CN101029921B - 用于采集磁共振信号的高频天线装置 - Google Patents

用于采集磁共振信号的高频天线装置 Download PDF

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Abstract

一种用于采集磁共振信号的高频天线(8)具有两个通过分立的第一调谐装置(11)相互连接的电极(9，10)。借助于该调谐装置(11)，该高频天线(8)被调谐到共振频率上。该调谐装置(11)具有影响到该高频天线(8)的共振频率的第一调谐元件(12)以及影响到该第一高频天线(8)的共振频率的第二调谐元件(17)。所述调整元件(12，17)串联连接并且作为电感构成。所述高频天线(8)还具有两个抽头点(13，14)，在这些抽头点上量取代表所采集的磁共振信号的接收信号，并且将其通过馈线(15，16)引出。在所述电极(9，10)中的一个与第一调谐元件(12)之间以及在第一调谐元件(12)和第二调谐元件(17)之间各设置一个抽头点(13，14)。

Description

用于采集磁共振信号的高频天线装置
技术领域
本发明涉及一种用于采集磁共振信号的高频天线装置，该装置具有第一高频天线。
背景技术
磁共振信号是非常微弱的信号。因此，对于对由第一高频天线采集的磁共振信号的高质量的定量分析来说，良好的信号噪声比(下面简称为SNR)具有决定的意义。在现有技术中，为了优化SNR进行了巨大的努力。
在现有技术中，用于磁共振信号的高频天线总是构造为接收磁共振信号的磁组成部分的天线。通过电容器将其调谐在一个共振频率上。该共振频率在理想情况下对应于磁共振设备的拉莫尔频率。例如，将高频天线构造为单个的绕组或绕组的组、鞍形线圈、鸟笼形谐振器等等。利用这些种类的高频天线在带有直至约1.5T的基本磁场的磁共振设备中可以实现完全良好的SNR。特别是，在实践中实际实现的SNR相对接近于理论上可能的SNR。
最近，开发了带有更高的基本磁场的磁共振设备，例如带有3T、5T或者甚至更高的基本磁场。在这些磁共振设备中令人吃惊地出现了，实际实现的SNR远远地落后于理论上的最佳值。因此，为了能够对磁共振信号进行高质量的定量分析，必须改善SNR。
WO 03/044892A1公开了一种用于RFID设备的偶极天线，该偶极天线被分成两个偶极半部。这些偶极半部通过电感相互连接。通过该电感量取由偶极天线接收的信号。
EP 1624314A1中公开了一种用于采集磁共振信号的高频天线装置，其具有第一高频天线。该第一高频天线具有两个通过分立的第一调谐装置相互连接的电极。借助于第一调谐装置将第一高频天线调谐到共振频率上。该第一调谐装置具有一个影响到第一高频天线的共振频率的调谐元件，该调谐元件起到了电感的作用。此外，第一高频天线具有两个抽头点，在这些抽头点上量取代表所采集的磁共振信号的接收信号，并且将其通过馈线引出。在每个电极和第一调谐元件之间各设置一个抽头点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种高频天线装置，借助于该装置至少在高的基本磁场、不过优选地还在独立于基本磁场强度的条件下可以实现良好的SNR。
上述技术问题是通过一种具有权利要求1的特征的高频天线解决的。按照本发明的高频天线装置具有第一高频天线，该第一高频天线具有两个通过分立的第一调谐装置相互连接的电极。所述第一高频天线被借助于第一调谐装置调谐到共振频率上。所述第一调谐装置具有影响到该第一高频天线的共振频率的第一调谐元件，以及影响到该共振频率的第二调谐元件。所述调谐元件串联连接并且作为电感构成。此外，所述第一高频天线具有两个抽头点，在这些抽头点上量取代表所采集的磁共振信号的接收信号，并且将其通过馈线引出。在所述电极中的一个与第一调谐元件之间以及在第一调谐元件和第二调谐元件之间各设置一个抽头点。
