的线圈单元数量也不限于图3至图5中示出的数量。只要是满足局部发射线圈和局部接收线圈原理的实施方式即可。本实用新型实施例中提供的磁共振成像系统可包括上述任一种实现方式的局部线圈。

从上述方案中可以看出，由于本实用新型实施例中在SMS成像技术应用中，采用能够自发自收的局部线圈，即本实用新型实施例中的局部线圈包括一用于在磁共振成像系统的发射状态期间将带有SMS技术的多层射频激励信号发射至局部待检测区域的局部发射线圈和一用于在磁共振成像系统的接收状态期间接收来自所述局部待检测区域的不同部位的多层磁共振信号，并通过所述复数个线圈单元输出所述多层磁共振信号给图像处理系统的多通道局部接收线圈。将原来由体线圈在较大范围内发射带有SMS技术的多层射频激励信号的方式改为由局部发射线圈在待检测的局部区域发射带有SMS技术的多层射频激励信号的方式，能在使用同样的RFPA条件下有效提高B1场的发射效率，或者在达到相同B1场发射效率的情况下可以大幅度降低RFPA的输出功率，从而降低RFPA的成本。并且，相比由体线圈进行全身发射的情况，本实用新型实施例中的方案也可以降低全身特定吸收率(Whole Body Specific Absorption Rate，SAR)。

此外，通过对局部线圈中的头颈线圈进行脑部位置的天线分布优化，即使得局部发射线圈在靠近脑部的端环的直径小于靠近颈部的端环的直径，从而改变了局部发射场的均匀性。并通过进一步在局部接收线圈靠近脑部一侧的端面上增加设置线圈阵列，从而可以进一步提高图像的成像质量。

进一步地，对于头颈线圈中的局部接收线圈在靠近脑部一侧的端面上的线圈阵列，其线圈单元可以为环形也可以为“8”字形，其中，“8”字形的线圈单元可比环形的线圈单元数量少一半。

另外，通过将局部发射线圈设置为感性耦合局部发射线圈，可以在没有激励端口和发射线缆的情况下实现局部线圈的自发自收功能，从而可兼容低成本的磁共振成像系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。