用于MR成像的射频线圈系统的制作方法
本申请要求2016年11月23日提交的名称为“用于mr成像的射频线圈系统(systemsforaradiofrequencycoilformrimaging)”的美国临时专利申请no.62/425,955的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文以用于所有目的。
本文所公开的主题的实施方案涉及磁共振成像(mri)，以及更具体地，涉及mri射频(rf)线圈。
背景技术：
磁共振成像(mri)是一种医学成像模式，可在不使用x线或其他电离辐射的情况下创建人体内部的图像。mri系统包括超导磁体以产生强而均匀的静磁场。当人体或人体的一部分被放置在磁场中时，与组织水中的氢核相关联的核自旋变得极化，其中与这些自旋相关联的磁矩优先沿磁场方向对准，从而导致沿该轴的小的净组织磁化。mri系统还包括梯度线圈，其产生具有正交轴的较小幅度、空间变化的磁场，以通过在身体中的每个位置处创建特征共振频率来对磁共振(mr)信号进行空间编码。然后使用射频(rf)线圈在氢核的共振频率处或附近产生射频能量的脉冲，该脉冲向核自旋系统增加能量。随着核自旋放松回到其静止能量状态，它们以mr信号的形式释放所吸收的能量。该信号由mri系统检测，并使用计算机和已知的重建算法转换成图像。
如所提及的，射频线圈用于mri系统中以传输射频激发信号(“传输线圈”)，并接收由成像对象(“接收线圈”)发射的mr信号。线圈接口电缆可用于在射频线圈与处理系统的其他方面之间传输信号，例如以控制射频线圈和/或从射频线圈接收信息。然而，常规的射频线圈往往体积庞大、刚性并且被配置为相对于阵列中的其他射频线圈保持在固定位置。这种庞大和缺乏柔韧性通常会阻止射频线圈环与期望的解剖结构最有效地耦合并使它们令成像对象非常不舒服。此外，线圈与线圈的交互作用决定了线圈的尺寸和/或定位从覆盖或成像加速的角度来看不太理想。
技术实现要素：
在一个实施方案中，用于磁共振(mr)成像系统的射频(rf)线圈组件包括分布式电容环部分、耦合电子器件部分以及线圈接口电缆，该分布式电容环部分包括由介电材料封装和隔开的两个平行导线，这两个平行导线沿着环部分在其终端端部之间的整个长度由介电材料保持隔开，该耦合电子器件部分包括前置放大器，该线圈接口电缆在射频线圈组件的耦合电子器件部分与接口连接器之间延伸。以这种方式，可以提供柔性的射频线圈组件，其允许阵列中的射频线圈更加任意地定位，从而允许线圈的放置和/或尺寸基于所期望的解剖结构覆盖范围，而不必考虑固定的线圈重叠或电子器件定位。线圈可以相对容易地符合患者的解剖结构、刚性或半刚性壳体轮廓。另外，由于最小化的材料和生产工艺，线圈的成本和重量可以显著降低，并且与常规线圈相比，可在本公开的rf线圈的制造和小型化中使用更环境友好的工艺。
应当理解，提供上面的简要描述以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题范围由具体实施方式后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将会更好地理解本发明，其中：
图1是根据实施方案的mri系统的框图。
图2示意性地示出了耦合到控制器单元的示例射频线圈。
图3示出了第一示例射频线圈和相关联的耦合电子器件。
图4示出了第二示例射频线圈和相关联的耦合电子器件。
图5示出了示例射频线圈的分布式电容环部分的剖视图。
图6示出了多个示例射频线圈阵列构型。
图7示出了示例射频线圈阵列。
图8示出了耦合到柔性支撑件的示例射频线圈阵列。
图9和图10示出了封装射频线圈阵列的实施例。
图11示意性地示出了示例射频线圈阵列接口电缆，其包括位于mri系统的处理系统与射频线圈阵列之间的多个连续和/或邻接的共模陷波器。
图12a和图12b示意性地示出了示例射频线圈阵列接口电缆，其包括多个连续和/或邻接的共模陷波器。
具体实施方式
以下描述涉及mri系统中的射频(rf)线圈的各种实施方案。具体地，提供了用于低成本、柔性和轻质射频线圈的系统和方法，其在多个方面都是有效透明的。考虑到线圈的低重量和射频线圈实现的柔性封装，射频线圈对患者是有效透明的。由于磁和电耦合机制的最小化，射频线圈对射频线圈阵列中的其他射频线圈也是有效透明的。此外，射频线圈通过电容最小化对其他结构有效透明，并且通过质量减少对正电子透明，使得能够在混合正电子发射断层显像(pet)/mr成像系统中使用射频线圈。射频线圈可以是低成本的，使得射频线圈可以是一次性的。本公开的射频线圈可以用在各种磁场强度的mri系统中。
与常规射频线圈中使用的相比，本公开的射频线圈包括显著更少量的铜、印刷电路板(pcb)材料和电子部件，并且包括平行的细长导线导体，其由介电材料封装和隔开，从而形成线圈元件。平行导线形成低电抗结构，而不需要分立电容器。最小导体的尺寸可以保持容许损耗，消除线圈环之间的大部分电容，并减少了电场耦合。通过与大采样阻抗接口，电流减小并且磁场耦合最小化。使电子器件的尺寸和内容最小化，以保持质量和重量为低，并防止与所期望的场的过度交互作用。封装现在可以极其灵活，这允许符合解剖结构、优化信噪比(snr)和成像加速。
用于mr的常规射频接收线圈包括通过电容器在它们之间接合的若干导电间隔。通过调节电容器的值，可以使射频线圈的阻抗达到其最小值，通常通过低电阻来表征。在共振频率下，所存储的磁能和电能周期性地交替。每个导电间隔由于其长度和宽度，具有一定的自电容，其中电能周期性地存储为静电。这种电的分布发生在约5至15cm量级的整个导电间隔长度上，从而引起类似范围的电偶极子场。在大介电负载附近，间隔的自电容改变—因此线圈失谐。在有损耗电介质的情况下，偶极电场引起焦耳耗散，其特征在于线圈观察到的总电阻增加。
相比之下，本公开的射频线圈表示几乎理想的磁偶极天线，因为其共模电流沿其周边的相位和幅度是均匀的。射频线圈的电容建立在沿着环周边的两根导线之间。保守电场严格限制在两条平行导线和介电填充材料的小横截面内。在两个射频线圈环重叠的情况下，与常规射频线圈的两个重叠铜迹线相比，交叉处的寄生电容大大地减小。与两个常规的基于迹线的线圈环相比，射频线圈薄的横截面允许更好的磁去耦并减少或消除两个环之间的关键重叠。
图1示出了磁共振成像(mri)设备10，其包括超导磁体单元12、梯度线圈单元13、射频线圈单元14、射频体或体积线圈单元15、传输/接收(t/r)开关20、射频驱动器单元22、梯度线圈驱动器单元23、数据获取单元24、控制器单元25、患者检查台或床26、数据处理单元31、操作控制台单元32和显示单元33。在一个示例中，射频线圈单元14是表面线圈，其是局部线圈，通常被放置在对象16感兴趣的解剖结构附近。在本文中，射频体线圈单元15是传输射频信号的传输线圈，并且局部表面射频线圈单元14接收mr信号。这样，传输体线圈(例如，射频体线圈单元15)和表面接收线圈(例如，射频线圈单元14)是独立但电磁耦合的结构。mri设备10将电磁脉冲信号传输到放置在成像空间18中的对象16，其中形成静态磁场以执行扫描，用于获得来自对象16的磁共振信号，以基于通过扫描获得的磁共振信号重建对象16的切片的图像。
超导磁体单元12包括例如环形超导磁体，其安装在环形真空容器内。磁体限定了围绕对象16的圆柱形空间，并沿着圆柱形空间的z方向产生恒定、强大、均匀的静磁场。
