專利名稱：帶有重疊線圈元件的磁共振線圈、磁共振裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射和/或接收磁共振信號(hào)的磁共振線圈，其至少包括兩個(gè)重疊的線圈元件、這些線圈元件的線圈導(dǎo)線，所述線圈導(dǎo)線在交叉區(qū)域相互交叉并布置在支承體上，其中，互相重疊的線圈元件布置在所述支承體的不同側(cè)。本發(fā)明還涉及一種具有這種磁共振線圈的磁共振裝置，以及一種制作這種磁共振線圈的方法。
背景技術(shù)：
磁共振線圈用在磁共振裝置中，作為發(fā)射線圈用于發(fā)射使原子核自旋發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁共振信號(hào)，和/或作為接收線圈用于接收可確定磁共振圖像的磁共振信號(hào)。本文中主要考慮的是接收線圈。當(dāng)前，為人們所熟知的是采用所謂的局部線圈，也就是天線系統(tǒng)，其被安置在待檢查目標(biāo)(特別是患者)的緊上面(前面)或緊下面(后面)。這種局部線圈可用來(lái)記錄高信噪比(SNR)的磁共振圖像。磁共振測(cè)量期間，所述局部線圈的各線圈元件里的勵(lì)磁芯體感應(yīng)的電壓通常利用低噪聲前置放大器(低噪聲放大器，LNA)被放大，且傳遞給(特別是以線扎電纜的方式)接收電子系統(tǒng)。為了進(jìn)一步改善信噪比(特別是在高分辨率圖像中)，采用所謂的高場(chǎng)系統(tǒng)，其可具有1. 5特斯拉至12特斯拉及更高的基本場(chǎng)強(qiáng)。如提及的那樣，所述局部線圈的主要優(yōu)點(diǎn)是靠近所述目標(biāo)的非常小的線圈元件允許非常高的信噪比。由于這個(gè)原因，而且由于通過k_空間欠采樣(并行成像等)的加速測(cè)量的可能性，所以人們對(duì)非常緊密的線圈元件陣列(因此帶有許多讀出通道的局部線圈)抱有很大興趣。在這些線圈元件陣列(天線陣列)中，希望所述的線圈元件盡可能有效地互相解耦?，F(xiàn)有技術(shù)已公開了達(dá)到此目的的不同的可能方法，例如通過載波的感應(yīng)解耦、通過普通線圈導(dǎo)線的電容解耦以及幾何感應(yīng)解耦，因?yàn)樵谙噜従€圈元件間存在重疊。因此，在每個(gè)局部線圈里制作交叉區(qū)域，該局部線圈幾何上包含解耦線圈元件，所述線圈元件的導(dǎo)線路徑(線圈導(dǎo)線)在所述的交叉區(qū)域交叉。在那里可產(chǎn)生寄生電容，由此會(huì)引發(fā)介電損耗。在線圈元件的極其緊密的封裝陣列的情況下，例如，在帶有32個(gè)或更多通道以及(因而)線圈元件的局部頭線圈中，在從10個(gè)通道開始的肩線圈和所類似的線圈里，所述的線圈元件非常小，并且在所述交叉區(qū)域中的損耗機(jī)理獲得越來(lái)越多的關(guān)于圖像質(zhì)量的影響。這類似地適用于線圈元件的其它陣列，其中，所述的各個(gè)線圈元件因?yàn)槠渌脑虮仨毞浅Ｐ?，例如在用于拍攝動(dòng)物圖像和化學(xué)應(yīng)用中的磁共振線圈的情形中。首先，所提到的在所述交叉區(qū)域里的損耗機(jī)理首先是是其它線圈元件導(dǎo)線里的由于線圈元件導(dǎo)線產(chǎn)生的渦流導(dǎo)致的電阻性損耗，但是，其次也有產(chǎn)生在所述交叉區(qū)域中的寄生電容導(dǎo)致的介電損耗。特別地，例如，當(dāng)節(jié)省成本的電介質(zhì)用作所述線圈導(dǎo)線的支承體時(shí)，在這些點(diǎn)處的損耗會(huì)特別顯著，因?yàn)檫@些材料通常也有高損耗因數(shù)(tan δ )。除了由于介電損耗和電阻性損耗導(dǎo)致的所述損耗之外，在交叉點(diǎn)處所述線圈元件的耦合也會(huì)產(chǎn)生不希望的模式，例如共模，其可在線圈元件的整個(gè)陣列上傳播。在接收的情況下，這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)損耗，在發(fā)射的情況下，這會(huì)導(dǎo)致所述局部線圈的不希望的共振并因而導(dǎo)致B1均勻性的失真，也就是高頻發(fā)射場(chǎng)均勻性的失真。為了解決這個(gè)問題，有人建議使線圈導(dǎo)線在交叉點(diǎn)處變細(xì)并將它們?cè)O(shè)計(jì)得更窄，從而降低寄生電容。然而，對(duì)于線圈元件來(lái)說，這通常達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，因?yàn)楦鼘挼木€圈導(dǎo)線總體上導(dǎo)致相對(duì)較低的損耗。