CN101589657B - 模制电缆阱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于提高RF阱(102)性能的过模电缆阱(302)，其中将RF阱(102)放置在电缆(104)的一部分上，并且通过在RF阱(102)和电缆(104)的该部分上对热塑材料进行过模成型而将该RF阱(102)固定在适当的位置。这里所公开的过模电缆阱(302)提供一种RF阱(102)，与RF阱的其它设计相比较，该RF阱(102)具有更好的冲击保护、增强的湿气抵抗、改进的光滑性、更容易处理和清洁、更经济、能够以空间有限的小封装形式生成、能够容易设计尺寸以适于直径和长度的范围、关于在最大额定电压更可靠、更少的到环境的EM耦合并且产生更少的热量。
Description
技术领域
本发明涉及用于抑制电缆中的电磁(EM)耦合现象的射频(RF)阱，该电缆用于传导电流，尤其用于磁共振(MR)装置中的RF交变电流。
背景技术
US6605775B1公开一种使用“浮置”RF阱减少屏蔽电流的方法，该屏蔽电流为电缆(例如同轴电缆)的屏蔽层中的电流，该“浮置”RF阱是没有电连接到电缆上的RF阱。可以容易地向电缆增加RF阱(或从电缆中移除)，并且也可以沿着电缆的长度方向对其位置进行调整。由于RF阱在抑制屏蔽电流方面的有效性取决于其在电缆上的位置，例如，从电缆末端到RF阱的距离以及该RF阱到其它RF阱的距离，如果这种“浮置”RF阱在电缆上的位置发生变化，则其可能不会表现出一致的性能。因此，为了可靠操作RF阱，需要一种电缆，其中RF阱在该电缆上固定在适当的位置。
发明内容
因此，这里公开一种电缆设置，其中RF阱的位置通过过模处理而固定在电缆的一部分上。将RF阱放置在电缆的一部分的周围，并通过在RF阱和电缆的该部分上对热塑材料进行过膜处理而使RF阱固定在适当的位置。因此，将这种通过过模处理而形成的RF阱和电缆的一部分的结合称为过模电缆阱。
也可以对于额外的RF阱重复使用上述过模处理以生成包括多个过模电缆阱的电缆。由于RF阱在抑制屏蔽电流方面的有效性取决于其在电缆上的位置，即从电缆末端到RF阱之间的距离以及RF阱与同一电缆上其它RF阱之间的距离，这里公开的过模电缆阱有助于提供性能一致的RF阱。
而且，这里也公开一种通过过模处理而使RF阱在电缆上固定在适当的位置的方法。将RF阱放置在电缆的一部分的周围，并且将该RF阱连同该电缆一起放入模具中。使用该模具，在该RF阱和电缆的该部分上使热塑材料浇铸成型，从而形成过模电缆阱。在过模处理的最后，将过模电缆阱从模具中移除。
而且，这里还公开一种使用这种过模电缆阱的MR系统。
附图说明
下面将参照附图，在下述实施例的基础上通过示例的方式来详细描述这些和其它方面，其中：
图1示出了放置在电缆上的RF阱；
图2示出了用于制造这里公开的过模电缆阱的模具；
图3示出了过模电缆阱；
图4示意性示出了使用过模电缆阱的MR系统；以及
图5示出了制造过模电缆阱的方法。
在附图中，各幅图中使用相应的附图标记来表示相应的元件。
具体实施方式
图1示出了放置在电缆104上的RF阱102，图2示出了放置在模具202中的RF阱102和电缆104，并且图3示出了过模电缆阱302，其包括固定在电缆104的一部分上的RF阱。
一般来说，过模处理是加热成型处理，涉及使用模具在加热的塑料片材上施加压力以产生期望的形状。可以通过气动(包括压缩空气或真空)、机械(例如使用匹配的模具)或上述二者的组合来施加压力。当热塑材料冷却时，其会保持用于使其成型的模具的形状。
在该方法的一种实现中，上述处理包括将热塑片材预加热到额定温度范围内。接着，将预加热的热塑材料放置在模具中。也将RF阱连同其上要连接该RF阱的电缆的一部分一起放置于模具中。将预加热的热塑材料的第二层放置在RF阱和电缆上。接着，在热塑材料仍然处在适于加热成型处理的额定温度范围内时，闭合模具，并且使用上述方法之一施加额定压力，直至达到额定时间段。在额定时间段期间，热塑材料冷却到额定温度范围之下，在这之后，从模具中移除过模电缆阱，该过模电缆阱包括封闭于热塑材料中的RF阱和电缆的该部分。上述处理可部分人工完成或完全自动化实现。也可以使用其它浇铸成型处理，例如注模成型、灌注塑料材料等。
在将过模电缆阱从模具中移除后，可能需要额外的步骤来完成产品的制造。例如，可能需要将过模电缆阱边缘周围的废料修剪掉。可使用磨砂或其它抛光技术来平滑在修剪处理之后留下的粗糙边缘。
