一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构。

背景技术

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。

磁共振的信号的频率通常在几十MHz到几百MHz之间，通常使用同轴电缆线来传输信号。同时，由于磁共振射频线圈所工作的电磁环境非常复杂，所以需要使用巴伦来抑制同轴线上的共模电流，否则会导致磁共振射频线圈的信噪比显著降低，甚至有可能在磁共振系统射频发射期间，电缆线上感应出巨大的射频电流造成病人灼伤。

请参阅图1，常用的共模电流抑制巴伦，是将同轴线1'绕成一圈或几圈螺线管2'，并将两端的外层绝缘皮11'剥去，露出屏蔽层21'，将两端的屏蔽层21'焊接在硬印刷线路板3'上，并通过硬印刷线路板3'上的覆铜层导体并联焊接一个陶瓷电容4'，这样这段同轴线的屏蔽层和电容就能形成一个并联谐振回路，呈现高阻，从而能够抑制屏蔽层上面的共模电流。

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。但传统的共模抑制巴伦，其结构为同轴线螺线管并联陶瓷电容，由于需要绕制螺线管，且需要焊接高耐压陶瓷电容，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巴伦，所以这种传统的同轴线绕制成螺线管的巴伦结构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。

发明内容

本发明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新型共模抑制巴伦结构，其设计和制作简单，成本低、安全性高、尺寸小、重量轻，使用在磁共振射频线圈当中的时候，能够显著降低磁共振射频线圈的尺寸和重量，提高其柔软度和舒适度，设计巧妙，结构简洁，生产和调试方便，适于大规模推广应用。

实现上述目的的技术方案是：一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，由上、中、下三层结构组成，上层是由同轴线绕制成的螺线管，中层是硬印刷线路板，下层是双层柔性印刷线路板；其中：

所述双层柔性印刷线路板包括基材、位于基材的上表面的上层导体和位于柔性基材的下表面的下层导体；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基材一起形成平面柔性电容；

所述螺线管的两端的外层绝缘皮剥去露出屏蔽层，所述螺线管的两端的屏蔽层分别焊接在所述硬印刷线路板上，并依次通过硬印刷线路板上的覆铜层导体、连接线导体、柔性印刷线路板上的导体与所述平面柔性电容并联，所述螺线管、平面柔性电容以及两者之间的所有导体形成一个并联谐振电路，起到抑制共模电流的作用。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述连接线导体采用细铜丝和/或过孔。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述硬质印刷线路板和柔性印刷线路板通过胶水粘接在一起，在所述硬质印刷线路板和柔性印刷线路板上分别钻孔，钻孔内穿插有细铜丝，细铜丝的两端一一对应地焊接在硬印刷线路板和柔性印刷线路板的焊盘上，所述细铜丝用于电气连接。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述硬质印刷线路板和柔性印刷线路板为一体成型结构，形成一个软硬结合印刷线路板，所述软硬结合印刷线路板通过从顶层到底层的过孔进行电气连接。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述螺线管的轴线平行于所述硬印刷线路板的平面。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述硬印刷线路板上粘接有一个垂直于其平面的塑料棒芯，所述同轴线缠绕在所述塑料棒芯上制成螺线管，所述螺线管的轴线垂直于硬印刷线路板的平面。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述螺线管外罩有一个屏蔽罩，所述屏蔽罩的底端焊接在所述硬印刷线路板的焊盘上，所述硬印刷线路板的焊盘和所述螺线管的一端连通。

上述的一种用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其中，所述磁共振射频线圈采用磁共振柔性射频线圈时，所述新型共模抑制巴伦所使用的柔性印刷线路板和所述磁共振柔性射频线圈的柔性线圈射频回路所使用的柔性印刷线路板设计生产在同一整块的柔性印刷线路板上。

