CN102809734A - 局部线圈系统、发送装置、磁共振系统以及相应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于磁共振系统（1）的局部线圈系统，具有用于采集MR信号的至少一个局部线圈和用于从时变的磁场感应地接收用于局部线圈系统的能量的能量接收天线。所述能量接收天线能够调谐到或被调谐到低于待采集的MR信号的拉莫尔频率（530,534）并且高于大约20kHz的能量传输频率（520）。此外，描述了一种用于磁共振系统（1）的构造为向局部线圈系统发送能量的相应的发送装置（200,300,400）；一种具有这样的局部线圈系统和/或这样的发送装置的磁共振系统（1）；以及一种用于向局部线圈系统传输能量的方法。

Description

局部线圈系统、发送装置、磁共振系统以及相应的方法
技术领域
本发明涉及一种用于用来采集MR信号的磁共振系统的局部线圈系统，包括至少一个能量接收天线，该能量接收天线用于从时变的磁场感应地接收用于局部线圈系统的能量。此外，本发明还涉及一种用于磁共振系统的构造为向局部线圈系统发送能量的相应的发送装置，一种具有这样的局部线圈系统和/或这样的发送装置的磁共振系统，以及一种用于向局部线圈系统传输能量的方法。
背景技术
磁共振系统包括断层造影仪，在所述断层造影仪中将卧榻上的患者定位在圆柱形测量空间中。在测量空间中施加强磁场，该强磁场由于对多个梯度线圈的操控而具有梯度。通过磁场原子的核自旋被对齐。发送天线装置、通常是全身发送天线装置（例如鸟笼天线）位于断层造影仪内部，用于输出磁共振高频脉冲，以便激励原子。
为了接收磁共振信号（MR信号），在磁共振检查中通常采用局部线圈，用于接收在核自旋弛豫时的脉冲。不同的物质具有不同的弛豫特性，从而根据弛豫特性可以推出患者身体内部的结论。局部线圈通常被组合为组件（以下称为“局部线圈系统”），并且分别具有通常以导体回路的形式的接收天线元件。所接收的MR信号通常还在局部线圈中被前置放大并从磁共振设备的中央区域经过电缆导出，并且被传输到MR信号处理装置的被屏蔽的接收器。在该MR信号处理装置中，然后将所接收的数据数字化和进一步处理。在许多检查中，已经在患者身上布置了多个这样的局部线圈，以便覆盖患者的身体的全部区域。
磁共振系统的工作原理是专业人员所公知的并且例如在Imaging Systemsfor Medical Diagnostics,Arnulf Oppelt,Publicis Corporate Publishing,ISBN3-89578-226-2中描述。
局部线圈通常被布置在铺设在患者身体上方或下面的所谓的局部线圈垫中。除此之外，还有特殊形状的其他局部线圈系统，诸如头部线圈等。目前将信号从局部线圈系统借助电缆传输到磁共振系统的分析装置。电缆是不期望的，因为其不能简单地从患者卧榻引导到分析装置，对于人来说感觉是一种干扰，并且患者卧榻与患者和局部线圈垫一起运动，由此电缆必须松弛地引导。因此，人们致力于，无线地实施从局部线圈系统到MR信号处理装置的数据传输，其中可能有利的是，MR信号为此已经在局部线圈系统本身数字化并且以数字的形式传输。
为了在局部线圈系统中预处理MR信号，例如为了前置放大和必要时数字化和编码，需要能量。因为无线传输局部线圈系统的数据的意义是，可以完全弃用局部线圈系统的电缆连接，所以局部线圈系统或者必须具有充足的能量存储器或者所需的能量还必须被无线地传输到局部线圈系统。
一种可能性是，使用用于能量传输的微波。但是微波辐射是不期望的，因为其提高了患者的生理的HF负担。
此外，可以从磁共振发送场中转移出能量，方法是：在接收线圈的失谐电路上连接高频整流器和缓冲存储器，例如电容器或蓄电池。这具有如下缺陷：在接收线圈中的功率吸收情况下，有电流在磁共振频率下流动，由此使得激励自旋的场发生畸变。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，实现一种局部线圈系统的改进的无线能量供应。
按照本发明的局部线圈系统具有能量接收天线，用于从时变磁场（例如电磁场）感应地接收用于局部线圈系统的能量，其中，该能量接收天线可调谐到或被调谐到能量传输频率，后者低于待采集的MR信号的拉莫尔频率并且高于大约20kHz。
拉莫尔频率是磁共振系统的磁共振工作频率，即，用来激励核自旋或然后待接收的MR信号所具有的频率。拉莫尔频率fL可以按照公知方式基于回磁比γ（即物质常数）并且在核的位置上呈现的磁通密度B按照fL=γ·B来计算。在1.5T的磁通密度下得到用于1H类型的原子核的大约63.87MHz的拉莫尔频率，该类型原子核相应于氢。对于3T的磁通密度得到大约127.74MHz的拉莫尔频率。因为实际上施加的磁场由于所施加磁场梯度而局部地与磁共振系统的基本磁场的值B0偏离，所以相应地在基本磁场情况下给出的拉莫尔频率例如+/-1MHz的特定的频率范围中进行发送和接收。但是原则上磁共振系统还可以根据多个磁共振工作频率工作，以便能够激励不同的代谢物。在这种情况下在本发明范围内设立的用于能量传输频率的条件适用于所有考虑的拉莫尔频率。
