CN102375131A - 信号的预处理设备、局部线圈和提供辅助频率信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁共振装置(1)中的局部线圈(6)的接收信号的预处理设备(11，19)，其中，该预处理设备具有用于提供辅助频率的至少一个辅助频率信号的装置，该装置对于至少一个或所述辅助频率信号，特别是所有辅助频率信号，包括倍频器(16，16a，16b，23)，特别是两倍倍频器，用于从一个由磁共振装置(1)的接收系统(9)通过传输段(12)传输的、具有相应于辅助频率的整数分之一的频率、特别是一半的辅助频率的中间信号中产生辅助频率信号。

Description

信号的预处理设备、局部线圈和提供辅助频率信号的方法

技术领域

本发明涉及一种用于局部线圈的接收信号的预处理设备、一种局部线圈和一种用于提供在与用于磁共振装置的局部线圈对应的用于接收信号的预处理设备处的辅助频率的至少一个辅助频率信号的方法。

背景技术

近年来如下的建议变为公知，即按照这些建议，应当在用于磁共振装置的局部线圈中或者至少在局部线圈的范围中进行用于接收信号的信号处理的一部分。

为了拍摄具有高信噪比的磁共振图像，在磁共振装置中越来越多地利用所谓的局部线圈工作。在此，在待拍摄的对象中的激励的核在局部线圈的线圈导体中感应出一个电压，该电压通常利用低噪声的预放大器(LNA)被放大并且最后在磁共振频率情况下(发送频率)被电缆连接地传输到接收系统的接收器的输入端。为了进一步改善信噪比，在高分辨的磁共振图像中也采用其基本场强位于三特斯拉或更高值的所谓的高场设备。

这些局部线圈通常通过合适的插槽连接到患者卧榻。由于患者卧榻的运动性，通常需要数米长的电缆连接线，以便将接收的信号传输到接收系统。特别是还公知具有多个单独的、每个提供一个接收信号的线圈元件(Loops，环)的局部线圈，从而通常对于这些所谓的接收信道的每一个都需要电线连接的传输段

从DE 10 2008 023 467 A1公知一种用于传输借助局部线圈接收的磁共振信号的装置。那里提出一个通过唯一的连接电线传输两个接收信号、然后复用(频率复用)的实施例。此外那里还提出，为了传输接收信号，使用低的中频，其中这样选择中频，使得其对称地位于随后的模拟数字转换器的采样频率附近。

为了将接收信号转换到中频，那里提出一种预处理设备，该预处理设备包括至少一个第一混频器和至少一个第二混频器。这些混频器作为频率转换器起作用并且利用两个不同的辅助频率信号(局部振荡器信号)，其中辅助频率信号通过同轴电缆被传输到预处理设备，所述同轴电缆同样被用于将(具有中频的)接收信号传输到磁共振装置的接收系统的接收器。在一个同轴电缆上还可以将一个或多个辅助频率信号传输到局部线圈并且将一个或多个(转换到中频的)磁共振信号从局部线圈传输走。

出于辅助频率信号处理的考虑而必须对传输段提出的要求，比出于中频信号处理的考虑的要求低。在馈入点，线路衰耗可以在很大程度上通过提高馈入功率来均衡。然而随着辅助频率信号的频率上升，通过取决于运动和/或取决于时间和温度的相位过程

以及通过由断续性(例如插接连接)引起的反射(电平不安全性，Pegelunsicherheiten)产生越来越多的问题。

作为磁共振频率(发送频率)加上/减去中频来计算在DE 10 2008 023 467 A1的上述例子中要求的辅助频率。从大约150MHz的辅助频率起，所描述的效应促使这样匹配传输段，使得越多地利用由DE 10 2008 023 467 A1描述的优点：电缆的薄的和便宜的布置，便宜的、例如非同轴电缆的插接连接器的使用，用于选择确定的线圈元件的开关的窄带的布置。