本发明的用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，尺寸和重量显著小于已有的共模抑制巴伦，频率调节非常方便，成本更低，还可以将硬印刷线路板和柔性印刷线路板做成一个整体的软硬结合印刷线路板从而减少焊点，提高可靠性，或者还可以将柔性印刷线路板和柔性磁共振射频线圈所使用的柔性印刷线路板做成一体，从而进一步降低成本和提高可靠性；尤其是常用的柔性印刷线路板所使用的聚酰亚胺基材，其介电强度可以达到每个mil数千伏特，所以其安全性也非常好。

附图说明

图1为传统的共模抑制巴伦结构的结构示意图；

图2为实施例一的用于3T磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构的结构图；

图3为实施例一的新型共模抑制巴伦的共模衰减效果图；

图4为实施例二的用于1.5T磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构的结构图；

图5为实施例二的新型共模抑制巴伦的共模衰减效果图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

实施例一：

请参阅图2，一种用于3T磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，由上、中、下三层结构组成，上层是由同轴线绕制成的螺线管1，中层是硬印刷线路板2，下层是双层柔性印刷线路板3。

双层柔性印刷线路板3包括基材31、位于基材的上表面的上层导体32和位于柔性基材的下表面的下层导体33；上、下层导体32、33部分交叠，交叠的上、下层导体32、33与两者中间的基材31一起形成平面柔性电容。

螺线管1的轴线和硬印刷线路板2的平面平行，螺线管1的两端的外层绝缘皮剥去露出屏蔽层，螺线管1的两端的屏蔽层分别焊接在硬印刷线路板2上，并依次通过硬印刷线路板2上的覆铜层导体、连接线导体、柔性印刷线路板3上的导体与平面柔性电容并联，螺线管1、平面柔性电容以及两者之间的所有导体形成一个并联谐振电路，起到抑制共模电流的作用。

硬印刷线路板2和柔性印刷线路板3分开制作，然后用双面胶(图中未画出)粘接在一起。在硬质印刷线路板2和柔性印刷线路板3上分别钻孔，钻孔内穿插有细铜丝，细铜丝的两端一一对应地焊接在硬印刷线路板和柔性印刷线路板的焊盘上，所述细铜丝用于电气连接

硬柔性印刷线路板2的某些位置有过孔，可以将硬印刷线路板2的上覆铜层导体和下覆铜层导体连通。柔性印刷线路板3的某些位置也有过孔，可以将柔性印刷线路板3上的上层导体和下层导体连通。硬印刷线路板2和柔性印刷线路板3的某些对应位置分别钻孔，钻孔内穿插有细铜丝4，细铜丝4的两端一一对应地焊接在硬印刷线路板的上覆铜层导体和柔性印刷线路板的下层导体的某些位置，可以将硬印刷线路板的覆铜层导体和柔性印刷线路板上导体的连通，这样细铜丝4用于电气连接。

使用硬印刷线路板2和柔性印刷线路板3上的导体、过孔和细铜丝，可以将螺线管1的两端的焊盘和平面柔性电容的两端相连通，从而形成一个并联谐振。

平面柔性电容的容值由如下公式决定：

C＝ε

公式(1)中，C为电容值，ε

所以通过调节柔性印刷线路板上的上层导体和下层导体的交叠面积，可以调节形成的平面柔性电容的容值，从而调节螺线管和平面柔性电容的谐振频率，使其谐振到磁共振系统的频率，从而形成一个共模抑制巴伦，能够有效地抑制传输线上的共模电流，而对差模信号不会有任何影响。

如果使用1mm外径的同轴线，绕在直径为5mm的芯子上，绕7圈，其电感量约为100nH，焊接在一个厚度为1mm的硬印刷线路板2上。使用聚酰亚胺为基材的双层柔性印刷线路板；上、下层导体的厚度均为18um，聚酰亚胺的厚度为50微米，相对介电常数为3.3，则5.1mmx5.1mm＝26mm2的交叠面积的上下两层导体就能形成约15pF的平面柔性电容。实际使用过程中，柔性印刷线路板的最外层通常都还各有一层非常薄的聚酰亚胺保护膜，所以总的柔性印刷线路板3的厚度约为0.13mm，使用厚度约为0.2mm的双面胶粘接到硬印刷线路板2上。