mri设备10还包括梯度线圈单元13，该梯度线圈单元在成像空间18中产生梯度磁场，以便为射频线圈单元14接收的磁共振信号提供三维位置信息。梯度线圈单元13包括三个梯度线圈系统，每个梯度线圈系统产生梯度磁场，该梯度磁场倾斜到彼此垂直的三个空间轴中的一者，并且根据成像条件在频率编码方向、相位编码方向和切片选择方向中的每一者中产生梯度磁场。更具体地，梯度线圈单元13在对象16的切片选择方向上应用梯度磁场，以选择切片；并且射频体线圈单元15将射频信号传输到对象16的所选切片并激发它。梯度线圈单元13还在对象16的相位编码方向上施加梯度场，以对来自由射频信号激发的切片的磁共振信号进行相位编码。然后梯度线圈单元13在对象16的频率编码方向上施加梯度磁场，以对来自由射频信号激发的切片的磁共振信号进行频率编码。
射频线圈单元14例如被设置为包封对象16的待成像区域。在一些示例中，射频线圈单元14可以被称为表面线圈或接收线圈。在由超导磁体单元12形成静磁场的静磁场空间或成像空间18中，射频线圈单元14基于来自控制器单元25的控制信号将作为电磁波的射频信号传输到对象16，从而产生高频磁场。这激发了对象16待成像的切片中的质子自旋。射频线圈单元14接收当在对象16的待成像的切片中因此激发的质子自旋返回到与初始磁化矢量对准时产生的电磁波作为磁共振信号。射频线圈单元14可以使用相同的射频线圈传输和接收射频信号。
射频体线圈单元15被设置为例如封闭成像空间18，并且产生射频磁场脉冲，该射频磁场脉冲与主磁场正交，该主磁场由成像空间18内的超导磁体单元12产生，以激发核。与射频线圈单元14相比，其可以与mri设备10断开并且用另一个射频线圈单元替换，射频体线圈单元15固定地附接并连接到mri设备10。此外，尽管局部线圈诸如包括射频线圈单元14的那些可以仅从对象16的局部区域传输信号或从其接收信号，但是射频体线圈单元15通常具有更大的覆盖区域。例如，射频体线圈单元15可用于向对象16的整个身体传输或接收信号。使用仅接收局部线圈和传输体线圈提供了均匀的射频激发和良好的图像均匀性，代价是沉积在对象体内的高射频功率。对于传输-接收局部线圈，局部线圈向感兴趣区域提供射频激发并接收mr信号，从而降低沉积在对象内的射频功率。应当理解，射频线圈单元14和/或射频体线圈单元15的特定用途取决于成像应用。
当在接收模式下操作时，t/r开关20可以选择性地将射频体线圈单元15电连接到数据获取单元24，并且当在传输模式下操作时，该t/r开关可以选择性地电连接到射频驱动器单元22。类似地，当射频线圈单元14以接收模式操作时，t/r开关20可以选择性地将射频线圈单元14电连接到数据获取单元24，并且当以发送模式操作时，该t/r开关可以选择性地将该射频线圈单元电连接到射频驱动器单元22。当射频线圈单元14和射频体线圈单元15两者都用于单次扫描时，例如，如果射频线圈单元14被配置为接收mr信号并且射频体线圈单元15被配置为传输射频信号，则t/r开关20可以将来自射频驱动器单元22的控制信号引导到射频体线圈单元15，同时将所接收的mr信号从射频线圈单元14引导到数据获取单元24。射频体线圈单元15的线圈可以被配置为以仅传输模式、仅接收模式或传输-接收模式操作。局部射频线圈单元14的线圈可以被配置为以传输-接收模式或仅接收模式操作。
射频驱动器单元22包括栅极调制器(未示出)、射频功率放大器(未示出)和射频振荡器(未示出)，用于驱动射频线圈单元14并在成像空间18中形成高频磁场。射频驱动器单元22基于来自控制器单元25的控制信号并使用栅极调制器将从射频振荡器接收的射频信号调制成具有预先确定包络的预先确定定时的信号。由栅极调制器调制的射频信号由射频功率放大器放大，然后输出到射频线圈单元14。
梯度线圈驱动器单元23基于来自控制器单元25的控制信号驱动梯度线圈单元13，从而在成像空间18中产生梯度磁场。梯度线圈驱动器单元23包括三个驱动器电路系统(未示出)，该驱动器电路系统与梯度线圈单元13中包括的三个梯度线圈系统对应。
数据获取单元24包括前置放大器(未示出)、相位检测器(未示出)和用于获取由射频线圈单元14接收的磁共振信号的模拟/数字转换器(未示出)。在数据获取单元24中，相位检测器使用来自射频驱动器单元22的射频振荡器的输出作为参考信号，相位检测从射频线圈单元14接收并由前置放大器放大的磁共振信号，并将相位检测的模拟磁共振信号输出到模拟/数字转换器，以转换成数字信号。由此获得的数字信号被输出到数据处理单元31。
mri设备10包括用于在其上放置对象16的桌子26。通过基于来自控制器单元25的控制信号移动桌子26，可以使对象16在成像空间18的内部和外部移动。
控制器单元25包括计算机和记录有待计算机执行的程序的记录介质。当由计算机执行时，该程序使设备的各个部分执行与预先确定扫描对应的操作。记录介质可包括例如rom、软盘、硬盘、光盘、磁光盘、cd-rom或非易失性存储器。将控制器单元25连接到操作控制台单元32，并处理输入到操作控制台单元32的操作信号，并且还通过向它们输出控制信号以控制检查台26、射频驱动器单元22、梯度线圈驱动器单元23和数据获取单元24。控制器单元25还基于从操作控制台单元32接收的操作信号来控制数据处理单元31和显示单元33，以获得期望图像。
操作控制台单元32包括用户输入设备，诸如触摸屏、键盘和鼠标。操作者使用操作控制台单元32，例如，输入作为成像协议的数据，并设置待执行成像序列的区域。将关于成像协议和成像序列执行区域的数据输出到控制器单元25。
数据处理单元31包括计算机和记录介质，在该记录介质上记录由计算机执行以执行预先确定数据处理的程序。数据处理单元31连接到控制器单元25，并基于从控制器单元25接收的控制信号执行数据处理。数据处理单元31还连接到数据获取单元24，并通过对从数据获取单元24输出的磁共振信号应用各种图像处理操作来产生光谱数据。
显示单元33包括显示设备，并基于从控制器单元25接收的控制信号在显示设备的显示屏幕上显示图像。显示单元33显示例如关于操作者从操作控制台单元32输入操作数据的输入项目的图像。显示单元33还显示由数据处理单元31产生的对象16的二维(2d)切片图像或三维(3d)图像。
在扫描期间，射频线圈阵列接口电缆(未示出)可用于在射频线圈(例如，射频线圈单元14和射频体线圈单元15)与处理系统的其他方面(例如，数据获取单元24、控制器单元25等)之间传输信号，例如以控制射频线圈和/或从射频线圈接收信息。如前所述，射频体线圈单元15是传输射频信号的传输线圈，并且局部表面射频线圈单元14接收mr信号。更一般地，射频线圈用于传输射频激发信号(“传输线圈”)，并接收由成像对象(“接收线圈”)发射的mr信号。在示例中，传输和接收线圈是单个机械和电气结构或结构阵列，其中传输/接收模式可由辅助电路切换。在其他示例中，传输体线圈(例如，射频体线圈单元15)和表面接收线圈(例如，射频线圈单元14)可以是经由数据获取单元或其他处理单元彼此物理耦合的独立结构。然而，为了提高图像质量，可能需要提供与传输线圈机械和电隔离的接收线圈。在此类情况下，希望接收线圈在其接收模式中电磁耦合到由传输线圈激励的射频“回波”并与之共振。然而，在传输模式期间，可能期望在射频信号的实际传输期间接收线圈与传输线圈电磁去耦并因此不与传输线圈共振。当接收线圈耦合到射频信号的全功率时，此类去耦避免了辅助电路内产生的噪声的潜在问题。下文将描述关于接收射频线圈的去耦的附加细节。
如所提及的，常规的射频线圈可以包括pcb上的酸蚀刻铜迹线(环)，其具有集总电子部件(例如，电容器、电感器、平衡-不平衡转换器、电阻器等)、匹配电路、去耦电路和前置放大器。此类构型通常非常庞大、笨重且刚性，并且需要相对严格地相对于彼此将线圈放置在阵列中，以防止可能降低图像质量的线圈元件之间的耦合交互作用。这样，常规的射频线圈和射频线圈阵列缺乏柔韧性，因此可能不符合患者的解剖结构、降低了成像质量和患者舒适度。
