MRI射频线圈的发射效率

    1　引言

    磁共振成像技术是放射界最先进的诊断技术,近年来发展很快,随着高场磁体和快速扫描序列的应用,射频发射的输出功率也要求很高,这对功率放大器的设计带来新的课题,要做到节省功率消耗、提高输出效率,从而减轻功率放大器的负荷,提高运行质量,延长使用寿命。本文介绍射频发射线圈的极化方式与射频功率发射效率的关系,改善线圈结构,提高功率发射效率,理想条件下,使功率消耗减小一半,而且使射频场均匀分布^[1]。

    1　射频场B1与主磁场B0

    人体磁共振成像的重点研究对象是人体细胞中的氢原子核H[1],即质子,正在自旋的质子在主磁场B₀的作用下,会以一定的角速度沿着B₀方向进动,进动轨迹似陀螺,形成圆锥,如图1所示,此时,在与B₀垂直的方向上施加射频脉冲B₁,对旋进的质子进行激励,当射频脉冲的频率等于质子的进动频率时,质子的旋进角度将不断增大,它的磁化矢量M逐渐倒向xy平面,如图2所示,这一特定的频率即为共振频率,然后截断激励脉冲B1,质子的磁化矢量M又恢复到原来的位置,从高能级向低能级跃迁,同时发射出与射频激励脉冲频率相同的射频信号,这一过程称为“弛豫”^[2],再对信号进行图像处理和图像重建,能得到人体的磁共振图像,病变组织与正常组织的弛豫时间不同,医生能根据图像准确地作出判断。

    图中,磁化矢量M向xy平面的倒向速度与激励脉冲B₁的幅值有关,B₁越大,M的倒向速度越快,这也是快速扫描序列所要求的。B₁由发射线圈产生,发射系统的功率放大器向发射线圈提供所需功率,功率的传输效率与线圈结构密切相关,、根据线圈发射的磁场特性,可分成三种类型:线极化、圆极化和椭圆极化。

    2　极化与功率发射效率

    2·1线极化

    当线圈发射的磁场满足:B_x=Bcosωt时,ω为旋转角频率, t为时间变量, B为脉冲幅值,该线圈就称为线极化线圈,射频场是沿x方向的余弦振荡脉冲,为了便于分析,将B_x分解为两个在xy平面内的旋转矢量之和,即

如图3所示,每一旋转矢量幅值都为B/2,旋转角频率为ω,但各自旋转方向相反,B₊逆时针旋转,B_-顺时针旋转,B₊的旋转方向与M相同,当B₊的频率正好等于共振频率时,B₊分量使M逐渐倒向xy平面;而B_-的旋转方向与M相反,B_-对M的倒向过程不起作用,在磁共振线极化发射系统中,一半分量B_-实际上被白白浪费掉了,所以线极化发射的效率不高。线极化发射线圈以马鞍型、Helmholtz型线圈为代表。