按照本发明的用于磁共振系统的被构造为向局部线圈系统发送能量的发送装置包括：能量发送天线，其输出具有预定的能量传输频率的时变磁场；以及振荡器装置，其与能量发送装置耦合并且产生用于操控能量发送天线的电信号，该电信号具有低于所提到的拉莫尔频率并且高于大约20kHz的能量传输频率。
按照本发明的磁共振系统被构造为具有前面所描述的局部线圈系统和/或所前面描述的发送装置。
相应地，在按照本发明的方法中，为了向局部线圈系统传输能量，借助时变磁场在局部线圈系统的能量接收天线中感应能量，其中，磁场随着能量传输频率改变，该能量传输频率低于借助局部线圈系统待采集的MR系统的拉莫尔频率并且高于大约20kHz。
在给出的频率范围中按照本发明选择能量传输频率具有如下优点：患者一方面不用承受微波辐射的负担，并且另一方面不发送在极低频率下具有高的功率的时间上交变的磁场，极低频率会导致其他生理效应。此外，在该频率范围内还可以保证，成像不受到局部线圈系统干扰。
这一点允许，在优选变形中甚至可以同时进行通过局部线圈系统接收MR信号和向局部线圈系统传输能量。
尽管如此，按照本发明的局部线圈系统优选地具有合适的能量存储器（缓冲存储器电池），例如能量接收天线可以将接收的能量输出到所述能量存储器，并且当不可能与MR信号的接收同时进行能量传输时或者接收的能量不够时，然后可以从所述能量存储器获取能量。关于接收器接通时间，好的MR序列的特征通常在于，在直到超过50%的大部分时间期间观察MR信号。这意味着，为了再次充电缓冲存储器电池而可供使用的平均功率不能非常小于局部线圈系统的运行功率。因此，特别有利的是，可以独立于是否刚好进行了MR信号的接收来传输能量。
优选地，该能量存储器还可以经过合适的接口与充电设备耦接，以便当不使用局部线圈系统时对能量存储器充电。该接口还可以使用能量接收天线，以便从充电设备无线地接收能量。但是局部线圈系统还可以具有用于充电设备的按照插头等形式的其他接口。
优选地，这样选择能量传输频率，使得其不具有谐波，即，在拉莫尔频率范围中的多次谐波。“拉莫尔频率的范围”包括在基本磁场情况下拉莫尔频率附近的频带，在该频带中可以发送用于原子核的激励信号和接收MR信号。在该范围中优选没有其他信号或信号的谐波。
优选地，由此能量传输频率高于上面所描述的频带的带宽。因为该频带通常包括1MHz，所以能量传输频率优选高于大约1MHz，特别优选高于大约2MHz并且更特别优选高于大约4MHz。
此外，能量传输频率优选低于大约10MHz，特别优选低于大约6MHz。
相应地，能量传输频率优选在大约4MHz至大约6MHz的范围中。
为了能够利用在上面给出的优选频率范围中的能量传输频率进行工作，一方面应当优选这样构造局部线圈系统的能量接收天线，使得其在该能量传输频率下具有谐振范围，并且另一方面应当优选在该范围内相应谐振地构造发送装置的能量发送天线，并且振荡器装置应当具有相应的工作频率。
能量接收天线为此可以构造和布置为，接收横向、圆极化磁场。在这种情况下，能量接收天线和局部线圈互相平行布置。
替换地，能量接收天线可以构造和布置为，接收纵向线极化磁场，其中极化方向优选平行于静态磁场B0延伸。在这种情况下，例如可以将能量接收天线和局部线圈互相正交地布置。
可以将能量接收天线布置在至少一个局部线圈之上。能量接收天线在此如所述地那样与局部线圈正交或平行地布置，根据是应当接收横向圆极化磁场还是纵向磁场来定。由此得到局部线圈和能量接收天线的特别节省位置的布置。
能量接收天线特别是当能量接收天线经过至少一个局部线圈布置时，可以具有比至少一个局部线圈更大的轮廓，其中局部线圈从俯视图来看优选地布置在能量接收天线内部。
此外，多个能量接收天线可以互相耦接。各个能量接收天线优选可以横向地，即，正交地或以任意的其他角度互相布置。由此实现了接收侧的分集
Figure BDA00001722323100041
，并且独立于具有局部线圈系统的局部线圈垫的各自的位置而确保能量供应。
另一个优选变形是，局部线圈与能量接收天线集成地构成为局部线圈-能量接收天线组合。为此，该局部线圈-能量接收天线组合构造或连接为多重谐振天线。例如局部线圈-能量接收天线组合可以具有调谐电路，其保证，所述天线元件（例如单个的导体回路）或多个天线元件具有至少两个谐振频率范围，即，一个在拉莫尔频率范围中并且一个在能量传输频率范围中。如果为了能量传输使用横向圆极化磁场，则特别地提供这样的集成的局部线圈-能量接收天线组合。
局部线圈-能量接收天线组合优选可以连接到滤波电路，该滤波电路构造为将MR信号和传输的能量分离。为此，可以使用双工器或高通电路或低通电路。在使用合适的滤波电路的情况下还可以利用局部线圈-能量接收天线组合同时接收MR信号和进行能量传输。
替换地或附加地，调谐电路还可以构造为，局部线圈-能量接收天线组合可以在不同的谐振范围之间切换。在这种情况下例如可以为了接收MR信号将局部线圈-能量接收天线组合调谐到相应的MR谐振频率。如果相反进行能量传输，则进行到能量传输频率的调谐。替代滤波电路，在局部线圈系统中还可以采用简单的转换器。
