用于磁共振成像系统的柔性线圈及其制造工艺的制作方法

本发明涉及一种用于磁共振成像系统的射频线圈，尤其涉及用于磁共振成像系统的柔性线圈及其制造工艺。

背景技术：

磁共振成像系统是一种大型医疗诊断设备，在现代医院中得到广泛应用。磁共振成像系统是根据磁共振成像原理生成样品的二维或者三维图像的设备，常见的磁共振成像系统一般包括：产生静态均匀磁场b0的主磁体，该静态均匀磁体的范围足够大，能够容纳病人的身体的成像部位；射频系统，包括用于激发样品发生共振的射频发射线圈，和用于接收样品发出的共振信号的射频接收线圈；梯度系统，用于在样品空间产生梯度磁场、便于成像编码；以及计算机成像系统，用于处理射频接收线圈收集的信号，处理成便于医生观察的视觉图像。

核磁共振成像技术中，使用接收线圈来收集样品受激发出的射频信号，收集到的射频信号被放大后用于样品图像重建。接收线圈的电气结构主要包括由导电材料做成的线圈体，和连接在线圈体中的电感和电容等电路元器件。在工作状态下，接收线圈罩着病人的被检查部位，其输出的磁共振信号带有人体组织信息，获得的图像可供医生诊断用。

接收线圈在工作状态下，与病人的被检查部位的空间位置需要相对固定，传统上接收线圈具有刚性的结构，不方便儿科或者小关节的检查诊断。

技术实现要素：

因此需要一种柔性的、灵活轻便的射频接收线圈。

本发明公开了一种用于磁共振成像系统的柔性线圈，包括线圈导体，和连接在所述线圈导体之中的调谐元件；还包括覆盖所述线圈导体和调谐元件的柔性外套；所述线圈导体采用柔性电路板制作。

还包括一个以上的围合状外壳，散布在所述线圈导体所在的平面；所述调谐元件被分别包裹在所述围合状外壳内。

所述围合状外壳均匀地分布于所述柔性线圈中线圈导体所在的平面中，并从所述柔性线圈的两侧表面凸出。

所述围合状外壳在所述柔性线圈的表面上凸出构成的丘状凸起连续排列成行，并且所述丘状凸起之间的低洼区也连续排列成行。

在本发明的一个实施例中，所述柔性线圈中丘状凸起的厚度是低洼区的厚度的1.5倍至5倍。

本发明还公开了一种用于磁共振成像系统的柔性线圈的制造工艺，包括如下步骤：

a采用柔性电路板制作线圈导体，并且连接调谐元件在其间；

b用围合状外壳分别包裹所述调谐元件。

在本发明的一个实施例中，在步骤b中还包括：

均匀散布所述围合状外壳于所述柔性线圈中线圈导体所在的平面。

在本发明的一种制造工艺中，还包括如下步骤：

c依据所述线圈导体的外形和围合状外壳的位置成型柔性外套，用所述柔性外套全面覆盖所述线圈导体以及分布其间的调谐元件和围合状外壳。

在本发明的一种制造工艺中，所述步骤c进一步包括如下步骤：

c依据所述线圈导体的外形和围合状外壳的位置成型柔性外套的第一片，在所述围合状外壳的位置使得表面凸起从而产生内部容置空间；再依据所述线圈导体的外形和围合状外壳的位置成型所述柔性外套的第二片，并且同样在所述围合状外壳的位置使得表面凸起从而产生内部容置空间；然后对齐叠加放置所述柔性外套的第一片、所述线圈导体以及分布其间的调谐元件和围合状外壳、以及柔性外套的第二片，热压粘合。

本发明的一种制造工艺，所述柔性外套的表层采用聚氨酯布为原料，所述柔性外套的内层采用eva片材为原料。

本发明的用于磁共振成像系统的柔性线圈及其制造工艺，因为采用柔性导线或者柔性电路板制作线圈导体，能够移动、弯曲、扭转而不会损坏导线；由于把线圈中的调谐功能电路拆开成更小的单元，使用小尺寸围合状外壳保护，再使用该围合状外壳均匀分布在线圈导体所在的平面，使得柔性线圈的两个表面具有均匀的小突起，使用中能够多个维度弯曲；因为使用柔性材料包裹封装，在磁共振扫描中易于变形贴合在被检查成像的身体部位。

