CN1977179A - 在rf场中使用的传输线 - Google Patents

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CN1977179A CNA2005800217402A CN200580021740A CN1977179A CN 1977179 A CN1977179 A CN 1977179A CN A2005800217402 A CNA2005800217402 A CN A2005800217402A CN 200580021740 A CN200580021740 A CN 200580021740A CN 1977179 A CN1977179 A CN 1977179A
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Abstract

公开了一种导电连接(连接引线)或传输线(13)，包括至少一个变压器(41，42；83)，用于耦合线(13)的至少两个引线段(51，52；81，82)和用于当传输线(13)经过RF场时确保传输线(13)的安全。而且，公开了与这种导电连接或传输线(13)相结合的电学装置(10)及其制造方法。这些线尤其用于磁共振(MR)成像***和用于将电学装置(10)特别是导管或用于人体检查的其它植入装置连接到连接单元(12)，例如检查区域(1)之外的电源或控制单元，当传输线(13)经过RF场时，没有引入电学装置和/或连接单元的干扰和/或损坏的风险以及由于传输线(13)的加热而烧伤患者(P)的风险。

Description

在RF场中使用的传输线
本发明涉及一种导电连接(连接引线)或传输线，包括至少一个变压器，用于耦合传输线的至少两个引线段(部分)，且当传输线经过RF场时，提供传输线的安全保障，还涉及一种与这种引线或传输线相结合的电学装置。而且，本发明涉及制造这种导电连接(连接引线)或传输线的方法。
这种连接引线或传输线尤其用于将电学装置例如磁共振成像***的附属装置连接到连接单元，例如电源或控制单元。然而，连接引线或传输线还可用于尤其使用长导线或电极的连接植入例如心脏起搏器或人工神经，用于为预放大器供给电源，用于MR可兼容IVUS(血管内超声)装置，用于MR图像产生过程中的复眼跟踪导管或导引线，以及在经过RF场(例如有MR成像***产生)操作时需要安全的连接引线或传输线的其它应用。
而且，本发明涉及与下面这种装置相结合的连接引线或传输线：尤其是用于在MR成像过程检查人体的导管或其它植入装置。本发明还涉及一种MR成像***，包括一个或多个电学附属装置，例如RF表面线圈或使用线圈元件的导管，其中线圈元件配备有连接引线或传输线，且在检查患者或其它目标时使用。
MR成像***尤其用于检查和治疗患者。待检查的人体组织的核自旋通过稳定的主磁场(B0磁场)对准且被RF脉冲(B1磁场)激励。得出的驰豫信号暴露于用于定位的梯度磁场，且被接收，从而以已知方式形成人体组织的一维、二维或三维图像。
基本上MR***可以区分为两类。第一类是所谓的开放式MR***(垂直***)，其中患者进入到一个检查区域，该区域位于C臂端头之间。在检查或治疗过程中实际可以从各个边接触患者。第二类是这样一种MR***，它包括管状(圆柱形)检查空间(轴向***)，患者进入该空间。
为RF信号的传输和驰豫信号的接收提供RF线圈***。除了永久地建立在MR成像设备中的RF线圈***(体线圈，用于使患者的整个身体成像)，还使用可以灵活布置的RF表面线圈，例如，作为待检查的特定区域周围或之中的套子或衬垫。
而且，使用导管或其它植入装置，例如它们植入患者体内以在MR成像过程获取组织样品，且至少在它们的末梢区域包括至少一个线圈元件、谐振器等，用于在形成的图像中定位目的或用于成像目的。
用于将连接附属装置例如RF表面线圈和导管以及上述其它装置连接到连接单元，特别是电源、接收装置和/或控制单元的连接引线或传输线通常必须通过RF场。
