CN1969194A - 低局部sar鸟笼射频线圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测磁共振信号的射频线圈(30)包括多个分布电容(70)以及被布置成横向于横挡(70)并且与横挡(70)耦合的一个或多个导电段或环(72，74，100)。每个横档(70)包括：(i)具有第一和第二主侧面(82，84)的绝缘衬底(80)；(ii)在第一主侧面上的第一多个间隔导电区(86)；以及(iii)在第二主侧面上的第二多个间隔导电区(88)。第一和第二多个间隔导电区(86，88)被交错，从而在磁共振频率下有效地电容耦合以限定分布电容。

Description

低局部SAR鸟笼射频线圈
以下涉及磁共振领域。它特别应用于在高磁场下的磁共振成像，并且将特别参考其进行描述。然而，它也应用于一般的磁共振成像、以及磁共振光谱法和相关磁共振技术。
在设计磁共振成像扫描器时，涉及在分配给主磁场线圈、磁场梯度线圈和射频线圈的空间之间的折衷。用于减小由整体射频鸟笼线圈所取代的体积或厚度的一种方法是采用平面箔横档(rung)和端环。然而，在薄箔横档中每个横档中的电流增加，电阻损耗增加，并且比吸收率(SAR)受到不利影响。这些问题在更高磁场下变得更尖锐。
而且，在更高磁场下，磁共振频率增加并且相应波长减小，从而增加了分立电容器对局部SAR的不利影响。分立电容器也可以在更高的工作频率下产生相当大的射频场不均匀性。添加附加的分立电容器来分布和减小这些影响增加了制造复杂性，并且扩大了射频线圈的总体积。
本发明设想了克服前述限制以及其他问题的改进装置和方法。
根据一个方面，公开了一种用于检测磁共振信号的射频线圈。多个分布电容横档均包括：(i)具有第一和第二主侧面的绝缘衬底；(ii)在第一主侧面上的第一多个间隔导电区；以及(iii)在第二主侧面上的第二多个间隔导电区。第一和第二多个间隔导电区在磁共振频率下被耦合以限定分布电容。一个或多个导电段被布置成横向于横档并且与横档耦合。
根据另一方面，磁共振成像扫描器包括：在检查区中产生在空间和时间上基本恒定的磁场的主磁体，在检查区中产生所选磁场梯度的磁场梯度线圈，以及射频线圈。射频线圈包括多个分布电容横档以及被布置成横向于横档并且与横档耦合的一个或多个导电段。每个横档包括(i)具有第一和第二主侧面的绝缘衬底；(ii)在第一主侧面上的第一多个间隔导电区；以及(iii)在第二主侧面上的第二多个间隔导电区。第一和第二多个间隔导电区在磁共振频率下被耦合以限定分布电容。
根据又一方面，提供一种用于制造射频线圈的方法。在绝缘横档衬底的第一主侧面上形成第一多个间隔导电区。在与第一主侧面相对的绝缘横档衬底的第二主侧面上形成第二多个间隔导电区。对多个绝缘横档衬底重复形成第一和第二多个间隔导电区以形成多个分布电容横档。横档与一个或多个横向导电段连接。
一个优点在于提供一种减小的射频线圈厚度而不增加电流耗散。
另一优点在于提供一种电流耗散减小的射频线圈而不增加线圈厚度。
另一优点在于简化制造和便于复杂线圈设计的制造。
又一优点在于提供一种比吸收率(SAR)减小的射频线圈。
再一优点在于射频场均匀性提高和信噪比(SNR)提高。
对于本领域的普通技术人员而言，一阅读优选实施例的以下详细描述，众多附加优点和益处将变得显而易见。
本发明可以具体化为各种部件和部件的配置、以及各种过程操作和过程操作的配置。附图仅仅是为了说明优选实施例的目的，并且不应当被解释为限制本发明。
图1图解示出一种包括射频线圈的磁共振成像系统，所述射频线圈带有具有分布电容的横档。
图2图解示出射频线圈的侧视图。
图3图解示出图2的射频线圈的横档之一的一部分的侧视图。
图4图解示出图2的射频线圈的横档之一的一部分的透视图。
图5图解示出图2的射频线圈的环之一的端视图。
