磁共振接收线圈及磁共振接收线圈组件的制作方法

本发明涉及磁共振成像技术领域，特别是涉及一种磁共振接收线圈及磁共振接收线圈组件。

背景技术：

现有磁共振接收线圈通常采用相位阵列设计，其中每一个阵列单元为环线圈。环线圈通常采用铜箔或铜丝制成，这些环形线圈形成的阵列可固定在使用硬质或柔性印刷电路板制成的载体上。为形成谐振需要在线圈上串联集总电容，然而谐振状态下电容两端存在局部的电场，该电场与扫描的负载存在耦合，导致介电损耗以及频率的偏移，最终影响接收图像的信噪比。

为解决上述问题，现有技术中解决方案为采用多个电容均匀的分布在线圈上，用于减少单个电容的局部电场，从而避免以上问题。此外，为了使得接收线圈形成谐振，也可以不串联集总电容，通过使传输线的长度等于波长的一半，在对应的频率下形成谐振。在常见的磁共振成像频率下，通常形成谐振需要的传输线长度较长，导致对应线圈尺寸较大，无法灵活的使用在不同的扫描部位。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有接受线圈形成谐振需要的传输线长度较长，导致对应线圈尺寸较大，无法灵活的使用在不同的扫描部位的问题，提供一种磁共振接收线圈及磁共振接收线圈组件。

一种磁共振接收线圈，包括：

第一导体，沿设定方向弯曲以形成回路，且所述第一导体具有相对的第一端和第二端；

一个或多个导体层，与所述第一导体并行设置，一个或多个所述导体层分别沿所述第一导体的弯曲方向延伸，且能够与所述第一导体电气耦合。

在其中一个实施例中，所述第一端和所述第二端之间形成第一开口，所述磁共振接收线圈通过所述第一开口能够与电子器件进行电气耦合，所述电子器件包括匹配电路、放大器或开关电路中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述电子器件与所述第一导体电气连接，或者所述电子器件与所述导体层电气连接。

在其中一个实施例中，所述第一导体上还串联连接有频率调节器件，用于调整所述接收线圈的谐振频率。

在其中一个实施例中，多个所述导体层形成套设于所述第一导体外侧的第二导体，所述第二导体与所述第一导体形成同轴线结构。

在其中一个实施例中，多个所述导体层与所述第一导体形成微带线结构。

在其中一个实施例中，多个所述导体层的相邻导体层之间形成第二开口，所述第二开口使所述第一导体部分暴露，所述第二开口处设置有开关电路，所述开关电路用于接收外部信号以控制所述磁共振接收线圈的工作状态。

一种磁共振接收线圈组件，包括呈行列形式分布的多个接收线圈，多个所述接收线圈中的至少一个包括：

第一导体，沿设定方向弯曲以形成回路，且所述第一导体具有相对的第一端和第二端；

一个或多个导体层，与所述第一导体并行设置，多个所述导体层分别沿所述第一导体的弯曲方向延伸，且能够与所述第一导体电气耦合。

在其中一个实施例中，所述第一端和所述第二端之间形成第一开口，所述接收线圈通过所述第一开口能够与电子器件进行电气连接，所述电子器件包括匹配电路、放大器或开关电路中的至少一种。

在其中一个实施例中，相邻接收线圈之间存在部分交叠，且多个所述接收线圈能够形成平面形、圆顶形、圆筒形或弧形中的至少一种形状。

上述磁共振接收线圈及磁共振接收线圈组件采用两个导体形成传输线结构，并在两个导体上开设位置不同的开口以达到谐振状态，使传输线中的电流在两导体之间流动，增加了等效的传输线长度，在相同谐振频率下可以减少线圈的尺寸，降低了成本，使用更加方便，适应性更强。