因此，根据本文所公开的实施方案，射频线圈阵列诸如射频线圈单元14可以包括分布式电容导线而不是具有集总电子部件的pcb上的铜迹线。因此，射频线圈阵列可以是轻质且柔韧，从而允许放置在低成本、轻质、防水和/或阻燃的织物或材料中。耦合射频线圈的环部分(例如，分布式电容导线)的耦合电子器件部分可以小型化并利用低输入阻抗前置放大器，该低输入阻抗前置放大器被优化用于高源阻抗(例如，由于阻抗匹配电路)并且允许射频线圈阵列中的线圈元件之间的柔性重叠。此外，射频线圈阵列与系统处理部件之间的射频线圈阵列接口电缆可以是柔性的并且包括分布平衡-不平衡转换器形式的集成透明功能，这允许避免刚性电子器件部件并且有助于热负荷的扩散。
现在转向图2，其示出了射频线圈202的示意图，该射频线圈包括经由耦合电子器件部分203和线圈接口电缆212耦合到控制器单元210的环部分201。在一个示例中，射频线圈可以是表面接收线圈，该表面接收线圈可以是单通道或多通道。射频线圈202是图1的射频线圈单元14的一个非限制性示例，并且因此可以在mri设备10中的一个或多个频率下操作。线圈接口电缆212可以是在电子器件部分203与射频线圈阵列的接口连接器之间延伸的线圈接口电缆，或者是在射频线圈阵列的接口连接器与mri系统控制器单元210之间延伸的射频线圈阵列接口电缆。控制器单元210可以与图1中的数据处理单元31或控制器单元25相关联和/或可以是其非限制性示例。
耦合电子器件部分203可以耦合到射频线圈202的环部分。在本文中，耦合电子器件部分203可以包括去耦电路204、阻抗逆变器电路206和前置放大器208。去耦电路204可以在传输操作期间有效地去耦射频线圈。通常，处于其接收模式的射频线圈202可以耦合到由mr设备成像的对象的身体，以便接收在传输模式期间传输的射频信号的回波。如果射频线圈202不用于传输，则可能需要在射频体线圈传输射频信号时将射频线圈202与射频体线圈去耦。可以使用谐振电路和pin二极管、微机电系统(mems)开关或其他类型的开关电路实现接收线圈与传输线圈的去耦。在本文中，开关电路可以激活可操作地连接到射频线圈202的解谐电路。
阻抗逆变器电路206可以在射频线圈202与前置放大器208之间形成阻抗匹配网络。阻抗逆变器电路206被配置为将射频线圈202的线圈阻抗变换为用于前置放大器208的最佳源阻抗。阻抗逆变器电路206可以包括阻抗匹配网络和输入平衡-不平衡转换器。前置放大器208接收来自对应射频线圈202的mr信号并放大所接收的mr信号。在一个示例中，前置放大器可以具有低输入阻抗，其被配置为适应相对高的阻塞或源阻抗。关于射频线圈和相关联的耦合电子器件部分的附加细节将在下文参照图3和图4更详细地解释。耦合电子器件部分203可以封装在尺寸约为2cm2或更小的非常小的pcb中。pcb可以用保形涂层或封装树脂保护。
线圈接口电缆212诸如射频线圈阵列接口电缆可用于在射频线圈与处理系统的其他方面之间传输信号，例如以控制射频线圈和/或从射频线圈处接收信息。射频线圈阵列接口电缆可以设置在mri设备(诸如图1的mri设备10)的孔洞或成像空间内，并且经受由mri设备产生和使用的电磁场。在mri系统中，线圈接口电缆(诸如线圈接口电缆212)可以支持发射器驱动的共模电流，这可能继而又产生了场失真和/或部件的不可预测的加热。通常，使用平衡-不平衡转换器会阻止共模电流。平衡-不平衡转换器或共模陷波器提供了高共模阻抗，从而降低发射器驱动电流的影响。
因此，线圈接口电缆212可包括一个或多个平衡-不平衡转换器。在常规的线圈接口电缆中，平衡-不平衡转换器定位成具有相对较高的密度，因为如果平衡-不平衡转换器密度太低或者平衡-不平衡转换器定位于不适当的位置，则可能产生高耗散/电压。然而，这种密集的放置可能会对柔韧性、成本和性能产生不利影响。这样，线圈接口电缆中的一个或多个平衡-不平衡转换器可以是连续的平衡-不平衡转换器，以确保没有高电流或驻波，而与定位无关。连续的平衡-不平衡转换器可以是分布式的、颤动的和/或蝴蝶式的平衡-不平衡转换器。关于线圈接口电缆和平衡-不平衡转换器的附加细节将在下文参照图11、图12a和图12b给出。
图3是根据一个实施方案形成的具有分段导体的射频线圈301的示意图。射频线圈301是图2的射频线圈202的非限制性示例，并且因此包括射频线圈202的环部分201和耦合电子器件部分203。耦合电子器件部分允许射频线圈在由数据获取单元124(图1中示出)驱动时传输和/或接收射频信号。在例示的实施方案中，射频线圈301包括第一导体300和第二导体302。第一导体和第二导体300、302可以被分段，使得导体形成开放电路(例如，形成单极)。导体300、302的区段可以具有不同的长度，如下所述。可以改变第一导体和第二导体300、302的长度以实现选择的分布电容，并因此实现选择的共振频率。
第一导体300包括第一区段304和第二区段306。第一区段304包括在终止于耦合电子器件部分203的接口处的从动端312，这将在下文更详细地描述。第一区段304还包括浮动端314，该浮动端与参考地分离，从而保持浮动状态。第二区段306包括在终止于耦合电子器件部分的接口处的从动端316以及与参考地分离的浮动端318。
第二导体302包括第一区段308和第二区段310。第一区段308包括接口处的从动端320。第一区段308还包括浮动端322，该浮动端与参考地分离，从而保持浮动状态。第二区段310包括接口处的从动端324以及与参考地分离的浮动端326。从动端324可以在接口处终止，使得端324仅通过分布式电容耦合到第一导体。在导体之间的环周围示出的电容器代表导线之间的电容。
第一导体300具有基于第一区段和第二区段304、306的长度而增长的分布式电容。第二导体302具有基于第一区段和第二区段308、310的长度而增长的分布式电容。第一区段304、308可以具有与第二区段306、310不同的长度。第一区段304、308与第二区段306、310之间的长度的相对差异可用于产生具有期望中心频率的共振频率的有效lc电路。例如，通过相对于第二区段306、310的长度改变第一区段304、308的长度，可以改变集成的分布式电容。
在例示的实施方案中，第一导体和第二导体300、302成形为环部分，该环部分终止于接口。但是在其他实施方案中，其他形状也是可能的。例如，环部分可以是多边形，其形状符合表面(例如，壳体)的轮廓和/或等。环部分限定了沿第一导体和第二导体的导电通路。第一导体和第二导体沿着导电通路的整个长度没有任何分立或集总的电容或电感元件。环部分还可包括不同规格的绞合或实心导线的环、具有不同长度的第一导体和第二导体300、302的不同直径的环和/或在第一导体与第二导体之间具有变化间距的环。例如，第一导体和第二导体中的每一个可以沿着导电通路在各个位置处没有切口或间隙(没有分段导体)或一个或多个切口或间隙(分段导体)。
如本文所用，分布式电容(dcap)表示在导体之间呈现的电容，其沿着导体的长度一致且均匀地生长，并且没有分立或集总电容部件以及分立或集总电感部件。在本文的示例中，电容可以沿着第一导体和第二导体300、302的长度以均匀的方式生长。
介电材料303封装并隔开第一导体和第二导体300、302。可以选择性地选择介电材料303以实现选择的分布式电容。介电材料303可以基于所需的介电常数∈，以改变环部分的有效电容。例如，介电材料303可以是空气、橡胶、塑料或任何其他介电材料。在一个示例中，介电材料可以是聚四氟乙烯(ptfe)。例如，介电材料303可以是围绕第一导体和第二导体300、302的平行导电元件的绝缘材料。另选地，第一导体和第二导体300、302可以彼此扭绞成双绞线电缆。又如，介电材料303可以是塑料材料。第一导体和第二导体300、302可以形成同轴结构，其中塑料介电材料303将第一导体和第二导体隔开。又如，第一导体和第二导体可以被配置为平面条带。
