CN1768395A - 传输电缆 - Google Patents
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Abstract
用于例如将可选的接收MR线圈连接到MR扫描器的标准同轴电缆的使用存在可能发生寄生电缆共振的问题,这会导致RF灼伤病人。根据本发明,电缆被分成大量小块。所述小块中的每个导体通过串联电容连接到另一小块中的对应导体。由此,例如在MR频率下,根据本发明的电缆完全不发生共振,从而不会发生寄生共振。
Description
本发明涉及传输电缆。此外,本发明涉及MRI成像领域。特别地,本发明涉及传输电缆、MRI系统、MR导管和RF线圈。
过去,核共振现象用于高分辨率磁共振、光谱仪器中,并且由结构化学家用于分析化学成份的结构。最近,NMR和MR系统已被研制作为医疗诊断模式,并被应用于解剖学结构成像以及在活体内进行无创光谱分析。
通过用Larmor频率下的射频(RF)能量照射对象,在位于具有例如1.5T的强度的均匀极化磁场中的研究对象内部可激发NMR/MR现象。在医疗诊断应用中,这通常通过将待检查病人放置在具有例如圆柱几何形状的RF线圈场内并用RF功率放大器激励RF线圈而完成。当RF激发停止时,采用同一或不同的RF线圈来检测从放置在RF线圈场内的对象体积发出的NMR/MR信号。在完整的NMR/MR扫描过程中,通常观测到多个NMR/MR信号。这些信号可用于重建被研究对象的图像或光谱信息。
对于医疗成像研究,可采用脉冲线性磁场梯度来将信号定位于病人体内的所需区域,从而将空间信息编码进信号中。在NMR/MR检查过程中,经常需要在传统笛卡尔坐标系的X、Y和Z方向中的每个方向上施加脉冲磁场梯度。
已知的固定或可选接收器MR线圈(例如单环线圈)通过标准同轴电缆连接到NMR/MR扫描器上。如上面已描述的那样,在NMR/MR系统中采用一个以上线圈是常见的。在MRI中可能产生的一个问题是,由于采用标准同轴电缆,RF灼伤病人的可能性非常高,且该可能性随着所采用线圈/电缆的数量的增加而增加。遗憾的是,由于任意放置的可选线圈的布置(这些线圈自身可能具有不同配置),预测导致RF灼伤的寄生共振是不可能的。
通常,采用“火箭筒”式气球(bazooka balloon)(共模λ/4共振器)来抑制这种局部共振。然而,这种“火箭筒”式气球自身就是共振器,它们可被激发并可导致大量RF功率在传输脉冲期间耗散。
本发明的目的是避免传输电缆中的寄生共振。
根据如权利要求1所述的本发明的示范性实施例,上述目的可用一种传输电缆实现,该传输电缆包括第一电缆段和第二电缆段,其中第一电缆段具有至少一个导体并且其中第二电线段具有至少一个第二导体。第一电缆段的该至少一个第一导体通过至少一个串联阻抗连接到第二电缆段的该至少一个第二导体。
有利地,根据本发明的该示范性实施例,提供一种传输电缆,其可以按照与传统同轴电缆近似相同的外部尺寸来实现,其可以按照与传统同轴电缆相同的方式使用,但其中几乎不发生寄生共振。此外,该传输电缆还能够进行AC功率传输。由于根据本发明的该示范性实施例的布置,这种电缆提高了MR扫描器内的病人的安全性,并且该电缆本身对于病人是安全的,即使部分电缆性能下降或即使电缆折断也是这样,因为在电缆内不发生寄生共振。除此之外,该传输电缆可用于具有任何场强的系统中。
根据如权利要求2所述的本发明另一个示范性实施例,该传输电缆被实现为同轴电缆,其中该电缆的屏蔽和内部导体段分别通过串联电容彼此连接。有利地,根据权利要求2的该传输电缆易于操纵并且可以按照与同轴电缆相同的方式操纵,而且可以大量用于与同轴电缆相同的应用中。因此,这种传输电缆可用作标准电缆。
在如权利要求3所述的本发明另一个示范性实施例中,该电缆的端部配备有对由电缆传输的信号进行移频的混频器。这样,例如通过把将由电缆传输的信号移频至较高频率,在不会增加太多噪声或失真的情况下可实现信号的安全传输。
