专利名称：巴伦组件的制作方法
技术领域：
一般来说，本文所公开的主题涉及平衡-不平衡(巴伦(balun))装置，更具体来说，涉及医疗成像系统中使用的四分之一波巴伦。
背景技术：
磁共振成像(MRI)系统包括磁体、如超导磁体，它生成时间恒定(即,均匀和静态)主或主要磁场。MRI数据采集通过使用磁梯度线圈激发主磁场中的磁矩来实现。例如，为了对感兴趣区域进行成像，对磁梯度线圈通电以便对主磁场施加磁梯度。然后对发射射频(RF)线圈脉冲化，以便在MRI扫描仪膛中创建RF磁场脉冲，从而选择性地激发与感兴趣区域对应的体积，以便使用接收RF线圈来采集感兴趣区域的MR图像。在RF磁场脉冲的传输期间，使接收RF线圈去耦合。生成的所得图像显示感兴趣区域的结构和功能。 通常存在平衡问题，这些问题当MRI系统工作在较高频率时、特别是当将平衡和不平衡电路、如传输线耦合在一起时发生。例如，RF线圈一般连接到MR系统，并且更具体来说是使用同轴电缆连接到RF发生器和/或RF接收器。同轴电缆便于信号传输以及防止MRI系统“拾取”环境中存在的外来RF信号。常规同轴电缆包括通过塑料材料与中心导体分离的编织物。编织物充当屏蔽，它使同轴电缆对外部频率的拾取为最小。但是，编织物本身可携带外部感生电流。感生电流可注入RF线圈，并且引起从RF线圈所得到的测量的不准确性。因此，巴伦(平衡/不平衡)装置用于降低因同轴电缆中的感生电流而生成的噪声和/或杂散RF电流。具体来说，当巴伦的总长等于通过RF电缆所传送的信号的电磁辐射波长的四分之一时，常规巴伦在RF电缆创建高阻抗。
实用新型内容本发明巴伦组件解决前面所述平衡问题，这些问题当MRI系统工作在较高频率时、特别是当将平衡和不平衡电路、如传输线耦合在一起时发生。根据一个实施例，提供一种巴伦组件。巴伦组件包括主体部分，具有贯穿其中的开口，开口大小适于接纳至少一个射频RF电缆，通过其中传送具有波长的信号；以及巴伦，设置在主体部分中，巴伦折叠以形成多个层，这些层的组合长度近似等于通过RF电缆所传送的信号的四分之一波长。还提供一种制造巴伦组件的方法。根据另一个实施例，提供一种制造磁共振成像MRI系统的巴伦的方法。MRI系统具有巴伦。该方法包括下列步骤根据通过RF电缆所传送的信号的波长来确定巴伦的长度；以及将巴伦折叠成多个层，使得巴伦的总长小于通过RF电缆所传送的信号的四分之一波长，各层的长度根据层数来确定。根据另一个实施例，提供一种MRI成像系统。MRI成像系统包括成像部分、耦合到成像部分的RF电缆以及围绕RF电缆的巴伦组件。巴伦包括主体部分，具有贯穿其中的开口，开口大小适于接纳RF电缆，该RF电缆通过其中传送具有波长的信号；以及设置在主体部分中的巴伦，巴伦折叠以形成多个层，这些层的组合长度近似等于通过RF电缆所传送的信号的四分之一波长。一方面，所述RF电缆包括具有多个通道的印刷电路板PCB RF电缆，所述巴伦包括设置成邻近PCB RF电缆的多个折叠矩形层。另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体。再另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体，所述圆柱电导体和介电材料是在主体部分中卷绕的螺旋形。再另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体，所述圆柱电导体和所述介电材料是在主体部分中卷绕的螺旋形，以便 形成第一层、从所述第一层向外径向设置的第二层以及从所述第二层向外径向设置的第三层，所述第一层配置为电输入，所述第二层配置为电输出。再另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体，所述圆柱电导体和介电材料以折叠方式设置在所述主体部分中。再另一方面，所述巴伦包括介电材料和圆柱电导体，所述圆柱电导体和所述介电材料以折叠方式设置在所述主体部分中，以便形成第一层、从所述第一层向外径向设置的第二层以及从所述第二层向外径向设置的第三层，所述第一层配置为电输入，所述第三层配置为电输出。再另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体，所述介电材料具有介电电容率，所述圆柱电导体根据所述介电电容率来折叠。