CN101059558A - 圆柱形磁共振天线 - Google Patents

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Abstract

圆柱形磁共振天线被构成为本地天线并且用于接收信号和/或产生场，包含多个在磁共振天线(1)的纵向方向上延伸并且在切线方向上彼此相间隔并相互平行对准布置的纵向导体(3)和两个连接纵向导体(3)的末端、在切线方向上环绕的端环(2)，其中磁共振天线(1)包含以平面方式包围所述磁共振天线的由导电材料制成的接地屏蔽(4)，所述屏蔽经由屏蔽电容与纵向导体(3)和端环(2)耦合，其中如此设计纵向电容(9)、端环电容(7)和屏蔽电容，使得磁共振天线(1)不依赖于控制方式而始终具有相同的共振频率。

Description

圆柱形磁共振天线
技术领域
本发明涉及一种圆柱形磁共振天线，其被构造为本地天线并且用于接收信号和/或产生场，包含多个在磁共振天线的纵向方向上延伸并在切线方向上彼此相间隔并且相互平行对准布置的纵向导体和两个连接纵向导体的末端的、在切线方向上环绕的端环，其中
-纵向导体由一个或多个在纵向上连续布置的纵向导体段组成，其中在两个紧接的纵向导体段之间和/或在至少一个与端环相邻的纵向导体段和所述端环之间接入至少一个对每个纵向导体基本上相同的纵向电容，
-两个相邻的纵向导体和连接所述两个相邻的纵向导体的端环分段分别构成网孔，
-连接所述两个相邻的纵向导体的端环分段分别包含至少两个端环段，在所述两个端环段之间接入至少一个对所有端环分段基本上相同的端环电容。
此外本发明还涉及一种磁共振设备，其中这种天线被集成到所述磁共振设备中。
背景技术
这种磁共振天线在技术领域中以名为“鸟笼天线(Birdcage-Antenne)”而公知。两个圆形端环其中以同轴方式构成并且通过纵向导体彼此连接，由此这种结构联想起鸟笼。
这种磁共振天线具有与其所包含的纵向导体一半那么多的不同的共振频率。给每个共振频率分配不同的共振模式，其中如果该天线作为发射天线被运行，或者在作为接收天线运行时存在与位置无关的恒定灵敏度，则始终以这种共振模式运行或者控制磁共振天线，在所述共振模式中在天线内部存在尽可能均匀的场分布。
在这种磁共振天线情况下，其内部的均匀性大多数是在没有另外的干扰元素的情况下计算的。一旦患者或患者的一部分处于磁共振天线内，则例如均匀性受干扰。因此期望用于校正均匀性的可能性。此外已知磁共振天线的几种与位置有关的运行方法。这里RX感测(RX-Sense)和TX感测(TX-Sense)作为实例。在RX感测中以位置分辨方式进行测量，其中除了从梯度场中所获得的位置信息之外还考虑磁共振天线的位置信息。在TX感测中应该仅仅激发确定的目标区域、例如中心。对于这种方法当然需要设置磁共振天线的子天线，所述子天线可以独立地被控制或选择，以便如此获得位置信息或者发出位置编码。
在DE 197 02 256 A1中建议了一种鸟笼磁共振天线，借助于其应该实现信噪比的改善，因此是用于接收信号的磁共振天线。为此在那里规定，如此分配纵向电容和端环电容，使得磁共振天线仅仅仍具有一个唯一的共振频率用于所用共振模式。由此磁共振天线所包括的各个网孔(Masche)彼此去耦，使得不依赖于磁共振图像可以处理由各个网孔所接收的信号，然后可以再组合所述信号。但是，所述磁共振天线具有严重的缺点，即周围(比如相邻的梯度线圈和其屏蔽)的影响可能如此影响该装置，使得不再得出一致的共振频率或者接收质量严重受损害。
