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[摘要]对射频发射体线圈的发射原理进行阐述，解释正交射频线圈可以有效的提高射频线圈的发射效率的原因，对鸟笼线圈空间磁场均匀性进行分析，解释鸟笼线圈被广泛的应用的原因。
[关键词]核磁共振 鸟笼线圈 正交 发射效率
中图分类号：O44 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2008）1210074-01
核磁共振成像（MRI）是以核磁共振（NMR）为物理基础的影像分析技术。而射频线圈是核磁共振系统中激发与接收NMR信号的核心部件。由于NMR信号非常微弱，所以射频线圈通常需要工作在谐振状态下，而谐振频率就是系统的NMR共振频率。随着近年来高场强磁体与快速扫描序列的应用，对射频发射的功率要求越来越高，因此一方面需要射频功放提供更高的增益，而另一方面可以通过发射线圈的设计来节省功率消耗，增加输出效率，从而减轻射频功放的负荷。
一、射频场B1与主磁场B0
人体磁共振成像的重点研究对象是人体细胞中的氢原子核H[1]，即质子，正在自旋的质子在主磁场B0的作用下，会以一定的角速度沿着B0方向进动，进动轨迹似陀螺，形成圆锥，如图1所示，此时，在与B0垂直的方向上施加射频脉冲B1，对旋进的质子进行激励，当射频脉冲的频率等于质子的进动频率时，质子的旋进角度将不断增大，它的磁化矢量M逐渐倒向xy平面，如图2所示，这一特定的频率即为共振频率，然后截断激励脉冲B1，质子的磁化矢量M又恢复到原来的位置，从高能级向低能级跃迁，同时发射出与射频激励脉冲频率相同的射频信号，这一过程称为“弛豫”，再对信号进行图像处理和图像重建，能得到人体的磁共振图像，病变组织与正常组织的弛豫时间不同，医生能根据图像准确地作出判断。图中，磁化矢量M向xy平面的倒向速度与激励脉冲B1的幅值有关，B1越大，M的倒向速度越快，这也是快速扫描序列所要求的。B1由发射线圈产生，发射系统的功率放大器向发射线圈提供所需功率，功率的传输效率与线圈结构密切相关，根据线圈发射的磁场特性，可分成三种类型：线极化、圆极化和椭圆极化。
二、椭圆极化
椭圆极化的磁场轨迹在xy平面上是一个椭圆
射频场与磁化矢量的关系如图3所示，椭圆的两个分量如图4所示，其中Ba分量的旋转方向与M相同，而Bb的旋转方向则相反，Bb对M不起作用，这部分分量也被浪费掉了，椭圆极化线圈有双马鞍型、马鞍型和螺线管线圈的混合型线圈可以计算出椭圆极化时的功率发射效率：射频磁场的磁感应强度B1是由发射线圈中的交变电流产生的，i的变化周期为T，而且B1正比于i，设射频功率消耗为P，则：
L为线圈电感，所以在椭圆极化发射时，总共需要消耗功率为：
P=k(Ba2+Bb2)，k为比例常数，其中对M有用的功率为Pa=kBa2，发射效率为η=Ba2/(Ba2+Bb2)，增大Ba分量，能提高发射效率这就是鸟笼线圈的发射效率最高的原因。
三、鸟笼线圈
（一）单电流环产生的场强。单环表面线圈的一个缺点就是它周围的射频场强随着物理位置有很大变化，因此会导致在成像空间内不同位置产生的信号强度不同，从而影响成像质量。
（二）鸟笼线圈的设计。为了解决上面所提到的单环线圈所存在的问题，将两个单环线圈平行放置，通以相同方向的电流可使两个线圈之间的空间磁场强度的均匀性大为改善，即亥姆霍兹线圈，从图5可以看出沿Z轴的磁场的空间均匀性要远好于单电流环。
然而在x，y≠0的空间平面中，依然存在场强不均匀的问题，于是将线圈沿Y轴方向延伸，形成鞍型线圈原型，增强了Y≠0的空间场均匀性，同理为了增强沿X，Z轴的空间磁场均匀性，继续增加电流环的数目，最终生成鸟笼谐振腔由如图6所示。
四、结论
1．圆极化作为椭圆极化发射的一种特例发射的效率最高，它比线极化发射能减小一半功率消耗，这是鸟笼线圈被广泛运用的重要原因。
2．由鸟笼线圈进化的过程可以清晰的看出鸟笼线圈具有良好的空间磁场均匀性，因此作为发射线圈能够使被测体在检测范围内接收均匀的能量，从而保证最终的图像质量。
参考文献：
[1]朱小平、苏学曾，《核磁共振成像入门》.上海同济大学出版社. 19871.