也有人建議在的交叉區(qū)域提供人工焊接的橋，以便在各線圈元件的線圈導(dǎo)線之間有更大的距離，而且，在線圈導(dǎo)線之間也有作為電介質(zhì)的空氣，空氣具有非常好的損耗性能，特別是就損耗因數(shù)而論。然而，這是不利的，因?yàn)槿斯ぷ鳂I(yè)是昂貴且耗時(shí)的，而且其次會(huì)產(chǎn)生很難復(fù)制的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一是設(shè)計(jì)一種局部線圈以及制作所述局部線圈的方法，在不耗時(shí)且沒有高昂的人工參與的情況下，可制作出局部線圈，不過仍然改進(jìn)了所述交叉區(qū)域中的損耗性能。為此，在背景技術(shù)部分中提到的這種磁共振線圈中，限定支承體至少由三層支承材料形成，其中，填充有空氣或填充材料的腔在交叉區(qū)域處設(shè)置在中間層中，所述填充材料的介電常數(shù)低于所述支承材料的介電常數(shù)。因此，本發(fā)明提出由多個(gè)層構(gòu)造所述支承體，從而制造一種多層基板。這允許于交叉點(diǎn)處在所述支承體內(nèi)的中間層中設(shè)置腔，即，腔至少填充在所述交叉區(qū)域處，可用空氣或電介質(zhì)填充所述腔。這種情況下，空氣的介電常數(shù)和所述電介質(zhì)填充材料的介電常數(shù)低于支承材料的介電常數(shù)，當(dāng)所述填充材料的損耗因數(shù)也低于所述支承材料的損耗因數(shù)時(shí)，這是特別有利的。進(jìn)而優(yōu)選的是，實(shí)際上用所述填充材料填充腔，從而在制造期間，沒有包括在所述基板中且僅用空氣填充的腔所具有的問題，特別是在彎曲時(shí)沒有翹曲以及如果溫度上升(焊接時(shí)可能發(fā)生的情況)沒有彎曲。這里提供的是平的、橫向結(jié)構(gòu)的支承體，其橫向地改變其電特性且與所述層是垂直的。這樣，最終可以大大減少用于所述磁共振的線圈元件陣列中的寄生電容和因此而發(fā)生的損耗機(jī)制，特別是在局部線圈陣列中。這種情況下，提供了一種非常節(jié)省成本的構(gòu)造技術(shù)，因?yàn)樵诤艽蟪潭壬?，易于處理的方便電介質(zhì)也可用作支承材料，而具有合適介電性能的填充材料實(shí)際上僅在小區(qū)域中需要，具體地為交叉區(qū)域。這僅導(dǎo)致成本非常輕微的上升，特別是與整個(gè)支承體由具有相對(duì)有利特性的填充材料制成的設(shè)計(jì)相比，其中，提供了不復(fù)雜且可自動(dòng)化的制作方法。本發(fā)明也允許以節(jié)省成本的方式采用相對(duì)低損耗的電介質(zhì)。在對(duì)本發(fā)明的具體改進(jìn)中，可限定所述填充材料的介電常數(shù)小于2和/或所述填充材料的損耗因數(shù)小于O. 01 (10_2)。低于這些限制的值可以實(shí)現(xiàn)關(guān)于所述電容的減少和所述渦流損耗的減少及介電損耗的減少的顯著改善。采用的支承材料可以是FR4材料。FR4材料是標(biāo)準(zhǔn)的印制電路板材料，可以以低成本大量獲得，并且也可以是大面積、不同厚度。此外，可以以公知的方式對(duì)FR4材料進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，因此，對(duì)于所述支承體的層來(lái)說，其是非常合適的。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，泡沫材料特別地是聚乙烯泡沫。因此，本發(fā)明特別有利地允許采用昂貴、低損耗的電介質(zhì)，因?yàn)閮H需要很少量的這些材料，而其余的區(qū)域是由節(jié)省成本的支承材料形成的，特別是FR4材料。所述層可具有的厚度為O. 05至Imm,特別是O.1至O. 3mm。由預(yù)期所希望的應(yīng)用確定對(duì)所述層厚度的具體選擇，特別是所期望的柔性，具體地在局部線圈的情況下，這是一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。例如，如果采用具有O.1mm厚度的三層，則可制出柔性局部線圈。在對(duì)本發(fā)明的第一備選改進(jìn)中，可限定所述至少三層具有同樣厚度。此改進(jìn)就制作來(lái)說是相對(duì)簡(jiǎn)單的，因?yàn)閮H必須處理具有特定厚度的層。如果所述層提供為膜，那么在它們互相連接之前，僅必須處理一個(gè)特定的膜厚。然而，在備選改進(jìn)中，當(dāng)帶有所述腔的層比不帶有腔的層更厚時(shí)可以是有利的。