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專利名稱：一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，尤其涉及到一種采用液氮制冷并用具有接收或發(fā)射/接收的線圈導(dǎo)體進(jìn)行診斷的射頻線圈。
背景技術(shù)：
目前，磁共振成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于世界上各個(gè)大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)并且在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中取得了巨大而獨(dú)特的效益。這些磁共振成像技術(shù)不僅具有在識(shí)別和評(píng)估病理、判斷受測(cè)組織健康狀況方面的醫(yī)學(xué)診斷價(jià)值，還廣泛應(yīng)用于臨床和研究中；雖然通過不懈的努力，磁共振成像已獲得長足的進(jìn)步，但是磁共振成像還有進(jìn)一步改善的需要，如更高的對(duì)比度、增強(qiáng)的信噪比、更快的采集速度和/或更高的空間和時(shí)間分辨率；線圈是拾取磁共振信號(hào)的核心部件，線圈拾取信號(hào)的能力大小以及質(zhì)量的高低，對(duì)成像質(zhì)量有直接的至關(guān)重要的影響，磁共振成像系統(tǒng)中，人體中質(zhì)子受激發(fā)后發(fā)出的磁共振信號(hào)是很微弱的。線圈的一個(gè)重要的指標(biāo)是品質(zhì)因子，一般簡(jiǎn)寫為Q，它由線圈的諧振峰的中心頻率除以諧振峰的寬度而得，它反映的是線圈接收信號(hào)和排除干擾的能力，在線圈可用帶寬大于磁共振系統(tǒng)所需帶寬的前提下，空載Q通常是越高越好。決定線圈的Q的主要因素是整個(gè)線圈回路中的電阻，主要是導(dǎo)體中的電阻，導(dǎo)體電阻越大，線圈的Q也就越低，成像品質(zhì)越差?，F(xiàn)有采用的方法為:通過改進(jìn)布線來降低線圈重疊部位耦合電容，從而提高線圈的Q值，但因受限于常溫銅導(dǎo)體內(nèi)固有電阻，Q值仍然不夠高，與電子熱噪聲關(guān)聯(lián)的圖象噪聲影響成像清晰度，使用的導(dǎo)體為常溫銅導(dǎo)體，成像過程中，為了減弱銅導(dǎo)體中與電子熱噪聲以及固有電阻帶來的影響，必須通過延長掃描時(shí)間來提高信噪比，從而導(dǎo)致設(shè)備使用成本的提高；目前常用的線圈設(shè)計(jì)主要基于常溫導(dǎo)體，普遍都不能獲得較高的空載Q。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，該線圈與各類磁共振系統(tǒng)配合使用，主要膝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等部位的臨床掃描，輔助醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行診斷。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼、真空罩、液氮罐裝置、線圈導(dǎo)體、信號(hào)傳輸線和低噪聲前置放大器，該射頻線圈為至少一個(gè)射頻接收線圈或至少一個(gè)可操作性的既可發(fā)射也可接收的射頻線圈，所述線圈導(dǎo)體由端環(huán)以及連接該端環(huán)的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿組成，線圈導(dǎo)體上設(shè)有諧振電容，所述諧振電容兩端與線圈導(dǎo)體連接，諧振電容兩端的電壓差可轉(zhuǎn)化為磁共振系統(tǒng)可利用的信號(hào)；所述線圈導(dǎo)體采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，根據(jù)諧振電容在線圈導(dǎo)體中不同位置來判定線圈導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。所述信號(hào)傳輸線一端設(shè)有磁共振系統(tǒng)連接端口，所述信號(hào)傳輸線連接線圈導(dǎo)體，并穿過真空罩及外殼與磁共振系統(tǒng)連接端口相連接，所述磁共振系統(tǒng)連接端口為接收端口或接收/發(fā)射端口， 所述液氮罐裝置設(shè)置于真空罩內(nèi)，所述液氮罐裝置包括液氮罐，所述液氮罐上設(shè)有至少一個(gè)液氮加注管，所述液氮加注管穿過外殼和真空罩，所述線圈導(dǎo)體放置在液氮罐和真空罩隔離出的一個(gè)公共真空室內(nèi)。