具有扭绞的同轴电缆的传输线的制作方法

本发明涉及用于传输数据和电力的传输线领域，尤其涉及用于在mri设备内传输数据和电力的传输线。

背景技术：

1、对于所有的电子应用来说，都有一种在接收链中尽可能早地将信号数字化的趋势。其主要原因是降低对干扰的敏感性(电磁兼容性，emc)。由单个mri线圈元件接收的数据量可粗略估算如下：24位的分辨率产生144db的动态范围，这对于mri来说是足够的。对于500khz的带宽，需要1mhz的采样率，这限定了约为25mbit/s的数据传输率。

2、接收线圈的常规电缆布设需要从每个前置放大器到分配单元的电缆。通过不仅使用数字输出，而且使用一个或多个数字输入，来自多个通道的数据可被组合，以通过单个物理通道传输，这减少了接收线圈内的电缆数量。使用如usb 3.0的单个双绞线的标准短数字链路可达到约5gbit/s的数据速率，这将足以在不压缩的情况下传输约200个线圈元件的数据。

3、然而，用于在mri设备中传输这种数据的电缆需要与mri领域中常见的高磁场兼容，即电缆必须受到保护，以便在传输激励脉冲时不充当发射体线圈的b1场的接收天线。此外，还需要对数据进行良好屏蔽，以便在采集期间不耦合回非常敏感的接收阵列天线。除了数据传输，还必须为接收元件提供电力，以便驱动接收器和控制电子装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种符合上述要求的传输线。尤其是，本发明的目的是提供一种轻量、柔性的传输线，用于同时传输数据和电力，该传输线与在mri设备内使用兼容，并可以以低成本制造。

2、根据本发明，这一目的通过独立权利要求的主题来解决。本发明的优选实施例在从属权利要求中进行描述。

3、因此，根据本发明，提供了一种用于传输数据和电力的传输线，其中传输线包括具有第一内导体和第一外导体的第一同轴电缆，以及具有第二内导体和第二外导体的第二同轴电缆，其中第一同轴电缆和第二同轴电缆设有附加的屏蔽件，该屏蔽件环绕第一同轴电缆和第二同轴电缆，和/或第一同轴电缆和第二同轴电缆相互扭绞以形成扭绞的传输线，且第一外导体和第二外导体相互电绝缘。

4、如上文所解释的，重要的是为mri设备提供与高磁场兼容的传输线。根据本发明，可提供一种具有扭绞的第一同轴电缆和第二同轴电缆的传输线。扭绞的同轴电缆可作为mri线圈内的数据和电力连接件。外导体之间可设有电容器，其作用类似于信号频率的短路，且可使外导体的影响(尤其是减少共模噪声的注入)最小化。通过扭绞电缆，可减少从b1场和梯度场进入由外导体形成的电力线的耦合。

5、通过这种方式，可以实现一种成本低廉的数字传输线，其以与例如在usb、以太网或低压差分信号(lvds)中使用的常规屏蔽双绞线类似的方式传输数据，但其与磁共振兼容。

6、优选地，在端部，两个外导体被连接到共用的ac接地。外导体优选地通过电容器相互连接。这样的电容器避免了使用于数据的电缆接地的电连接，但仍允许传输电力。因此，也可以是一个外导体直接接地，另一个通过电容器接地。

7、一般来说，同轴电缆可以使用不同的阻抗。根据本发明的优选实施例，第一同轴电缆和第二同轴电缆各自具有50ω的阻抗。通过两次使用标准的50ω电缆，在内导体之间对信号产生的阻抗为100ω，因此很好地符合针对大多数串行数字数据传输线限定的标准。

8、根据本发明的优选实施例，第一同轴电缆和/或第二同轴电缆是微型同轴电缆，尤其是外径为0.2至1.0mm的微型同轴电缆。这种同轴线优选地选择非常细的类型，以便获得柔性电缆。两根电缆可以是相同的类型，但也可以是不同的类型。

9、根据本发明的优选实施例，提供了连接第一外导体和第二外导体的电容器。优选地，这种电容器分别布置在传输线的两端。

10、根据本发明的优选实施例，传输线包括至少一个附加的电容器，该电容器连接在第一同轴电缆的第一外导体和第二同轴电缆的第二外导体之间。因此，电容器可被用于至少在传输线的端部连接两个外屏蔽件，还可以在中间连接两个外屏蔽件。

11、根据本发明的优选实施例，传输线还包括具有第三内导体和第三外导体的第三同轴电缆，以及具有第四内导体和第四外导体的第四同轴电缆，其中第三外导体和第四外导体彼此电绝缘，并与第一外导体和第二外导体之间电绝缘。优选地，所有的四个外导体通过一组电容器连接，使得每个传输线的相应外导体之间发现的阻抗都以低阻抗连接，该低阻抗明显低于所有相关信号频率下的特性阻抗。优选地，第三外导体通过电容器与第一外导体连接，并通过电容器与第四外导体连接，且第四外导体通过电容器与第二外导体连接。因此，传输线也可以由形成两条屏蔽的数字传输线的四个扭绞的同轴电缆制成。在非常低的频率下，同轴电缆的屏蔽件的效率较低。为防止耦合，优选使用对角相邻线(diagonalneighbors)来构建通道。通过这种方式，由于所产生的磁场是正交的，因此电耦合和磁耦合被减少。因此，传输线可被用于通过物理分离的线进行双向传输。关于这种设计，本发明的优选实施例是在相应的对角传输线的外导体之间，或在每个外导体和两个终接端处的共用接地平面之间设有电容器。

