CN109031172A - 使用分布式电容的磁共振射频线圈结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，包括绝缘介质、位于绝缘介质的上下表面的上下层导体，上下层导体交错分布，相邻的上下层导体之间交叠，交叠的上层导体与中间的绝缘介质一起形成分布式电容。或者，不包括下层导体，上层导体在绝缘介质的上表面间隔设置，间距为1微米到1000毫米之间从而形成分布式电容。或者部分使用传统的陶瓷电容连接，而其余部分使用分布式电容。这些分布式电容(以及可能使用的部分的陶瓷电容)和导体形成谐振回路，从而用来探测磁共振射频信号。本发明成本低、图像质量好、安全性高、并能显著地降低线圈的重量，提高其柔软度，改善其可靠性，设计巧妙，结构简洁，生产工艺简单，调试方便。

Description

使用分布式电容的磁共振射频线圈结构

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及磁共振影像系统技术领域，具体是指一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构。

背景技术

磁共振成像是一种先进的人体无损成像的技术，广泛应用于人体各个部位疾病的诊断。磁共振射频线圈是磁共振成像系统的重要组成部分，其性能直接决定着磁共振成像质量的好坏。

如图1所示，传统的磁共振射频线圈由若干个集总式电容(如陶瓷电容)1和若干段导体2依次交替设置并连接形成回路，这些电容1和导体2通常附着在绝缘介质层(如FR4板或聚酰亚胺薄膜)3上。这些导体2自身的电感和电容1形成一个射频谐振回路，其谐振频率等于磁共振信号的频率时能够最有效地探测人体所发出的微弱的磁共振射频信号。线圈谐振频率的调节是通过改变电容1的数量、位置和电容值来实现的。

随着磁共振场强的升高，其信号频率也越来越高，因此其电容1的分布也需要越来越密集，容值越来越小。比如3.0T的磁共振其信号频率为127.7MHz，其电容1的间距通常为10-20厘米一个，容值为10-30pF。这样就带来几个问题：

第一个是由于电容1需要是低损耗的无磁陶瓷电容，这种电容的价格很高，所以电容1分布越密，其成本越高；

第二个是电容1两端有很强的电场分布，这些电场会穿透进人体，对图像质量和安全性都有不良影响；

第三个问题是柔性线圈使用越来越多，而在柔性线圈中，密集的电容分布会严重影响线圈的可弯曲性，增加线圈的重量，并且由于柔性电路和电容1的焊接处极易折断，导致严重的可靠性问题。

因此，需要提供一种新型的用于磁共振成像的磁共振射频线圈结构，其成本低、图像质量好、安全性高、并能显著地降低线圈的重量，提高其柔软度，改善其可靠性。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其成本低、图像质量好、安全性高、并能显著地降低线圈的重量，提高其柔软度，改善其可靠性。

本发明的另一目的在于提供一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其设计巧妙，结构简洁，生产工艺简单，调试方便，适于大规模推广应用。

实现上述目的的技术方案是：使用若干段互不连接的导体，但导体和导体之间不再用独立的陶瓷电容连接，而是利用这些导体所形成分布式电容。这些导体一方面形成电感，而同时也参与形成分布式电容，通过调节这些导体的长度、宽度、相对位置等方式可以调节其谐振频率，当谐振频率等于磁共振信号频率时，就能有效地探测磁共振射频信号。同时，由于电容为分布式电容，所以电场不会集中在很小的区域内，也有利于安全和图像质量的提高。

具体来说，可以有不同的实现方式：

在频率不太高的时候，可以用若干段上层导体、若干段下层导体和介于两层导体中间的绝缘介质层，相邻的上层导体和下层导体之间相互交错，中间有一层绝缘介质层，相互交错的上层导体、下层导体和中间的绝缘介质层就会形成一个分布式电容，这个回路就可以近似地看成由这些交叠导体部分所形成的若干个分布式电容与其余不交叠的上层导体和下层导体形成若干个电感所形成的谐振回路。通过调节导体的长度、宽度、交叠面积、绝缘介质材料、绝缘介质厚度等参数就可以调节分布式电容的容值，从而调节线圈的谐振频率。在实际生产过程中，只需要使用剪刀裁剪导体的交叠面积就可以改变线圈的谐振频率，非常便于生产调试。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是传统的磁共振射频线圈的俯视示意图

