可穿戴式磁共振設(shè)備頭部柔性和彈性線圈設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

張雙，李貴豪，吳林

作者單位：1.內(nèi)江師范學(xué)院人工智能學(xué)院，內(nèi)江 641112；2.電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 611731；3.電子科技大學(xué)高場(chǎng)磁共振腦成像四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611731；4.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放射治療中心，新鄉(xiāng) 453100

磁共振成像技術(shù)[1]是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷中非常重要的臨床診斷手段之一。由于該系統(tǒng)使用線圈發(fā)射電磁信號(hào)，在線圈內(nèi)部形成均勻度極高的磁場(chǎng)，當(dāng)成像體體內(nèi)的氫質(zhì)子在吸收射頻線圈產(chǎn)生的能量躍遷后，檢測(cè)回到平衡態(tài)過(guò)程釋放的能量；產(chǎn)生的能量級(jí)躍遷表現(xiàn)為微弱的電壓信號(hào)形式，最后被接收線圈接收與處理，形成一種灰度醫(yī)學(xué)影像的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。由于該技術(shù)具有無(wú)創(chuàng)性、無(wú)輻射性以及成像截面靈活等特點(diǎn)，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷，特別是神經(jīng)醫(yī)學(xué)、軟組織損傷相關(guān)醫(yī)學(xué)診斷的重要手段。磁共振系統(tǒng)中，射頻發(fā)送/接收線圈是該系統(tǒng)中必不可少的組成部分，通過(guò)它能夠向機(jī)體發(fā)送電磁波信號(hào)；并且還能接收到來(lái)自機(jī)體組織釋放出來(lái)的能量，從而形成醫(yī)學(xué)影像，因此線圈的性能將直接影響磁共振系統(tǒng)的性能[2-7]。

隨著集成電路和電子元器件的發(fā)展，相控陣線圈概念[2]也逐步在磁共振系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。該線圈將來(lái)自線圈的各個(gè)單一元器件的信號(hào)進(jìn)行合理地組合，形成信號(hào)接收陣列，使用這種方法可以讓多個(gè)小表面射頻線圈在更廣視野范圍內(nèi)的圖像信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)更高，采集到的圖像質(zhì)量也就更佳。在成像系統(tǒng)中，為了提高設(shè)備的成像效率，提升可實(shí)現(xiàn)的最大加速因子，通常需要增加接收陣列的線圈數(shù)目[6]，線圈通道數(shù)越多，成像效果越好，因此現(xiàn)代磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)系統(tǒng)中，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及電路板制成工藝的逐步成熟，通道數(shù)量也在進(jìn)一步增加。2006 年，Wiggins 等[7]將接收頭線圈通道數(shù)增加到32，相較8 通道接收頭線圈，其皮層和中心位置的SNR 提升了3.5 倍和1.4 倍。2012 年，Keil 等[8]在Wiggins 之后更是將通道數(shù)增加到64，相比32 通道接收頭線圈，其皮層SNR 增加了1.3 倍，中心位置SNR與32通道線圈相似，線圈在加速性能上又進(jìn)一步獲得提升，四倍加速下皮層和中心SNR分別是32通道線圈的1.4 倍和1.2 倍。為了確定高密度多線圈MRI接收機(jī)陣列能否在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)高加速并行成像，Hardy課題組[9]甚至已經(jīng)把通道數(shù)增加到128，但通道數(shù)目繼續(xù)增加也意味著單圈尺寸的減少和線圈阻抗的增加，而且更多的通道意味著大量的電子器件將布局在線圈固定電子元器件的區(qū)域(單個(gè)圓環(huán)很小，而單圈所有元器件又必須固定在線圈上)，在性能增加的同時(shí)也使得線圈更加笨重，使其輕便性和舒適性變差。

在商用多通道相控陣線圈中，線圈都具有固定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這對(duì)于不同的患者，由于身體幾何尺寸的差異，使用相同的線圈將會(huì)有不同的填充系數(shù)[10-14]，并且線圈填充系數(shù)增加對(duì)SNR 的提升貢獻(xiàn)巨大。緊湊型線圈的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)最大化的填充系數(shù)S N≈(η為線圈的填充系數(shù))[9]。然而對(duì)于傳統(tǒng)線圈來(lái)說(shuō)，為了在系統(tǒng)中讓線圈填充系數(shù)達(dá)到最大，就需要針對(duì)不同的患者、不同的形體大小、檢測(cè)部位的個(gè)體特性定制不同型號(hào)、大小、類(lèi)型的線圈，以滿(mǎn)足高質(zhì)量成像要求，如此不但會(huì)增加患者的時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本，更重要的是很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)上的普適性。設(shè)備的應(yīng)用將極大地受限。而柔性線圈設(shè)計(jì)為解決相同線圈作用在不同患者時(shí)候獲得最大填充系數(shù)提供了新思路，柔性[15]和彈性[16-17]概念用在線圈制作上，針對(duì)不同的患者，均能夠?qū)崿F(xiàn)線圈與組織的最佳貼合，從而獲得最大線圈填充系數(shù)并獲得良好SNR圖像。