参考图1，磁共振成像扫描器10包括限定通常为圆柱形的扫描器镗孔(bore)14的外壳12，相关的成像对象16被布置在所述镗孔内。主磁场线圈20被布置在外壳12内，并且在包含在扫描器镗孔14中的成像区内产生通常沿着图1中z方向被引导的在空间和时间上基本恒定的B0磁场。大约3T-7T的B0场是优选的，但是也可以设想高于7T以及低至零点几特斯拉的场。典型地，主磁场线圈是布置在低温护罩(cryoshrouding)24内部的超导线圈。然而，也可以采用电阻主磁场线圈。
外壳12还容纳或支撑磁场梯度生成结构，例如磁场梯度线圈26，用于有选择地产生平行于z方向、横向于z方向或沿着其他所选方向的磁场梯度。外壳12进一步容纳或支撑射频体线圈30，其具有带有高分布电容的横档，用于有选择地激发磁共振。具体而言，射频体线圈30产生横向于主B0磁场的射频B1磁场。射频B1磁场在拉莫尔频率下被产生以用于激发核磁共振。对于在7T的质子成像，大约298MHz的B1频率是合适的，而在3T，大约128MHz的B1频率是合适的。在所说明的实施例中，线圈30是整体鸟笼线圈；然而，这里所述的分布电容导体也可以用于带有或不带有端帽的头线圈中，或用于其他类型的局部线圈中。外壳12典型地包括布置在限定扫描器镗孔14的鸟笼线圈30内部的装饰内衬36。
在成像期间，主磁场线圈20在成像区内在镗孔14中产生平行于z方向的在空间和时间上恒定的B0磁场。磁共振成像控制器40操作磁场梯度控制器42以有选择地激励磁场梯度线圈26，以及操作耦合到射频线圈30的射频发射器44以有选择地激励射频线圈30。通过有选择地操作磁场梯度线圈26和射频线圈30，磁共振在成像对象16的感兴趣区域的至少一部分中生成并且进行空间编码。通过借助梯度线圈26来施加所选磁场梯度，在磁共振信号的采集期间横穿所选k空间轨迹，例如笛卡儿轨迹、多个径向轨迹、或螺旋轨迹。也与射频线圈30耦合的射频接收器46在横穿k空间轨迹期间接收磁共振采样。采样被存储在磁共振数据存储器50中。可选地，使用独立的发射和接收射频线圈，二者之一或全部可以利用例如这里所述的分布电容导体。
磁共振数据通过重建处理器52被重建为一个或多个重建图像。在k空间采样数据的情况下，可以采用基于傅里叶变换的重建算法。也可以使用其他重建算法，例如基于滤波反向投影的重建，这取决于所采集的磁共振成像数据的格式。由重建处理器52所生成的一个或多个重建图像被存储在图像存储器56中，并且可以被显示在用户接口60的显示器58上，被存储在非易失性存储器中，在局部内联网或因特网上被传输，被查看，被存储，被操作，等等。用户接口60也可以使得放射科医师、技术人员或磁共振成像扫描器10的其他操作者能够与磁共振成像控制器40通信，以选择、修改和执行磁共振成像序列。
所述的磁共振成像系统是个例子。这里所述的射频线圈可以与基本上任何类型的磁共振成像扫描器一起使用，例如开放式磁体扫描器、垂直磁体扫描器等等。而且，这里所述的射频线圈可以用于除成像之外的磁共振过程中，例如磁共振光谱法。
参考图2，在所说明的实施例中射频线圈30包括通常彼此平行布置的多个横档70、以及横向于横档70布置的一个或多个导电段或环。在所说明的图2的实施例中，在横档70的相对端附近有两个环72、74。在所说明的线圈30中，两个环72、74在磁共振频率下与横档70耦合以限定鸟笼线圈。可选地，也可以包括导电端帽(未示出)或其他相关结构。例如，一些头线圈包括导电端板。而且，射频护罩或滤网(screen)典型地围绕线圈30，但是未在这里示出。
继续参考图2并进一步参考图3和4，每个横档70包括具有第一和第二主侧面82、84的绝缘横档衬底80。第一多个间隔导电区86被布置在第一主侧面82上。第二多个间隔导电区88被布置在第二主侧面84上。第一和第二主侧面82、84由绝缘横档衬底80的厚度隔开，该厚度被选择成提供在第一和第二多个导电区86、88之间的选择分布电容耦合。因而，横档衬底80与第一和第二多个导电区86、88一起共同限定了沿着横档70每单位长度具有所选电容的分布电容。在所说明的实施例中，导电区之间的间隔Δs对于第一多个间隔导电区86和第二多个间隔导电区88都是相同的；然而，第二多个间隔导电区88相对于第一多个间隔导电区86交错Δs/2的交错距离以提高电容耦合。也可以设想除了间隔的一半之外的交错比。优选地，第一和第二导电区86、88是共同大小的薄片。然而，也可以采用沿着横档非均匀大小的分布，从而例如调节分布电容以校正射频场非均匀性。