由于起到电容作用的电极的存在，第一高频天线不再对磁共振信号的磁组成部分敏感，而是对其电组成部分敏感。由于为了调谐到共振频率上需要LC组合，因此调谐元件作为电感构成。由于存在两个调谐元件，可以对称地构造第一高频天线。如果第一调谐元件和第二调谐元件具有相同的电感值，则尤其是这样。
所述电极可以构造相同。例如，所述电极相对地隆起，使得在它们之间形成对于检查对象的凸的放置空间，并且使得第一高频天线在该凸的放置空间中具有一个基本上与位置无关的灵敏度。作为替换，例如也可以使得所述电极分别具有纵向元件和横向元件，其中，该纵向元件相互排成一条直线并具有彼此相对的和彼此相背离的端部，而该横向元件被设置在该纵向元件的相互背离的端部的中心。在这种情况下，将第一高频天线构造为优化的表面天线。
不过，所述电极也可以是构造不同的。在这种情况下，所述电极中的一个尤其可以围绕焦点隆起。所述电极中的另一个可以设置在该焦点附近、特别是在该焦点本身上。不过，也可以将所述电极中的另一个构造为顶端形成尖角，使得所述第一高频天线在该另一个电极的顶端的区域中具有比远离该顶端的区域中更高的灵敏度。在这种情况下，可以可选地将所述焦点设置在所述电极之间，或者将该一个电极围绕由所述焦点和该另一个电极的顶端限定的连接线设置。
可以按照不同的方式设置第一高频天线。不过，优选地，所述高频天线装置具有一个其上至少设置了所述第一高频天线的支撑结构，使得该高频天线装置可以作为装配单元或应用单元进行使用。
优选地，在该支撑结构上除了第一高频天线之外还设置了第二高频天线。可以将所述第二高频天线与第一高频天线同样地构造。在这种情况下，尤其可以将所述第二高频天线平行于所述第一高频天线地设置。利用这种设计可以实现阵列结构和类似于鸟笼的结构。作为替换，也可以将所述第一高频天线和第二高频天线这样地设置，使得它们接收磁共振信号的相互垂直的线极化分量。在这种情况下，尤其可以将两个线极化信号合并成一个圆极化的和信号。
如果所述第一和第二高频天线具有一个公共的抽头点，即，所述第一高频天线的一个抽头点也是所述第二高频天线的一个抽头点，则可以特别简单地实现和信号的合并。
所述第二高频天线可以具有一个带有至少一个线匝的线圈，该线圈通过分立的第二调谐装置被调谐在所述共振频率上。这种情况下，该第二调谐装置具有至少一个影响到该第二高频天线的共振频率的第一调谐元件，该第一调谐元件是作为电容构成的。借助于该第二高频天线按照常规的方式对磁共振信号的磁组成部分进行检测。这种设计尤其是在中等的基本磁场(强度约为2至7T)下是有意义的。
也可以将所述第一高频天线和第二高频天线相互分开。在这种情况下，优选地，所述第二高频天线环绕所述第一高频天线。
另一种优选的设计在于，在所述支撑结构上除了第一和第二高频天线之外，还设置与所述第二高频天线同样构造的第三高频天线，其中，所述第二高频天线和第三高频天线通过所述第一高频天线的第一调谐元件相互连接。在这种情况下，如下地给出一种优选的结构：所述第二高频天线和第三高频天线通过电容网络相互去耦合，并且所述第一高频天线的第一调谐元件压制在所述第二和第三高频天线之间的同步信号(Gleichtaktsignal)。
也可以，不仅在一条而是在两条第一高频天线的馈线之中设置匹配电容。由此可以将所述匹配电容(必要时包括其失谐电路)设置在所述支撑结构上。
附图说明
本发明的其它优点和细节借助于附图由下面对实施方式的描述给出。附图中以原理图示出：
图1示意性地示出了磁共振设备，以及
图2至图14示出了高频天线装置的不同结构。
具体实施方式
如通常的那样，按照图1磁共振设备具有一个基本磁铁系统1。该基本磁铁系统1产生时间上恒定的基本磁场B，该基本磁场在检查空间2的内部基本上是局部均匀的。在该检查空间2的内部基本磁场B的强度优选为至少1.5T，优选为3T或更多。