耦合电子器件部分203可操作地并且通信地耦合到射频驱动器单元22、数据获取单元24、控制器单元25和/或数据处理单元31，以允许射频线圈301传输和/或接收射频信号。在例示的实施方案中，耦合电子器件部分203包括配置为传输和接收射频信号的信号接口358。信号接口358可以经由电缆传输和接收射频信号。电缆可以是3导体三轴电缆，其具有中心导体、内屏蔽件和外屏蔽件。将中心导体连接到射频信号和前置放大器控制(rf)，将内屏蔽件连接到地(gnd)，将外屏蔽件连接到多控制偏置(二极管去耦控制)(mc_bias)。可以在与射频信号相同的导体上承载10v电源连接。
如上文关于图2所解释的，耦合电子器件部分203包括去耦电路、阻抗逆变器电路和前置放大器。如图3所示，去耦电路包括去耦二极管360。可以为去耦二极管360提供来自mc_bias的电压，例如，以便使去耦二极管360接通。当接通时，去耦二极管360使导体300与导体302短路，从而导致线圈偏共振并因此例如在传输操作期间使线圈去耦。
阻抗逆变器电路包括多个电感器，包括第一电感器370a、第二电感器370b和第三电感器370c；多个电容器，包括第一电容器372a、第二电容器372b、第三电容器372c和第四电容器372d；以及二极管374。阻抗逆变器电路包括匹配电路和输入平衡-不平衡转换器。如图所示，输入平衡-不平衡转换器是晶格平衡-不平衡转换器，其包括第一电感器370a、第二电感器370b、第一电容器372a和第二电容器372b。在一个示例中，二极管374限制电流的方向，以阻止射频接收信号进入去耦偏置分支(mc_bias)。
前置放大器362可以是低输入阻抗前置放大器，其通过阻抗匹配电路针对高源阻抗进行了优化。前置放大器可以具有低噪声反射系数γ和低噪声电阻rn。在一个示例中，除了低噪声系数之外，前置放大器可以具有基本上等于0.0的源反射系数γ和基本上等于0.0的rn的归一化噪声电阻。然而，也可以考虑γ值基本上等于或小于0.1并且rn值基本上等于或小于0.2。利用具有适当的γ和rn值的前置放大器，前置放大器为射频线圈301提供了阻塞阻抗，同时还在史密斯圆图的背景下提供了大的噪声圆。这样，射频线圈301中的电流被最小化，前置放大器与射频线圈301输出阻抗有效地噪声匹配。具有大的噪声环，前置放大器在各种射频线圈阻抗上产生有效的snr，同时对射频线圈301产生高阻塞阻抗。
在一些示例中，前置放大器362可以包括阻抗变换器，其包括电容器和电感器。阻抗变换器可以被配置为改变前置放大器的阻抗，以有效地抵消前置放大器的电抗，诸如由寄生电容效应引起的电容。寄生电容效应可以由例如前置放大器的pcb布局或由前置放大器的栅极引起。此外，此类电抗通常会随着频率的增加而增加。然而，有利地，配置前置放大器的阻抗变换器以消除或至少最小化电抗保持对射频线圈301的高阻抗(即阻塞阻抗)和有效snr，而不会对前置放大器的噪声系数产生实质性影响。上述晶格平衡-不平衡转换器可以是阻抗变换器的非限制性示例。
在示例中，本文描述的前置放大器可以是低输入前置放大器。例如，在一些实施方案中，前置放大器的“相对低”输入阻抗在共振频率下小于约5欧姆。射频线圈301的线圈阻抗可以具有任何值，其可以取决于线圈负载、线圈尺寸、场强度和/或等。射频线圈301的线圈阻抗的示例包括但不限于在1.5t磁场强度下介于约2欧姆至约10欧姆之间等。阻抗逆变器电路被配置为将射频线圈301的线圈阻抗变换为相对高的源阻抗。例如，在一些实施方案中，“相对高”的源阻抗至少为约100欧姆并且可以大于150欧姆。
阻抗变换器还可以向射频线圈301提供阻塞阻抗。将射频线圈301的线圈阻抗转换为相对高的源阻抗可以使阻抗变换器能够向射频线圈301提供更高的阻塞阻抗。此类较高阻塞阻抗的示例性值包括例如至少500欧姆，以及至少1000欧姆的阻塞阻抗。
图4是根据另一实施方案的射频线圈401和耦合电子器件部分203的示意图。图4的射频线圈是图2的射频线圈和耦合电子器件的非限制性示例，并且因此包括环部分201和耦合电子器件部分203。耦合电子器件允许射频线圈在由数据获取单元124(图1中示出)驱动时传输和/或接收射频信号。射频线圈401包括与第二导体402平行的第一导体400。第一导体和第二导体400、402中的至少一个是细长并且连续的。
在例示的实施方案中，第一导体和第二导体400、402成形为环部分，该环部分终止于接口。但是在其他实施方案中，其他形状也是可能的。例如，环部分可以是多边形，其形状符合表面(例如，壳体)的轮廓和/或等。环部分限定了沿第一导体和第二导体的导电通路400、402。第一导体和第二导体400、402沿着导电通路的整个长度没有任何分立或集总的电容或电感部件。第一导体和第二导体400、402沿着环部分的整个长度不间断并且连续。环部分还可包括不同规格的绞合或实心导线的环，具有不同长度的第一导体和第二导体400、402的不同直径的环和/或在第一导体与第二导体之间具有变化间距的环。例如，第一导体和第二导体中的每一个可以沿着导电通路在各个位置处没有切口或间隙(没有分段导体)或一个或多个切口或间隙(分段导体)。
第一导体和第二导体400、402沿着环部分的长度具有分布式电容(例如，沿着第一导体和第二导体400、402的长度)。第一导体和第二导体400、402沿着环部分的整个长度呈现出基本相等并且均匀的电容。如本文所用，分布式电容(dcap)表示在导体之间呈现的电容，其沿着导体的长度一致且均匀地生长，并且没有分立或集总电容部件以及分立或集总电感部件。在本文的示例中，电容可以沿着第一导体和第二导体400、402的长度以均匀的方式生长。第一导体和第二导体400、402中的至少一个是细长并且连续的。在例示的实施方案中，第一导体和第二导体400、402两者中的至少一个是细长并且连续的。但是在其他实施方案中，第一导体或第二导体400、402中的仅一个可以是细长并且连续的。第一导体和第二导体400、402形成连续的分布式电容器。电容沿着导体400、402的长度以基本恒定的速率增长。在例示的实施方案中，第一导体和第二导体400、402形成细长的连续导体，其沿第一导体和第二导体400、402的长度呈现dcap。第一导体和第二导体400、402在第一导体与第二导体400、402的终端端部之间沿着连续导体的整个长度没有任何分立的电容和电感元件。例如，第一导体和第二导体400、402不包括任何分立电容器，也不包括沿环部分长度的任何电感器。
介电材料403隔开第一导体和第二导体400、402。可以选择性地选择介电材料403以实现选择的分布式电容。介电材料403可以基于所需的介电常数∈，以改变环部分的有效电容。例如，介电材料403可以是空气、橡胶、塑料或任何其他介电材料。在一个示例中，介电材料可以是聚四氟乙烯(ptfe)。例如，介电材料403可以是围绕第一导体和第二导体400、402的平行导电元件的绝缘材料。另选地，第一导体和第二导体400、402可以彼此扭绞成双绞线电缆。又如，介电材料403可以是塑料材料。第一导体和第二导体400、402可以形成同轴结构，其中塑料介电材料403将第一导体和第二导体400、402隔开。又如，第一导体和第二导体400、402可以被配置为平面条带。
第一导体400包括终止于接口处的第一终端端部412和第二终端端部416。第一终端端部412耦合到耦合电子器件部分203。第一终端端部412在本文也可以称为“驱动端”。第二终端端部416在本文也称为“第二驱动端”。