典型地，第一和第二主侧面82、84由绝缘横档衬底80的厚度隔开，该厚度被选择成在三微米与三十微米之间，其典型地提供适合于磁共振成像应用的分布电容耦合。每单位长度的分布电容取决于诸如下述的因素：横档衬底80的厚度，包括横档衬底80的材料的介电常数，导电区的间隔Δs，第二多个间隔导电区88相对于第一多个间隔导电区86的交错，以及导电区的大小和尺寸。本领域的技术人员可以容易地使用常规电磁公式或商业电磁仿真软件计算这些参数的值，所述值提供了每单位长度的比分布电容。在一些实施例中，在第一和第二多个导电区86、88的每个中包括至少二十个导电区以提供在空间上基本均匀分布的电容。对于固定的横档长度，增加导电区的数量通常提高射频场均匀性并减小最大局部SAR。优选地，导电区在长度上小于一厘米，以使一米长的横档限定数百个电容器。
用于制造横档70的一个合适的过程始于双面印刷电路板具有在两个主侧面上布置的铜膜或其他导电涂层。印刷电路板的绝缘板部分被选择成具有横档衬底80的期望厚度。印刷电路板被切割或修剪以匹配期望的长度和宽度尺寸。光刻控制化学蚀刻、激光切割、或另一金属切削过程用于除去每个侧面上的铜膜的多个部分，以使铜膜的剩余部分限定第一和第二多个间隔导电区86、88。可选地，光刻控制升离(lift-off)过程可以用于仅仅在对应于横档70的导电区的区域中有选择地淀积铜。这些过程操作是标准印刷电路板制造过程操作。
因为横档衬底80通常是薄的，例如在一些优选实施例中在三微米与三十微米之间，所以它通常不具有足够刚性以独立用在磁共振扫描器10中。因此，在第一和第二多个间隔导电区86、88形成之后，一个或两个主侧面被结合(bond)到通常比横档衬底80厚的刚性绝缘机械支撑衬底。在图3和4所说明的特定实施例中，第二主侧面84被结合到机械支撑衬底90，而第一主侧面82未被结合到支撑衬底。然而，可选地，两个主侧面可以被结合到机械支撑衬底以提供进一步的刚性和保护导电区免于磨损或其他损坏。在其他实施例中，通过将横档衬底80结合到磁共振成像扫描器10的另一部件上来提供机械支撑。例如，蚀刻的横档衬底80可以被结合到线圈架(former)或支撑梯度线圈26的其他结构支撑，或者可以被结合到装饰内衬36的背面，等等。
在一些制造实施例中，在宽度跨越若干横档宽度的大印刷电路板衬底上执行限定第一和第二多个间隔导电区86、88的光刻、激光切割或其他处理。在光刻处理之后，大印刷电路板被切割成各个横档。可选地，不是通过切割分离各个横档，大印刷电路板可以被弯曲以使大印刷电路板成曲形，以适合限定线圈形状的线圈架。在这些实施例中，横档70被布置在扫描器10中支撑线圈30的所有横档70的共同横档衬底上。在采用共同衬底的鸟笼实施例中，共同衬底被弯曲或以另外方式被成形为通常为圆柱的形状，其中横档70平行于圆柱形状的圆柱轴。
在一些实施例中，设想了蚀刻或激光切割双涂层印刷电路板的一个侧面以限定第一多个导电区86，然后将第一主侧面82结合到刚性机械支撑衬底，之后蚀刻或切割相对主侧面上的间隙以限定第二多个导电区88。
应当理解，每个横档可以包括数打、数百或更多个间隔导电区。制造这种小零件直接使用常规的基于光刻的电路板制造技术。而且，因为制造适合于大规模处理，所以大量的横档可以被包括在每个射频线圈中。例如，设想了在单个鸟笼线圈中包括几百个横档。使用大量横档提高了射频场均匀性并减小了最大局部SAR。制造的横档70与一个或多个导电环72、74连接。在一些实施例中，环包括由分立电容器连接的导体。
