射频线圈用于牙齿磁共振成像的用途的制作方法

1.本发明涉及一种射频线圈用于磁共振成像(mri)设备的用途，特别涉及射频线圈用于牙齿磁共振成像的用途。


背景技术：

2.应用于口腔(主要针对牙齿)的影像技术目前主要有x光成像和ct，然而两者都属于电离辐射类型的影像技术，对人体有造成辐射伤害的潜在风险，且对软组织包括牙龈、舌头及口腔中的肿瘤等成像效果不佳。磁共振成像是一种无电离辐射的非侵入性影像技术，传统上主要用于软组织的影像。磁共振成像在口腔特别是牙齿的应用还未普及，主要原因有牙齿固体成份中1h的磁共振弛豫时间t1、t2相对软组织短，因此磁共振信号衰减极快，传统磁共振成像方法获得的牙齿影像信号太弱无法实际应用。虽然随着高场磁共振及短回波成像方法(zte、swift等)的发展，牙齿的磁共振成像已在临床前的研究中有所突破，但磁共振成像还必须依据成像对象配备适当条件的磁共振射频线圈才能获得良好的影像。例如射频线圈需要满足具有良好射频均匀度、磁共振信号检测灵敏度等条件。由于牙齿尺寸小，牙医常关注的牙髓(神经)需要有较高的分辨率影像才能有临床实用价值，而传统的磁共振成像设备配备适用头部的体线圈，其成像范围相对于牙齿的感兴趣区域有太多冗余，且线圈距口腔相对较远，线圈填充率不高，造成对牙齿的磁共振成像灵敏度不够，难以保障获得足够高分辨率的牙齿磁共振影像；若采用体积小的单一环形表面射频线圈，虽然其灵敏度较高，但其成像范围仅能覆盖局部牙齿，不能覆盖口腔内全部牙齿；若采用多个表面线圈组成的阵列线圈，虽然可能获得较高灵敏度和大的射频覆盖范围，但是需要多个收发通道硬件来支持，且一般为收发分开的线圈，附加硬件经济成本和设计难度都相对体线圈和单一表面线圈高。


技术实现要素：

3.针对口腔牙齿磁共振成像缺少射频线圈能够同时兼容射频覆盖范围大、灵敏度高且附加硬件成本低等优点的技术问题，本发明提出了一种包括口腔内双层表面线圈及口腔外类似口罩形状线圈的多单元表面收发一体线圈及其用于牙齿磁共振成像的用途。
4.本发明要解决的技术问题是提供一种射频线圈,用于口腔磁共振成像的用途，能够实现对口腔全区域所有牙齿的一次性高分辨率磁共振成像。
5.该技术问题可以通过本发明的以下技术方案解决。
6.本发明涉及一种射频线圈用于牙齿磁共振成像的用途，所述射频线圈包括内射频线圈，或者外射频线圈，或者两者的组合，
7.其中所述内射频线圈包括2个大体平行且彼此绝缘隔离的表面型谐振电路，其中每个电路包括：
8.i.两条水平导体，所述两条水平导体各自具有在水平方向上弯曲的形状且两者大体平行，
9.ii.多条垂直导体，所述多条垂直导体设置于所述两条水平导体之间，两端分别连接于所述两条平行导体且大体等距分布，至少部分垂直导体具有在垂直方向上弯曲的形状，
10.iii.串联接入的多个电容，每个电容设置于每条垂直导体上，或者所述多个电容设置在水平导体上且与垂直导体的连接端间隔分布；
11.所述外射频线圈包括：
12.(1)口罩形的表面绝缘衬底，上部中间有一个豁口，衬底左右对称；和
13.(2)贴于所述衬底的表面型谐振电路，所述表面型谐振电路包括：
14.a)两条弯曲的水平导体，各自沿着衬底的上下边缘分布，
15.b)多条弯曲的垂直导体，所述多条垂直导体两端分别连接于所述两条平行导体且大体等距分布，和
16.c)串联接入的多个电容，每个电容设置于每条垂直导体上，或者所述多个电容设置于水平导体上且与垂直导体的连接端间隔分布。
17.在某些实施方案中，上述两个表面型谐振电路中的垂直导体空间分布密度、数量及平行导体长度可以彼此相同或不同。
18.在某些实施方案中，两个表面型谐振电路的整体形状分别与口腔中所有牙齿的内外表面轮廓相匹配。
19.在某些实施方案中，上述内射频线圈的水平导体和垂直导体的弯曲程度是根据成像对象(口腔中所有牙齿的整体形状)确定，通常水平导体“弧度”在1至359度之间，优选10至180度范围内，“曲率半径”在0.5至30厘米范围内，优选1至10厘米范围内，长度1至50厘米范围内，优选5至30厘米范围内，通常垂直导体“弧度”在1至359度范围内，优选10至180度范围内，“曲率半径”在0.5至30厘米范围内，优选1至10厘米范围内，长度在1至20厘米范围内，优选1至6厘米范围内。