传输电缆的其它示范性实施例如权利要求4和5所述。
如权利要求6所述的本发明另一示范性实施例涉及一种包括例如上述传输电缆的MRI系统,其通过显著减少RF灼伤病人的可能性而提高MRI扫描器系统的安全性。
如权利要求7所述的本发明另一示范性实施例涉及一种传输电缆,其包括第一电缆段和第二电缆段,其中第一电缆段包括多个第一导体并且其中第二电缆段包括多个第二导体,其中所述多个第一导体分别通过多个串联阻抗连接到所述多个第二导体。
如权利要求8所述,根据本发明的一个示范性实施例,提供了一种MR导管,其包括根括本发明示范性实施例的电缆。如权利要求9所述的本发明另一示范性实施例涉及一种RF线圈,其包括根据本发明示范性实施例的传输电缆。
可以看出,本发明示范性实施例的中心思想是将传输电缆分成大量小块。各小块的导体彼此通过串联电容连接。在采用同轴电缆类型的电缆的情况下,被分成小块的电缆的这些导体分别由串联导体连接;例如,所述导体在同轴电缆中是屏蔽和内部导体。
本发明的这些和其它方面将通过参照此后描述的实施例而变得更为明显。
本发明的示范性实施例将在下面参照下列附图进行描述。
图1示出根据本发明一个示范性实施例的磁共振成像设备的总体结构的图形表示。
图2是图1中所示的磁共振成像设备的测量体积的详细表示。
图3是根据本发明的传输电缆的一个示范性实施例的图形表示。
图1示出根据本发明的磁共振成像设备总体结构的一个示范性实施例的简化图形表示。图1中示出的磁共振成像设备包括第一磁系统2。第一磁系统2适于产生如图1中箭头所示的均匀研究磁场A。附图标记4表示第二磁系统,其产生磁梯度场。附图标记6指示用于第一磁系统2的第一供电电源,而附图标记8指示用于第二磁系统4的第二供电电源。
提供一个RF线圈10以产生RF交变磁场。RF线圈10连接到包含有RF源12的RF传输装置。RF线圈10还可适于在待检查对象(未示出)中检测由RF传输场产生的自旋共振信号。为了检测由RF传输场产生的自旋共振信号,RF线圈10连接到包含有信号放大器40的RF接收装置上。信号放大器40的输出被提供至检测器16。
检测器16连接到控制单元18。控制单元18(如计算机)适于控制与RF源12一起操作的调制器20。此外,控制单元18适于控制第一供电电源8和显示器22,例如用于显示由控制单元18量建的图像的CRT显示器。
此外,提供了一个用于控制调制器20和检测器16的RF振荡器24,其处理测量信号。前行和返回的RF信号通信量由分离电路14彼此分开。
附图标记26指示被设置成通过冷却管28冷却第一磁系统2的磁线圈的冷却装置。在空间上被设置在第一和第二磁系统2和4内的RF线圈10包围检查体积30。在医疗MR应用的情况下,检查体积30应足够大以包围待检查病人或至少待检查病人的一部分,如颈部或臂部。
通过以上设置,可在检查体积30内生成稳定磁场A、选择对象切片的梯度场和空间均匀的RF交变场。如上所述,RF线圈10适于组合发射器线圈和测量线圈的功能。然而,还可对于这两种功能采用不同线圈。例如,表面线圈可当作测量线圈。由第一磁系统2、RF线圈10和第二磁系统4(梯度线圈)形成的组件可由RF屏蔽法拉第笼34包围。
除此之外,可提供一个可选的接收MR线圈52,其例如可以是C1线圈。
附图标记32指示馈通装置,其通过第一供电线42连接到第二供电电源8,通过RF连接线38连接到分离电路14,通过第二供电线42连接到第二供电电源6,以及通过优选地实现为一束电缆的连接导线36连接到控制单元18。
在该法拉第笼内,即在强磁场发生的环境内,馈通装置32通过第一供电电线46连接到第二磁系统4,通过第二供电电缆48连接到第一磁系统,第二供电电缆优选地实现为一束电缆,包括连接到MR线圈52的一个电缆48。
