[发明专利]多共振超导探测器

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于探测多核的多共振超导探测器。例如，该探测器可以用来产生高质量的磁共振图象。

发明背景

以前，在诸如磁共振成象等许多场合，用磁环形探测器探测一选定频率范围内的信号。现今一般使用的传统接收环是由铜线制成的。

磁共振成象(MRI)用于医学领域，它通过测量人体受磁场作用时体内被选定原子核的响应，来产生人体各个部位的图象，供检查和诊断之用。MRI探测器的构造使其共振频率与所选原子核的共振频率相等。MRI的一个例子是乳房摄影术，它用于检测妇女乳房中的肿块。将线圈式的探测器放在被检查的乳房周围，拍MRI“照片”。该MRI照片基于线圈对组织中一种特定原子核的探测，线圈的共振频率与被成象的特定原子核相同。另一例MRI的应用是人的头部，可用于检测肿瘤或癌。有两种常用的MRI探测器：体线圈和面线圈。体线圈非常大，足以围住一部分人体或动物的身体，例如头部线圈。面线圈为平面形状，或者是身体器官的局部表面形状。面线圈贴近成象区域放置，因此它具有一个小的视野(“FOV”)，可以显示所关心局部区域的高分辨率图象。传统上，用于MRI的线圈不用超导材料制作。

近年来，已在MRI，显微镜检查(MRM)和分光镜检查(MRS)中使用超导探测器，用于提高该探测器的信噪比(SNR)，使之优于传统的铜线探测器。这些超导探测器通过降低接收线圈的噪声成份来提供充分的SNR增益。这是由于超导体在射频频率(1-500 MHz)和低温下的电阻值大约比金属电阻值小三个数量级。超导体较低的电阻导致了用超导体制成的线圈具有较高的品质因子(Q)，由于SNR正比于Q的平方根，所以可以提高探测器的SNR。作为比较，由高温超导体(“HTS”)制成的薄膜线圈在33.7 MHz和77K下具有大于10,000的Q值，而用金属Ag制成的类似薄膜线圈在相同频率和温度下，Q值为10。

由于在实践中，金属薄膜线圈的Q值很低，所以金属线(主要为铜)被用来制造传统的体线圈和面线圈。一般地说，用铜线制造的线圈具有100-500的Q值。超导体的低电阻可以使薄膜线圈的Q值大于导线线圈。

磁环形探测器已被开发用来产生以钠23(²³Na)的存在为基础的MRI图像，其中钠23是一种对医学成象很有用的原子核。用超导材料制成的探测器，其信噪比(“SNR”)至少大于铜线圈的10倍，铜线圈因其较高的固有电阻，会产生较大振幅的噪声。这种SNR增益对于活体的²³Na MRI是极为重要的，由于²³Na总的灵敏性较低，所以活体²³Na MRI的SNR较差。与²³Na MRI相关的另一个主要的实践性困难在于，要把探测器准确定位在将作成象的区域。

因此，若能同时对不同共振频率的两个或多个共振原子核进行探测将是有利的。希望能够用单个探测器检测多个共振，以便合适地定位和聚焦在希望扫描的区域。但是，如果将多个接收线圈放得非常靠近，那么必须考虑两个线圈之间产生的互感，以便对探测器进行合适的调谐。

发明内容

本发明是一种多共振超导体探测器，它可用于MRI、MRM和MRS等场合。多共振探测器具有多个由超导薄膜制成的线圈，超导薄膜位于一衬底上。每个线圈最好包括一个螺旋形电感器，内外环之间有叉指式凸起相互交叉。较佳实施例中的线圈绕一公共点同心，以便就多个接收线圈提高探测器的总视场。探测器的构造考虑了衬底上个别接收线圈的互感效应，并且通过改变与特定线圈上的叉指数，可就每个线圈结构对探测器进行进一步的精细调谐。多共振探测器可以通过从附加共振频率获得的附加数据来改善所需物体的成象。多共振探测器可以用以下方式来制作：将超导薄膜沉积在衬底上；制作合适的线圈结构，以便解决互感问题，并精细调谐个别线圈。

还可将每个接收线圈放在分立的层中来构造多共振探测器，其中可以把缓冲层放在任何两个相邻的线圈层之间。多层结构便于使用相同直径的线圈，以便增加所有接收线圈的相互视场。

附图概述

结合附图，阅读以下关于本发明较佳实施例的详细描述，将清楚本发明的其他目的、特点和长处。附图有：

图1是依照本发明构造的多共振超导探测器的平面图；

图2A是一曲线图，示出了频率较高的接收线圈之共振频率对两线圈间耦合系数的关系；

图2B是一曲线图，示出了频率较低的接收线圈之共振频率对两线圈间耦合系数的关系；

图3是一电路图，模拟了多共振探测器中的两个相邻线圈；