一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构的制作方法

1.本实用新型涉及磁共振成像射频接收线圈领域，涉及一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构。


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。磁共振接收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.磁共振接收射频线圈本质上是由数段导体和数个电容组成的一个围绕一定面积的谐振回路。在射频信号接收期间，人体发出的磁共振射频信号会在谐振回路里感应出微弱的射频电压，此电压经过与射频回路相连接的低噪声前置放大器的放大后，输送到后面的模拟/数字转换模块进行数字化处理，经过多次的信号采集和计算机傅里叶变换后，就能得到一幅完整的磁共振图像。
4.在磁共振发射期间，磁共振发射线圈会发射出非常强的射频能量，其能量峰值可以达到几千瓦特到几万瓦特，这也会在磁共振接收线圈的射频谐振回路当中感应出非常强的射频电压，一个普通的接收线圈，发射期间其回路感应的电压能够达到数百伏特，不仅会损坏射频接收线圈本身，还可能会严重灼伤与其接触的进行磁共振扫描的病人。
5.所以，每一个磁共振接收线圈里面都需要一个或多个失谐电路。请参阅图1，是磁共振射频接收线圈谐振回路及一个主动失谐电路原理示意图。谐振回路1
′
包括串联在回路中的电容c1、电感l1、电阻r、电容c2和失谐电路2
′
；在磁共振发射期间，失谐电路的pin二极管d1通过外加电压主动打开，这样d1对射频信号来说相当于短路，电容c3和电感l2形成一个并联谐振电路，呈现出高阻，这样射频谐振回路虽然感应出很高的射频电压，却不会有很高的射频电流，从而能够保护线圈和病人的安全。
6.如前所述，磁共振发射期间，射频接收线圈所感应的电压能够达到几百伏。为了取得更好的高阻效果，电容和电感的损耗越小越好。所以传统上失谐电路的电容c3用的是高q值、高耐压的陶瓷电容，而电感l2用的是0.5mm以上的铜丝绕制而成的螺线管电感。
7.请参阅图2，一个传统的失谐电路，在一块硬pcb 21
′
上，制作好线路和焊盘，焊接有pin二极管22
′
，螺线管电感23
′
和陶瓷电容24
′
，pin二极管22
′
短路时，电感23
′
和电容24
′
谐振到磁共振信号频率。
8.随着磁共振技术的发展和进步，尤其是近年来，因为其轻便、易用、病人舒适性高等优点，柔性射频线圈变得越来越受到医生和病人的欢迎，并越来越普及。但传统的失谐电路由于需要把铜丝绕制成螺线管，而且需要焊接高q值高耐压的陶瓷电容，所以其尺寸都很大，且通常还需要独立的塑料外壳保护，所以通常都是又大又厚。而且，由于目前的射频线圈通道数越来越多，16通道，32通道甚至64通道的柔性射频线圈已经越来越多，而每一个通道都至少需要一个失谐电路，所以这种传统的铜线绕制成螺线管形状并焊接大尺寸陶瓷电容的方式已经越来越不能适应高密度柔性射频线圈的发展需求了，并已经成为限制柔性线
圈进一步轻柔化的瓶颈因素。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，失谐电路电容和失谐电路电感由柔性印刷电路板制成，可以做成完全的平面结构，厚度很薄，柔软性非常好，成本低，可靠性好，非常适合磁共振柔性射频线圈中使用。
10.实现上述目的的技术方案是：一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，包括失谐电路电容、失谐电路电感和失谐二极管，其特征在于，所述失谐电路电容和失谐电路电感采用柔性印刷电路板制成：
11.所述柔性印刷电路板包括绝缘介质层、位于绝缘介质层的上表面的上覆铜层和位于绝缘介质层的下表面的下覆铜层；所述上覆铜层形成上层导体，所述下覆铜层形成下层导体；所述上、下层导体部分交叠，交叠的上、下层导体与两者中间的绝缘介质层一起形成平面柔性电容；所述上层导体或下层导体绕制形成平面柔性电感；
12.所述失谐电路电容采用平面柔性电容；
13.所述失谐电路电感采用平面柔性电感；
14.所述失谐二极管的一端焊盘与所述失谐电路电感的一端相连，所述失谐二极管的另一端焊盘与所述失谐电路电容的一端相连，所述失谐电路电感的另一端与所述失谐电路电容的另一端相连。
15.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述柔性印刷电路板的绝缘介质层为聚酰亚胺。
16.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述平面柔性失谐电路为主动失谐电路、被动失谐电路或主被动一体失谐电路，在主动失谐电路中，失谐二极管为pin二极管；在被动失谐电路中，失谐二极管为两个或多个反向并联的快速反应二极管；在主被动一体的失谐电路中，失谐二极管为pin二极管与两个或多个反向并联的快速反应二极管再并联。
