[发明专利]无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统中的射频线圈，具体涉及一种无外部直流线路的可失谐磁共振射频线圈。

背景技术

磁共振成像(MRI)是现代医学影像学中的一个非常重要的组成部分，具有非侵入性、无电离辐射等特点。射频接收线圈是磁共振系统的一个重要组成部分，它的性能直接决定着磁共振系统的成像质量，被称为磁共振系统的“眼睛”。

磁共振系统主要由主磁场、梯度线圈、射频线圈、谱仪和数字处理系统组成。主磁场(称为MRI系统主磁场-B0)对人体中的氢原子核自旋进行极化，磁极化原子核在人体中产生磁矩。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。梯度线圈用来产生并控制磁场中的梯度，以实现MRI信号的空间分辨。这个系统有三组线圈，产生x、y、z三个方向的梯度场，线圈组的磁场叠加起来，可得到任意方向的梯度场。射频线圈包括射频发射线圈和射频接收线圈。射频发射线圈可以在磁共振系统中产生射频(RF)磁场(称为激发磁场或B1磁场)，用来激发氢原子核产生核磁共振(NMR)信号。在激发过程中，原子核自旋系统吸收能量，使氢原子核磁矩绕着主磁场方向进动。在激发后，进动的氢原子核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射频接收线圈探测核磁共振(NMR)信号。该核磁共振(NMR)信号表现为射频接收线圈中的电压(或电流)，该电压(或电流)由人体组织的进动磁矩所诱导产生。核磁共振信号经谱仪和数字处理系统的处理，经过傅立叶变换，建立一幅完整的磁共振成像。

射频发射线圈和射频接收线圈在工作时必须处于谐振状态，否则将会极大地影响其本身的性能。另外，射频发射线圈和射频接收线圈在时间上是“交替”工作的。射频发射线圈发射的时候(谐振)，射频接收线圈必须停止工作(失谐)，否则将会带来安全问题；射频接收线圈接收的时候(谐振)，射频发射线圈必须停止工作(失谐)，否则将会带来图像质量及系统安全等问题。

射频接收线圈的失谐，可以通过两种方式实现，一种叫被动失谐，一种叫主动失谐。现在磁共振系统的主动失谐基本都是在发射线圈发射的时候，由磁共振系统提供直流电源，打通接收线圈中的二极管，在接收线圈的通道中形成一个由导通的二极管、电感和电容形成的并联谐振，从而实现接收线圈的主动失谐。我们将由二极管、电感和电容形成的回路称为基本失谐回路。

如图1所示，在现有技术的一个不带失谐电路的磁共振射频线圈(一个通道)中，图中的C1～C7为电容，C1～C7电容间的连接线在磁共振射频线圈中一般都是印刷电路板(PCB)的覆铜。覆铜作为电感，与串联于其间的电容，通过调试，实现所需频率下的谐振。C5为信号引出电容。这样的结构，在磁共振中不能工作，因为它始终处于调谐状态。

为了能够让射频接收线圈在磁共振系统中正常地工作，且满足安全性要求，在磁共振射频接收线圈单元中都要引入主动失谐结构的电路。主动失谐电路，需要磁共振系统提供的直流电路来驱动，如图2所示。图2的线圈单元中，一共有三个主动失谐电路，每个失谐电路都由电容、电感和一个二极管组成。C1，L1和D1形成失谐电路1；C2，L2和D2形成失谐电路2；C3，L3和D3形成失谐电路3。图2中的红色线路，就是为了实现主动失谐作用而引入的直流线路。它们由磁共振系统提供电源，在接收线圈不工作的时候---需要处于失谐状态---打通各个主动失谐回路中的二极管，来实现射频接收线圈的失谐。所以，在现有的设计中，这些直流线路是必不可少的。

由于电流会在空间产生磁场，所以，直流电流会影响磁共振系统的主磁场均匀性。为了减少直流电流对磁共振系统中主磁场均匀性的影响，直流电路的两根电流线(其中的电流大小相等，方向相反)，间距要尽可能小，最好是同轴结构或者麻花式的交叉结构。这样，直流电流产生的磁场可以最大程度上互相抵消，进而减小对住磁场均匀性的影响。另外，如果直流线达到一定的长度，将会与线圈单元发生交叉干扰(cross-talk)，影响其射频特性，进而影响其成像质量。所以，为了从射频角度减少直流线的长度，一般都要引入扼流线圈(choke)结构。如图2中所示。choke的作用是通直流而阻射频(阻交流)。通常来说，线圈的频率越高，对choke的数量和性能要求也越高。但是，在射频电路中，任何附加的线路/器件的引入都有可能带来诸多的负面效应。如前所述，直流线路的引入，在射频接收线圈的设计、生产、调试以及使用中，都带来了诸多的不利影响。包括：