此外，磁共振设备还具有一个控制该磁共振设备的运行的控制和分析装置3。该控制和分析装置3除了别的之外控制患者卧榻4，借助于该患者卧榻可以将检查对象5(通常为人5)引入到检查空间2中并将其从检查空间中引出。
此外，控制和分析装置3与一个全身天线(Ganzkoerperantenne)6连接。该全身天线6是一个高频天线，如果将检查对象5引入到检查空间2中，则可以借助于该高频天线在检查对象5中激励磁共振信号。另外，还可以借助于全身天线6采集所激励的磁共振信号。在本发明的意义之下，至少对于接收的目的来说该全身天线6是一个高频天线。
图1的磁共振设备优选地具有多个局部天线7。在本发明的意义之下，这些局部天线7也是可以借助于其采集磁共振信号的高频天线。局部天线7也与所述控制和分析装置3连接。
下面，描述全身天线6和局部天线7的可能的结构。只要没有明确地另外说明，则下面描述的结构既可以是全身天线6的结构，也可以是(多个)局部天线7的结构。此外，特别是在全身天线6的情况下，下面描述的高频天线不仅可以用作采集已经激励的磁共振信号的接收天线，而且可以用作激励这种磁共振信号的发射天线。
就基本原理而言，按照本发明的构造的高频天线(从图2起标有参考标记8)具有两个通过分立的调谐装置11相互连接的电极9、10。借助于该分立的调谐装置11将高频天线8调谐到共振频率、在本例中优选为对应的磁共振设备的拉莫尔频率上。为此，调谐装置11具有至少一个影响高频天线8的共振频率的第一调谐元件12。由于高频天线8具有两个电极9、10(即，主导分量不是电感而是电容的元件)的情况，将该第一调谐元件12构造为电感。此外，高频天线8对于所激励的磁共振信号的电分量敏感。这点与用于磁共振信号的常规高频天线相反，在这些常规高频天线总是检测磁组成部分。
与用于磁共振应用的每种其它高频天线相同，图2的高频天线8具有两个抽头点13、14，在接收的情况下可以在其上量取代表由高频天线8所采集的磁共振信号的接收信号。该接收信号被通过馈线15、16引出，在本例中被送至控制和分析装置3。按照本发明，抽头点13、14被设置在第一调谐元件12的两侧。也就是说，每个抽头点13、14被设置在电极9、10中的一个和该第一调谐元件12之间。
按照图2，调谐装置11还具有第二调谐元件17，该元件同样影响磁共振频率并且同样作为电感构成。在本例中第一和第二调谐元件12、17串联并且具有相同的电感值L。因此，第二调谐元件1 7被设置在电极9、10之一和第一调谐元件12之间。设置在该电极9和第一调谐元件12之间的抽头点13看上去设置在第一和第二调谐元件12、17之间。这种结构由于其对称性具有优点，但是并不是一定必须的。
按照图2，馈线15、16通过二极管18相互连接。二极管18优选地构造为PIN二极管，并且用作截止元件，借助于其必要时可以将前置放大器19与高频天线8在信号技术上分离。只有是需要的话，PIN二极管18由控制和分析装置3控制。
此外，在引入到前置放大器19的馈线16中设置了匹配电容20。借助于匹配电容20将前置放大器19高阻地耦合到高频天线8上。
也可以将原理上相同的结构用于发送激励磁共振的激励信号。仅仅需要用功率放大器21来代替前置放大器19。这在图2中用虚线表示。这样一种替换的运行也是普遍公知的：可以将前置放大器19和功率放大器21通过适当的耦合元件交替地连接在高频天线8上。
下面结合图3至图14描述的结构是以所有上面结合图2解释的基本原理为基础的。即使不分别在结合图3至图14的描述中明确地提及，图2以及对于图2的解释也总是引入的。
图3和图4示出了一个作为表面天线构成的高频天线8。在该高频天线8中电极9、10构造相同并且设置在检查对象5的同一侧。它们至少具有相互对准的纵向元件22、23。此外，在图3中标出了要说明在特定时刻位移电流I的变化的力线。
如特别可以从图4中看出的那样，电极9、10除了纵向元件22、23之外还具有横向元件24、25。横向元件24、25的存在提高了高频天线8的灵敏度。不过，横向元件24、25不是必须要求的。
