CN101226230B - 高频线圈装置 - Google Patents

Abstract

一种高频线圈装置，包括多个构成基本线圈(4，23)的、带有其中错接的电容(6)的印制导线(3，22)，其中，不同基本线圈(4，23)的印制导线(3，22)在节点(8，24)上交叉，其中，至少在所述节点(8，24)的一部分上设置至少一个开关装置(10)，用于选择性地、可逆地连接用来构造不同的线圈几何形状的印制导线(3，22)。

Description

高频线圈装置

技术领域

本发明涉及一种高频线圈装置，包括多个构成基本线圈的、带有其中错接的电容的印制导线(Leiterbahn)，其中，不同基本线圈的印制导线在节点上交叉。

背景技术

这种类型的高频线圈装置被用在磁共振设备中。在那里高频线圈装置满足了双重功能。一方面，其用来产生激励待检查的区域中核自旋的高频场；另一方面其还用来接收测量信号。在高频线圈装置中综合了多个单个线圈或者说基本线圈，这些线圈通常在构成重叠区域的条件下重叠。可以这样构造该重叠区域，使得基本线圈相互去耦合，这意味着，它们在发送和接收过程中相互不影响。

高频线圈装置的单个线圈的大小和安排构成了设计标准。尽管利用大的线圈可以在高的渗透深度的条件下实现高的测量场，但是这些大的线圈由于大的面积而具有差的信噪比。在采用较小的线圈的条件下尽管可以改善信噪比，为此却减小了渗透深度和测量场。此外，还要注意测量和计算时间的因素。

因此，对于特定的应用有针对性地制造高频线圈装置，使得对于不同的应用情况采用不同的高频线圈装置。这样，在这些应用之间要求更换高频线圈装置，这点是花费高的或者(特别是在嵌入的高频线圈装置的情况下)甚至是不可能的。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种允许在不同的应用领域中多方面的使用能力的高频天线装置。

为了解决上述技术问题，在本文开始部分提到类型的高频线圈装置中，至少在所述节点的一部分上设置至少一个开关装置，用于选择性地、可逆地连接用来构造不同的线圈几何形状的印制导线。

这点基于这样的思路：实现一种可以按照不同的线圈几何形状而设置的高频线圈装置。例如，在不必更换高频线圈装置的条件下，应该可以如同多个小的线圈一样地实现一个或数个大的线圈。按照本发明，这点如下实现：在节点上交叉的印制导线不是相互地通过，而是在那里设置开关装置，通过后者可以选择连接哪些印制导线在那里的末端。因此，除了一个基本线圈的印制导线相互连接的正常情况之外，其它错接也是可能的，从而可以实现不同的线圈几何形状。

因此，可以有利地将单个的高频线圈装置用于不同的应用中。在此，不仅可以按照形状和大小改变线圈，而且也可以例如将特定的线圈挑选出来并且使得其它的无效。

特别是，利用按照本发明的高频线圈装置也可以通过对线圈几何形状的适当选择实现测量时间的减小。因为可以根据不同的身体区域利用线圈几何形状单独地设置灵敏度。由此，预先确定了检查的持续时间，这点在许多情况下显著地节省了对应的检查的时间花费。特别是，在并行成像中可以根据灵敏度实现更迅速的重建时间。

在较大的高频线圈装置中，尤其也可以考虑产生其中在特定的区域中具有不同的大小的线圈几何形状。即，如果例如应该按照较高的灵敏度拍摄特定的身体区域，则可以在该区域中采用尽可能小的线圈、特别是基本线圈。其它其中要求较低分辨率的区域则采用较大的线圈，使得在此可以更快地执行读出和重建，并且形成更少的数据。

在从基本线圈至较大的以及其它形式的线圈的过渡中，尤其要注意：通常共振被移动，这意味着，随后不能给出新成形线圈的所希望的灵敏度，因为错接的电容没有被调谐在线圈的电感上。因此可以提供装置，以便再次建立谐振条件。为此，合适的可以是将电容的一部分构成电容二极管。这种电容二极管(也被称为变容二极管)的特征在于可以被设置为不同的电容。由此给出了在不同的线圈几何形状条件下实现谐振条件的极好的途径。在此，该电容二极管可以被运行在电抗的区域、即在截至区域。因为由此没有电流流动，也不会通过电阻出现额外的噪声，从而几乎不会使得信噪比恶化。为每个电容二极管分配一个直流电压源，后者的当前电压值决定了电容值。

如果这样设置基本线圈的重叠区域使得通过重叠可以实现单个基本线圈的去耦合，则可能通过线圈几何形状的改变而丧失该去耦合。这点可以按照不同、必要时也相互组合的方式来应对。

