專利名稱：巴倫組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本文所公開的主題涉及平衡-不平衡(巴倫(balun))裝置，更具體來說，涉及醫(yī)療成像系統(tǒng)中使用的四分之一波巴倫。
背景技術(shù)：
磁共振成像(MRI)系統(tǒng)包括磁體、如超導(dǎo)磁體，它生成時(shí)間恒定(即,均勻和靜態(tài))主或主要磁場。MRI數(shù)據(jù)采集通過使用磁梯度線圈激發(fā)主磁場中的磁矩來實(shí)現(xiàn)。例如，為了對感興趣區(qū)域進(jìn)行成像，對磁梯度線圈通電以便對主磁場施加磁梯度。然后對發(fā)射射頻(RF)線圈脈沖化，以便在MRI掃描儀膛中創(chuàng)建RF磁場脈沖，從而選擇性地激發(fā)與感興趣區(qū)域?qū)?yīng)的體積，以便使用接收RF線圈來采集感興趣區(qū)域的MR圖像。在RF磁場脈沖的傳輸期間，使接收RF線圈去耦合。生成的所得圖像顯示感興趣區(qū)域的結(jié)構(gòu)和功能。 通常存在平衡問題，這些問題當(dāng)MRI系統(tǒng)工作在較高頻率時(shí)、特別是當(dāng)將平衡和不平衡電路、如傳輸線耦合在一起時(shí)發(fā)生。例如，RF線圈一般連接到MR系統(tǒng)，并且更具體來說是使用同軸電纜連接到RF發(fā)生器和/或RF接收器。同軸電纜便于信號傳輸以及防止MRI系統(tǒng)“拾取”環(huán)境中存在的外來RF信號。常規(guī)同軸電纜包括通過塑料材料與中心導(dǎo)體分離的編織物。編織物充當(dāng)屏蔽，它使同軸電纜對外部頻率的拾取為最小。但是，編織物本身可攜帶外部感生電流。感生電流可注入RF線圈，并且引起從RF線圈所得到的測量的不準(zhǔn)確性。因此，巴倫(平衡/不平衡)裝置用于降低因同軸電纜中的感生電流而生成的噪聲和/或雜散RF電流。具體來說，當(dāng)巴倫的總長等于通過RF電纜所傳送的信號的電磁輻射波長的四分之一時(shí)，常規(guī)巴倫在RF電纜創(chuàng)建高阻抗。

實(shí)用新型內(nèi)容本發(fā)明巴倫組件解決前面所述平衡問題，這些問題當(dāng)MRI系統(tǒng)工作在較高頻率時(shí)、特別是當(dāng)將平衡和不平衡電路、如傳輸線耦合在一起時(shí)發(fā)生。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種巴倫組件。巴倫組件包括主體部分，具有貫穿其中的開口，開口大小適于接納至少一個(gè)射頻RF電纜，通過其中傳送具有波長的信號；以及巴倫，設(shè)置在主體部分中，巴倫折疊以形成多個(gè)層，這些層的組合長度近似等于通過RF電纜所傳送的信號的四分之一波長。還提供一種制造巴倫組件的方法。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種制造磁共振成像MRI系統(tǒng)的巴倫的方法。MRI系統(tǒng)具有巴倫。該方法包括下列步驟根據(jù)通過RF電纜所傳送的信號的波長來確定巴倫的長度；以及將巴倫折疊成多個(gè)層，使得巴倫的總長小于通過RF電纜所傳送的信號的四分之一波長，各層的長度根據(jù)層數(shù)來確定。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供一種MRI成像系統(tǒng)。MRI成像系統(tǒng)包括成像部分、耦合到成像部分的RF電纜以及圍繞RF電纜的巴倫組件。巴倫包括主體部分，具有貫穿其中的開口，開口大小適于接納RF電纜，該RF電纜通過其中傳送具有波長的信號；以及設(shè)置在主體部分中的巴倫，巴倫折疊以形成多個(gè)層，這些層的組合長度近似等于通過RF電纜所傳送的信號的四分之一波長。一方面，所述RF電纜包括具有多個(gè)通道的印刷電路板PCB RF電纜，所述巴倫包括設(shè)置成鄰近PCB RF電纜的多個(gè)折疊矩形層。另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體。