一种替代连接器的磁共振射频线圈结构的制作方法

1.本发明涉及磁共振技术领域，具体地说是一种替代连接器的磁共振射频线圈结构。


背景技术：

2.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。
3.多通道相控阵射频线圈因为其高信噪比、高并行扫描能力是目前磁共振射频线圈的主流。随着技术进步，磁共振射频线圈的通道数越来越多，目前16通道，32通道已经是标准配置，甚至64通道线圈也已经广泛使用。
4.很多线圈，比如头线圈、头颈线圈、膝关节线圈等，都是硬线圈，其结构通常都是由可以打开的上下两部分组成，一部分线圈通道位于线圈的下半部分，一部分线圈通道位于线圈的上半部分，还有一部分跨越了上半部分和下半部分。
5.而通常，线圈的上下两部分的尺寸都相差不会很大，所以上下两部分的通道数也不会相差很多。通道数越多，需要的连接器的数量也越多，对于一个32通道的头线圈，通常由10多个通道完全位于上半部分，所以至少需要10多个同轴连接器。无磁连接器，尤其是无磁同轴连接器的价格非常昂贵，所以这会导致线圈的成本急剧上升。更为糟糕的是，使用10多个同轴连接器再加上很多的直流连接器后，上下两部分的扣合和打开都非常费力。由于同轴连接器的尺寸精度要求都很高，所以线圈的可靠性更是随着连接器数量的增多而急剧下降。


