用于磁共振成像的射频线圈单元和射频线圈的制作方法

本发明属于磁共振成像领域，具体涉及一种用于磁共振成像的射频线圈单元和射频线圈。

背景技术：

射频（rf，radiofrequency）线圈是磁共振系统的关键组成部件，线圈的性能对磁共振产品整体性能、安全性及图像质量有很大的影响。射频线圈在mri系统中承担磁共振信号的激励和采集工作，由射频发射线圈产生射频激发场（b1field），对置于固定主磁场（b0field）中含有自旋不为零的样品的原子核（最常用的氢原子核）进行激发，从而产生核磁共振（nmr）信号，再以接收线圈接收采集磁共振射频信号。所以，磁共振射频线圈从功能上划分，可分成单发射线圈、单接收线圈和发射接收一体化线圈三大类。

实际使用时，通常采用一个单发射（txonly）加另外一个单接收（rxonly）两个不同的线圈来实现射频信号的激发和接收；或者采用1个发射接收一体化线圈（txrxcoil）实现相同目的。

大体上，磁共振图像的信噪比（清晰度）跟主磁场（b0场）的强度大小成正比，因此磁共振技术发展的一个重要方向是不断提升磁体的磁场强度。根据主磁场的强度大小，磁共振机器可大体分为4类：低场：以永磁磁体为代表，b0≤0.5t（t是磁场强度telsa的缩写）；中场：超导磁体，以1.0t和1.5t为代表；高场：超导磁体，以3.0t为代表；超高场：超导磁体，主要有4.7t、7.0t、11.7t或更高场强。

磁共振机器中，射频线圈的一个关键技术指标是中心频率，该频率精准地跟主磁场（b0场）的强度大小成正比，b0场越大，线圈的中心频率f0越高。发射线圈的性能指标，还有另外三个非常重要的指标，首先是射频发射场（b1场）的均匀性，也是最重要的；另外一个是线圈的发射效率：最后对于目前正处于发展种的并行发射技术而言，并行发射这个潜在的性能也是很重要的。而对接收线圈而言，接收的信噪比和并行接收的性能为两个重要的指标。这两个指标都跟接收线圈的单元数（通道数）密切相关。因此，对接收线圈性能最重要的一个评判指标是线圈的接收通道数，而多通道线圈又可称为阵列线圈（arraycoil），比如8通道阵列线圈。

随着磁共振产品的发展，磁体场强和频率不断提高，射频场的两个主要负面特性：介电效应（射频涡流）和驻波效应（谐振腔效应），使得射频激发场的不均匀问题越来越严重，降低了磁共振图像的质量。此外，随着射频频率的提高，射频激发场产生的射频沉积（sar）就越大，对被检查部位造成伤害的可能性也越高，加大了病人检查的安全性风险。因此，射频发射场的均匀性改善和sar的降低成为了超高场射频技术发展的瓶颈，射频线圈性能的改进成为推动超高场mri产品发展的重中之重。

综上，随着主磁场强度的不断提高，磁共振图像的信噪比和清晰度不断提升，但随着射频频率的提升，射频激发场（b1场）的均匀性及病人安全相关的sar问题越来越严重，又严重制约了磁共振场强的进一步提升。

对于中低场强（≤1.5t）的磁共振，射频负面效应包括介电效应、驻波效应和sar问题，或者说b1场均匀性和sar问题还不明显，解决的技术方案很成熟。最常用的是采用一个全局型的鸟笼型发射体线圈（birdcagebodycoil）来激发一个圆极化的b1场，另外再加上多个局部型（localcoil）的单接收阵列线圈，就可实现既将sar控制在对病人安全的范围内，又能激发均匀的b1场，同时多个单接收的阵列线圈又能充分保证病人不同部位的接收信噪比。

当磁场上升到高场时（以3.0t为代表），射频负面效应开始显现，需要采用更严谨的sar安全性监控。b1场不均匀性的效果也开始突显，有代表性的为大体位的成像，比如腹部的图像，开始因为b1场的不均匀影响到了图像效果。高场的射频线圈解决方案也相对成熟，对大多数小体位图像而言，仍然可以采用跟中低场相似的解决方案。对于大体位的成像，最新的进展有两种方案：1、增加了椭圆极化的选项，采用圆极化——椭圆极化可切换的鸟笼型发射体线圈；2、采用了双通道并行发射技术，用两个独立的射频功放，分别输出两束独立的射频能量脉冲，产生两种独立的射频功率和相位，来驱动仍然是全局型的鸟笼型发射体线圈的两个通道。这两种新方案，特别是第2种，可以有效地改善大体位成像时b1场的均匀性，但效果仍不理想。

当磁场继续上升到超高场时（≥4.7t，典型为7.0t），因为sar安全性问题越来越突出的原因，传统成熟的全局型鸟笼发射体线圈已不再适用，发射线圈必须也采用局部型线圈来有效降低sar值，接收线圈因为接收信噪比的要求，仍然必须是局部线圈。这时，如果采用独立的单发射线圈再加上单接收线圈方案，因为两个线圈都是局部线圈，尺寸接近，距离也会很近；加上超高场对应的射频频率很高，高频分布参数影响非常显著，导致两个距离很近的线圈耦合度很高，最终都不能良好工作，因此独立的2套线圈的方案在技术上实现难度很大，所以目前业界采用最多的是单个发射接收一体化的射频线圈。