这种RF场尤其是RF线圈***产生的电磁场，在连接引线或传输线和在周围人体组织中产生RF共模信号(电流)。这些电流不仅产生附属装置和/或连接单元的干扰或损害的风险，而且可以显著加热引线或线，并直接加热相邻组织，尤其是在表面线圈和导管的情况下，当引线太接近或位于患者体内时导致患者的烧伤。因此，这种引线或传输线对于这些风险来讲必须是安全的。
DE 102 49 239.5公开了一种连接线，包括至少一个线部分，具有不相等n*λ/2的长度，该长度受感应耦合元件尤其是变压器的限制。该连接线可用于使MR引导介入中使用的介入仪器(例如血管内导管)在RF频率是安全的。然而，该现有技术没有公开实现这种基于连接线的变压器的任何方法。
US 6,677,754公开了一种通过向同轴电缆引入变压器而抑制这些危害的方法。同轴电缆的第一部分的末端处的内部和外部连接器通过与第一电容器串联的主电感器连接。同轴电缆的第二部分的末端处的内部和外部连接器通过与第二电容器串联的次级电感器连接。主和次级电感器相耦合以形成变压器。对电容器进行选择，使得这种结构在传输的RF的基频f0谐振。这样，谐振变压器类似一个调谐闭塞滤波器，抑制有害的共模谐振，该共模谐振将导致电缆的所述加热。滤波器以差模方式在同轴电缆上传递RF信号。
然而，该现有技术受限于通过变压器相连的同轴电缆段或部分。该概念不适于导管的制造，因为导管必须具有小的直径。对于标准圆柱形扫描仪，在1.5T时，在大约1.5m长的标准导管中至少需要三个变压器，在较高的场则需要更多。这意味着微型变压器必须连接到匹配网络，且匹配网络必须连接到微型同轴电缆，每个导管总共至少需要12个连接。最可能的，微型连接必须手动地或使用专用工具半自动地完成并随后测试。这就暗示着高成本，对于可置换使用来讲这是重要因素。此外，在如拉紧、弯曲或扭曲这样的介入过程，受到机械压力过程中，连接可能容易机械断裂。而且，电缆部分和导管的变压器部分的机械属性可能不一致，这使得情况复杂或甚至阻止了它在很多应用中的使用。最后，由于电学原因，使用同轴电缆作为变压器之间的电缆部分也不是优选的。
因此，本发明的一个目的是提供一种如引言段落中提及的导电连接(连接引线)或传输线及其制造方法，当通过RF场操作时该引线是安全的(即，避免了电学装置和/或连接单元的干扰和/或损害的风险)，且它具有足够小以植入到人体内的尺寸和(尤其是)直径。
本发明的另一目的是提供一种如引言段落中提及的导电连接(连接引线)或传输线及其制造方法，当通过RF场操作时在上述方面它是安全的，且它可以以低成本制造，尤其用于可置换导管或其它植入装置。
本发明的另一目的提供一种如引言段落中提及的导电连接(连接引线)或传输线及其制造方法，当通过RF场操作时在上述方面它是安全的，且对于待传输的信号来讲具有最小损耗。
本发明的另一目的是提供一种如引言段落中提及的导电连接(连接引线)或传输线及其制造方法，当通过RF场操作时在上述方面它是安全的，且对于植入应用的机械属性来讲是适用的。
通过权利要求1的连接引线或传输线，尤其像权利要求14的导管这样的电学附属装置或辅助装备，权利要求16的磁共振成像***以及权利要求17的制造连接引线或传输线的方法，获得这些目的。
优选地，匹配网络包括分立元件(C1，C2)，它们通过SMD技术添加到衬底。
例如，匹配网络包括由具有高介电常数的电介质材料提供的元件，通过薄膜技术将该材料嵌入到衬底。
在电学附属装置或辅助装备中，传输线(13)优选地被低介电常数的材料环绕，优选地在内腔(31)中被空气环绕。
根据本发明的制造传输线的方法中，线的至少一个引线段和/或至少一个变压器在衬底上以至少一个金属结构形成。
注意，传输线的长度通过连接至少两个模块组成，所述两个模块每个都由线的至少一个引线段和/或至少一个变压器和/或至少一个匹配网络形成。
例如，每个模块通过在引线段将模块焊接在一起而连接。
例如，每个模块通过在变压器将模块粘合在一起而连接。
例如，通过堆叠工具将变压器粘合在一起，该堆叠工具包括对准管脚，用于使相邻模块上端和下端相组合，在相邻模块中***衬垫。
优选地，通过经过内腔的线状元件将传输线推到内腔，将传输线***到附属装置或辅助装备的内腔。
