CN113093074A - 一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，包括由若干电容或失谐电路组件通过若干段导体连接起来组成的线圈谐振回路，所述线圈谐振回路附着在柔性基材上，且所述线圈谐振回路的外部封装有_柔性 ^封皮 _；至少一段所述导体、其所附着的柔性基材以及其外部的_柔性 ^封皮均 _弯折 ^呈之字形弹性段。本发明的具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，结构设计和生产都很简单，成本低、安全性高、突破了传统柔性线圈不能对复杂曲面完美包裹的限制，使得磁共振射频线圈具有一定的弹性和可拉伸性能。

Description

一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构

技术领域

本发明属于磁共振影像系统技术领域，涉及一种具有可拉伸弹性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。

根据物理定律，磁共振射频线圈在探测人体发出的磁共振射频信号的时候，距离人体越近越好。另外，由于线圈直接放置在人体附近或人体上，所以病人的舒适性是一个重要考量因素。

最早的射频线圈都是硬线圈，由导体、电容和电感等形成的射频电路直接附着在硬质的塑料外壳上，这种线圈舒适性很差。

为了提高病人的舒适性，后来就发明了柔性射频线圈，由导体、电容和电感形成的射频电路直接附着在柔性的基材上(如聚酰亚胺等)，并将电路进行柔性的封装(如皮革缝制、发泡、热压等)。这种柔性线圈不但病人的舒适性高很多，而且通用性强，适用于不同尺寸大小的病人，还可以更好地贴近人体，图像质量更佳。因此柔性线圈已经成为射频线圈设计的主流，甚至发明了一些可穿戴式柔性射频线圈。

但是，目前的柔性线圈都有一个突出的缺点，那就是电路导体及基材虽然是柔性的，可以弯折，但是没有弹性，不能拉伸。这就很大程度上限制了柔性线圈的设计和使用，比如为了适应少部分大尺寸病人，线圈必须做的很大，否则将包不住，而对大部分人来说就太大了，影响图像质量。另外，由于柔性线圈没有弹性，因此传统的柔性线圈只能适合用形状比较规则的部位扫描，比如膝关节部位，肘关节，腹部等，这些部位近似于圆柱形或椭圆柱形，柔性线圈可以包裹得比较严实。而对于一些复杂的部位，如头部、颈部、脚部等部位，由于其外形没法展开成一个平面，因此没法用一个柔性线圈进行有效的包裹。如果柔性线圈不仅能够进行弯曲，还能够拉伸，这个限制将彻底打破。

专利US20190219648A1就发明了一种有弹性的磁共振射频线圈，这个专利核心是使用一个可以拉伸的、有弹性的导电材料(如液态金属铟镓)制作一个可以拉伸的射频环形单元，这个可以拉伸的环形单元再封装在一个有弹性的，可以拉伸封装材料(如Neoprene氯丁橡胶，cast urethane铸型聚氨酯)里面。但这个专利由于和传统的使用柔性印刷电路板的线圈制作工艺很不相同，而且有很大拉伸弹性的导体也是很少见的，因此实现起来比较复杂，成本也高。

另据公开报道，美国普渡大学的一个研究小组公开了一种可拉伸可穿戴的射频线圈结构，他们的做法是在一张织物上缝上一根导线，用这根导线做线圈导体，这根导线适当地来回弯折，穿在人身上时，可以适当地拉伸。由于导线本身较粗，显然不适合反复弯折，也不适合批量生产。

目前最常用的柔性磁共振射频线圈工艺是使用柔性印刷电路板技术，通常以聚酰亚胺为基底材料，上面敷有一层或多层导电铜箔，按照磁共振射频线圈通道分布的需要，使用腐蚀技术将不需要的铜箔腐蚀掉，留下需要的铜箔就形成射频通道的导电回路。这种技术工艺成熟，设计和制作简单，制作出来的射频线圈柔性好，寿命长。