所述真空罩為中通密封圓柱體，真空罩上設(shè)有真空抽口，真空罩上設(shè)有至少三個(gè)孔，所述液氮加注管、信號(hào)傳輸線和真空抽口穿過孔，所述線圈導(dǎo)體信號(hào)輸出端與低噪聲前置放大器相連，所述外殼下端設(shè)有支持裝置。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述線圈導(dǎo)體部分或全部設(shè)置在液氮罐內(nèi)部或外部，線圈導(dǎo)體部分或全部通過非磁性電絕緣低溫傳導(dǎo)材料與液氮罐外表面接觸。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述公共真空室內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)。(I)本實(shí)用新型中涉及的線圈導(dǎo)體采用非超導(dǎo)材料、超導(dǎo)材料或高溫超導(dǎo)材料，線圈導(dǎo)體可以做為接收線圈使用，也可以做為接收/發(fā)射線圈使用，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)高度均勻，而且線圈有高度對(duì)稱性，容易實(shí)現(xiàn)正交發(fā)射和接收，具有較好的正交接收以及激發(fā)性能，正交發(fā)射時(shí)，其功耗低，正交接收時(shí)，信噪比較非正交接收的線圈高。(2)所述線圈導(dǎo)體采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，高通型鳥籠線圈的諧振電容均焊在端環(huán)導(dǎo)體上，低通型的諧振電容焊在每根腿導(dǎo)體中間，帶通型線圈則在端環(huán)和腿上都布有電容，根據(jù)不同的主磁場(chǎng)方向可以選擇不同類型的線圈導(dǎo)體。(3)通過對(duì)線圈導(dǎo)體用液氮制冷，降低導(dǎo)體的電阻，使用普通導(dǎo)體在低溫下、電阻會(huì)明顯降低，而當(dāng)使用可在液氮溫度下工作的高溫超材料作為導(dǎo)體時(shí)，電阻可以降低到忽略不計(jì)的程度，從而大幅提高線圈的Q ;導(dǎo)體中的電子熱噪聲正比于溫度和電阻的乘積，當(dāng)溫度從室溫降低到液氮溫度時(shí)，線圈導(dǎo)體中的電子熱噪聲會(huì)大幅降低。通過對(duì)導(dǎo)體用液氮制冷來降低磁共振接收過程中的損耗和由于電阻產(chǎn)生的熱噪聲，從而提高獲得圖像的信噪比，明顯增強(qiáng)線圈的信號(hào)接收性能，大幅提高磁共振成像的圖像質(zhì)量。(4)使用液氮制冷，使得成本降低，所述液氮罐裝置包括液氮罐，所述液氮罐上設(shè)有至少一個(gè)液氮加注管，使用者通過液氮加注管向液氮罐加注液氮，加注時(shí)，用通過其中的一個(gè)加注管加注液氮，另一個(gè)用作排氣管，排放液氮罐內(nèi)液氮?dú)饣鴣淼牡獨(dú)?，加注完成后，兩個(gè)液氮加注管均作為液氮排氣管使用，通過簡(jiǎn)便易操作的液氮加注系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液氮的有效循環(huán)與連續(xù)使用。(5)所述真空罩為中通密封圓柱體，真空罩上設(shè)有真空抽口，真空罩上設(shè)有至少三個(gè)孔，所述信號(hào)傳輸線和真空抽口穿過孔，所述線圈導(dǎo)體放置在液氮罐和真空罩隔離出的一個(gè)公共真空室內(nèi)，這樣保持在高真空狀態(tài)的公共真空室可以很好地將液氮罐的液氮溫度環(huán)境與真空罩之外的室溫以及人體隔開，做到長時(shí)間保持液氮罐的低溫并保護(hù)用此實(shí)例進(jìn)行成像的人員；所述公共真空室內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈，以進(jìn)一步提高保溫效果。(6)所述外殼下端設(shè)有支持裝置，如:外殼下端伸出腳或做成矩形，防止實(shí)例在使用過程中滾動(dòng)。