这里公开的过模处理可以用于固定各种类型的RF阱。例如，RF阱可以是“浮置类型”的，即，在RF阱102与电缆104之间没有有线电连接。有关这种类型的RF阱的更多信息可在上面提到过的文件US6605775B1中找到。可替换地，RF阱也可以是“固定类型”的，其中将RF阱直接电连接到要被屏蔽的线路上。有关这种类型的RF阱的更多信息可在文件US5742165B2中找到。无论是上述哪一种RF阱，都可以通过在RF阱和电缆上对热塑材料进行过模成型而使该RF阱在电缆上固定在适当的位置。
RF阱可部分或全部环绕电缆。尽管RF阱的截面通常是圆形的，但是也可以具有其它截面形状的RF阱，例如正方形、矩形或三角形。
过模处理适于固定由陶瓷材料制成的RF阱。然而，并不是所有的陶瓷材料，包括那些通常用来制造RF阱的陶瓷材料中的一些，都适于制造这里所公开的电缆阱。大多数陶瓷材料具有小的磁化系数，这可能会超过MR套件中使用的允许限制值。许多陶瓷材料也不具备随温度变化而稳定的介电常数。而且，在典型的MRI应用中，陶瓷材料必须不能给出在质子频率处或接近质子频率的MR信号，该质子频率为在1.5T时为64MHz左右。陶瓷材料还必须是非磁性的。
简而言之，满足以下要求的陶瓷材料可以用来制造MR应用中的RF阱：
a.陶瓷材料必须具有低的磁化率，该磁化率仅会使感兴趣区域中的B0场产生极小的失真，该感兴趣区域例如是被成像患者的解剖部分。例如，引入的B0失真小于百万分之0.5(ppm)，并且优选地小于0.25ppm。尽管处于不同的有效性等级，但是产生或大或小失真等级的陶瓷材料也可以工作。
b.介电常数值在某个温度范围内是稳定的，例如在0℃到80℃之间。对于可以用来制造适合的RF阱的陶瓷材料，可接受的介电常数值是5ppm。即使可以达到每摄氏度0ppm的介电常数值，这种陶瓷材料也可以用来制造适合的RF阱。用于制造在MR环境中使用的RF阱的陶瓷材料的介电常数值的实际限制值是大约100ppm/℃
c.在质子共振频率处(比如1.5T处的64MHz，3T处的128MHz等等)或质子共振频率附近没有可检测的MR信号。
d.陶瓷材料必须是非磁性的。
发明人的观点是：只有满足上述所有条件的特定陶瓷材料才可以用于MR环境中。
特定类型的陶瓷材料，例如金属氧化物，具有正的磁化率，而一些其它类型的陶瓷材料具有小的负磁化率。将具有正值的材料称为顺磁材料，而将具有负值的材料称为抗磁材料。能被考虑用于制造RF阱的陶瓷材料通常是合成材料，该合成材料由一种或多种顺磁和抗磁陶瓷材料的组合形成。具体地说，为了得到低的合成磁化率(甚至可以是0ppm左右)，可能需要将一种或多种具有正磁化率值的陶瓷与一种或多种具有负值的陶瓷材料混合。目前，仅存在具有低的负磁化率值的陶瓷材料；因此，只有使用具有低的正磁化率值的材料来进行混合，才会使混合材料的磁化率大约为0。
一些具有高的正磁化率值的陶瓷材料，例如包含钕或钐的氧化物，可以对合成材料表现出良好的电特性(例如，随温度变化而稳定的介电常数值或高的介电常数值等)，但是它们不能用在MR环境中，这是因为它们会造成B0磁场不可接受的失真。
诸如钛氧化物、钙氧化物、钡氧化物和锶氧化物的材料具有足够低的正磁化率值，以能够被前述具有低的负磁化率值的材料所补偿。合成材料中具有正和负磁化率值的材料可能需要以特定的比例混合，以正确地补偿彼此的磁化率，该比例可以与所期望的过模电缆阱的体积有关。
可以用于制造MR套件中使用的RF阱的陶瓷材料示例包括：例如Morgan ElectrocermicsTM的D36、TemexTM的E6000和E5080、SCT(Sociétédes Céramiques Techniques)TM的Capinvar，Faradite和K5000以及KyoceraTM的K1700。
过模成型过程依赖于所使用的热塑聚合物的类型，并且在本领域中是公知的。热塑材料优选地不应该在正常MR数据获取期间产生质子信号。在多核MR成像或光谱的情况下，优选的是，热塑材料不应该在被研究的一个或多个核子的频率附近产生信号。并且还优选的是，所选择的热塑材料遵从根据ISO 109331的生物相容性要求。可以用于这里所公开的过模处理的热塑材料的示例是