根据本发明的另一方案，在将传输线***到内腔之前和/或过程中，执行下面步骤中的至少其中之一：
使用低摩擦属性的材料例如PTFE制造包括装置的内腔的管子；伸长包括内腔的管子；向内腔施加过压使其膨胀；在内腔的入口开孔施加比内腔的相对端高的压力；向装置的另一内腔和/或管子的周围施加负压以使内腔扩展，向该内腔中***传输线。
本发明的进一步细节、特性和优点将从下面优选实施例的描述显而易见，参考附图给出这些优选实施例，附图中：
图1  MR成像设备和附属装置的示意性侧视图；
图2  不同类型电缆的剖面图；
图3  不同导管的剖面图；
图4  电缆变压器的第一实施例；
图5  电缆变压器的第二实施例；
图6  电缆变压器的第三实施例的若干部件；
图7  电缆变压器的第三实施例的完整侧视图；
图8  电缆变压器的第四实施例；
图9  用于图8的变压器的主和次级绕组的结构；
图10  不同类型带状线的剖面图；
图11  更复杂的带状线的另一剖面图；
图12  各个带状线的阻抗图；
图13  具有不同厚度的某种类型的带状线的阻抗图；
图14  具有不同厚度的其它类型的带状线的阻抗图；
图15  具有不同厚度的某种类型的带状线的损耗图；
图16  具有不同厚度的其它类型的带状线的损耗图；
图17  带状线引线的第一交换；
图18  带状线引线的第二交换；
图19  带状线引线的结构；
图20  使变压器和传输线匹配的匹配网络；
图21  匹配网络所需电容的图；
图22  具有分立串联电容器的第一带状线；
图23  具有分立并联电容器的第二带状线；
图24  第一和第二PCB线模块；
图25  两个线模块之间的变压器；
图26  用于装配变压器和线模块的堆叠工具；以及
图27  末梢微接收线圈和部分传输线。
图1A示意性地示出了开放式MR成像设备的部件，对于检测区域1中的磁场产生和检测，它是十分重要的。检测区域1之上或之下提供相应磁***2，3，它们产生基本均匀的主磁场(B0场，用于磁化待检查的目标，即，用于对准核自旋)，它的磁通量密度(磁场感应)可以是几十特斯拉到几个特斯拉之间的量级。主磁场基本在垂直于患者纵轴方向的方向(即，x方向)穿过患者P延伸。
提供RF传输线圈4(“体线圈”)形式的平面的或近似平面的RF导线结构(谐振器)，用于产生MR频率的RF脉冲(B1磁场)，从而待检查组织中的核自旋被激励，所述RF传输线圈4布置在相应磁***2和/或3中。提供RF接收线圈5，用于接收组织中后续的驰豫事件；这些线圈5还可以由磁***2，3至少其一上提供的RF导体结构(谐振器)形成。备选地，如果适当地切换，一个公共RF谐振器也可用于传输和接收，或两个RF谐振器4、5可以用于共同地交替传输和接收。
而且，对于空间辨别和源于患者P的组织(激励状态的位置)的驰豫信号的分辩，还提供多个梯度磁场线圈7，8，由此产生三个梯度磁场，线圈在x轴的方向延伸。因此，第一梯度磁场基本在x轴的方向线性地变化，而第二梯度磁场基本在y轴的方向线性地变化，第三梯度磁场基本在z轴方向线性地变化。
对于某些检查，需要电学附属装置或辅助装备。例如，除了平面RF接收体线圈5之外，或是平面RF接收体线圈5的备选，这些装置是RF表面线圈6，它们用作直接位于患者P或待检查区域上的RF接收线圈。这些RF表面线圈6一般构造为灵活的焊盘或套筒。
而且，为了实施患者P的治疗或提取组织样品或判断组织参数，通常使用导管10，它植入到患者体内，且其位置在显示屏幕上可见。对于所述目的，已知各种有源方法和无源方法(WO 99/19739)以及全局或局部检测或跟踪策略(Bartels and Bakker in“Endovascularinterventional magnetic resonance imaging”，Institute ofPhysics Publishing，Phys.Med.Biol.48(2003)R37-R64)。
