一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构的制作方法

本发明涉及一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，属于医疗器械磁共振成像技术领域。

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。

随着磁共振技术的发展和进步，尤其是近年来，因为其轻便、易用、病人舒适性高等优点，柔性射频线圈变得越来越受到医生和病人的欢迎，并越来越普及。

请参阅图1，一种传统的柔性射频线圈，就是使用柔性印刷线路板1'制成谐振回路，谐振回路当中每隔一段焊接一个分立的陶瓷电容2'。谐振回路当中的失谐电路是由pin二极管3'和分立的失谐电路陶瓷电容4'、分立的失谐电路螺线管电感5'制成。谐振回路和前置放大器之间通常使用同轴线连接，其中的一段同轴线绕成螺线管6'，两端屏蔽层并联焊接一个分立的陶瓷电容7'，螺线管6'与陶瓷电容7'并联形成一个共模抑制巴伦。

专利cn201810888994.3和cn201821261853.0公开了一种使用分布式电容的磁共振射频线圈结构，将分立陶瓷电容更改为平面柔性电容的技术，但是其他元件还是采用分立的电器元件，由于柔性线圈在使用过程中需要弯曲，所以出于安全性和可靠性的考虑，前述所有的分立电容、分立电感和分立的巴伦等元器件和组件，以及所有的焊点处，均需要有塑料外壳进行保护。所以这样的柔性线圈虽然可以弯曲，但是可弯曲性还是很受限制，而且线圈的厚度和重量也降不下来，而且由于大量电子元器件和焊点的存在，其可靠性也大大下降。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，成像区域内没有焊点，进一步降低磁共振射频线圈的厚度和重量，提高柔软性和舒适性，可靠性大为提高。

实现上述目的的技术方案是：一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，包括位于成像区域内的柔性部分和位于成像区域外的非柔性部分，其中：

所述柔性部分包括位于同一块柔性印刷线路板上的射频谐振回路、传输线和/或共模抑制巴伦；

所述非柔性部分至少包括前置放大器和与其相连的失谐电路的失谐二极管；

所述柔性印刷线路板包括基材、位于基材的上表面的若干段上层覆铜和位于基材的下表面的若干段下层覆铜；所述上层覆铜形成上层导体，所述下层覆铜形成下层导体；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、下层导体与两者中间的基材一起形成平面柔性电容；

所述射频谐振回路包括通过若干段导体串联在一起的若干调谐电容、失谐电路电容和信号馈入点电容；

所有的调谐电容、失谐电路电容和信号馈入点电容均采用平面柔性电容；

所有的导体采用柔性印刷线路板上的上层导体或下层导体；

所述射频谐振回路和所述非柔性部分通过所述传输线相连；

所述传输线采用柔性印刷线路板上的上层导体和/或下层导体；

所述共模抑制巴伦设置在所述传输线上，所述共模抑制巴伦由一段传输线的两端通过连接线并联一个平面柔性电容组成。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，所述失谐电路电容和信号馈入点电容为相互独立的平面柔性电容，所述失谐电路电容的一端和信号馈入点电容的一端通过柔性印刷电路板上的上层导体或下层导体相连；

所述传输线包括三根导线，分别为第一根导线、第二根导线和第三根导线，所述第一根导线的一端连接至所述信号馈入点电容和失谐电路电容的之间的导体，另外一端连接至所述前置放大器的地线；所述第二根导线的一端连接至所述信号馈入点电容的另外一端，另外一端连接至所述前置放大器的输入端；所述第三根导线的一端连接至所述失谐电路电容的另外一端，另外一端连接至所述失谐电路的失谐二极管。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，所述传输线的第一根导线由柔性平面印刷线路板上的下层导体制成，所述传输线的第二根导线和第三根导线一一对应地由柔性印刷线路板上的相互平行设置的两条上层导体制成；