同样，磁共振系统的能量发送天线还可以与全身线圈集成地构造。由此形成特别节省位置的发送天线，用于向局部线圈系统传输能量。能量发送天线可以围绕全身线圈构造。在该构造中，对于能量发送天线也仅需要磁铁内部径向上稍微更多空间。
局部线圈系统优选可以具有时钟产生装置，后者连接到能量接收天线。于是，时钟产生装置可以从磁场的能量传输频率产生对于局部线圈系统的时钟信号。由此局部线圈系统可以与磁共振系统同步，即，局部线圈系统的时钟与磁共振系统的时钟同步。
优选地，可以在能量接收天线上连接解调器。其然后可以解调磁场，以便例如经过能量供应同时将信号与控制信息等传输到局部线圈系统。解调器在此解调来自于借助能量接收天线所调制的磁场的结果信号。
附图说明
以下借助附图详细解释本发明，所述附图示出了本发明的非限制性的实施方式。附图中，
图1示出磁共振系统的框图，
图2示出在磁共振系统和局部线圈系统之间的能量传输和信号传输的框图，
图3示出了用于发送能量到局部线圈的装置的示意图，
图4示出了按照本发明的用于通过局部线圈系统无线传输能量的装置的示意图，
图5示出了用于双谐振地配置天线的调谐电路，
图6示出了谐振电容器的阻抗频率响应，
图7示出了滤波器的阻抗频率响应，
图8示出了用于无线发送能量到局部线圈系统的发送装置的第二实施方式，
图9示出了用于通过局部线圈系统无线接收能量的接收装置的第二实施方式，
图10示出了用于无线发送能量到局部线圈系统的发送装置的第三实施方式，
图11示出了用于通过局部线圈系统无线接收能量的接收装置的第三实施方式，
图12示出了用于通过局部线圈系统无线接收能量的接收装置的第四实施方式，
图13示出了用于无线传输能量到局部线圈系统的装置的示意性俯视图和在此形成的涡流，
图14示出了所使用的信号的谱的示意图，
图15示出了用于通过局部线圈系统接收能量的装置的第五实施方式。
具体实施方式
图1示出磁共振系统1的简单原理框图。该磁共振系统的核心是商业上通用的断层造影仪2，也称为扫描仪2，在所述断层造影仪中（未示出的）患者在卧榻5上定位在圆柱形测量空间4中。在断层造影仪2内部具有全身发送天线装置3（例如鸟笼天线），用于发送磁共振高频脉冲。
在按照图1的实施例中MR接收系统20包括具有多个局部线圈的局部线圈系统或局部线圈装置30，此处例如是按照局部线圈垫的形式，以及传输信号-接收组件40。局部线圈装置30，如图1中所示，布置在磁共振系统1的断层造影仪2或扫描仪的测量室4中，而传输信号-接收组件40定位在磁共振系统1的所属的控制装置6中。
MR信号处理装置11也是该控制装置6的部分。但是在此要强调指出的是，系统是可任意缩放的，即，在MR接收系统20的相应构造中可以采用MR信号测量装置11的任意数量的物理输入端。仅仅为了更清楚起见在图中仅示出一个物理输入端。
断层造影仪2由控制装置6控制。终端15（或操作控制台）经过终端接口13连接到控制装置6，通过该终端，用户可以操作控制装置6和由此可以操作断层造影仪2。控制装置6经过断层造影仪控制接口8和图像获取接口9与断层造影仪2相连。经过断层造影仪接口8，通过序列控制单元10基于扫描协议向断层造影仪2输出合适的控制命令，由此发送期望的脉冲序列，即，高频脉冲和用于产生期望的磁场的、对于（未示出的）梯度线圈的梯度脉冲。经过在此除了别的之外具有传输信号接收组件40的图像数据获取接口9获取原始数据，即，读出所接收的MR信号。控制装置6还具有大容量存储器7，其中例如可以存储所产生的图像数据和可以存储测量协议。
另一个接口14用于连接到通信网17，该通信网例如与图像信息系统（PACS，Picture Archiving and Communication System,图片存档和通信系统）相连或提供用于外部的数据存储器的连接可能性。
控制装置6以及终端15还可以是断层造影仪2的集成的组件。整个磁共振系统1还具有所有其他通常的组件或特征，但是在此为了更清楚起见在图1中未示出。
在扫描仪2中如上提到的为接收磁共振应答信号存在包括多个局部线圈LC1，...,LCn的局部线圈装置，所述局部线圈又经过无线接口与传输信号接收组件40相连。在MR信号处理装置11中将所接收的信号进一步处理并且然后传输到图像重建单元12，该图像重建单元以通常方式从中产生期望的磁共振图像数据。该图像数据例如可以存储在存储器7中或至少部分在操作终端15上输出或经过网络17传输到其他组件，诸如诊断站或大容量存储器。
在此，在断层造影仪-控制接口8上还连接能量/指令发送装置28，其向局部线圈无线传输能量和指令或控制信号。该能量/指令发送装置28为此还可以例如使用在断层造影仪2中布置的能量发送天线，如以下还要详细解释的。具有局部线圈LC1，...，LCn的局部线圈装置30包括能量-指令-接收装置29，其接收无线发送的能量和无线发送的指令，如后面还要详细解释的。能量和指令例如被进一步传输到局部线圈控制装置22。局部线圈控制装置22向局部线圈LC1，...,LCn提供能量并且控制所述局部线圈。由局部线圈所接收的MR信号由局部线圈控制装置22以所准备的形式（例如以数字化的形式）传输到局部线圈发送装置24，从该局部线圈发送装置，所述MR信号经过局部线圈发送天线系统26发送到磁共振系统1的接收天线32。由接收天线32所接收的信号通过接收器33进行分析并且被传输到传输信号接收组件40。