图1B示出了这种导管10形式的附属装置的示意性表示。导管的末梢(或距离其很短距离的位置)布置一个例如微芯片形式的传输和/或接收单元11，其上实现如线圈这样的必要部件(也可能是传感器)，或末梢提供有传感器或根据现有技术的其他器件。在位于患者P外部的导管10的末端，提供电源单元和/或接收装置和/或控制装置和/或切换单元41形式的连接单元12，它通过经过导管引导的导电连接(连接引线)或传输线13与传输和/或接收单元11相连，且通过它们，传输和/或接收单元11被激励，且可以传输传感器或其他部件的测量值或数据。
当附属装置是RF表面线圈6时，这种线圈也通过导电连接(连接引线)或传输线13连接到相应的连接单元12(电源、接收/发射装置和/或控制装置)。
如说明书引言部分所述，RF线圈***产生的场在传输线13中感应RF共模电流。根据本发明，通过向线13引入微型变压器，提供安全的导电连接(连接引线)或传输线13，待传输的信号具有最小损耗。
为了使用尽可能少的变压器(它本身产生损耗并且占用成本)，优选地，使用对于共模具有尽可能低的介电常数εeff的传输线13，因为这种线13对于给定长度已经具有最高的谐振频率。同时传输线13的损耗将尽可能地低，因为在导管10的末梢可得的很小空间，使得微线圈11接收的信号很难被预放大。
如图2A中横截面所示的直径D约为333μm的商业可获得微同轴电缆20(Precision Interconnect，AWG 42 D5)和如图2B所示的宽度B约为200μm、厚度H约为160μm的聚酰胺层隔开的两个平行导线组成的带状线21之间的比较示出，在相同的损耗时(对于两个电缆来讲为1.22dB/m)带状线21具有更低的轮廓。
共模的介电常数εeff主要由线附近的材料决定。如图3A和3B所示，在向外径约为1.66mm的标准导管30的第二内腔31内引入带状线21之后，导管32的介电常数ε在2到4之间，和同轴电缆20相比，由于带状线21较低的轮廓，具有更多的空气(ε＝1)环绕带状线21。主或主要内腔33(导管的周围)通常填充以介电常数ε为81的水。
因此，带状线21的介电常数εeff低于同轴电缆20的介电常数。优选地，通过专用距离保持器可以支撑带状线21，以保持在第二内腔31的中间。反之，如果带状线21的轮廓增加到同轴电缆20的轮廓的程度，介电常数εeff变得几乎相等，但此时带状线21具有比同轴电缆20更低的损耗。
而且，根据图2B，带状线(对线)21的宽度大于厚度，即，它易于装配到导管30，和上面一样，导管30也必须支撑主或主要内腔33。
本发明的基本思想是在一个公共衬底上制造传输线段(部分)和至少一个变压器。如印刷电路板中使用的金属和电介质材料的多层叠层也可以用于该目的。优选地，由于高电导率，铜用作所述金属。优选地，使用如PTFE、PTFE/玻璃纤维这样的低介电常数εr和低损耗的电介质材料以提高机械属性。其他选项都是标准PCB材料。聚酰胺具有这样的优点：它非常耐热，使得可以焊接铜层。
基本上，为实现传输线部分，使用PCB衬底上的微带状线。变压器实现为PCB衬底的不同金属层处的电感耦合回路。而且，使变压器与微带状线在特征阻抗方面匹配所需的匹配网络可以通过下述手段实现，
通过分立的微型电容器，例如放置在PCB板上的表面安装器件(SMD)，
通过基于叠层本身的电介质层的嵌入式电容器，或
通过在薄膜技术中向叠层添加的基于高介电常数且低损耗材料的嵌入式电容器。
整个PCB设计必须优化以最小化线上的损耗。同时，共模谐振应该远高于MR***的拉莫尔频率。这需要对于传输线共模来讲低的有效εr以及变压器低的杂散电容。因此，只要有可能用空气代替，一般希望避免和去除衬底。对于导管尺寸给定的尺寸需求，PCB设计任务可以执行为EM模拟或通过各个测试部分的测试测量执行。
下面解释的所有实施例都设计成装配到如图3所示的导管30的第二内腔31的约300μm×600μm的横截面。这种横截面可以用作标准5F导管(1.66mm的外径，主要内腔1mm)的第二内腔。然而，使用提出的制造技术，也可以设计较低的横截面。
I.)首先，将详细描述变压器的若干实施例。