圖1為 本實(shí)用新型用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖2為本實(shí)用新型用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型中線圈導(dǎo)體為接收模式時(shí)原理圖。圖4為本實(shí)用新型中線圈導(dǎo)體為作為接收/發(fā)射線圈模式時(shí)原理圖。圖5為本實(shí)用新型中線圈導(dǎo)體的高通結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型中線圈導(dǎo)體的低通結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型中線圈導(dǎo)體的一種應(yīng)用示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一。如圖1、圖2和圖3所示，一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼1、真空罩2、液氮罐裝置、線圈導(dǎo)體3、信號(hào)傳輸線4和低噪聲前置放大器9，該射頻線圈為一個(gè)射頻接收線圈，工作時(shí)處于接收模式，需要另一個(gè)由MRI系統(tǒng)自帶的發(fā)射線圈對(duì)被測(cè)物品進(jìn)行激發(fā)，然后由接收線圈接收被測(cè)物品產(chǎn)生的信號(hào)。
如圖5、圖6和圖7所示，所述線圈導(dǎo)體3由端環(huán)5以及連接該端環(huán)的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿6和諧振電容7組成，端環(huán)5或腿6上可焊接諧振電容7以達(dá)到諧振條件，不同位置的諧振電容7兩端有不同的電壓差，可以在選定的一個(gè)或多個(gè)諧振電容兩端搭接上匹配網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來將此電容兩端的電壓差轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可利用的信號(hào)，線圈導(dǎo)體3以及諧振電容7等構(gòu)成的射頻線圈通過一根低損耗的信號(hào)傳輸線4穿過真空罩2以及外殼I與磁共振系統(tǒng)連接端口 8相連接，磁共振系統(tǒng)連接端口 8與磁共振系統(tǒng)連接，磁共振系統(tǒng)連接端口 8為單純的接收端口，所述線圈導(dǎo)體3采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，高通型線圈的諧振電容7均焊接在端環(huán)5導(dǎo)體上，低通型線圈的諧振電容7焊接在每根腿6導(dǎo)體的中間，帶通型線圈的諧振電容7在端環(huán)5和腿6上都設(shè)有，可根據(jù)諧振電容7在線圈導(dǎo)體3中不同位置來選擇不同類型的線圈導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。外殼I為非金屬無磁材料，如:工程塑料，外殼I不完全封閉，留有兩個(gè)孔，分別供液氮加注管12以及連接磁共振系統(tǒng)的信號(hào)傳輸線4穿過。外殼I以內(nèi)是一個(gè)真空罩2，真空罩2為真空容器，其外形為中通的圓柱體，真空罩2滿足作為真空容器的要求，即硬度較高、放氣率低、漏氣率低，故真空罩采用環(huán)氧樹脂玻璃纖維或雙層隔熱玻璃，真空罩2留有四個(gè)孔，分別用于讓液氮加注管12、信號(hào)傳輸線4穿過，以及安裝一個(gè)可反復(fù)密封的真空抽口 10，液氮加注管12、信號(hào)傳輸線4和真空抽口 10與真空罩2接觸的縫隙均要密封。液氮罐11設(shè)置在真空罩2內(nèi)部，液氮罐11是一個(gè)中通圓柱形的低溫真空容器，液氮罐11外壁直徑小于真空罩2的外徑，內(nèi)壁直徑則大于真空罩2的內(nèi)壁直徑，液氮罐11頂端伸出兩個(gè)液氮加注管12穿過真空罩2以及外殼I直接通向外界，通過液氮加注管12向液氮罐11加注液氮,加注時(shí),用通過其中的一個(gè)加注管12加注液氮，另一個(gè)加注管12用作排氣管，排放液氮罐11內(nèi)液氮?dú)饣鴣淼牡獨(dú)?，加注完成后，兩個(gè)液氮加注管12均作為液氮排氣管使用。所述線圈導(dǎo)體3采用非超導(dǎo)材料、超導(dǎo)材料或高溫超導(dǎo)材料，有多種溫度組合供維持線圈運(yùn)作。例如，在某些配置方式下，所有線圈可能都維持在77K ;所述線圈導(dǎo)體3采用高溫超導(dǎo)材料，如YBaCuO、BiSrCaCuO等,也可采用超導(dǎo)材料、納米材料如碳納米管和具有高導(dǎo)電性特點(diǎn)的材料/結(jié)構(gòu)。