12、此外，根据本发明，还提供了一种具有如上所述的传输线的mri射频线圈。尤其是，该传输线被用于在mri设备的射频接收系统的射频接收线圈内传输数据。传输线被用在数字mri线圈内，该数字mri线圈被用在像mri发射体线圈这样的非常具有emc挑战性的环境中。其他应用示例可以是其他混合的模拟和数字应用，尤其是具有挑战性的emc要求的应用。

13、此外，根据本发明，还提供了一种用于操作传输线的方法，其中传输线包括具有第一内导体和第一外导体的第一同轴电缆，以及具有第二内导体和第二外导体的第二同轴电缆，其中第一同轴电缆和第二同轴电缆彼此扭绞以形成扭绞的传输线，第一外导体和第二外导体彼此电绝缘并通过一个或多个电容器彼此连接，该方法包括以下方法步骤：通过第一同轴电缆的第一外导体和第二同轴电缆的第二外导体传导电力，以及通过第一同轴电缆的第一内导体和第二同轴电缆的第二内导体传输数据。电力通过同轴电缆的外导体传输，例如以dc电流传输。对于信号，两个内导体被用作常规的双绞线电缆或双同轴电缆。

14、此外，根据本发明，还提供了一种用于操作传输线的方法，其中传输线包括具有第一内导体和第一外导体的第一同轴电缆、具有第二内导体和第二外导体的第二同轴电缆、具有第三内导体和第三外导体的第三同轴电缆、具有第四内导体和第四外导体的第四同轴电缆，其中第一同轴电缆、第二同轴电缆、第三同轴电缆和第四同轴电缆相互扭绞以形成扭绞的传输线，其中所有的外导体与所有的其他外导体电绝缘。优选地，外导体以ac方式连接，以共享相同的地电位。此外，根据本发明的优选实施例，这种四电缆解决方案的dc供电在对应于一个方向的每两个电缆之间提供。这可以减少从任何非恒定的dc电流进入传输线的耦合，这进一步减少了潜在的emc问题。优选地，第一外导体和第二外导体通过电容器相互连接，第三外导体通过电容器与第一外导体连接并通过电容器与第四外导体连接，且第四外导体通过电容器与第二外导体连接，该方法包括以下方法步骤：通过第一同轴电缆的第一外导体、第二同轴电缆的第二外导体、第三同轴电缆的第三外导体和第四同轴电缆的第四外导体传导电力，通过第一同轴电缆和第四同轴电缆沿第一数据传输方向传输数据，以及通过第二同轴电缆和第三同轴电缆沿第二数据传输方向传输数据，其中第一数据传输方向和第二数据传输方向至少暂时彼此相反。因此，传输线可被用于通过物理分离的线进行双向传输。电力通过同轴电缆的外导体传输。信号通过同轴电缆的内导体沿两个不同的双向传输方向传输。

15、替代性地，四个外导体可被用于传输三种不同的供电或控制信号。优选地，控制信号是与安全相关的信号，其可以增加冗余度，以进一步改善患者的安全性，例如，确保线圈元件在发射脉冲期间充分失谐。

16、在只有两个同轴电缆的布置方式中，第一同轴电缆和第二同轴电缆的传输方向相同。在具有四个同轴电缆的布置方式中，信号的传输方向是双向的，其中第一同轴电缆和第四同轴电缆的传输方向相同，第二同轴电缆和第三同轴电缆的传输方向相同。

17、根据本发明的优选实施例，仅有两个电缆的实施方式可被用作双向线。在良好端接的情况下，原则上可以在两端分离开两个信号。替代性地，每单个电缆可以沿一个方向传输信号。

18、根据本发明的优选实施例，传输线沿其长度的大部分的横截面使得每个同轴电缆的中心轴线各自排列于矩形的角中的一个处，其中第一同轴电缆的中心轴线和第四同轴电缆的中心轴线被排列于矩形的对角处，第二同轴电缆的中心轴线和第三同轴电缆的中心轴线被排列于矩形的其他对角处。这里的“沿其长度的大部分”是指超过其长度的50％。此外，“矩形的对角”是指斜对角。这样，通过这种方式，形成了两条高屏蔽的数字传输线。为了减少低频率下的耦合，斜对面的同轴电缆形成数字通道。

19、根据本发明的优选实施例，该矩形为菱形。在这方面，如果所有的同轴电缆具有相同的直径并按上述方式布置，则该菱形变为方形。

20、根据本发明的优选实施例，被传输的数据是数字数据和/或电力是dc电流。虽然上文对数字传输进行了解释，但在技术上，本发明在模拟域也能正常工作。电力通过同轴电缆的外导体以dc电流传输。

21、根据本发明的优选实施例，传输线与柔性线(优选是弹性线)相结合(优选被裹住)，以使电缆束对扭转、弯曲和机械拉力具有鲁棒性。根据本发明的优选实施例，传输线还可以与其他线缆(如单独的单导线或光纤)结合。根据本发明的优选实施例，传输线可集成在柔性的rf mri线圈中，以提供rf前置放大器或传感器与处理单元之间的模拟或数字连接。根据本发明的优选实施例，传输线可集成在用于心脏消融或其他诊断目的的导管中。根据本发明的优选实施例，传输线可被应用于传感器(相机、lidar、radar)，该传感器提供数字输出数据流，以绕过到处理单元的距离。根据本发明的优选实施例，该传感器可以是超声波、温度、压力和/或加速度感测元件。

22、根据本发明的优选实施例，该方法被用于mri设备的射频接收线圈。

23、此外，根据本发明，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其包括存储在其上的指令，当该指令在处理器上执行时，该指令引起用于mri设备的射频接收系统执行如上所述的方法。