例如，采用三層時(shí)，中間層即第二層可更厚，因此在交叉點(diǎn)處可采用更多的具有更適合的介電特性的材料或空氣。最終，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，可相繼設(shè)置所需要的多層，其中，應(yīng)注意的是，隨著高度增加，附加物變得更厚且機(jī)械上柔性更差。例如，可限定提供五層，其中，腔位于第二層和第四層。也可以在所有的中間層中提供腔，例如也在第三層中提供腔，從而更大比例的腔被填充，特別是用填充材料，尤其是層厚保持相同。除了磁共振線圈之外，本發(fā)明也涉及一種磁共振裝置，其具有根據(jù)本發(fā)明所述類型的磁共振線圈。所有與所述磁共振線圈有關(guān)的實(shí)施例可類似地移植到磁共振裝置，從而在磁共振裝置的情況下也可以取得上述優(yōu)點(diǎn)。最后，本發(fā)明也涉及一種制作根據(jù)本發(fā)明的磁共振線圈支承體的方法，該方法特征在于，在對(duì)所述層進(jìn)行連接之前，采用蝕刻法制出所述中間層里的腔。蝕刻法特別適合用于在層中提供腔，從而盡可能精確覆蓋交叉區(qū)域，其中，利用掩模執(zhí)行操作，該掩模置于待處理的中間層上面。例如，意圖具有所述腔的中間層在蝕刻法中自動(dòng)獲得腔，且然后同樣地自動(dòng)地與其它層相結(jié)合，由此這種方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。例如，所述層可以是包括易于處理的FR4材料的膜。與所述磁共振線圈有關(guān)的實(shí)施例也可類似地移植到根據(jù)本發(fā)明的方法中。為了連接所述層，可限定通過層疊來(lái)連接所述層。采用FR4材料時(shí)，這種方法是特別合適的，采用別的連接變型原則上顯然也是可行的。關(guān)于線圈導(dǎo)線，可限定線圈導(dǎo)線被氣相沉積或?qū)盈B。進(jìn)一步可限定的是，蝕刻出所述腔之后，將中間層與別的不帶有腔的層相連接，特別是通過層疊方式，然后用填充材料填充腔。這樣，所述腔在三側(cè)是封閉的，因此，可以以一種特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)用填充材料自動(dòng)填充。當(dāng)然，如果多個(gè)層中設(shè)置有腔，那么這種方法也可重復(fù)，已發(fā)現(xiàn)三層構(gòu)成層的最佳數(shù)量。特別地，由于借助于公知的處理和制作方法，本發(fā)明提供被設(shè)計(jì)為具有層結(jié)構(gòu)的支承體，證明是特別具有優(yōu)勢(shì)的。用于減少在所述交叉點(diǎn)處的損耗的其它變型原則上也是可行的，所述變型利用單層支承體操作，但是優(yōu)勢(shì)很小。因此，在普通類型的磁共振線圈中，例如，也可限定支承體在交叉區(qū)域具有凸起的部分，特別是橋，其從所述支承體整體形成。例如，如果提供原則上已經(jīng)穩(wěn)定的注模式支承體，在交叉區(qū)域可由支承體形成橋。即便這會(huì)在所述線圈導(dǎo)線之間產(chǎn)生空氣區(qū)域(其可同樣可選地用填充材料填充)，結(jié)果仍然是一種相對(duì)復(fù)雜的制作支承體的方法，所述支承體具有凸起的部分，考慮到空間要求，該凸起部分是不合意的，而且在細(xì)薄柔性支承體情況下，這種方法證明是相對(duì)復(fù)雜的，因?yàn)橥蛊鸩糠只驑虮仨毦哂幸欢ǔ潭鹊姆€(wěn)定性。在這種普通類型的磁共振線圈的情況中，另外可行的是在所述交叉區(qū)域中提供將被安裝到支承體的間隔物，間隔物在尺寸上對(duì)應(yīng)于交叉區(qū)域和/或稍微更大的區(qū)域。這種情況下，所述間隔物可包括低損耗電介質(zhì)，例如同樣的聚乙烯泡沫或包含聚四氟乙烯的材料。在這種情況下，也僅需要非常小面積的所述昂貴材料，但是也必然會(huì)產(chǎn)生從帶有所述線圈導(dǎo)線的支承體的完全平坦構(gòu)造的偏差；這降低了所述線圈的可處理性，且在所述間隔物的區(qū)域中產(chǎn)生更敏感的凸出部分。在這種情況下，原則上可行的是間隔物也覆蓋所述支承體的整個(gè)表面，而且在所述交叉區(qū)域的外部間隔物顯著變薄，但是需要大量的間隔物材料。間隔物可層疊在所述支承體上。