本文以成年人頭部為研究對(duì)象，充分發(fā)揮柔性和彈性線圈對(duì)較小變化顱腦具有極佳貼合性這一特點(diǎn)，采用共邊正六邊形填充線圈“機(jī)械”表面設(shè)計(jì)頭部線圈，在線圈制作過(guò)程中，為了使線圈中電路元器件更加集中，減小元器件所占空間，器件組裝設(shè)計(jì)時(shí)，提出使用主被動(dòng)一體失諧電路的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)器件集中。為了測(cè)試線圈的性能，設(shè)計(jì)了與8通道商用頭接收線圈的水膜實(shí)驗(yàn)與臨床試驗(yàn)。

1 穿戴式頭接收線圈設(shè)計(jì)

1.1 線圈布局

在精準(zhǔn)神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)中，高質(zhì)量的腦成像技術(shù)將直接影響調(diào)控的精準(zhǔn)性。為了研制一個(gè)具有普適性，同時(shí)還能兼顧個(gè)體差異的高質(zhì)量人體頭部線圈，以成年人頭部為研究對(duì)象，根據(jù)《人體解剖學(xué)數(shù)值》和人口普查數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，成年人頭部幾何個(gè)體差異十分小，根據(jù)人體頭部數(shù)據(jù)的幾何特性(長(zhǎng)、寬、高)計(jì)算，成年人頭部尺寸大小變化范圍為14%。根據(jù)這一數(shù)據(jù)，在線圈制作過(guò)程中，將線圈的幾何形態(tài)結(jié)構(gòu)定義為一個(gè)棱和邊均為圓弧的長(zhǎng)方體(圖1)，同時(shí)分別設(shè)置線圈的長(zhǎng)為187 mm、寬為150 mm，高為220 mm，構(gòu)建柔性和彈性線圈。

在線圈表面填充過(guò)程中，選用共邊正六邊形線圈來(lái)完成(圖1)。線圈設(shè)計(jì)的工作系統(tǒng)為GE 3.0 T磁共振系統(tǒng)(Discovery MR750 3.0 T)，為了保證后期對(duì)線圈調(diào)諧部分調(diào)試的方便，將依據(jù)成像深度與單圈尺寸、人體頭部簡(jiǎn)化模型、頭盔形狀硬殼機(jī)械三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行確定。通過(guò)成像深度與單圈尺寸的計(jì)算關(guān)系(最佳SNR 回路深度優(yōu)化半徑r0=ξ5,ξ為成像深度)發(fā)現(xiàn)[18]，在高場(chǎng)磁共振成像中，當(dāng)頭部線圈的線圈單圈半徑為4.0～4.3 mm 時(shí)成像效果最佳。由于人體頭部可以近似看成為一個(gè)長(zhǎng)方體，結(jié)合共邊正六邊形填充理論，可以計(jì)算出此時(shí)線圈半徑為4.1～4.4 mm[2,7,19-20]。在32通道自制頭線圈的“頭盔”形狀硬殼機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，所需要接收線圈半徑大小組合為4.25 mm (26 個(gè))+3 mm (6 個(gè))。結(jié)合三方面的計(jì)算，得出本系統(tǒng)中4.2 mm 為設(shè)計(jì)線圈半徑(實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，可以根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行微調(diào))。

圖1 繪制線圈布局軌跡。 圖2 單通道鏈路電路原理圖。 圖3 主被動(dòng)一體電路。 圖4 頭接收線圈結(jié)構(gòu)圖。 圖5 頭接收線圈系統(tǒng)線巴倫。Fig.1 Coil Layout track Plot.Fig.2 Schematic circuit diagram of single channel link.Fig.3 Active and passive integrated circuit.Fig.4 Structure diagram of head receiving coil.Fig.5 System wire balun of head receiving coil.

