射频线圈系统及磁共振成像设备的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种射频线圈系统及磁共振成像设备。


背景技术：

2.如图1所示，图1是现有技术的射频线圈系统，包括筒体01、围设在筒体上的体射频线圈02、以及设置在筒体上的馈电端口03和供电端口04，馈电端口03产生射频信号并传输体射频线圈，供电端口04产生直流信号并传输至体射频线圈。现有技术中，筒体上设有两个馈电端口03，两个馈电端口通常是沿筒体02之径向关于筒体02之中心轴线对称，两个馈电端口03产生的射频场相对来说分布不均匀；两个馈电端口03的两根功率线就近出线，没有汇聚在一起统一接地，易造成射频信号的相位偏差，同时共模信号没有得到有效地抑制；馈电端口03的功率线和供电端口的供电线都是沿筒体02之轴向的同一端出线(图1中，均在筒体的左端出线)，虽然从磁共振的服务角度上有优势，但存在射频信号和直流信号相互干扰的风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种射频线圈系统及磁共振成像设备，以解决现有的射频线圈系统产生的射频场不均匀的问题。
4.为解决上述技术问题，基于本发明的一个方面，本发明提供一种射频线圈系统，其包括：
5.筒体；
6.射频线圈，其围设于所述筒体上，所述射频线圈包括多个沿自身周向间隔排布的馈电端口；
7.多个馈电组件，其设置于所述筒体上，所述馈电组件与所述馈电端口一一对应，所述馈电组件与对应的所述馈电端口连接。
8.可选的，多个所述馈电组件沿所述筒体之周向间隔地布置，至少一部分所述馈电组件共圆周排布。
9.可选的，所述馈电组件包括功率线和限波器，所述功率线的一端与所述馈电端口连接，以传输驱动信号；所述限波器用于限定预设频率的所述驱动信号传输至所述射频线圈。
10.可选的，所述功率线异于连接所述馈电端口的一端引出功率供电端，至少两个所述馈电组件的功率供电端汇聚形成线束组，所述线束组固定于所述筒体沿轴向之一端的预设位置。
11.可选的，所有的所述馈电组件的功率供电端汇聚为一个所述线束组。
12.可选的，所述射频线圈系统还包括供电组件，所述供电组件包括与所述射频线圈连接的供电线；所述馈电组件包括与所述射频线圈连接的功率线；所述功率线异于连接所述射频线圈的一端和所述供电线异于连接所述射频线圈的一端分布于所述筒体沿自身轴
向的两侧。
13.可选的，所述射频线圈系统还包括沿所述筒体之周向间隔排布的多个调谐组件和多个调耦组件；多个所述调谐组件的调节端位于所述筒体沿轴向的一侧；多个所述调耦组件的调节端位于所述筒体沿轴向的一侧。
14.可选的，所述调谐组件包括调谐杆及调谐电容；所述调耦组件包括调耦杆和调耦电容。
15.可选的，所述筒体具有多个凹槽，所述凹槽沿所述筒体之径向向内凹陷，至少第一部分所述凹槽用于容置所述调谐电容，至少第二部分所述凹槽用于容置所述调耦电容。
16.基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种磁共振成像设备，其包括如上所述的射频线圈系统。
17.综上所述，在本发明提供的射频线圈系统及磁共振成像设备中，所述射频线圈系统包括：筒体；射频线圈，其围设于所述筒体上，所述射频线圈包括多个沿自身周向间隔排布的馈电端口；多个馈电组件，其设置于所述筒体上，所述馈电组件与所述馈电端口一一对应，所述馈电组件与对应的所述馈电端口连接，以向所述射频线圈传输驱动信号。本发明相较于现有技术，通过设置多个馈电端口和对应的多个馈电组件，使射频线圈产生的射频场分布更加均匀，从而使磁共振成像的效果更佳。
附图说明
18.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
19.图1是现有技术的射频线圈系统的示意图；
20.图2和图3是本发明一实施例的射频线圈系统的示意图；
21.图4是本发明一实施例的射频线圈的示意图；
22.图5是图4中射频线圈的等效图；
23.图6是本发明一实施例的射频线圈的环路的等效图；
24.图7和图8是图3中a部的放大图；
25.图9是本发明一实施例的筒体的示意图；
26.图10是图3中b部的放大图；
27.图11是本发明一实施例的开关单元的示意图。。
28.附图中：
29.01-筒体；02-射频线圈；03-馈电端口；04-供电端口；
30.10-筒体；11-第一走线槽；110-预设位置；12-第二走线槽；13-凹槽；
31.20-射频线圈；200-馈电端口；21-横档部；210-横档子单元；22-端部；220-端部子单元；loop-环路；