由于，图像的信噪比和磁共振并行接收性能，跟接收线圈的通道数密切相关，所以目前流行的接收线圈都是多通道的阵列线圈。例如，超高场的发射接收一体线圈，因为接收是多通道的，发射也必然是多通道的阵列线圈。多通道发射接收一体阵列线圈（multi-channeltransceiverarraycoil）再加上近年来磁共振界开始兴起并流行的多通道并行发射技术(ptx)，是目前国际上公认并经过验证的解决超高场磁共振射频问题包括sar安全性、b1场均匀性、选择性激发的唯一有效方案。

但多通道阵列线圈有个普遍性的问题，即各通道（单元）两两之间的耦合度问题。一般而言，线圈单元数目越多，两两之间不断累积的耦合就越高。单元间的耦合对线圈的整体性能影响很大，从射频信号接收的角度考虑，这些影响包括：各单元的谐振频率及阻抗匹配；阻抗匹配又影响了前置放大器的噪声系数；各通道接收的信号在磁共振图像合成时的算法问题；并行接收的性能。从射频发射的角度考虑，主要影响有：各单元的谐振频率及阻抗匹配；阻抗匹配又影响了各单元的发射效率；各单元的发射效率又进而影响了发射场的均匀性；并行发射的性能。

现有的线圈单元电路原理如图1所示，包括射频谐振电路和用于将谐振回路cp两端的线圈阻抗变换为常用的特征阻抗（一般为50ω或75ω，50ω居多），以满足前置放大器的噪声匹配或者发射时候的传输阻抗匹配的匹配网络。在电路实施的过程中，通常在导电体之间串联若干高q电容，以实现谐振目的；而匹配网络通常也可以由一个高q电容或者高q电感实现。比如图2所示的这种射频线圈单元，其匹配网络由一个高q电容cs组成。

所有实际使用的元器件和导电体都会存在内阻，即使是再良好的导电体和高q电容，仍然会存在一定的等效内阻，可以统一为rconductor；而去除掉内阻后的导电体，可以等效为一个理想的电感lconduct；另外谐振回路可看成为一个天线，天线会不可避免的存在一个等效辐射电阻。磁共振成像时，在谐振回路里面或者附近放置的水模、人体、甚至整个空间，可视为天线的等效负载电阻rload，因此图2所述的射频线圈单元实际上可用图3进一步等效。

需要指出的是，图3中的rconductor和rload并不是实体电阻，而是在电路分析时为了更直观简单的原因，添加到等效电路中的。传统上，在射频单元设计的时候，为了尽可能提高发射时候的效率或者接收时候的信噪比，rconductor和rload的影响需要尽可能的避免和减少。

图1至图3是当前射频线圈单元的3种等效形式或代表形式，为了表示的便利，下文将统一用图2的形式来表示。

上文说到，在高场（b0≤3.0t）之前，发射线圈和接收线圈一般分开成2个单独的线圈，发射线圈是鸟笼圆极化线圈，接收线圈是多通道阵列线圈。多通道接收阵列线圈的典型结构如图4所示，相邻的单元导电体之间采用部分重合（overlap）的形式依次排列而成，相邻之间的去耦方式采用部分重合overlapinductivedecoupling的方式，其余次相邻或距离更远的单元之间，往往不采用直接去耦，而利用前置放大器的前放去耦（pre-ampdecoupling）就能满足要求了。这样的好处是所有的耦合基本能满足要求，而且因为部分重合的原因，单元的面积比较大，接收的穿透力和穿透深度也比较好。

但上升到超高场时（b0≥4.7t，典型为7.0t）前文说的，发射线圈和接收线圈为同一个局部型的阵列线圈，线圈处于发射模式时，各单元之间失去了前放去耦的功能，导致单元之间，特别是次相邻单元之间的耦合（干扰）影响大大恶化。为了解决发射接收一体阵列线圈单元间的耦合问题，图4的方案由图5替代：相邻的单元之间不再采用overlap（部分重合）的感性去耦，而是在相邻的单元之间空出了一段距离，并在相邻单元间采用了电容去耦的方式，这样可以缩小每个单元的面积，增加次相邻单元之间的间距，用来改善次相邻之间单元的耦合。这种方案的好处是次相邻的单元两两之间的耦合改善了不少，但还是存在了两个明显的问题：1、每个线圈单元的面积都缩小了，造成阵列线圈在接收时候的穿透力和穿透深度明显降低；2、次相邻以及次次相邻线圈单元之间的耦合依然存在，去耦合的效果仍然非常勉强，发射场的均匀性问题并没有很好地解决。

不管从接收还是发射的角度，射频线圈（尤其是阵列线圈）各单元之间的耦合都是需要尽量回避或减少的负面因素。但阵列线圈的单元数目越多，耦合的问题就越严重，最终解决或减少的难度就越大，又反过来制约了高密度阵列线圈的开发、研制和应用。

相比较发射线圈而言，接收阵列线圈的耦合问题轻微许多。因为在接收的时候，每个线圈单元内部都会集成一个独立的低噪声前置放大器，该放大器既可以将接收到的微弱磁共振射频信号加以放大，以减少后级传输时候的信噪比损失，还有一个非常重要的功能：前置放大器的去耦合功能（pre-ampdecoupling）。该功能可以非常有效的进一步大幅减弱接收阵列线圈各单元两两之间的耦合，提升线圈的接收性能。