所述線圈導(dǎo)體3放置在由非磁性非金屬(例如環(huán)氧樹脂玻璃纖維，雙層隔熱玻璃)構(gòu)成的液氮罐11和真空罩2隔離出的一個(gè)公共真空室13內(nèi)，所述公共真空室13內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈。所述線圈導(dǎo)體3部分或全部設(shè)置在液氮罐11內(nèi)部或外部，即:線圈導(dǎo)體3從液氮罐11獲得制冷的方法有以下幾種:(i)線圈導(dǎo)體3部分或全部放在液氮罐11中，線圈導(dǎo)體3直接浸泡在液氮中而被制冷，其余部分伸出液氮罐11，通過導(dǎo)體自身的熱傳導(dǎo)能力而被制冷；(ii)線圈導(dǎo)體3部分或全部用膠水直接粘在液氮罐11的外表面而被制冷，其余部分通過導(dǎo)體自身的熱傳導(dǎo)能力而被制冷；(iii)線圈導(dǎo)體3部分或全部經(jīng)過非磁性電絕緣低溫傳導(dǎo)材料(例如藍(lán)寶石，氮化鋁)與液氮罐11外表面接觸而被制冷，其余部分通過導(dǎo)體自身的熱傳導(dǎo)能力而被制冷；(iv)以上三種方式的組合。所述線圈導(dǎo)體3的信號(hào)輸出端與低噪聲前置放大器9相連，線圈工作時(shí)感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)低噪聲前置放大器9放大后，通過一根低損耗電纜送至系統(tǒng)信號(hào)處理后端進(jìn)行處理。低噪聲前置放大器9可以工作在室溫環(huán)境下，也可以與冷媒接觸，工作在液氮溫度。按照上述結(jié)構(gòu)組裝進(jìn)行操作，首先，打開外殼1，露出真空罩2以及真空抽口 10，將外接抽真空裝置與真空抽口 10連接并抽真空，使真空罩2與液氮罐11之間的空間內(nèi)達(dá)到一定的真空度，然后密封好真空抽口 10斷開真空泵，裝好外殼I ;再通過液氮加注管12對(duì)液氮罐11加注液氮，使與其接觸的線圈導(dǎo)體3降溫到液氮溫度；將病人的膝關(guān)節(jié)放置到線圈中心開孔內(nèi)，然后·將整個(gè)制冷放置到磁共振系統(tǒng)的主磁場(chǎng)中心處，并將線圈的信號(hào)傳輸線4與磁共振系統(tǒng)連接端口 8連接；最后，線圈為接收模式，需要另一個(gè)發(fā)射線圈，通常由MRI系統(tǒng)自帶，對(duì)被測(cè)物品進(jìn)行激發(fā)，然后由接收線圈接收被測(cè)物品產(chǎn)生的信號(hào)，線圈工作時(shí)感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)低噪聲前置放大器9放大后，通過一根低損耗電纜送至系統(tǒng)信號(hào)處理后端進(jìn)行處理，掃描并成像。實(shí)施例二。如圖1和圖4所示，一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼1、真空罩2、液氮罐裝置、線圈導(dǎo)體3、信號(hào)傳輸線4和低噪聲前置放大器9，所述射頻線圈作為接收/發(fā)射線圈時(shí)，激發(fā)和接收線圈為同一個(gè)線圈，磁共振系統(tǒng)連接端口 8為接收/發(fā)射端口。首先將外接抽真空裝置與真空罩2上的真空抽口 10連接并抽真空，使真空罩2與液氮罐11之間的空間內(nèi)達(dá)到一定的真空度，然后密封好抽口 10斷開真空泵，裝好外殼I。再通過液氮加注管12對(duì)液氮罐11加注液氮，使與其接觸的線圈3降溫到液氮溫度，液氮罐11的溫度會(huì)降到77K。將病人的膝蓋放置到線圈中心開孔內(nèi)，然后將整個(gè)制冷放置到磁共振系統(tǒng)的主磁場(chǎng)中心處，并將線圈的輸出線與系統(tǒng)信號(hào)處理后端連接；首先，線圈工作于發(fā)射模式，發(fā)出能量，對(duì)被測(cè)物品進(jìn)行激發(fā)；完成之后，線圈工作于接收模式，不再發(fā)出能量，而僅接收被測(cè)物品產(chǎn)生的信號(hào)，線圈工作時(shí)感應(yīng)到的信號(hào)經(jīng)低噪聲前置放大器9放大后，通過一根低損耗電纜送至系統(tǒng)信號(hào)處理后端進(jìn)行處理，掃描并成像。