再另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体，所述介电材料具有介电电容率，所述圆柱电导体折叠成包括基于多个半径的多个层，所述半径基于所述介电电容率。再另一方面，所述巴伦包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料和圆柱电导体，所述介电材料具有介电电容率，所述圆柱电导体折叠成包括基于多个半径的多个层，所述半径包括第一半径以及与所述第一半径不同的第二半径，第一层配置成电输入，第二层配置为电输出。本文所述的巴伦的一个技术效果是提供一种可与MRI成像系统配合使用的巴伦。本文所述的巴伦可与多个RF电缆配合使用。具体来说，本文所述的巴伦是四分之一波巴伦，它可与工作在较低频率的系统配合使用，而无需增加传输线的长度。此外，巴伦没有使用调谐电容器。因此，本文所述的巴伦可在巴伦安装于MRI成像系统之前经过调谐。
图I是根据各个实施例所形成的示范平衡-不平衡(巴伦)组件的侧视图。图2是图I所示的巴伦组件的端视图。图3是图I和图2所示的巴伦组件的截面图。图4是根据一个实施例、图3所示的巴伦的截面图。图5是图4所示的巴伦组件的操作特性的图形图示。[0024]图6是图4所示的巴伦组件的操作特性的另一个图形图示。图7是图4所示的巴伦组件所生成的示范电场分布的截面图。图8是示出图4所示的巴伦组件所生成的示范磁场分布的截面图。图9是根据一个实施例、可与图I所示的巴伦组件配合使用的另一个示范 巴伦的截面图。图10是根据一个实施例、可与图I所示的巴伦组件配合使用的另一个示范巴伦的截面图。图11是图10所示的巴伦的操作特性的图形图示。图12是示出图10所示的巴伦所生成的示范电场分布的截面图。图13是示出图10所示的巴伦所生成的示范磁场分布的截面图。图14是根据一个实施例、可与图I所示的巴伦组件配合使用的另一个示范巴伦的截面图。图15是图14所示的巴伦的操作特性的图形图示。图16是图14所示的巴伦所生成的示范磁场分布的端视图。图17是图14所示的巴伦所生成的示范磁场分布的截面图。图18是可与根据各个实施例所形成的示范巴伦配合使用的示范医疗成像系统的示图。图19是图18所示的医疗成像系统的简化示意图。
具体实施方式
通过结合附图进行阅读之后，将会更好地理解上述实用新型内容以及以下的某些实施例的具体详细描述。在附图示出各个实施例的功能块的简图的意义上，功能块不一定指示硬件电路之间的划分。因此，例如，功能块的一个或多个(例如处理器、控制器或存储器)可通过单个硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等)或者多个硬件来实现。类似地，程序可以是独立程序，可以结合为操作系统中的子例程，可以是已安装软件包中的功能，等等。应当理解，各个实施例并不局限于附图所示的布置和工具。本文所使用的、以单数形式所述并且前面具有数量词“一”的元件或步骤应该被理解为不排除多个所述元件或步骤的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，“一个实施例”的说法不是意在解释为排除也结合了所述特征的其它实施例的存在。此外，除非对相反情况的明确说明，否则，“包括”或“具有”带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括没有那种性质的附加的这类元件。本文所述的各个实施例提供用于降低射频(RF)同轴电缆中感生的电流的平衡-不平衡(巴伦)组件。巴伦组件在本文中又称作电缆陷波器(cable trap)。例如，巴伦可用于耦合平衡-不平衡传输线。此外，当本文所述的巴伦沿传输线设置在不同位置时，巴伦还用作外部护套电缆涡电流连接的电缆陷波器。相应地，术语“巴伦”和“电缆陷波器”在本文中可互换使用。本文所述的巴伦/电缆陷波器使用减少数量的调谐电容器和/或不使用调谐电容器。通过实施至少一个实施例，本文所述的巴伦可在安装于MRI系统之前经过调谐，因而降低与安装和调谐关联的劳动力成本。本文所述的各种巴伦实施例可结合工作在不同频率因而具有不同波长的不同类型的磁共振线圈、如表面线圈来实现。