前置放大器关注的是噪声匹配，而不是射频能量的传输匹配，所以在放大器设计的时候才能同时兼顾噪声系数的优化和前置放大器去耦合功能。但对发射线圈而言，关注的是射频发射能量的传输匹配，因此无法兼顾类似前放的辅助去耦功能。所以相比较来说，同一个阵列线圈，在用作发射的时候，比用作接收的时候，各单元间的耦合问题要严重很多。这也最终导致在超高场中，发射接收一体线圈，线圈发射的性能如b1场均匀性及并行发射性能更难于接近理想化，最终成为超高场磁共振射频线圈的一个普遍性问题。

阵列线圈设计时，单元间的耦合是个无法回避的负面因素，特别是对于多通道高密度线圈而言，以下再分析介绍一下耦合的原理和去耦的方式。

图6给出了两个相同线圈单元的原理图和它们之间耦合的示意图，此模型为简化起见，去掉了等效的公共电阻。两个线圈单元一起放置，存在互感现象，定义互感系数为k。假设图6中左边单元中的电流i1为正常工作电流，i2是互感现象引起的感应电流，也就是耦合（干扰）的结果。在此，定义单元1对单元2的耦合（干扰）为：

（1）

其中i1是左侧线圈单元正常工作需要的电流，i2是因为i1的存在而在右侧线圈单元中感应产生的干扰电流。

根据互感原理，右侧线圈单元谐振回路上的感应电动势为：

（2）

的大小跟两个回路的电感大小和互感系数k有关，干扰电流i2的大小为：

（3）

将（3）代入（1），可以得到单元1对单元2的耦合（干扰）为：

（4）

因为两个线圈单元和等效电感l1和l2的大小是固定的，所以c21的大小取决于互感系数k和右侧线圈单元的谐振回路的阻抗大小。

根据公式（3）和（4），下面再介绍一下去耦的方式和原理：

1、减小互感系数k：常用的方法是单元间的部分重合，即部分重合去耦。以这种方式放置，左侧线圈单元在右侧线圈单元中产生的磁通量互相抵消，具体原理可参照图7所示。

2、用电容或电感去耦的方式产生另外一个电动势用来抵消。

如图8所示，在两个线圈单元间，加入一个公共的电容cc，可以在电容2端产生跟大小相等，方向相反的电压，使得感应电动势为0。电感去耦的工作原理类似。

根据公式（3），还有一种去耦方式，就是增加图8中右侧线圈单元的回路阻抗z2，先来分析一下z2的大小。

图9为图8中右侧线圈单元的谐振回路阻抗分析图，为简单起见，令图9中的lconductor为l，r(conductor+load)为r，则谐振回路中的阻抗z2为：

（5）

在此，应用一个射频电路匹配的重要概念：如果在射频电路中，存在一个面，其2端的阻抗是共轭匹配的，则任何一个面两端的阻抗都是共轭匹配的。将第一个面定在输出terminatior左侧，可以看出，其两端的阻抗都是50ω，属于共轭匹配。所以在图9中的虚线两端，阻抗也应该是共轭匹配的，即：

（6）

将公式（6）代入（5），可得到：

（7）

通过公式（7）可以发现，提高右侧单元谐振回路中的串联电阻，就可以提高回路的谐振阻抗，也可以有效的降低图8中左侧线圈单元对右侧线圈单元的干扰耦合。

又因为射频单元谐振回路的q值为：

（8）

也就是说，若增加了线圈单元谐振回路的串联电阻r，回路的q值将相应的降低，两者是等价的。

技术实现要素：

本发明的目的是：提出一种用于磁共振成像的射频线圈单元和射频线圈，以有效解决线圈单元间耦合、并行发射性能、发射场均匀性及接收穿透力的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明所提出的这种用于磁共振成像的射频线圈单元，其连接有能够主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该线圈单元的q值的主动损耗性电路。

在本发明的一些优选实施例中，所述主动损耗性电路是与该射频线圈单元中的电路元器件串联或并联的电阻。

在本发明的又一些优选实施例中，所述主动损耗性电路是与该射频线圈单元中的电路元器件串联或并联的低q值元器件。

在本发明的又一些优选实施例中，所述主动损耗性电路是与该射频线圈单元中的电路元器件串联的电导率小于铜的导电体。

在本发明的又一些优选实施例中，所述主动损耗性电路是与该射频线圈单元中的电路元器件串联或并联的等效电阻模块。

在本发明的又一些优选实施例中，所述线圈单元中连接有用于接通/断开所述主动损耗性电路的损耗性电路通断元件。

在本发明的又一些优选实施例中，所述线圈单元中连接有：

频率补偿电路，

阻抗补偿电路，

用于接通/断开所述频率补偿电路的频率补偿电路通断元件，以及

用于接通/断开所述阻抗补偿电路的阻抗补偿电路通断元件。

在本发明的又一些优选实施例中，所述线圈单元包括相互连接的谐振回路和匹配网络，所述主动损耗性电路与所述谐振回路或所述匹配网络中的电路元器件串联或并联，所述频率补偿电路与所述谐振回路的电路元器件串联或并联，所述阻抗补偿电路与所述匹配网络中的电路元器件串联或并联。

在本发明的又一些优选实施例中，所述谐振回路是一个以上的导电体及一个以上的电容串联形成的闭合回路，所述匹配网络包括电容或电感。

在本发明的又一些优选实施例中，所述谐振回路包括至少两个串联连接的电容，所述主动损耗性电路与第一二极管串联后，再与所述谐振回路中的其中一个电容并联；第一电感与第二二极管串联后，再与所述谐振回路中的另一个电容并联；所述第一二极管构成所述损耗性电路通断元件，所述第二二极管构成所述频率补偿电路通断元件。

