OpenMark2023年磁共振成像系统的正交头线圈.docx

OpenMark2023磁共振成像系统的正交头线圈

冯利民

提要OpenMark2023磁共振成像系统中，承受正交合成技术，研制出的正交头线圈，较常规螺线管线圈的信噪比提高20%以上。

关键词磁共振成像系统正交线圈正交合成信噪比

QuadratureHeadCoilofOpenMark2023MRISystem

FengLimin

ShenZhenAnalogicScientificIncorporation

ABSTRACTByusingQuadraturecombiningtechnologyinOpenMark2023MRIsystemofAnKeInc.,wedevelopedQuadratureheadcoilwhichisbetterthannormalsolenoidcoilby20%insignaltonoiseratio.

KEYWORDSMRIsystemQuadraturecoilQuadraturecombiningSignaltonoiseratio

在磁共振成像系统中，要获得高质量的图像，提高接收线圈的性能是关键的一个步骤［1］。承受正交合成技术是提高接收线圈性能切实可行的一个途径［2］。理论上正交接收线圈比单接收线圈的信噪比可以提高41%，但考虑到在主磁场为垂直方向的状况下，欲正交合成的两个单接收线圈的性能不行能完全一样，它们存在着很大的差异，所以在正交合成时，并不能到达理论值，而且还必需对两个单接收线圈的信号承受加权合成，才能获得最正确的信噪比。为使正交线圈正常工作，还必需解决接收线圈与放射线圈之间以及两个单接收线圈之间的耦合问题。

正交线圈原理和方法

正交合成原理

在主磁场为垂直方向的磁共振成像系统中，受激发的氢原子核绕垂直轴做进动［3］，由质子自旋产生的磁化矢量在水平面内产生了一个圆极化的磁场重量。

接收线圈相当于一个磁场方向为水平方向的电感，它产生感应信号，见图1。组成正交线圈的两个单接收线圈的磁场重量分别是X和Y方向，由于它们的磁场方向正交，所以它们接收的信号在相位上相差90°，而线圈接收的噪声是不相干的。因此，通过90°移相合成器就可以使它们的信号电压相加，而噪声功率相加，到达提高信噪比的目的。图2为正交合成的框图。

图1 进动的原子核和接收线圈示意图

图2 正交合成的框图

假设两个接收线圈输出的信噪比为S/N和S/N，合成后的信噪比

1 0 2 0

为：

其中K和 为90°移相合成器中信号S

1

当 时：

S/N最大为：

和S的加权传输系数。

2

可以看出，假设S＝S，则S/N＝N，即可以使得信噪比比

1 2 0

单线圈提高41%。

但在垂直场的MRT系统中，由于两个单线圈的构造不同，接收效率相差很大。以正交头线圈为例，由于线圈必需使人头可以沿水平方向进出线圈，磁场方向与人体纵轴方向一样的线圈可以承受效率高的螺线管线圈，而磁场方向与人体纵轴方向垂直的线圈必需承受效率较低的鞍形线圈，鞍形线圈的信噪比大约是螺线管线圈的70%。即在噪声一样的情

况下，S1＝0.7S。通过正交合成后，信噪比可以提高20%以上。

2

正交线圈与放射线圈去耦

MRI系统中射频线圈电路可以简化为图3所示，包括由绕在线圈骨架金属条带形成的电感和金属条带中串联的电容以及由可调电容组成的匹配电路。

图3 射频线圈电路示意图

由于一般垂直场MRI系统均承受不同的放射和接收线圈，放射线圈产生的磁场垂直于平躺在病床上人体的纵轴方向，与正交线圈中的鞍形线圈磁场方向一样，两者不行避开地产生耦合，造成线圈失谐，如图4所示。对于放射线圈，失谐造成放射功率增大；对于接收线圈，失谐造成线圈损耗增大，信噪比降低。

图4 线圈耦合示意图

可以利用放射线圈和接收线圈分别工作在不同时间的特点来解决耦合问题。放射线圈和接收线圈分别承受图5和图6所示的去耦电路。

图5 接收线圈去耦电路示意图

图6 放射线圈去耦电路示意图

在放射线圈放射时，接收线圈不接收信号。放射线圈中二极管会自

动导通，接收线圈产生感应电压，使接收线圈中二极管导通，C、L发

1 1

生并联谐振，谐振频率与工作频率一样。C、L的并联谐振使得接收线

1 1

圈相当于开路，不影响放射线圈正常工作。在接收线圈接收磁共振信号

时，放射线圈不工作。由于磁共振信号格外微弱，接收线圈中二极管不

导通，使L失去作用，而放射线圈中二极管不导通使放射线圈开路，不

1

影响接收线圈正常工作。

正交线圈之间去耦

由于线圈的机械加工有误差，使得正交线圈中的两