用于核磁共振成像系统的振荡器分析

2013-08-14 14:24 来源:互联网 作者:洛小辰

核磁共振成像系统(MRI)可以拍摄高分辨率的人体剖面透视图,为医疗症断提供非常有用的信息。射频探针是MRI系统的重要部件,该探针发射出均匀的射频磁场,并接收人体反射回来的磁共振信号,还原出高质量的图像。本文将描述一种核磁共振成像系统探头的电磁分析。

现在已有很多MRI系统的射频探头,为了提高填充系数,进而提高信噪比,人们越来越关注非柱状线圈的研究。椭园线圈就非常适合门诊应用(如手腕或腹部诊断)。这种线圈也适合非医疗场合(如分析包装内部的食品)。这种线圈不但理论分析复杂而且实际实现也很困难,需要使用鸟笼分析方法(birdcage analysis)。

文献3提出了一种简单、高效的椭圆槽状振荡器用于取代椭圆鸟笼线圈。通过有限元数值计算显示(部分考虑屏蔽效应),椭圆槽状振荡器的场均匀性和非柱状鸟笼线圈一样,而且具有容易制造和操作的优点。作者使用瞬态分析法对空载椭圆槽状振荡器进行二维电磁分析。

该分析可以得出该振荡器的电磁参数:[L]和[C]矩阵,并且考虑到所有几何参数,仿真出该设计的射频端口频率响应S11。为了展示该SER在实际应用中的性能,该谐振器被用于一个最优配置的MRI系统中,当做射频探针,该系统工作于300MHz(中子成像),该谐振器表现出-73.27dB的最小反射,其空载品质因子为500。

图1为椭圆槽状振荡器的等效电路图,该线圈由两个厚度为t的导体板构成,两个板位于圆柱体的两边,分别通有反向的电流.两块导体板可以装在椭圆的长轴(a)或短轴(b)上,文献3通过有限元分析法计算得知:导体板装在短轴上对应的场均匀性更好,两个导体板的底部通过电容相连,

图1b为这个椭圆槽状振荡器的剖面图,θ角被称为“窗口角(window angle)”,窗口角的最佳值和椭圆外壳长轴-短轴比值(a/b)以及外半径-长轴比(rb/a)有关。文献3种分析的SER的a/b=1.8,rb/a=2.4,在窗口角为72度时,达到最佳场均匀性。屏蔽式空载SER的电磁特性可以用以下主要参数来表征:电感矩阵[L]、电容矩阵[C];以及其次要参数:空载品质因子Qo。电感矩阵[L]中:

对角线元素表示导体板的自感,非对角线元素表示导体板间的互感。电容矩阵[C]则表示两块导体板之间的电容效应,两者一起表示屏蔽式SER存储的电磁能量。

本文采用的Windows平台下的LINPAR多导体传输线矩阵参数(Matrix Parameters for Multiconductor Transmission Lines)程序计算其电感矩阵[L]和电容矩阵[C],该软件使用瞬态法MoM(Method of Moments)计算分段各向同性介质中,多导体传输线的准静态矩阵。该软件采用的方法是基于静态电磁分析的。在分析中,用真空中的被束缚电荷替代电介质,用自由电荷代替导体。根据电磁场的普通分量以及考虑边界条件的电荷分布,得出一组积分方程,用MoM方法解这组方程,对于总电荷分布使用分段常数近似和Galerkin技术。

一旦得出[L]和[C]矩阵,就可采用修正的数字模型估计出振荡器的谐振频谱(S11),如图2所示。


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成像 核磁共振

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