第二导体402包括终止于接口处的第一终端端部420和第二终端端部424。第一终端端部420耦合到耦合电子器件部分203。第一终端端部420在本文也可以称为“驱动端”。第二终端端部424在本文也称为“第二驱动端”。
射频线圈401的环部分201耦合到耦合电子器件部分203。耦合电子器件部分203可以是与上文参照图2和图3描述的相同的耦合电子器件，因此相同的附图标记给予相同的部件并且省略进一步的描述。
如根据图3和图4所理解的，包括射频线圈的环部分的两个平行导体各自可以是连续导体，如图4所示，或者导体中的一个或两个可以是不连续的，如图3所示。例如，图3中所示的两个导体可以包括切口，这导致每个导体由两个区段组成。介于导体区段之间的所得空间可以填充有封装和包围导体的介电材料。这两个切口可以定位在不同的位置，例如，一个切口在135°处，另一个切口在225°处(相对于环部分与耦合电子器件接合的位置)。通过包括不连续导体，可以相对于包括连续导体的线圈调节线圈的共振频率。在一个示例中，射频线圈包括由电介质封装和隔开的两个连续平行导体，共振频率可以是较小的第一共振频率。如果该射频线圈包括一个不连续导体(例如，其中一个导体被切割并填充有介电材料)和一个连续导体，则在所有其他参数(例如，导体线规、环直径、导体之间的间隔、介电材料)相同的情况下，射频线圈的共振频率可以是更大的第二共振频率。以这种方式，可以调节环部分的参数，包括导体线规、环直径、导体之间的间隔、介电材料选择和/或厚度以及导体段数和长度，以将射频线圈调谐到期望共振频率。
图5示出了示例射频线圈的分布式电容环部分500的剖视图。如根据图5所理解的，环部分500包括被介电材料503包围且封装在其中的第一导体502和第二导体504。每个导体可具有合适的横截面形状，本文为圆形横截面形状。然而，导体的其他横截面形状也是可能的，诸如矩形、三角形、六边形等。导体可以隔开适当的距离，并且可以选择隔开导体的距离以及导体的直径以实现期望的电容。此外，第一导体502和第二导体504中的每一个可以是七导体绞合线(例如，由七根绞合线组成)，但是也可使用实心导体代替绞合线。至少在一些示例中，绞合线可相对实心导体提供更大的灵活性。
可以利用以上关于图2至图5呈现的射频线圈，以便在mr成像会话期间接收mr信号。这样，图2至图5的射频线圈可以是图1的射频线圈单元14的非限制性示例，并且可以被配置为耦合到mri系统的下游部件，诸如处理系统。图2至图5的射频线圈可以存在于具有各种构型的射频线圈阵列中。下文更详细描述的图6至图12b示出了射频线圈阵列和伴随的线圈接口电缆的各种实施方案，其可包括上文参照图2至图5描述的一个或多个射频线圈。
图6示出了射频线圈阵列的不同布置。第一射频线圈阵列610包括线圈环和耦合到每个线圈环的电子单元，以及连接到每个耦合电子器件单元并从每个耦合电子器件单元延伸的线圈接口线缆。因此，射频线圈阵列610包括四个线圈环、四个电子器件单元和四个线圈接口电缆。例如，射频线圈阵列610的第一射频线圈可包括第一线圈环612、第一电子器件单元614和第一线圈接口电缆616。第二射频线圈阵列620包括用于每个线圈环的单独的电子器件单元，每个电子器件单元耦合到相应的线圈接口电缆。阵列620包括四个线圈环、四个电子器件单元和四个线圈接口电缆，它们在一组四个线圈接口电缆中捆绑在一起，并且可以称为集成的平衡-不平衡转换器电缆束。例如，耦合到两个顶部电子器件单元的两个线圈接口电缆捆绑在一起，并且它们与来自两个底部电子器件单元的两个接口电缆捆绑在一起。第三射频线圈阵列630包括用于每个线圈环的单独的电子器件单元，每个电子器件单元耦合到相应的线圈接口电缆。阵列630包括四个线圈环、四个电子器件单元和四个线圈接口电缆，它们在一组四个线圈接口电缆中捆绑在一起，并且可以称为集成的平衡-不平衡转换器电缆束。
在一些示例中，各个耦合电子器件单元可以容纳在共同的电子器件壳体中。线圈阵列的每个线圈环可以具有容纳在壳体中的相应的耦合电子器件单元(例如，去耦电路、阻抗逆变器电路和前置放大器)。在一些示例中，共用电子器件壳体可以从线圈环或射频线圈阵列拆下。具体地，如果单独的耦合电子器件如图6的射频线圈阵列630中那样配置，则电子器件可以放置在可分离的组件中并与射频线圈阵列断开。连接器接口可以放置在介于例如导体环部分(例如，上述驱动端)与用于每个单独的耦合电子器件单元的耦合电子器件之间的连接处。
在射频线圈或射频线圈阵列中使用的导线和线圈环可以以任何合适的方式制造，以获得期望射频线圈应用的期望共振频率。所需的导体线规，诸如28或30美国线规(awg)或任何其他所需的线规可以与相同规格的平行导线配对，并且使用挤出工艺或三维(3d)印刷或添加制造工艺用介电材料封装。该制造工艺可以是环境友好的，具有低浪费和低成本。
因此，本文描述的射频线圈包括封装在ptfe电介质中的双引线导线环，该ptfe电介质可以在两个平行导线中的至少一个中没有切口或至少一个切口，以及耦合到每个线圈环的小型化耦合电子器件pcb(例如，非常小的耦合电子器件pcb，大约2cm2或更小的尺寸)。pcb可以用保形涂层或封装树脂保护。这样做时，消除了常规元件，并且电容“内置”在集成电容器(inca)线圈环中。减少或消除了线圈元件之间的交互作用。通过改变所用导线的规格、导线之间的间距、环直径、环形以及导线中切口的数量和位置，线圈环适用于宽范围的mr工作频率。
线圈环在pet/mr应用中是透明的，有助于剂量管理和信噪比(snr)。小型化耦合电子器件pcb包括去耦电路、具有阻抗匹配电路的阻抗逆变器电路和输入平衡-不平衡转换器以及前置放大器。前置放大器为线圈阵列应用设置新标准，以实现最低噪声、稳健性和透明度。前置放大器提供有源噪声消除，以降低电流噪声，提高线性度，并改善对变化线圈负载条件的容忍度。另外，如下文更详细地解释的，可以提供具有平衡-不平衡转换器的电缆束，用于将每个小型化的耦合电子器件pcb耦合到与mri系统接口的射频线圈阵列连接器。
本文描述的射频线圈非常轻质，并且每个线圈元件的重量可以小于10克，而与generalelectriccompany的geometryembracingmethod(gem)套件的柔性射频线圈阵列相比，每个线圈元件重45克。例如，根据本发明的16通道射频线圈阵列可以重量小于0.5kg。本文描述的射频线圈非常柔性和耐用，因为线圈非常简单，具有非常少的刚性部件并且允许浮动重叠。本文描述的射频线圈特别低成本，例如，比现有技术减少十倍以上。例如，16通道射频线圈阵列可以由少于50美元的部件和材料组成。本文描述的射频线圈不排除当前封装或新兴技术，并且可以在不需要被封装或附接到线圈架的射频线圈阵列中实现，或者可以在作为柔性射频线圈阵列附接到柔性线圈架或作为刚性射频线圈阵列附接到刚性线圈架的射频线圈阵列中实现。
inca线圈环和相关联的耦合电子器件的组合是单个线圈元件，其在功能上独立并且不受其周围环境或相邻线圈元件的电免疫。因此，本文描述的射频线圈在低密度和高密度线圈阵列应用中同样表现好。线圈元件之间的异常隔离允许线圈元件之间的重叠最大化而不会降低线圈元件之间的性能。与常规的射频线圈阵列设计相比，这允许更高密度的线圈元件。
图7示出了柔性分布式电容射频线圈阵列710。射频线圈阵列710包括由平行导体组成的多个射频线圈环，没有集总部件，并且还包括相应的小型化耦合电子器件，如上文参照图2至图4所述。例如，射频线圈阵列710的射频线圈环包括平行导体的线圈环712和相关联的耦合电子器件714。射频线圈环可以以重叠的方式定位，并且可以封装在几乎任何材料中。如图所示，射频线圈阵列710可以封闭在柔性材料715中。