再另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述圓柱電導(dǎo)體和介電材料是在主體部分中卷繞的螺旋形。再另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述圓柱電導(dǎo)體和所述介電材料是在主體部分中卷繞的螺旋形，以便 形成第一層、從所述第一層向外徑向設(shè)置的第二層以及從所述第二層向外徑向設(shè)置的第三層，所述第一層配置為電輸入，所述第二層配置為電輸出。再另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述圓柱電導(dǎo)體和介電材料以折疊方式設(shè)置在所述主體部分中。再另一方面，所述巴倫包括介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述圓柱電導(dǎo)體和所述介電材料以折疊方式設(shè)置在所述主體部分中，以便形成第一層、從所述第一層向外徑向設(shè)置的第二層以及從所述第二層向外徑向設(shè)置的第三層，所述第一層配置為電輸入，所述第三層配置為電輸出。再另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述介電材料具有介電電容率，所述圓柱電導(dǎo)體根據(jù)所述介電電容率來折疊。再另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述介電材料具有介電電容率，所述圓柱電導(dǎo)體折疊成包括基于多個(gè)半徑的多個(gè)層，所述半徑基于所述介電電容率。再另一方面，所述巴倫包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料和圓柱電導(dǎo)體，所述介電材料具有介電電容率，所述圓柱電導(dǎo)體折疊成包括基于多個(gè)半徑的多個(gè)層，所述半徑包括第一半徑以及與所述第一半徑不同的第二半徑，第一層配置成電輸入，第二層配置為電輸出。本文所述的巴倫的一個(gè)技術(shù)效果是提供一種可與MRI成像系統(tǒng)配合使用的巴倫。本文所述的巴倫可與多個(gè)RF電纜配合使用。具體來說，本文所述的巴倫是四分之一波巴倫，它可與工作在較低頻率的系統(tǒng)配合使用，而無需增加傳輸線的長度。此外，巴倫沒有使用調(diào)諧電容器。因此，本文所述的巴倫可在巴倫安裝于MRI成像系統(tǒng)之前經(jīng)過調(diào)諧。

圖I是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例所形成的示范平衡-不平衡(巴倫)組件的側(cè)視圖。圖2是圖I所示的巴倫組件的端視圖。圖3是圖I和圖2所示的巴倫組件的截面圖。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、圖3所示的巴倫的截面圖。圖5是圖4所示的巴倫組件的操作特性的圖形圖示。[0024]圖6是圖4所示的巴倫組件的操作特性的另一個(gè)圖形圖示。圖7是圖4所示的巴倫組件所生成的示范電場分布的截面圖。圖8是示出圖4所示的巴倫組件所生成的示范磁場分布的截面圖。圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、可與圖I所示的巴倫組件配合使用的另一個(gè)示范 巴倫的截面圖。圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、可與圖I所示的巴倫組件配合使用的另一個(gè)示范巴倫的截面圖。圖11是圖10所示的巴倫的操作特性的圖形圖示。圖12是示出圖10所示的巴倫所生成的示范電場分布的截面圖。圖13是示出圖10所示的巴倫所生成的示范磁場分布的截面圖。圖14是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、可與圖I所示的巴倫組件配合使用的另一個(gè)示范巴倫的截面圖。圖15是圖14所示的巴倫的操作特性的圖形圖示。圖16是圖14所示的巴倫所生成的示范磁場分布的端視圖。圖17是圖14所示的巴倫所生成的示范磁場分布的截面圖。圖18是可與根據(jù)各個(gè)實(shí)施例所形成的示范巴倫配合使用的示范醫(yī)療成像系統(tǒng)的示圖。圖19是圖18所示的醫(yī)療成像系統(tǒng)的簡化示意圖。