但是，聚酰亚胺电路板虽然柔韧性非常好，但是本身没有很好地延展性和可拉伸性，因此，目前的柔性线圈基本上都是不能拉伸、没有弹性的平面结构。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，结构设计和生产都很简单，成本低、安全性高、突破了传统柔性线圈不能对复杂曲面完美包裹的限制，使得磁共振射频线圈具有一定的弹性和可拉伸性能。

实现上述目的的技术方案是：一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，包括由若干电容或失谐电路组件通过若干段导体连接起来组成的线圈谐振回路，所述线圈谐振回路附着在柔性基材上，且所述线圈谐振回路的外部封装有柔性封皮；

至少一段所述导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

上述的一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其中，所述线圈谐振回路呈矩形，同一方向上的部分导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

上述的一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其中，所述线圈谐振回路呈矩形，两个方向上的部分导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

上述的一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其中，所述磁共振射频线圈结构为七通道线圈，具有七个线圈谐振回路，每个线圈谐振回路呈圆形，其中一个线圈谐振回路位于中间形成中间通道，其余六个线圈谐振回路均布在中间通道的外围形成六个外部通道，且六个外部通道上的电容或失谐电路组件均位于所述中间通道内；每个外部通道上的一段导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

本发明的具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，结构设计和生产都很简单，成本低、安全性高、突破了传统柔性线圈不能对复杂曲面完美包裹的限制，使得磁共振射频线圈具有一定的弹性和可拉伸性能。

附图说明

图1为传统的磁共振线圈谐振回路的结构示意图；

图2为一个方向可拉伸的单通道磁共振射频线圈结构的结构示意图；

图3为一个方向可拉伸的三通道磁共振射频线圈结构的结构示意图；

图4为两个方向可拉伸的单通道磁共振射频线圈结构的结构示意图；

图5为两个方向可拉伸的多通道磁共振射频线圈结构的结构示意图；

图6为七通道的具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1，传统柔性线圈的谐振回路是由若干电容或失谐电路组件1'通过若干段导体2'连接起来组成。这些导体自身就形成电感、电容(以及失谐电路里面的电容)形成谐振回路。为了取得尽可能高的信噪比，这些导体的长度要尽量短，所以其形状通常为直线段或弧线段。

受到中国传统剪纸工艺的启发，本发明在目前的柔性印刷电路板工艺的基础上，稍加变动，至少一段导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段，就可以制作出具有弹性的、可拉伸的磁共振射频线圈。

实施例一：

请参阅图2，一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，为单通道线圈，具有一个线圈谐振回路，线圈谐振回路由若干电容或失谐电路组件1通过若干段导体2连接起来组成，线圈谐振回路附着在柔性基材上，且线圈谐振回路的外部封装有柔性封皮；同一方向上的部分导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段21。图2中是左右方向上的一段导体故意做成来回弯折的“之”字形，这样沿左右施加拉力的时候，线圈就能额外多左右拉伸出一定的长度。具体拉伸多少取决于“之”字形部分的长度和数量。

这种结构由于线圈谐振回路上导体本身就做的比传统结构线圈的导体长，所以其电阻较大，信噪比理论上会降低。但是对于1.5T及以上场强的线圈来说，导体本身的损耗占线圈整体损耗中的比例并不是很高，所以并不会显著影响线圈的信噪比。另外，线圈拉伸开后，其谐振频率也会发生漂移，也会某种程度上降低线圈的信噪比，但经过适当的设计和调试，其信噪比的变化应该能控制在10％以内，并不会显著影响图像质量。而且线圈由于有弹性，能够更好地贴合病人，其带来的信噪比的提升通常会比这个结构本身导致的信噪比的降低更为显著。另外，由于线圈的失谐电路、巴伦等的频率是不会随着线圈形状的变化而变化，所以其安全性是不会受到影响的。

请参阅图3，将3个图2中的单通道线圈组合，就能形成一个3通道相控阵射频线圈。此线圈在保持较高信噪比的同事，具有更大的FOV，同时其可拉伸幅度更大。但这种结构在实际使用过程中还有一个问题就是电缆线的问题，因为通常线圈内部的电缆线也是走直线，所以线圈拉伸的时候电缆线会拉断。一个解决方案就是把电缆线本身也做成来回弯折的“之”字形，这样线圈的电缆线和谐振回路就能够同步拉伸。