附图说明

图1是一种环形线圈导体形状示意图。

图2是本发明的一种柔性线圈的内部电路结构示意图。

图3是本发明的一种柔性线圈的内部结构示意图。

图4是本发明的一种柔性线圈的立体形状示意图。

图5是本发明的用于磁共振成像系统的柔性线圈的制造工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步详细说明。本发明的实现并不限于如下所描述的实施例，还可以以许多不同的形式来实现。提供如下实施例的目的，是为了便于更加透彻全面的理解本发明所公开的内容。

需要说明的是，本说明书中描述一个原件被“固定”于另一个原件，指的是该原件直接在另一个原件上，或者其间还存在其它居中的原件；本说明书中描述一个元件被“连接”于另一个元件，指的是该原件直接连接到另一个元件，或者其间还存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中所使用的术语只为描述具体的实施例，不是为了限制本发明。

本发明公开了用于磁共振成像系统的柔性线圈及其制造工艺。对射频线圈装置本身来说，影响其性能的最主要因素是射频线圈装置的电结构形式，在磁共振成像过程中贴合于被检查者身体表面的线圈称为表面线圈，目前表面线圈中普遍采用的线圈导体结构形式有环状线圈，这种线圈导体结构的优点是可以做多个重叠结构，对于接近人体表面组织器官成像有相当的优势，而且对磁体形状的要求也不高，虽然环状线圈的均匀性不好，靠近线圈的位置样品组织的成像会很亮，但是今天磁共振领域的种种新技术扩大了表面线圈的应用，例如在成像中抑制皮肤和脂肪组织信号等等。为了使表面线圈在磁共振扫描过程中更好地贴合人体，我们提供一种柔性线圈。

如图1所示是一种环形的线圈导体，图中线圈导体采用导电材料制作成环形，在线圈导体中可以串接电感器和/或电容器等电器元件(图1中未示出)，根据谐振频率和电磁耦合的需要调整串接在其中的电感器和电容器的值，并且调整线圈导体的形状。作为磁共振成像系统的射频线圈，还需要有其它功能电路，例如调谐或者失谐电路；以及电信号引出装置，例如通过阻抗匹配等功能电路连接信号电缆。本文中，上述电器元件和种种功能电路凡是需要与线圈导体集成在一起实现射频线圈功能的统称为调谐元件。

在本发明的柔性线圈中可以包括多个线圈导体，这些线圈导体可以是如图1所示的环形导体，也可以是其它形状，或者是多种形状的组合。

在本发明中，线圈导体使用柔性导线制作，或者在柔性电路板上实现，这样的线圈导体在磁共振扫描成像时可以弯曲以贴合人体扫描部位，从而获取更好的磁共振扫描图像。

一种柔性电路板是由金属箔导体、和中间层粘结剂热压而成。中间层可以是聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材，金属箔导体一般有铜箔、铝箔、铜铍合金箔等。柔性电路板可弯曲、扭转而不会损坏导线，具有重量轻、厚度薄的特点，还具有良好的介电性能、耐化学性和低吸湿性，尤其适合相对简单的线路。在一个实施例中，柔性电路板的厚度为0.3mm。

如图2所示是本发明的一种柔性线圈的内部电路结构示意图，这是一个表面线圈的印刷电路板的一部分，图中包括第一单元线圈ch1，深色的宽度较大的线构成线圈导体，细一点的深色线是构成回路、传递信号的回路导体，在线圈导体和回路导体中间留有连接调谐元件的位置，例如图中的dc1、dc5、dc9、c1、l1、r1、r5和vc1都是需要接入各类调谐元件的位置。图2中还有一些生产工艺需要的标志线、提示符和安装孔位。