在本发明的又一些优选实施例中，所述主动损耗性电路与第二电感和第三二极管串联后，再与所述谐振回路中的一个电容并联；所述第二电感构成所述频率补偿电路，所述第三二极管既构成所述频率补偿电路通断元件，又构成所述损耗性电路通断元件。

在本发明的又一些优选实施例中，所述主动损耗性电路和所述第二电感的两端与第一电容并联，所述第二电感和所述第一电容共同构成所述频率补偿电路。

在本发明的又一些优选实施例中，第二电容与第四二极管串联后，再与所述匹配网络中的电容或电感并联；所述第二电容构成所述阻抗补偿电路，所述第四二极管构成所述阻抗补偿电路通断元件。

本发明所提出的这种用于磁共振成像的射频线圈，为阵列线圈，该射频线圈包括至少一个上述结构的射频线圈单元。

作为优选，所述射频线圈为单发射的射频阵列线圈、单接收的射频阵列线圈或发射接收一体的射频阵列线圈。

本发明所提出的又一种用于磁共振成像的射频线圈，为鸟笼线圈，该射频线圈中连接有用于主动消耗吸收该射频线圈中射频功率、以降低该线圈的q值的主动损耗性电路。

作为优选，主动损耗性电路与该射频线圈中的电容串联或并联。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明在射频线圈单元中设置了能够主动消耗吸收该射频线圈单元中的射频功率、以降低该射频线圈单元的q值的主动损耗性电路，主动损耗性电路吸收该射频线圈单元中的射频功率、以降低该射频线圈单元的q值，提高了谐振回路的串联阻抗，进而降低由该类线圈单元组成的阵列线圈各单元两两之间的耦合度（相关系数），进而达到了提升并行发射（ptx）性能以及改善磁共振射频激发射场均匀性的目的。

2、本发明在射频线圈单元中还设置了损耗性电路通断元件、频率补偿电路、阻抗补偿电路、频率补偿电路通断元件和阻抗补偿电路通断元件。当线圈处于发射和接收两种不同的状态时，通过对应地控制损耗性电路通断元件、频率补偿电路通断元件和阻抗补偿电路通断元件的开关状态，使得主动损耗性电路、频率补偿电路和阻抗补偿电路对应地接入或脱离线圈，进而保证线圈无论处于发射状态还是接收状态，均能获得所需的谐振频率和特征阻抗。

3、传统技术为了改善发射时候的单元间耦合，线圈单元的面积很小。而本发明通过设置主动损耗性电路的方式来改善发射时候的线圈单元间耦合，线圈单元的面积无需设置的很小，因此本发明的线圈在穿透力和穿透深度上有明显的提升。

附图说明

图1：传统射频线圈单元的原理框图。

图2：传统射频线圈单元的电路原理图。

图3：传统射频线圈单元的等效电路图。

图4：传统射频接收阵列线圈的电路原理图。

图5：传统超高场射频发射接收一体阵列线圈的电路原理图。

图6：两个相同线圈单元的藕合示意图。

图7：两线圈单元部分重合去耦方式的磁通量示意图。

图8：两线圈单元电容去耦方式的示意图。

图9：图8中右侧线圈单元的谐振回路阻抗分析图。

图10：本发明实施例一中射频线圈单元的电路原理图。

图11：本发明实施例二中射频线圈单元的电路原理图。

图12：本发明实施例三中射频线圈单元的电路原理图。

图13：本发明实施例四中射频线圈单元的电路原理图。

图14：本发明实施例五中射频线圈单元的电路原理图。

图15：本发明实施例五中射频线圈单元处于接收状态时的等效电路图。

图16：本发明实施例五中射频线圈单元处于发射状态时的等效电路图。

图17：本发明实施例六中单发射线圈单元的电路原理图。

图18：本发明实施例七中发射接收一体的线圈单元的电路原理图。

图19：本发明实施例八中射频射线圈单元的电路原理图。

图20：传统鸟笼线圈的电路原理图。

图21：本发明实施例九中加入了损耗电路的鸟笼线圈的电路原理图。

图22：本发明实施例十中8通道发射接收一体化射频阵列线圈的电路原理图。

图23：本发明实施例十中阵列线圈的射频发射b1场图。

图24：传统方案的射频发射b1场图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

实施例一：

图10示出了本发明这种用于磁共振成像的射频线圈单元（以下简称线圈单元）的第一个具体实施例，与传统射频线圈单元相同的是，其也包括相互连接的谐振回路和匹配网络。其中，谐振回路是由多个（n个）电容（图10中具体示出了cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn5个构成谐振回路的电容）通过导电体（该导电体通常为铜线）串联形成的闭合回路。匹配网络由一个电容cs构成。

本实施例的关键改进在于，在该射频线圈单元中还额外设置了主动损耗性电路，该主动损耗性电路的作用是：用来主动消耗吸收该射频线圈单元中的射频功率（也即消耗了线圈单元发射时的能量以及减弱线圈单元接收时的信号）、以降低该射频线圈单元的q值（也即降低线圈单元的灵敏度）。即用来明显降低射频线圈单元发射时候的效率。

具体地，在图10中一共设置了两个主动损耗性电路，其中一个主动损耗性电路rloss1连接在射频谐振回路上，其具体与谐振回路中电容cf2并联。另一个主动损耗性电路rloss2连接在匹配网络上。