图2是本发明的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构的一个具体实施例的俯视透视示意图。

图3是图2所示的具体实施例的局部剖视示意图。

图4是图2所示的具体实施例的谐振频率的计算结果图。

图5是本发明的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构的另一具体实施例的俯视透视示意图。

图6是本发明的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构的又一具体实施例的俯视透视示意图。

(符号说明)

1陶瓷电容；2导体；3绝缘介质层；4上层导体；5下层导体。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

实施例1(环形通道，六个分布式电容，没有任何陶瓷电容1，0.3mm厚的FR4基材)

如图2和图3所示，上层导体4为3个，下层导体5为3个，分别相互交错地位于绝缘介质层3的上下两个表面上(请参见图3所示的剖面图)。所有上层导体4和下层导体5均为等长的圆弧形，半径为70mm，厚度为35μm，宽度为9mm，弧形的弧度为90度，相互交叠部分的弧度为30度。绝缘介质层3的绝缘介质为0.3mm的玻璃纤维环氧树脂FR4基材，相对介电常数为4.3。每段圆弧形导体的长度为110mm，相互交叠部分为37mm，则整个环路共有6处交叠，每段交叠的面积约为37mmx9mm＝333mm²。根据平板电容公式：

C＝ε₀*ε_r*A/d

其中C为电容值，ε₀为真空介电常数，ε_r为绝缘介质的相对介电常数，A为交叠面积，d为绝缘介质厚度。

经计算可得，每一段交叠所形成的分布式电容的电容值大约为42pF。经过仿真可以得到，这样一个环形射频回路其谐振频率为127.7MHz(如图4所示)，可以用来探测3.0T磁共振系统的射频信号。

实施例2(环形通道，四个分布式电容，两个集总式陶瓷电容，0.3mm厚的聚酰亚胺)

如图5所示，本实施例中的射频线圈包括4个上层导体4、2个下层导体5和绝缘介质层3，绝缘介质层3是0.3mm厚的聚酰亚胺薄膜。

本实施例中的射频线圈的一部分射频回路包括3个上层导体4和2个下层导体5，上层导体4和下层导体5分别位于绝缘介质层3的上表面和下表面上，上层导体4和下层导体5在绝缘介质层3的上下两面交错分布，相邻的上层导体4和下层导体5有交叠，交叠的上层导体4、下层导体5和中间的绝缘介质层3一起形成分布式电容，这些分布式电容把互不连通的3个上层导体4和2个下层导体5形成一部分射频回路。

射频线圈的另外一部分射频回路包括上述3个上层导体4中的首尾两个上层导体4、剩余的一个上层导体4以及2个陶瓷电容1，通过2个陶瓷电容1将这3个沿环形方向间隔设置的上层导体4连接在一起，即仍然使用集总式电容例如传统的陶瓷电容1连接相邻的上层导体4，其中一个陶瓷电容1用来作为线圈接入前置放大器的信号输出点，另外一个陶瓷电容1用来做失谐电路，用于在磁共振系统发射期间，使得本接收线圈失谐，从而保护整个射频系统。

实施例3

如图6所示，本实施例中，整个射频线圈只是由6个上层导体4和绝缘介质层3组成，上层导体4相互之间间隔一定的距离(1微米到1000毫米)，这些上层导体4均位于绝缘介质层3的上表面上，相邻上层导体4之间没有相互交叠，但由于距离较近，相互之间也形成分布式电容，所以和自身的分布电感也能形成谐振。由于这些分布式电容值较小，因此谐振频率很高，可以用在高场或超高场谐振线圈中。

磁共振射频线圈结构中的形成电感和分布式电容的这部分导体也可以是其它形状，或其它印刷电路板的基材做绝缘介质层，用同样的思路很容易制作不同尺寸、形状和工作频率的射频线圈结构。

因此，本发明使用若干互不连接的导体，但导体和导体之间不再全部都使用独立的集总式陶瓷电容连接，而是利用(或部分利用)这些导体形成分布式电容。这些导体一方面形成电感，而同时也参与形成分布式电容，通过调节这些导体的长度、宽度、相对位置等方式可以调节其谐振频率，当谐振频率等于磁共振信号频率时，就能有效地探测磁共振射频信号。同时，由于电容为分布式电容，所以电场不会集中在很小的区域内，也有利于安全和图像质量的提高。