可以理解，局部线圈的MR信号可以被放大、被转换为数字信号并且还可以按照其他方式为了传输到磁共振系统的接收器而被进一步处理。
图2示出了在局部线圈系统100和磁共振系统58的其他组件之间的信号流的示意图。多个局部线圈LC1，...,LCn接收由在患者41内部的原子核发射的MR信号。局部线圈连接到信号准备装置42，后者准备MR信号并且将相应的发送信号经过天线46输出到磁共振系统58。信号准备装置42经过天线48获得时钟信号和控制指令。经过能量接收天线50向局部线圈系统100和特别是信号准备装置42传输能量，所述能量在局部线圈系统侧的能量供应装置44中被整流和缓存。
磁共振系统58借助天线52接收发送信号，该发送信号代表了MR信号。发送信号在信号处理装置60（其在此示意性代表了MR信号处理装置和图像重建单元）中被处理并且然后例如在显示器上显示。信号处理装置60与控制装置62耦接。控制装置62经过天线54向局部线圈系统100发送时钟信号和指令。控制装置62与能量供应装置64耦接，后者经过接头68获得能量并且经过天线56向局部线圈系统发送能量。
图3示出了对于磁共振系统的发送装置200的第一实施方式，其被构造为，向局部线圈系统无线地发送能量。在MR发送放大器202上馈入磁共振激励信号，后者通过MR发送放大器放大。放大后的MR激励信号被馈入到第一混合装置206。该混合装置的一个输入端以终端阻抗208接地。第一混合装置206的输出信号被馈入第一双工器214中。此外，第一混合装置206的输出信号馈入到第二双工器216中。这样的双工器214、216是多路复用器，其将两个输入端连接到一个输出端。由此，两个发送装置可以借助双工器连接到一个天线。
发送装置200还包括振荡器265，其产生具有5MHz频率的信号，该信号被馈入到能量放大器204并且在放大之后被馈入到第二混合装置210，所述第二混合装置在一个输入端上借助阻抗212接地。第二混合装置210的输出信号被馈入到第一双工器214。第二混合装置210的另一个输出信号被馈入到第二双工器216。
第一双工器214的输出信号和第二双工器216的输出信号被馈入全身发送天线装置，此处是按照鸟笼天线218的形式。鸟笼天线218包括多个在纵向上布置的天线纵向元件220,222,224,226,228,230,231。天线纵向元件在圆周方向上通过多个第一滤波器或谐振电容器232,234,236,238,242,244,246,248,Z1（也称为而端网络）相连。鸟笼天线218由此具有基本上圆柱形的形状。
分别两个天线纵向元件借助二极管254,258,262相连。第二滤波器252,256,260,Z2或二端网络与每个二极管并联。
也就是在该结构中可以经过鸟笼天线218同时既发送MR激励信号也发送用于能量传输的磁场。
图4示出了局部线圈100a的第一实施方式。局部线圈系统100a包括局部线圈天线102，其双谐振地配置。在局部线圈102的接地的第一端上连接第一电容器104，该电容器还连接到局部线圈102的第二端上，该第二端形成局部线圈的输出端。由线圈106和第二电容器108形成的串联电路与第一电容器104并联。
局部线圈天线102的输出端连接到第三双工器110。双工器110的输出端连接到失谐开关112和连接到前置放大器120上。该输出端输出用于成像的MR信号。在双工器110的另外的输出端上连接整流器116。该输出端输出能量供应信号，例如具有5MHz的频率。整流器包括二极管116，该二极管连接在整流器114的输入端和输出端之间。在二极管116的输出端上连接第三电容器118，该电容器也接地。
用于能量传输的磁场必须构造为在可以接收局部MR信号的任何位置上向患者提供功率。发送天线以及接收天线都可以是用于能量供应的专门的天线或线圈。然而，在按照图3和4的实施方式中这样修改全身发送天线装置（即，鸟笼天线218）和局部线圈102（即，接收天线），使得其具有例如在5MHz下的第二谐振。在图3和4的例子中能量传输频率为5MHz。但是能量传输频率可以位于从大约1MHz至大约10MHz之间的范围中。能量传输频率可以大约相应于MR基本时钟或者基本时钟的整数部分或整数倍。
在前面描述的例子中，在鸟笼天线218中可以产生横向的尽可能均匀的和圆极化场，其基本上具有与MR发送场相同的场结构。如果对径向的场组件敏感的局部线圈102通过修改的配置获得第二谐振频率，则可以利用所述局部线圈很好地接收该场。