一方面，可以考虑这样选择线圈几何形状，使得重叠区域在印制导线新的错接的条件下也可以去耦合。例如，可以将相邻的重叠区域横越地错接并且由此继续地使用。

此外，可以这样选择线圈几何形状，使得在偏离基本线圈的条件下实现相互间隔开的线圈。这样这些线圈相互不影响或者极少有影响。

不过，也可以在数学上描述单个线圈相互施加的影响。这样，可以考虑在图像处理或者重建的框架内实现线圈的去相关。

最后，特别是在已经提到的应用电容二极管的条件下，存在通过对电容对应的调整进行电容去耦合的可能性。

自然地，在这种高频线圈装置的条件下这样提供单个线圈的连接，使得在所有可以考虑的线圈几何形状中每个线圈可以被适当地控制用于发送并且接收信号可以由该线圈进行。线圈连接的精确的设置取决于高频线圈装置的具体实施方式。

所述基本线圈可以基本上是矩形的或者基本上是圆形的。例如，在矩形的线圈条件下，经常在拐角区域设置倾斜延伸的连接导线。在该倾斜延伸的印制导线区域中也存在与相邻线圈的印制导线对应的交叉点。在该节点的区域中将否则宽地(例如作为铜条)构造的印制导线窄地进行构造。此时可以借助于按照本发明提供的开关装置将这些在节点上的窄的印制导线片段选择性地相互连接，以便产生不同的线圈几何形状。

对于该开关装置的具体实施方式可以考虑多种变形。因此，所述开关装置可以被构造为静电继电器和/或半导体开关和/或电开关。在静电继电器中借助于单个装置例如可以同时进行印制导线的不同连接，该继电器具有这样的优点：必要时该继电器作为唯一的开关装置就已经足够了。这样，可以为每个节点设置一个这样的继电器，该继电器的不同位置对应于不同的线圈几何形状。不过，作为替换，也可以通过半导体开关或者电开关建立或者断开节点的特定印制导线片段的连接，其中，将这些开关分别分配给特定的连接段。在此，半导体开关、特别是CMOS开关是优选的，因为其具有极小的电容。

如果将开关作为开关装置使用，则合适地在每个可切换的节点上设置六个作为开关构成的开关装置。借助于六个这样的开关可以建立四个到达该节点的印制导线片段的每个可能的连接，从而在该实施方式中针对可能的线圈几何形状存在最大可能的灵活性和设计自由。

可以合适地通过控制装置对所述开关装置进行控制。所有允许对开关装置进行控制的部件被视为属于本发明意义下的控制装置。在此，高频线圈装置可以包括通过其进行控制的、自身的电子装置，不过，也可以考虑仅仅从外部对例如继电器(其可以通过简单的信号被带到另一个状态)进行控制，从而在该高频线圈装置中不再需要其它的电子装置。

通过控制装置产生针对不同的开关装置的控制信号。为了传输该控制信号可以特别具有优势地提供总线系统。在这种总线系统中可以单独地寻址每个开关装置。

为了将控制信号传输至开关装置基本上可以考虑两种变形。一方面，所述控制装置可以包括用于传输用来控制开关装置的控制信号的导线。在此，可以将单独的导线引至每个开关装置，在总线系统的情况下例如也可以将单个的开关装置顺序地相互连接。在此，控制装置可以优选地被构造用于通过印制导线返回所述控制信号，从而节省导线段。

在一种作为替换的实施方式中，所述控制装置可以被特别有利地构造用于通过所述印制导线传输用来控制所述开关装置的控制信号。在该实施方式中不需要额外的导线，但是(特别是在复杂的几何形状设置中)却要求对于不同开关装置的时间上错开的控制，因为在内部可能出现单个印制导线以及由此节点的绝缘。

两种可并行运行的控制变形也是可能的。一方面，可以通过控制装置选择特定的预先设定的线圈几何形状。这意味着，例如在存储器装置中存储开关装置对于特定的、经常使用的或者特别有利的线圈几何形状的设置，从而可以按照简单的方式进行选择。可以考虑的是，分别确定预定的线圈几何形状以便拍摄不同的器官或者身体部分。不过，也可以考虑表格，在这些表格中可以根据待拍摄的身体区域以及其它拍摄参数、例如所希望的分辨率来选择线圈几何形状。