相比之下，常规的射频线圈阵列可以包括多个射频线圈环，该射频线圈环包括pcb上的铜迹线，该铜迹线是刚性的并且将射频线圈保持在相对于彼此的固定位置。与射频线圈阵列710的耦合电子器件相比，射频线圈包括集总部件(例如，电容器、电感器、电阻器等)和相对大的耦合电子器件布置。例如，常规的射频线圈阵列包括pcb，在其上形成铜迹线并且存在集总部件。耦合电子器件可以包括庞大且刚性的部件，诸如电容器、平衡-不平衡转换器、电感器、电阻器等。此外，由于常规射频线圈阵列的构型(例如，由于射频线圈阵列产生的热量)，需要刚性和/或庞大的壳体材料。此外，常规的射频线圈阵列可以仅包括在mr成像期间实际使用的常规整体射频线圈阵列元件的一部分。例如，常规的整体射频线圈阵列元件可以包括多个单独的常规射频线圈阵列，这进一步增加了常规整体射频线圈阵列的尺寸、重量和成本。
如根据图7所理解的，射频线圈阵列710中的线圈不被基板支撑或被基板包围。虽然射频线圈环中的导体封装在介电材料中，但至少在一些示例中，在整个射频线圈周围不存在其他基板。射频线圈可以封闭在织物或其他柔性壳体中，但是射频线圈可以在多个维度上保持柔性并且可以不固定地彼此连接。在一些示例中，射频线圈可以相对于彼此可滑动地移动，使得提供线圈元件之间的变化量的重叠。相比之下，常规射频线圈阵列的线圈元件相对于彼此固定在适当位置并且被基板(例如，pcb)包围。因此，即使当基板是柔性的时，常规射频线圈阵列的线圈元件的移动也是有限的。
图8示出了示例射频线圈阵列800，其包括附接到织物支撑件的十六(16)个射频线圈。射频线圈阵列的每个射频线圈是上文参照图2至图4描述的射频线圈的非限制性示例，并且因此每个射频线圈包括集成电容器线圈环(诸如集成电容器线圈环802)和直接耦合到线圈环的耦合电子器件单元(诸如耦合电子器件单元804)。线圈接口电缆(诸如线圈接口电缆806)连接到每个电子器件单元并从每个电子器件单元延伸。线圈接口电缆806可以是3导体三轴电缆，其具有中心导体、内屏蔽件和外屏蔽件。将中心导体连接到射频信号和前置放大器控制(rf)，将内屏蔽件连接到地(gnd)，将外屏蔽件连接到多控制偏置(二极管去耦控制)(mc_bias)。可以在与射频信号和前置放大器控制(rf)相同的导体上承载10v电源连接。
将16个线圈接口电缆(诸如电缆806)捆绑在一起并延伸到接口连接器810。每个线圈接口电缆806可以耦合到介于每个耦合电子器件单元与接口连接器810之间的至少一个平衡-不平衡转换器(诸如平衡-不平衡转换器808)。在一些示例中，射频线圈阵列800的线圈接口电缆806可以在其整个长度上包括连续和/或邻接的平衡-不平衡转换器，以消除圆柱形的块状平衡-不平衡转换器。例如，接口连接器810可以被配置为经由射频线圈阵列接口电缆(未示出)耦合到mri系统的处理系统或其他部件。
图8中所示的射频线圈环(诸如环802)被缝编到支撑织物材料816。即使在缝编到支撑件或以其他方式耦合到支撑件时，每个射频线圈也保持多个维度的柔韧性。例如，射频线圈阵列800可以绕第一轴(由图8的线812示出)弯曲，可以绕第二轴(由图8的线814示出)弯曲等等。
本文描述的射频线圈可以允许附接到各种不同的支撑材料和封装件和/或结合到各种不同的支撑材料和封装件中，所述各种不同的支撑材料和封装件包括刚性、半刚性和柔性的支撑材料和封装件。本文描述的射频线圈允许部署为可穿戴线圈阵列、可拉伸线圈阵列、模块化线圈阵列、低成本一次性线圈阵列以及用于放射肿瘤学和/或介入性应用或外科应用的线圈阵列。
图9和图10示出了包括根据本公开的射频线圈的封装射频线圈阵列的示例。图9示出了封装射频线圈阵列的分解图900。封装射频线圈阵列包括线圈阵列902，在本文中包括16个射频线圈，每个射频线圈具有小型化的电子器件单元，如上文参照图2至图4和图6至图8所述。射频线圈阵列的每个射频线圈通过缝编或其他附接机构耦合到柔性材料904的一段。将射频线圈阵列902和附接材料904夹在中间的是包括材料的第一区段906和第二区段908的内壳。内壳的材料可以是
图10示出了封装射频线圈阵列1000，其包括封闭射频线圈阵列的柔性壳体材料。提供接口连接器1002以允许射频线圈阵列经由射频线圈阵列接口电缆耦合或连接到控制器单元或其他处理系统。
如前所提及的，本公开的射频线圈阵列可以耦合到射频线圈阵列接口电缆，该射频线圈阵列接口电缆包括邻接的分布式平衡-不平衡转换器或共模陷波器，以便最小化高电流或驻波，而与定位无关。射频线圈阵列接口电缆的高应力区域可由几个平衡-不平衡转换器提供。另外，热负载可以通过公共导体共享。射频线圈阵列接口电缆的中心路径和返回路径的电感基本上不会因互感而增强，因此在几何形状变化时是稳定的。电容是分布式的，并且基本上不会因几何变化而改变。谐振器尺寸非常理想地小，但实际上可能受到阻塞要求、电场和磁场强度、局部失真、热和电压应力等的限制。
图11示出了根据各种实施方案形成的连续共模陷波器组件1100的示意框图。共模陷波器组件1100可被配置为传输电缆1101，该传输电缆被配置用于在mri系统的处理系统1150与射频线圈阵列1160之间传输信号。传输电缆1101是射频线圈阵列接口电缆212的非限制性示例，处理系统1150是控制器单元210的非限制性示例，射频线圈阵列1160是图2的多个射频线圈202和耦合电子器件部分203的非限制性示例。
在例示的实施方案中，传输电缆1101(或射频线圈阵列接口电缆)包括中心导体1110和多个共模陷波器1112、1114、1116。应当指出，虽然共模陷波器1112、1114和1116被描绘为与中心导体1110不同，但是在一些实施方案中，共模陷波器1112、1114、1116可以与中心导体1110一体形成或作为该中心导体的一部分。
例示的实施方案中的中心导体1110具有长度1104，并且被配置为在射频线圈阵列1160与mri系统的至少一个处理器(例如，处理系统1150)之间传输信号。例如，中心导体1110可以包括带状导体、导线或同轴电缆束中的一个或多个。所描绘的中心导体1110的长度1104从中心导体1110的第一端部(其耦合到处理系统1150)延伸到中心导体1110的第二端部(其耦合到射频线圈阵列1160)。在一些实施方案中，中心导体可以穿过共模陷波器1112、1114、1116的中心开口。
所描绘的共模陷波器1112、1114、1116(可以被理解为协作以形成共模陷波器单元1118)，如图11所示，沿着中心导体1110的长度1104的至少一部分延伸。在例示的实施方案中，共模陷波器1112、1114、1116不沿整个长度1104延伸。然而，在其他实施方案中，共模陷波器1112、1114、1116可以沿着整个长度1104延伸，或者基本上沿着整个长度1104延伸(例如，沿着整个长度1104，除了端部处的部分被配置为耦合到例如处理器或射频线圈阵列)。共模陷波器1112、1114、1116邻接地设置。如图11所示，共模陷波器1112、1114、1116中的每一个与共模陷波器1112、1114、1116中的至少另一个邻接地设置。如本文所用，邻接可以被理解为包括紧邻彼此或彼此接触的部件或方面。例如，邻接的部件可以彼此邻接。应当指出，在实践中，在一些实施方案中，小的或非实质的间隙可以在邻接的部件之间。在一些实施方案中，非实质间隙(或导体长度)可以被理解为小于自由空间中的发射频率的波长的1/40。在一些实施方案中，非实质间隙(或导体长度)可以理解为两厘米或更小。例如，邻接的共模陷波器陷波器在其间没有(或非实质的)中间间隙或导体，这可能易受来自磁场的电流的感应而没有由共模陷波器提供的缓解。