鸟笼天线218的该扩展可以通过在每个第一滤波器232,234,236,238,242,244,246,248,Z1上的附加的串联谐振电路进行。如果为了MR发送天线的失谐对于磁共振接收在天线纵向元件220,222,224,226,228,230,231之间连接PIN二极管，则可以与二极管254,258,262并联连接第二滤波器252,256,260,Z2，以便避免通过能量供应的电压产生的二极管的不期望的导通（所述二极管在利用局部线圈接收磁共振信号期间通过例如-40V的负的直流电压截止，以便防止，通过磁耦合而从接收的局部线圈中去除MR接收信号的一部分）。此外，这样可以避免，不期望地影响利用截止的二极管设立的对于能量供应频率的谐振条件。
由鸟笼天线218为激励而发送的圆极化HF磁场必须在取决于静态磁场的取向的方向上旋转，以便激励原子的核自旋。用于传输能量的磁场相反可以在与用于激励核自旋的磁场不同的方向上旋转。但是还可以，两个场在相同的方向上旋转。
图5示出了第一二端网络232,234,236,238,242,244,246,248,Z1和第二二端网络252,256,260,Z2的电路图。在第一以及第二滤波器的输入端和输出端之间连接第一电容器262。由第二电容器264和线圈266形成的串联电路与第一电容器262并联。由此得到在图3中示出的鸟笼天线的天线元件的双谐振配置。
图6示出了第一滤波器232,234,236,238,242,244,246,248,Z1的阻抗频率响应。
图7示出了第二滤波器252,256,260,Z2的频率响应。
以下，示例性地对于63.6MHz的MR频率和5.0MHz的能量传输频率，说明在按照图3和5以及图4构造的电路中电容和电感的可能的组合：
在具有阻抗为例如50nH的全身线圈200的按照图3的实施例中，在按照图5的二端网络Z1的构造中可以使用具有132pF的电容器262、具有1μH的线圈266和具有965pF的电容器264，以便实现二端网络Z1的在图6中示出的总阻抗。
为了在按照图3的实施例中实现二端网络Z2的在图7中示出的总阻抗，可以在按照图5的结构中使用具有3.3pF的电容器262、具有2μH的线圈266和具有506pF的电容器264。
在具有阻抗为例如125nH的局部线圈102的按照图4的实施例中，可以使用具有44pF的电容器104、具有2μH的线圈106和具有477pF的电容器108并且双工器例如可以利用10pF和10μH配置。
作为在图3中示出的配置的替换，可以通过二极管的配置这样构造鸟笼天线，使得鸟笼天线的谐振频率被转换。例如在发送MR激励信号期间，谐振频率可以相应于拉莫尔频率，例如63.6MHz。在通过局部线圈接收MR接收信号期间鸟笼天线的谐振频率可以相应于能量传输频率，例如5MHz。该做法的缺陷是，能量供应在发送MR激励信号期间被中断。此外，通过能量供应的信号（即，5MHz的振荡的信号）所产生的电压，在关断的PIN二极管上不允许变得太高。
替换地，可以同心地相互交错布置两个分开的鸟笼发送天线。在图8中示出了一种变形，其中，将全身发送天线装置作为鸟笼天线306为了发送MR激励信号而布置在能量发送天线308内部。这两个天线可以共同使用对于其效率是主要的场反射空间（Feldrückflussraum），从而在断层造影仪的磁铁中几乎不需要附加的径向空间。
两个高通302、304将MR激励信号馈入到全身发送天线装置306（即，通常的鸟笼天线）中，其中天线纵向元件与电容器310耦合。具有能量传输频率的能量供应信号被馈入到混合装置318中，混合装置利用阻抗320接地。混合装置的输出端经过两个低通314、316与能量发送天线308耦接。能量发送天线308的也构造为鸟笼天线的天线纵向元件，与电容器312耦接。因为对能量发送天线308的场均匀性的要求更小，所以此处比在用来发送MR激励信号的鸟笼天线306情况下更少的天线纵向元件就足够了。
因为全身发送天线装置306和能量发送天线308在此总是还磁性耦接的，所以尽管分离的接头，滤波还是有意义的。
利用该天线装置同样产生用于能量传输的横向的圆极化磁场。
图9示出了按照本发明的局部线圈系统100b的第二实施方式。并排布置第一局部线圈102和第二局部线圈103。局部线圈102、103为调谐到拉莫尔频率具有各一个电容器132、134。每个局部线圈102、103连接到高通138,140，后者又分别连接一个放大器146,148。放大器输出放大的MR信号。能量接收天线130位于局部线圈102、103上方。能量接收天线130可以具有这样的轮廓，使得至少两个局部线圈102、103在俯视图中位于能量接收天线130内部。
能量接收天线130包括电容器136，低通142和整流器144连接到该电容器。
还可以为了能量传输使用纵向线极化场，其平行于静态磁场B0，即，在断层造影仪的纵向方向上延伸。为此参考图10和11。为了产生用于能量传输的磁场，可以设置当中布置的环形线圈或亥姆霍兹对406,408。接收侧需要附加的能量接收天线130，其应当位于与局部线圈102和103正交。该实施方式的优点是，各自的天线在几何上相互耦合，从而可以取消在第二实施方式中所需的附加的滤波器。