技术实现要素：

6.本发明为克服现有技术的不足，提供一种替代连接器的磁共振射频线圈结构，不需使用同轴连接器，也能将信号从位于上半部的通道的谐振回路馈入到位于下半部的前置放大器。
7.为实现上述目的，设计一种替代连接器的磁共振射频线圈结构，包括上、下两部分线圈，其特征在于：所述的上部分线圈包括谐振回路一、电感一，谐振回路一上串联电感一；所述的下部分线圈包括谐振回路二、电感二、前置放大器，谐振回路二与前置放大器连接，并且谐振回路二与前置放大器之间串联电感二。
8.所述的谐振回路一与电感一之间串联电容一。
9.所述的电感二的两端与前置放大器的输入端连接。
10.所述的电感二与前置放大器之间串联电容二。
11.所述的电感一和电感二之间相互靠近，形成有效的互感耦合。
12.所述的电感一和电感二为平面螺旋电感。
13.所述的上部分线圈及下部分线圈的外侧分别连接设有平面，上下两个平面内分别
设有电感一和电感二。
14.所述的电感一和电感二之间的距离为4~8mm。
15.本发明同现有技术相比，提供一种替代连接器的磁共振射频线圈结构，不需使用同轴连接器，也能将信号从位于上半部的通道的谐振回路馈入到位于下半部的前置放大器。
附图说明
16.图1为传统线圈谐振回路和前置放大器连接示意图。
17.图2为本发明连接示意图。
18.图3为电感一和电感二布局示意图。
19.图4为本发明实施例结构俯视图。
20.图5为本发明实施例结构侧视图。
21.参见图2至图5，1为谐振回路一，2为谐振回路二，3为前置放大器，4为11个通道，5为上半部分，6为下半部分，l1为电感一，l5为电感二，c6为电容一，c11为电容二。
具体实施方式
22.下面根据附图对本发明做进一步的说明。
23.如图2，图3所示，上部分线圈包括谐振回路一、电感一，谐振回路一1上串联电感一l1；所述的下部分线圈包括谐振回路二、电感二、前置放大器，谐振回路二2与前置放大器3连接，并且谐振回路二2与前置放大器3之间串联电感二l5。
24.谐振回路一1与电感一l1之间串联电容一c6。
25.电感二l5的两端与前置放大器3的输入端连接。
26.电感二l5与前置放大器3之间串联电容二c11。
27.电感一l1和电感二l5之间相互靠近，形成有效的互感耦合。
28.电感一l1和电感二l5为平面螺旋电感。
29.上部分线圈及下部分线圈的外侧分别连接设有平面，上下两个平面内分别设有电感一l1和电感二l5。
30.电感一l1和电感二l5之间的距离为4~8mm。
31.本发明公开了一种减少连接器使用量的磁共振射频线圈结构，与传统的线圈谐振回路内串联信号馈入点电容，并将馈入点电容两端直接连接到前置放大器输入端的信号连接方式不同，本发明中，将原本连接在一起的电路分成两个独立的、没有直接连接的谐振回路，谐振回路一1位于线圈的上半部分，为线圈通道负责探测信号的谐振回路，里面串联一个电感一l1；谐振回路二2和前置放大器3都位于线圈的下半部分，谐振回路二2由一个电感二l5、一个可能的调谐电容和前置放大器3内部的电容、电感等阻抗匹配元器件组成。电感一l1和电感二l5分别位于线圈上半部分和下半部分，在空间上尽量靠近，产生很强的互感，从而将谐振回路一1探测到的磁共振射频信号传输到位于下半部分的前置放大器3，并经过位于下半部分的系统电缆线传输到磁共振系统。这种相互耦合的互感可以替代连接器起到信号传输的作用，从而减少连接器的使用量。
32.此发明的好处是可以大幅减少连接线圈不同部分的连接器，尤其是同轴连接器的
数量，从而可以降低线圈成本，改善使用方便性，提高产品可靠性。
33.实施例一：如图4，图5所示，是一个三十通道头颈胸联合线圈的结构和通道分布示意图，头顶一圈八个通道，面部一圈八个通道，颈部一圈八个通道，上胸部三个通道，下胸部三个通道。需要注意的是，此示意图只是画出了通道的分布位置，但没有画出通道之间的交叠关系，也没有画出连接器。线圈由上半部分5和下半部分6两部分组成，其中十一个通道4完全位于上半部分5。
34.通常的射频线圈谐振回路和前置放大器的连接方式如图1所示，在谐振回路中选取设置一个电容c4作为信号馈入点电容，馈入点电容c4两端分别连接到放大器的输入端，当人体发出的磁共振信号在射频回路感应出微弱的射频电流的时候，信号馈入点电容c4的两端就会产生相应的射频信号电压，此电压由于非常微弱，所以需要通过前置放大器放大后输出到磁共振系统。电容c4还起到一个阻抗匹配的作用，所以其容值大小并不是随意确定的，需要把线圈通道的阻抗匹配到前置放大器的最佳噪声源阻抗，此时整个线圈的噪声系数最低。如前所述，电容c1，c2，c3和c4，与连接这些电容的导体所形成的电感，组成一个谐振回路，负责探测人体发出的磁共振信号，为了提高探测的效率，其谐振频率需要调谐到磁共振信号频率附近。
