产生和/或接收交变磁场的射频线圈系统技术方案

一产生和／或接收交变磁场的射频线圈系统，特别是用于核磁共振仪器中．该系统被安置在圆柱形的检测空间周围，包含至少４个导体段，且被连接起来构成一闭合回路，以接收或产生大体上是均匀的射频交变磁场．尺寸至少近似于射频磁场波长的量级的空间即可检测．该系统中，导体段被连接成导体组沿检测空间中心轴向布置，导体组被沿检测空间圆周布置的连接线连接起来．连接线的长度选得使射频电流的波辐最大点在每个导体段的中央形成，而至少有一个射频电流最小点出现在每个连接线上．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于用来产生和/或接收至少实质上是均匀的交变磁场，特别是用在核磁共振仪器内的射频线圈系统，所述的系统被安置在一个实质上是圆柱形的探查空间周围，並包含至少四个实际上平行于探查空间的纵向中心轴线、並且在圆周上对称于至少一个相对于通过纵向中心轴线的平面安置的导体段，所述的这些导体段用连接线互相连接以构成一个闭合迴路。欧洲专利申请83201449.2，特别是图二及相应的叙述，提出了一种发送器/测量线圈，它布置在核磁共振层析X射线摄影仪中用于被测对象的探查空间周围。所述的发送器/测量线圈做成由两个半边的线圈组成马鞍形。为了给线圈激磁，並联的两个半边线圈由射频电流源馈电。每个半边线圈由两个导体段组成，导体段沿发送器/测量线圈的轴向延伸，在发送器/测量线圈的圆周方向上有同样的两部分。全部四个元件串联而构成一个环，並且在构成线圈连接端子的这个串联连接的末端上通过电源线连接到射频电源。这个线圈连接端子上还跨接一个调谐电容器。线圈和调谐电容器一起构成並联共振电路，它被调谐到在射频电源的频率上共振。目的是为了改善该发送器/测量线圈的射频磁场的效率。当射频源的频率较高时，根据共振电路周知的公式，调谐到共振的调谐电容器数值必须降低。发送器/测量线圈单独地、卽不另加调谐电容器的谐振频率称为线圈的固有频率。马鞍形线圈的导体结构长度通常是在线圈固有频率时振盪波长的15到20%。其准确值决定于线圈尺寸及线圈对周围导体的杂散电容。在运行于固有频率范围同时，流经线圈的射频电流沿线圈导体结构长度上显示出显著的相位移。因此，由线圈产生的，特别由其轴向安置的导体段产生的射频磁场当马鞍形线圈的运行频率在固有频率范围时就变得可以觉察到不均匀了。只有射频源的频率明显地低于马鞍形线圈的固有频率，马鞍形线圈才产生至少实质上是均匀的射频磁场。均匀的射频磁场，例如对核磁共振层析X射线摄影法来说是所需要的。在那里，被检查的物体可能是活组织，被放入一个固定的均匀的原磁场中。由于它们的核自旋，原子核受一磁矩而在原磁场中被排列整齐。原磁场的磁感应增强，此排齐的程度增加。当一交变磁场以垂直于原磁场磁力线方向作用于被检查物体的原子核上，则磁矩造成进动运动，它造成相对于原磁场相反方向的磁矩。从量子力学的观点来说，用来自交变磁场的能量把磁矩提到较高的能态;这在激励交奕磁场的已知频率下要求一定量的能量。这个频率称为核磁共振频率f0，並根据下列方程式和原磁场的磁感应B0相联系(×代表乘法记号)f0＝g×B0这里，g是旋磁比，与原子核素有关，例如其数值对氢为42.58兆赫/特斯拉，对磷为17.23兆赫/特斯拉，对钠为11.26兆赫/特斯拉。用适当选择交变磁场的频率，单独的原子核素能被有选择地激励，从而在交变磁场关断后当激励在衰减中来自原子的弛张信号的有选择性的测量成为可能。已经发现，核磁共振层析X射线摄影的成像质量随原磁场的磁感应增加而提高，因为原子核中排列一致的磁矩数目因之而成比例地增加。然而，对各种原子核素，核磁共振频率也随之提高。那么，在探查空间产生射频交变磁场及从原子核接收弛张信号的射频线圈系统(发送器/接收线圈)必须产生一个磁场，甚至在这样较高的频率场合下，其均匀性应满足由核磁共振层析X射线摄影所提出的要求。已经发现，只有在马鞍形线圈导体的结构长度构成不超过线圈频率，就是说被测量的核磁共振频率的波长大约1/12时才能用马鞍形线圈产生足够均匀的射频交变磁场。然而，由于这样的马鞍形线圈的结构长度是由被探查的物体尺寸所决定，马鞍形线圈只有在某一已知频率以下才能适合于产生均匀的交变磁场。例如，在马鞍形线圈要相应于测量长度方向尺寸大致等于其直径的人类头颅时，其结构长度大约为线圈直径的三倍。线圈直径确定为大约30厘米时，仍能被测量的核磁共振频率的上限为大约20兆赫。对于测量氢原子的核磁共振，原磁场的磁感应那么可以是不超过0.5特斯拉。然而，对于在核磁共振层析X射线摄影中有满意的成像质量，特别是对用于活组织的核磁共振谱仪要有好的分辨率，要求的原磁场的磁感应高达2到2.5特斯拉。