专利名称：带有重叠线圈元件的磁共振线圈、磁共振装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于发射和/或接收磁共振信号的磁共振线圈，其至少包括两个重叠的线圈元件、这些线圈元件的线圈导线，所述线圈导线在交叉区域相互交叉并布置在支承体上，其中，互相重叠的线圈元件布置在所述支承体的不同侧。本发明还涉及一种具有这种磁共振线圈的磁共振装置，以及一种制作这种磁共振线圈的方法。
背景技术：
磁共振线圈用在磁共振装置中，作为发射线圈用于发射使原子核自旋发生偏转的磁共振信号，和/或作为接收线圈用于接收可确定磁共振图像的磁共振信号。本文中主要考虑的是接收线圈。当前，为人们所熟知的是采用所谓的局部线圈，也就是天线系统，其被安置在待检查目标(特别是患者)的紧上面(前面)或紧下面(后面)。这种局部线圈可用来记录高信噪比(SNR)的磁共振图像。磁共振测量期间，所述局部线圈的各线圈元件里的励磁芯体感应的电压通常利用低噪声前置放大器(低噪声放大器，LNA)被放大，且传递给(特别是以线扎电缆的方式)接收电子系统。为了进一步改善信噪比(特别是在高分辨率图像中)，采用所谓的高场系统，其可具有1. 5特斯拉至12特斯拉及更高的基本场强。如提及的那样，所述局部线圈的主要优点是靠近所述目标的非常小的线圈元件允许非常高的信噪比。由于这个原因，而且由于通过k_空间欠采样(并行成像等)的加速测量的可能性，所以人们对非常紧密的线圈元件阵列(因此带有许多读出通道的局部线圈)抱有很大兴趣。在这些线圈元件阵列(天线阵列)中，希望所述的线圈元件尽可能有效地互相解耦。现有技术已公开了达到此目的的不同的可能方法，例如通过载波的感应解耦、通过普通线圈导线的电容解耦以及几何感应解耦，因为在相邻线圈元件间存在重叠。因此，在每个局部线圈里制作交叉区域，该局部线圈几何上包含解耦线圈元件，所述线圈元件的导线路径(线圈导线)在所述的交叉区域交叉。在那里可产生寄生电容，由此会引发介电损耗。在线圈元件的极其紧密的封装阵列的情况下，例如，在带有32个或更多通道以及(因而)线圈元件的局部头线圈中，在从10个通道开始的肩线圈和所类似的线圈里，所述的线圈元件非常小，并且在所述交叉区域中的损耗机理获得越来越多的关于图像质量的影响。这类似地适用于线圈元件的其它阵列，其中，所述的各个线圈元件因为其它的原因必须非常小，例如在用于拍摄动物图像和化学应用中的磁共振线圈的情形中。首先，所提到的在所述交叉区域里的损耗机理首先是是其它线圈元件导线里的由于线圈元件导线产生的涡流导致的电阻性损耗，但是，其次也有产生在所述交叉区域中的寄生电容导致的介电损耗。特别地，例如，当节省成本的电介质用作所述线圈导线的支承体时，在这些点处的损耗会特别显著，因为这些材料通常也有高损耗因数(tan δ )。除了由于介电损耗和电阻性损耗导致的所述损耗之外，在交叉点处所述线圈元件的耦合也会产生不希望的模式，例如共模，其可在线圈元件的整个阵列上传播。在接收的情况下，这会导致信号损耗，在发射的情况下，这会导致所述局部线圈的不希望的共振并因而导致B1均匀性的失真，也就是高频发射场均匀性的失真。为了解决这个问题，有人建议使线圈导线在交叉点处变细并将它们设计得更窄，从而降低寄生电容。然而，对于线圈元件来说，这通常达不到预期目标，因为更宽的线圈导线总体上导致相对较低的损耗。也有人建议在的交叉区域提供人工焊接的桥，以便在各线圈元件的线圈导线之间有更大的距离，而且，在线圈导线之间也有作为电介质的空气，空气具有非常好的损耗性能，特别是就损耗因数而论。然而，这是不利的，因为人工作业是昂贵且耗时的，而且其次会产生很难复制的结果。
发明内容