第一实施例是一种变压器，包括图4A顶视图中和图4B侧视图中的面内回路。它包括电感耦合的第一和第二回路41、42，横截面大约为35×25μm，长度L约5cm，横向距离W约为500μm，水平距离H约为127μm。基于PTFE/玻璃纤维多层PCB衬底40的该实施例中，一个回路由一层铜制备，使得回路在叠层的层结构的平面内。电学属性为，对于一个回路，L＝64nH且串联电阻R＝1.3Ohm(欧姆)，耦合系数k＝0.39。与50Ohm线匹配的该变压器的传输损耗的模拟和测量得出S21＝-1.5dB。该变压器的杂散电容的模拟和测试示出Cstray＝4pF。
为了减少该变压器的损耗，优选地，回路使用宽于25μm的铜线，例如50μm到100μm的较宽的铜线。另一方面，引线的厚度可以减小到大约17.5μm，因为64MHz(或更高)的MR频率的趋肤深度大约为8.4μm(或更低)。图5以三维形式示出了怎样从叠层的铜层51、52构造回路41、42。标准垂直贯通接触51a、52a(通孔)用于连接层51、52。
变压器的一个设计目标是实现主和次端之间的高电感耦合系数，同时获得共模的低杂散电容。这可以在两匝或更多匝的主和次级回路(绕组)的优选结构中完成。这样的话需要更多的铜层。使用更多的匝数，变压器的长度可以减小，同时保持高电感耦合系数和回路感应率。变压器的长度减小，杂散电容减小。
图6中，侧视图(图6A)、上层的顶视图(图6B)和底层的顶视图(图C)示出了这种变压器的第一和第二初级绕组61、62，以及它们之间的衬底63。
第一和第二初级绕组61、62通过垂直贯通接触或通孔61a连接。
图7示出了完整的变压器，在主端具有两个初级绕组(61，62)且在相应的次端70具有两个次级绕组，且在主和次端之间具有衬垫71。
图8示出了包括穿过平面回路的变压器的第二实施例。作为根据图5的面内回路设计的备选，可以通过两个不同金属层上的引线以及回路闭合端的贯通接触制备回路。回路平面则与叠层的层结构垂直。
根据图8，包括第一和第二金属层81、82的第一和第二带状线80a、80b通过包括第一回路83a和第二回路83b的变压器83耦合。
根据图9A的示意性顶视图的实施例中，具有很多匝的每个都在带状线顶层81和底层82延伸的主回路91和次回路92相互交错。这将比上述面内实施例中的两个平面回路(图5)提供更高的电感耦合因子。
备选地，根据图9B的示意性顶视图，主和次回路91、92可以并排布置以使得杂散电容最小化。
作为另一备选，也可以使用基于螺线管的变压器，例如，包括安装在衬底表面上的引线回路。然而，与上述基于PCB的方法相对照，这可以使传输线厚度增加，当用于导管时这是尤其不利的。而且，在这种情况下，线和导管的制造彼此不独立。变压器的感应率和耦合取决于内腔的内容(例如，波导引线和/或水和/或CO2)。
II.)第二，将详细描述带状线的若干实施例及它们的属性。
使用本发明的技术，可以对专用带状线进行设计以在导管的横截面内与可获得的截面匹配。在设计线时应该调整三个电学参数：首先，为低衰减而进行优化。第二，共模有效介电常数εeff将尽可能地低，使得将共模谐振偏移到拉莫尔频率之外需要尽可能少的变压器。第三，应选择特征阻抗Z，使得在匹配网络中可以使用合理的电容匹配变压器。
作为示意性实施例，在图10中以横截面示出了三种类型的带状线，且将在下面解释它们的电学属性。
图10A示出了第一平行带状线，具有两个金属层M，每个金属层M位于电介质衬底S的一侧。根据图10B的第二三平板带状线具有两个金属层M，每个金属层M位于电介质衬底S的一侧，还具有衬底S内的第三金属条Mi，而根据图10C的第三四方同轴带状线中，衬底S被四个金属层M环绕，且包括衬底S中的金属条Mi。图10C还示出了这些带状线的宽度W的范围。
然而，可以使用很多带状传输线，甚至使用很复杂的样式，例如剖面图如图11所示的带状线，或如Thiel，Habiger，Troster：Investigation on Novel Coaxial Transmission Line Structureson MCM-L(Electronics Laboratory，ETH Zurich)中公开的传输线。
根据图10的三种类型的阻抗将在20～80Ohm的合理范围，使得可以使用电容性网络匹配变压器。一般地，对于相同的总厚度和宽度，平行带状线的阻抗高于三平板带状线和四方同轴带状线。对于相同的外径，四方同轴带状线的阻抗与三平板带状线的阻抗相近。