在線圈諧振頻率設(shè)定過(guò)程中，將串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振回路諧振頻率設(shè)置為相同值127.8 MHz±100 KHz，為了滿(mǎn)足線圈工作環(huán)境(3.0 T)，該系統(tǒng)在工作時(shí)定義127.8 MHz為系統(tǒng)中心頻率，根據(jù)波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系，可以得出該頻率下波長(zhǎng)為2.4 m；同時(shí)針對(duì)單圈半徑為4.2 mm 的線圈，至少串聯(lián)3 顆諧振電容來(lái)避免線圈中等效電感太長(zhǎng)出現(xiàn)的天線效應(yīng)(在63.5MHz和127.8MHz頻率下，線圈中等效電感長(zhǎng)度不超過(guò)該頻率下波長(zhǎng)的；使用單一通道鏈路(圖2)主被動(dòng)失諧電路板(圖3) [電容：Dalicap_DLC 10B，線圈導(dǎo)體：銅皮(0.1 mm 厚、4 mm 寬)，彈性材料：24AWG1007 銅芯]。在3.0 T 磁共振中心頻率下，主被動(dòng)失諧回路S21 均控制在-30 dB 范圍內(nèi)來(lái)保證失諧電路在系統(tǒng)發(fā)射狀態(tài)下具有穩(wěn)定良好的工作性能；同時(shí)回路調(diào)諧中心頻率控制在±200 KHz 范圍內(nèi)，S11 保持小于-18 dB，回路匹配良好，且調(diào)試時(shí)，保持中心頻率和Mark點(diǎn)均為127.8 MHz，從而來(lái)保證線圈接收信號(hào)以及信號(hào)的高效率傳輸。

1.2 線圈調(diào)試

在線圈的空間關(guān)系與幾何位置確定以后，對(duì)于線圈內(nèi)的各種功能性電子元器件，需要逐個(gè)調(diào)試。根據(jù)實(shí)際測(cè)試順序，從設(shè)計(jì)線圈頭頸連接的線圈機(jī)械底部開(kāi)始對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中，為了保證自制線圈在后期調(diào)諧過(guò)程中調(diào)諧的準(zhǔn)確性，調(diào)試時(shí)，先將第一個(gè)線圈的單圈諧振頻率調(diào)節(jié)為3.0 T 磁共振的中心頻率，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)后期調(diào)試中能夠?qū)Υ?lián)諧振的微調(diào)，設(shè)定調(diào)試中心頻率控制在±200 KHz 范圍內(nèi)，將調(diào)諧電容與可調(diào)電容(Voltronics JZ150)進(jìn)行有效的并聯(lián)(調(diào)諧電容可以有效減小非相鄰線圈耦合，并連的可調(diào)電容則可以方便精確調(diào)試)，使用該頻率作為系統(tǒng)調(diào)諧頻率開(kāi)展測(cè)試。同時(shí)還需保證S11 小于-18 dB，回路匹配良好。為了更加全面掌握線圈整體性能，按照以上流程，擴(kuò)展到第二個(gè)線圈及其他線圈的調(diào)試，主要調(diào)試線圈除前放解耦、匹配和調(diào)諧三個(gè)參數(shù)以外的其他參數(shù)。調(diào)試中，對(duì)相鄰?fù)ǖ肋M(jìn)行解耦調(diào)試時(shí)，使用重疊面積解耦的方式來(lái)逐個(gè)調(diào)試。如果頭線圈為平面，那么各圓環(huán)按照理論設(shè)計(jì)的幾何尺寸，各項(xiàng)參數(shù)基本固定；如果線圈為立體，圓環(huán)之間的耦合就會(huì)發(fā)生變化，為了保證測(cè)試系統(tǒng)的效果，圓環(huán)就需要微調(diào)，重疊面積也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的參數(shù)也會(huì)有較小變化。調(diào)試時(shí)，隔離度要求小于-15 dB；在實(shí)際解耦過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)相鄰?fù)ǖ栏綦x度大于-15 dB,這是由于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和通道數(shù)目過(guò)多所造成，因此在后期設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮這兩個(gè)因素。在整個(gè)調(diào)試中，通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)可調(diào)電容，讓中心頻率調(diào)節(jié)至耦合波形波谷，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)低阻抗前置放大器的解耦調(diào)試。