在馈通装置32和MR线圈52之间电缆48优选地实现为根据本发明的电缆,比如图3中所示的本发明的示范性实施例。然而,还可在法拉第笼34内或包含强磁场的环境内设置的全部电连接中采用根据本发明的传输线。换句话说,第一供电电缆46、第二供电电缆48中的每一个和连接电缆50中的每一个可由根据本发明的一个或多个电缆实现。此外,还可采用根据本发明的电缆以作为连接导线36、RF连接线38、第一供电线42或第二供电线40的电缆。根据本发明的电缆还可用于MR导管,其在该示范性实施例的一个变型中被设置成代替或补充MR线圈52。这样,提供了包含根据本发明示范性实施例的电缆的MR导管和/或RF线圈。
图2是图1中所示的MRI设备的检查体积30的更详细的表示。为避免不必要的重复,图1中所采用的相同附图标记在图2中指示相同或相应的元件。
在图2中,病人54被安置在检查体积30内的病人台56上。优选地,病人54被安置成可形成头部和颈部的切片图像。在检查体积30内或紧邻着检查体积30配备有保持与待检查病人54进行通信的电连接设备。在图2所示的实施例中,配备有摄影机58和灯60。然而,可配备有检查病人54所需或有用的其它电装置。摄影机58和灯60通过第三和第四供电电缆62和64连接到电源66。第三和第四供电电缆62和64还可用于信号传输,例如用于从摄影机48向显示器22传输图像信号。如上所述,可在检查体积30内或在其附近设置其它电设备,例如用于测量病人54血压、心率或脑活动的传感器。而且,可以提供与病人54进行通信的通信设备。
优选地,第三和第四供电电缆62和64可用根据本发明的电缆实现,例如图3所示的电缆。
图3是根据本发明一个示范性实施例的用于传输信号或能量的传输电缆的简化表示。图3中所示的电缆是同轴型电缆,包括多个、优选地为巨大数量的小电缆段。在图3中示出第一电缆段80、第二电缆段90和第三电缆段100。所述多个电缆段80、90和100中的每一个的长度优选为近似λ/4。然而,各个电缆段80、90和100的长度可做不同选择,只要长度不为λ/2即可。第一电缆段80包括第一屏蔽80和第一内部导体82。第二电缆段90包括第二屏蔽91和第二内部导体92。第三电缆段100包括第三屏蔽101和第三内部导体102。如图3中可看出,这些电缆段80、90和100通过用于同轴型电缆的两种导体(差分TEM模式,例如屏蔽81、91和101以及内部导体82、92和102)的串联电容85、86、95和96连接。具体来说,第一屏蔽81通过串联的串联电容85连接到第二屏蔽91,而第二屏蔽91通过串联的电容95连接到第三屏蔽1。第一内部导体82通过串联电容86连接到第二内部导体92,而第二内部导体通过另一串联电容96连接到第三内部导体102。
在第一电缆段80的一端配备有可连接到标准RF端口的第一混频器111,而在第三电缆段100的一端配备有可连接到线圈的另一混频器121,从而提供一个线圈端口120。
优选地,电容85、86、95和96被选择在1pF范围内。然而,每个电容85、86、95和96的电容值也可以在0.5pF至2pF范围内。根据本发明的一个方面,所述电容应当由约500Ω的阻抗实现,从而在64MHz下实现约2.5pF的电容.在所述电缆将用于具有更高场强的MRI系统的情况下,应当改变这些阻抗。例如,对于128MHz应选择最大值为1pF。对于32MHz,应选择最大值为4-5pF。
在MR扫描器应用中,优选地将每个电容85、85、95和96选择在1pF的范围内,以便保持局部共振尽可能高。由此,在MR频率(fr)下,图3所示电缆是完全不共振的,从而不可能产生会导致例如在MR扫描器发射器脉冲期间RF灼伤病人的局部热点(即寄生共振)。因此,传输矩阵S的传输系数S21在MR频率fr下很低。如图3所示,对于MR信号和/或功率传输,可提供混频器111和121将待通过电缆传输的信号移至更高频率,例如10×fr。由此,整个两端口系统(即从标准RF端口110到线圈端口120)充当简单但安全的同轴电缆,并且可以连接到允许电缆可互换性的任何系统。