20.在某些实施方案中，上述内射频线圈的垂直导体在两个表面型谐振电路之间彼此呈锯齿状交叠错位布置。
21.在某些实施方案中，上述内射频线圈还包括分别用于支撑所述两个表面型谐振电路的两个绝缘的表面型垂直支撑结构，所述垂直支撑结构在中部用绝缘材料彼此连接固定，并将上下牙床分开。
22.在某些实施方案中，垂直支撑结构中部连接的绝缘材料可以具有大体平面的形状，也可以具有由多个线型或杆型构成的整体为平面的形状。
23.在某些实施方案中，绝缘材料包括陶瓷、硅胶、硅橡胶、特氟龙、聚酰亚胺、聚醚橡胶、琼脂或其他医用无毒非金属材料。
24.在某些实施方案中，内射频线圈的表面型谐振电路通过粘合剂固定到垂直支撑结构上，所述粘合剂包括：玻璃粒子、牙釉质粘合剂、牙科水泥、医用无毒树脂等。
25.在某些实施方案中，内射频线圈的任意一个电容的两极设置馈电端口。
26.在某些实施方案中，内射频线圈在线圈上水平方向左右对称的两个电容的两极分别设置馈电端口，两端口满足在特定谐振频率下端口间散射系数的传输系数相位约为90度。
27.在某些实施方案中，内射频线圈表面设一体化绝缘密封护套，避免线圈与口腔直
接接触。
28.在某些实施方案中，所述外射频线圈的口罩形的表面绝缘衬底由左右两页或多页组成，页间通过非金属的合页、铰链或柔性薄材料连结。
29.在某些实施方案中，外射频线圈的整体形状与口腔外的面部轮廓相匹配，通常水平导体“弧度”在1度至359度之间，优选10至180度范围内，更优选在120至180度范围内，“曲率半径”在0.5至40厘米范围内，优选1至20厘米范围内，长度在1至60厘米范围内，优选5至40厘米范围内，通常垂直导体“弧度”在1度至359度之间，优选10至180度范围内，“曲率半径”在0.5至60厘米范围内，优选1至40厘米范围内，长度在1至40厘米范围内，优选1至20厘米范围内。
30.在某些实施方案中，“豁口”为凹部形状，光滑过渡，宽度在0.5至30厘米范围内，优选1至20厘米范围内，深度0.5至20厘米范围内,优选1至10厘米范围内，“曲率半径”在0.5至60厘米范围内，优选1至30厘米范围内。
31.在某些实施方案中，外射频线圈的任意一个电容的两极设置馈电端口。
32.在某些实施方案中，外射频线圈在线圈上水平方向左右对称的两个电容的两极分别设置馈电端口，两端口满足在特定谐振频率下端口间散射系数的传输系数相位在45至135度范围内，优选80至100度范围内，例如约为90度。
33.本发明的第三方面提供一种射频线圈组装件，该组装件包括上述第一方面的射频线圈作为口腔内线圈，还包括上述第二方面的射频线圈作为口腔外线圈。
34.在某些实施方案中，当内射频线圈和外射频线圈组合使用时，所述内线圈不设馈电端口，所述外线圈设置馈电端口，并且通过调整内、外线圈的电容，使其具有一致的谐振频率，
35.在本技术中，“表面型”谐振电路是指谐振电路的主体部分处于一个曲面中，其厚度(垂直于曲面的维度)远小于长度和宽度(在曲面内的两个维度)。
[0036]“大体平行”是指两个物体或部件在整体上看起来是平行，虽然个别之处可以不是完全平行。通常，大体平行的两个物体或部件之间的交角(如果有的话)不超过45
°
，优选不超过15
°
。
[0037]
垂直导体“大体等距分布”是指在同一水平高度各相邻垂直导体之间的距离基本上相同，偏差不超过100％，优选不超过15％。
[0038]“水平导体”和“垂直导体”是指分别沿水平方向分布和沿垂直方向(与水平方向垂直)分布的导体。“具有在水平方向上弯曲的形状”和“具有在垂直方向上弯曲的形状”是指导体在其所处的平面(水平或垂直平面)内是弯曲的。
[0039]