热塑聚氨酯(TPU)(拜耳材料科学-http://polymers-usa.bayer.com/products/index.cfm)和DupontTM的聚醚聚氨酯型22-PUR85/HF(http://polymers-usa.bayer.com/products/index.cfm)。TPU具有介于橡胶和塑料之间的机械特性，并且从非常软和易弯曲到非常刚硬的范围内都是可用的。其它示例性材料包括也是来自DuPontTM的EMX505和
FE5382BK276，这些材料是硬的可浇铸成型材料，可以提供对环境因素的有效屏蔽。后者尤其适于形成所公开的电缆阱，该材料加强有33％的玻璃纤维、热稳定、并且是对于电线轴和封装应用而开发的黑聚酰胺612树脂。
模具可以由诸如铝或钢的金属制成。模具也可以由诸如铝、铜、镍、锡或锌的喷涂金属壳制成，该喷涂金属壳中混合有树脂以加强硬度。也可以使用由塑料或木头制成的模具。由于在过模成型处理期间模具要必须承受一定的温度和压力，所以模具材料的选择取决于所使用的热塑材料类型。模具材料选择的另一考虑应该是模具的预计生命期。模具材料选择的标准与上面概括的适合的热塑材料的选择标准类似。
在MR套件中，特别需要RF阱用于连接到RF发射和接收线圈的电缆，该RF发射和接收线圈特别是平面类型的线圈(也将其称为“表面线圈”)。在标准成像过程期间，对于每个患者扫描，操作人员手动处理RF表面线圈，并且连接RF表面线圈的电缆可能会触碰到MR系统、操作人员和/或患者。因此，必须设计RF阱以最小化锋利的边缘。而且，不允许患者或操作人员与阱之间的电接触，因为存在电击患者或操作人员的风险。将这里所公开的过模电缆阱制成具有光滑的表面，因此增强安全性。同时，RF阱光滑的圆边确保了在移动电缆和线圈时其不会刮到平台顶部(即，患者传输平台的顶部)或MR装置的其它部件。而且，用于过模成型的热塑材料使患者或操作人员与RF阱绝缘，从而进一步增强安全性。
当操作人员处理具有RF阱的电缆时，操作人员手中的湿气有可能会接触暴露的RF阱。也存在暴露于周围环境的湿气或来自患者皮肤的湿气的可能性。上述任何一种情况都会影响RF阱的性能。使用热塑材料对RF阱和电缆进行过模处理增强了对湿气的抵抗，并且确保了安全而可靠的操作。过模电缆阱也不太受机械冲击的影响并且容易清洁，这在医院环境中也很重要。
无论电缆阱和/或电缆的直径如何，都可以应用过模成型处理。过模成型处理给出了RF阱在电缆上的更好固定性，这会进一步抑制由外来EM辐射引起的电压尖峰。
过模成型处理还降低了这里所公开的电缆阱的制造成本。与传统的提供防御环境屏障的方法相比，过模成型更经济、具有更少的浪费并且提供更好的保护。该传统的方法例如是灌封或保形涂敷，在灌注方法中将电子部件封装在环氧或聚氨酯橡胶填充壳体中，而在保形涂敷中将化学保护层喷涂到电子部件上。
因而，这里所公开的过模电缆阱提供一种RF阱，其与RF阱的其它设计相比，具有更好的冲击保护、增强的湿气抵抗、改进的光滑性、更容易处理和清洁、更经济、能够以空间有限的小封装形式生成、能够容易设计尺寸以适于直径和长度的范围、关于最大额定电压更可靠、更少的到环境的EM耦合并且产生更少的热量。
图4示出了使用这里公开的过模电缆阱的MR系统的可能实施例。MR室400中放置有MR系统，MR系统包括一组主线圈401、连接到梯度驱动器单元406的多个梯度线圈402以及连接到RF线圈驱动器单元407的RF线圈403。RF线圈403的功能还通过发送/接收机(T/R)开关413控制，该RF线圈403可以按照主线圈的形式整合到磁体中，或者可以是分离的表面线圈。多个梯度线圈402和RF线圈由电源单元412供电。使用例如是患者平台的传输系统404而将例如是患者的对象405放置在MR成像系统中。控制单元408控制RF线圈403和梯度线圈402。尽管将控制单元408表示为单个单元，该控制单元408也可以实现为多个单元，其中一些单元放置在MR室400内侧，而其它单元放置在外侧。控制单元408还控制重建单元409的操作。控制单元408还控制例如是监视器屏幕或投影机的显示单元410、数据存储单元415以及例如是键盘、鼠标、跟踪球等的用户输入接口单元411。互连MR室400中各种部件的电缆使用这里所公开的过模电缆阱451-465，以减少电缆中不期望的RF干扰。