图12中，曲线A示出了具有PTFE衬底材料和厚度为254μm的平行带状线的阻抗Z[Ohm]与宽度B[μm]的关系，曲线B示出了具有PTFE衬底材料和厚度为127μm的平行带状线的阻抗Z[Ohm]与宽度B[μm]的关系，曲线C示出了具有PTFE衬底材料和厚度为127μm的两倍(外金属层M和中心金属条Mi之间是127μm厚度)的三平板带状线的阻抗Z[Ohm]与宽度B[μm]的关系。
一般地，平行带状线的阻抗Z更适于与变压器匹配。
图13示出了电介质厚度为200μm(曲线A)、175μm(曲线B)、150μm(曲线C)、125μm(曲线D)、100μm(曲线E)、75μm(曲线F)、50μm(曲线G)和25μm(曲线H)的聚酰胺平行带状线的阻抗Z[Ohm]与宽度B[μm]的关系。
图14示出了电介质厚度为267μm(曲线A)、217μm(曲线B)、167μm(曲线C)、117μm(曲线D)和67um(曲线E)的聚酰胺三平板带状线的阻抗Z[Ohm]与宽度B[μm]的关系。
微带状线的损耗可以分成欧姆损耗、电介质损耗和辐射损耗。对于讨论中的电介质材料的微型几何形状和范围，铜中的欧姆损耗占主导地位。优选地，使用平行带状线，因为它们具有优于其它相同大小引线的三平板或四方同轴带状线这样其它类型的优点。在四方同轴带状线中，具有相对低横截面的中间引线增加了很多损耗。因此，对于相同外径尺寸的线，平行带状线具有较低损耗。
图15示出了电介质厚度为200μm(曲线A)、175μm(曲线B)、150μm(曲线C)、125μm(曲线D)、100μm(曲线E)、75μm(曲线F)、50μm(曲线G)和25μm(曲线H)时，具有聚酰胺衬底的平行带状线的损耗与宽度B[μm]的关系。
图16示出了电介质厚度为267μm(曲线A)、217μm(曲线B)、167μm(曲线C)、117μm(曲线D)和67um(曲线E)时，具有聚酰胺衬底的三平板带状线的损耗与宽度B[μm]的关系。
带状线的一个重要属性是它对RF传输的屏蔽属性。在成像序列的自旋激励过程中，体线圈发送的RF可以在未屏蔽线中感应一些电压。
因此，尤其在变压器中消耗功率，这是因为变压器相对高的品质因子和因为它们对于差模电压谐振。这可能毁坏变压器或导致变压器附近患者烧伤。
根据图10C的四方同轴带状线是完全屏蔽的。
根据图10B的三平板带状线准屏蔽体线圈发射的RF。传输过程中准屏蔽源于三平板的对称和体线圈的RF发射场的均匀性。
根据图10A的平行带状线是完全未屏蔽的。体线圈的发射场强度B1可以在线的两个线条组成的回路中感应电压。根据本发明，该线和类似的线通过扭曲这些线而屏蔽以避免感应高净电压。由于线的横向尺寸上的体线圈的RF场的均匀性，这一点是可能的。
因为大多数带状线的横截面不是圆的，普通扭曲将增加有效横截面。而且在导管中线的集成期间很难实现普通的扭曲。因此，提供传输线引线的局部交换。在图17和18中示出这种具有薄片F上的金属层(Cu)M的平行带状线的两个实例。
在根据图17的第一实例中，通过在PCB版图引入横向位移实现交换，如图17A所示。在***到导管之前，线沿着所示的折叠线F1折叠并通过粘合固定。图17B中所示的最终版图很简单，然而，它部分增加了带状线的横截面。
在根据图18的第二实例中，在PCB设计中使用贯通接触(通孔)以交换线的上部条Us和下部条Ls。经过交换，线的横截面保持恒定。因为每个交换产生损耗，所以交换的数目保持尽可能地低。可以估算，对于1.5T，在两个变压器之间的线部分最多需要一个扭曲。
在装备和使用过程中，带状线承受主要沿着该线的机械应力。铜引线M比聚合物电介质F更倾向于断裂。因此，根据图19，弯曲结构优选地用于沿着带状线的铜线M。
III.)第三，下面详细描述匹配网络的若干实施例和它们的属性。
匹配网络用于获得基于PCB的变压器与基于PCB的带状线阻抗匹配。匹配网络是无源网络，可以包括电感、电容器和电阻器。优选地，使用电容器而不是电感，因为它们可以以小尺寸实现。根据图20，例如如上面第一实施例描述的变压器Tr，可以通过包含两个电容器的网络与具有50Ohm阻抗的传输线T1匹配，其中，例如C1＝61pF，C2＝56pF。