例如，如图11所示，共模陷波器1112与共模陷波器1114邻接，共模陷波器1114与共模陷波器1112和共模陷波器1116邻接(并且介于共模陷波器1112与共模陷波器1116之间)，共模陷波器1116与共模陷波器1114邻接。共模陷波器1112、1114、1116中的每一个被配置为向mri系统的接收发射器驱动电流提供阻抗。在各种实施方案中，共模陷波器1112、1114、1116提供高共模阻抗。例如，每个共模陷波器1112、1114、1116可以包括共振电路和/或一个或多个共振部件，以在期望频率处或附近或目标频率范围内提供期望阻抗。应当指出，共模陷波器1112、1114、1116和/或共模陷波器单元1118也可以被本领域技术人员称为扼流圈或平衡-不平衡转换器。
与具有分离的离散共模陷波器(其间具有空间)的系统相比，各种实施方案(例如，共模陷波器组件1100)具有共模陷波器连续和/或邻接延伸的部分，使得沿着未提供共模陷波器的部分不存在位置。因此，可以减少或消除选择或实现共模陷波器的特定放置位置的困难，因为所有感兴趣的位置可以包括在连续和/或邻接的共模陷波器内。在各种实施方案中，连续陷波器部分(例如，共模陷波器单元1118)可以沿着传输电缆的长度或部分延伸。连续模式陷波器部分可以由邻接接合的单独共模陷波器或陷波器区段(例如，共模陷波器1112、1114、1116)形成。此外，在各种实施方案中，可以采用邻接的共模陷波器降低与线圈元件的交互作用、在更大的区域上分布热量(例如，以防止热点)或帮助确保阻塞位于期望或所需位置中的至少一个。此外，在各种实施方案中可以采用邻接的共模陷波器以帮助在更大的区域上分配电压。另外，各种实施方案中的连续和/或邻接共模陷波器提供了柔韧性。例如，在一些实施方案中，共模陷波器可以使用连续长度的导体(例如，围绕中心导体缠绕的外部导体)形成，或以其他方式组织为整体形成的邻接部分。在各种实施方案中，连续和/或邻接共模陷波器(例如，在圆柱体中形成)的使用提供了一定范围的柔韧性，组件的弯曲基本上不会改变结构的共振频率，或者组件在弯曲时保持在频率上。
应当指出，在各种实施方案中的各个共模陷波器或区段(例如，共模陷波器1112、1114、1116)可以通常彼此类似地构造或形成(例如，每个陷波器可以是一段锥形缠绕线圈的一区段)，但是每个单独的陷波器或区段可以与其他陷波器或区段略微不同地配置。例如，在一些实施方案中，每个共模陷波器1112、1114、1116独立调谐。因此，每个共模陷波器1112、1114、1116可以具有与相同共模陷波器组件1100的其他共模陷波器不同的共振频率。
另选地或另外地，可以调谐每个共模陷波器以具有接近mri系统的操作频率的共振频率。如本文所用，当共振频率限定或对应于包括工作频率的频带时，或者当共振频率足够接近工作频率以提供频率上阻塞时，或者在工作频率下提供阻塞阻抗时，共模陷波器可以被理解为具有接近工作频率的共振频率。
其他另选地或另外地，可以调谐每个共模陷波器以具有低于mri系统的工作频率的共振频率(或者可以调谐每个共模陷波器以具有高于mri系统的工作频率的共振频率)。由于每个陷波器具有低于工作频率的频率(或者另选地，每个陷波器具有高于工作频率的频率)，所以可以消除或减少任何陷波器彼此抵消的风险(例如，由于一个陷波器的频率高于工作频率，而另一个陷波器的频率低于工作频率)。又如，可以将每个共模陷波器调谐到特定频带以提供宽带共模陷波器组件。
在各种实施方案中，共模陷波器可具有二维(2d)或三维(3d)蝶形构型以抵消磁场耦合和/或局部失真。
图12a是根据本公开实施方案的射频线圈阵列接口电缆1200的透视图，其包括多个连续和/或邻接的共模陷波器。射频线圈阵列接口电缆包括外套筒或屏蔽件1203、介电间隔部1204、内套筒1205、第一共模陷波器导体1207和第二共模陷波器导体1209。
第一共模陷波器导体1207围绕介电间隔部1204以螺旋形缠绕，或者在第一方向1208上以与设置在射频线圈阵列接口电缆1200的孔洞1218内的中心导体(未示出)逐渐减小的距离螺旋形缠绕。此外，第二共模陷波器导体1209围绕介电间隔部1204以螺旋形缠绕，或者在与第一方向1208相对的第二方向1210上以与设置在孔洞1218内的中心导体逐渐减小的距离螺旋形缠绕。在例示的实施方案中，第一方向1208是顺时针方向，第二方向1210是逆时针方向。
射频线圈阵列接口电缆1200的导体1207和1209可以包括导电材料(例如，金属)，并且可以成形为例如带、导线和/或电缆。在一些实施方案中，反绕或外导体1207和1209可以用作通过中心导体的电流的返回路径。此外，在各种实施方案中，反绕导体1207和1209可以正交地彼此交叉(例如，由第一共模陷波器导体1207限定的中心线或路径垂直于由第二共模陷波器导体1209限定的中心线或路径，作为共模陷波器导体交叉路径)以消除、最小化或减少共模陷波器导体之间的耦合。
应当进一步指出，在各种实施方案中，当射频线圈阵列接口电缆1200弯折或弯曲时，第一共模陷波器导体1207和第二共模陷波器导体1209松散地缠绕在介电间隔部1204周围，以提供柔韧性和/或减少电感的任何绑定、耦合或变化。应当指出，反绕外导体的松动或紧密可以根据应用而变化(例如，基于导体和介电间隔部的相对尺寸、共模陷波器所需的弯折或弯曲量等)。一般来讲，外部或反绕导体应足够紧密，以使它们保持在围绕介电间隔部1204的相同的总体取向，但是在射频线圈阵列接口电缆1200的弯折或弯曲期间足够松动，以允许足够量的松弛或移动，从而避免、最小化或减少反绕外导体的耦合或结合。
在例示的实施方案中，外屏蔽件1203在射频线圈阵列接口电缆1200的中间是不连续的，以暴露介电间隔部1204的一部分，在一些实施方案中，该电介质间隔部沿射频线圈阵列接口电缆1200的整个长度设置。作为非限制性示例，介电间隔部1204可以包括
此外，射频线圈阵列接口电缆1200包括第一柱1213和第二柱(未示出)，第一共模陷波器导体1207和第二共模陷波器导体1209固定到该第一柱和第二柱。为此，第一柱1213和第二柱位于共模陷波器的相对的两端部，并固定到外屏蔽件1203。第一柱1213和第二柱确保第一共模陷波器导体和第二共模陷波器导体1207和1209在射频线圈阵列接口电缆1200的端部处靠近外屏蔽件1203定位，从而提供如本文进一步描述的反绕导体的锥形蝶形结构。
锥形蝶形结构包括由第一共模陷波器导体1207形成的第一环和由第二共模陷波器导体1209形成的第二环，其被布置成使得第一环中的感应电流(由于磁场感应的电流)和第二环中的感应电流彼此抵消。例如，如果场是均匀的并且第一环和第二环具有相等的面积，则得到的净电流将为零。环的锥形圆柱体布置相对于共模陷波器中常规使用的二维布置在弯曲期间提供改善的共振频率的柔韧性和一致性。
一般来讲，本文使用的锥形蝶形结构可用于指代通量消除的导体构型，例如，包括至少两个相似尺寸的相对的环，它们围绕至少一个轴对称设置，并且布置成使得通过磁场在每个环(或环组)中感应的电流趋于抵消在至少一个其他环(或环组)中感应的电流。例如，参考图11，在一些实施方案中，反绕导体(例如，绕相对螺旋方向缠绕中心构件和/或轴的导体)可以与中心导体1110径向间隔开一段距离以形成共模陷波器1112、1114、1116。如图12a所示，径向距离可朝向共模陷波器的端部逐渐变小，以减少或完全消除条纹效应。以这种方式，共模陷波器1112、1114、1116可以连续地或邻接地定位，其间没有实质的间隙。
当多个共模陷波器导体邻接地设置在共模陷波器组件中时，上文描述的共模陷波器导体的锥形螺旋配置是特别有利的。作为例示性示例，图12b是射频线圈阵列接口电缆1250的透视图，包括将射频线圈阵列1270耦合到处理系统1260的多个连续和/或邻接的共模陷波器。射频线圈阵列接口电缆1250包括在中心导体1252上彼此相邻定位的第一共模陷波器1280和第二共模陷波器1290。