具體實(shí)施方式
通過結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀之后，將會更好地理解上述實(shí)用新型內(nèi)容以及以下的某些實(shí)施例的具體詳細(xì)描述。在附圖示出各個(gè)實(shí)施例的功能塊的簡圖的意義上，功能塊不一定指示硬件電路之間的劃分。因此，例如，功能塊的一個(gè)或多個(gè)(例如處理器、控制器或存儲器)可通過單個(gè)硬件(例如，通用信號處理器或隨機(jī)存取存儲器、硬盤等)或者多個(gè)硬件來實(shí)現(xiàn)。類似地，程序可以是獨(dú)立程序，可以結(jié)合為操作系統(tǒng)中的子例程，可以是已安裝軟件包中的功能，等等。應(yīng)當(dāng)理解，各個(gè)實(shí)施例并不局限于附圖所示的布置和工具。本文所使用的、以單數(shù)形式所述并且前面具有數(shù)量詞“一”的元件或步驟應(yīng)該被理解為不排除多個(gè)所述元件或步驟的情況，除非明確說明了這種排除情況。此外，“一個(gè)實(shí)施例”的說法不是意在解釋為排除也結(jié)合了所述特征的其它實(shí)施例的存在。此外，除非對相反情況的明確說明，否則，“包括”或“具有”帶特定性質(zhì)的元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括沒有那種性質(zhì)的附加的這類元件。本文所述的各個(gè)實(shí)施例提供用于降低射頻(RF)同軸電纜中感生的電流的平衡-不平衡(巴倫)組件。巴倫組件在本文中又稱作電纜陷波器(cable trap)。例如，巴倫可用于耦合平衡-不平衡傳輸線。此外，當(dāng)本文所述的巴倫沿傳輸線設(shè)置在不同位置時(shí)，巴倫還用作外部護(hù)套電纜渦電流連接的電纜陷波器。相應(yīng)地，術(shù)語“巴倫”和“電纜陷波器”在本文中可互換使用。本文所述的巴倫/電纜陷波器使用減少數(shù)量的調(diào)諧電容器和/或不使用調(diào)諧電容器。通過實(shí)施至少一個(gè)實(shí)施例，本文所述的巴倫可在安裝于MRI系統(tǒng)之前經(jīng)過調(diào)諧，因而降低與安裝和調(diào)諧關(guān)聯(lián)的勞動力成本。本文所述的各種巴倫實(shí)施例可結(jié)合工作在不同頻率因而具有不同波長的不同類型的磁共振線圈、如表面線圈來實(shí)現(xiàn)。圖I是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例所形成的示范巴倫組件10的側(cè)視圖。圖2是圖I所示的示范巴倫組件10的端視圖。巴倫組件10包括主體部分或殼體12。主體部分12具有貫穿其中的開口 14。開口 14具有外徑16，其大小適于使至少一個(gè)射頻(RF)電纜18能夠通過其中插入。例如，假定RF電纜18的外徑大約為5厘米，則開口 14的外徑16也大約為5厘米。在示范實(shí)施例中，開口直徑16的大小適于使多個(gè)RF電纜18能夠容納于其中和/或通過其中插入。例如，假定多個(gè)RF電纜18的組合直徑大約為15厘米，則開口 14的直徑16大約為15厘米。應(yīng)當(dāng)知道，雖然巴倫組件10在本文中針對單個(gè)RF線圈18來描述，但在示范實(shí)施例中，巴倫組件10配置成圍繞多個(gè)RF電纜18。在示范實(shí)施例中，巴倫組件10還具有預(yù)定長度20。長度20根據(jù)通過RF電纜18所傳送的信號的波長來確定。例如，假定RF電纜18傳送波長大約為120厘米的信號，則巴倫組件10的總長小于大約30厘米。下面針對圖3更詳細(xì)地論述確定巴倫組件10的長度 20的步驟。應(yīng)當(dāng)知道，巴倫組件10以及其中的部件的長度20可基于巴倫10將要與其耦合的系統(tǒng)。