然而，该简单网络能够使用等于或小于100pF的电容与具有20Ohm～68Ohm阻抗的带状线匹配。仅对于较高的阻抗，才需要较大的电容器。图21示出了电容器C1和C2的电容C[pF]与阻抗Z[Ohm]的关系。
优选地，分立电容器用于匹配网络，因为它们可以通过标准SMD技术添加到总体PCB设计。可以使用0201外壳(0.6mm×0.3mm×0.3mm)或01005外壳(0.4mm×0.2mm×0.2mm)中的SMD电容器以完成所需较低轮廓。电容器可以在钻孔之后在相对厚的PCB板(300μm)上焊接，或优选地焊接到薄的柔性薄片(25μm-50μm)上。
图22以侧视图(图22A)和顶视图(图22B)示出了串联电容器C1的实施例，而图23以侧视图(图23A)和顶视图(图23B)示出了并联电容器C2的实施例，这两个实施例都是基于25μm的铜柔性薄片F，金属层M位于薄片两侧。
备选地，基于叠层的嵌入式电容器也可用于匹配网络：
可以使用叠层，它具有由很薄(＜15μm)的相对高介电常数εr的衬底制成的至少一层。平板电容器可以基于该层构造。合适材料的实例是填充的聚合物，例如PTFE/陶瓷(εr＝6-10，RO3010，RogersCorporation)、其它聚合物/陶瓷***(εr＜150)、或新研发的超高εr环氧基聚合物(εr＜2000)。这些材料已经经过深入分析，有望产生新的产品，这是因为嵌入式电容器在很多基于PCB的解决方案例如无线通讯中使用。忽略边缘效应，电容可以由下式估算
C＝εrεrA/d
基于εr＝100的5μm聚合物/陶瓷薄片，可以实现180pF/mm2的电容密度。
作为另一备选方案，基于其它高εr的电介质材料的嵌入式电容器也可用于匹配网络：
通过各种薄膜技术，如物理气相淀积(溅射)、分子束外延、化学气相淀积或其它技术，高介电常数和低损耗的其它材料可以添加到叠层。实例是从Ta2O5(εr＝25)或TiO2(εr＝100)获得薄膜电容器。
IV.)下面，将详细介绍线(a)装配和将部件集成为导管(b)。
(a)当前PCB技术通常基于最大0.5m×0.5m的结构板。这里，需要高达2m长和很窄的PCB。为克服长度限制，整个线可以在若干模块中制造，优选地所述模块可以和变压器粘在一起或在传输线上焊接。
图24A示出了第一实施例，具有粘在变压器上的基本模块Lm，而图24B示出了第二实施例，具有焊接在线上的基本模块Ln。
对于串联产品，优选地，很多这种模块可以在0.5m×0.5m板上并排制造，其间具有毫米距离的耦合。然后，在板的边界处将板互连，有效地制备了很多贯穿2个或4个互连板的长传输线。最后，优选地，通过激光切割工艺来切割板，以制备很多窄和长的传输线。
在传输线焊接模块具有一些缺点：需要额外的焊接步骤，在焊接点可能发生渡越损失，且该渡越可能机械强度很弱。
优选地，如图26所示，通过使用堆叠工具将变压器粘合。这实现了横向位移所需的低的容差。该工具类似于从很多结构化的柔性薄片装配多层PCB的工具。该工具包括具有精细钢对准点P的固体基底B。不同的结构化柔性薄片在相应的点具有对准孔H，且若干个这种薄片被堆叠在该工具上并粘在一起。
堆叠和粘合变压器的原理在图25中示出。图25A示出了变压器的下回路的顶视图，该变压器包括金属层M、薄片F和对准孔H。图25B示出了变压器的侧视图，该变压器具有上回路U1，下回路L1和覆盖有胶G的衬垫S。还示出了电容器的电容帽C。
在变压器粘合模块具有其它优点：粘合部分相对长，因此机械较强，人们可以独立于叠层的层结构自由选择任何衬垫材料和厚度，可以选择如PTFE或PP这样的低εr材料，以使经过变压器的杂散电容保持很低。
(b)通过将传输线与导管挤压在一起，传输线可以集成为导管。然而，对于一些类型的叠层，挤压温度可能太高。而且，仅对于很长的管子来讲挤压才是便宜的工艺。对于上述实施例，需要最大2m长的部分。
因此，优选地，将传输线***到准备好的导管的侧内腔。最简单的步骤是，首先推动金属或塑料引线穿过侧内腔，以使其连接到传输线，然后拉动传输线穿过。为有助于***和降低线的机械应力，提出下面的措施：