具体来说，可以有不同的实现方式，比如说在频率不太高的时候，可以用若干上层导体、若干下层导体和介于上层导体和下层导体中间的绝缘介质层，相邻的上层导体和下层导体之间相互交错，中间有一层绝缘介质层，相互交错的上层导体、下层导体和中间的绝缘介质层就会形成一个分布式电容，这个回路就可以近似地看成由这些交叠导体部分所形成的若干个分布式电容与其余不交叠的上层导体和下层导体形成若干个电感所形成的谐振回路。通过调节导体的长度、宽度、交叠面积、绝缘介质材料、绝缘介质厚度等参数就可以调节分布式电容的容值，从而调节线圈的谐振频率。在实际生产过程中，只需要使用剪刀裁剪导体的交叠面积就可以改变线圈的谐振频率，非常便于生产调试。

从而，本发明的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构不需要使用或大量减少使用陶瓷电容来进行频率调节，生产工艺简单，成本低，调试方便，并能显著地降低柔性线圈的重量，提高其柔软度，改善其可靠性。

综上，本发明的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构其成本低、图像质量好、安全性高、并能显著地降低线圈的重量，提高其柔软度，改善其可靠性，设计巧妙，结构简洁，生产工艺简单，调试方便，适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

Claims (11)

1.一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于，所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构的射频线圈的射频回路包括若干段上层导体、若干段下层导体和一层绝缘介质，所述上层导体和所述下层导体位于所述绝缘介质的上表面和下表面，所述上层导体和所述下层导体交错分布，相邻的所述上层导体和所述下层导体交叠，交叠的所述上层导体、所述下层导体和中间的所述绝缘介质一起形成分布式电容，所述分布式电容把互不连通的若干段所述上层导体和若干段所述下层导体形成所述射频回路。

2.根据权利要求1所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述上层导体、所述下层导体和所述绝缘介质采用双面印刷电路板来实现，所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材，所述上层导体和所述下层导体分别为所述印刷电路板的上层敷铜和下层敷铜。

3.根据权利要求2所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述印刷电路板是传统的双面玻璃纤维环氧树脂电路板，所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材玻璃纤维环氧树脂，所述上层导体和所述下层导体分别为所述上层敷铜和所述下层敷铜。

4.根据权利要求2所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述印刷电路板是柔性的聚酰亚胺双面电路板,所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材聚酰亚胺，所述上层导体和所述下层导体分别为所述上层敷铜和所述下层敷铜。

5.一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于：

所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构的射频线圈的射频回路的一部分包括若干段上层导体、若干段下层导体和一层绝缘介质，所述上层导体和所述下层导体位于所述绝缘介质的上表面和下表面，所述上层导体和所述下层导体交错分布，相邻的所述上层导体和所述下层导体交叠，交叠的所述上层导体、所述下层导体和中间的所述绝缘介质一起形成分布式电容，所述分布式电容把互不连通的若干段所述上层导体和所述下层导体形成所述的射频回路的一部分；

所述的射频线圈的射频回路的剩余部分包括若干段导体和传统的集总式电容，相邻所述导体之间通过所述的传统的集总式电容连接，所述的射频线圈的射频回路的剩余部分和所述的射频线圈的射频回路的一部分之间通过另外的所述的传统的集总式电容连接。

6.根据权利要求5所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述上层导体、所述下层导体和所述绝缘介质采用双面印刷电路板来实现，所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材，所述上层导体和所述下层导体分别为所述印刷电路板的上层敷铜和下层敷铜。

7.根据权利要求6所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述印刷电路板是传统的双面玻璃纤维环氧树脂电路板，所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材玻璃纤维环氧树脂，所述上层导体和所述下层导体分别为所述上层敷铜和所述下层敷铜。

8.根据权利要求6所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述印刷电路板是柔性的聚酰亚胺双面电路板,所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材聚酰亚胺，所述上层导体和所述下层导体分别为所述上层敷铜和所述下层敷铜。

9.根据权利要求5所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述集总式电容为无磁陶瓷电容。

10.一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于，所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构的射频线圈的射频回路包括若干段互不连通的导体和一层绝缘介质，所述导体设置在所述绝缘介质的上表面或下表面，相邻所述导体之间没有交叠且相距1μm-1000mm从而形成分布式电容，所述导体自身的分布电感与所述分布式电容形成谐振回路，从而用来接收磁共振射频信号。

11.根据权利要求10所述的使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，其特征在于:

所述导体和所述绝缘介质采用印刷电路板来实现，所述绝缘介质为所述印刷电路板的基材，所述导体为所述印刷电路板的敷铜。