例如，如果对于具有七特斯拉磁共振系统的运行使用在DE 10 2008 023 467A1中描述的、具有其以10MHz采样时钟镜像对称布置的中频的接收系统，则得到所要求的285MHz和305MHz的辅助频率信号对。在这些辅助频率的情况下通过使用中频而获得的优点又再次丢失。

在此还要指出的是，可以在局部线圈侧设置通过预处理设备的其他种类的预处理，这些预处理同样要求传输辅助频率信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提出一种在预处理设备中提供高频辅助频率信号的可能性，其中还可以进行电线连接的传输段的简单并成本低的布置。

为了解决上述技术问题，按照本发明在用于局部线圈的接收信号的预处理设备中设置，使得其具有用于提供辅助频率的至少一个辅助频率信号的装置，该装置对于至少一个或所述辅助频率信号，特别是所有辅助频率信号，包括倍频器，特别是两倍倍频器(Frequenzverdoppler)，用于从一个由磁共振装置的接收系统通过传输段传输的、具有相应于辅助频率的整数分之一(ganzzahligeBruchteil)的频率、特别是一半的辅助频率的中间信号中产生辅助频率信号。

按照本发明因此提出，将预处理设备扩展一个倍频器，使得可以从通过传输段从接收系统提供的、低频的中间信号中产生辅助频率信号。在此在许多实际情况中足够的是，设置一个倍频器，使得中间信号具有为辅助频率的一半的频率。以这种方式确保，传输的频率也关于辅助频率信号保持为低，从而可以使用简单的、特别是薄的和便宜的电缆。这点特别是在高场系统、例如在七特斯拉的情况下是值得期望的，在该高场系统中采用具有多个线圈元件、例如128个接收信道的局部线圈，因为此处需要大量电缆。同时本发明允许采用小的和简单的、例如非同轴电缆的插接连接器。按照本发明的装置提供的另一个优点在于，在合适选择倍增系数的情况下，没有修改地在具有较高基本场的系统、例如七特斯拉系统中，也可以使用来自于具有低的基本场的，例如来自于三特斯拉系统的系统组件。这些系统组件例如可以是卧榻接线、用于将接收信道与接收器的输入端对应的开关矩阵、局部振荡器(合成器)、中频接收器等。

按照本发明的预处理设备特别具有优势地还可以在本文开头已经讨论的、按照DE 10 2008 023 467 A1的频率复用的范围内被采用。如所述的，那里首先在具有高的基本场的磁共振装置中迄今为止出现可以通过按照本发明的设置倍频器来克服的问题。

在本发明的另一种实施方式中可以设置，具有用于传输至少一个接收信号和至少一个中间信号的唯一的电线连接的传输段。由此多次利用例如可以包括至少一个同轴电缆的电线连接的传输段。还可以考虑如下的实施方式，在该实施方式中通过用于传输至少一个接收信号而使用的传输段，必要时除了至少一个中间信号之外，附加地传输例如不要倍增的、但是要作为被传输的而使用的辅助频率信号。

在这样多重利用一个传输段的情况下，还可以为倍频器设置复用器，特别是双工器，用于从接收信号分离中间信号。然后将中间信号传输到倍频器，该倍频器产生辅助频率信号。

在传输多个中间信号的情况下，可以在倍频器后面或优选在其前面连接用于分离辅助频率信号或中间信号的复用器。如果在倍频器前面连接了辅助频率复用器，则仅需一个倍频器，因为该倍频器已经基于组合的中间信号起作用。然而因为在此会出现不期望的互调分量(Intermodulationsprodukte)，特别是在使用非线性频率倍增级(Frequenzvervielfachungsstufe)的情况下，可以设置，复用器除了构造为用于频谱分离不同的中间信号之外还用于抑制该不期望的互调分量。

然而在本发明的范围内具有优势的是，在深的频率位置，即关于中频，就已经进行信号的频谱分离。在这种情况下需要至少两个倍频器，然而优选地对倍频器的动力学要求下降(这点基于，中频信号与各个单个频率相比具有更大的峰值功率(PEP，peek envelope power，峰值包迹功率))。此外在这样的装置中不再出现中间信号的干扰的互调分量。