因此，本文所述的各種物理尺寸是針對配置成耦合到傳送波長大約為120厘米的信號的RF電纜的巴倫組件10。圖3是圖I和圖2所示的巴倫組件10的截面圖。如圖3所示，巴倫組件10還包括巴倫28，其中具有電導(dǎo)體30以及至少部分圍繞導(dǎo)體30的介電材料32。在示范實(shí)施例中， 導(dǎo)體30具有大致管狀。將管狀導(dǎo)體30彎成或形成為圍繞圖I和圖2所示開口 14的中心線軸線34的螺旋形。在示范實(shí)施例中，在彎曲之前，管狀巴倫28具有大約為30厘米的長度，使得巴倫組件10可與上述RF電纜18配合使用。彎曲之后，管狀巴倫28具有明顯小于30厘米的總長。例如，對于傳送波長大約為120厘米的信號的RF電纜，電導(dǎo)體30和介電材料32的總長或組合長度、例如四分之一波長大約為30厘米。但是，電導(dǎo)體30和介電材料32設(shè)置或配置在巴倫組件10中，使得巴倫具有小于30厘米的長度。下面更詳細(xì)地論述巴倫的這種折疊。巴倫28包括第一端40，它耦合到圍繞RF電纜18的導(dǎo)體44的護(hù)罩42。巴倫28還 包括第二端46，它也耦合到護(hù)罩42。巴倫28還包括至少部分圍繞導(dǎo)體30的介電材料32。如圖3所示，導(dǎo)體30和介電材料32各封裝在主體部分12中，使得主體部分12具有小于RF電纜18的預(yù)定操作波長的長度20。在圖3所示的實(shí)施例中，導(dǎo)體30和介電材料32均形成為圍繞中心線軸線34的大致球形。在示范實(shí)施例中，導(dǎo)體30和介電材料32均形成為包括多個(gè)層50的大致球形。各層50包括巴倫28的一部分，例如導(dǎo)體30的一部分52和介電材料32的一部分54。例如，在圖3的實(shí)施例中，巴倫組件10包括三層50，使得每個(gè)巴倫層50的長度大約為10厘米。因此，巴倫組件10的總長20大約為10厘米。應(yīng)當(dāng)知道，巴倫組件10可包括兩層50，其中各巴倫層50的長度大約為15厘米，從而使巴倫組件10的長度20大約為15厘米?？蛇x地，巴倫組件10可包括四層50，其中各巴倫層50具有大約7. 5厘米的長度，從而使巴倫組件10的長度大約為7. 5厘米。應(yīng)當(dāng)知道，巴倫28可形成為包括任何數(shù)量的巴倫層50，其中各巴倫層50的長度通過將巴倫28的總長除以期望巴倫層50的數(shù)量來限定。圖4是已經(jīng)形成為圍繞中心線軸線34的球形的圖3所示的巴倫28的截面圖。在示范實(shí)施例中，為了形成球形，巴倫28沿示為X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面彎曲，以便形成各巴倫層50。例如，為了形成第一巴倫層60，巴倫28根據(jù)預(yù)定半徑F1沿三個(gè)同軸柱面彎曲。為了形成第二巴倫層62，巴倫28再次根據(jù)預(yù)定半徑1~2沿三個(gè)同軸柱面彎曲。為了形成第三巴倫層64，巴倫28再次根據(jù)預(yù)定半徑r3沿三個(gè)同軸柱面彎曲。在圖3所示的示范實(shí)施例中，層50的數(shù)量和用于形成各層60、62和/或64的半徑、如1'1、1'2和1'3根據(jù)巴倫28中使用的介電材料32的介電常數(shù)來選擇。例如，假定介電材料32的介電電容率(dielectric permittivity)大約為e = 16,損耗角正切為tan 5 =0. 02，以及RF電纜18的波長大約為64MHz，則巴倫28的總長20大約為29. 3cm。因此，為了使巴倫總長20大約為10cm，巴倫28圍繞三個(gè)同軸柱面折疊三次。在示范實(shí)施例中，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例中所述的介電材料，半徑r2和T1使用按照下式的RF電纜18的特性阻抗的公式來計(jì)算
權(quán)利要求1.一種巴倫組件(10)，其特征在于，包括 主體部分(12)，其具有穿過其中延伸的開口(14)，所述開口(14)的大小適于接納通過其中的至少一個(gè)射頻RF電纜(18)，所述RF電纜(18)通過其中傳送具有波長的信號；以及 設(shè)置在所述主體部分(12)中的巴倫(28)，將所述巴倫(28)折疊以形成多個(gè)層(50)，所述多個(gè)層(50)的組合長度(20)近似等于通過RF電纜(18)所傳送的信號的四分之一波長。