参考图5，在其他实施例中，环72、74是以类似于分布电容横档70的所述制造的方式制造的分布电容环。图5中所说明的实例环100例如可以对应于图2的导电环72、74。环100包括类似于横档衬底80的环衬底102。环衬底102包括类似于横档衬底80的第一和第二主侧面82、84的外和内主侧面104、106。第一多个间隔导电区110被布置在外主侧面104上，以及第二多个间隔导电区112被布置在外主侧面106上。这些多个间隔导电区110、112类似于横档70的第一和第二多个间隔导电区86、88。
典型地，环衬底102是薄的，例如在大约三微米与大约三十微米之间的厚度，并且是挠性的。挠性环衬底102被布置在环形刚性线圈架之上或之中，以限定导电环100的期望形状。在图5所说明的实施例中，在形成第一和第二多个间隔导电区110、112之后，内主表面被结合到环形刚性绝缘线圈架114。可选地，第二环形刚性线圈架也被提供以覆盖另一主表面104。在其他设想的实施例中，环形线圈架包括用于容纳挠性环衬底102的环形槽。在又一实施例中，挠性环衬底102被结合到磁共振成像扫描器10的另一部件，例如支撑梯度线圈26的线圈架的表面、装饰内衬36的背面等等。
在图5所说明的实施例中，导电区被布置在环衬底102的内和外主侧面104、106二者上。在其他实施例中，导电区可以被仅仅布置在内和外侧面的一个上。也就是，可选地省略环100的第一和第二多个导电区110、112中的一个。
返回参考图2，横档70与一个或多个环72、74的连接可以通过各种工艺实现，例如铜焊、熔接、焊接等等，从而机械地和电地耦合横档70和环72、74。还设想了采用环和横档之间的电容电耦合而不物理地连接环和横档的导电区。电容耦合可以通过如上所述的交叠导电区实现。
尽管相对于环形、椭圆形或圆形的鸟笼线圈进行了描述，但是本技术也适用于半圆形、平的或其他形状的线圈。所有导体可以通过在共同衬底的相对侧面上的金属切削或淀积形成。制造的平线圈可以适合于结构衬底或具有其他轮廓的线圈架。可选地，上面参考横档80描述的构造的条可以类似于磁带被应用于所选轮廓的结构衬底。
在形成线圈之后，导电材料可选地被增加或除去以将线圈更精确地调谐到所选频率。可选地或另外地，变容二极管、前置放大器或其他电子部件可以用于电子地调谐线圈，或者可以用于在未使用时对线圈解调。
已经参考优选实施例描述了本发明。显然，其他人在阅读和理解前面的详细描述后将想到修改和变化。打算本发明应当被解释为包括所有这样的修改和变化，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内。

Claims (21)

1.一种用于检测磁共振信号的射频线圈，所述射频线圈包括：
多个分布电容横档(70)，每个横档包括：(i)具有第一和第二主侧面(82，84)的绝缘衬底(80)；(ii)在第一主侧面上的第一多个间隔导电区(86)；以及(iii)在第二主侧面上的第二多个间隔导电区(88)，第一和第二多个间隔导电区(86，88)在磁共振频率下被耦合以限定分布电容；以及
一个或多个导电段(72，74，100)，其被布置成横向于横档(70)并且与横档(70)耦合。
2.如权利要求1所述的射频线圈，其中第二多个间隔导电区(88)相对于第一多个间隔导电区(86)交错。
3.如权利要求1所述的射频线圈，其中所述一个或多个导电段(72，74)均包括：导电环。
4.如权利要求1所述的射频线圈，其中每个导电段(72，74，100)包括：
具有外和内主侧面(104，106)的绝缘衬底环(102)；
多个间隔导电区(110，112)，其被布置在外主侧面(104)和内主侧面(106)的至少一个上。
5.如权利要求1所述的射频线圈，其中每个导电段进一步包括：
具有外和内主侧面(104，106)的绝缘衬底环(102)；
外部多个间隔导电区(110)，其被布置在外主侧面(104)上；以及