35.由于磁共振射频线圈通常有很多个通道，各个通道相互之间有着很严重的耦合，所以目前的前置放大器的输入阻抗通常都很低，并将c4，l2和位于前置放大器内的阻抗匹配电感c9和l3调到磁共振系统的频率，这样在c4两端就能产生一个很大的并联谐振阻抗，从而使这个线圈的射频回路呈现高阻状态，降低各个通道之间的耦合。
36.使用这种方式，如果把前置放大器放在线圈上半部，则需要使用11对同轴连接器将放大后的信号传输到线圈的下半部分，经过位于下半部的系统电缆线输出到磁共振系统。如果把前置放大器放在线圈的下半部，也需要使用11对同轴连接器把未经放大的信号传输到位于下半部的前置放大器。
37.而众所周知，无磁连接器，尤其是同轴连接器的成本是很高的，这么多的连接器将显著提升线圈的物料成本。而且这么多的连接器，其插拔力会很大，所以扣合和打开线圈都会非常费力，用户体验会很差。更为重要的是，这么多的连接器只要有一个出问题，就会导致线圈故障，甚至不能正常扫描，这样线圈的可靠性会非常差。
38.而本发明中，对于位于上半部分5的通道，将其前置放大器全部放置在线圈的下半部分6。在位于上半部分5的负责探测磁共振信号的射频回路当中串联进去一个电感一l1，做为信号馈入点。位于下半部分6的前置放大器3的输入端连接另外一个电感二l5，这两个电感之间有互感耦合。当人体发射磁共振射频信号的时候，就会在线圈的射频回路感应出射频电压，并进而在电感一l1内产生一定的射频电流。由于两个电感(l1和l5)之间有互感耦合，所以位于下半部分6的电感二l5两端也能感应出一定的射频电压，这个电压直接输入到同样位于下半部分的前置放大器，经过放大后，通过系统电缆线输出到磁共振系统。
39.如图1所示，信号馈入点电容c4还起到阻抗匹配作用，而在本发明的实施例当中，如果线圈工作在1.5t，则这个电容的容值通常在50pf
‑
150pf这个范围。同样的，使用电感耦合，这个互感也需要同时起到信号馈入和阻抗匹配的作用，所以其互感通常需要在40nh
‑
120nh之间。
40.由于电感的损耗通常都比电容大，所以额外的电感的引入，都会导致线圈的信噪
比下降。为了尽可能把电感的损耗降低，所以需要将两个电感的耦合系数尽量提高，这样两个电感自身的损耗就能尽量小。为此需要将两个电感在空间上尽量靠近。而如图3所示，在线圈的上半部和下半部的外侧边缘，通常都会有一个平面，这个平面本来就是安装连接器的位置，上下两部分扣合起来后，这两个平面的外侧就会基本上重合起来。可以将两个电感做成平面螺旋状，并分别放置在这个上半部和下半部的边缘平面上，并保证在上下两部分的同一个位置。这样两个电感在空间上是最接近的，其耦合效率是最多高的。由于线圈外壳的壁厚通常有2
‑
4mm，所以两个电感之间的距离理论上通常有4
‑
8mm，当然需要考虑到实际扣合时中间总归会有一些缝隙，但缝隙通常也都不会大于1mm。如果需要，可以通过适当地改变放置电感位置处的外壳壁厚来调整两个电感之间的距离。
41.两个内径为1cm，外径为3cm的4圈平面螺旋电感，在垂直方向上相隔6mm时，其互感量大概为120nh左右。这足以满足几乎所有情况下改善通道隔离度的作用了。
42.另外，如前所述，前置放大器还需要起到提高线圈各个通道隔离度的作用，所以下半部的电感两端和前置放大器输入端相连时，还需要串联一个电容二c11。为了提高线圈各个通道之间的隔离度，电感二l5、电容二c11与前置放大器3内部的匹配电路的电容c10和电感l4谐振在磁共振系统的频率。线圈谐振回路由于串联了一个电感做信号馈入，因此通常还需要再串联一个电容一c6来抵消此电感的感抗。
43.这样，原本连接在一起的一个电路就分成了位于不同空间内的两个独立的电路，并分别包含两个谐振回路，即位于上半部分5的负责探测信号的谐振回路一1和位于下半部分6的谐振回路二2，两个谐振回路通过两个电感一l1和电感二l5的互感耦合在一起，将位于上半部分5的谐振回路一1探测到的磁共振信号耦合传输到位于下半部分6的前置放大器3中进行放大，并经过位于下半部分6的系统电缆线传输到磁共振系统。
44.这样，不需使用同轴连接器，也能将信号从位于上半部的通道的谐振回路馈入到位于下半部的前置放大器。
45.上述实施例中线圈的系统电缆线在线圈的下半部分，某些线圈也可能位于上半部分，这样仍然可以使用同样的思想和方法，只需要将前置放大器放在上半部分，使用互感耦合的方式将位于下半部分的线圈通道的信号耦合到上半部分的前置放大器3即可。
46.也可以部分通道使用本发明，部分通道仍然使用传统的连接器方式。
47.实际使用中，线圈负责探测信号的谐振回路中，还需要使用失谐电路，如果使用主动失谐电路，还需要给失谐电路的pin二极管提供驱动电压。