[发明专利]用于磁共振成像系统的双层射频接收线圈

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像系统，具体涉及一种用于磁共振成像系统的射频接收线圈。

背景技术

在磁共振成像系统中，射频接收线圈是接收被测组织的氢原子共振射频信号的探测器。但是由于所接收到信号很弱，受噪声(来自检验体和线圈本身)的影响较大，使其信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)(决定系统成像质量的最重要指标)受到很大的限制。通过线圈的设计和改善来提高信噪比是磁共振成像领域重要研发领域之一。从单环的表面线圈，到正交容积线圈，到相控阵线圈，磁共振成像接收线圈三十年来，随着磁共振成像技术发展，其多样性和技术先进性也得到长足的发展。

射频接收线圈分类较多，可按适用范围、功能和极性等方式进行分类。如果按适用范围分类，线圈可以大致分成表面线圈、容积线圈、和相控阵线圈等三大类。

表面线圈是单个紧贴成像部位的接收线圈，其结构是扁平或略为弯曲的单个环形(loop)。这种线圈的接收场极不均匀，表现为越靠近线圈射频场越强，与线圈表面距离增加射频场会急剧下降。由于这个接收视野浅的不足，故只适用于小范围浅区域成像。其成像区域范围和深度会随着线圈尺寸增加而增加，但是同时由于受到来之更多区域的噪声，其信噪比也会降低。

容积线圈是指能够整个地包容或包裹一定成像部位的柱状线圈。这种线圈在一定容积内有较为均匀的接收和发射场，主要应用于大体积得大范围成像。但是也由于其尺寸较大，其信噪比不会很高。其最典型的是鸟笼线圈，在其容积内存在于在横截面正交的两个方向大小一致的圆形极化射频场。

相控阵线圈是有两个或多个单元(如单个表面线圈)组成的线圈阵列。这些线圈彼此相邻，组成一个大的成像区间。随着近十年并行采集技术的发展，以及临床应用上对特定区域高信噪比成像的日益需求，该种类线圈已成为最热门和最先进的线圈技术。其最大的特点是多通道单元进行同步信号采集，磁共振接收系统通过对这些信号进行重建和合成，使得线圈信噪比对于单个单元或容积线圈有着显著的提高。信噪比越高，就越有利增加图像的分辨率或者提高系统的成像速度。

从原理上说，相控阵线圈是基于表面线圈组成的。但是由于磁共振并行采集技术的特有的信号和噪声合成机制，使其拥有优于表面线圈的特点。这个机制简单的原理是：当相控阵线圈的两个或多个单元进行信号合成时，信号会相加。例如，一个组织区域对与其相距相等的两个单元发出的信号是一致的，合成信号就是2倍。同时来自这个两个单元的噪声也会相加(这会导致合成后信噪比降低)。而噪声合成程度由这两个单元与噪声源之间的距离和相对方向决定，一般都小于两个噪声直接相加值。例如这两个单元探测到的噪声信号相互正交成90度时，可认为它们的噪声是不相关时，合成的噪声就仅是原来单个单元的倍；那么这是合成信噪比就提高到单个单元的倍。而另一种极限情况，噪声是完全相关的，那么这时合成的噪声也仅是原来的2倍。信噪比就和合成前一样，没有提高。满足这种情况的条件是两个单元接收到相当同相位和幅度的噪声信号，如两个线圈完全重叠。

在实际应用中，为了利用信号表面线圈的信号相加，而避免噪声相关，相控阵表面技术，使用一般的表面线圈(圆形或方形)没有重叠或仅有一定部分面积重叠(如八分之一的面积)的类似网格单元形式，避免它们的探测场方向和区域有过多的一致，再根据所需要探测组织形状和区域进行摆放。让同样感兴趣的探测区域，由较小的单个的表面线圈(线圈越小信噪比就高)多个通道，进行并行采集。这样看来对同样尺寸的成像区域，如果包裹的通道数越多，那么相加信号就多，加上噪声相关性又小，其总体信噪比也会随着增加。

但是通道边多单个通道尺寸变小会带来另一个负面效应，单个单元的尺寸变小，会让其成像视野变得更小，接收场的穿透长度变短。对距离较远的部分区域的信噪比不会得到提高。最典型的问题就是多同道相控阵头线圈和鸟笼头线圈的比较。一般的相控阵头线圈设计成多个通道(如有8，16，32，96个通道等)均匀地包裹在圆筒壁上。很多研究表明，对一个典型尺寸的头线圈(长为25厘米，直径为25厘米的圆柱形)，虽然随着通道数整加，总体横断面的信噪比会增加，但是在其中间区域(如中间半径为5厘米区域)SNR几乎不随通道数增加发生任何改变。但是，通道数每整加一倍，其实现的对其硬件设计和工艺实现难度就大大整加。而它带来的好处仅是线圈各个单元较近的区域SNR显著提高，对头部中间区域的信噪比没有任何提高。这样，也就是这些线圈的均匀性随着线圈通道数增加反而变得更差。因此，怎样使线圈中间区域的信噪比也随着相控阵线圈的单元数增加而提高，从而在提高总体信噪比同时提高其均匀性，是现有技术无法解决的技术问题。