所述第一根导线的其中一段的两端通过连接线与一个平面柔性电容并联，形成一个所述共模抑制巴伦，所述连接线由位于柔性印刷线路板上的下层导体和过孔制成。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，所述前置放大器和传输线之间设置有移相器。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，所述失谐电路电容和信号馈入点电容共用一个平面柔性电容，此平面柔性电容通过传输线与所述非柔性部分相连，所述传输线包括两根导线，所述两根导线一一对应地由柔性平面印刷线路板上的上层导体和下层导体形成。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，所述传输线的一根导线上的其中一段的两端通过连接线与一个平面柔性电容并联，形成一个所述共模抑制巴伦，所述连接线由柔性印刷线路板上的导体和过孔制成。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，所述前置放大器和失谐二极管之间设置有移相和阻抗匹配电路。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，一个所述柔性部分和一个所述非柔性部分连接后形成一个单通道的射频线圈。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，多个所述单通道的射频线圈组合在一起形成一个多通道的相控阵射频线圈；

每个通道的柔性部分均制作在一块独立的柔性印刷线路板上，多个通道的所有柔性印刷线路板相互交错拼叠在一起，且所有的传输线汇聚在一起后连接到所述非柔性部分；

或者多个通道的所有柔性部分合并制作在一块柔性印刷线路板上。

上述的一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，其中，将成像区域内的所有柔性印刷线路板和位于成像区域外的部分传输线封装在一个柔性封皮内，将成像区域外的所有非柔性部分封装在一个塑料盒内，所述柔性封皮和塑料盒压合在一起。

本发明的用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，与现有技术相比优点体现在：

(1)在成像区域内，没有一个分立的电子元器件，没有一个焊点，因此也没有一个保护塑料外壳，因此线圈可以做到极致地薄；

(2)可以进一步降低磁共振射频线圈的厚度和重量，提高柔软性和舒适性；

(3)成像区域内没有焊点，可靠性大为提高。

附图说明

图1为传统的柔性射频线圈结构示意图；

图2为实施例一中位于成像区域内的柔性部分的结构示意图；

图3为图2中传输线和共模抑制巴伦的局部放大示意图；

图4为实施例一中的位于成像区域外的非柔性部分的电路结构图；

图5为实施例二中位于成像区域内的柔性部分的结构示意图；

图6为实施例二中的位于成像区域外的非柔性部分的电路结构图；

图7为实施例三中的单通道的射频线圈的结构示意图；

图8为实施例三中的六通道的相控阵射频线圈结构示意图。

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：

实施例一：

请参阅图2、图3和图4，一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，包括位于成像区域内的柔性部分100和位于成像区域外的非柔性部分200。

柔性部分100包括位于同一块柔性印刷线路板上的射频谐振回路2、传输线3和共模抑制巴伦4(特殊情况下，也可以不设置共模抑制巴伦4)；非柔性部分200包括串联的前置放大器6、失谐电路5的失谐二极管51和失谐电路电感52，传输线3和前置放大器6之间设置有移相器7。

柔性印刷线路板包括基材、位于基材的上表面的若干段上层覆铜和位于基材的下表面的若干段下层覆铜；上层覆铜形成上层导体11，所述下层覆铜形成下层导体12；相邻的上、下层导体之间交叠，交叠的上、下层导体与两者中间的基材一起形成平面柔性电容。平面柔性电容的容值由如下公式决定：

c＝ε0*εr*a/d(1)

公式(1)中c为电容值，ε0为真空介电常数，εr为基材的相对介电常数，a为交叠面积，d为基材的厚度。本实施例中使用常用的厚度为25微米聚酰亚胺作为基材，其相对介电常数为3.3，使用公式(1)计算可知，每平方毫米的交叠面积大概能产生1.1pf的电容，所以是很容易设计制作出磁共振射频线圈常用的1-100pf范围的电容的。

图2中为了便于显示直观便于理解，下层导体的宽度都大于上层导体，实施应用中并不是必须如此。

射频谐振回路2包括通过若干段导体串联在一起的若干调谐电容21、失谐电路电容22和信号馈入点电容23；所有的调谐电容21、失谐电路电容22和信号馈入点电容23均采用平面柔性电容；所有的导体连接线采用柔性印刷线路板上的上层导体11或下层导体12制作；射频谐振回路2和非柔性部分200通过传输线3相连。

传输线3为平面柔性传输线，采用柔性印刷线路板上的上层导体和/或下层导体；共模抑制巴伦4设置在传输线3上，共模抑制巴伦4由一段传输线3的两端通过连接线41并联一个平面柔性电容42组成。