17.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述柔性印刷电路板的上层导体绕成螺旋状的失谐电路电感，所述失谐电路电感的螺旋中心处使用过孔连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的下表面，并通过柔性印刷电路板的一段下层导体连接到所述失谐电路电容的下层导体；所述失谐电路电感的螺旋外端与所述失谐二极管的一端焊盘相连；
18.所述失谐电路电容的上层导体通过柔性印刷电路板的一段上层导体与所述失谐二极管的另一端焊盘连接。
19.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述失谐电路电感呈方形螺旋状或圆形螺旋状。
20.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述柔性印刷电路板的上层导体绕成一个8字形的双螺旋状的失谐电路电感，所述失谐电路电感具有两个螺旋中心，其中一个螺旋中心处使用过孔连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的下表面，并通过柔性印刷电路板的一段下层导体连接到所述失谐电路电容的下层导体；另一个
螺旋中心处使用过孔连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的下表面，并通过柔性印刷电路板的一段下层导体使用过孔连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的上表面，然后通过柔性印刷电路板的一段上层导体连接到与所述失谐二极管的一端焊盘；
21.所述失谐电路电容的上层导体通过柔性印刷电路板的一段上层导体与所述失谐二极管的另一端焊盘连接。
22.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述柔性印刷电路板采用双层柔性印刷电路板。
23.上述的一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，其中，所述柔性印刷电路板采用多层柔性印刷电路板，所述平面柔性电感由柔性印刷电路板的一层或多层导体，并结合使用连接不同层导体的过孔绕制成。
24.本实用新型的用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，不再使用传统的螺线管电感，而是使用柔性印刷电路板做成平面柔性电感，并联的陶瓷电容也由柔性印刷电路板的顶层导体、底层导体和两者中间的绝缘介质层所形成的平面柔性电容代替，而且平面柔性电感和平面柔性电容之间也通过印刷电路板导体直接连接，不再需要焊接。此实用新型的好处是：
25.(1)电感和电容都是平面结构，厚度可以做到0.2mm一下，完全柔软，丝毫不会影响柔性射频线圈的厚度和柔软性；
26.(2)由于不需要焊接工序，因此工序简单，且不怕弯折，可靠性高；
27.(3)不需要独立的螺线管电感和陶瓷电容，甚至可以和线圈回路做在同一个柔性印刷电路板里，成本大为降低。
附图说明
28.图1为磁共振射频线圈谐振回路及主动失谐电路原理示意图；
29.图2为传统的失谐电路的结构示意图；
30.图3为实施例一的用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构的示意图；
31.图4为实施例二的用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构的示意图。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
33.实施例一：
34.请参阅图3，一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，为主动失谐电路，包括失谐电路电容24、失谐电路电感23和pin二极管22，失谐电路电容24和失谐电路电感23采用柔性印刷电路板制成：
35.柔性印刷电路板包括绝缘介质层、位于绝缘介质层的上表面的上覆铜层和位于绝缘介质层的下表面的下覆铜层；绝缘介质层为聚酰亚胺；上覆铜层形成上层导体11，下覆铜层形成下层导体12；上、下层导体部分交叠，交叠的上、下层导体与两者中间的绝缘介质层一起形成平面柔性电容；上层导体或下层导体绕制形成平面柔性电感；
36.失谐电路电容24采用平面柔性电容；失谐电路电感23采用平面柔性电感。
37.具体地，柔性印刷电路板的上层导体绕成螺旋状的失谐电路电感23，失谐电路电感23的螺旋中心处使用过孔25连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的下表面，并通过柔性印刷电路板的一段下层导体12连接到所述失谐电路电容的下层导体；失谐电路电感的螺旋外端a与pin二极管22的一端焊盘相连；失谐电路电容24的上层导体通过柔性印刷电路板的一段上层导体11与pin二极管22的另一端焊盘连接。
38.失谐电路电感23可以呈方形螺旋状或圆形螺旋状。