已知的射频线圈的缺点已在上面对于核磁共振层析X射线摄影叙述过了，但这些缺点在那些要求在相比于应产生的射频磁场的波长来说，其尺寸不再是较小的空间中产生至少实际上是均匀的射频交变磁场的所有装置中都将会发生。本专利技术的目标是提出一种所描述的种类的线圈系统，它允许在其尺寸达到射频磁场波长的量级，因而构成波长数值的显著部分的空间中产生及接收至少实际上是均匀的射频交变磁场。在所描述的种类的线圈系统中，这个目标被本专利技术达到了，它是通电流入相对于探查空间的纵向中心轴线都是同等的一些导体段中，它们又被基本上位于探查空间圆周方向上的导体把它相邻的端头互相连接起来构成导体组，此导体组由接到位于圆周方向的导体上的连接线互相连接，连接线的长度选得使射频电流幅值最大点出现在每一个导体段的中央，且至少一个射频电流幅值最小点出现在每一根连接线上。与在欧洲专利申请83201449.2提出的线圈系统相反，那里所有马鞍形线圈的导体部分必须有相比于波长尺寸尽可能小，以避免射频电流在沿线圈全长的导体中的相位移，而此相位移则被审慎地用于本专利技术的射频线圈系统中，以在单个导体段中产生一给定的相位，就是说相对于线圈纵向中心轴线一给定的方向。利用这样的事实，卽导体内相隔距离为整数乘以半波长的两点内的电流，当此乘数是偶数时是同相的，当此乘数是奇数时则反相。因此没有必要产生构成射频交变磁场的全部电流有一样的相位，而只要满足这些电流间有180°乘以整数的相位移，卽相当于整数乘以半波长。这样，就可以得到尺寸可达到至少大约为辐射出的射频交变磁场波长量级的线圈系统。在连接线中的电流对产生射频交变磁场並不起作用，所以顺连接线的电流相位移並不影响交变磁场的形状。由连接线连接的导体段是匹配的，所以流经其中的电流沿导体段长度在线圈系统运行频率下只有很次要的相位移，其结果是所产生的交变磁场的均匀性因而不受明显的影响。当连接线和导体段的长度按本专利技术来选择获得在运行频率下线圈系统的共振，结果是在导体段中的电流强度，随之辐射出的交变磁场的磁场强度是高的。对于在核磁共振层析X射线摄影中的应用，这意味着本专利技术的线圈系统能够拥有一个其尺寸达到运行频率波长量级的探查空间。反之，一个具有由被测物体尺寸决定了它的尺寸的线圈系统可以使用于较高频率。因此，原磁场的磁感应B0可以从通常使用的低于0.5特斯拉的数字大大提高到从2到2.5特斯拉的数值;这随之导致在核磁共振层析X射线摄影中改善成像质量或在核磁共振谱仪中改善分辨率。还有，本专利技术的线圈系统具有结构简单，制造公差的要求较低的特点。本专利技术一个引人的构思是一个导体组和一根连接线的特征阻抗Z0，Z1之比和它们的长度L0，L1和传播常数β0，β1间有下列关系Z0/Z1＝｜tan(β0×L0/2)×tan(β1×L1/2)或 Z0/Z1＝｜tan(β1×L1/2)｜tan(β0×L0/2)或稍高。第一个关系式可用于选择构成奇数个幅值最小点的连接线长度;第二个关系式则用于构成偶数个幅值最小点的情况。这些关系式只考虑一根连接线长度L0和一个导体组，就是说一个导体段的长度L1。对于更精确的计算时，必须计及位于圆周方向上导体的影响，例如随了用于L1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个供产生和／或接收至少实质上是均匀的交变磁场，特别是用于核磁共振仪器内的射频线圈系统，所说的系统被装置在一个基本上是圆柱形的探查空间周围，并且包含了至少四个实际上平行于探查空间纵向中心轴线的，并且在圆周上对称于至少一个相对于通过纵向中心轴线的平面安置的导体段，所说的导体段用连接线连接起来，构成一个闭合回路，其特征在于：相对于探查空间纵向中心轴线（９）等同地通入电流（Ｉ）的导体段（１）被用基本上位于探查空间的圆周方向的导体（２），导体组（７，８）用接到位于圆周方向上的导体（２）上的连接线（２０，２１；３０，３１）互相连接起来，连接线（２０，２１；３０，３１）的长度（Ｌｏ）这样选择，使得射频电流时幅的最大点出现在每一个导体段（１）的中央，并且至少有一个射频电流时幅的最小点出现在每一根连接线（２０，２１；３０，３１）上。

【技术特征摘要】
