RU214274U1

RU214274U1 - Wireless RF Coil for Breast Magnetic Resonance Imaging

Info

Publication number: RU214274U1
Application number: RU2022110383U
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Пучнин; Анна Александровна Хуршкайнен; Алена Вадимовна Щелокова; Георгий Алексеевич Соломаха; Айгерим Джандалиева; Алексей Петрович Слобожанюк
Filing date: 2022-04-18
Publication date: 2022-10-19

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике и представляет собой беспроводную радиочастотную катушку для магнитно-резонансной томографии молочных желез, содержащую два массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы из параллельных телескопических проводов, соединенных с обоих концов через емкости, расположенные на печатных платах. В устройство дополнительно включены два резонатора, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей, в виток каждого из которых включен конденсатор, при этом ось спиралей ортогональна осям кольцевых резонаторов. Техническим результатом является обеспечение высокого уровня амплитуды обеих ортогональных компонент индукции РЧ магнитного поля в области исследования - молочных железах человека.

The utility model relates to medical technology and is a wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands, containing two arrays of non-magnetic rectangular metal ring resonators from parallel telescopic wires connected at both ends through containers located on printed circuit boards. Two resonators are additionally included in the device, consisting of two identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals, a capacitor is included in the coil of each of them, while the axis of the spirals is orthogonal to the axes of the ring resonators. The technical result is to provide a high level of amplitude of both orthogonal components of the RF magnetic field induction in the study area - the human mammary glands.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике и предназначена для возбуждения ядер атомов в области исследования - молочных железах человека - на резонансной частоте магнитно-резонансного томографа (МРТ).The utility model relates to medical technology and is designed to excite the nuclei of atoms in the area of study - the human mammary glands - at the resonant frequency of a magnetic resonance imaging (MRI) scanner.

Известна катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез (полезная модель РФ №190567U1, МПК A61B 5/00, дата приоритета 27.12.2018, дата публикации 03.07.2019), представляющая собой резонансные элементы, состоящие из диэлектрических материалов с высоким значением относительной диэлектрической проницаемости. Катушка возбуждается объемной передающей катушкой МРТ и позволяет получать изображения внутренней структуры тканей молочных желез человека без подключения РЧ кабелем к системам аппарата МРТ. Недостатком существующего решения является температурная зависимость значения диэлектрической проницаемости резонансных элементов, которая может изменяться в ходе проведения МР исследования и влиять на настройку резонансной частоты катушки, и, как следствие, приводит к снижению качества получаемых изображений.Known coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands (useful model of the Russian Federation No. 190567U1, IPC A61B 5/00, priority date 12/27/2018, publication date 07/03/2019), which is a resonant element consisting of dielectric materials with a high relative permittivity . The coil is excited by the MRI volumetric transmitting coil and allows to obtain images of the internal structure of human mammary gland tissues without connecting an RF cable to the systems of the MRI machine. The disadvantage of the existing solution is the temperature dependence of the dielectric constant of the resonant elements, which can change during the MR study and affect the tuning of the resonant frequency of the coil, and, as a result, leads to a decrease in the quality of the images obtained.

Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением, принятым за прототип, является беспроводная РЧ катушка на основе объемных резонаторов для визуализации молочных желёз (полезная модель РФ №198926U1, МПК A61B 5/00, дата приоритета 30.03.2020, дата публикации 03.08.2020). Данная беспроводная РЧ катушка состоит из массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов с распределенными емкостными нагрузками, образующими систему, рабочая частота которой не зависит от температуры внешней среды.The technical solution closest to the proposed device, taken as a prototype, is a wireless RF coil based on cavity resonators for imaging the mammary glands (utility model RF No. 198926U1, IPC A61B 5/00, priority date 03/30/2020, publication date 08/03/2020). This wireless RF coil consists of an array of non-magnetic metal ring resonators with distributed capacitive loads, forming a system whose operating frequency does not depend on the ambient temperature.

Существенный недостаток прототипа заключается в недостаточно высоком качестве изображения из-за того, что беспроводная РЧ катушка увеличивает амплитуду только одной из двух ортогональных компонент индукции РЧ магнитного поля объемной передающей катушки МРТ.A significant drawback of the prototype lies in the insufficiently high image quality due to the fact that the wireless RF coil increases the amplitude of only one of the two orthogonal components of the induction of the RF magnetic field of the bulk MRI transmission coil.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является улучшение качества визуализации молочных желез в клинических аппаратах МРТ.The task to be solved by the proposed utility model is to improve the quality of imaging of the mammary glands in clinical MRI machines.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении чувствительности в режиме приема. The problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the sensitivity in the reception mode.