此外，预处理设备还可以包括至少一个混频器，该混频器在使用辅助频率的条件下将接收信号转换为低的中频。当应当使用在DE 10 2008 023 467 A1中描述的概念时，这点例如是有用的。

按照特别具有优势的实施方式，倍频器可以是无源的倍频器，特别是二极管倍频器。以这种方式避免，在预处理设备的外壳中或者如果该部分是局部线圈，则在局部线圈外壳中附加地消耗电功率。

在此还要再次指出，原则上不是必须将所有的中间信号分别倍增，以便从中直接产生辅助频率信号。例如可以考虑这样的装置，在该装置中通过倍频器仅将中间信号倍增，例如增加一倍，以便传输到至少一个混频器，该混频器的另一个输入通过不变地传输到预处理设备的辅助频率信号形成。于是在混频器的输出端施加期望的辅助频率信号。例如还可以使用两个辅助频率信号和一个中间信号，即，通过倍频器要倍增到其频率的中间信号，该中间信号然后被传输到第一或第二混频器，这些混频器的其他输入端施加这两个传输的辅助频率信号，以便这样产生第一和第二最后期望的辅助频率信号。以这种方式，此外这两个不要倍增、但要传输的辅助频率信号的信号分离(demultiplex)还是简单的，因为在将单个辅助频率信号输出到每一个混频器之前，首先可以将相应的组合的信号给出到用于分离的复用器。因为在混频器之前进行频谱分离，所以其可以在技术上更简单地实现，因为相对的频率间隔更大。如上面关于在倍频器之前连接复用器，此处成立的是，对混频器的动力学要求更低。这样的装置的另一个优点是，可以这样选择两个不要倍增的、传输的辅助频率信号的频率间隔，使得其相应于通过混频器产生的最后期望的辅助频率信号的频率间隔，当根据预定的频率间隔构造局部振荡器时，这是具有优势的。同样，如上所述，还简化了复用器(分离滤波器)的尺寸。

在一个实施方式中预处理设备可以实施为例如可以连接在线圈插头和患者卧榻上的插槽之间的单独的装置。

除了预处理设备之外，本发明还涉及一种具有这样的按照本发明的预处理设备的局部线圈。即，在该第二实施方式中，预处理设备是局部线圈的固定的部分并且特别是集成在局部线圈外壳中。关于预处理设备的所有的解释可以类似地移植到按照本发明的局部线圈。

最后本发明还涉及一种用于提供在与用于磁共振装置的局部线圈对应的、用于接收信号的预处理设备上的辅助频率的至少一个辅助频率信号的方法，其中对于至少一个辅助频率信号，特别是所有辅助频率信号，将具有相应于辅助频率的整数分之一的频率的中间信号通过传输段从接收系统传输到预处理设备并且借助倍频器从中间信号中产生辅助频率信号。同样按照本发明的方法也基于如下思路：首先传输中间信号，其频率是实际上期望的辅助频率信号的频率的几分之一，以便然后将其，特别是在预处理设备中，借助倍频器转换到期望的辅助频率。以这种方式可以实现关于按照本发明的预处理设备已经讨论过的优点。

在此特别合适的是，在接收系统侧产生中间信号，特别是借助局部振荡器。即已经在如下频率上产生中间信号，在后面还要以该频率通过传输段传输该中间信号。当然还可以考虑，采用合适的电子电路，以便首先将信号转换到低的频率，然而这点与提高的开销相关。

可以使用传输段来传输至少一个中间信号以及至少一个特别是位于中频的接收信号。在这种情况下如上所述可以使用不同的复用器；一般地可以设置，为了分离通过传输段传输的不同的信号而使用至少一个复用器。具有优势的是，传输用于产生多个辅助频率信号的中间信号，在频率提高之前进行中间信号的分离，因为如上所述，这样可以降低对于倍频器或混频器的动力学要求并且特别是不会出现干扰的互调分量。