主线圈401产生稳定且一致的静态磁场，该磁场例如具有1T、1.5T或3T的场强度。所公开的过模电缆阱也可以应用于其它场强度。按照如下方式设置主线圈401：该主线圈典型地围绕出隧道型的检查空间，在该检查空间中引入对象405。另外一个普通配置包括其间具有气隙的反向极面，可通过传输系统404在该气隙中引入对象405。为了进行MR成像，对由梯度驱动器单元406提供的电流做出响应，由多个梯度线圈402产生叠加到静态磁场上的时变磁场梯度。安装有电子梯度放大电路的电源单元412向多个梯度线圈402提供电流，从而产生梯度脉冲(也将其称为梯度脉冲波形)。控制单元408控制流经梯度线圈的电流特性以产生合适的梯度波形，该电流特性尤其是电流的强度、持续时间和方向。RF线圈403在对象405中产生RF激励脉冲，并且接收由对象405对该RF激励脉冲做出响应而产生的MR信号。RF线圈驱动器单元407向RF线圈403提供电流以传送RF激励脉冲，并且放大RF线圈403所接收到的MR信号。RF线圈403或RF线圈组的传送和接收功能由控制单元408通过T/R开关413进行控制。T/R开关413设置有电子电路，该电子电路使RF线圈403在传送模式和接收模式之间切换并且保护RF线圈403和其它相关联的电子电路免受击穿或其它过载等。所传送的RF激励脉冲的特性由控制单元408控制，该电流特性尤其是电流的强度和持续时间。
应当指出，尽管在该实施例中，将传送和接收线圈表示为一个单元，也可以分别为传送和接收设置单独的线圈。还可以为传送或接收或上述二者配备多个RF线圈403。RF线圈403可以按照主线圈的形式集成到磁体中，或者可以是单独的表面线圈。RF线圈可以具有不同的几何结构，例如鸟笼型配置或简单的环形配置等。控制单元408优选地为包括处理器的计算机形式，该处理器例如是微处理器。控制单元408通过T/R开关413控制RF脉冲激励的应用以及包括回波和自由感应衰减等的MR信号的接收。例如键盘、鼠标、触摸屏和跟踪球等的用户输入接口设备411使得操作人员能够与MR系统进行交互。
RF线圈403所接收到的MR信号中包含有关被成像对象405的感兴趣区域中的局域自旋密度的实际信息。所接收到的信号由重建单元409重建，并在显示单元410上作为MR图像或MR光谱进行显示。可选择地，在等待进一步处理的同时，可以将来自重建单元409的信号存储在存储单元415中。将重建单元409有利地构建为数字图像处理单元，对该数字图像处理单元进行编程以得到从RF线圈403接收到的MR信号。
图5示出了制造过模电缆阱的方法，该方法包括将RF阱放置在电缆的一部分上的步骤501、将RF阱和该部分电缆都放置到模具中的步骤502、在RF阱和电缆的该部分上使热塑材料过模成型以生成过模电缆阱的步骤503以及从模具中移除过模电缆阱的步骤504。
应当注意的是，上述实施例用于解释本发明而非限制本发明，本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可以设计出许多可选实施例。在权利要求书中，放置在括号内的任何附图标记均不构成对权利要求书的限制。词语“包括”不排除权利要求书中所列举之外的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。互不相同的从属权利要求书中记载特定的方法的事实并不表明不能使用这些方法的结合来获得益处。所公开方法的实施例中表述的顺序不是强制的。本领域技术人员在不脱离所公开的主旨的情况下，可以改变步骤顺序或使用多个过程同时执行步骤。
Claims (5)
1.一种电缆阱(302)，包括电缆(104)的一部分和RF阱(102)，其中，通过在所述RF阱(102)和所述电缆(104)的所述部分上对热塑材料进行过模成型，而使所述RF阱(102)固定在所述电缆(104)的所述部分上的适当的位置。
2.如权利要求1所述的电缆阱(302)，其中，将所述RF阱(102)和所述电缆(104)的所述部分封装在所述热塑材料中。
3.如权利要求1所述的电缆阱(302)，其中，所述RF阱(102)由磁共振兼容的陶瓷材料制成。
4.一种包括如权利要求3所述的电缆阱(302)的磁共振系统。
5.一种制造过模电缆阱(302)的方法，包括：
将RF阱(102)放置(501)在电缆(104)的一部分上；
将所述RF阱(102)和所述电缆(104)的所述部分放置(502)在模具(202)中；
在所述RF阱(102)和所述电缆(104)的所述部分上对热塑材料进行过模成型(503)，以生成过模电缆阱(302)；以及
从所述模具(202)中移除(504)所述过模电缆阱(302)。
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