只要有横向元件24、25，则优选地将其设置在纵向元件22、23的相互背离的端部的中心。由此，电极9、10构成一个T形轮廓。为了良好的条理，此外要提到的是，只要在其它图中仅仅表示出纵向元件22、23，则电极9、10也可以具有横向元件24、25，以及反过来，只要在图中既表示出了纵向元件22、23又表示出了横向元件24、25，则电极9、10可以仅仅具有纵向元件22、23。
可以将高频天线8的单个元件9至14设置在不同的支撑部件上。不过，优选地存在一个在其上设置了全部高频天线8的共同的支撑结构26。由此，高频天线8可以作为装配单元或应用单元来使用。
按照图5至图8的结构是以图3和图4所示的高频天线8为基础的。
按照图5至图7在支撑结构26上设置了多个高频天线8。这些高频天线8相互之间的构造是相同的。在图5和图6中相邻设置了多于两个高频天线8，从而实现了高频天线8的一个阵列。在按照图7的结构中恰好存在两个高频天线8。
图5的高频天线8是平行且相邻地设置在一个(优选为柔性的)支撑结构26上。图6的高频天线8是平行且相邻地设置在一个圆柱形壳体27上。也就是说，它们类似于一个鸟笼形谐振器的天线条地设置。特别是按照图6的结构也适合于作为发射天线阵列。
这样设置图7所示的高频天线8，使得其接收磁共振信号的相互垂直的线极化分量。因此，可以在通常的组合器28中将者两个接收信号组合成一个圆极化的和信号。由于图7所示的高频天线8的对称的结构，因而两个高频天线8可以具有一个公共的抽头点，例如用它替换抽头点13，并且将两个高频天线8在交叉区域29中相互电连接。
在按照图8的结构中，同样在支撑结构26上设置了多个高频天线8、30。一个高频天线、即高频天线8是按照图3和图4构成的。另一个高频天线30则是不同地构成的。其采集磁共振信号的磁组成部分。因此，另一个高频天线30具有一个带有至少一个线匝32的线圈31，其中，该线圈31通过分立的第二调谐装置33被调谐到共振频率上。为此，该第二调谐装置33具有至少一个调谐元件34，该调谐元件影响另一个高频天线30的共振频率并且作为电容构成。
按照图8，两个高频天线8、30是相互分开的。按照图8，另一个检测磁共振信号的磁组成部分的高频天线30包围按照本发明的、检测磁共振信号的电组成部分的高频天线8。
在按照图9的结构中，在支撑结构26上共设置了三个高频天线8、30、35，为了相互区别将它们标记为第一高频天线8、第二高频天线30和第三高频天线35。第二和第三高频天线30、35的结构相同。它们两者具有在上面结合图8描述的高频天线30的部件31至34。也就是说，通过分立的调谐装置33将它们调谐到共振频率上。调谐装置33分别具有至少一个调谐元件34，该调谐元件影响第二以及第三高频天线30、35的共振频率并且作为电容构成。利用这些高频天线30、35采集磁共振信号的磁组成部分。
第一高频天线8对应于图2的高频天线8。在这种结构中电极9、10包括第二和第三高频天线30、35的至少导体片段38、39。因此，第二和第三高频天线30、35通过第一高频天线8的调谐元件12相互连接。必要时，电极9、10也可以包括第二和第三高频天线30、35的其它部件。在极端情况下，电极9、10与第二和第三高频天线30、35相同。
在按照图9的结构中存在一个电容网络40。该电容网络40将第二和第三高频天线30、35相互去耦合。在这种结构中，第一高频天线8的调谐元件12压制在第二和第三高频天线30、35之间的同步信号。例如在在先的德国专利申请102004046188.0(申请日为2004年9月23日)中描述了这样一种结构。
图9中的高频天线装置是完全对称地构成的。因此，其中在两条馈线15、16中设置了匹配电容20、41以及失谐电路42、43。后者分别通过电感44和PIN二极管18实现。