实施例二：

请参阅图4，一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，为单通道线圈，具有一个线圈谐振回路，线圈谐振回路由若干电容或失谐电路组件1通过若干段导体2连接起来组成，线圈谐振回路附着在柔性基材上，且线圈谐振回路的外部封装有柔性封皮；线圈谐振回路呈矩形，两个方向上的部分导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段21。导体在左右方向和上下方向上都选取一段做成来回弯折的“之”字形，这样线圈就能够在两个方向上拉伸。

请参阅图5，将多个图4所示的单通道线圈组合形成一个多通道的相控阵射频线圈，具有更大的成像范围和更大的拉伸幅度。

实施例三：

请参阅图6，一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，为七通道线圈，具有七个线圈谐振回路，每个线圈谐振回路由若干电容或失谐电路组件1通过若干段导体2连接起来组成，线圈谐振回路附着在柔性基材上，且线圈谐振回路的外部封装有柔性封皮3；每个线圈谐振回路呈圆形，其中一个线圈谐振回路位于中间形成中间通道10，其余六个线圈谐振回路均布在中间通道的外围形成六个外部通道20，且六个外部通道20上的电容或失谐电路组件均位于中间通道10内；每个外部通道20上的一段导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段21。这种结构的七通道线圈在6个外部通道拉开时候，可以扣合在人脑等近似球面的部位，还可以比较好地贴合在颈部等形状非常复杂人体部位上，突破传统线圈的限制。

本发明的具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，受到中国传统剪纸工艺的启发，通过将线圈谐振回路的部分导体故意做成来回弯折的“之”字形，提供了一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，这种结构设计和生产都很简单，成本低、安全性高、突破了传统柔性线圈不能对复杂曲面完美包裹的限制，为磁共振成像的更多应用开辟了可能。

本发明可以结合分布式电容技术，即将线圈谐振回路中传统的分立式的陶瓷电容更换为由柔性印刷电路板的上层导体、下层导体和中间绝缘层形成的分布式电容，效果会更佳。

本发明的具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，基于传统的柔性线圈，只是将其射频回路的部分导体、其所附着的柔性基材及其外部的柔性皮故意做成曲折来回的之字形，这样在受到外力的时候，线圈的导体、柔性基材和外部封装就会进行适当的拉伸，使线圈的尺寸变大，而在外力消失后，线圈又能恢复到原来的状态，从而使线圈有一定的弹性和可拉伸性能。突破了磁共振射频线圈没有弹性，不能拉伸的局限，为磁共振射频线圈更巧妙的设计和更灵活的应用开辟了可能性。而且实现方法非常简单，陈本也很低，适于大规模推广应用。

综上所述，本发明的具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，结构设计和生产都很简单，成本低、安全性高、突破了传统柔性线圈不能对复杂曲面完美包裹的限制，使得磁共振射频线圈具有一定的弹性和可拉伸性能。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其特征在于，包括由若干电容或失谐电路组件通过若干段导体连接起来组成的线圈谐振回路，所述线圈谐振回路附着在柔性基材上，且所述线圈谐振回路的外部封装有柔性封皮；

至少一段所述导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

2.根据权利要求1所述的一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其特征在于，同一方向上的部分导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

3.根据权利要求1所述的一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其特征在于，两个方向上的部分导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

4.根据权利要求1所述的一种具有可拉伸弹性的磁共振射频线圈结构，其特征在于，所述磁共振射频线圈结构为七通道线圈，具有七个线圈谐振回路，每个线圈谐振回路呈圆形，其中一个线圈谐振回路位于中间形成中间通道，其余六个线圈谐振回路均布在中间通道的外围形成六个外部通道，且六个外部通道上的电容或失谐电路组件均位于所述中间通道内；每个外部通道上的一段导体、其所附着的柔性基材以及其外部的柔性封皮均弯折呈之字形弹性段。

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