需要说明的是，上述主动损耗性电路rloss1在射频谐振回路中的连接方式不局限于图10所示的这种方式——并联在电容cf2两端，例如主动损耗性电路rloss1可以选择与谐振回路中的电容串连。上述主动损耗性电路rloss2在匹配网络中的连接方式也不局限于图10所示的这种方式。

当然，我们也可以仅仅只设置一个主动损耗性电路，当我们只设置一个主动损耗性电路时，该主动损耗性电路既可以选择连接在谐振回路上，也可以选择连接在匹配网络上。一般来说，当仅仅只设置一个主动损耗性电路时，其一般连接在谐振回路上——即与谐振回路中的电路元件串联或并联。

需要说明的是，对于有些线圈单元并不能很严格的划分出谐振回路和匹配网络，甚至可以说匹配网络本来就是是谐振回路的一部分。这时候，我们并不能明确地说主动损耗性电路是连接在谐振回路上，还是连接在匹配网络上。而且还有一些特殊线圈单元，其谐振回路两端的阻抗就是特征阻抗（比如50ω），这种线圈单元就不需要设置匹配网络，也即这种线圈单元本身就没有匹配网络部分。在前述这两种情况下，只要该主动损耗性电路在线圈单元上的连接部位使得其能够主动消耗吸收射频线圈单元中的射频功率、以降低射频线圈单元的q值，那么该连接位置就是可行位置。

当我们采用本实施例一这种降低射频线圈单元制作用于磁共振成像的射频线圈尤其是阵列线圈时，由于在射频线圈单元中加入的主动损耗性电路rloss1和rloss2，能够主动消耗吸收射频线圈单元中射频功率、来降低射频线圈单元的q值，也即降低射频线圈单元发射时候的效率，从而降低了各线圈单元之间的耦合度，进而提升了阵列线圈作为发射功能时的性能，尤其是发射b1场的均匀性得到大幅度提升。

图10中的主动损耗性电路rloss1和主动损耗性电路rloss2以采用可以采用各种结构形式，只要这种电路模块能够主动消耗吸收射频线圈单元中的射频功率、以降低射频线圈单元的q值，那么其就可以作为主动损耗性电路应用在线圈单元中，以提升线圈的发射性能——改善发射b1场的均匀性。

具体在本实施例中，图10中示出的主动损耗性电路rloss1和主动损耗性电路rloss2均为电阻。

比较常用的主动损耗性电路至少包括这四种结构形式：1、与该射频线圈单元中的电路元器件串联或并联的电阻；2、与该射频线圈单元中的电路元器件串联或并联的低q值元器件；3、与该射频线圈单元中的电路元器件串联的电导率小于铜的导电体；4、与该射频线圈单元中的电路元器件串联或并联的等效电阻模块。当然也可以是上述电阻、低q值元器件、低导电率导电体和等效电阻模块的相互结合。

实施例二：

图11示出了本发明这种用于磁共振成像的射频线圈单元的第二个具体实施例，其也包括相互连接的谐振回路及匹配网络。其中，谐振回路是由多个电容（图11中具体示出了cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn5个构成谐振回路的电容）通过导电体（该导电体通常为铜线）串联形成的闭合回路。匹配网络由一个电容cs构成。

与实施例一相同的是，在该射频线圈单元中也特别设置了用来主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值的主动损耗性电路rloss。

与实施例一所不同的是，本实施例中的主动损耗性电路为一个，而且该主动损耗性电路rloss并不同上述实施例一那样就近地直接连接在谐振回路中，而是设置在远离谐振回路的位置，并将其连接至离谐振回路。

同理，因为本实施例二中的主动损耗性电路rloss能够主动消耗吸收射频线圈单元中射频功率、来降低射频线圈单元的q值，也即降低射频线圈单元发射时候的效率。故而当我们采用本实施例二这种降低射频线圈单元制作用于磁共振成像的射频线圈尤其是阵列线圈时，同样会降低该阵列线圈中各线圈单元之间的耦合度，进而提升了阵列线圈作为发射功能时的性能，尤其是发射b1场的均匀性得到大幅度提升。

实施例三：

图12示出了本发明这种用于磁共振成像的射频线圈单元的第三个具体实施例，其也包括相互连接的谐振回路及匹配网络。其中，谐振回路是由n个电容（图12中具体示出了cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn5个构成谐振回路的电容）通过导电体（该导电体通常为铜线）串联形成的闭合回路。匹配网络由一个电容cs构成。

与实施例二相同的是，在该射频线圈单元中也特别设置了用来主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值的主动损耗性电路rloss。而且该主动损耗性电路rloss设置在远离谐振回路的位置，并将其连接至远离谐振回路。

与实施例二所不同的是，本实施例中的主动损耗性电路rloss并非一单纯的电阻元件，而是设置在远离谐振回路位置的副谐振回路（该副谐振回路相当于在cfn-1两端并联了一个电阻,故而我们可可称之为等效电阻模块或电阻产生电路）。显然，图12中的副谐振回路能够主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值。

同理，因为本实施例三中的主动损耗性电路rloss同样能够主动消耗吸收射频线圈单元中射频功率、来降低射频线圈单元的q值，也即降低射频线圈单元发射时候的效率。故而当我们采用本实施例二这种降低射频线圈单元制作用于磁共振成像的射频线圈尤其是阵列线圈时，同样会降低该阵列线圈中各线圈单元之间的耦合度，进而提升阵列线圈作为发射功能时的性能，尤其是发射b1场的均匀性得到大幅度提升。