图10为此具体示出了用于发送MR激励信号的鸟笼天线404。围绕鸟笼天线404布置了用于产生纵向线极化磁场的亥姆霍兹对406,408。亥姆霍兹对406,408的每个天线具有电容器410。
图11示出了局部线圈系统100c的第三实施方式。两个局部线圈102、103分别具有一个电容器133,134。每个局部线圈连接到接收器146,148。与局部线圈102、103正交并且在局部线圈上方布置了具有电容器136的能量接收天线130。能量接收天线130连接到整流器144。
每个局部线圈系统可以具有唯一的局部线圈和唯一的能量接收天线。由此可以实现简单和模块化结构，其中在各个局部线圈之间不需要连接。为了降低用于接收供应能量的开销，一个能量接收天线可以供应多个局部线圈。
此外参考图12，其示出了局部线圈系统100d的第四实施方式。在此，存在多个能量接收天线150,152,162,166。能量接收天线或能量接收线圈在此部分地相互直角地布置。能量接收天线在此可以并排和/或叠置布置。在此，降低了局部线圈系统100d相对于能量接收天线的非最佳取向的敏感性。在每个能量接收天线150,152,162,166上可以布置整流器元件158,160,170,172，其中整流器元件的输出端互相耦接并且与一电容器耦接。
通过比MR发送频率低的能量传输频率，在患者中吸收的功率的比（例如特异性吸收率SAR）被优化为可获得的功率。因为对于患者的允许的SAR负担，例如4W/kg，通常已经通过MR发送脉冲最大程度地耗尽，所以优选对于局部线圈系统的能量供应设置尽可能小的额外份额，例如0.04W/kg。
为此参见图13。在感应传输能量的情况下可以出现对患者中吸收的功率的两个份额。一方面，通过能量发送天线502利用电容器504产生的均匀的能量发送场，通过在涡流回路506中的涡流i1′导致患者500的全局变热，其平方地取决于发送场强和频率的乘积。但是，在给定的吸收面积下可用的感应电压还与该乘积成比例。这意味着，在预先给定的全局SAR值的情况下，独立于频率，仅一个确定的输出电压是可能的。
当从局部线圈系统的靠近患者500的能量接收天线508中获得电流i2时，能量接收天线508包围次级的HF磁场，其导致在能量接收天线508下面的涡流回路510中附加的涡流i2′。该局部SAR份额取决于由电流和频率的乘积的平方。这意味着，在给定的允许SAR值的情况下，频率选择得越低，可获得的负载电流和由此可获得的功率越高。
因为初级和次级磁场在欧姆负载的情况下具有大约90°的相移，所以SAR份额在算术上被相加。可以导出最佳的负载电阻，在该负载电阻情况下两个SAR份额大约相同大。该负载电阻典型地明显高于由谐振品质确定的能量接收天线内阻。从中得到，力争作为较少加载的电压源的运行。要避免功率匹配的运行或谐振短路，因为这会导致由于次级HF磁场而SAR负担过度增加。例如通过保险丝防止在这样的错误情况下潜在的危险。从相对均匀的负载512、514此外还得出，多个能量接收天线508可以在没有明显的彼此影响的情况下运行。
为了实现尽可能低的由患者吸收的功率（SAR份额），有利的是，使用尽可能低的能量传输频率。然而，对于给定的感应电压必须设置更高的场强和更高的发送线圈电流i1。由此在低能量传输频率的情况下能量发送天线的效率更低。因此，对于能量发送天线需要更高的功率，所述功率被转换为损耗热。不过，在本文开头说明的对于能量传输频率的按照本发明的和优选的范围情况下很好考虑了这些边界条件。
为了进一步解释合适的频率选择，参考图14，其示意性示出了谱分布，其中关于频率f（按照MHz）绘出场强（按照任意单位）。在图13中示出的频率和谱通过以下分量产生：
520:能量传输频率
522:模拟/数字转换器的时钟
524,526,528:能量传输频率的倍数
530:在B0=1.5T时的拉莫尔频带
532:对于B0=1.5T的局部振荡器
534:在B0=3T情况下的拉莫尔频带
536:在B0=3T情况下的局部振荡器
因此能量传输频率可以如所示出的这样来选择，使得没有能量传输频率的倍数或谐波落在MR接收频率带中。由此可以避免，例如在整流情况下形成的谐波会干扰MR接收。由此从大约63.2MHz至大约74MHz的带保持无干扰。
为了避免本征干扰，模拟/数字转换器的采样率和为频率转换而使用的振荡器的频率优选是系统基频（例如2.5MHz）的整数倍，其倍数同样不应当落在MR接收带中的一个中。
能量供应频率还可以作为参考频率被用于接收器和数字化。所需的振荡器频率可以从能量传输频率中通过频率倍增器或PLL电路导出。
在此要注意，例如通过患者的运动会出现接收天线的谐振的小的失谐，其会导致接收的参考频率和由此接收信号的干扰的相位改变。但是该效应有利地通过由于SAR原因而本来期望的高的负载电阻被最小化，因为由此谐振电路的有效加载品质被强烈减小并且带宽被放大。
在接收暂停期间，可以通过能量供应频率的调制将附加的信息（例如，接收通道和无线电频率的配置）传输到局部线圈系统。