在本技术中，内射频线圈为两层电路，在其间存在适用磁共振成像的均匀射频区域，由于分别充分贴近于牙齿表面内外侧，线圈能够覆盖所有牙齿；单独使用时，相对于在口腔外部(面部)的外部线圈，针对牙齿及牙龈区域的线圈填充率高，特别提高了牙齿局部的检测灵敏度。外射频线圈为口罩形，电路形式和导体的分布方式使得射频区域可以有效覆盖上下牙床全部区域，并减小头部其他区域的射频耦合损耗，相对于传统头部体线圈，其口腔区域的线圈填充率更高，且也有较好的射频均匀度。内外结合的线圈组件，兼具内、外线圈各自的优点，构型上能够充分贴近牙齿、牙床及口腔其他区域，填充因子高，具有良好的检测灵敏度，同时射频场在口腔全域和牙齿局部依然都有较好的均匀度。其中内线圈能
够作为被动感应线圈，与作为主动收发线圈的外部线圈结合使用，两者通过无线的方式充分电磁耦合，因此内线圈可以不需要在口腔内部建立馈电线。此外可以采用柔性材料做线圈衬底及其他支撑结构，及外线圈可采用可开合的结构设计，进一步提高线圈填充率，增加线圈针对不同脸型的适用范围。
附图说明
[0040]
图1为与全部牙齿内外侧表面形状分别匹配的双层线圈的示意图；
[0041]
图2为内线圈垂直导体锯齿状错位布置的示意图；
[0042]
图3为内线圈双层谐振电路的原理图；
[0043]
图4为图1所示内线圈正交馈电方式下射频磁场b
1+
模拟图；
[0044]
图5为外线圈的一个轴侧图；
[0045]
图6为外线圈的一个正面视图；
[0046]
图7为外线圈的一个俯视图；
[0047]
图8为图5-7所示外线圈正交馈电方式下射频磁场b
1+
模拟图；
[0048]
图9为内、外射频线圈组装件应用于口腔的剖面示意图；
[0049]
图10为内、外射频线圈组装件；
[0050]
图11为采用图10所示的线圈组装件的射频磁场b
1+
模拟图；
[0051]
图12为采用图10所示的线圈测量的猕猴口腔mri图像。
具体实施方式
[0052]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
[0053]
本发明提供射频线圈用于牙齿磁共振成像的用途，所述射频线圈包括内射频线圈，或者外射频线圈，或者两者的组合(射频线圈组装件)
[0054]
图1所示的是可用于口腔内部的射频线圈(内射频线圈，简称内线圈)的一个示意图，显示了针对口腔牙齿1-5的内线圈的一个实施例。两层电路整体形状分别匹配于口腔内所有牙齿的内外表面轮廓。每一层电路有2条水平方向的水平导体1-1和13条竖直方向的垂直导体1-2，水平导体为弧形，两层电路之间间隔接近等距(近似平行)。垂导体具有一致的宽度和相似的间隔，所有垂直导体的上下两端分别连接于上下两条水平导体。在每条水平导体上设置12个串接的分布电容1-3，与垂直导体的连接端间隔分布。
[0055]
电路的固定方式如图9，两层电路分别固定于大体垂直的薄绝缘支撑结构表面9-8，两垂直支撑结构在中部用水平薄的绝缘板9-7彼此连接固定，所有水平导体9-5、垂直导体9-6和电容用薄的绝缘材料9-9密封包裹。
[0056]
内线圈两个表面型谐振电路的垂直导体空间分布的密度、数量及平行导体长度可以相同或不同。图2为双层线圈垂直导体在水平方面内锯齿状错位布置的示意图，黑色方块2-1和2-2位置为垂直导体的水平面位置，内外两层电路中的相邻垂直导体位置相互间隔错开。
[0057]
图3是内线圈的一个示例性电路原理图，电路包括两层平行的谐振电路，两电路之间的区域是磁共振可以有效利用的射频磁场区域。每层电路有2条大体水平设置且平行的
导体1-1(实施例均采用微带线，也可以其他类型的导体)，8条大体垂直设置的导体1-2，垂直导体两端分别连接于前述两条平行导体且大体等距分布。线圈还包括28个串联接入前述水平导体的分布电容1-3，电容位于水平导体上且与垂直导体端部相间隔分布。电容的分布也可串联接入每条垂直导体的中间。通过选择恰当的电容值，在给定频率下两层电路之间可以存在一个谐振模式，产生较均匀的射频磁场分布。此内线圈可以单独使用，馈电端口可以接于任何一个电容两端。也可以与外线圈组合使用，此种情形下在内线圈上不施加馈电端口，只在外线圈上施加馈电端口。