作为替换或者额外地，所述开关装置也可以被单独地控制，这意味着，可以对于每个开关装置独立地选择具体开关设置。由此实现了尽可能大的设计灵活性。

(必要时预先设定的)线圈几何形状可以或者通过操作人员或者通过磁共振设备的控制计算机来选择。例如，自动的选择可以根据关于待拍摄的区域或者其它的拍摄参数的认知通过这种控制计算机来进行。使用者可以通过对应地构造的输入装置进行选择。

可以按照不同的方式选择高频线圈装置的具体实施方式。例如，可以将高频线圈装置构造为全身线圈装置或者构造为局部线圈装置、特别是头部线圈装置或者置于身体上的局部线圈。在此，所述印制导线可以被设置在印刷电路板或者柔软的塑料上。在柔软的塑料上的设置的条件下，可以将高频线圈装置置于患者之上，使得该装置与患者的形状匹配并且由此允许尽可能地靠近待检查的患者区域。在两种情况下可以考虑的是，将必要时设置的用于传输开关装置的控制信号的导线设置在与印制导线相对的一侧、必要时设置在对应的绝缘层之后。

这种高频线圈装置也可以被至少部分地集成在磁共振设备的患者卧榻中。

除了高频线圈装置之外，本发明还涉及一种磁共振设备，包括根据本发明的高频线圈装置。

如上面已经说明的那样，由此(必要时在采用磁共振系统的可能的其它系统的条件下)可以依赖于不同的应用情况对高频线圈装置进行自动的控制。为此，该磁共振设备可以包括被构造用于控制所述高频线圈装置的控制计算机。例如，通过使用者经由对应的输入装置的输入，该控制计算机此时已知拍摄参数。例如，关于应该利用何种信号质量或者分辨率拍摄哪个身体区域的信息，可以被用于选择和设置特定的线圈几何形状。其可以是已经提到的预先设定的线圈几何形状，不过，也可以考虑，控制计算机确定与特定情况匹配的线圈几何形状并且单独地控制开关装置。

在此，也可以有利地考虑磁共振设备的其它系统的数据。例如，可以设置患者位置采集系统和/或患者定位系统和/或用于确定所述高频线圈装置的位置的系统，其中，所述控制计算机被构造用于在控制该高频线圈装置时考虑这些系统的数据。自然地，如果高频线圈装置与磁共振设备不具有固定的几何关系，才需要用于确定高频线圈装置的位置的系统。例如，在这种实施方式中，可以通过患者定位系统将患者定位为例如适合于拍摄肝脏。从该定位以及关于应该拍摄何种器官的知识出发，控制计算机此时可以确定最佳的线圈几何形状并且适当地控制高频线圈装置。

附图说明

本发明的其它优点和细节由下面描述的实施例以及借助于附图给出。附图中：

图1示出第一实施方式的高频线圈装置的俯视图，

图2示出一种在节点上的错接的可能性，

图3示出在高频线圈装置的背面上导线的可能路线，

图4示出在节点上的错接的第二可能性，

图5A至5E示出可以在高频线圈装置中设置的可能的线圈几何形状，

图6示出第二实施方式的高频线圈装置，以及

图7示出按照本发明的磁共振设备。

具体实施方式

图1示出第一实施方式的本发明的高频线圈装置1。其包括印刷电路板2，在该印刷电路板上设置了构成基本线圈4的印制导线3。在该情况下，设置了六个基本上矩形的基本线圈4，不过线圈矩阵可以被任意地扩大。基本线圈4在重叠区域5中重叠，该区域有助于单个基本线圈4的去耦合(几何去耦合)。

此外，在印制导线3中错接了电容6，这些电容对于针对基本线圈4的电感设置正确的谐振性能是必须的，并且必要时也可以有助于去耦合。电容6可以至少部分地作为电容二极管或变容二极管7构成，其中可以借助于所施加的直流电压调整电容。特别是，也可以将所有电容6作为电容二极管构成。通过电容二极管7的可变的电容可以在不同的线圈几何形状的条件下得到谐振条件。

此外，为每个基本线圈4设置外部连接34，通过后者在发送时在线圈上给出对应的高频信号以及在接收时可以测取接收信号。

如从图1中还可以看出的那样，离开节点8的印制导线3被作为宽的铜条构造，该铜条在节点8的区域内逐渐变细为窄的印制导线片段。

例如，可以将图1中示出的带有设置在印刷电路板2上的印制导线3的高频线圈装置，集成在磁共振设备的患者卧榻中。此外，也可以考虑作为设置在患者之上的局部线圈装置。这样，在印刷电路板2的没有通过印制导线3占用的区域中设置通路孔，通过该通路孔一方面可以看到患者，而另一方面可以节省材料。