相应地，在图15中所示出的局部线圈系统600的第五实施方式包括具有电容器的能量接收天线602，该能量接收天线被连接到带通滤波器608。在带通滤波器608上连接了具有电容器的整流器元件612，以便产生能量供应电流。此外，在带通滤波器上连接放大器616，其向时钟产生单元618输出能量供应频率，所述时钟产生单元可以产生至少一个振荡的信号。此外，在带通滤波器608上还连接解调器620，其从调制的能量供应频率数据产生控制数据。
在本发明中，感应的能量传输在比MR频率低的频率下进行。通过圆极化横向或纵向磁场进行均匀的传输。可以设置用于能量传输的多共振发送和接收天线。能量接收天线上可以连接比能量接收天线的内阻高的负载阻抗。多个能量接收天线作为冗余的分集接收可以连接到一个或多个整流器。为了避免通过能量传输频率的干扰，将能量传输频率置为系统基本时钟的倍数。此外，可以将能量传输同时用于提供时钟和控制信号。
最后还要在此指出，前面描述的详细方法和构造是实施例并且原理还可以在宽的范围内由专业人员改变，而不脱离通过权利要求规定的本发明的范围。为完整起见还要指出，不定冠词“一”或“一个”的使用不排除涉及的特征也可以多重存在。同样“单元”的概念也不排除，所述单元由多个组件组成，所述组件必要时在空间上也可以是分布的。
附图标记列表
1磁共振系统
2断层造影仪
3全身发送天线装置
4测量空间
5卧榻
6控制装置
7大容量存储器
8断层造影仪控制接口
9图像获取接口
10序列控制单元
11MR信号处理装置
13终端接口
14接口
15终端
17通信网
20接收系统
22局部线圈控制装置
24局部线圈发送装置
26局部线圈发送天线
28能量指令发送装置
29能量指令接收装置
30局部线圈装置
32接收天线
33接收器
40传输信号接收组件
41患者
42信号准备装置
44,56,64能量供应装置
46,48天线
50能量接收天线
52,54天线
58磁共振系统
60信号处理装置
62控制装置
66显示屏
68插头
100,100a,100b,100c,100d局部线圈系统
102局部线圈、局部线圈-能量接收天线组合
103局部线圈
104第一电容器
106线圈
108第二电容器
110第三双工器、滤波电路
112失谐开关
114整流器
116整流器
118第三电容器
120前置放大器
130能量传输天线
132,134,136电容器
138,140高通
142低通
144整流器
146,148接收器
150,152能量接收天线
158,160,170,172整流器元件
162,166能量接收天线
202MR发送放大器
204能量放大器
206第一混合装置
208终端阻抗
210第二混合装置
212终接阻抗（Abschlussimpedanz）
214第一双工器
216第二双工器
218鸟笼天线
220,222,224,226,228,230,231天线纵向元件
232,234,236,238第一滤波器
242,244,246,248第一滤波器
254,258,262二极管
252,256,260第二滤波器
262,264电容器
265振荡器
266线圈
300发送装置
302,304高通
306全身发送天线装置
308能量发送天线
310,312电容器
314,316低通
318混合装置
320阻抗
400发送装置
404鸟笼天线
406,408亥姆霍兹对
410电容器
500患者
502能量发送天线
504电容器
506涡流回路
508能量接收天线
510涡流回路
512,514负载
520能量传输频率
522模拟/数字转换器的时钟
524,526,528能量传输频率的倍数
530在B0=1.5T情况下的拉莫尔频带
532对于B0=1.5T的局部振荡器
534在B0=3T情况下的拉莫尔频带
536在B0=3T情况下的局部振荡器
600局部线圈系统
602能量接收天线
608带通滤波器
612整流器元件
616放大器
618时钟产生单元
620解调器
i1发送线圈电流
i1′涡流
i2电流
i2′涡流
LC1，...,LCn局部线圈
Z1,Z2滤波器

Claims (17)

1.一种用于用来采集MR信号的磁共振系统（1）的局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600），其包括能量接收天线（102,130,150,152,162,166,602），所述能量接收天线用于从时变的磁场中感应地接收用于所述局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）的能量，其中，所述能量接收天线（102,130,150,152,162,166,602）能够调谐到或者被调谐到低于待采集的MR信号的拉莫尔频率（530,534）并且高于大约20kHz的能量传输频率（520）。
2.根据权利要求1所述的局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600），其特征在于，这样选择所述能量传输频率（520），使得其在拉莫尔频率（530,534）范围内不具有谐波，和/或所述能量传输频率（520）高于大约1MHz。