实施例四：

图13示出了本发明这种用于磁共振成像的射频线圈单元的第三个具体实施例，其也包括相互连接的谐振回路及匹配网络。其中，谐振回路是由多个电容（图13中具体示出了cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn5个构成谐振回路的电容）通过导电体串联形成的闭合回路。匹配网络由一个电容cs构成。

本实施例中，在该射频线圈单元中也特别设置了用来主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值的主动损耗性电路。

与上述实施例一、实施例二和实施例三均不同的是，用于串联上述各个电容（包括cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn）的导电体，不再是传统技术所使用的铜线，而是一种电导率低于铜的导电体，本实施例中该导电体具体为铝线。

显然，将传统的铜线改成导电率相对较差的铝线，相当于在谐振回路中串联了一个小阻值的电阻，其能够主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值。

同理，因为本实施例四中的主动损耗性电路也能够主动消耗吸收射频线圈单元中射吸收射频线圈单元中射频功率、来降低射频线圈单元的q值，也即降低射频线圈单元发射时候的效率圈单元的q值，也即降低射频线圈单元发射时候的效率。故而当我们采用本实施例二这种降低射频线圈单元制作用于磁共振成像的射频线圈尤其是阵列线圈时，同样会降低该阵列线圈中各线圈单元之间的耦合度，进而提升阵列线圈作为发射功能时的性能，尤其是发射b1场的均匀性得到大幅度提升。

实施例五：

图14示出了本发明这种用于磁共振成像的射频线圈单元的第五个具体实施例，其也包括相互连接的谐振回路及匹配网络。其中，谐振回路是由多个电容（图14中具体示出了cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn5个构成谐振回路的电容）通过导电体（该导电体通常为铜线）串联形成的闭合回路。匹配网络由一个电容cs构成。

本实施例中，在该射频线圈单元中也特别设置了用来主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值的主动损耗性电路rloss。

由上述阐述我们已经知道，无论是本实施例五，还是在上述的实施例一、实施例二、实施例三和实施四，在这五个实施例中，与射频线圈单元相连的主动损耗性电路均能够主动消耗吸收射频线圈单元中射频功率、来降低射频线圈单元的q值，也即降低射频线圈单元发射时候的效率。故而当我们将这种降低射频线圈单元制作用于磁共振成像的射频线圈尤其是阵列线圈时，会降低该阵列线圈中各线圈单元之间的耦合度，进而提升阵列线圈作为发射功能时的性能，尤其是发射b1场的均匀性得到大幅度提升。

但是，在上述五个实施例中，加入射频线圈单元的主动损耗性电路只是提升了其用于发射时的性能（耦合度降低）。而当这种射频线圈单元用于接收时，主动损耗性电路同样会吸收射频线圈单元中射频功率、来降低射频线圈单元的q值，也就降低射频线圈单元接收时候的效率（接收效率大大降低），而这是我们非常不愿意看到的。接收效率（接收信噪比）是线圈用于接收时应当考虑的第一要素，而降低耦合度可以通过设置前置放大器来实现。这样看来，我们在射频线圈单元中加入的主动损耗性电路会降低线圈的接收性能，而且是最重要的接收性能——接收信噪比降低。如果我们仅仅将这种射频线圈单元用于射频发射阵列线圈还好，因其不涉及接收的应用，也就不涉及接收效率降低之说。倘若我们将这种射频线圈单元用于发射接收一体的射频阵列线圈，那么必须会导致线圈在接收时，因接收效率大大降低，而致使磁共振成像模糊不清。

针对上述问题，本实施例五提出了一种十分巧妙的解决方案：参照图14所示，我们设置了一个与主动损耗性电路rloss串联的二极管d1，当该线圈单元用于发射时，二极管d1接通，主动损耗性电路rloss接入线圈单元（主动损耗性电路rloss接通），在发射时我们所最关心的发射均匀性得到提升。当该线圈单元用于发射时，二极管d1截止，主动损耗性电路rloss断开（主动损耗性电路rloss未连入该线圈单元），那么在接收时我们所最关心的接收效率就不会因主动损耗性电路rloss的存在而降低了。

当然，我们也可以采用其他元器件来取代该二极管d1，只要该元器件在线圈发射时能够接通主动损耗性电路rloss，而在接收时能够断开主动损耗性电路rloss即可，这种元器件（比如图14中的二极管d1）我们可称之为损耗性电路通断元件。

因为主动损耗性电路rloss在线圈发射时接通，而在线圈接收时断开。那么线圈单元的谐振回路在发射和接收时产生的频率和阻抗就会不同，而且在发射和接收时匹配网络的结构并不会发生变化，这很不利于对磁共振成像的采集。故而，本实施例五对该线圈单元的结构又作了进一步改进，具体如下：

本实施例五在该射频线圈单元中还设置频率补偿电路，阻抗补偿电路，用于接通/断开所述频率补偿电路的频率补偿电路通断元件，用于接通/断开所述阻抗补偿电路的阻抗补偿电路通断元件。其中，频率补偿电路具体连接在该线圈单元的谐振回路中，而阻抗补偿电路具体连接在匹配网络中。

一般来说，当该线圈单元在发射时，损耗性电路通断元件、频率补偿电路通断元件和阻抗补偿电路通断元件均接通，使主动损耗性电路、频率补偿电路和阻抗补偿电路均接入线圈单元；而当线圈单元在接收时，损耗性电路通断元件、频率补偿电路通断元件和阻抗补偿电路通断元件均断开，从使主动损耗性电路、频率补偿电路和阻抗补偿电路均断开。如此保证线圈单元在接收和发射两个阶段，谐振频率以及阻抗（特征阻抗，通常为50ω）均保持一致，以获得清晰的磁共振图像。