Данный технический результат достигается благодаря тому, что беспроводная радиочастотная катушка для магнитно-резонансной томографии молочных желез, содержащая два массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы, состоящих из параллельных телескопических проводов, соединенных с обоих концов через емкости, расположенные на печатных платах, отличающаяся тем, что в беспроводную радиочастотную катушку дополнительно включены два резонатора, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей, в виток каждого из которых включен конденсатор, при этом ось спиралей ортогональна осям кольцевых резонаторов. Конденсаторы, включенные в витки соосных плоских спиралей, могут быть выполнены подстроечными. Одинаковые электрически замкнутые проводники в виде соосных плоских спиралей могут быть выполнены на печатной плате, а емкости, соединяющие телескопические провода, могут быть выполнены сосредоточенными.This technical result is achieved due to the fact that a wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands, containing two arrays of non-magnetic rectangular metal ring resonators, consisting of parallel telescopic wires connected at both ends through containers located on printed circuit boards, characterized in that that two resonators are additionally included in the wireless radio frequency coil, consisting of two identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals, a capacitor is included in the coil of each of them, while the axis of the spirals is orthogonal to the axes of the ring resonators. Capacitors included in the turns of coaxial flat spirals can be made trimmer. The same electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals can be made on a printed circuit board, and the capacitances connecting the telescopic wires can be made lumped.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами. The essence of the claimed utility model is illustrated by figures.

На фиг. 1 - общий вид устройства.In FIG. 1 - general view of the device.

На фиг. 2 - распределения амплитуды РЧ магнитного поля, построенные вдоль трех пространственных координат.In FIG. 2 - amplitude distributions of the RF magnetic field plotted along three spatial coordinates.

Устройство состоит из двух массивов немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы, состоящих из параллельных телескопических проводов 1, соединенных с обоих концов через ёмкости, расположенные на печатных платах, включающие металлические полоски 2, расположенные на обеих сторонах диэлектрической подложки 3, а также двух резонаторов, состоящих из двух одинаковых проводников в виде соосных плоских спиралей 4, расположенных на диэлектрических подложках 5. В разрыв проводника каждой из спиралей включен конденсатор 6. Плоские спирали электрически замкнуты двумя металлическими перемычками 7. На фиг. 2 показаны распределения амплитуды магнитного поля беспроводной РЧ катушки в зависимости от трех пространственных координат, на графиках также для сравнения приведены кривые зависимости амплитуды магнитного поля катушки, принятой за прототип. В левом столбце фиг. 2 также показаны сечения устройства и белой пунктирной линией обозначены направления, вдоль которых построены кривые зависимости амплитуды от пространственных координат. The device consists of two arrays of non-magnetic rectangular metal ring resonators, consisting of parallel telescopic wires 1, connected at both ends through capacitances located on printed circuit boards, including metal strips 2 located on both sides of the dielectric substrate 3, as well as two resonators consisting of two identical conductors in the form of coaxial flat spirals 4 located on dielectric substrates 5. A capacitor 6 is included in the gap of the conductor of each of the spirals. The flat spirals are electrically closed by two metal jumpers 7. In Fig. 2 shows the distribution of the amplitude of the magnetic field of the wireless RF coil depending on three spatial coordinates, the graphs also show for comparison the dependence curves of the amplitude of the magnetic field of the coil taken as a prototype. In the left column of Fig. Figure 2 also shows the sections of the device, and the white dotted line indicates the directions along which the curves of the dependence of the amplitude on the spatial coordinates are plotted.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В режиме передачи на два изолированных друг от друга входа объемной передающей катушки аппарата МРТ поступает РЧ сигнал, при этом разность начальной фазы сигнала на входах передающей катушки составляет 90 градусов. РЧ сигналы возбуждают два ортогональных вырожденных собственных колебания объемной передающей катушки, создавая в области исследуемого объекта РЧ магнитное поле круговой поляризации. При этом вектор индукции РЧ магнитного поля вращается в плоскости (плоскость XY выбранной координатной системы), для которой вектор индукции постоянного магнитного поля аппарата МРТ ориентирован в направлении нормали. Немагнитные металлические кольцевые резонаторы прямоугольной формы (Y-резонаторы), состоящие из параллельных телескопических проводов 1, образуют в совокупности резонансную систему за счет емкостей, соединяющих концы соседних проводов 1. Емкости представляют собой печатные платы, включающие металлические полоски 2, расположенные на обеих сторонах диэлектрической подложки 3. Два идентичных Y-резонатора установлены таким образом внутри тоннеля аппарата МРТ, что направление вектора индукции магнитного поля фундаментального собственного колебания Y-резонатора было ориентировано преимущественно вдоль оси Y. In transmit mode, two isolated from each other inputs of the volumetric transmitting coil of the MRI apparatus receive an RF signal, while the difference in the initial phase of the signal at the inputs of the transmitting coil is 90 degrees. The RF signals excite two orthogonal degenerate natural oscillations of the volumetric transmitting coil, creating an RF magnetic field of circular polarization in the region of the object under study. In this case, the induction vector of the RF magnetic field rotates in the plane (the XY plane of the selected coordinate system), for which the induction vector of the constant magnetic field of the MRI apparatus is oriented in the direction of the normal. Non-magnetic rectangular metal ring resonators (Y-resonators), consisting of parallel telescopic wires 1, together form a resonant system due to capacitances connecting the ends of adjacent wires 1. The capacitances are printed circuit boards, including metal strips 2 located on both sides of the dielectric substrates 3. Two identical Y-resonators are installed in such a way inside the tunnel of the MRI apparatus that the direction of the magnetic field induction vector of the fundamental natural vibration of the Y-resonator was oriented mainly along the Y axis.

