廣西匯智精英科技有限公司 （廣西 南寧 530200）

內(nèi)容提要： 文章主要介紹磁共振系統(tǒng)中，一種新的射頻發(fā)射線圈組件。具體描述了新發(fā)射線圈組件的組成，電路調(diào)揩，磁場均勻性相關(guān)技術(shù)參數(shù)。通過與傳統(tǒng)線圈對比，均勻性相同，但該發(fā)明節(jié)省了電容器成本和磁體間寶貴的空間。

上世紀70年代，Lauterbur提出磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）的方法和實驗裝置。經(jīng)過近50年的發(fā)展，醫(yī)用MRI設(shè)備已比較普及。低場強磁共振（場強小于0.5T）系統(tǒng)的市場競爭趨于白熱化。國內(nèi)供應(yīng)商基本屬于同質(zhì)化競爭，打價格戰(zhàn)，而降低成本是各大廠商優(yōu)先采用的方法。作為磁共振關(guān)鍵部件，一種低成本的射頻發(fā)射線圈運用而生。

磁共振射頻線圈的工作頻率是由磁體的磁場強度來決定的。頻率從幾兆赫茲，幾十兆赫茲一直到上百兆赫茲。所以發(fā)射線圈設(shè)計需要對電磁場仿真，這就需要一套高效的軟件來完成。

Ansoft HFSS，即Ansoft高頻結(jié)構(gòu)仿真器（High Frequency Structure Simulator，HFSS），是Ansoft公司推出的基于電磁場有限元方法（FEM）的分析微波工程問題的三維電磁仿真軟件，可以對任意的三維模型進行全波分析求解，先進的材料類型，邊界條件及求解技術(shù)，使其以無以倫比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度，方便易用的操作界面，穩(wěn)定成熟的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)使其成為高頻結(jié)構(gòu)設(shè)計的首選工具和行業(yè)標準。

本文描述的發(fā)射線圈設(shè)計就是利用HFSS軟件進行建模、設(shè)置、計算和結(jié)果分析。下面從電路組成，電路調(diào)揩，磁場均勻性幾個方面進行詳細闡述。

1.電路組成

發(fā)射線圈一般由等同于電感器的銅帶，電容器，導線和開關(guān)二級管組成。每個發(fā)射線圈一般由兩個鏡向的單元組成，如圖1所示。磁共振系統(tǒng)發(fā)射線圈安裝于磁體內(nèi)側(cè)，兩個發(fā)射線圈單元相對安裝。兩線圈單元之間通過兩段導線連接。圖1中，標號為1，2，4，5的位置本來放置電容器，現(xiàn)在直接用銅帶短路，或者直接做成整個一條完整的銅帶。電容的厚度一般為4.5mm。所以取消電容后，發(fā)射線圈可以做的更薄。標號為3的位置放置調(diào)頻率電容。標號為6的位置放置調(diào)阻抗電容，同時也是線圈的輸入端口。

2.電路調(diào)諧

使由電容和電感組成的電路處于諧振狀態(tài)，可以節(jié)省射頻放大器的功率。由上文可知，改進后的發(fā)射線圈僅剩下標號3和6位置的電容。通過改變電容3的大小，可以改變諧振頻率。具體地，電容增加，諧振頻率降低，反之易然。由于電容6的兩端為輸出接口，所以改變電容6除了可以改變諧振頻率，還可以改變輸出阻抗。頻率和阻抗又是相互影響的，所以需要不斷來回重復(fù)調(diào)整電容3和電容6才能使諧振狀態(tài)同時滿足頻率要求和阻抗要求。具體地，頻率要求就是磁體磁場強度決定的頻率，如0.5T對應(yīng)頻率是0.5×42.58=21.29MHz。阻抗要求，如在某一頻率下的反射值小于-20dB。

圖1.發(fā)射線圈組成

3.磁場均勻性

射頻場均勻性一般通過成像空間內(nèi)坐標點場強值來表征。磁場均勻性越好，最終的圖像就越好。因為射頻場的均勻度決定圖像的均勻度。

如圖2所示，在發(fā)射線圈兩個單元之間放置一個直徑為150mm球的模體，模體溶液是由化學試劑和蒸餾水通過一定比例配制而成，溶液的導電率基本模擬人體制作而成。由于發(fā)射場的不均勻基本出現(xiàn)在成像空間的邊緣，在模體邊緣的上，下，左，右，前和后以及中心共7個點，測量各點的場強值，再通過場強值得到平均值，方差和均勻性。其中，均勻性的計算公式為：（樣本最大值-樣本最小值）/平均值。見表1。

圖2.測量場強值的坐標點分布圖

4.小結(jié)

表2是圖1中6個位置都有電容時，場強分布情況。通過對比平均值，方差和均勻性三個參數(shù)的結(jié)果，新發(fā)射線圈性能沒有下降。同時，新線圈節(jié)省了電容成本（由以前的6個，變成現(xiàn)在的2個），同時也節(jié)省了磁體的空間（9mm），如果磁體開口不變的情況下，減小發(fā)射線圈的厚度，就意味著用更少的磁性材料，可達到相同的磁場強度，從而降低很多的成本。即此發(fā)明對降低整個磁共振系統(tǒng)成本有實際意義。

表1.2個電容時仿真結(jié)果

表2.6個電容時仿真結(jié)果