如图3所示是本发明的一种柔性线圈的内部结构示意图，这是在一种类似图2所示的表面线圈的印刷电路板上安装了保护调谐元件的壳体以后的俯视图，是一个柔性线圈的内部结构的一部分，图中包括第一单元第一线圈ch1，还包括第五单元线圈ch5的一部分。其中的圆角方块是立体小盒子(图3中也有其他形状的小盒子)，每一个小盒子都是线圈中的调谐元件的独立外壳，这个外壳具有一定硬度、起到保护调谐元件的作用，是刚性的和绝缘的，可以保护调谐元件及其与线圈导体的连接不被挤压而损坏。上述独立外壳也可以是其它形状，只要能把调谐元件围合保护起来。在本文中不论何种形状统称为围合状外壳。

这种围合状外壳的尺寸相对于柔性线圈而言比较小，均匀散布在柔性线圈里，并且均匀地从上下两个表面凸出。为了适合小尺寸的围合状外壳，柔性线圈的电器元件和种种功能电路被分开成体积更小的规模，用柔性导线相连接。请注意，虽然每个调谐元件都分别置于围合状外壳里面，但不是每个围合状外壳内部都有调谐元件，有些围合状外壳内部是空的，这样的设计保证了柔性线圈的各个方向都可以同等的弯曲形变，方便使用。本发明不仅使用围合状外壳保护调谐元件，还使用围合状外壳调节柔性线圈的外形，这种在柔性线圈表面上均匀分布的丘状凸起使得柔性线圈的接触感更加平整柔软，并且在平面的多个维度上能够自由弯曲变形，以更好地贴合人体的形状。

作为本发明的一个实施例，如图3中所示的围合状外壳的结构，包括可以分离的两部分：具有立方体外形的上壳，和可与上壳相配合的下壳。在上壳的结合面上有4个突出的柱体，下壳的结合面上有4个内孔。调谐元件置于上壳与下壳之间，然后把上壳的4个柱体穿过印刷电路板，再嵌入下壳的4个内孔中，再点胶固定。

参见图3，在同一个柔性线圈中，可以有多种不同规格和形状的围合状外壳。

在一个实施例中，柔性电路板上预留适合围合状外壳的安装通孔，上壳的4个突出的柱体经过安装通孔穿过柔性电路板，嵌入下壳的4个内孔中，再用凝固胶固定。

在一个实施例中，围合状外壳通过独立开模，选用无定性热塑性材料成型制作，具有耐热、抗冲击和阻燃的特性，在普通使用温度内都有良好的机械性能。可以选用聚碳酸酯(缩写为pc)材料热压而成。

本发明的柔性线圈使用柔性外套包裹线圈导体和分布其间的围合状外壳。一个实施例是采用模具分别成型柔性外套的上片和下片，柔性外套的上片和下片的外表面包括一个一个凸起的坑，用于容置散布在柔性印刷电路板上线圈导体中的一个一个的围合状外壳。然后把线圈导体以及分布其间的围合状外壳一起夹在中间，热压成型，再修剪边沿。在一个实施例中采用一个独立的模具，先放入预先成型的柔性外套的下片，再放入印刷电路板(线圈导体以及围合状外壳)，最后放入之前压好的上部，对该模具加热、压合、封边最后用刀模或剪刀把边缘剪出来。

在一个实施例中，柔性外套的外表面采用聚氨酯布(polyurethane)，它是一种有机高分子材料。物理性能好，耐曲折、柔软度好、抗拉强度大、具有透气性。使用这种柔性外套的柔性线圈具有良好的柔软舒适的触感。在pu布的内部粘接eva片材(eva是乙烯-醋酸乙烯共聚物例如ev30)，然后使用模具热压成型为柔性外套。由于聚氨酯布耐曲折、抗拉强度大，eva片材加热后具有流动性，成型的柔性外套既柔软又光滑无皱褶，非常耐用而且美观。

在本发明的线圈导体和调谐元件中包括相互连接用的小线缆，这小线缆在各个围合状外壳之间连接，可以用热缩管保护。线圈导体的输出线最后汇到一个围合状外壳内出线，连接引出电缆。

本文中，柔性线圈内部电路结构中的线圈导体、回路导体、小线缆，统称为线圈导体。

如图4所示是本发明的一种柔性线圈的立体形状示意图，包括从两个不同的维度弯曲的立体图，和没有弯曲的立体图。本发明把线圈中的调谐功能电路拆开成更小的单元，使用小尺寸围合状外壳保护，再使用该围合状外壳均匀分布填充在线圈内部，使得柔性线圈两个表面具有均匀的小突起，有利于多个维度弯曲，在磁共振扫描中易于变形贴合在被检查成像的身体部位。