權(quán)利要求1.一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼(I)、真空罩(2)、液氮罐裝置、線圈導(dǎo)體(3)、信號(hào)傳輸線(4)和低噪聲前置放大器(9)，其特征在于:該射頻線圈為至少一個(gè)射頻接收線圈或至少一個(gè)可操作性的既可發(fā)射也可接收的射頻線圈，所述線圈導(dǎo)體(3)由端環(huán)(5)以及連接該端環(huán)的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿(6)組成，線圈導(dǎo)體(3 )上設(shè)有諧振電容(7 )，所述信號(hào)傳輸線(4 ) 一端設(shè)有磁共振系統(tǒng)連接端口( 8 )，所述信號(hào)傳輸線(4)連接線圈導(dǎo)體(3)，并穿過真空罩(2)及外殼(I)與磁共振系統(tǒng)連接端口(8)相連接，所述液氮罐裝置設(shè)置于真空罩(2)內(nèi)，所述線圈導(dǎo)體(3)的信號(hào)輸出端與低噪聲前置放大器(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述磁共振系統(tǒng)連接端口(8)為接收端口或接收/發(fā)射端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述諧振電容(7)與線圈導(dǎo)體(3)相連，所述諧振電容(7)兩端的電壓差可轉(zhuǎn)化為磁共振系統(tǒng)可利用的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)采用高通、低通和帶通三種結(jié)構(gòu)，根據(jù)諧振電容(7)在線圈導(dǎo)體(3)中不同位置來判定線圈導(dǎo)體(3)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述真空罩(2)為中通密封圓柱體，真空罩(2)上設(shè)有真空抽口( 10)，真空罩(2)上設(shè)有至少三個(gè)孔，所述液氮加注管(12)、信號(hào)傳輸線(4)和真空抽口( 10)穿過孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述液氮罐裝置包括液氮罐(11 )，所述液氮罐(11)上設(shè)有至少一個(gè)液氮加注管(12 )，所述至少一個(gè)液氮加注管(12)穿 過外殼(I)和真空罩(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)放置在液氮罐(11)和真空罩(2)隔離出的一個(gè)公共真空室(13)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述線圈導(dǎo)體(3)部分或全部設(shè)置在液氮罐(11)內(nèi)部或外部，線圈導(dǎo)體(3)部分或全部通過非磁性電絕緣低溫傳導(dǎo)材料與液氮罐外表面接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述公共真空室(13)內(nèi)設(shè)有非磁性非金屬的保溫材料，所述保溫材料為珠光砂或氣凝膠氈。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，其特征在于:所述外殼(I)下端設(shè)有支持裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于磁共振成像系統(tǒng)的膝蓋射頻線圈，該射頻線圈包括線圈外殼(1)、真空罩(2)、液氮罐裝置、線圈導(dǎo)體(3)、信號(hào)傳輸線(4)和低噪聲前置放大器(9)，該射頻線圈為至少一個(gè)射頻接收線圈或至少一個(gè)可操作性的既可發(fā)射也可接收的射頻線圈，所述線圈導(dǎo)體(3)由端環(huán)(5)以及連接該端環(huán)的互相平行的偶數(shù)個(gè)腿(6)組成，線圈導(dǎo)體(3)上設(shè)有諧振電容(7)，所述信號(hào)傳輸線(4)一端設(shè)有磁共振系統(tǒng)連接端口(8)，線圈導(dǎo)體可以作為接收線圈使用，也可以作為接收/發(fā)射線圈使用，具有很好的正交接收以及激發(fā)性能，在成像區(qū)域有較高的均勻性，通過對(duì)導(dǎo)體用液氮制冷來降低磁共振接收過程中的損耗和由于電阻產(chǎn)生的熱噪聲，從而提高獲得圖像的信噪比。
文檔編號(hào)G01R33/36GK203149100SQ20132008668
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者劉尊鋼, 胡長伍, 錢茂飛, 徐臻峰, 高而震, 馬啟元 申請(qǐng)人:江蘇美時(shí)醫(yī)療技術(shù)有限公司