由于重叠区域5的原因，在节点8上出现不同基本线圈的交叉印制导线3。此时，在这些节点8(在此其数目为14个)上分别设置至少一个开关装置，该开关装置允许选择性地和可逆地对相互会聚的四个印制导线片段进行不同的连接，如将参考图2和4详细解释的那样。

图2示出了在节点8上的错接。在每个该节点上印制导线3的四个片段9会聚在一起。此时在本例中设置了六个在此作为开关S1-S6构成的开关装置10。通过这六个开关S1-S6可以实现两个印制导线片段9之间的各种连接。

例如，如果要采用六个基本线圈4作为线圈几何形状，则在每个节点8上开关S5和S6闭合，而开关S1至S4断开。这样给出了由常规的高频线圈装置中公知的状态，即，在节点上不同基本线圈4的两个印制导线3没有接触地交叉。

不过，通过按照本发明设置的开关装置10在此可以得到任意的线圈几何形状，方法是对应地控制每个节点8的开关S1至S6。

作为开关S1-S6既可以采用电开关也可以采用半导体开关。半导体开关具有构成极小的附加电容的优点。

为了控制开关装置10，可以考虑不同的变形。在显示高频线圈装置1的印刷电路板2的背面的图3中示出了一个例子。可以看出，设置用于传输用来控制开关装置10的控制信号的导线11。导线11分别将单个节点8的开关装置10相互连接，其中，在此分别一个连接就足够了，因为采用了总线系统，通过该总线系统将对应的控制信号传输至可寻址的开关装置10、例如开关S1至S6。在此，通过印制导线3实现了回线。

控制信号由外部的控制计算机12产生，不过，高频线圈装置1也可以包括自身的电子装置13。

这里示出的通过总线系统的控制变形以及通过印制导线3的回线，仅仅是控制概念的一种可能的变形。例如，也可以为总线系统的回线设置单独的导线。同样可以考虑(不过由于复杂布线而优势较少)将单独的导线引至每个单独的开关装置10。

不过，控制也可以在总线系统的框架中采用印制导线3本身用于传输控制信号。但是，在此如果例如特定的节点8通过当前的连接不能立刻接收到控制信号的话，则要注意控制信号的时间顺序。

可以对单个的开关装置10进行个别的控制，不过，也可以考虑可以对于预定的线圈几何形状选择设置。这些设置随后可以被存放在控制计算机13或电子装置13的存储器装置中，并且可以在需要时被调出，从而不必麻烦地对每个开关装置10进行设置。例如，可以针对特定的拍摄参数或者针对特定的身体区域(必要时在表格中结合)来确定预定的线圈几何形状。

图4示出了高频线圈装置1的节点8的实施方式的另一种变形。在该情况下，仅仅设置了一个开关装置10、即继电器14，通过该继电器可以按照不同的方式连接印制导线片段9。在此借助于实线15以及虚线16仅仅示出了两种可能性，不过，也可以考虑更多数量的设置。

图5A至5E示出了可能的、利用本发明的高频线圈装置1可以设置的线圈几何形状。还可以考虑大数量的其它几何形状，示出的例子仅仅被理解为如此。为了简单起见，在此分别仅仅示出了起作用的印制导线3以及由此被有效利用的线圈。

图5A示出了其中采用一个最大的线圈17来代替六个小的基本线圈4的线圈几何形状。由此，允许了大的处理场、高的渗透深度以及更迅速的测量，其中必须考虑到较差的信噪比。

图5B示出了其中采用两个相互间隔开的线圈18(它们分别是一个基本线圈4的两倍大)的线圈几何形状。通过两个线圈18的间隔使得可以去耦合。

图5C示出了采用三个两倍大小的线圈18，其中，这样选择在重叠区域中的错接，使得已经出现尽可能好的去耦合。进一步的去耦合可以例如通过数学上的校准来进行。

图5D示出了其中实现了局部不同的拍摄参数的线圈几何形状。在高频线圈装置1的左侧区域设置了一个具有基本线圈4的两倍大小的线圈18。与其间隔开地在高频线圈装置1的右侧区域采用了两个基本线圈4。

图5E说明了在选择所采用的线圈的形状中的自由。在该线圈几何形状中采用了两个分别通过三个矩形的基本线圈4构成的线圈19。

图6中示出高频线圈装置20的另一种实施方式。在柔软的塑料21上设置的印制导线22构成了错开设置的圆形基本线圈23，后者分别通过重叠区域去耦合。在此，印制导线22还构成交叉点24，在这些交叉点上设置开关装置，该开关装置允许选择性地连接在那里依次出现的印制导线22的片段，如在图2和4中示出的那样。例如，这种高频线圈装置20构成了所谓的线圈覆面，其可以被置于患者或者待检查的身体区域之上。