本实施例中，射频谐振回路2上共有5个电容，分别是3个调谐电容21、1个失谐电路电容22和1个信号馈入点电容23。

失谐电路电容22和信号馈入点电容23为相互独立的平面柔性电容，失谐电路电容22的一端和信号馈入点电容23的一端通过柔性印刷电路板上的下层导体相连。

再请参阅图3，传输线3包括三根导线，分别为第一根导线31、第二根导线32和第三根导线33，第一根导线31由柔性平面印刷线路板上的下层导体制成，为参考地线；传输线的第二根导线32和第三根导线33一一对应地由柔性印刷线路板上的相互平行设置的两条上层导体制成。

由于要把前置放大器6和失谐电路5的失谐电路电感52和失谐二极管51等元器件要放置在成像区域以外，所以传输线3较长，通常需要在传输线3上加上一个共模抑制巴伦4。第一根导线31的其中一段的两端通过连接线41与一个平面柔性电容42并联，形成一个共模抑制巴伦4，连接线41由位于柔性印刷线路板上的上层或下层导体和过孔44制成。这段第一根导线31和两端的连接线41形成的电感和并联的平面柔性电容42谐振，形成一个并联谐振电路，可以有效抑制传输线上的共模电流。

再请参阅图4，第一根导线31的一端连接至信号馈入点电容23和失谐电路电容22的之间的下层导体，另外一端连接至前置放大器6的地线，功能类似于同轴线的屏蔽线；第二根导线32的一端连接至信号馈入点电容23的另外一端，另外一端连接至者前置放大器6的输入端，功能相当于同轴线的射频信号线；第三根导线33功能相当于失谐电路连接线，第三根导线33的一端连接至失谐电路电容22的另外一端，另外一端连接至失谐电路5的失谐电路电感52的一端，失谐电路电感52的另外一端连接至失谐二极管51正极，失谐二极管51的负极和前置放大器的地线相连。

连接柔性谐振回路2和前置放大器6的的传输线如果比较长，需要在第二根导线32和前置放大器6的输入端之间加一个移相器7(见图4)，第二根导线32连接移相器7的输入端，移相器7的输出端连接前置放大器6的输入端。第一根导线31连接移相器7和前置放大器6的地线。

实施例一中，使用和射频谐振回路同一块柔性印刷线路板上的导体制成的传输线，不仅将射频谐振回路2的信号馈入点电容23和放置在成像区域外的前置放大器6相连，还将位于成像区域内的失谐电路电容22和位于成像区域外的失谐电路电52感和失谐二极管51等元器件相连。

为了达到失谐电路的效果，需要在失谐二极管51短路的情况下，将失谐电路电容22、传输线3、失谐电路电感52调试到磁共振系统的频率，如3.0t通常为127.7mhz。这样在磁共振系统发射期间，失谐电路电容22两端形成高阻，防止谐振回路中产生很大的射频电流，从而保证射频线圈和病人的安全。

对于多通道相控阵射频线圈，为了达到前置放大器6提高射频线圈通道之间的隔离度的作用，还需要将信号馈入点电容23、传输线3、移相器7和前置放大器6调试到磁共振系统的频率，从而在信号馈入点电容23两端也形成一个高阻，降低各个通道之间的耦合。

实施例二：

请参阅图5和图6，一种用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，与实施例一不同的是，本实施例中，将信号馈入电容23和失谐电路电容22共用一个平面柔性电容20，平面柔性电容20同时承担失谐功能和信号馈入功能，此平面柔性电容20通过传输线3与非柔性部分相连，这样传输线3只需要两根导线就可以了，一根导线由柔性印刷线路板上的上层导体制成，另外一根导线用柔性印刷线路板上的下层导体制成。

和实施例一中原理相同，如果传输线3较长，也在传输线3的某一段下层导体的两端，通过两段连接线并联一个平面柔性电容，从而形成一个共模抑制巴伦。

传输线3的另外一端连接位于成像区域外的失谐电路，其中上层导体制成的导线连接失谐电路的失谐电路电感52的一端，下层导体制成的导线连接失谐二极管51的负极相连。和实施例一中原理相同，也要在失谐二极管51短路的情况下，将信号馈入电容和失谐电路电容与传输线、失谐电路电感谐振在磁共振系统频率。