1.一个供产生和/或接收至少实质上是均匀的交变磁场，特别是用于核磁共振仪器内的射频线圈系统，所说的系统被装置在一个基本上是圆柱形的探查空间周围，并且包含了至少四个实际上平行于探查空间纵向中心轴线的，并且在圆周上对称于至少一个相对于通过纵向中心轴线的平面安置的导体段，所说的导体段用连接线连接起来，构成一个闭合回路，其特征在于相对于探查空间纵向中心轴线(9)等同地通入电流(I)的导体段(1)被用基本上位于探查空间的圆周方向的导体(2)，导体组(7，8)用接到位于圆周方向上的导体(2)上的连接线(20，21；30，31)互相连接起来，连接线(20，21；30，31)的长度(Lo)这样选择，使得射频电流时幅的最大点出现在每一个导体段(1)的中央，并且至少有一个射频电流时幅的最小点出现在每一根连接线(20，21；30，31)上。2.根据权利要求1的线圈系统，其特征在于导体组(7，8)和连接线(20，21)的特征阻抗(Z0，Z1)之比和连接线长度(L0，L1)及传播常数(β0，β1)按下列关系式Z0/Z1＝｜tan(β0×L0/2)×tan(β1×L1/2)或稍高。3.根据权利要求1的线圈系统，其特征在于导体组(7，8)和连接线(30，31)的特征阻抗(Z0，Z1)之比和连接线长度(L0，L1)和传播常数(β0，β1)按下列关系式Z0/Z1＝｜tan(β1×L1/2)/tan(β0×L0/2)或稍高。4.根据权利要求1，2或3的线圈系统，其特征在于连接线(20，21;30，31)包含有导电屏蔽层。5.根据以上权利要求中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于导体组(7，8)，每个包括两个相邻的导体段(1)。6.根据以上权利要求中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于导体段(1)被安置在两个导体组(7，8)内，这些导体组相对于通过纵向中心轴线(9)的平面(53)对称地布置。7.根据以上权利要求中的一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于通入同样电流(Ⅰ)的每两个导体段(1)被安置得使对探查空间所张的圆周角(10)至少大约为60°。8.根据以上权利要求中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于导体段(1)被导电的和透磁的屏蔽层(51，52)包围，屏蔽层安置得在电气上与所述导体段绝缘。9.根据权利要求8的线圈系统，其特征在于导电的和透磁的屏蔽层(51，52)封闭的部分每个包围同属于一个导体组(7，8)的导体段(1)。10.根据权利要求8或9的线圈系统，其特征在于导电的和透磁的屏蔽层(51，52)包含一个面向探查空间并句围此空间的内屏蔽层(51)和一个在外面的外屏蔽层(52)，内屏蔽层(51)和外屏蔽层(52)组成开关基本上为圆柱形表面扇段的部分。11.根据权利要求10的线圈系统，其特征在于在导体段(1)范围内，内屏蔽层(51)包含圆周方向的缝隙(60)。12.根据权利要求11的线圈系统，其特征在于缝隙(60)的宽度的探查空间的纵向中心轴线(9)方向上从线圈系统中心向两端减小(图10)。13.根据权利要求11或12的线圈系统，其特征在于内屏蔽层(51)做成以在一个通过纵向中心轴线(9)的，且导体组(7，8)相对于它是对称安置的平面的一块面积和位于圆周方向上的导体(2)所在的一块面积而封闭。14.根据权利要求10到13中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于连接线(20，21;30，31)全长均被安置在内屏蔽层(51)的封闭的区域之内。15.根据权利要求10到14中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于内屏蔽层(51)和外屏蔽层(52)在线圈系统的端部处由幅向旋转的导电片(72)互相连接。16.根据权利要求10到15中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于屏蔽层(51，52)至少部分地为分层结构。17.根据权利要求10到16中一个或几个权利要求的线圈系统，其特征在于屏蔽层(51，52)安置在一非导体支承(70，71)。18.根据权利要求10到15中一个或几个权利要求或权利要求17的线圈系统，其特征在于屏蔽层(51，52)有网状结构。19.根据权利要求18的线圈系统，其特征在于屏蔽层(51，52)由纱网组成。20.根据权利要求16或17的线圈系统，其特征在于屏蔽层(51，52)的层厚为射频电流(Ⅰ)频率下集效应穿透深度的几倍。21.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗殊曼彼得，
申请(专利权)人：菲利浦光灯制造公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]