从DE 101 24 465 A1中公知一种用于在磁共振设备的检验体积内产生高频场的装置。其中也公开了一种被实施为鸟笼线圈的整体线圈。此外建议以与磁共振设备的高频屏蔽的较小间隔来布置整体线圈的导体元件，因为由此改善了整体线圈的去耦特性。
发明内容
因此本发明所基于的任务是，以鸟笼结构如此构造本地磁共振天线，使得该本地磁共振天线在对周围影响尽量大的不灵敏度的情况下包含单独可控制的或者可选择的子天线。
为了解决该任务，在开始所述类型的磁共振天线情况下根据本发明规定，磁共振天线包含以平面方式围绕该磁共振天线的由导电材料制成的接地屏蔽，所述屏蔽经由屏蔽电容与纵向导体和端环耦合，其中如此设计纵向电容、端环电容和屏蔽电容，使得磁共振天线不依赖于控制方式而始终具有相同的共振频率。
也即根据本发明的圆柱形磁共振天线包含向外围绕并从而屏蔽所述磁共振天线的高频屏蔽作为构成整体的组成部分，所述高频屏蔽轴向看上去至少完全包围该磁共振天线，这意味着，该屏蔽在侧面一直延伸直至至少到端环或超出该端环。仅仅通过屏蔽能导电并接地而得出与端环和纵向导体的寄生电容性耦合，所述端环和纵向导体也分别能导电。该寄生电容性耦合和必要时在屏蔽和纵向导体或者端环之间接入的其他电容用屏蔽电容的概念来概括。
有利地现在如此设计纵向电容、端环电容和屏蔽电容，使得磁共振天线仅仅具有一个共振频率。在此应当注意的是，虽然存在多个纵向电容和端环电容，但是这些纵向电容和端环电容分别具有相同的值。因此也应该仅仅使一个数值与所述纵向电容和端环电容的设计相匹配，这指的是，如果论及该设计的话。由作为天线的构成整体的组成部分的屏蔽与纵向导体和端环一起形成的屏蔽电容在设计天线时一开始就作为参数考虑。于是如果通过适当地设计所述电容使用于控制磁共振天线的不同模式的共振频率如此紧密靠近，使得所述共振频率在磁共振设备的通常运行过程中不再是可区分的，则可以说，磁共振天线只还具有一个共振频率。因此，如果共振频率基本上一致、这意味着如果所述共振频率通过磁共振设备中通常的过程不再是可区分的，则这对于本发明磁共振天线的功能是足够的。
通过所有模式的共振频率重合在一个唯一的共振频率上，实现磁共振天线的各个网孔的去耦。于是例如为了在目标区域和/或在RX感测和TX感测方法中使场均匀化可以有利地分开控制和/或选择所述网孔，而这些网孔不相互影响。这能够实现多个新的运行可能性。
集成在磁共振天线中的高频屏蔽基本上执行两个任务。一方面，所述高频屏蔽通过考虑屏蔽电容一起用于调谐共振频率，另一方面，所述高频屏蔽使天线有效地屏蔽环境影响。总的来说也就是给出一种系统，其中在作为子天线的各个网孔的独立可控制性方面最佳地设计该系统，另一方面该装置不受周围的影响，所述影响可能改变所述设计或降低天线效果的质量。
本发明磁共振天线的另外的优点是，所述磁共振天线此外在没有必要的另外匹配的情况下适于鸟笼天线的迄今已知的应用。此外能够仅仅在基本模式中使用，由此与迄今配置没有区别。在相应的馈电的情况下能够在工作频率时激发不同模式的场分布。因此在无修改的情况下可以将磁共振天线集成到现有的磁共振系统中。
此外，本发明的磁共振天线具有一些另外的优点。由于纵向导体和端环接近于屏蔽而产生较低的电感，所述电感可能影响天线的特性。通过可独立控制或者选择的网孔，在比如RX感测和TX感测方法中实现加速。
本发明的磁共振天线是本地天线。所述磁共振天线或者可以用作磁共振设备的一部分或者用作独立的、仅仅在需要时所使用的元件。本地天线因此由于所述屏蔽的屏蔽而不灵敏并且可以分开控制或选择其各个网孔。
正如已经提到的，可以仅仅通过寄生电容确定屏蔽电容。于是主要通过所述屏蔽与纵向导体或者端环的间隔确定该屏蔽电容。