更具体地，如图14所示，上述串联连接的主动损耗性电路rloss和二极管d1，还串联一电感lf。而且串联在一起的主动损耗性电路rloss、二极管d1和电感lf的两端与前述电容cf1并联，主动损耗性电路rloss和二极管d1的两端并联以电容cf。这里，电感lf和电容cf共同构成上述的频率补偿电路，二极管d1既构成上述的频率补偿电路通断元件，又构成上述的损耗性电路通断元件。此外，在匹配网络中也额外增设了一个电容cs2和一个二极管d2，所述电容cs2与二极管d2串联后，二者两端（即电容cs2和二极管d2的两端）再与匹配网络中原本的电容cs并联。这里，电容cs2构成上述的阻抗补偿电路，而二极管d2构成上述的阻抗补偿电路通断元件。

当该线圈单元在发射时，二极管d1和二极管d2均接通，如此使主动损耗性电路rloss、频率补偿电路（电感lf和电容cf）和阻抗补偿电路（电容cs2）均接入该线圈单元，此时该线圈单元整体的等效电路如图16所示。这时，电容cs2接入匹配网络并参与阻抗匹配，其可以视为匹配网络的组成部分；而主动损耗性电路rloss接入谐振回路并参与谐振，其也可以视为谐振回路的组成部分。

而当该线圈单元在接收时，二极管d1和二极管d2均断开，如此使得主动损耗性电路rloss、频率补偿电路（电感lf和电容cf）和阻抗补偿电路（电容cs2）从该线圈单元中脱离，此时该线圈单元整体的等效电路如图15所示，相当于一个最原始（传统的）的线圈单元。在发射时，由于主动损耗性电路rloss的引入，谐振回路的谐振频率发生了变化，但通过电感lf和电容cf可以补偿偏离的谐振频率。并且，虽然线圈的阻抗变为，但匹配网络中也由接收时的电容cs变为了并联的电容cs和电容cs2，如此使得仍然可以匹配到特性阻抗50ω。这时，电容cs2未接入匹配网络，并不参与阻抗匹配；主动损耗性电路rloss未接入谐振回路，并不参与谐振。

也就是说，只要设计好rloss、电感lf和电容cf之间的对应关系，便能够保证该线圈单元在接收和发射两个阶段，谐振频率以及特征阻抗保持一致（相互匹配）。

需要说明的是，频率补偿电路和阻抗补偿电路并不局限于图14所示的这种具体结构形式，只要某种电路（接入线圈单元中的各种电路元件）能够调节线圈单元在发射和接收时的谐振频率和特征阻抗相互匹配，那么这种电路结构就可以作为所说的频率补偿电路和阻抗补偿电路而使用。比如，在图14中，我们可以去掉并联在主动损耗性电路rloss和电感lf两端的电容cf，而单单由电感lf自身便能构成所说的频率补偿电路。而本实施例五之所以并联了一个电容cf，是为了使其在频率补偿调节时更易于控制。

需要说明的是，匹配网络的结构形式多种多样，有时候匹配网络中还包含有电感，这时候，我们也可以选择将阻抗补偿电路并联在匹配网络的电感两端。

实施六：

当图14所示的这种线圈单元用于单发射时（比如将其应用于单发射阵列线圈中时），因为没有状态的切换，故而可以拿掉二极管d1、二极管d2、电感lf和电容cf）和阻抗补偿电路（电容cs2）。在图14中射频线圈单元的基础上，再加上发射必须的rf-trap（balun）及射频功放功率馈入后可以演变为图17所示的单发射的线圈单元。

实施七：

在图14所示的这种线圈单元的基础上，再加上了大功率的射频切换开关（rfswitch）以及必需的balun和接收时的前置放大器，便可构成本实施例这种发射接收一体的射频线圈单元，其电路结构如图18所示。

图18这种线圈单元的工作原理如下：

当磁共振系统处于射频发射状态时，rfswitch切换到发射链路，两个射频二极管（d1和d2）处于导通状态，此时匹配网络的电容为容cs和cs2并联，将谐振回路产生的阻抗匹配到特性阻抗50ω，射频功放与线圈单元之间处于良好的功率匹配状态。

当磁共振系统处于射频接收状态时，rfswitch切换到接收链路，两个射频二极管（d1和d2）处于截止状态，此时匹配网络的电容为单cs，将谐振回路产生的阻抗匹配到特性阻抗50ω，前置放大器与线圈单元之间处于良好的噪声匹配状态。

综上，不管线圈单元是发射还是接收状态，线圈单元均处于良好的功率匹配或噪声匹配状态。但在发射时，因为主动损耗性电路rloss的引入，线圈单元的灵敏度明显降低，这有助于在发射时候，改善线圈单元之间的耦合。

实施八：

图19示出了本发明这种用于磁共振成像的射频线圈单元的又一个具体实施例，其也包括相互连接的谐振回路及匹配网络。其中，谐振回路是由多个电容（图19中具体示出了cp、cf1、cf2、cfn-1和cfn5个构成谐振回路的电容）通过导电体（该导电体通常为铜线）串联形成的闭合回路。匹配网络由一个电容cs构成。

本实施例中，在该射频线圈单元中也特别设置了用来主动消耗吸收该射频线圈单元中射频功率、以降低该射频线圈单元的q值的主动损耗性电路rloss。该主动损耗性电路rloss并联在谐振回路中电容cf2的两端。

