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核磁共振成像体系的振荡器剖析

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

核磁共振成像体系(MRI)能够拍照高分辨率的人体剖面透视图,为医疗症断供给十分有用的信息。射频探针是MRI体系的重要部件,该探针发射出均匀的射频磁场,并接纳人体反射回来的磁共振信号,复原出高质量的图画。本文将描绘一种核磁共振成像体系探头的电磁剖析。

现在已有许多MRI体系的射频探头,为了进步填充系数,从而进步信噪比,人们越来越重视非柱状线圈的研讨。椭园线圈就十分合适门诊运用(如手腕或腹部确诊)。这种线圈也合适非医疗场合(如剖析包装内部的食物)。这种线圈不光理论剖析杂乱而且实践完成也很困难,需求运用鸟笼剖析办法(birdcage analysis)。

文献3提出了一种简略、高效的椭圆槽状振荡器用于替代椭圆鸟笼线圈。经过有限元数值核算显现(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相同,而且具有简单制作和操作的长处。作者运用瞬态剖析法对空载椭圆槽状振荡器进行二维电磁剖析。

该剖析能够得出该振荡器的电磁参数:[L]和[C]矩阵,而且考虑到一切几许参数,仿真出该规划的射频端口频率呼应S11。为了展现该SER在实践运用中的功能,该谐振器被用于一个最优装备的MRI体系中,作为射频探针,该体系作业于300MHz(中子成像),该谐振器表现出-73.27dB的最小反射,其空载质量因子为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,两个板坐落圆柱体的两头,别离通有反向的电流.两块导体板能够装在椭圆的长轴(a)或短轴(b)上,文献3经过有限元剖析法核算得知:导体板装在短轴上对应的场均匀性更好,两个导体板的底部经过电容相连,

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种剖析的SER的a/b=1.8,rb/a=2.4,在窗口角为72度时,到达最佳场均匀性。屏蔽式空载SER的电磁特功能够用以下首要参数来表征:电感矩阵[L]、电容矩阵[C];以及其非必须参数:空载质量因子Qo。电感矩阵[L]中:

对角线元素表明导体板的自感,非对角线元素表明导体板间的互感。电容矩阵[C]则表明两块导体板之间的电容效应,两者一同表明屏蔽式SER存储的电磁能量。

本文选用的Windows平台下的LINPAR多导体传输线矩阵参数(Matrix Parameters for Multiconductor Transmission Lines)程序核算其电感矩阵[L]和电容矩阵[C],该软件运用瞬态法MoM(Method of Moments)核算分段各向同性介质中,多导体传输线的准静态矩阵。该软件选用的办法是依据静态电磁剖析的。在剖析中,用真空中的被束缚电荷替代电介质,用自由电荷替代导体。依据电磁场的一般重量以及考虑边界条件的电荷分布,得出一组积分方程,用MoM办法解这组方程,关于总电荷分布运用分段常数近似和Galerkin技能。

一旦得出[L]和[C]矩阵,就可选用批改的数字模型估量出振荡器的谐振频谱(S11),如图2所示。

核磁共振的探头由长度为l,匹配电容为CM、完结电容为CSi和CLi(i=1,2)屏蔽式SER振荡器组成。

经过扫频测验其反射系数S11,能够预算出该振荡器空载质量因子Qo。

其间:fr=谐振频率;fu=和谐振点比较,呼应改变3dB对应的频率中,较高的频点;fl=和谐振点比较,呼应改变3dB对应的频率中,较低的频点。

MoM办法使仿真并决议否能完成该探针成为可能。图3是运用LINPAR程序切割屏蔽式SER外表电荷的示意图。

图4、5、6、7描绘了窗口角θ对电磁参数[L]和[C]的影响,屏蔽层对电磁参数的影响如图8、9、10、11所示。

经过MoM办法能够得出考虑了各种几许参数的SER的[L]和[C]矩阵。得出的这些图形有助于规划核磁共振体系的探头。关于rb/a=2.4、θ=72deg的状况,SER的电磁参数如下:

图2描绘的MRI探头终究规划参数如下:

短轴b为10cm;

长轴-短轴比(a/b)为1.8;

外半径-长轴比(rb/a)为2.4;

导体厚度-短轴比(t/b)为0.1;

窗口角θ为72度;

相对介电常数εr为1;

振荡器长度l 25cm;

匹配电容CM为20pF,源和负载的完结电容CSi和CLi都为1pF。

图12为射频探针端口的反射系数S11的仿真值。运用屏蔽式SER的探针在300MHz的谐振频点,其反射系数到达最小值。

总归,本文供给了一种运用屏蔽式椭圆槽状振荡器完成核磁共振体系探针的办法。为了到达终究的规划作用,需求得出屏蔽式SER的各项电磁参数。在150到520-MHz频率范围内,运用依据MoM办法的LINPAR二维电磁仿真软件,核算振荡器的准静态电磁参数[L]和[C]矩阵。得到首要的电感矩阵[L]和%&&&&&%矩阵[C]之后,就能够预算射频探针端口的频率呼应S11,然后即可得出空载质量因子Qo。

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