此外当除了至少一个在预处理设备中要倍增的中间信号之外通过传输段传输两个或多个辅助频率信号，然后在后面通过混频器通过与从中间信号产生的辅助频率信号混合而要将其转换到一个更高的频率时，也是这样。换言之也就是可以通过混合至少一个借助倍频器产生的辅助频率信号与另一个辅助频率信号来产生至少另一个辅助频率信号。然后又有意义的是，在混合之前已经通过复用器(分离滤波器)分离为混频器共同传输的辅助频率信号。

附图说明

从以下描述的实施例以及借助附图得到本发明的其他优点和细节。其中，

图1示意性示出了一种磁共振装置，

图2示出了按照本发明的局部线圈的第一实施例，

图3示出了按照本发明的局部线圈的第二实施例，和

图4示出了按照本发明的预处理设备。

具体实施方式

图1以原理图形式示出了磁共振装置1。其包括具有患者容纳空间3的磁铁2，在其上可以放置待拍摄的对象、此处是患者5的患者卧榻4可以驶入该患者容纳空间3中。围绕整个患者容纳空间3设置全身线圈7，该全身线圈在取决于基本磁场的强度的发送频率的情况下可以发送激励在患者5中的核的信号。在本情况下，磁共振装置1是具有297.2MHz发送频率(通常也称为磁共振频率)的高场系统，其中该值如在该实施例的范围中提到的所有其他值一样视为示例性的。

借助放置在患者5上的局部线圈6要拍摄接收信号(磁共振信号)。该局部线圈可以通过在患者卧榻4中设置的插槽8连接。在此要将局部线圈6的接收信号通过传输段传输到磁共振装置1的接收系统9。因为为此必须使用数米长的电缆连接、特别是包括的同轴电缆，所以值得期望的是，尽可能简单和成本低地实现该电缆连接。在示出的实施例中这点是可能的并且还可以这样实现，因为如以下还要详细解释的，其允许本发明通过传输段传输仅低频的信号。

图2此时示出按照本发明的局部线圈6的第一实施方式的原理图。其首先包括多个单个线圈元件(Loops)10，在此为清楚起见仅示出其中的两个。此外设置，也就在局部线圈6内部处理接收的磁共振信号，为此在局部线圈外壳中布置预处理设备11。在示出的装置中的目标是，在局部线圈6中就将两个示出的线圈元件10的接收信号转换到两个不同的中频，以便这样将在该频率中的两个接收信号通过电线连接的传输段12传输到接收系统9。为了产生中频(ZF1，ZF2)，必须提供两个辅助频率信号(LO1，LO2)。在设置在频率转换模块13中的混频器14中为了将接收信号转换到中频需要该辅助频率信号。

此时不设置，直接通过传输段12从接收系统9提供辅助频率信号LO1和LO2。这点基于，例如为了产生都与系统时钟10MHz相隔2.2MHz的7.8MHz和12.2MHz的中频，需要在提到的发送频率下的285MHz和305MHz的辅助频率，其需要更贵和更复杂地采用传输段12。

替代在图2中示出的实施例，在接收系统9中产生两个中间信号，此处称为SS1和SS2，其频率为所需的辅助频率的一半，由此为142.5MHz的中间信号和152.5MHz的中间信号。这些中间信号通过由此对于中间信号以及对于在中频上的接收信号都利用的传输段12被传输到预处理设备11。

在那里其首先遇到双工器15(分离滤波器)，其分离在中频上的接收信号和中间信号。然后中间信号被传输到倍频器16，此处是两倍倍频器。在此从中间信号SS1和SS2中产生辅助频率信号LO1和LO2，其然后借助另一个双工器17被分离。其然后分别被分离地传输到混频器14，从而产生不同的中频ZF1和ZF2。

这样频率转换的接收信号被传输到双工器18，该双工器将这两个接收信号综合到中频并且通过双工器15最后传导到传输段12，那里其然后可以被传输到接收系统9。

要指出，在此处示出的情况下LO双工器17除了频谱分离两个分量之外还用于抑制在非线性两倍增级(两倍倍频器16)中从两个中间信号SS1、SS2中产生的、不期望的互调分量。