基于与实施例五相同的考虑，本实施例在该射频线圈单元中也设置了：用于控制主动损耗性电路rloss接通/断开的损耗性电路通断元件，频率补偿电路，阻抗补偿电路，用于接通/断开所述频率补偿电路的频率补偿电路通断元件，用于接通/断开所述阻抗补偿电路的阻抗补偿电路通断元件。其中，频率补偿电路具体连接在该线圈单元的谐振回路中，而阻抗补偿电路具体连接在匹配网络中。

在本实施例中，损耗性电路通断元件、频率补偿电路、阻抗补偿电路、频率补偿电路通断元件和阻抗补偿电路通断元件采用了与上述实施例五完全不同的结构形式，具体地：本实施例的主动损耗性电路rloss与二极管d1串联后，再与谐振回路中的一个电容cf2并联；电感lf与另一个二极管d2串联后，再与谐振回路中的另一个电容cf1并联；电容cs2与另一个二极管d3串联后，再与匹配网络中的电容cs并联。不难理解，与电容cf2并联的电感lf构成所说的频率补偿电路，与电容cs并联的电容cs2构成所说的阻抗补偿电路，与主动损耗性电路rloss串联的二极管d1构成所说的损耗性电路通断元件，与电感lf串联的二极管d2构成所说的频率补偿电路通断元件，而与电容cs2串联的二极管d3构成所说的阻抗补偿电路通断元件。

实施九：

与阵列线圈不同，鸟笼线圈没有明确的单元概念和分布，对应的是端口的概念和说法。但对于鸟笼线圈（不管有几个端口）来说，本发明描述的原理也是相似，同样适应的。

传统鸟笼线圈（为射频线圈的一种结构形式）的电路原理如图20所示，端环上的电容用cr表示，腿上的电容用cl表示。

图21为经过本申请发明人改造后的鸟笼线圈。如图21所示，本例在该鸟笼线圈腿上的各个电容两端均并联了相应的主动损耗性电路：cl1两端并联r1，clk两端并联rk，cln两端并联rn。当然，主动损耗性电路也可以加在端环电路上。

主动损耗性电路r1、rk、rn均能够主动消耗吸收该鸟笼线圈中的射频功率、以降低该鸟笼线圈的q值，即用来明显降低鸟笼线圈发射时候的效率。同理，这样也可以有效降低各端口间的耦合，以有效提高鸟笼线圈的发射性能。

实施十：

参照图22所示，我们面再以一个8通道发射接收一体射频阵列线圈为例，详细介绍一下本发明的技术方案。

本实施例这种8通道发射接收一体射频阵列线圈一共采用了8组实施例七（图18）所描述的线圈单元，相邻的线圈单元间采用部分重合放置的方式。需要说明的是，本实施例中的线圈是个圆柱体的线圈，8个线圈单元之间围着一个圆柱体形成首尾相邻的阵列线圈，也就是说，单元1和单元8之间也是采用了部分重合的放置方式。

为了验证本专利的有效性，本实施例在西门子verio3.0t系统上做了比较试验，图23是本实施例的具体结果，图24是传统的8通道发射接收一体线圈的实验结果。图中黑色条纹的数量及形状（对称性）代表了射频发射场的均匀性，从实验结果对比可以看出，本实施例的发射b1场的均匀性有了很明显的改善。

本实施例这种发射接收一体射频阵列线圈与图5所示的目前常用的阵列线圈相比，具有以下优缺点：

1、发射时单元间的耦合：当线圈处于发射状态时，因为主动损耗性电路rloss引入进了谐振回路，谐振回路的q值和线圈单元的灵敏度将明显降低，这有助于大大改善单元间的耦合状况。

2、线圈的发射效率：因为谐振回路的q值和线圈单元的灵敏度明显降低，线圈的发射效率也将明显降低。但因为本专利所描述应用场景一般是多通道发射，有多个射频功率放大器同时工作，所以对单个的射频功放输出功率要求并不高，一般商用的射频功放都能满足要求。

3、发射场的均匀性：在发射状态时，因为主动损耗性电路rloss引入进了线圈单元，降低了每个单元的灵敏度，线圈单元之间的耦合大大降低。这保证了每个单元的匹配和灵敏度的高度一致性，因此发射场的均匀性得到了明显提升。

4、发射场的稳定性：在传统的设计中，发射时线圈单元的灵敏度比较高，因此对负载的大小反应很灵敏，发射场会因为负载的大小不同而产生较大的波动。但本专利中因为主动损耗性电路rloss的引入，降低了每个单元的灵敏度，因为负载大小的波动带来的发射场波动也相应小了很多，因此提升了发射场在不同负载条件下的稳定性和一致性。

5、并行发射（ptx）的性能：因为ptx的性能跟各单元的匹配和耦合状况高度相关，单元间的耦合改善将相应带来ptx性能的改善。

6、接收时候的耦合：当线圈处于接收状态时，因为主动损耗性电路rloss又从谐振回路断开了，谐振回路的q值和线圈单元的灵敏度将提高到目前常用的线圈水平，耦合也因此将提高。但接收的时候因为有前放去耦功能的存在，耦合一般能接受。

7、接收时候的信噪比：因为前放去耦功能的存在，本实施例接收的信噪比并不受影响。

8、接收时候的穿透力：图5的设计，为了改善发射时候的单元间耦合，单元面积相比实施例的小了不少，因此本实施例的线圈在穿透力和穿透深度上有明显的提升。

本发明尚有多种具体的实施方式。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。