图I是根据各个实施例所形成的示范巴伦组件10的侧视图。图2是图I所示的示范巴伦组件10的端视图。巴伦组件10包括主体部分或壳体12。主体部分12具有贯穿其中的开口 14。开口 14具有外径16，其大小适于使至少一个射频(RF)电缆18能够通过其中插入。例如，假定RF电缆18的外径大约为5厘米，则开口 14的外径16也大约为5厘米。在示范实施例中，开口直径16的大小适于使多个RF电缆18能够容纳于其中和/或通过其中插入。例如，假定多个RF电缆18的组合直径大约为15厘米，则开口 14的直径16大约为15厘米。应当知道，虽然巴伦组件10在本文中针对单个RF线圈18来描述，但在示范实施例中，巴伦组件10配置成围绕多个RF电缆18。在示范实施例中，巴伦组件10还具有预定长度20。长度20根据通过RF电缆18所传送的信号的波长来确定。例如，假定RF电缆18传送波长大约为120厘米的信号，则巴伦组件10的总长小于大约30厘米。下面针对图3更详细地论述确定巴伦组件10的长度 20的步骤。应当知道，巴伦组件10以及其中的部件的长度20可基于巴伦10将要与其耦合的系统。因此，本文所述的各种物理尺寸是针对配置成耦合到传送波长大约为120厘米的信号的RF电缆的巴伦组件10。图3是图I和图2所示的巴伦组件10的截面图。如图3所示，巴伦组件10还包括巴伦28，其中具有电导体30以及至少部分围绕导体30的介电材料32。在示范实施例中， 导体30具有大致管状。将管状导体30弯成或形成为围绕图I和图2所示开口 14的中心线轴线34的螺旋形。在示范实施例中，在弯曲之前，管状巴伦28具有大约为30厘米的长度，使得巴伦组件10可与上述RF电缆18配合使用。弯曲之后，管状巴伦28具有明显小于30厘米的总长。例如，对于传送波长大约为120厘米的信号的RF电缆，电导体30和介电材料32的总长或组合长度、例如四分之一波长大约为30厘米。但是，电导体30和介电材料32设置或配置在巴伦组件10中，使得巴伦具有小于30厘米的长度。下面更详细地论述巴伦的这种折叠。巴伦28包括第一端40，它耦合到围绕RF电缆18的导体44的护罩42。巴伦28还 包括第二端46，它也耦合到护罩42。巴伦28还包括至少部分围绕导体30的介电材料32。如图3所示，导体30和介电材料32各封装在主体部分12中，使得主体部分12具有小于RF电缆18的预定操作波长的长度20。在图3所示的实施例中，导体30和介电材料32均形成为围绕中心线轴线34的大致球形。在示范实施例中，导体30和介电材料32均形成为包括多个层50的大致球形。各层50包括巴伦28的一部分，例如导体30的一部分52和介电材料32的一部分54。例如，在图3的实施例中，巴伦组件10包括三层50，使得每个巴伦层50的长度大约为10厘米。因此，巴伦组件10的总长20大约为10厘米。应当知道，巴伦组件10可包括两层50，其中各巴伦层50的长度大约为15厘米，从而使巴伦组件10的长度20大约为15厘米。可选地，巴伦组件10可包括四层50，其中各巴伦层50具有大约7. 5厘米的长度，从而使巴伦组件10的长度大约为7. 5厘米。应当知道，巴伦28可形成为包括任何数量的巴伦层50，其中各巴伦层50的长度通过将巴伦28的总长除以期望巴伦层50的数量来限定。图4是已经形成为围绕中心线轴线34的球形的图3所示的巴伦28的截面图。在示范实施例中，为了形成球形，巴伦28沿示为X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面弯曲，以便形成各巴伦层50。例如，为了形成第一巴伦层60，巴伦28根据预定半径F1沿三个同轴柱面弯曲。为了形成第二巴伦层62，巴伦28再次根据预定半径1~2沿三个同轴柱面弯曲。为了形成第三巴伦层64，巴伦28再次根据预定半径r3沿三个同轴柱面弯曲。在图3所示的示范实施例中，层50的数量和用于形成各层60、62和/或64的半径、如1'1、1'2和1'3根据巴伦28中使用的介电材料32的介电常数来选择。例如，假定介电材料32的介电电容率(dielectric permittivity)大约为e = 16,损耗角正切为tan 5 =0. 02，以及RF电缆18的波长大约为64MHz，则巴伦28的总长20大约为29. 3cm。因此，为了使巴伦总长20大约为10cm，巴伦28围绕三个同轴柱面折叠三次。在示范实施例中，根据这个实施例中所述的介电材料，半径r2和T1使用按照下式的RF电缆18的特性阻抗的公式来计算