Резонаторы, состоящие из двух одинаковых электрически замкнутых проводников в виде соосных плоских спиралей 4 (X-резонаторы), установлены таким образом внутри тоннеля аппарата МРТ, что направление вектора индукции магнитного поля соосных плоских спиралей 4 преимущественно совпадало с направлением оси X. За счет коллинеарности векторов магнитной индукции X-резонаторов и Y-резонаторов с соответственно векторами магнитной индукции двух ортогональных собственных колебаний объемной передающей катушки, в X-резонаторах и Y-резонаторах возникает ЭДС индукции. Токи, наводимые в X-резонаторах и Y-резонаторах, создают вторичное РЧ магнитное поле в области молочных желез человека. При этом амплитуды двух ортогональных компонент создаваемого магнитного поля соизмеримы по величине. Таким образом, за счет использования двух типов резонаторов, предлагаемая беспроводная катушка увеличивает в области интереса амплитуду РЧ магнитного поля в режиме передачи при заданной мощности в режиме передачи и чувствительность в режиме приема. The resonators, consisting of two identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals 4 (X-resonators), are installed in such a way inside the tunnel of the MRI machine that the direction of the magnetic field induction vector of the coaxial flat spirals 4 mainly coincides with the direction of the X axis. Due to the collinearity of the vectors magnetic induction of X-resonators and Y-resonators with, respectively, the vectors of magnetic induction of two orthogonal natural oscillations of the bulk transmitting coil, an EMF of induction occurs in X-resonators and Y-resonators. The currents induced in the X-resonators and Y-resonators create a secondary RF magnetic field in the region of the human mammary glands. In this case, the amplitudes of the two orthogonal components of the generated magnetic field are comparable in magnitude. Thus, due to the use of two types of resonators, the proposed wireless coil increases the amplitude of the RF magnetic field in the transmit mode at a given power in the transmit mode and the sensitivity in the receive mode in the region of interest.

Claims

1. A wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands, containing two arrays of non-magnetic rectangular metal ring resonators, consisting of parallel telescopic wires connected at both ends through capacitances located on printed circuit boards, characterized in that the wireless radio frequency coil additionally two resonators are included, consisting of two identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals, a capacitor is included in the coil of each of which, while the axis of the spirals is orthogonal to the axes of the ring resonators.

2. Wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands according to claim 1, characterized in that the capacitors included in the coils of coaxial flat spirals are made trimmer.

3. Wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands according to claim 1, characterized in that identical electrically closed conductors in the form of coaxial flat spirals are made on a printed circuit board.

4. Wireless radio frequency coil for magnetic resonance imaging of the mammary glands according to claim 1, characterized in that the capacitances connecting the telescopic wires are concentrated.