[0058]
线圈可以实施正交馈电，例如在内线圈上水平方向左右对称的某两个电容的两极分别设置馈电端口，两端口满足在谐振频率下端口间散射系数的传输系数相位约为90度，可以实现正交馈电。如在图1内线圈外层电路位于上方的第3和第10个电容两端，分别施加0和90度相位的同等幅度谐振频率馈电，其水平截面上射频磁场b1+的模拟图如图4所示，在线圈内部存在较强且相对均匀的射频磁场。
[0059]
图5、6、7展示了可用于口腔外部的射频线圈(外射频线圈，简称外线圈)的一个示意图，包括轴侧图、正面视图、俯视图。外线圈的构型为口罩形，此实施例包括1个衬底、2条水平设置的微带线(水平导体5-1，5-4)、20条垂直设置的微带线(垂直导体5-2)和38个分布电容(电容5-3)。其中衬底是薄的绝缘材料，具有口罩形式，可以覆盖贴合牙床所对应的面部主要区域，在衬底上端中部有一个豁口，衬底贴合脸部时鼻子可以露出来不影响正常呼吸。水平设置的2条微带线，贴合于衬底外表面，上下各一条沿着衬底边缘分布。20条垂直设置的微带线贴合于衬底的外表面，微带线两端分别连接于前述两条平行导体且近似等距分布，其长短、曲率半径按面部特征可以不同。分布电容串联接入前述水平导体并且与垂直导体端点间隔分布，电容也可以在每条垂直导体的中间串联接入。针对不同大小的脸型，绝缘材料衬底可以分割为左右两页或多页，页间通过增加非金属的合页、铰链和柔性绝缘材料等来连结，使线圈在水平方向可以开合一定角度以充分贴合脸部。
[0060]
在外线圈上水平方向左右对称的某两个电容的两极分别设置馈电端口，两端口满足在谐振频率下端口间散射系数的传输系数相位约为90度，可以实现正交馈电。如在外线圈上的第5和第15个电容上，分别施加0和90度相位的同等幅度谐振频率馈电，其水平截面上射频磁场b1+的模拟图如图8所示，在线圈包围的区域内存在较均匀一致的射频磁场b1+。
[0061]
图9为射频线圈组装件的剖面示意图，包括一个内线圈和一个外线圈。内线圈置于口腔内部，紧贴于牙齿区域，外线圈在面部，覆盖整个口腔区域。9-1、9-4是外线圈的两条水平导体；9-2是外线圈的衬底；9-3是外线圈的垂直导体；。9-5是内线圈的水平导体；9-6是内线圈的垂直导体；9-7是水平薄的绝缘板，在上下牙齿之间连接固定大体垂直的薄绝缘支撑结构表面9-8；内线圈表面用薄的绝缘材料9-9密封包裹。
[0062]
图10是内线圈和外线圈组合的射频线圈实施例，内线圈10-2间隔置于外线圈10-1包围的内侧，内线圈10-2于口腔内覆盖感兴趣的牙齿区域，外线圈10-1贴合置于面部表面。其中内线圈10-2不设馈电端口，外线圈10-1设置馈电端口，通过分别调整内、外线圈的电容，两线圈达到一致的谐振频率，实现同频率充分电磁耦合。外线圈受射频激发或接收磁共振信号的时候，内线圈同样在其内部产生同等频率的共振，由于内线圈的存在且更接近牙齿所在区域，组合线圈总体有效填充率相对单独的外线圈得到提高，线圈灵敏度可以大幅提升。
[0063]
图11是图10内线圈和外线圈组合的射频线圈实施例的射频磁场b1+的模拟图。可见组合线圈在牙齿局及全口腔主要区域依然有较均匀的射频磁场。
[0064]
图12是应用图10所示实施例在9.4t磁场下获得的猕猴口腔高分辨率(各向同性0.25mm)磁共振成像(flash_3d序列,te＝7.4ms,tr＝50ms,flip angle＝10
°
，field of view 88
×
72
×
72mm3)，可见图像射频场均匀度良好，射频场能够均匀覆盖整个牙床，且线圈灵敏度高使得牙齿12-1内部的牙髓12-2和牙龈12-3能够清晰分辨。
[0065]
应当理解，以上具体实施例所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。