然而，如果由寄生电容和开关电容确定屏蔽电容也可能是合理的，所述开关电容接入使屏蔽与纵向导体和/或端环相连接的连接导体中。也即在这个变型中在屏蔽和纵向导体或者端环之间设置附加的导通连接、即连接导体，其中分别接入开关电容，所述开关对屏蔽电容有贡献。连接导体例如可以分别在网孔的边角点和屏蔽上的相邻点之间延伸，其中连接导体接在一个和/或两个端环上。可替代地，如果连接导体在端环的另一点(也即不是网孔的边角点)和屏蔽上的相邻点之间延伸，也可能是合理的。因此根据设计和要求也能够如此匹配屏蔽电容，使得共振频率足够紧密地靠近或重合。屏蔽电容匹配的另一可能性是添加其介电常数大于1的材料。在此一方面可以考虑支撑天线部分的基体或使屏蔽相间隔的保持间隔的零件。同样也能够完全或部分地用这种材料填充屏蔽和端环/纵向导体或者支撑他们的基体之间的间隙。
为了控制或者为了选择各个已去耦的网孔，可以设置馈电点或选择点、也就是外部端子。磁共振天线的所述外部端子可以在至少一个端环的端环分段上分别被设置在端环电容的两侧。因此得出同所存在的网孔一样多的端子，或者如果在两侧上设置所述端子，则得出双倍多的端子。在这种情况下可能需要将也称作表面波阻塞装置的同相扼流圈连接在所述端点之前或者之后。
在另一个变型中，磁共振天线的外部端子对于每个网孔而言可以设置在端环分段的点和屏蔽的相邻点上。如果在那里本来设有具有开关电容的连接导体，则这里所述端子也可以设置在开关电容的两侧。但是对于这种控制不需要这种连接导体，因为在端环上的点和屏蔽上的相邻点之间本来就以寄生形式得出电容。于是直接在端环和屏蔽上的点处实现控制。
在磁共振天线的另一实施形式中可以合理地规定，多个串联的纵向电容设置在纵向导体上。由此有利地降低朝向患者的电场。
如果屏蔽到端环和纵向导体的间隔小于端环半径的一半，则是合理的。
如果在屏蔽和端环之间选取较大的间隔，则在屏蔽和天线的剩余部分之间的电容性耦合相当小。
在一个特别有利的实施形式中，可以在纵向导体和/或端环分段中设置开关元件、特别是二极管，经由所述开关元件能够使网孔和/或磁共振天线去激励。如果应该使用例如其运行不允许受干扰的另外的天线、特别是另外的或附加的本地线圈，则通过设置这种开关元件能够或者使天线失谐或者甚至通过断开所有网孔而关断天线。
磁共振天线应当包含至少4个并且在此例如可以包含8个网孔。于是四个共振频率必须重合在一个唯一的共振频率上。
有利地，纵向导体和端环可以由铜带组成。因此降低各个导体元件的电感并改善相邻网孔的去耦。在此根据应用情况，端环和纵向导体的宽度可以不同。
此外，本发明还涉及具有根据本发明所述的集成圆柱形磁共振天线的磁共振设备。在此，磁共振天线被构造为本地天线，而尽管如此可以分开控制或者选择各个网孔并且天线由于所集成的屏蔽而是实际上对周围影响不灵敏的系统。
附图说明
从下面描述的实施例以及根据附图得出本发明其他优点和细节。在此：
图1示出本发明磁共振天线的原理图，
图2示出根据第一实施例的本发明的磁共振天线的剖视图，其中尤其是在原理上示出了电路连接，
图3示出根据第二实施例的磁共振天线的剖视图，其中示出了开关元件的原理表示，
图4示出根据第三实施例的磁共振天线的剖视图，其中示出了开关元件的原理表示。
具体实施方式
图1示出根据本发明的被构成为本地天线的磁共振天线1。所述磁共振天线具有圆柱形结构并且一方面由两个同轴布置的端环2组成，所述端环通过8个平行布置的纵向导体3而连接在所述纵向导体的末端。端环2和纵向导体3分别由铜带组成。所述铜带例如被安置在这里没有详细示出的基体上。由纵向导体3和端环2构成的鸟笼由金属的(例如也是铜的)屏蔽4包围，在此仅仅用虚线表示该屏蔽，以便清楚地示出天线的结构。例如可以通过安置在基体上的、这里没有详细示出的保持间隔的零件(Abstandshalter)来实现在鸟笼结构和屏蔽4之间所希望的间隔。基体和保持间隔的零件优选地由低损耗的、非导电材料构成。