再请参阅图6，由于失谐功能和信号馈入功能所要求的电容的容值通常并不相同，并且由于传输线通常较长，所以在失谐电路5和前置放大器6之间还需要增加一个移相和阻抗匹配电路7'。并且，和实施例1一样，也要将同时承担失谐功能和信号馈入功能的平面柔性电容20与传输线、失谐电路电感52、移相和阻抗匹配电路7'以及前置放大器6一起调试到磁共振系统的频率，从而起到增加通道隔离度的作用。

实施例三：

实施例一和实施例二主要展示了磁共振线圈单个射频通道的不同结构和实现方式。目前，磁共振射频线圈通常都是有很多个独立通道组成，本实施例主要展示本发明的思想怎么用于组成多个通道的相控阵射频线圈。

请参阅图7，一个柔性部分100和一个非柔性部分200连接后形成一个单通道的射频线圈，和实施例二类似，将信号馈入电容23和失谐电路电容23合并为一个电容，并通过一段平面柔性传输线和共模抑制巴伦连接到成像区域外。这个通道上的所有连接导体、所有电容、所有传输线均制作在一块独立的柔性印刷线路板上。

请参阅图8，由6个图7所示的单通道的射频线圈所组成的一个6通道相控阵射频线圈，具体由6个柔性部分100和6个非柔性部分200组合在一起形成；每个通道的柔性部分制作在一块独立的柔性印刷线路板上，6个通道的6块柔性印刷线路板相互交错拼叠在一起，为了将所有的放置在成像区域外的非柔性部分的移相器、失谐电路和前置放大器组件等放置在一起，需要将每个通道的传输线走线方向和共模抑制巴伦位置进行适当地调整，使所有的传输线最终汇聚在一起，并连接到位于成像区域外非柔性部分的各组件。

最后，将成像区域内的柔性印刷线路板和位于成像区域外的部分传输线都封装在一个柔性封皮300内，将成像区域外的所有非柔性部分的移相器、失谐电路和前置放大器等组件封装在一个塑料盒400内，柔性封皮和塑料盒压合在一起。再使用电缆线将塑料盒内的前置放大器和失谐电路与磁共振系统相连接，即可进行磁共振成像扫描。

这样，在整个成像区域内，只有柔性印刷线路板，而没有任何的分立的电子元器件和焊接点，整个线圈可以做得极端地薄，极端地轻，极端地柔软。并且，由于成像区域内没有任何分立的电子元器件和焊点，不会有任何的磁性问题，也没有任何的主动发热问题，安全性和可靠性也大为提高。

当然，根据上述思想，磁共振射频线圈的射频谐振回路可以制成各种不同形状和尺寸，以适应不同射频线圈不同的应用场景。柔性平面传输线也可以制成不同的方式，比如两根或三根导线可以在一个覆铜层上并排走线，或者可以部分交叠，或者是做成网格状覆铜。传输线上的共模抑制巴伦也可以做成不同的形状，比如可以将传输线绕制成8字形，以增加其电感量，提高共模抑制效果。

另外，位于成像区域外的失谐电路、移相器和前置放大器也可以有很多不同设计，如在某些情况下，失谐电路的电感可能需要用电容代替；也可能某些情况下，不需要移相器；也可能某些情况下不需要阻抗匹配电路，只需要将前置放大器重新设计即可。

对于柔性印刷线路板，可以将每个通道制作在一块独立的柔性印刷线路板上，也可以将多个通道合并制作在一块印刷线路板上。可以使用双面柔性印刷线路板，某些情况下，也可以使用4层或更多层柔性印刷线路板。

综上所述，本发明的用于磁共振成像的零焊点柔性射频线圈结构，整个成像区域内的每个射频通道的所有电路、电容、传输线、巴伦均由一块柔性印刷线路板制成，不需要一个分立的电子元器件，不需要一个焊点，其厚度和重量可以大大降低、柔软性、舒适性和可靠性可以大大提高。

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。