在器件安置布局過(guò)程中，在對(duì)應(yīng)通道線圈附近的機(jī)械上固定其對(duì)應(yīng)的低阻抗前置放大器，以此來(lái)解決放大器到線圈同軸線過(guò)長(zhǎng)引起的額外干擾和信號(hào)路徑損耗。從測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于每個(gè)線圈環(huán)大小可能完全一樣，但是反射系數(shù)又存在較小差異，且單通道線圈存在一定的差異匹配電容(50～70 pF)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要將端口阻抗調(diào)至50 Ω，S11 控制在-18 dB 以?xún)?nèi)以此來(lái)保證Smith 原圖中的中心頻率在±1 MHz 內(nèi)無(wú)干擾。為了保證相鄰?fù)ǖ篱g的耦合小于-15 dB，需要使用重疊面積解耦來(lái)實(shí)現(xiàn)，線圈32 個(gè)通道前置放大器解耦過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)不相鄰?fù)ǖ乐g的解耦調(diào)試，將15 pF 電容與3～15 pF 的可調(diào)電容(Voltronics JZ150)并聯(lián)在一起(涉及商業(yè)核心，部分展示作了模糊處理)，并將前置放大器解耦波形調(diào)至耦合波波谷，完成線圈調(diào)試。完成調(diào)試布局后的實(shí)物布局如圖4所示。

在系統(tǒng)鏈接過(guò)程中，兩根16 通道的系統(tǒng)線分兩部分將所有線圈集成起來(lái)形成鏈路，連接過(guò)程中，系統(tǒng)線上增加了兩個(gè)“筒式”巴倫來(lái)抑制傳輸線引起的共模干擾，如圖5所示。各個(gè)放大器輸出端與所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)信號(hào)線和直流供電線連接，測(cè)試時(shí)調(diào)諧頻率為127.8 MHz。

為了測(cè)試線圈各個(gè)通道增益失諧情況，對(duì)線圈進(jìn)行了臺(tái)架綜合測(cè)試。詳細(xì)測(cè)試方案如下：定義一個(gè)通道為測(cè)試通道，測(cè)試該通道增益和通道間隔離度，另外31 個(gè)通道為失諧通道，給失諧通道供10 V、20 mA 直流電讓其失諧。通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)分析得出：各個(gè)通道的較小增益差異會(huì)受單圈尺寸的影響(表1)。

表1 各通道匹配與增益(dB)Tab.1 Matching degree and gain of each channel(dB)

2 自制頭線圈成像測(cè)試與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證線圈成像性能，以美國(guó)GE公司的3.0 T磁共振成像系統(tǒng)(Discovery MR750 3.0 T)為測(cè)試平臺(tái)，結(jié)合本文設(shè)計(jì)的頭線圈開(kāi)展水膜和人體頭部掃描成像測(cè)試，并分析系統(tǒng)成像效果。

2.1 水膜成像測(cè)試

制作一個(gè)直徑為185 mm球形水膜[成分：水92%，NaCl 5%，NiSO4·6(H2O) 3%]開(kāi)展水膜測(cè)試實(shí)驗(yàn)。為了防止水膜在測(cè)試線圈中晃動(dòng)，需要對(duì)其雙面固定，且放置在線圈在中央，使用GRE 測(cè)試序列，TR=200 ms，TE=3.9 ms，F(xiàn)lip angle=30°，Thickness=3 mm，結(jié)果如圖6所示。

為了便于觀察，將灰度圖像轉(zhuǎn)化為SNR 圖，如圖7所示。

從圖6 和圖7 我們可以發(fā)現(xiàn)，線圈在水膜成像中，成像效果比較對(duì)稱(chēng)，淺層比深層的SNR 要高。由此可以得出本文所研發(fā)的頭線圈性能穩(wěn)定，成像效果表現(xiàn)良好。

2.2 與商用線圈成像性能對(duì)比分析

為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)線圈的性能，結(jié)合成熟的針對(duì)頭部成像的商用(8 通道)線圈[21],使用上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相同的掃描參數(shù)進(jìn)行掃描，得出結(jié)果如圖8 和圖9所示。