2.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述RF電纜(18)包括具有多個(gè)通道(154)的印刷電路板PCB RF電纜(152)，所述巴倫(28)包括設(shè)置成鄰近PCB RF電纜(152)的多個(gè)折疊矩形層。
3.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)。
4.如權(quán)利要求3所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述圓柱電導(dǎo)體(30)和介電材料(32)是在主體部分(12)中卷繞的螺旋形。
5.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述圓柱電導(dǎo)體(30)和所述介電材料(32)是在主體部分(12)中卷繞的螺旋形，以便形成第一層(110)、從所述第一層(110)向外徑向設(shè)置的第二層(112)以及從所述第二層(112)向外徑向設(shè)置的第三層(114)，所述第一層(110)配置為電輸入，所述第二層(112)配置為電輸出。
6.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述圓柱電導(dǎo)體(30)和介電材料(32)以折疊方式設(shè)置在所述主體部分(12)中。
7.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述圓柱電導(dǎo)體(30)和所述介電材料(32)以折疊方式設(shè)置在所述主體部分(12)中，以便形成第一層(110)、從所述第一層(110)向外徑向設(shè)置的第二層(112)以及從所述第二層(112)向外徑向設(shè)置的第三層(114)，所述第一層(110)配置為電輸入，所述第三層(114)配置為電輸出。
8.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述介電材料(32)具有介電電容率，所述圓柱電導(dǎo)體(30)根據(jù)所述介電電容率來折疊。
9.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述介電材料(32)具有介電電容率，所述圓柱電導(dǎo)體(30)折疊成包括基于多個(gè)半徑的多個(gè)層，所述半徑基于所述介電電容率。
10.如權(quán)利要求I所述的巴倫組件(10)，其特征在于，所述巴倫(28)包括沿關(guān)于X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)同軸柱面折疊的介電材料(32)和圓柱電導(dǎo)體(30)，所述介電材料(32)具有介電電容率，所述圓柱電導(dǎo)體(30)折疊成包括基于多個(gè)半徑的多個(gè)層，所述半徑包括第一半徑以及與所述第一半徑不同的第二半徑，第二層配置為電輸出。
專利摘要巴倫組件(10)包括主體部分(12)，具有貫穿其中延伸的開口(14)，開口(14)的大小適于接納通過其中的至少一個(gè)射頻(RF)電纜(18)，RF電纜(18)通過其中傳送具有波長的信號；以及設(shè)置在主體部分(12)中的巴倫(28)，巴倫(28)折疊以形成多個(gè)層(50)，這些層的組合長度近似等于通過RF電纜(18)所傳送的信號的四分之一波長。還提供一種制造巴倫組件(10)以及包括巴倫(28)的MRI系統(tǒng)的方法。
文檔編號G01R33/36GK202471940SQ20112004451
公開日2012年10月3日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月3日
發(fā)明者A·澤姆斯科夫, F·羅布, V·塔拉奇拉, V·阿拉加潘 申請人:通用電氣公司