39.失谐电路电容24的上层导体的宽度大于失谐电路电感23的上层导体的宽度。即绕制成失谐电路电感23的导体较细，宽度可以为0.3
‑
1mm。
40.在这个实施例当中，只有焊接在焊盘上的pin二极管22是硬质的，有约2mm左右的高度，其余失谐电路电容24、失谐电路电感23和连接线等都是由双层柔性印刷电路板制成，厚度很薄，非常柔软。
41.本实施例中的分布式电容的容值由如下公式决定：
42.c＝ε0*ε
r
*a/d
43.其中c为电容值，ε0为真空介电常数，εr为绝缘介质的相对介电常数，a为交叠面积，d为绝缘介质层的厚度，对于绝缘介质为25um厚的聚酰亚胺柔性印刷电路板来说，每平方毫米的交叠导体大概产生1.1pf的分布电容，所以是很容易设计出高场磁共振射频线圈常用的1
‑
100pf的电容的。
44.平面柔性电感的电感量没有简单准确的公式可以计算，但通常圈数越多，面积越大，线宽越窄，其电感量就越大，但线宽越窄，损耗也越大，失谐电路的效果也越差。
45.实施例二：
46.请参阅图4，一种用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，为被动失谐电路，包括失谐电路电容24、失谐电路电感23和失谐二极管22，失谐电路电容24和失谐电路电感23采用柔性印刷电路板制成：失谐二极管22采用两个反向并联的快速反应二极管。
47.柔性印刷电路板包括绝缘介质层、位于绝缘介质层的上表面的上覆铜层和位于绝缘介质层的下表面的下覆铜层；绝缘介质层为聚酰亚胺；上覆铜层形成上层导体11，下覆铜层形成下层导体12；上、下层导体部分交叠，交叠的上、下层导体与两者中间的绝缘介质层一起形成平面柔性电容；上层导体或下层导体绕制形成平面柔性电感；
48.失谐电路电容24采用平面柔性电容；失谐电路电感23采用平面柔性电感。
49.具体地，柔性印刷电路板的上层导体绕成一个8字形的双螺旋状的失谐电路电感23，失谐电路电感具有两个螺旋中心，其中一个螺旋中心处b使用过孔连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的下表面，并通过柔性印刷电路板的一段下层导体12连接到失谐电路电容24的下层导体；另一个螺旋中心处使用过孔c连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的下表面，并通过柔性印刷电路板的一段下层导体12使用过孔连接到柔性印刷电路板的绝缘介质层的上表面，然后通过柔性印刷电路板的一段上层导体11连接到与快速反应二极管的一端焊盘；失谐电路电容24的上层导体通过柔性印刷电路板的一段上层导体与快速反应二极管的另一端焊盘连接。
50.失谐电路电容24的上层导体的宽度大于失谐电路电感23的导体的宽度。即绕制成失谐电路电感23的导体较细，宽度可以为0.3
‑
1mm。
51.本实施例中的失谐电路有两个方向并联的快速反应二极管，可以被射频发射期间
感应的射频电压自身开启，不需要外加电源，为被动失谐电路。另外，双螺旋结构的失谐电路电感23有助于降低此失谐电路中的射频电流所导致的磁场不均匀。
52.在这个实施例当中，只有焊接在焊盘上的两个快速反应二极管是硬质的，有约2mm左右的高度，其余失谐电路电容24、失谐电路电感23和连接线等都是由双层柔性印刷电路板制成，厚度很薄，非常柔软。
53.本实用新型的用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，还可以为主被动一体失谐电路。柔性印刷电路板还可以采用多层柔性印刷电路板，此时，平面柔性电感由柔性印刷电路板的一层或多层导体，并结合使用连接不同层导体的过孔绕制成。
54.当然，根据上述思想，失谐电路的平面柔性电容和平面柔性电感可以制成各种不同的尺寸、位置和形状，以适应不同射频线圈不同的应用场景，可以制作在独立的柔性印刷电路板上，还可以把这种失谐电路和柔性磁共振射频线圈的谐振回路制作在同一块柔性印刷电路板上，这样不仅能够降低成本，还能够省去焊接工序，提高产品的可靠性。
55.本实用新型的用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，在磁共振系统射频发射期间，平面柔性电感和平面柔性电容可以形成一个并联谐振回路，可以使接收线圈处于失谐状态，保护接收线圈。这样整个失谐电路，除了二极管等电子元器件外，全部由柔性印刷电路板制成，可以做成完全的平面结构，厚度很薄，柔软性非常好，成本低，可靠性好，非常适合磁共振柔性射频线圈中使用。
56.综上所述，本实用新型的用于磁共振射频线圈的平面柔性失谐电路结构，失谐电路电容和失谐电路电感由柔性印刷电路板制成，其设计和制作简单，成本低、安全性高、尺寸小、柔性高，使用在磁共振射频线圈当中的时候，能够显著降低柔性线圈的厚度和尺寸，提高其柔软度和舒适度，设计巧妙，结构简洁，生产工艺简单，调试方便，适于大规模推广应用。
57.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。