為了讓成像效果更加直觀，通過(guò)圖像轉(zhuǎn)化，將采集到的灰度圖像轉(zhuǎn)化為SNR圖像。在對(duì)比過(guò)程中，為了保證對(duì)比的合理性，在數(shù)據(jù)選取過(guò)程中，以?xún)煞N線圈成像的偶數(shù)層作為對(duì)比樣本，以同一層、同一水平位置像素點(diǎn)的SNR 為數(shù)據(jù)依據(jù)，比較其SNR 值的大小(圖10)。圖中紅色曲線表示本文設(shè)計(jì)線圈SNR 值變化，藍(lán)色表示商用線圈SNR 值變化。從圖中可以看出：均勻度上，商用線圈表層和深層值分布比較均勻，每層值均在150～220 之間，波動(dòng)范圍較小；而本設(shè)計(jì)線圈表層比深層的SNR 明顯要高，跨度范圍150～400之間，每層表層幾乎都是深層的2倍。造成這一現(xiàn)象原因是：商用線圈在設(shè)計(jì)中，單圈尺寸設(shè)計(jì)較大，水膜能夠被線圈完全包圍；而本文的自制線圈由于具有柔性和彈性，設(shè)計(jì)尺寸相對(duì)較小，且能夠很好地水膜貼合，但由于線圈尺寸較小，部分區(qū)域沒(méi)有設(shè)計(jì)線圈布局，當(dāng)成像深度逐步增加時(shí)，線圈的SNR也在減小。當(dāng)成像深度在46 mm 以?xún)?nèi)時(shí)，SNR 值增加了0～2倍，當(dāng)深度進(jìn)一步增加時(shí)，自制項(xiàng)圈比商用線圈SNR幅度降低了約15%。

圖10 四分之一處水平和偶數(shù)層面中心位置SNR對(duì)比。10A為第二層；10B為第四層；10C為第六層；10D為第八層。 圖11 人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)SNR圖像及對(duì)應(yīng)位置SNR值。11A為A被試者；11B為B被試者；11C為C被試者。Fig. 10 SNR comparison between central positions of horizontal and even-numbered slices (at the quarter). 10A:The second layers; 10B:The fourth layers; 10C:The sixth layers; 10D:The eighth layers. Fig. 11 SNR Image of coronal plane structure of human head and SNR values at corresponding positions. 11A: Subjects A;11B:Subjects B;11C:Subjects C.

通過(guò)上述結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，為了獲得更高的圖像SNR，可以通過(guò)增加線圈通道數(shù)、提高線圈填充系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文結(jié)果中，雖然由于部分區(qū)域沒(méi)有布局線圈、較小的通道尺寸等因素造成中心SNR值比商用線圈略低(約15%)，但是表層比深層(中心點(diǎn))SNR高出了0～3倍。充分說(shuō)明本系統(tǒng)是可行的。

由于人體頭部組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜、且組織分布也極其不均勻、為了更加充分論證線圈在臨床方面的表現(xiàn)。接下來(lái)在電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院通過(guò)公開(kāi)發(fā)布招募志愿者公告的方式招募志愿者開(kāi)展臨床試驗(yàn),該研究通過(guò)了電子科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院倫理審查委員會(huì)審查(審查號(hào)：1420200407-8)。在志愿者選取過(guò)程中，其納入標(biāo)準(zhǔn)為：年齡20～45歲，體內(nèi)沒(méi)有植入物，同時(shí)志愿者沒(méi)有精神類(lèi)相關(guān)疾病。同時(shí)還需要充分考慮志愿者頭部存在的差異，且差異范圍滿(mǎn)足線圈延展范圍。經(jīng)過(guò)篩選，最終13 名志愿者(其中男7 名，年齡最小22 歲，最大42 歲，平均32.5 歲；女6 名，年 齡最小20 歲，最大43 歲，平均33 歲；差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)入組參加試驗(yàn)。隨機(jī)選取三名被試開(kāi)展本試驗(yàn)。

2.3 臨床測(cè)試對(duì)比分析

召集志愿者后，首先對(duì)志愿者進(jìn)行健康詢(xún)問(wèn)，在確認(rèn)志愿者體內(nèi)無(wú)植入式設(shè)備后，確定志愿者為合格被試。將試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)方法、中間使用的設(shè)備是否對(duì)機(jī)體有傷害如實(shí)給志愿者描述清楚，在志愿者了解清楚后簽署知情同意書(shū)。經(jīng)測(cè)量，三名被試的頭顱大小分別為56、61、59 cm，為了試驗(yàn)的方便以及被試者的個(gè)人隱私，在征得同意后將被試按照頭圍大小定義為A、B和C；與水膜實(shí)驗(yàn)一樣，試驗(yàn)過(guò)程中選用前序所用的商用線圈作為成像對(duì)比依據(jù)，使用相同的序列(3D SPGR 序列：TR=5.6 ms，TE=3.9 ms，F(xiàn)lip angle=12°)、相同擺放體位進(jìn)行掃描。獲取真實(shí)頭顱兩種不同線圈的成像結(jié)果。