因此，本发明的目的之一是设计一种局部线圈以及制作所述局部线圈的方法，在不耗时且没有高昂的人工参与的情况下，可制作出局部线圈，不过仍然改进了所述交叉区域中的损耗性能。为此，在背景技术部分中提到的这种磁共振线圈中，限定支承体至少由三层支承材料形成，其中，填充有空气或填充材料的腔在交叉区域处设置在中间层中，所述填充材料的介电常数低于所述支承材料的介电常数。因此，本发明提出由多个层构造所述支承体，从而制造一种多层基板。这允许于交叉点处在所述支承体内的中间层中设置腔，即，腔至少填充在所述交叉区域处，可用空气或电介质填充所述腔。这种情况下，空气的介电常数和所述电介质填充材料的介电常数低于支承材料的介电常数，当所述填充材料的损耗因数也低于所述支承材料的损耗因数时，这是特别有利的。进而优选的是，实际上用所述填充材料填充腔，从而在制造期间，没有包括在所述基板中且仅用空气填充的腔所具有的问题，特别是在弯曲时没有翘曲以及如果温度上升(焊接时可能发生的情况)没有弯曲。这里提供的是平的、横向结构的支承体，其横向地改变其电特性且与所述层是垂直的。这样，最终可以大大减少用于所述磁共振的线圈元件阵列中的寄生电容和因此而发生的损耗机制，特别是在局部线圈阵列中。这种情况下，提供了一种非常节省成本的构造技术，因为在很大程度上，易于处理的方便电介质也可用作支承材料，而具有合适介电性能的填充材料实际上仅在小区域中需要，具体地为交叉区域。这仅导致成本非常轻微的上升，特别是与整个支承体由具有相对有利特性的填充材料制成的设计相比，其中，提供了不复杂且可自动化的制作方法。本发明也允许以节省成本的方式采用相对低损耗的电介质。在对本发明的具体改进中，可限定所述填充材料的介电常数小于2和/或所述填充材料的损耗因数小于O. 01 (10_2)。低于这些限制的值可以实现关于所述电容的减少和所述涡流损耗的减少及介电损耗的减少的显著改善。采用的支承材料可以是FR4材料。FR4材料是标准的印制电路板材料，可以以低成本大量获得，并且也可以是大面积、不同厚度。此外，可以以公知的方式对FR4材料进行简单处理，因此，对于所述支承体的层来说，其是非常合适的。采用的填充材料可以是泡沫材料和/或包括聚四氟乙烯的材料，泡沫材料特别地是聚乙烯泡沫。因此，本发明特别有利地允许采用昂贵、低损耗的电介质，因为仅需要很少量的这些材料，而其余的区域是由节省成本的支承材料形成的，特别是FR4材料。所述层可具有的厚度为O. 05至Imm,特别是O.1至O. 3mm。由预期所希望的应用确定对所述层厚度的具体选择，特别是所期望的柔性，具体地在局部线圈的情况下，这是一个设计标准。例如，如果采用具有O.1mm厚度的三层，则可制出柔性局部线圈。在对本发明的第一备选改进中，可限定所述至少三层具有同样厚度。此改进就制作来说是相对简单的，因为仅必须处理具有特定厚度的层。如果所述层提供为膜，那么在它们互相连接之前，仅必须处理一个特定的膜厚。然而，在备选改进中，当带有所述腔的层比不带有腔的层更厚时可以是有利的。例如，采用三层时，中间层即第二层可更厚，因此在交叉点处可采用更多的具有更适合的介电特性的材料或空气。最终，在本发明的范围之内，可相继设置所需要的多层，其中，应注意的是，随着高度增加，附加物变得更厚且机械上柔性更差。例如，可限定提供五层，其中，腔位于第二层和第四层。也可以在所有的中间层中提供腔，例如也在第三层中提供腔，从而更大比例的腔被填充，特别是用填充材料，尤其是层厚保持相同。除了磁共振线圈之外，本发明也涉及一种磁共振装置，其具有根据本发明所述类型的磁共振线圈。所有与所述磁共振线圈有关的实施例可类似地移植到磁共振装置，从而在磁共振装置的情况下也可以取得上述优点。最后，本发明也涉及一种制作根据本发明的磁共振线圈支承体的方法，该方法特征在于，在对所述层进行连接之前，采用蚀刻法制出所述中间层里的腔。蚀刻法特别适合用于在层中提供腔，从而尽可能精确覆盖交叉区域，其中，利用掩模执行操作，该掩模置于待处理的中间层上面。例如，意图具有所述腔的中间层在蚀刻法中自动获得腔，且然后同样地自动地与其它层相结合，由此这种方法可以实现自动化。例如，所述层可以是包括易于处理的FR4材料的膜。与所述磁共振线圈有关的实施例也可类似地移植到根据本发明的方法中。为了连接所述层，可限定通过层叠来连接所述层。采用FR4材料时，这种方法是特别合适的，采用别的连接变型原则上显然也是可行的。关于线圈导线，可限定线圈导线被气相沉积或层叠。进一步可限定的是，蚀刻出所述腔之后，将中间层与别的不带有腔的层相连接，特别是通过层叠方式，然后用填充材料填充腔。这样，所述腔在三侧是封闭的，因此，可以以一种特别简单的方式实现用填充材料自动填充。当然，如果多个层中设置有腔，那么这种方法也可重复，已发现三层构成层的最佳数量。特别地，由于借助于公知的处理和制作方法，本发明提供被设计为具有层结构的支承体，证明是特别具有优势的。用于减少在所述交叉点处的损耗的其它变型原则上也是可行的，所述变型利用单层支承体操作，但是优势很小。