根据本发明的一个方面,可提供电感来代替电容85、86、95和96。这些电感可在5nH(对于64MHz)至10nH范围内。有利地,这允许直流传输。于是频率转换应当在几MHz范围内,例如2MHz。
由于上述布置,提供了一种本身对于病人来说安全的电缆,即使电缆折断也是如此。而且,图3所示的布置允许非常细的电缆布置,从而电缆可具有与例如传统同轴电缆相同的尺寸。此外,图3中的布置可与传统同轴电缆组合使用,并可适于标准电缆系统。此外,如上所述,图3中所示的传输电缆可用于AC功率传输。而且,根据图3所示示范性实施例的传输电缆可用于具有任何场强的MR系统,或着可被容易地适配于任何场强。代替图3中所示的只具有两个导体的布置,还可采用多导体系统来实施本发明。
除同轴型电缆外,本发明可以以任何种类的传输电缆实施。根据本发明,可以实现具有多个导体的电缆。而且,可以根据本发明实施简单的两线连接电缆。
而且,根据本发明的一个方面,代替图3中所示的电容,可采用并联或串联谐振电路。
除用于MR/NMR应用外,根据本发明的传输电缆还可用于具有强磁场的其它环境中,例如邻近电机处。此外,根据本发明的电缆可用于MR导管、RF或MR线圈。
Claims (9)
1、一种传输电缆,该传输电缆包括:
第一电缆段和第二电缆段,其中该第一电缆段具有至少一个第一导体并且其中该第二电缆段具有至少一个第二导体;
其中该第一电缆段的该至少一个第一导体通过至少一个串联阻抗连接到该第二电缆段的该至少一个第二导体。
2、如权利要求1所述的传输电缆,
其中该传输电缆是包括该第一和第二电缆段的同轴型电缆;
其中该至少一个第一导体包括第一屏蔽和第一内部导体;
其中该至少一个第二导体包括第二屏蔽和第二内部导体;
其中该第一屏蔽通过该至少一个串联阻抗的一个串联电容连接到该第二屏蔽;以及
其中该第一内部导体通过该至少一个串联阻抗的另一个串联电容连接到该第二内部导体。
3、根据权利要求1所述的传输电缆,其中该电缆具有第一端和第二端,其中所述第一端和第二端中的每一个配备有用于对由电缆传输的信号进行移频的混频器。
4、根据权利要求1所述的传输电缆,其中该至少一个串联阻抗包括一个电容值在1pF范围内的电容。
5、根据权利要求1所述的传输电缆,其中该至少一个串联阻抗包括一个电感值在10nH范围内的电感。
6、一种具有传输电缆的MRI系统,该传输电缆包括:
第一电缆段和第二电缆段,其中该第一电缆段具有至少一个第一导体并且其中该第二电缆段具有至少一个第二导体;
其中该第一电缆段的该至少一个第一导体通过至少一个串联阻抗连接到该第二电缆段的该至少一个第二导体。
7、一种传输电缆,包括:
第一电缆段和第二电缆段,
其中该第一电缆段包括多个第一导体并且其中该第二电缆段包括多个第二导体;
其中所述多个第一导体通过多个串联阻抗分别连接到所述多个第二导体。
8、一种MR导管,包括:
传输电缆,其中该传输电缆包括:
第一电缆段和第二电缆段,其中该第一电缆段具有至少一个第一导体并且其中该第二电缆段具有至少一个第二导体;
其中该第一电缆段的该至少一个第一导体通过至少一个串联阻抗连接到该第二电缆段的该至少一个第二导体。
9、一种RF线圈,该线圈包括:
传输电缆,该传输电缆包括:
第一电缆段和第二电缆段,其中该第一电缆段具有至少一个第一导体并且其中该第二电缆段具有至少一个第二导体;
其中该第一电缆段的该至少一个第一导体通过至少一个串联阻抗连接到该第二电缆段的该至少一个第二导体。
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