可從下文參照附圖描述的示范實(shí)施例中獲悉本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的磁共振線圈的線圈導(dǎo)線輪廓的平面圖，圖2示出圖1的細(xì)節(jié)，圖3示出通過第一示范實(shí)施例中的支承體的橫截面，圖4示出通過第二示范實(shí)施例中的支承體的橫截面，以及圖5示出根據(jù)本發(fā)明的磁共振裝置的基本示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1根據(jù)本發(fā)明以基本示意圖的形式示出磁共振線圈I的與本發(fā)明相關(guān)的部件，該線圈此處是局部線圈的形式。磁共振線圈I包括柔性支承體2，各線圈元件4的線圈導(dǎo)線3安裝在該支承體的上下兩側(cè)。在此情況下，安裝在背面的線圈導(dǎo)線3以虛線顯示。如圖所示，相鄰線圈在重疊之后，互相形成重疊區(qū)域5，該重疊區(qū)域用于對(duì)單個(gè)線圈元件4幾何解耦。因此，各線圈元件4的線圈導(dǎo)線3在交叉區(qū)域重疊，如圖2更詳細(xì)所示，圖2示出放大比例的細(xì)節(jié)6。原則上知道的是，線圈導(dǎo)線3具有特定的寬度，這會(huì)產(chǎn)生圖2中以陰影部分顯示的交叉區(qū)域7。交叉區(qū)域7是關(guān)鍵的，特別是當(dāng)意圖采用非常小的線圈元件4工作時(shí)，因?yàn)楫?dāng)電介質(zhì)中產(chǎn)生損耗時(shí)，擊穿電容在此建立。因此，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，限定通過支承體2的特定結(jié)構(gòu)去活這些點(diǎn)。這參照?qǐng)D3和圖4中的其它示范實(shí)施例更詳細(xì)地示出。圖3在橫截面中示出支承體2的構(gòu)造的第一示范實(shí)施例。附圖示出在支承體2上表面上層疊的或氣相沉積的線圈導(dǎo)線3a，以及在其下表面上氣相沉積或?qū)盈B的線圈導(dǎo)線3b，所述線圈導(dǎo)線3b垂直于所述線圈導(dǎo)線3a延伸。交叉區(qū)域7再次同樣地示出。如圖所示,支承體2包括三層8、9和10,所述層每個(gè)具有O.1mm的相同厚度,且由FR4材料組成。層8、9和10因此就像膜一樣一層層疊到另一層。然后，通過蝕刻法，在交叉區(qū)域7的中間層9中制作在該示范實(shí)施例中填充以空氣的腔11，以與交叉區(qū)域重疊。如圖所示，腔11比交叉區(qū)域7寬，這意味著其在線圈元件4的平面(即，層平面)中的面積比交叉區(qū)域7的面積大。這種情況下，腔11在層平面中的面積大于交叉區(qū)域7的面積，例如大10%至90%，本例中大50%。因?yàn)榭諝獾慕殡姵?shù)非常低且損耗也非常低，也就是說損耗因數(shù)很低，因此通過填充以空氣的腔11改善了與寄生電容相關(guān)的特性以及減小了損耗。圖4示出相對(duì)于以上而優(yōu)選的支承體2的構(gòu)造的示范實(shí)施例，其中，為了改善支承體2的機(jī)械性能，特別是穩(wěn)定性，腔11填充以填充材料12，本實(shí)施例中是介電常數(shù)和損耗因數(shù)非常低的材料(因此，介電常數(shù)低于FR4材料，損耗因數(shù)也低于FR4材料)，該填充材料包括聚四氟乙烯，該材料的介電常數(shù)小于2，該材料的損耗因數(shù)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。通過用填充材料12填充腔11，使得支承體2具有更大的穩(wěn)定性同時(shí)，改善了與寄生電容相關(guān)的特性和損耗特性，而不需要大量的填充材料。在這一點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)注意的是，設(shè)計(jì)中間層9厚于兩外層8、10也是可行的。為了制作支承體2，首先通過蝕刻法在中間層9(此時(shí)中間層9還沒有與其它層8、10連接)中制作腔11，例如，可放置掩模于中間層9上面。如果腔11開始是存在的，那么將中間層9層疊于外層之一例如層10上。此時(shí)，腔11已是三面封閉。因此，腔現(xiàn)在可以以自動(dòng)化的方式簡(jiǎn)單地用填充材料12填充。最后，將剩下的外層(本例中為層8)層疊至層9、10上。如所已知的，然后可安裝線圈導(dǎo)線3，例如采用氣相沉積或同樣地采用層疊。圖5最后示出根據(jù)本發(fā)明的磁共振裝置13的基本示意圖。由于磁共振裝置13在現(xiàn)有技術(shù)中已廣為熟知，所以在此不必再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)解釋。磁共振裝置13包括根據(jù)本發(fā)明磁共振線圈1，其為局部線圈的形式，例如，該局部線圈通過其柔性支承體2等可放置在患者身上。盡管通過優(yōu)選的示范實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示說明和詳細(xì)描述，但是本發(fā)明不受限于所公開的實(shí)例，而且在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可從其得到其它變型。