因此，在普通类型的磁共振线圈中，例如，也可限定支承体在交叉区域具有凸起的部分，特别是桥，其从所述支承体整体形成。例如，如果提供原则上已经稳定的注模式支承体，在交叉区域可由支承体形成桥。即便这会在所述线圈导线之间产生空气区域(其可同样可选地用填充材料填充)，结果仍然是一种相对复杂的制作支承体的方法，所述支承体具有凸起的部分，考虑到空间要求，该凸起部分是不合意的，而且在细薄柔性支承体情况下，这种方法证明是相对复杂的，因为凸起部分或桥必须具有一定程度的稳定性。在这种普通类型的磁共振线圈的情况中，另外可行的是在所述交叉区域中提供将被安装到支承体的间隔物，间隔物在尺寸上对应于交叉区域和/或稍微更大的区域。这种情况下，所述间隔物可包括低损耗电介质，例如同样的聚乙烯泡沫或包含聚四氟乙烯的材料。在这种情况下，也仅需要非常小面积的所述昂贵材料，但是也必然会产生从带有所述线圈导线的支承体的完全平坦构造的偏差；这降低了所述线圈的可处理性，且在所述间隔物的区域中产生更敏感的凸出部分。在这种情况下，原则上可行的是间隔物也覆盖所述支承体的整个表面，而且在所述交叉区域的外部间隔物显著变薄，但是需要大量的间隔物材料。间隔物可层叠在所述支承体上。
可从下文参照附图描述的示范实施例中获悉本发明的更多优点和细节，其中图1示出根据本发明的磁共振线圈的线圈导线轮廓的平面图，图2示出图1的细节，图3示出通过第一示范实施例中的支承体的横截面，图4示出通过第二示范实施例中的支承体的横截面，以及图5示出根据本发明的磁共振装置的基本示意图。
具体实施例方式图1根据本发明以基本示意图的形式示出磁共振线圈I的与本发明相关的部件，该线圈此处是局部线圈的形式。磁共振线圈I包括柔性支承体2，各线圈元件4的线圈导线3安装在该支承体的上下两侧。在此情况下，安装在背面的线圈导线3以虚线显示。如图所示，相邻线圈在重叠之后，互相形成重叠区域5，该重叠区域用于对单个线圈元件4几何解耦。因此，各线圈元件4的线圈导线3在交叉区域重叠，如图2更详细所示，图2示出放大比例的细节6。原则上知道的是，线圈导线3具有特定的宽度，这会产生图2中以阴影部分显示的交叉区域7。交叉区域7是关键的，特别是当意图采用非常小的线圈元件4工作时，因为当电介质中产生损耗时，击穿电容在此建立。因此，在本发明的范围之内，限定通过支承体2的特定结构去活这些点。这参照图3和图4中的其它示范实施例更详细地示出。图3在横截面中示出支承体2的构造的第一示范实施例。附图示出在支承体2上表面上层叠的或气相沉积的线圈导线3a，以及在其下表面上气相沉积或层叠的线圈导线3b，所述线圈导线3b垂直于所述线圈导线3a延伸。交叉区域7再次同样地示出。如图所示,支承体2包括三层8、9和10,所述层每个具有O.1mm的相同厚度,且由FR4材料组成。层8、9和10因此就像膜一样一层层叠到另一层。然后，通过蚀刻法，在交叉区域7的中间层9中制作在该示范实施例中填充以空气的腔11，以与交叉区域重叠。如图所示，腔11比交叉区域7宽，这意味着其在线圈元件4的平面(即，层平面)中的面积比交叉区域7的面积大。这种情况下，腔11在层平面中的面积大于交叉区域7的面积，例如大10%至90%，本例中大50%。因为空气的介电常数非常低且损耗也非常低，也就是说损耗因数很低，因此通过填充以空气的腔11改善了与寄生电容相关的特性以及减小了损耗。图4示出相对于以上而优选的支承体2的构造的示范实施例，其中，为了改善支承体2的机械性能，特别是稳定性，腔11填充以填充材料12，本实施例中是介电常数和损耗因数非常低的材料(因此，介电常数低于FR4材料，损耗因数也低于FR4材料)，该填充材料包括聚四氟乙烯，该材料的介电常数小于2，该材料的损耗因数小于O. 01。采用的填充材料也可以是泡沫材料，例如聚乙烯泡沫。通过用填充材料12填充腔11，使得支承体2具有更大的稳定性同时，改善了与寄生电容相关的特性和损耗特性，而不需要大量的填充材料。在这一点上应当注意的是，设计中间层9厚于两外层8、10也是可行的。为了制作支承体2，首先通过蚀刻法在中间层9(此时中间层9还没有与其它层8、10连接)中制作腔11，例如，可放置掩模于中间层9上面。如果腔11开始是存在的，那么将中间层9层叠于外层之一例如层10上。此时，腔11已是三面封闭。因此，腔现在可以以自动化的方式简单地用填充材料12填充。