图7示出了按照本发明的磁共振设备25。在机壳26(在该机壳中例如构成了基本磁铁和梯度线圈)内构造了一个患者卧榻28可以驶入的患者空间27。在患者卧榻28中集成了一个按照本发明的高频线圈装置29。作为替换或额外地，可以将另一个高频线圈装置30作为可置于患者之上的线圈覆面固定在患者卧榻28上。也可以考虑作为头部线圈构成的按照本发明的高频线圈装置31。通过磁共振设备25的控制计算机12对所有提供的高频线圈装置29、30、31进行控制。该控制计算机确定或者说选择一种对于所希望的拍摄参数(特别是对于待拍摄的身体区域以及拍摄质量)最佳的线圈几何形状。在此，也可以优选地利用用于确定患者的位置和/或用于患者定位的系统32的数据，从而例如靠近感兴趣的身体区域构造小的线圈，而远处设置较大的线圈或甚至不再设置线圈。按照这种方式，可以将线圈的几何形状与具体的待实施的拍摄进行自动的匹配。

自然，也可以考虑，由使用者通过输入装置33来选择线圈几何形状的设置。

Claims (17)

1.一种高频线圈装置，包括多个构成基本线圈(4，23)的、带有其中错接的电容(6)的印制导线(3，22)，其中，不同基本线圈(4，23)的印制导线(3，22)在节点(8，24)上交叉，其中，至少在所述节点(8，24)的一部分上设置至少一个开关装置(10)，用于选择性地、可逆地连接结束于节点的、用来由两个或多个基本线圈构造不同的线圈几何形状的印制导线(3，22)，并且其中，设置用于控制所述开关装置(10)的控制装置，其特征在于，至少六个基本线圈(4，23)在线圈矩阵中重叠地设置，并且，能够单独地控制所述开关装置(10)，使得对于每个开关装置(10)能够独立地选择具体的开关位置。

2.根据权利要求1所述的高频线圈装置，其特征在于，所述基本线圈(4，23)是矩形的。

3.根据权利要求1所述的高频线圈装置，其特征在于，所述基本线圈(4，23)是圆形的。

4.根据权利要求1所述的高频线圈装置，其特征在于，所述开关装置(10)被构造为静电继电器(14)和/或半导体开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)和/或电开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)。

5.根据权利要求1所述的高频线圈装置，其特征在于，为每个节点(8，24)设置六个作为开关(S1，S2，S3，S4，S5，S6)构成的开关装置(10)。

6.根据权利要求1所述的高频线圈装置，其特征在于，所述控制装置包括总线系统。

7.根据权利要求1所述的高频线圈装置，其特征在于，所述控制装置包括用于传输用来控制所述开关装置(10)的控制信号的导线(11)。

8.根据权利要求7所述的高频线圈装置，其特征在于，所述控制装置被构造用于通过所述印制导线(3，22)返回所述控制信号。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的高频线圈装置，其特征在于，所述控制装置被构造用于通过所述印制导线(3，22)传输用来控制所述开关装置(10)的控制信号。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的高频线圈装置，其特征在于，能够通过所述控制装置选择预先设置的线圈几何形状。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的高频线圈装置，其特征在于，所述电容(6)的至少一部分被作为电容二极管(7)构成。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的高频线圈装置，其特征在于，所述印制导线(3，22)被设置在印刷电路板(2)或者柔软的塑料(21)上。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的高频线圈装置，其特征在于，其被作为全身线圈装置或者作为局部线圈装置构成。

14.根据权利要求1至8中任一项所述的高频线圈装置，其特征在于，其被至少部分地集成在磁共振设备(25)的患者卧榻(28)中。

15.一种磁共振设备，包括根据上述权利要求中任一项所述的高频线圈装置(1，20，29，30，31)。

16.根据权利要求15所述的磁共振设备，其特征在于，其包括被构造用于控制所述高频线圈装置(1，20，29，30，31)的控制计算机(12)。

17.根据权利要求16所述的磁共振设备，其特征在于，设置了患者位置采集系统(32)和/或患者定位系统(32)和/或用于确定所述高频线圈装置(1，20，29，30，31)的位置的系统，其中，所述控制计算机(12)被构造用于在控制该高频线圈装置(1，20，29，30，31)时考虑所述患者位置采集系统(32)和/或所述患者定位系统(32)和/或所述用于确定所述高频线圈装置的位置的系统的数据。