图10的结构基本上对应于图9的结构。不过，与图9的结构不同的是在图10的结构中将第一高频天线8的匹配电容20、41以及失谐电路42、43一同设置在支撑结构26上。必要时也可以将第二和第三高频天线30、35的匹配电容45、46以及失谐电路47、48一同设置在支撑结构26上。
图3至图10的结构总是涉及到表面天线，也就是说涉及到其中将高频天线8、30、35设置在检查对象5的一侧的结构。在这些结构中，高频天线8的电极9、10总是优选地构造相同。与此相对，图11至图14的结构涉及到立体天线，也就是其中将检查对象5设置在高频天线8的电极9、10之间的天线。在这些结构中电极9、10仅仅在按照图11的结构中构造相同。反之，在按照图12至图14的结构中电极9、10的构造不同。
按照图11电极9、10相对隆起。由此使得在它们之间形成对于检查对象5的凸的放置空间49。在该放置空间49内部，高频天线8具有一个基本上与位置无关的灵敏度S。与位置无关的灵敏度S被理解为在放置空间49的内部相对于最大灵敏度波动最大20％的灵敏度S。
按照图12至14，电极9、10中的一个(例如电极9)围绕焦点50隆起。另一个电极10则不同地构造。
按照图12，另一个电极10被设置在焦点50上或者在其附近。如果检查要在检查对象5的阴部区域附近或肛门内进行，则这种结构例如可以是有意义的。
而按照图13和图14，将另一个电极10构造为顶端形成尖角。由此高频天线8在顶端51的区域中具有比远离该顶端51的区域中更高的灵敏度S。
在图13的结构中，将焦点50设置在电极9、10之间。与此不同的是，在图14的结构中将围绕焦点50隆起的电极9围绕由焦点50和另一个电极10的顶端51限定的连接线52设置。
按照本发明的高频天线8原则上可以用于所有磁共振设备。特别优选的是，在具有高的基本磁场B(3T以及更高)的磁共振设备中的应用，其结合了常规的局部线圈(尤其见图8至图10)并且在较小的高频天线(例如，眼部天线或者血管内天线)的条件下进行。

Claims (25)

1.一种用于采集磁共振信号的高频天线装置，该装置具有第一高频天线(8)，其中，
-所述第一高频天线(8)具有两个通过分立的第一调谐装置(11)相互连接的电极(9，10)，
-所述第一高频天线(8)被借助于第一调谐装置(11)调谐到共振频率上，
-所述第一调谐装置(11)具有影响到该第一高频天线(8)的共振频率的第一调谐元件(12)以及影响到该第一高频天线(8)的共振频率的第二调谐元件(17)，
-所述调谐元件(12，17)串联连接并且作为电感构成，
-所述第一高频天线(8)具有两个抽头点(13，14)，在这些抽头点上量取代表所采集的磁共振信号的接收信号，并且将其通过馈线(15，16)引出，
-在所述电极(9，10)中的一个与第一调谐元件(12)之间以及在第一调谐元件(12)与第二调谐元件(17)之间各设置一个抽头点(13，14)。
2.根据权利要求1所述的高频天线装置，其特征在于，所述第一调谐元件(12)和第二调谐元件(17)具有相同的电感值(L)。
3.根据权利要求1所述的高频天线装置，其特征在于，在至少一条馈线(15，16)中设置匹配电容(20)。
4.根据权利要求1所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)构造相同。
5.根据权利要求4所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)相对地隆起，使得在它们之间形成对于检查对象(5)的凸的放置空间(49)，并且使得第一高频天线(8)在该凸的放置空间(49)中具有一个基本上与位置无关的灵敏度(S)。
6.根据权利要求4所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)分别具有纵向元件(22，23)和横向元件(24，25)，该纵向元件(22，23)相互对准，而该横向元件(24，25)被设置在该纵向元件(22，23)的相互背离的端部的中心。