100nH的电感和15pF左右的电容就能谐振在3T磁共振的频率附近。通过微调交叠面积，就能够把频率完美地调试到3T磁共振的系统频率，即127.7MHz。

请参阅图3，用于3T磁共振的共模抑制巴伦的共模衰减曲线，最深处有超过35dB的衰减，足够使用。而且，50微米的聚酰亚胺可以承受高达10千伏的耐压，甚至远高于常用的陶瓷电容的耐压，所以其安全性完全没有问题。

而这样一个共模抑制巴伦的尺寸只有约7mm长，7mm宽，总厚度不超过8.5mm，而如果使用常规的陶瓷电容，如果要达到2500V的耐压强度，就需要使用10C系列的电容，而一个10C系列的电容自身的尺寸就是约6mm宽、6mm长、4mm高，所以无论如何这种传统巴伦的尺寸都会比本实施例的新型巴伦大的多。

实施例二：

请参阅图4，一种用于1.5T磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，由上、中、下三层结构组成，上层是由同轴线绕制成的螺线管1，中层是硬印刷线路板2，下层是双层柔性印刷线路板3。

与实施例一的一个区别在于使用软硬结合印刷线路板，即将硬印刷线路板2和柔性印刷线路板3直接做成一个整体，这样成本会比较高，但可以直接使用贯穿硬印刷线路板和柔性印刷线路板的过孔7进行电气连接，而不再需要使用细铜丝来连接两种印刷线路板，工艺比较简单，可靠性也更高。硬印刷线路板2的厚度为1mm，柔性印刷线路板3的基材是25微米厚的聚酰亚胺。先将一个4mm粗、4mm高的塑料棒芯5垂直向上粘接在硬印刷线路板2上，然后将1mm粗的同轴线从下往上缠绕在这个塑料棒芯5上，缠绕3圈后，再从上往下缠绕3圈，最终将同轴线的两端暴露的屏蔽层焊接在硬印刷线路板2的焊盘上，并使用一个8mm长、8mm宽、4mm高的屏蔽罩6扣在同轴线绕成的螺线管1外，屏蔽罩6的四周焊接在硬印刷线路板2的焊盘上，硬印刷线路板2的焊盘和螺线管1的一端连通。这样这个螺线管1的电感量大概有110nH，如果谐振到1.5T的频率即63.86MHz，则需要的电容量大概是56.5pF，按照实施例一中的公式(1)计算可知，只需要不到7mmx7mm＝49mm2大小的交叠面积即可产生这么大的电容。

请参阅图5，本实施例中的用于1.5T磁共振的共模抑制巴伦的共模抑制效果图，可以看出，即使1.5T下，其衰减效果也能达到20dB以上。25微米厚度的聚酰亚胺的耐压可以达到5.5千伏，远高于10C系列电容的耐压。

而这样的共模抑制巴伦的尺寸只有8mm长、8mm宽、不到5.5mm高，尺寸非常小，只比一个10C系列的电容稍大一些，非常适合多通道高密度柔性射频线圈的使用。而且，这个共模抑制巴伦还自带屏蔽罩，可以放置在线圈的任何位置而不用担心和线圈耦合。更为重要的是，在设计柔性线圈的时候，也要使用柔性印刷线路板，完全可以把柔性线圈的谐振回路所使用的柔性印刷线路板和此共模抑制巴伦所使用的柔性印刷线路板作为整体设计在一张柔性印刷电路板上，这样不仅能够降低整个设计和生产的成本，而且大大减少焊接点，显著提高柔性线圈的可靠性。

综上所述，本发明的用于磁共振射频线圈的新型共模抑制巴伦结构，其设计和制作简单，成本低、安全性高、尺寸小、重量轻，使用在磁共振射频线圈当中的时候，能够显著降低磁共振射频线圈的尺寸和重量，提高其柔软度和舒适度，设计巧妙，结构简洁，生产和调试方便，适于大规模推广应用。

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发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。