图2现在作为原理图和电路图的组合示出第一实施形式的磁共振天线1的剖视图。在此，端环2分别由端环段5构成。在每个端环段5上都连接纵向导体3。纵向导体3又由纵向导体段6构成。在此段5和6分别被构造为较薄的铜带。
端环段5分别经由相同的端环电容7连接。连接两个纵向导体3的端环分段8在这种情况下分别仅包含一个端环电容7，但是也可以设想设置较大数目的端环段5，在这些端环段之间分别中间连接端环电容7。
纵向导体段6经由纵向电容9连接。在此，这里每一纵向导体设置三个纵向导体段6和两个纵向电容9。端环电容7和纵向电容9分别是分立的开关元件，而在端环2或者纵向导体3和屏蔽4之间的屏蔽电容在这种情况下分别是寄生电容10，所述寄生电容被表示为等效电路符号。从磁共振天线1的具体几何构造中确定所述寄生电容的大小。
在此如此设计端环电容7、纵向电容9和形成屏蔽电容的寄生电容10，使得共振频率重合在一个唯一的共振频率上，其中在磁共振天线1的情况下原则上存在4个共振频率，原因在于设有8个纵向导体3。由此分别由两个纵向导体3和连接所述两个纵向导体的端环分段8形成的网孔11彼此被去耦并且可以作为子天线运行。为了单独控制或者选择网孔11，在端环2之一上设置外部端子12。在此，外部端子12分别设置在端环电容7的相对的末端上。在此，表面波阻塞装置(Mantelwellensperre)13分别连接在所述外部端子之前或之后。
图3示出根据第二实施例的磁共振天线1的与图2相对应的剖视图。与第一实施例的不同，纵向导体3这里仅仅由两个纵向导体段6组成，在所述纵向导体段之间分别接入纵向电容9。端环2的端环段5再次通过端环电容7连接。但是，除了寄生电容10之外，现在在端环分段8上的点和屏蔽4上的相邻点之间还设置导电连接14，其中在该导电连接中分别接入相同的开关电容15。也即在这种情况下屏蔽电容由寄生电容10和开关电容15组成。与前面实施例的不同，外部端子16不是设置在端环电容7的两侧，而是设置在开关电容15的两侧。如此设计屏蔽电容、也即寄生电容10和开关电容15以及端环电容7和纵向电容9，使得所有四个共振频率重合，因此可以独立控制或者选择各个网孔11。
同样与第一实施例不同，在纵向导体3的每一个上都设置开关元件17，其中能够通过打开所有的开关元件17而使天线失谐或者使天线完全去激励。开关元件17例如可以被构成为二极管，其中在施加截止电压的情况下使天线失效。
在图4中示出了磁共振天线1的另一第三实施例。在这种情况下，纵向导体3仅仅包含一个纵向导体段6。这里纵向电容9接在端环段5和纵向导体段6的相邻末端之间，但是仅仅在唯一的侧、也即朝向端环。当然也可能在两侧设置纵向电容9。此外也可以设想一种实施形式，其中设置多个纵向导体段6，其中像在图2和3中那样分别在纵向导体段6之间中间连接纵向电容9并且在外部的纵向导体段6和一个或两个端环2之间设置纵向电容9。
在此，三个实施例的磁共振天线1是本地天线。
在此本地天线可以具有28cm的内径、也就是端环2的直径。屏蔽4的直径为30cm，使得在屏蔽4和端环2或者纵向导体3之间的间隔为1cm。在该实施例中，纵向导体的宽度预先规定为1.2cm，纵向导体3的长度为23cm。同样端环2宽1.2cm。如果没有设置开关电容15，则为纵向电容9预先规定大约为15pF的值，为端环电容7预先规定大约为30pF的值。

Claims (14)