这种柔性线圈在工作过程中贴合在身体部位，根据该身体部位的形状弯曲变形，可以通过外加绑带来保持这种工作状态下的形状。在一个实施例中，固定在承载被检查者身体的病床上的绑带通过市售的魔术贴粘接本发明的柔性线圈表面，并且这种绑带在病床上的位置可以滑动调整。

本发明的柔性线圈的柔性外套采用pu布和eva两种材料相结合通过模具定型，软硬度恰好适应磁共振成像的需求，既不会太软变形，也不会太硬不能弯曲。在传统的表面线圈中，使用海绵作为外包装材料，制作的表面线圈虽然触感柔软，能够给使用者良好的体验，但是易破损，没有强度无法采用柔性电路板或者柔性导体制作其内部的线圈导体。

本发明的柔性线圈在上下两平面上有丘状凸起，该丘状凸起在上下两个平面上的位置是一一对应的，在上表面的丘状凸起也在下表面凸出。并且该丘状凸起在平面上排列成行，两排丘状凸起之间是低洼的槽。柔性线圈在该丘状凸起的位置的厚度在15毫米至25毫米之间，柔性线圈在低洼的槽的位置的厚度在5毫米到10毫米之间。该丘状凸起的厚度是低洼的槽的厚度的1.5倍至5倍。该丘状凸起刚性不变形，用于保护内置的调谐元件。丘状凸起的形状即为围合状外壳的形状。

如图4所示的本发明的柔性线圈在平面的两个维度上可以适当弯曲，以适应扫描中的人体表面。当该柔性线圈覆盖或者围绕人体表面时，可以弯曲甚至包围以贴合在人体的不同部位的表面。柔性线圈表面上的丘状凸起可以是其它形状，例如是圆角正方体，或者是球面的一部分，此时柔性线圈可以在更多的维度上适当弯曲。当该柔性线圈处于弯曲状态时，位于其上表面的低洼的槽被展开，位于其下表面的低洼的槽被挤压，此时柔性线圈的外形变成弧形，并且柔性线圈的表面的任意维度都可以弯曲。施加外力可保持柔性线圈的这种弯曲状态。当外力撤去，柔性线圈可以恢复平整的外形。

在传统的表面线圈中，采用刚性的硬盒保护调谐元件，然后再用柔软的海绵填补包裹使得整个表面线圈的两个面都成为平面。整个表面线圈的厚度在20毫米左右，这种表面线圈即使在没有刚性硬盒的位置也难以大尺度弯曲。

图5是本发明的用于磁共振成像系统的柔性线圈的制造工艺的流程图。在本发明的一个实施例中，制造工艺包括如下步骤：

101采用柔性电路板或者柔性导线制作线圈导体，并且连接调谐元件在其间；

102用围合状外壳包裹调谐元件，并均匀散布围合状外壳于线圈导体所在的平面；

103成型柔性外套的第一片，并且使得柔性外套的表面有凸起从而成为围合状外壳的容置空间；

104同样成型柔性外套的第二片，也在外表面凸起从而成为围合状外壳的容置空间；

105把线圈导体以及分布其间的调谐元件和围合状外壳对齐叠放在2片柔性外套中间，热压粘合。

在本发明的另一个实施例中，在步骤102之后，包括如下步骤：

203成型柔性外套，在其中预留用于容置所述围合状外壳的空间；

204用柔性外套覆盖线圈导体以及分布其间的围合状外壳。

在一种制作工艺中，在步骤103、步骤104、和步骤203中，采用pu布和eva两种材料相结合通过模具热压定型。

以上所述实施例的技术特征还可以进行其它的组合，为了简洁这里未对技术特征的所有可能组合进行全面描述。在此声明只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都属于本说明书记载的范围。

以上所述实施例具体和详细地描述了本发明的几种实施方式，这不是对发明专利范围的限制。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。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进都属于本发明的保护范围，本发明专利的保护范围以其权利要求为准。