内部多个间隔导电区(112)，其被布置在内主侧面(106)上，所述外部和内部多个间隔导电区(110，112)在磁共振信号频率下电容耦合。
6.如权利要求1所述的射频线圈，其中多个分布电容横档(70)的绝缘衬底(80)是在横档(70)之间延伸并且支撑多个横档(70)的第一和第二多个间隔导电区(86，88)的共同衬底。
7.如权利要求1所述的射频线圈，其中第一多个间隔导电区(86)包括至少二十个导电区，以及第二多个间隔导电区包括至少二十个导电区(88)。
8.如权利要求1所述的射频线圈，其中第一多个间隔导电区(86)包括至少一百个导电区，以及第二多个间隔导电区包括至少一百个导电区(88)。
9.如权利要求1所述的射频线圈，其中导电区(86，88)在长度上均小于一厘米。
10.如权利要求1所述的射频线圈，其中每个横档(70)进一步包括：支撑结构(90)。
11.如权利要求1所述的射频线圈，其中每个绝缘衬底(80)的第一和第二主表面(82，84)分离的厚度在大约三微米与大约三十微米之间。
12.一种磁共振成像扫描器，包括：
在检查区中产生在空间和时间上基本恒定的磁场的主磁体(20)；
在检查区中产生所选磁场梯度的磁场梯度线圈(26)；以及
如权利要求1所述的射频线圈(30)。
13.一种用于制造射频线圈的方法，所述方法包括：
通过下述形成多个分布电容横档(70)：
在绝缘横档衬底(80)的第一主侧面(82)上形成第一多个间隔导电区(86)，以及
在与第一主侧面相对的绝缘横档衬底(80)的第二主侧面(84)上形成第二多个间隔导电区(88)；以及
连接横档(70)与一个或多个横向导电段(72，74，100)。
14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
选择绝缘横档衬底(80)的厚度以在第一和第二多个间隔导电区(86，88)之间提供所选电容耦合。
15.如权利要求13所述的方法，其中第一和第二多个间隔导电区(86，88)的形成包括：
在具有淀积在第一和第二相对主侧面上的导电膜的印刷电路板上，在布置于第一主侧面(82)上的导电膜中形成间隙以限定第一多个间隔导电区(86)；以及
在布置于第二主侧面(84)上的导电膜中形成间隙以限定第二多个间隔导电区(88)。
16.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
在形成第一和第二多个间隔导电区(86，88)之后，将第一和第二主侧面(82，84)中的至少一个固定到绝缘支撑(90)上，该绝缘支撑在所选的线圈模式中比绝缘横档衬底(80)更刚性。
17.如权利要求13所述的方法，进一步包括：
通过下述形成每个横向导电段(72，74，100)：(i)在绝缘段衬底(102)的第一主侧面(104)上形成第一多个间隔导电区(110)和(ii)在绝缘段衬底(102)的第二主侧面(106)上形成第二多个间隔导电区(112)，第一和第二多个间隔导电区(110，112)彼此电容耦合。
18.如权利要求17所述的方法，其中每个横向导电段(72，74，100)的形成进一步包括：
在形成第一多个间隔导电区(110)之后，将绝缘段衬底(102)布置在环形线圈架(114)之上或之中。
19.如权利要求13所述的方法，其中横档(70)与一个或多个横向导电段(72，74，100)的连接包括：
连接横档(70)与一个或多个环(72，74，100)。
20.如权利要求13所述的方法，其中第一和第二多个间隔导电区(86，88)的形成包括：
在共同衬底上形成多个分布电容横档(70)的第一和第二多个间隔导电区(86，88)，所述共同衬底在横档(70)之间延伸。
21.如权利要求20所述的方法，进一步包括：
将共同衬底形成为通常为圆柱的形状，其中横档(70)平行于圆柱形状的圆柱轴。
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