附图说明

图1为本发明的实施例的磁共振接收线圈的示意图；

图2a为本发明的实施例包含电容的磁共振接收线圈的示意图；

图2b为本发明的实施例包含电感的磁共振接收线圈的示意图；

图3为本发明另一实施例的磁共振接收线圈的示意图；

图4为本发明的实施例包含开关电路的磁共振接收线圈的示意图；

图5为本发明另一实施例包含开关电路的磁共振接收线圈的示意图；

图6a为本发明一实施例的开关电路示意图；

图6b为本发明另一实施例的开关电路示意图；

图7a为本发明的实施例耦合电子器件的磁共振接收线圈的示意图；

图7b为图7a所示的磁共振接收线圈所用的匹配电路示意图；

图8为本发明的另一实施例耦合电子器件的磁共振接收线圈的示意图；

图9a为本发明的一实施例的同轴线结构的磁共振接收线圈展开示意图；

图9b为本发明的另一实施例的微带线结构的磁共振接收线圈示意图；

图10为本发明的实施例的磁共振接收线圈组件的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提出一种磁共振接收线圈，该接收线圈包括：第一导体，沿设定方向弯曲以形成回路，且所述第一导体具有相对的第一端和第二端；一个或多个导体层，与所述第一导体并排设置，一个或多个所述导体层分别沿所述第一导体的弯曲方向延伸，且能够与所述第一导体电气耦合。

可选地，第一导体弯曲的设定方向可以是沿着圆弧的方向、矩形的边长延伸方向以及蝶形的边长延伸方向、马鞍形的边长延伸方向等其他任意的环形、类环形或者多边形的方向，从而所述第一导体形成的回路可以为圆环形、矩形、椭圆形、蝶形、马鞍形以及其他任意的多边形回路。

可选地，多个导体层与第一导体之间存在间隙，间隙内可设置介电材料，介电材料可选择空气、陶瓷、高聚物、晶体材料如金刚石、硅、硫等。

可选地，多个所述导体层可环绕第一导体的周围，形成套设于所述第一导体外侧的第二导体，该第二导体为中空的环状导体管，第一导体位于该环状导体管内，即：第二导体与所述第一导体形成同轴线结构。

可选地，多个导体层与所述第一导体并排设置，多个导体层仅覆盖所述第一导体的部分位置，且多个导体层与所述第一导体形成微带线结构。例如：导体层包括第一导体层和第二导体层，两导体层相邻分布在第一导体的同一侧(外侧或内侧)，且导体层仅部分包裹第一导体。

可选地，第一导体可串联连接频率调节器件，通过该频率调节器件能够调整接收线圈的谐振频率。

可选地，所述第一端和所述第二端之间形成第一开口，所述磁共振接收线圈通过所述第一开口能够与电子器件进行电气耦合，所述电子器件包括匹配电路、放大器或开关电路中的至少一种。具体地，所述电子器件与所述第一导体电气连接，或者所述电子器件与所述导体层电气连接。

可选地，多个导体层的相邻导体层之间可形成第二开口，该第二开口使第一导体部分暴露，该第二开口处可设置电子器件或者上述频率调节器件。例如：电子器件为开关电路，该开关电路用于接收外部信号以控制磁共振接收线圈的工作状态。当然，电子器件还可设置成匹配电路或放大器等。在一个实施例中，开关电路可接收外部信号以控制开口两端的导体层连通(短路状态)，整个线圈则处于失谐状态，无法接收外部信号；当开关电路可接收外部信号以控制开口两端的导体层断路，整个线圈则处于谐振状态，可接收外部信号。

请参阅图1至图4，图1为本发明的一实施例的磁共振接收线圈的示意图，图2a为本发明的实施例的包含电容的磁共振接收线圈的示意图，图2b为本发明的又一实施例的包含电感的磁共振接收线圈的示意图，图3为本发明的实施例的磁共振接收线圈的示意图，图4为本发明的实施例的包含开关电路的磁共振接收线圈的示意图。

在本发明一示例性的实施例中，所述磁共振接收线圈包括第一导体100和多个导体层。

示例性地，所述第一导体100为沿设定方向弯曲以形成回路，且所述第一导体100具有相对的第一端和第二端，且所述第一导体100上开设有第一开口101。多个所述导体层与所述第一导体并行设置，多个导体层与第一导体之间设置绝缘介质，多个所述导体层分别沿所述第一导体的弯曲方向延伸，且能够与所述第一导体电气耦合。可以理解的，本申请中的导体层与第一导体并行设置可理解为导体层与第一导体沿大致相同的方向延伸，且两者不交叉。可选地，上述两者可形成同轴线结果或者上下并排的层面。

