核磁共振成像系統(tǒng)(MRI)可以拍攝高分辨率的人體剖面透視圖，為醫(yī)療癥斷提供非常有用的信息。射頻探針是MRI系統(tǒng)的重要部件，該探針發(fā)射出均勻的射頻磁場(chǎng)，并接收人體反射回來(lái)的磁共振信號(hào)，還原出高質(zhì)量的圖像。本文將描述一種核磁共振成像系統(tǒng)探頭的電磁分析。
現(xiàn)在已有很多MRI系統(tǒng)的射頻探頭，為了提高填充系數(shù)，進(jìn)而提高信噪比，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注非柱狀線圈的研究。橢園線圈就非常適合門(mén)診應(yīng)用(如手腕或腹部診斷)。這種線圈也適合非醫(yī)療場(chǎng)合(如分析包裝內(nèi)部的食品)。這種線圈不但理論分析復(fù)雜而且實(shí)際實(shí)現(xiàn)也很困難，需要使用鳥(niǎo)籠分析方法(birdcage analysis)。
文獻(xiàn)3提出了一種簡(jiǎn)單、高效的橢圓槽狀振蕩器用于取代橢圓鳥(niǎo)籠線圈。通過(guò)有限元數(shù)值計(jì)算顯示(部分考慮屏蔽效應(yīng))，橢圓槽狀振蕩器的場(chǎng)均勻性和非柱狀鳥(niǎo)籠線圈一樣，而且具有容易制造和操作的優(yōu)點(diǎn)。作者使用瞬態(tài)分析法對(duì)空載橢圓槽狀振蕩器進(jìn)行二維電磁分析。
該分析可以得出該振蕩器的電磁參數(shù)：[L]和[C]矩陣，并且考慮到所有幾何參數(shù)，仿真出該設(shè)計(jì)的射頻端口頻率響應(yīng)S11。為了展示該SER在實(shí)際應(yīng)用中的性能，該諧振器被用于一個(gè)最優(yōu)配置的MRI系統(tǒng)中，當(dāng)做射頻探針，該系統(tǒng)工作于300MHz(中子成像)，該諧振器表現(xiàn)出-73.27dB的最小反射，其空載品質(zhì)因子為500。
圖1為橢圓槽狀振蕩器的等效電路圖，該線圈由兩個(gè)厚度為t的導(dǎo)體板構(gòu)成，兩個(gè)板位于圓柱體的兩邊，分別通有反向的電流.兩塊導(dǎo)體板可以裝在橢圓的長(zhǎng)軸(a)或短軸(b)上，文獻(xiàn)3通過(guò)有限元分析法計(jì)算得知:導(dǎo)體板裝在短軸上對(duì)應(yīng)的場(chǎng)均勻性更好，兩個(gè)導(dǎo)體板的底部通過(guò)電容相連，
圖1b為這個(gè)橢圓槽狀振蕩器的剖面圖，θ角被稱為“窗口角(window angle)”，窗口角的最佳值和橢圓外殼長(zhǎng)軸-短軸比值(a/b)以及外半徑-長(zhǎng)軸比(rb/a)有關(guān)。文獻(xiàn)3種分析的SER的a/b=1.8，rb/a=2.4，在窗口角為72度時(shí)，達(dá)到最佳場(chǎng)均勻性。屏蔽式空載SER的電磁特性可以用以下主要參數(shù)來(lái)表征：電感矩陣[L]、電容矩陣[C];以及其次要參數(shù)：空載品質(zhì)因子Qo。電感矩陣[L]中：
對(duì)角線元素表示導(dǎo)體板的自感，非對(duì)角線元素表示導(dǎo)體板間的互感。電容矩陣[C]則表示兩塊導(dǎo)體板之間的電容效應(yīng)，兩者一起表示屏蔽式SER存儲(chǔ)的電磁能量。
本文采用的Windows平臺(tái)下的LINPAR多導(dǎo)體傳輸線矩陣參數(shù)(Matrix Parameters for Multiconductor Transmission Lines)程序計(jì)算其電感矩陣[L]和電容矩陣[C]，該軟件使用瞬態(tài)法MoM(Method of Moments)計(jì)算分段各向同性介質(zhì)中，多導(dǎo)體傳輸線的準(zhǔn)靜態(tài)矩陣。該軟件采用的方法是基于靜態(tài)電磁分析的。在分析中，用真空中的被束縛電荷替代電介質(zhì)，用自由電荷代替導(dǎo)體。根據(jù)電磁場(chǎng)的普通分量以及考慮邊界條件的電荷分布，得出一組積分方程，用MoM方法解這組方程，對(duì)于總電荷分布使用分段常數(shù)近似和Galerkin技術(shù)。
一旦得出[L]和[C]矩陣，就可采用修正的數(shù)字模型估計(jì)出振蕩器的諧振頻譜(S11)，如圖2所示。