32.30-馈电组件；31-功率线；310-线束组；32-限波器；41-供电线；50-调谐组件；51-调谐杆；52-调谐电容；53-调谐套管；54-调耦电容；60-预设固定电容。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明
作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
34.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
35.本发明提供一种射频线圈系统及磁共振成像设备，以解决现有的射频线圈系统产生的射频场不均匀的问题。
36.以下请参考附图进行描述。
37.如图2和图3所示，图2和图3是本发明一实施例的射频线圈系统的示意图，本实施例提供一种射频线圈系统，其包括：筒体10；射频线圈20，其围设于所述筒体10上，所述射频线圈20包括多个沿自身周向间隔排布的馈电端口200；多个馈电组件30，其设置于所述筒体10上，所述馈电组件30与所述馈电端口200一一对应，所述馈电组件30与对应的所述馈电端口200连接，以向所述射频线圈20传输驱动信号(比如射频驱动信号)。本实施例中，筒体10的形状大致上呈环状筒形，筒体10的扫描腔用于加载检查对象，并在磁共振成像的相关仪器下完成扫描成像。
38.可选的，射频线圈系统可连接一控制系统，该控制系统可包括依次连接的fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)控制单元、数模转换单元(dac，digital to analog converter)、射频放大器和功分器，其中，fpga控制单元传输的射频序列，依次经数模转换单元转换成模拟信号、射频放大器放大，接着由功分器转换成驱动信号，发送给射频线圈20的多个馈电端口200，从而驱动射频线圈20产生圆极化场。
39.射频线圈20是mri设备的关键部件，射频线圈20可具备发射功能，或者同时具备发射功能和接收功能。本实施例中的射频线圈20同时具有发射功能和接收功能，具体而言，通过开关控制射频线圈20处于发射状态时，向检查对象发射射频脉冲以产生射频场，使检查对象的体内的一些含单数质子的原子(比如氢原子)吸收能量而产生共振；通过开关控制射频线圈20处于接收状态时，接收检查对象体内原子共振形成的mr信号(类似于一种无线电波)。
40.进一步，本实施例的射频线圈20可以是体发射线圈，更进一步，可以是退化的鸟笼线圈。如上所述的射频线圈系统，通过设置多个沿射频线圈20之周向间隔排布的馈电端口200及相对应的多个馈电组件30，可以射频线圈20处于发射状态时，产生的射频场比现有技术的射频线圈20更加均匀，从而使磁共振成像的清晰度更好、成像质量更高，进而有利于术者判断检查对象的病理原因。
41.进一步，如图4和图5所示，图4是本发明一实施例的射频线圈的示意图，图5是图4中的射频线圈的等效图，射频线圈20包括多个横档部21以及两个端部22，横档部21设有横端天线，端部22设有端环天线，在横档部21的两端以及相邻两个横档部21之间的两端位置设置端部22，并横档部21分别与其两端的端部22连接，多个横档部21沿射频线圈20的周向
间隔(优选为间隔均匀)地排布，横档部21沿射频线圈20之轴向延伸。其中，横档部21包括多个沿射频线圈20之轴向依次相邻布置的横档子单元210，相邻的两个横档子单元210之间通过电容连接，通常地，位于横档部21中间位置的两相邻横档子单元210之间通过固定电容连接，而横档部21上靠近端部22的两个横档子单元210之间，或者横档部21上用于与端部22连接的横档子单元210，均通过可调电容(即电容的电容值可以调节)相连接。如此设置，可使每个固定电容的误差通过可调电容来调节，从而实现精准的发射频率校准。此外，每个端部22包括多个端部子单元220，多个端部子单元220沿射频线圈20之周向间隔地排布，从而形成环状的端部22。
42.本实施例中，相邻的两个横档部21连同位于这两个横档部21之间的多个端部子单元220形成环路loop，由此可知射频线圈20包括多个沿周向排布的环路loop，且环路loop的数量等于射频线圈20的横档部21的数量，进一步可知，本实施例的馈电端口200的数量等于环路loop的数量，即一个馈电端口200作用于一个环路loop，可选的，馈电端口200的位置可以设置在端部22上，比如本实施例中(参见图5)，多个馈电端口200沿射频线圈20之周向间隔地设置在同一个端部22上，即馈电端口200位于端部子单元220上。