示例性地，多个所述导体层可环绕第一导体100的周围，形成套设于所述第一导体100外侧的第二导体200，该第二导体200为中空的环状导体管，第一导体100位于该环状导体管内，即第二导体200与所述第一导体100形成同轴线结构，且所述第二导体200开设有第二开口201使所述第一导体100部分暴露。可以理解的是，所述第二开口201不用于限制所述第二导体200外壁上开口的数量，所述第二导体200外壁上开口的数量可以为一个或多个。

另外，多个导体层还可以与所述第一导体100并排设置，多个导体层仅覆盖所述第一导体100的部分位置，且多个导体层与所述第一导体100形成微带线结构。例如：导体层包括第一导体层和第二导体层，两导体层相邻分布在第一导体100的同一侧(外侧或内侧)，且导体层仅部分包裹第一导体100。此时多个所述导体层的相邻导体层之间形成第二开口，所述第二开口使所述第一导体100部分暴露。

所述第一导体100和多个导体层的组合形式可以等效为一段传输线。根据传输线理论，当传输线的长度等于波长的一半时，可以在对应的频率下形成谐振。在常见的磁共振成像频率下，通常形成谐振需要的传输线长度较长，导致对应线圈尺寸较大，无法灵活的使用在不同的扫描部位。

因此在本实施例中，将所述第一导体100或多个导体层的中间断开，传输线中的电流会被迫在第一导体100和多个导体层间进行流动，实现谐振效果，相当于在实际线圈尺寸不变的情况下增加了等效的传输线长度，在相同谐振频率下可以减小线圈的尺寸。

在图2a和图2b所示的实施例中，所述第二导体(导体层)200为环状导体管，且所述第二导体200开设有第二开口201使所述第一导体100部分暴露。所述第一开口101与所述第二开口201开设在不同位置处，且所述第一开口101的中心点和第二开口201的中心点在圆周上可设置成相差90度。例如，在本实施例中，如果定义第一开口101位于圆周上0度位置，则第二开口201开设在圆周上180度位置。在其它实施例中，所述第二开口201的开设位置可以在一定范围内调整，例如所述第二开口201开设在圆周上90-270度的范围内均可。改变所述第二开口201的开设位置可以相应调节所述磁共振接收线圈的谐振频率。

在图2a所示的实施例中，第一导体100的中间部分串联连接的频率调节器件105选择容性组件。接收线圈的轮廓尺寸可设置为5-20cm之间，具体可根据实际扫描的目标区域大小确定。第一导体与多个导体层的间距可设置为0.1-5mm之间的任意数据。进一步地，所述第一导体100还开设有第三开口102，且所述第三开口102与所述第二开口201位于同一位置，所述第三开口102处连接有频率电容103，该频率电容103串联连接至第一导体100的中间位置，用于调整所述磁共振接收线圈的工作频率。在此实施例中，令频率电容103两端的多个第二导体层与第一导体100形成的等效电容为c1，令频率电容103的电容为c2，则整个线圈的总体电容ctotal与上述电容的关系式可表示为：

其中，c1的取值可以为10pf量级；c2的取值可根据c1以及谐振频率进行计算，通常在1～100pf范围之间。频率电容103两端的多个第二导体层与第一导体100形成的同轴线单位长度的电容可通过如下公式计算：

其中，d为第一导体100(内导体)直径；d为第二导体(外导体)直径；ξ0表示真空介电常数；ξγ表示多个导体层与第一导体之间的绝缘介质的介电常数。进一步地，射频线圈的闭合状态下形成的等效电感为l，则射频线圈的谐振频率通过如下公式计算得到：

在此实施例中，当f的数值约为64mhz，则对应1.5t磁共振系统；当f的数值约为128mhz，则对应3.0t磁共振系统。通过设置适当的频率电容103可使用不同场强的磁共振系统。

在图2b所示的实施例中，第一导体100的中间部分串联连接的频率调节器件105选择感性组件。在图2b所示的实施例中，所述第一导体100还开设有第三开口102，且所述第三开口102与所述第二开口201位于同一位置，所述第三开口102处连接有频率电感104，该频率电感104串联连接至第一导体100的中间位置，用于调整所述磁共振接收线圈的工作频率。需要指出的是，本发明实施例中的频率调节器件105中感抗或者阻抗可设置可调节型，以根据目标频率的大小选择合适的感性组件或者容性组件。