第一共模陷波器1280包括以锥形螺旋构型反绕的第一共模陷波器导体1282和第二共模陷波器导体1284。为此，第一导体1282和第二导体1284固定到柱1286和1288。应当指出，柱1286和1288在共模陷波器1280的同一侧对齐。
类似地，第二共模陷波器1290包括以锥形螺旋构型反绕并固定到柱1296和1298的第三共模陷波器导体1292和第四共模陷波器导体1294。应当指出，柱1296和1298在共模陷波器1290的同一侧对齐。
如图所示，共模陷波器1280和1290隔开一距离，从而使中心导体1252暴露在共模陷波器之间的间隙1254中。由于共模陷波器的共模陷波器导体的锥形螺旋构型，可以最小化或完全消除间隙1254，以便增加共模陷波器组件中共模陷波器的密度而不损失共模陷波器的阻抗函数。也就是说，在给定锥形螺旋构型的情况下，可以使距离任意小，使得共模陷波器处于面共享接触。
应当理解，虽然射频线圈阵列接口电缆1250包括两个共模陷波器1280和1290，但实际上射频线圈阵列接口电缆可包括超过两个的共模陷波器。
此外，射频线圈阵列接口电缆1250的共模陷波器1280和1290对准，使得柱1286、1288、1296和1298在射频线圈阵列接口电缆的同一侧对齐。然而，在共模陷波器之间可能存在串扰的示例中，例如，如果反绕导体的逐渐变小更严重或更陡，则共模陷波器可以相对于彼此旋转，以进一步减少陷波器之间的条纹效应和/或串扰。
另外，其他共模陷波器或平衡-不平衡转换器构型也是可能的。例如，可以修整每个共模陷波器的外屏蔽件，使得共模陷波器可以重叠或交错，从而增加共模陷波器的密度。
根据本公开的柔性射频线圈组件的技术效应包括阵列中的射频线圈更加任意地定位，从而允许线圈的放置和/或尺寸基于所期望的解剖结构覆盖范围，而不必考虑固定的线圈重叠或电子器件定位。另一技术效应是线圈可符合患者的解剖结构、刚性或半刚性壳体轮廓，并且由于最小化的材料和生产工艺，线圈的成本和重量可以显著降低，并且与常规线圈相比，可在本公开的rf线圈的制造和小型化中使用更环境友好的工艺。
一个示例提供了用于磁共振成像(mri)系统的射频(rf)线圈组件，其包括：分布式电容环部分，该分布式电容环部分包括由介电材料封装和隔开的两个平行导线，这两个平行导线沿着环部分在其终端端部之间的整个长度由介电材料保持隔开；耦合电子器件部分，该耦合电子器件部分包括前置放大器；以及线圈接口电缆，该线圈接口电缆在射频线圈组件的耦合电子器件部分与接口连接器之间延伸。在该组件的第一示例中，耦合电子器件部分还包括去耦电路和阻抗逆变器电路。在该组件的第二示例中，任选地包括第一示例，阻抗逆变器电路包括阻抗匹配网络和输入平衡-不平衡转换器。在该组件的第三示例中，任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，前置放大器包括针对高源阻抗优化的低输入阻抗前置放大器，并且其中阻抗匹配网络提供高源阻抗。在该组件的第四示例中，任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每一个，环部分的电容是两个平行导线之间的间隔、两个平行导线上的切口的位置和/或数量以及介电材料的函数。在该组件的第五示例中，任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每一个，这两个平行导线中的第一导线在第一位置中被切割，导致环部分具有第一共振频率。在该组件的第六示例中，任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或每一个，这两个平行导线中的每个导线是连续的，导致环部分具有第二共振频率。在该组件的第七示例中，任选地包括第一示例至第六示例中的一个或多个或每个，环部分沿着环部分在其终端端部之间的整个长度缺乏任何电容和电感集总部件。在该组件的第八示例中，任选地包括第一示例至第七示例中的一个或多个或每一个，线圈接口电缆包括至少一个平衡-不平衡转换器。在该组件的第九示例中，任选地包括第一示例至第八示例中的一个或多个或每一个，耦合电子器件部分直接耦合到环部分，该耦合电子器件部分被配置为耦合到mri系统的数据获取单元，该数据获取单元被配置为将由射频线圈组件获取的信息输出到被配置为根据该信息产生图像的数据处理单元。
一个示例提供了用于磁共振成像(mri)系统的射频(rf)线圈阵列，其包括多个射频线圈和包括至少一个平衡-不平衡转换器的线圈接口电缆，每个射频线圈包括集成电容器线圈环和耦合电子器件单元，该耦合电子器件单元包括前置放大器和阻抗匹配网络，该阻抗匹配网络被配置为产生高阻塞阻抗，并且线圈接口电缆在射频线圈阵列的耦合电子器件单元与接口连接器之间延伸。在该阵列的第一示例中，阵列还包括被配置为将射频线圈阵列耦合到mri系统的处理系统的射频线圈阵列接口电缆。射频线圈阵列接口电缆可以在接口连接器与处理系统之间延伸。此外，每个耦合电子器件单元可以包括相应的线圈接口电缆，并且每个线圈接口电缆可以捆绑成耦合到接口连接器的线束。在该阵列的第二示例中，任选地包括第一示例，多个射频线圈相对于彼此定位在非固定位置。在该阵列的第三示例中，任选地包括第一示例和第二示例中的一个或两个，阵列还包括多个附加的线圈接口电缆，每个线圈接口电缆从相应的耦合电子器件单元延伸，每个线圈接口电缆捆绑在一起形成耦合到接口连接器的集成的平衡-不平衡转换器电缆束。在该阵列的第四示例中，任选地包括第一示例至第三示例中的一个或多个或每一个，每个耦合电子器件单元封装在印刷电路板(pcb)中。在该阵列的第五示例中，任选地包括第一示例至第四示例中的一个或多个或每一个，每个射频线圈的集成电容器线圈环包括由介电材料封装和隔开的两个平行导体，这两个平行导体沿着环在其终端端部之间的整个长度由介电材料保持隔开。在该阵列的第六示例中，任选地包括第一示例至第五示例中的一个或多个或每一个，所述至少一个平衡-不平衡转换器以连续和/或邻接方式定位。
一个示例提供了用于磁共振成像(mri)系统的射频(rf)线圈，其包括集成电容器线圈环；以及耦合电子器件单元，该耦合电子器件单元直接耦合到集成电容器线圈环，当定位在射频线圈阵列中时，该射频线圈可相对于其他射频线圈在多个维度上移动。在该线圈的第一示例中，该射频线圈不固定地耦合到所述其他射频线圈，使得当定位在射频线圈阵列中时，该射频线圈与所述其他射频线圈具有可调节且可变量的重叠。在该线圈的第二示例中，任选地包括第一示例，集成电容器线圈环包括由介电材料封装和隔开的两个平行导线，并且该射频线圈不包括连续耦合在整个该射频线圈周围的任何基板。
如本文所用，以单数形式叙述且以词语“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地说明这种排除。此外，对本发明的“一个实施方案”的引用并非旨在被解释为排除也包含所叙述的特征的其他实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”一个元件或具有特定属性的多个元件的实施方案可包括不具有该属性的其他这类元件。术语“包括”和“在……中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗语言等同物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。
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