图3示出相对于图2的实施方式来说优选的局部线圈6′的实施方式，其中为了简化显示，对于相应的元件使用相同的附图标记。与图2不同，双工器此处构造为，用于在通过倍频器16A、16B，此处是两倍倍频器，对于两个中间信号分离地进行两倍倍频(Frequenzverdopplung)之前，分离中间信号SS1、SS2。在此在深的频率位置，即，在142.5MHz和152.5MHz的情况下，已经进行频谱分离。存在两个分开的两倍倍频器16A、16B。由此，对两倍倍频器16A、16B的动力学要求降低了6dB，因为两倍频率信号与各个单个中间信号相比具有大6dB的峰值功率(PEP，peek envelope power，峰值包迹功率)。在该装置中不出现干扰的互调分量。

在此还要指出，原则上当然还可以，以示出的方式复用多于两个接收信号，然而其中这与更高的开销相关。然后也需要更多数量的辅助频率信号。

在图2和3中示出的作为集成在局部线圈6的局部线圈外壳中的预处理设备11，此外还可以构造为例如可以设置在线圈插头和患者卧榻4上的插槽之间的单独的组件。

此时图4示出以用于具有N个发送信道K1-KN的局部线圈的预处理设备19形式的、本发明的另一个优选实施方式。在图4的左边示意性示出相应的信号输入端。同样在该情况下可以分别综合两个将接收信号转换到不同的中频ZF1，ZF2并且在复用方法中通过共同的电缆传输到接收系统9中的接收信道，从而如图4的右边所示，仅需要N/2个传输段。

按照图4的实施例此外还示出在如下系统中实现本发明的可能性，在该系统中出于频率规划原因必须满足如下规定，该规定排除了例如不是5MHz的整数倍的中间信号频率和辅助信号频率的选择。

在按照图4的实施例中，为了产生具有285MHz和305MHz的辅助频率的、两个所需的辅助频率信号LO1，、LO2，利用两个传输的辅助频率信号和一个中间信号，即，85MHz上的中间信号A，其在本实施例中通过与信道K1和K2对应的第二传输段S1传输，以及在115MHz和135MHz上的辅助频率信号对B1和B2，其通过与信道K3和K4对应的传输段S2到达预处理设备19。通过其余的传输段，不传输中间信号或辅助频率信号。

此时从三个信号A、B1、B2如下产生辅助频率信号LO1和LO2：首先如图2和图3所示通过双工器15将中间信号A或辅助频率信号B1、B2从中频ZF1、ZF2上的接收信号分离。对于辅助频率信号对B1、B2，连接另一个双工器21，使得然后辅助频率信号B1和B2分离地呈现。与此并行地，将中间信号A通过倍频器23，此处还是两倍倍频器，倍增到170MHz以形成辅助频率信号LA。将辅助频率信号LA通过信号分配器24倍增并且分别作为输入信号传输到混频器25，其另一个输入端施加信号B1或B2。通过滤波器26选择产生的辅助频率信号LO1和LO2并且然后提供给具有频率285MHz和305MHz的系统。

由此，在将单个辅助频率信号B1、B2分别输出到每一个混频器25之前，将合成器辅助频率信号对B1、B2首先频谱地分解为其两个分量。在此信号对B1、B2的频谱分离在(此处)125MHz中频(Mittenfrequenz)的情况下比在295MHz中频的情况下辅助频率信号对LO1和LO2的(替换的)频谱分离在技术上更简单地实现，因为由于此处优选保持不变的20MHz的频率间隔而在低频情况下给出一个较大的相对频率间隔。此外类似于按照图3的实施方式，对混频器25的动力学要求下降6dB。

一次地提供辅助频率信号LO1和LO2，然后相应地对于用于产生中频ZF1，ZF2的各个信道，传输到具有混频器28的模块27。

图4示出的实施例此外还具有如下优点，使用的中间频率信号和辅助频率信号全部位于例如5MHz的预定网格(Raster)中。然而要指出的是，还可以独立于这样的网格(Rasterung)应用从两个辅助频率信号和一个中间信号产生两个辅助频率信号的示出的概念。此外还要指出，预处理设备19还可以是局部线圈的已经固定的组成部分。