43.进一步，相邻的两个横档子单元210之间可通过固定电容连接或者可调电容连接，本实施例考虑到射频线圈20安装到筒体10上时各个环路loop之间的位置精度不一样，且横档子单元210之间连接的固定电容存在偏差，本实施例优选地配置相邻的两个横档子单元210之间通过可调电容连接，以实现不同环路loop谐振频率的调节，从而实现射频线圈20的精确谐振频率调整。
44.更进一步，请参考图6，图6是本发明一实施例的射频线圈20的环路loop的等效图，图6中示范性的标示出其中一个环路loop的电流流向。需说明的是，多个环路loop的电流流向可以彼此相同，也可以彼此不同，具体取决于每个环路loop供电电流的幅度和相位，本领域技术人员可根据实际情况配置，本实施例不在详细地说明。
45.在一个实施例中，射频线圈20的环路loop所流经的电流呈现离散形式分布，对应第n个loop的电流近似为：
[0046][0047]
其中，j
leg
(n)为第个loop上的电流；n为loop的总数。例如：当n为12时，第1个loop到第12个loop，顺时针计数。第1个loop和第6个loop上的电流最大。与之对应的，可以为不同loop提供不同的电流源信号。当然可以理解的，每个馈电组件30可分别连接不同的功率放大器，且每个功率放大器所产生的驱动信号的幅值和相位还可独立设置，即每个loop的驱动信号的幅值和相位可分别独立设置。
[0048]
基于上述原理，本实施配置所述射频线圈系统还包括沿所述筒体10之周向间隔排布的多个调谐组件50和多个调耦组件；所述调谐组件50用于调节所述射频线圈20的谐振频率，实现发射频率的精准校正，多个所述调谐组件50的调节端位于所述筒体10沿轴向的一侧；所述调耦组件用调节所述射频线圈20的环路loop耦合，即调节相邻环路loop之间的耦合程度；多个所述调耦组件的调节端位于所述筒体10沿轴向的一侧。这里，调谐组件的调节端，指的是调谐组件上用于供操作人员调谐的部位；调耦组件的调节端，指的是调耦组件上用于供操作人员调耦(调整环路loop之间的耦合)的部位。多个所述调谐组件50的调节端位
于所述筒体10沿轴向的一侧，以及多个所述调耦组件的调节端位于所述筒体10沿轴向的一侧，包括两种情况：(1)多个调谐组件50的调节端位于筒体10沿轴向的一侧，多个调耦组件的调节端位于筒体10沿轴向的另一侧，比如调谐组件50的调节端在左侧，调耦组件的调节端在右侧；(2)多个调谐组件50的调节端和多个调耦组件的调节端同时位于筒体10沿轴向的一侧，比如均位于筒体10之左侧，或右侧。如此配置，便于操作人员在筒体10的一侧统一调谐和/或调耦，实施起来更方便、快速。
[0049]
考虑到每个固定电容存在一定的误差，通过所述调谐组件50可调节固定电容的误差，实现精准的发射频率校准。进一步，请参考图7和图8，图7和图8是图3中a部的放大图，所述调谐组件5050包括调谐杆51及调谐电容52，所述调谐电容52设置于所述射频线圈20上，多个所述调谐组件50的调谐电容52沿所述筒体10之轴向位于同一侧；所述调谐杆51沿所述筒体10之轴向延伸，并可转动地与所述调谐电容52连接，所述调谐杆51用于围绕自身的轴向旋转，以调节所述调谐电容52的电容值。请参考图7，对于设置在横档部21中的调谐电容52，调谐杆51转动后，改变调谐电容52内部金属片的相对距离或者正对面积，从而实现调谐电容52的电阻值改变，进而实现射频线圈谐振频率的调节。
[0050]
请参考图8，调耦电容54设置于端部22上，用于连接一部分相邻的两个端部子单元220，比如在相邻的三个端部子单元220中，第一个端部子单元220与第二个端部子单元220可以是通过预设固定电容60连接，第二个端部子单元220与第三个端部子单元220之间通过所述的调耦电容54连接。对于设置在端部22中的调耦电容54，调耦杆转动后，改变调耦电容54内部金属片的相对距离或者正对面积，从而实现调耦电容54的电阻值改变，进而实现相邻环路loop之间的去耦，避免射频线圈20的损伤。
[0051]
