[发明专利]一种磁共振成像无接触巴伦及其匹配电容确定方法及应用

说明书

本发明公布了一种磁共振成像无接触巴伦及其匹配电容确定方法及应用，首先建立无接触巴伦模型，计算匹配电容的数值，使巴伦谐振频率与磁共振信号频率一致；其次在考虑集肤效应的情况下，通过电磁仿真方法对模型计算所得匹配电容值进行修正；本发明还提出一种无接触巴伦的制作方法和使用方法，可进一步提高共模抑制效果。

技术领域

本发明涉及磁共振成像技术领域，具体涉及一种用于磁共振成像的无接触巴伦(共模抑制器)及其匹配电容值的确定方法及应用。

背景技术

磁共振成像技术是一种包含结构成像、功能成像和化学物质局部检测等的先进成像技术，广泛应用于人体内部疾病诊断。射频(RF)线圈是磁共振成像系统的重要组成部分，安装在磁体内部，其中发射线圈产生均匀的射频场，接收线圈获取来自样本的磁共振信号，其性能好坏直接决定磁共振成像的质量。

射频线圈和谱仪之间一般使用同轴传输线来传输信号。在磁共振成像系统射频线圈发射过程中，射频线圈输入功率很大，会在系统磁体内部产生很强的交变磁场，由于传输线位于磁体内部，交变磁场将会在同轴传输线屏蔽层中感应出与内导体电流方向相同的共模电流，影响线圈调谐，造成磁共振成像不均匀性失真和信噪比下降，更严重的是可能导致患者严重烧伤。

针对同轴传输线屏蔽层共模电流抑制问题，可以使用接触式巴伦来抑制共模电流。巴伦通常由同轴电缆绕制而成，其中同轴电缆被绕制成螺线管状，通过在电缆和同轴线屏蔽层之间焊接电容，可以将共振频率调节到磁共振信号频率，在共振频率点能产生几千欧姆的阻抗，从而有效抑制共模电流，但缺点是接触式巴伦制备通常比较复杂，且位置固定不可移动，适用性不高。

D.A.SEEBER等人为代表的团队在“Floating Shield Current SuppressionTrap”杂志论文使用无接触巴伦(floating trap)来抑制共模电流。无接触巴伦由两个同轴圆柱导体构成，圆柱之间焊接匹配电容，利用屏蔽层和抑制器之间的互感耦合阻抗抑制共模电流。中国专利CN213069147U提出一种新型的巴伦组件，巴伦外导电管体可以拆卸，并且包括与其相连的散热结构。根据核磁共振原理，除了传统的¹H核外，大量的自旋原子核如³⁹K、²³Na、¹⁹F、和³¹P等也可以进行磁共振成像。磁共振设备的主磁场场强不同，¹H核的共振频率不相同，不同自旋原子核的共振频率也不相同，因此经常需要制作各种工作频率不同的巴伦。然而，在实际应用中，尚没有快速、准确的用于频率调谐的匹配电容值确定方法，现有的做法只能通过经验不断地尝试和调整来获取合适的巴伦匹配电容值，花费时间较长，而且很难获得最佳的抑制效果，因此迫切需要设计用于确定磁共振成像无接触巴伦匹配电容值的方法。

发明内容

本发明提出一种用于确定磁共振成像无接触巴伦匹配电容值的设计方法。首先建立无接触巴伦(共模抑制器)的模型，计算匹配电容的数值，使巴伦谐振频率与磁共振信号频率一致。其次在考虑集肤效应的情况下，对模型计算所得匹配电容值进行修正。本发明还提出一种巴伦的制作方法和使用方法，可进一步提高共模抑制效果。

本发明的技术方案：

一种磁共振成像无接触巴伦的匹配电容确定方法，包括如下步骤：

1)无接触巴伦建模和求解得到无接触巴伦的匹配电容值；具体为：

11)将无接触巴伦建模为由匹配电容、内外同轴圆柱导体和底端导体所组成的闭环电路；无接触巴伦的结构包括两个同轴圆柱导体、连接两个同轴圆柱导体的底端导体和匹配电容；且将匹配电容作为容阻串联元件；传输线与巴伦之间通过电磁感应耦合；

12)计算传输线与巴伦之间的互感；计算同轴圆柱导体之间的自电感和自电容；计算内外同轴圆柱导体电阻；计算底端导体的电阻R_底；