如图3为本发明一实施例的磁共振接收线圈示意图。其中，第一导体沿设定方向弯曲以形成回路，且第一导体具有相对的第一端和第二端；多个导体层，与第一导体并排设置，多个导体层分别沿第一导体的弯曲方向延伸，且能够与第一导体电气耦合。第一导体的中间串联连接频率调节器件105。与前述实施例的不同在于，第一导体的第一端和第二端并未直接与外部电路连接，而是通过相邻的导体层与外部电路连接。该种设置适用于目标频率较高的情况。

在图4所示的实施例中，所述第一开口101处设置有第一开关电路300，用于接收外部信号以控制所述第一导体100短路。如图6a所示为本发明一实施例的第一开关电路300的示意图，所述第一开关电路300包括一个开关二极管，所述第一开关电路300与直流电路相连，根据所述直流电路发送的直流信号控制所述开关二极管的通断以控制所述第一导体100短路。在其它实施例中，所述第二开口201处设置有第二开关电路，用于接收外部信号以控制所述第二导体200短路，所述第二开关电路包括一个开关二极管，所述第二开关电路与直流电路相连，根据所述直流电路发送的直流信号控制所述开关二极管的通断以控制所述第二导体200短路。

在图4所示的实施例中，所述第一开口101处设置有第一开关电路300，用于接收外部信号以控制所述第一导体100短路。如图6b所示为本发明另一实施例的第一开关电路300的示意图，所述第一开关电路300包括两个相互并联的开关二极管，所述第一开关电路300接收磁共振系统激发过程中的射频脉冲信号控制所述开关二极管的通断以控制所述第一导体100的短路。在其它实施例中，所述第二开口201处设置有第二开关电路，用于接收外部信号以控制所述第二导体200短路，所述第二开关电路包括两个相互并联的开关二极管，所述第二开关电路接收磁共振系统激发过程中的射频脉冲信号控制所述开关二极管的通断以控制所述第二导体200的短路。

可以理解的，在其它实施例中，所述第一开口101处和第二开口201处可以均设置有开关电路。如图5所示为本发明一实施例的磁共振接收线圈示意图，与前述实施例的不同在于，第一开关电路300与频率调节器件105并列设置。在此实施例中，第一开关电路300与第二导体层连接，通过调节不同开口处的开关电路以控制第一导体100和第二导体200的短路，改变该磁共振接收线圈的电流路径，从而改变其谐振状态，以实现失谐效果。

在图7a所示的实施例中，所述第一开口101处设置有耦合电子器件，所述耦合电子器件可以为匹配电路400或放大器500。所述匹配电路400由集总元件组成，用于调节所述磁共振接收线圈的工作频率。在本实施例中，所述匹配电路400的一端与所述第一导体100连接，另一端与放大器500相连，所述放大器500用于接收流经匹配电路的磁共振信号并将磁共振信号放大后再输出。在本实施例中，所述匹配电路400位于馈电板上，所述第一开口101所述馈电板相连，所述馈电板用于将接收到的磁共振信号馈入放大器500及后端射频接收链。在其它实施例中，所述匹配电路400可以设置于第二开口201，也可在所述第二导体200上增加一开口，将所述匹配电路400设置于增加的开口处。

如7b为图7a的磁共振线圈所用的匹配电路400结构示意图，其包括线圈匹配单元和放大器匹配单元两部分。在此实施例中，电感l1和电容c4形成线圈匹配单元，电感l2和电容c1形成放大器匹配单元。需要说明的是，上述电气元件的参数可根据射频线圈和所用放大器的具体参数进行设置。在一个典型的放大器实施例中，l2的取值为100nh，c1为20pf。c4和l1的取值由磁共振线圈的负载状态(设置在患者身体表面)决定，根据以下关系调节c4的取值，将线圈的输出阻抗匹zout配至典型的放大器特征阻抗，如50ohm。