定位序列執(zhí)行完成后，為了掃描框下緣接近枕骨大孔且包括小腦丘部，掃描框整體平行于胼胝體膝部和胼胝體壓部的連線，需要在矢狀面圖像中完成橫斷面定位。最后對(duì)A、B 和C 三位被試者開(kāi)展自制線圈與商用線圈的對(duì)照掃描實(shí)驗(yàn)，獲得人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)灰度圖像，經(jīng)過(guò)圖像轉(zhuǎn)化獲得比較直觀的SNR圖像，如圖11所示。

從圖11 可以看出，人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)SNR 值，表層位置SNR 值最大，中心部位SNR 值最小，組織從表層到深層圖像SNR 逐步遞減。由于在頭部線圈機(jī)械制作初期，選用B的頭部大小作為測(cè)試線圈制作的參考，從而出現(xiàn)B 被試的人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)SNR 圖像不論從表層還是深層來(lái)看，和商用線圈來(lái)比較，其效果均比A 和C 要好。3 個(gè)被試者針對(duì)兩個(gè)線圈的成像對(duì)比總體趨勢(shì)一致，但是通過(guò)分析三幅圖中紅色箭頭指示部分，A和C成像都有一定的惡化，出現(xiàn)惡化的原因是線圈鋪設(shè)不合理所致(四分之一在彈性過(guò)渡部分，四分之三在柔性部分)，當(dāng)志愿者個(gè)體頭顱幾何尺寸發(fā)生變化(變大或變小)時(shí)，自制線圈柔性部分會(huì)產(chǎn)生較小的形變，彈性部分會(huì)發(fā)生一定物理擠壓伸縮變化，使自制線圈內(nèi)部柔性線圈也產(chǎn)生一定的變化，在線圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化時(shí)，線圈的性能也隨之變差。

3 討論

患者檢測(cè)部位的幾何差異，會(huì)導(dǎo)致磁共振成像系統(tǒng)中填充系數(shù)發(fā)生變化，從而影響磁共振成像效果。本文以人體頭部為研究對(duì)象，結(jié)合柔性材料和彈性材料特性，制作了高貼合性的磁共振頭部線圈。頭線圈采用共邊正六邊形填充線圈表面，并使用主被動(dòng)一體失諧電路來(lái)保證線圈布局緊湊性、此方法還能有效提高電路品質(zhì)因數(shù)，使線圈中電路元器件更加集中。水膜實(shí)驗(yàn)證明：隨著成像深度增加、自制線圈SNR 呈遞減趨勢(shì)，SNR 最大時(shí)表層是深層的3 倍；對(duì)比商用8 通道頭線圈，從組織表層到水膜46 mm 深度的深層，自制線圈SNR 相較商用線圈而言，提升了0～2倍；但隨著深度進(jìn)一步增加，SNR在逐漸降低，相較46 mm 深度處，更深處SNR 大約降低15%。對(duì)人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)掃描發(fā)現(xiàn)：人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)SNR值，表層位置SNR 值最大，中心部位SNR 值最小，組織從表層到深層圖像SNR 逐步遞減。由于在頭部線圈機(jī)械制作初期，選用B的頭部大小作為測(cè)試線圈制作的參考，從而出現(xiàn)B 被試的人體頭部冠狀面結(jié)構(gòu)SNR圖像不論從表層還是深層來(lái)看，和商用線圈來(lái)比較，其效果均比A 和C 要好。3 個(gè)被試者針對(duì)兩個(gè)線圈的成像對(duì)比總體趨勢(shì)一致，但是通過(guò)分析三幅圖中色箭頭指示部分，A和C成像都有一定的惡化，出現(xiàn)惡化的原因是線圈鋪設(shè)不合理(四分之一在彈性過(guò)渡部分，四分之三在柔性部分)，當(dāng)志愿者個(gè)體頭顱幾何尺寸發(fā)生變化(變大或變小)時(shí)，柔性部分發(fā)生很小程度形變，而彈性部分伴隨改變。由此充分證明了柔性材料和彈性材料相結(jié)合的方式能夠適應(yīng)成人頭部變化帶來(lái)的幾何形變，使線圈內(nèi)部獲得最大的填充系數(shù)。同時(shí)線圈的不完全鋪設(shè)引起的成像質(zhì)量惡化也是存在的，并且該惡化無(wú)法通過(guò)高填充系數(shù)彌補(bǔ)，臨床應(yīng)用是不可忽視的。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無(wú)利益沖突。