在***期间拉伸导管；
优选地，使用低摩擦属性的导管材料例如PTFE；
向侧内腔施加过压以使其在***期间略微膨胀；
在侧内腔的入口开孔比在端点施加更高的压力。这样，一些气流作为润滑剂流动，且传输线部分吸入到侧内腔；以及
向另一内腔和导管周围施加负压。
典型应用中，在末梢，传输线可以与微接收线圈相连，该微接收线圈可以用于导管跟踪或用于血管内成像。因此，这种末梢微接收线圈也必须集成：
优选地，使该线圈与传输线匹配所需的至少一个匹配网络包含在PCB的设计中，如果从引线弯曲，则提供两个用于线圈的焊盘。
备选地，微线圈可以构建在柔性薄片上。最基本的线圈设计是如图27所示的延长的单回路Sc。
为了实现大线圈-对于高SNR以及大范围的空间灵敏度这一点是需要的-该线圈优选地延伸出导管的侧内腔。优选地，如图27所示，在线圈开始之前，带状线St使侧内腔S1短路。因为线圈在薄柔性薄片F上制备，这样线圈可以在导管Ct外部扭曲，使得线圈绕组最终位于导管Ct的相对一侧。
然而，也可以设计具有多个回路和更复杂绕组图案的线圈。
如上所示，基于PCB方法的主要优势如下：
使用基于光刻的标准PCB技术，变压器、带状线和线的匹配网络可以在一个工艺中制备。省略了这些独立部件的昂贵的手工装配；
可以在标准尺寸的板上并排制造的很多传输线模块经过变压器粘合在一起并分割成薄的部分，每个部分具有一条线。这使得大规模生产很便宜；
整个电缆可以以很低的轮廓制备，且在横截面中容易与导管的侧内腔的横截面相符合；
相对于焊接装配各个部件，机械属性改善，其中焊接点将提供弱节点；
可以将微带状线设计成具有易于与变压器匹配的阻抗；以及
可以设计微带状线以在损耗和轮廓之间进行折衷。

Claims (13)

1.导电传输线(13)，包括至少一个变压器(41，42；83)，用于耦合导电传输线(13)的至少两个引线段(51，52；81，82)和用于当导电传输线(13)经过RF场时确保导电传输线(13)的安全，其中以衬底(40，63)上至少一个金属结构的形式提供引线段(51，52；81，82)和/或变压器(41，42；83)。
2.根据权利要求1的传输线，其中衬底(40，63)是金属和电介质材料的单层或多层叠层，且其中以衬底上和/或衬底内带状线的形式提供引线段(51，52；81，82)。
3.根据权利要求2的传输线，其中引线段(51，52；81，82)包括平行带状线，通过扭曲该平行带状线使得该平行带状线被屏蔽，从而至少基本避免感应高净电压。
4.根据权利要求3的传输线，其中通过引线段(M)的局部交换提供屏蔽。
5.根据权利要求1的传输线，其中引线段(M)包括在其纵向延伸中的弯曲结构，用以增加线(13)的机械强度。
6.根据权利要求1的传输线，其中以至少一个电感性耦合元件(41，42；83)的形式实现变压器。
7.根据权利要求6的传输线，其中通过在衬底的不同金属层上的电感性耦合导电回路(41，42；83a，83b；91，92)实现电感性耦合元件。
8.根据权利要求7的传输线，其中电感性耦合回路(41，42；83a，83b；91，92)实现为金属层(51，52；81，82)的面内回路和/或贯穿平面的回路。
9.根据权利要求8的传输线，其中电感性耦合贯穿平面的回路(83a，83b；91，92)相互交错或并排布置。
10.根据权利要求1的传输线，包括至少一个匹配网络(C1，C2)，该匹配网络具有衬底(40，63)上提供的至少一个电感和/或电容器和/或电阻器，用于使引线段(51，52；81，82)与变压器(41，42；83)匹配。
11.根据权利要求10的传输线，其中匹配网络包括嵌入到衬底的层结构中的元件。
12.一种电学附属装置或辅助装备，特别是导管，包括根据权利要求1到11至少其中之一的传输线(13)，特别用于将所述电学附属装置或辅助装备连接到磁共振成像***中的连接单元。
13.一种磁共振(MR)成像***，包括根据权利要求12的至少一个电学附属装置或辅助装备。
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