其中w为磁共振线圈的谐振角频率，γload为负载电阻，通常为10ohm量级。

图8为本发明实施例的磁共振接收线圈结构示意图。与前述实施例的区别在于，第一开口101处耦合的电子器件如下设置：电子器件电气连接第一开口处的导体层。本实施例与图7a相比，相当于改变了原有线圈各电容性部分的连接方式，总电容值改变，从而改变原有谐振频率，通过如上设置可使得接收线圈具有较高的谐振频率。

图9a为前述图1至图8所示的磁共振接收线圈的展开示意图，其为同轴线结构。示例性地，第一导体100设置在同轴线结构的中心区域，外层的多个导体层形成屏蔽层。

图9b为本申请的第一导体100和多个导体层形成的微带线结构的示意图。其中，第一导体100可设置在下表面，作为微带线的底层(地端)；一个或多个导体层设置在微带线的上表面，作为微带线的顶层(信号端)，两者之间设置绝缘介质形成绝缘层。

上述磁共振接收线圈采用两个导体，并在两个导体上开设位置不同的开口以达到谐振状态，同时利用开关电路进行控制导体的短路以实现失谐效果，不需要传统的并联谐振形式的失谐电路，结构更简单，且减少了电感器件的使用，避免了因为元器件自身损耗导致的线圈品质因子下降，有利于提升线圈信噪比。另外，由于线圈主体部分为传输线形式，无集总电容存在。局部的电场主要分布在两个导体之间，减少了与扫描负载之间的耦合，因此可以避免品质因子的损失,从而实现更好的接收图像信噪比。此外通过选择使用适当规格的同轴传输线，配合简化了失谐电路的结构，可以较大的提升柔软程度并降低重量。

本发明还公开了一种磁共振接收线圈组件，请参阅图10，图10为本发明的磁共振接收线圈组件的示意图。

在本实施例中，所述磁共振接收线圈组件包括呈行列形式分布的多个接收线圈，多个所述接收线圈中的至少一个为前述的磁共振接收线圈。在本实施例中，磁共振接收线圈组件包括四个接收线圈：第一接收线圈510、第二接收线圈520、第三接收线圈530和第四接收线圈540。其中，第一接收线圈510和第二接收线圈520形成第一线圈组，该第一线圈组位于第一行；第三接收线圈530和第四接收线圈540形成第二线圈组，该第二线圈组位于第二行。同时，第一接收线圈510与第三接收线圈530属于第一列；第二接收线圈520与第四接收线圈540属于第二列。每个接收线圈均开设有第一开口，且均连接有匹配电路和放大器。在其它实施例中，所述第一开口还可以连接开关电路。在本实施例中，属于同一行或者同一列的相邻接收线圈之间存在部分交叠，为上下层叠状态，即：相邻的接收线圈之间采用交叠去耦方式，以减小相互之间的互感。当然，本发明中对于磁共振接收线圈组件中相邻的接收线圈之间的去耦方式并不做具体限制，在其他实施例中还可选择电容去耦、电感去耦等其他方式。

进一步地，第一接收线圈510、第二接收线圈520、第三接收线圈530和第四接收线圈540的内导体均开设有第三开口，且第三开口处耦合有电容器件。

需要说明的是，本发明中磁共振接收线圈组件的接收线圈的数量并不做具体限制，可选地接收线圈的数目可设置成五个、六个或者更多个。磁共振接收线圈组件的形状并不限定为平面形状，还可设置成圆顶形、圆筒形或弧形等。对应地，本发明中磁共振接收线圈组件可形成头部线圈、脊柱线圈、四肢关节线圈、肩部线圈、腹部线圈、颈部线圈、肩部线圈或者其他部位的线圈等。可选地，当所述磁共振接收线圈组件形成头部线圈时，为部分的球面结构；当所述磁共振接收线圈组件形成脊柱线圈或体部线圈时，为平面结构；当所述磁共振接收线圈组件形成关节线圈，包括肩关节，膝关节，足踝关节，腕关节等关节线圈时，根据部位特定形状做随形结构。

本发明还公开了一种磁共振系统，包括超导磁体、病床和上述磁共振接收线圈组件。所述超导磁体用于环绕形成检测空间。所述病床用于支撑病人，放置于所述超导磁体形成的检测空间内，并能相对于所述超导磁体运动。所述磁共振接收线圈组件用于接收患者接受检测时身体部位产生的磁共振信号。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。