在所有实施例中示出的倍频器16、16A、16B、23实施为二极管倍频器，即无源的倍频器。

附图标记列表

1      磁共振装置

2      磁铁

3      患者容纳空间

4      患者卧榻

5      患者

6      局部线圈

6′    局部线圈

7      全身线圈

8      插槽

9      接收系统

10     线圈元件

11     预处理设备

12     传输段

13     模块

14     混频器

15     频率分离器

16     倍频器

16A    倍频器

16B    倍频器

17     频率分离器

18     频率分离器

19     预处理设备

20     频率分离器

21     频率分离器

23     倍频器

24     信号分离器

25     混频器

26     滤波器

27     模块

28     混频器

ZF1，ZF2   中频

LO1，LO2     辅助频率信号

SS1，SS2     中间信号

K1-KN        发送信道

B1，B2       中间信道

Claims (14)

1.一种用于磁共振装置(1)中的局部线圈(6)的接收信号的预处理设备(11，19)，其特征在于，所述预处理设备具有用于提供辅助频率的至少一个辅助频率信号的装置，该装置对于至少一个或所述辅助频率信号，特别是对于所有辅助频率信号，包括倍频器(16，16a，16b，23)，特别是两倍倍频器，用于从一个由磁共振装置(1)的接收系统(9)通过传输段(12)传输的、具有相应于辅助频率的整数分之一的频率、特别是一半的辅助频率的中间信号中产生辅助频率信号。

2.根据权利要求1所述的预处理设备，其特征在于，设置了唯一的电线连接的传输段(12)，用于传输至少一个接收信号和至少一个中间信号。

3.根据权利要求2所述的预处理设备，其特征在于，为所述倍频器(16，16a，16b，23)设置了复用器，特别是双工器(15，20)，用于从接收信号中分离中间信号。

4.根据上述权利要求中任一项所述的预处理设备，其特征在于，在传输多个中间信号的情况下，在所述倍频器(16，16a，16b)后面或优选地在其前面连接用于分离辅助频率信号或中间信号的复用器(17)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的预处理设备，其特征在于，所述预处理设备还包括至少一个混频器(25)，用于通过混合至少一个借助所述或一个倍频器(23)所产生的辅助频率信号与另一个辅助频率信号来产生至少一个辅助频率信号。

6.根据上述权利要求中任一项所述的预处理设备，其特征在于，所述预处理设备还包括至少一个混频器(14，28)，该混频器在使用辅助频率的条件下将接收信号转换为低的中频。

7.根据上述权利要求中任一项所述的预处理设备，其特征在于，所述倍频器(16，16a，16b，23)是无源的倍频器(16，16a，16b，23)，特别是二极管倍频器。

8.一种包括了按照上述权利要求中任一项所述的预处理设备(11，19)的局部线圈(6)。

9.一种用于提供在与用于磁共振装置(1)的局部线圈(6)对应的、用于接收信号的预处理设备(11，19)处的辅助频率的至少一个辅助频率信号的方法，其中对于至少一个辅助频率信号，特别是对于所有辅助频率信号，将具有相应于辅助频率的整数分之一的频率的中间信号通过传输段(12)从接收系统(9)传输到预处理设备(11，19)并且借助倍频器(16，16a，16b，23)从中间信号中产生辅助频率信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在接收系统侧产生所述中间信号，特别是借助局部振荡器。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使用传输段(12)来传输至少一个中间信号以及至少一个特别是位于中频的接收信号。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，为了分离通过所述传输段(12)传输的不同的信号而使用至少一个复用器(15，17，18，20，21)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，传输用于产生多个辅助频率信号的中间信号，并且在频率提高之前进行中间信号的分离，

14.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，通过混合至少一个借助倍频器(23)或所述倍频器(23)产生的辅助频率信号与另一个辅助频率信号来产生至少另一个辅助频率信号。

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