所述调谐组件包括调谐杆及调谐电容，所述调谐电容设置于所述射频线圈20上，多个所述调谐组件的调谐电容沿所述筒体10之轴向位于同一侧；所述调谐杆沿所述筒体10之轴向延伸，并可转动地与所述调谐电容连接，所述调谐杆用于围绕自身的轴向旋转，以调节所述调谐电容的电容值。具体地，调谐电容设置在(可以是焊接)横档部21上，用来连接靠近横档部21上靠近端部22的相邻的两个横档子单元210，或者用来连接端部22与横档部21的一个横档子单元210(位于横档部21一端的横档子单元210，比如可以是最左侧的横档子单元210)。调谐杆转动后，改变调谐电容内部金属片之间的相对距离或者正对面积，从而改变电容值，校正由于固定电容的物理误差二导致的射频发射频率偏移。需说明，图示出的是调谐组件50的具体结构，调耦组件的具体结构与调谐组件50大致相同，这里不再图示。
[0052]
更进一步，调谐杆51上还可设置一调谐套管53，调谐套管53与调谐电容52之间留有间隙，以暴露出部分调谐杆51。实际地，在磁共振设备中，由于射频线圈20安装在梯度线圈内部，狭小的空间只能通过细长的调谐杆51的旋拧来改变调谐电容52的电容值，通常地，可采用一字螺丝刀旋拧暴露出的那部分调谐杆51。前文所述的“多个调谐组件50的调节端位于筒体10沿轴向的一侧”，即多个调谐组件50从调谐套管53中暴露出的部分调谐杆51位于筒体10的同一侧，便于技术人员操作。同理，调耦杆上还设置一调耦套管，调耦组件中调耦杆和调耦套管的设置方式，以及调耦杆的旋拧方式，可参考调谐组件50相应配置，这里不再展开叙述。
[0053]
针对多通道的射频线圈20，调节频率和调节耦合非常复杂，常用的调节方式便是用如上所述的可调电容简化设计，方便调节，即前文所述的调谐电容52和调耦电容54。但是
在高通射频场下，耐压的调谐电容52和调耦电容54尺寸较大，布置在射频线圈系统中会占有极大的空间。如图9所示，图9是本发明一实施例的筒体10的示意图，由鉴于此，本实施例进一步在所述筒体10上设置多个凹槽13，所述凹槽13沿所述筒体10之径向向内凹陷，至少第一部分所述凹槽13用于容置所述调谐电容52，至少第二部分所述凹槽13用于容置所述调耦电容54。如此，可使调谐电容52和调耦电容54下沉在筒体10中，简化空间设计。优选地，调耦电容54和调谐电容52与凹槽13之间具有间隙，即与凹槽1323不接触，可理解为调谐电容52和调耦电容54悬空于凹槽13中，如此设置，可降低调谐电容52和调耦电容54大功率工作下发热而造成筒体10内壁超温的风险，避免对检查对象造成负作用。
[0054]
作为本实施例较优选的方案，请继续参考图2和图3，多个所述馈电组件30沿所述筒体10之周向间隔地布置，较佳地，共圆周等距分布；至少一部分所述馈电组件30共圆周排布，较佳地，所有馈电组件30共圆周排布，如此，有利于结构布置，以及整体装置的规则分布。需说明，馈电组件30是否共圆周并不影响射频场的均匀性。
[0055]
在其他一些实施例中，至少一部分馈电组件30沿筒体10之轴向具有间隔，即至少一部分馈电组件30不共圆周排布，比如可以是一个馈电组件30靠筒体10的左边移动一段距离，另一个馈电组件30靠右边移动一段距离。
[0056]
进一步，所述馈电组件30包括功率线31和限波器32，所述功率线31的一端与所述馈电端口200连接，以传输所述驱动信号，即与所述射频线圈20的端部22的端部子单元220连接；所述限波器32用于限定预设频率的所述驱动信号传输至所述射频线圈20，比如限定128mhz的射频信号通过。如此，可使射频线圈20各个部分通过的射频信号频率相同，各个环路loop的发射频率相同，有利于射频场均匀分布。为节省空间，筒体10上预留有用于容置限波器32的槽位。
[0057]
优选地，所述功率线31异于连接所述馈电端口200的一端引出功率供电端，至少两个所述馈电组件30的功率供电端汇聚形成线束组310，所述线束组310固定于所述筒体10沿轴向之一端的预设位置110。即将一部分功率供电端汇聚在一起统一接地后接入一开关单元，避免功率线31线长不一致而造成信号相位偏差，如此有利于抑制共模信号。较佳地，所有功率出线端汇聚为一个线束组310。
[0058]
具体地，请继续参考图9并结合参考图10，图10是图3中b部的放大图，筒体10上预留有与多个馈电组件30(功率线31)一一对应的多个第一走线槽11，第一走线槽11容置功率供电端的部分汇聚于一处形成所述筒体10的预设位置110。图4中，预设位置110位于筒体10的左端。需说明，本实施例对预设位置110在筒体10上的实际位置不做具体限制，只要起到汇聚功率供电端的作用即可，优选地，预设位置110位于筒体10沿轴向之一端。此外，可理解的是，第一走线槽11可使功率线31排布规则，方便整理，避免功率线31相互缠绕错乱。
[0059]