7.根据权利要求1所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)构造不同。
8.根据权利要求7所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)中的一个围绕焦点(50)隆起。
9.根据权利要求8所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)中的另一个设置在该焦点(50)上，或者设置在该焦点(50)附近。
10.根据权利要求8所述的高频天线装置，其特征在于，所述电极(9，10)中的另一个构造为顶端形成尖角，使得所述第一高频天线(8)在该另一个电极(10)的顶端(51)的区域中具有比远离该顶端(51)的区域中更高的灵敏度(S)。
11.根据权利要求10所述的高频天线装置，其特征在于，所述焦点(50)被设置在所述电极(9，10)之间。
12.根据权利要求10所述的高频天线装置，其特征在于，一个电极(9)被围绕由所述焦点(50)和所述另一个电极(10)的顶端(51)限定的连接线(52)设置。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的高频天线装置，其特征在于，所述装置具有一个其上至少设置了所述第一高频天线(8)的支撑结构(26)，使得该高频天线装置可以作为装配单元或应用单元来使用。
14.根据权利要求13所述的高频天线装置，其特征在于，在所述支撑结构(26)上设置了第二高频天线(8，30)。
15.根据权利要求14所述的高频天线装置，其特征在于，将所述第二高频天线与第一高频天线同样地构造。
16.根据权利要求15所述的高频天线装置，其特征在于，将所述第二高频天线平行于所述第一高频天线地设置。
17.根据权利要求15所述的高频天线装置，其特征在于，将所述第一高频天线和第二高频天线这样地设置，使得它们接收磁共振信号的相互垂直的分量。
18.根据权利要求17所述的高频天线装置，其特征在于，所述第一高频天线的一个抽头点(13，14)也是所述第二高频天线的一个抽头点(13，14)。
19.根据权利要求14所述的高频天线装置，其特征在于，所述第二高频天线(30)具有一个带有至少一个线匝(32)的线圈(31)，该线圈通过分立的第二调谐装置(33)调谐在所述共振频率上，并且该第二调谐装置(33)具有至少一个影响到该第二高频天线(30)的该共振频率的第一调谐元件，该第一调谐元件是作为电容构成的。
20.根据权利要求19所述的高频天线装置，其特征在于，所述第一高频天线(8)和第二高频天线(30)相互分开。
21.根据权利要求20所述的高频天线装置，其特征在于，所述第二高频天线(30)环绕所述第一高频天线(8)。
22.根据权利要求19所述的高频天线装置，其特征在于，在所述支撑结构(26)上设置了与所述第二高频天线(30)同样构造的第三高频天线(35)，并且所述第二高频天线(30)和第三高频天线(35)通过所述第一高频天线(8)的第一调谐元件(12)相互连接。
23.根据权利要求22所述的高频天线装置，其特征在于，所述第二高频天线(30)和第三高频天线(35)通过电容网络(40)相互去耦合，并且所述第一高频天线(8)的第一调谐元件(12)压制在所述第二高频天线(30)和第三高频天线(35)之间的同步信号。
24.根据权利要求23所述的高频天线装置，其特征在于，在两条馈线(15，16)之中设置匹配电容(20，41)，并且将所述匹配电容(20，41)设置在所述支撑结构(26)上。
25.一种磁共振设备，其特征在于，其具有至少一个根据上述权利要求中任一项所述的高频天线装置。
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