1.圆柱形磁共振天线，其被构成为本地天线并且用于接收信号和/或产生场，包含多个在磁共振天线(1)的纵向方向上延伸并且在切线方向上彼此相间隔并相互平行对准布置的纵向导体(3)和两个连接纵向导体(3)的末端、在切线方向上环绕的端环(2)，其中
-纵向导体(3)由一个或多个在纵向方向上连续布置的纵向导体段(6)组成，其中在两个紧接的纵向导体段(6)之间和/或在至少一个与端环(2)相邻的纵向导体段(6)和所述端环(2)之间接入至少一个对每个纵向导体(3)基本上相同的纵向电容(9)，
-两个相邻的纵向导体(3)和连接所述两个相邻的纵向导体的端环分段(8)分别形成网孔(11)，和
-连接所述两个相邻的纵向导体(3)的端环分段(8)分别包含至少两个端环段(5)，在所述端环段之间接入至少一个对所有端环分段(8)基本上相同的端环电容(7)，其特征在于，
磁共振天线(1)包含以平面方式包围所述磁共振天线的由导电材料制成的接地屏蔽(4)，所述屏蔽经由屏蔽电容与纵向导体(3)和端环(2)耦合，其中如此设计纵向电容(9)、端环电容(7)和屏蔽电容，使得磁共振天线(1)不依赖于控制的方式而始终具有相同的共振频率。
2.按照权利要求1的磁共振天线，其特征在于，由寄生电容(10)确定屏蔽电容。
3.按照权利要求1的磁共振天线，其特征在于，由寄生电容(10)和开关电容(15)确定屏蔽电容，所述开关电容接入使屏蔽(4)与纵向导体(3)和/或端环(2)相连接的连接导体(14)中。
4.按照权利要求3的磁共振天线，其特征在于，连接导体(14)分别在网孔(11)的边角点或网孔(11)的端环分段上的点和屏蔽(4)上的相邻点之间延伸，其中连接导体(14)连接在一个和/或两个端环(2)上。
5.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，通过处在屏蔽(4)和端环(2)和纵向导体(3)之间的具有大于1的介电常数的材料来调整屏蔽电容。
6.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，磁共振天线(1)的外部端子(12)在至少一个端环(3)的端环分段(8)上分别设置在端环电容(7)的两侧。
7.按照权利要求6的磁共振天线，其特征在于，表面波阻塞装置(13)连接在端子(12)之前或者之后。
8.按照权利要求1至5之一的磁共振天线，其特征在于，磁共振天线(1)的外部端子(16)对于每个网孔设置在端环分段(8)的点和屏蔽(4)的相邻点上。
9.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，多个串联的纵向电容(9)设置在纵向导体(3)上。
10.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，屏蔽(4)到端环(2)和纵向导体(3)的间隔小于端环(2)的半径的一半。
11.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，在纵向导体(3)和/或端环分段(8)中设有开关元件(17)、特别是二极管，经由所述开关元件能够使网孔(11)和/或磁共振天线(1)去激励。
12.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，磁共振天线(1)包含至少4个、特别是8个网孔(11)。
13.按照上述权利要求之一的磁共振天线，其特征在于，纵向导体(3)和端环(2)由铜带组成。
14.具有按照权利要求1至13之一的集成圆柱形磁共振天线(1)的磁共振设备。
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