在一个示范性的实施例中，本实施例示范具有八个馈电组件30，八个馈电组件30的功率供电端全部汇聚为一个线束组310，并固定在筒体10的预设位置110处。功率线31连接馈电端口200，实际上即是一条功率线31与一个环路loop上的端部子单元220连接，即可理解为一条功率线31对应一个环路loop。如图11所示，图11是本发明一实施例的开关单元的示意图，八条功率线31的功率供电端汇聚于一个线束组310之后接入一开关单元，开关单元包括多个与功率线31相对应的开关器件(t/r switch)，图11中示范了编号1～8，编号1对应线束组310中的第一条功率线31，编号2对应线束组310中的第二条功率线31，
……
，编号8
对应于线束组310中的第八条功率线31。在本实施中，开关器件可以是单刀双掷开关，通过开关切换实现功率供电端与射频功率放大器(rfpa)连接时，可使射频线圈20此时处于发射状态；通过开关切换实现功率供电端与接收通道连接(rx)时，可使射频线圈20此时处于接收状态。需说明的是，图中仅示意性地标示编号1对应的第一条功率线31与开关器件，以及功率放大器(rfpa1)和接收通道(rx1)的连接关系，其他编号对应的功率线31与开关器件的连接可据此得出，本实施例不在详细说明。
[0060]
在本实施例中，还可以是多个线束组310，筒体10上预留有与多个线束组310一一对应的所述预设位置110。每个线束组310中的功率供电端的数量可以相等，也可不等；多个预设位置110沿筒体10之轴向间隔地排布，优选地，多个预设位置110分布于筒体10沿轴向的同一端，方便整理。在一个示范性的实施例中，具有两个线束组310，每个线束组310具有四个馈电组件30的功率供电端，相应地，筒体10上具有两个预设位置110，两个预设位置110可设置为沿筒体10之径向关于筒体10之中心轴线对称，从而使两个线束组310对称分布。
[0061]
进一步，所述射频线圈系统还包括供电组件，所述供电组件包括与所述射频线圈20连接的供电线41，供电线41向所述射频线圈20传输直流供电电源信号；所述馈电组件30包括与所述射频线圈20连接的功率线31；所述功率线31异于连接所述射频线圈20的一端(即功率供电端)和所述供电线41异于连接所述射频线圈20的一端分布于所述筒体10沿自身轴向的两侧。相较于现有技术中的功率供电端与供电线41异于连接射频线圈20的一端位于同一侧，本实施例可避免射频信号和直流信号相互干扰。此外，筒体10上还可配置供供电线41走线的第二走线槽12。
[0062]
在一个实施例中，射频线圈20的环路loop所流经的电流呈现离散形式分布，对应第n个loop的电流近似为：
[0063][0064]
其中，j
leg
(n)为第个loop上的电流；n为loop的总数。例如：当n为12时，第1个loop到第12个loop，顺时针计数。第1个loop和第6个loop上的电流最大。通过调整对应的供电电源即可实现所述供电线41提供不同的电流源信号。
[0065]
基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种磁共振成像设备，其包括如上所述的射频线圈系统。可以理解的，由于所述的磁共振成像设备包括如上所述的射频线圈系统，所以所述的磁共振成像设备具有所述的射频线圈系统所带来的有益效果，本实施例对磁共振成像设备的工作原理及其他结构部件不再展开说明，本领域技术人员可根据现有技术获悉。
[0066]
在一实施例中，磁共振成像设备包括控制系统和射频线圈系统，控制系统可包括依次连接的fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)控制单元、数模转换单元(dac，digital to analog converter)、射频放大器和功分器，其中，fpga控制单元传输的射频序列，依次经数模转换单元转换成模拟信号、射频放大器放大，接着由功分器转换成驱动信号，发送给射频线圈20的多个馈电端口200，从而驱动射频线圈20产生圆极化场。
[0067]
综上所述，在本发明提供的射频线圈系统及磁共振成像设备中，所述射频线圈系统包括：筒体；射频线圈，其围设于所述筒体上，所述射频线圈包括多个沿自身周向间隔排
布的馈电端口；多个馈电组件，其设置于所述筒体上，所述馈电组件与所述馈电端口一一对应，所述馈电组件与对应的所述馈电端口连接，以向所述射频线圈传输驱动信号。本发明相较于现有技术，通过设置多个馈电端口和对应的多个馈电组件，使射频线圈产生的射频场分布更加均匀，从而使磁共振成像的效果更佳。
[0068]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。