[关键词]核磁共振 鸟笼线圈 正交 发射效率
中图分类号：O44 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2008）1210074-01
核磁共振成像（MRI）是以核磁共振（NMR）为物理基础的影像分析技术。而射频线圈是核磁共振系统中激发与接收NMR信号的核心部件。由于NMR信号非常微弱，所以射频线圈通常需要工作在谐振状态下，而谐振频率就是系统的NMR共振频率。随着近年来高场强磁体与快速扫描序列的应用，对射频发射的功率要求越来越高，因此一方面需要射频功放提供更高的增益，而另一方面可以通过发射线圈的设计来节省功率消耗，增加输出效率，从而减轻射频功放的负荷。
一、射频场B1与主磁场B0
人体磁共振成像的重点研究对象是人体细胞中的氢原子核H[1]，即质子，正在自旋的质子在主磁场B0的作用下，会以一定的角速度沿着B0方向进动，进动轨迹似陀螺，形成圆锥，如图1所示，此时，在与B0垂直的方向上施加射频脉冲B1，对旋进的质子进行激励，当射频脉冲的频率等于质子的进动频率时，质子的旋进角度将不断增大，它的磁化矢量M逐渐倒向xy平面，如图2所示，这一特定的频率即为共振频率，然后截断激励脉冲B1，质子的磁化矢量M又恢复到原来的位置，从高能级向低能级跃迁，同时发射出与射频激励脉冲频率相同的射频信号，这一过程称为“弛豫”，再对信号进行图像处理和图像重建，能得到人体的磁共振图像，病变组织与正常组织的弛豫时间不同，医生能根据图像准确地作出判断。图中，磁化矢量M向xy平面的倒向速度与激励脉冲B1的幅值有关，B1越大，M的倒向速度越快，这也是快速扫描序列所要求的。B1由发射线圈产生，发射系统的功率放大器向发射线圈提供所需功率，功率的传输效率与线圈结构密切相关，根据线圈发射的磁场特性，可分成三种类型：线极化、圆极化和椭圆极化。
二、椭圆极化
椭圆极化的磁场轨迹在xy平面上是一个椭圆
射频场与磁化矢量的关系如图3所示，椭圆的两个分量如图4所示，其中Ba分量的旋转方向与M相同，而Bb的旋转方向则相反，Bb对M不起作用，这部分分量也被浪费掉了，椭圆极化线圈有双马鞍型、马鞍型和螺线管线圈的混合型线圈可以计算出椭圆极化时的功率发射效率：射频磁场的磁感应强度B1是由发射线圈中的交变电流产生的，i的变化周期为T，而且B1正比于i，设射频功率消耗为P，则：
L为线圈电感，所以在椭圆极化发射时，总共需要消耗功率为：
P=k(Ba2+Bb2)，k为比例常数，其中对M有用的功率为Pa=kBa2，发射效率为η=Ba2/(Ba2+Bb2)，增大Ba分量，能提高发射效率这就是鸟笼线圈的发射效率最高的原因。
三、鸟笼线圈
（一）单电流环产生的场强。单环表面线圈的一个缺点就是它周围的射频场强随着物理位置有很大变化，因此会导致在成像空间内不同位置产生的信号强度不同，从而影响成像质量。
（二）鸟笼线圈的设计。为了解决上面所提到的单环线圈所存在的问题，将两个单环线圈平行放置，通以相同方向的电流可使两个线圈之间的空间磁场强度的均匀性大为改善，即亥姆霍兹线圈，从图5可以看出沿Z轴的磁场的空间均匀性要远好于单电流环。
然而在x，y≠0的空间平面中，依然存在场强不均匀的问题，于是将线圈沿Y轴方向延伸，形成鞍型线圈原型，增强了Y≠0的空间场均匀性，同理为了增强沿X，Z轴的空间磁场均匀性，继续增加电流环的数目，最终生成鸟笼谐振腔由如图6所示。
四、结论
1．圆极化作为椭圆极化发射的一种特例发射的效率最高，它比线极化发射能减小一半功率消耗，这是鸟笼线圈被广泛运用的重要原因。
2．由鸟笼线圈进化的过程可以清晰的看出鸟笼线圈具有良好的空间磁场均匀性，因此作为发射线圈能够使被测体在检测范围内接收均匀的能量，从而保证最终的图像质量。
参考文献：
[1]朱小平、苏学曾，《核磁共振成像入门》.上海同济大学出版社. 19871.