權(quán)利要求
1.一種磁共振線圈(1)，特別是局部線圈，用于發(fā)射和/或接收磁共振信號(hào)，包括至少兩個(gè)重疊的線圈元件(4)，所述線圈元件的線圈導(dǎo)線(3，3a，3b)布置在支承體(2)上且在交叉區(qū)域(7)中交叉，其中互相重疊的線圈元件(4)布置在支承體(2)的不同側(cè)，其特征在于，支承體(2)至少由三層(8，9，10)支承材料形成，其中，填充有空氣或填充材料(12)的腔(11)在交叉區(qū)域(7)處設(shè)置在中間層(9)中，所述填充材料的介電常數(shù)低于所述支承材料的介電常數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振線圈，其特征在于，填充材料(12)的損耗因數(shù)也低于所述支承材料的損耗因數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁共振線圈，其特征在于，填充材料(12)的介電常數(shù)小于2且/或填充材料(12)的損耗因數(shù)小于O. 01。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈，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，泡沫材料特別地是聚乙烯泡沫。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈，其特征在于，層(8，9，10)的厚度為O.05至Imm,特別是從O.1至O. 3mm。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈，其特征在于，所述至少三層(8，9， 10)具有同樣的層厚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈，其特征在于，具有腔(11)的層(9) 比沒有腔(11)的層(8，10 )具有更大的厚度。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈，其特征在于，具有五層，其中腔(11)位于第二層和第四層中。
9.一種磁共振裝置(13)，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈(I)。
10.一種制作根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的磁共振線圈(I)的支承體(2)的方法，其特征在于，在連接層(8，9，10 )之前，采用蝕刻法在中間層(9 )中制作腔(11)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，采用層疊的方法連接層(8，9，10)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，線圈導(dǎo)線(3，3a，3b)是氣相沉積或?qū)盈B的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，蝕刻腔(11)之后，中間層(9)連接另外不帶有腔(11)的層(8，10)，特別是采用層疊的方法，然后用填充材料(12) 填充腔(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有重疊線圈元件的磁共振線圈、磁共振裝置和方法。一種磁共振線圈(1)，特別是局部線圈，用于發(fā)射和/或接收磁共振信號(hào)，包括至少兩個(gè)重疊的線圈元件(4)，所述線圈元件的線圈導(dǎo)線(3，3a，3b)布置在支承體(2)上且在交叉區(qū)域(7)中交叉，其中互相重疊的線圈元件(4)布置在支承體(2)的不同側(cè)，其中支承體(2)至少由三層(8，9，10)支承材料形成，其中，填充有空氣或填充材料(12)的腔(11)在交叉區(qū)域(7)處設(shè)置在中間層(9)中，所述填充材料的介電常數(shù)低于所述支承材料的介電常數(shù)。
文檔編號(hào)A61B5/055GK102998641SQ20121034503
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者S.比伯, D.德雷梅爾, H.格雷姆, S.沃爾夫 申請(qǐng)人:西門子公司