权利要求1.一种巴伦组件(10)，其特征在于，包括 主体部分(12)，其具有穿过其中延伸的开口(14)，所述开口(14)的大小适于接纳通过其中的至少一个射频RF电缆(18)，所述RF电缆(18)通过其中传送具有波长的信号；以及 设置在所述主体部分(12)中的巴伦(28)，将所述巴伦(28)折叠以形成多个层(50)，所述多个层(50)的组合长度(20)近似等于通过RF电缆(18)所传送的信号的四分之一波长。
2.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述RF电缆(18)包括具有多个通道(154)的印刷电路板PCB RF电缆(152)，所述巴伦(28)包括设置成邻近PCB RF电缆(152)的多个折叠矩形层。
3.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)。
4.如权利要求3所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述圆柱电导体(30)和介电材料(32)是在主体部分(12)中卷绕的螺旋形。
5.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述圆柱电导体(30)和所述介电材料(32)是在主体部分(12)中卷绕的螺旋形，以便形成第一层(110)、从所述第一层(110)向外径向设置的第二层(112)以及从所述第二层(112)向外径向设置的第三层(114)，所述第一层(110)配置为电输入，所述第二层(112)配置为电输出。
6.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述圆柱电导体(30)和介电材料(32)以折叠方式设置在所述主体部分(12)中。
7.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述圆柱电导体(30)和所述介电材料(32)以折叠方式设置在所述主体部分(12)中，以便形成第一层(110)、从所述第一层(110)向外径向设置的第二层(112)以及从所述第二层(112)向外径向设置的第三层(114)，所述第一层(110)配置为电输入，所述第三层(114)配置为电输出。
8.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述介电材料(32)具有介电电容率，所述圆柱电导体(30)根据所述介电电容率来折叠。
9.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述介电材料(32)具有介电电容率，所述圆柱电导体(30)折叠成包括基于多个半径的多个层，所述半径基于所述介电电容率。
10.如权利要求I所述的巴伦组件(10)，其特征在于，所述巴伦(28)包括沿关于X轴、Y轴和Z轴的三个同轴柱面折叠的介电材料(32)和圆柱电导体(30)，所述介电材料(32)具有介电电容率，所述圆柱电导体(30)折叠成包括基于多个半径的多个层，所述半径包括第一半径以及与所述第一半径不同的第二半径，第二层配置为电输出。
专利摘要巴伦组件(10)包括主体部分(12)，具有贯穿其中延伸的开口(14)，开口(14)的大小适于接纳通过其中的至少一个射频(RF)电缆(18)，RF电缆(18)通过其中传送具有波长的信号；以及设置在主体部分(12)中的巴伦(28)，巴伦(28)折叠以形成多个层(50)，这些层的组合长度近似等于通过RF电缆(18)所传送的信号的四分之一波长。还提供一种制造巴伦组件(10)以及包括巴伦(28)的MRI系统的方法。
文档编号G01R33/36GK202471940SQ20112004451
公开日2012年10月3日 申请日期2011年2月15日 优先权日2010年5月3日
发明者A·泽姆斯科夫, F·罗布, V·塔拉奇拉, V·阿拉加潘 申请人:通用电气公司