3.根据权利要求1或2所述的局部线圈系统（100,100a,100b,100d,600），其特征在于，所述能量接收天线（130）被构造用于接收横向圆极化磁场。
4.根据权利要求1或2所述的局部线圈系统（100c），其特征在于，所述能量接收天线（130）被构造用于，接收在所述磁共振系统（1）的基本磁场的场方向上延伸的纵向线极化磁场。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d），其特征在于，所述能量接收天线（130）被布置在所述局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）的至少一个局部线圈（102）上方。
6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的局部线圈系统（100b），其特征在于，所述能量接收天线（130）具有比局部线圈系统（100b）的至少一个局部线圈（102,103）更大的轮廓，并且该至少一个局部线圈在俯视图中被布置在所述能量接收天线内部。
7.根据上述权利要求1至6中任一项所述的局部线圈系统（100d），其特征在于，多个互相耦接的能量接收天线（150,152,162,166）。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的局部线圈系统（600），其特征在于，在所述能量接收天线上连接了时钟产生装置（618），所述时钟产生装置从磁场的能量传输频率中产生用于所述局部线圈系统的时钟信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的局部线圈系统（600），其特征在于，在所述能量接收天线上连接了解调器（620），该解调器从调制后的磁场中解调出结果信号。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的局部线圈系统（100a），其特征在于，所述局部线圈系统（100a）的至少一个局部线圈（102）与能量接收天线集成地被构造为局部线圈-能量接收天线组合（102）。
11.根据权利要求10所述的局部线圈系统（100a），其特征在于，所述局部线圈-能量接收天线组合被连接到滤波电路（110），该滤波电路被构造用于将MR信号和所输送的能量分离。
12.根据权利要求10或11所述的局部线圈系统（100a），其特征在于，所述局部线圈-能量接收天线组合（102）具有用于将所述局部线圈-能量接收天线组合调谐到至少两个谐振频率上的调谐电路（104,106,108）。
13.一种用于磁共振系统的发送装置（200,300,400），其被构造用于向局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）发送能量，包括：
-能量发送天线（218,308,406,408），其输出具有预定能量传输频率的时变磁场，和
-振荡器装置（265），其与所述能量发送天线（218,308,406,408）耦接并且产生用于操控该能量发送天线（218,308,406,408）的信号，该信号具有低于待借助所述局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）所采集的MR信号的拉莫尔频率并且高于大约20kHz的能量传输频率。
14.根据权利要求13所述的发送装置（200,300,400），其特征在于，所述能量发送天线（218）与所述全身线圈集成地构造，或者围绕所述全身线圈（306,402）构造。
15.一种磁共振系统（1），具有：
按照权利要求1至12中任一项所述的局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600），和/或
按照权利要求13至14中任一项所述的发送装置（200,300,400）。
16.一种用于向磁共振系统的局部线圈系统传输能量的方法，其中，借助时变的磁场在局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）的能量接收天线（102,130,150,152,162,166,602）中感应能量，其中，该磁场随着如下的频率改变：所述频率低于待借助所述局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）采集的MR信号的拉莫尔频率并且高于大约20kHz。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，同时进行通过所述局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）对MR信号的接收，以及向所述局部线圈系统（100,100a,100b,100c,100d,600）的能量传输。
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