最后，将剩下的外层(本例中为层8)层叠至层9、10上。如所已知的，然后可安装线圈导线3，例如采用气相沉积或同样地采用层叠。图5最后示出根据本发明的磁共振装置13的基本示意图。由于磁共振装置13在现有技术中已广为熟知，所以在此不必再对其进行详细解释。磁共振装置13包括根据本发明磁共振线圈1，其为局部线圈的形式，例如，该局部线圈通过其柔性支承体2等可放置在患者身上。尽管通过优选的示范实施例对本发明进行了图示说明和详细描述，但是本发明不受限于所公开的实例，而且在不脱离本发明保护范围的情况下，本领域技术人员可从其得到其它变型。
权利要求
1.一种磁共振线圈(1)，特别是局部线圈，用于发射和/或接收磁共振信号，包括至少两个重叠的线圈元件(4)，所述线圈元件的线圈导线(3，3a，3b)布置在支承体(2)上且在交叉区域(7)中交叉，其中互相重叠的线圈元件(4)布置在支承体(2)的不同侧，其特征在于，支承体(2)至少由三层(8，9，10)支承材料形成，其中，填充有空气或填充材料(12)的腔(11)在交叉区域(7)处设置在中间层(9)中，所述填充材料的介电常数低于所述支承材料的介电常数。
2.根据权利要求1所述的磁共振线圈，其特征在于，填充材料(12)的损耗因数也低于所述支承材料的损耗因数。
3.根据权利要求1或2所述的磁共振线圈，其特征在于，填充材料(12)的介电常数小于2且/或填充材料(12)的损耗因数小于O. 01。
4.根据上述权利要求中任一项所述的磁共振线圈，其特征在于，所述的支承材料是 FR4材料且/或填充材料(12)是泡沫材料和/或包括聚四氟乙烯的材料，泡沫材料特别地是聚乙烯泡沫。
5.根据上述权利要求中任一项所述的磁共振线圈，其特征在于，层(8，9，10)的厚度为O.05至Imm,特别是从O.1至O. 3mm。
6.根据上述权利要求中任一项所述的磁共振线圈，其特征在于，所述至少三层(8，9， 10)具有同样的层厚。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的磁共振线圈，其特征在于，具有腔(11)的层(9) 比没有腔(11)的层(8，10 )具有更大的厚度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的磁共振线圈，其特征在于，具有五层，其中腔(11)位于第二层和第四层中。
9.一种磁共振装置(13)，包括根据上述权利要求中任一项所述的磁共振线圈(I)。
10.一种制作根据权利要求1至8中任一项所述的磁共振线圈(I)的支承体(2)的方法，其特征在于，在连接层(8，9，10 )之前，采用蚀刻法在中间层(9 )中制作腔(11)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，采用层叠的方法连接层(8，9，10)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，线圈导线(3，3a，3b)是气相沉积或层叠的。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，蚀刻腔(11)之后，中间层(9)连接另外不带有腔(11)的层(8，10)，特别是采用层叠的方法，然后用填充材料(12) 填充腔(11)。
全文摘要
本发明涉及带有重叠线圈元件的磁共振线圈、磁共振装置和方法。一种磁共振线圈(1)，特别是局部线圈，用于发射和/或接收磁共振信号，包括至少两个重叠的线圈元件(4)，所述线圈元件的线圈导线(3，3a，3b)布置在支承体(2)上且在交叉区域(7)中交叉，其中互相重叠的线圈元件(4)布置在支承体(2)的不同侧，其中支承体(2)至少由三层(8，9，10)支承材料形成，其中，填充有空气或填充材料(12)的腔(11)在交叉区域(7)处设置在中间层(9)中，所述填充材料的介电常数低于所述支承材料的介电常数。
文档编号A61B5/055GK102998641SQ20121034503
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月17日 优先权日2011年9月15日
发明者S.比伯, D.德雷梅尔, H.格雷姆, S.沃尔夫 申请人:西门子公司