CN104067136A - 用于mr图像生成的多谐振t/r天线 - Google Patents

用于mr图像生成的多谐振t/r天线 Download PDF

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Abstract

公开了一种双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线(1，2)，尤其是以平面天线或体积阵列天线(也称为天线阵列)形式，以用于至少两种不同原子核，例如1H、19F、3He、13C、23Na或具有不同拉莫尔频率的其他原子核的MR图像生成。基本上，借助电感耦合设备(L1)将所述天线与相关的发射/接收信道(T/R)耦合。通过这样的电感耦合，比电连接的情况更容易获得不同谐振频率处所述天线的调谐和匹配。此外，本发明涉及一种包括这种双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线的MR成像装置。

Description

用于MR图像生成的多谐振T/R天线
技术领域
本发明涉及双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线，尤其是以平面天线或体积阵列天线(也称为天线阵列)形式，以用于至少两种不同原子核，例如1H、19F、3He、13C、23Na或具有不同拉莫尔频率的其他原子核的MR图像生成。此外，本发明涉及一种包括这种双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线的MR成像装置。
背景技术
在MRI装置(或MR扫描器)中，在MRI装置的检查空间之内，将检查对象，通常是患者，暴露于均匀的主磁场(B0场)，使得检查对象之内原子核的磁矩趋向绕施加的B0场的轴旋转(拉莫尔进动)，其中，所有原子核的特定净磁化强度平行于B0场。进动率被称为拉莫尔频率，这取决于所涉及原子核的具体物理特性和施加的B0场的强度。
通过发射借助RF发射天线或线圈生成的与B0场正交的RF激励脉冲(B1场)，并匹配感兴趣原子核的拉莫尔频率，原子核的自旋被激励并达到同相，并且获得其净磁化强度从B0场方向的偏斜，从而生成相对于净磁化强度纵向分量的横向分量。
在终止RF激励脉冲之后，净磁化强度纵向和横向分量的MR弛豫过程开始，直到净磁化强度回到其平衡状态为止。借助RF/MR接收天线或线圈探测由弛豫过程发出的MR弛豫信号。接收的MR信号是基于时间的幅度信号，其被傅里叶变换为基于频率的MR谱信号，并被处理以生成检查对象之内感兴趣原子核的MR图像。为了获得检查对象之内感兴趣切片或体积的空间选择以及接收的从感兴趣切片或体积发出的MR弛豫信号的空间编码，在B0场上叠加梯度磁场，梯度磁场与B0场具有相同的方向，但在正交的x、y和z方向上具有梯度。由于拉莫尔频率依赖于施加到原子核上的磁场强度，所以原子核的拉莫尔频率沿着并随着总叠加B0场的减小的梯度相应减小(反之亦然)，使得通过适当地调谐所发射RF激励脉冲的频率(并通过相应地调谐RF/MR接收天线的谐振频率)，并通过相应地控制梯度磁场，能够获得沿x、y和z方向中的每个梯度在切片之内的特定位置处的原子核选择，并通过这样做，总体上获得在对象特定体素之内的原子核选择。
能够以所谓的身体线圈(也称为全身线圈)以及所谓的表面或局部线圈的形式提供以上RF/MR(发射和/或接收)天线，身体线圈牢固地固定于MRI系统的检查空间之内以对整个检查对象成像，表面或局部线圈直接布置于要检查的局部区域上或附近并被构造成例如柔性衬垫或套筒或笼体的形式，例如头部线圈。以上两种类型都能够实现为体积谐振器(像是鸟笼线圈或TEM谐振器)的形式或(平面或体积)阵列天线(或阵列线圈)的形式，阵列天线包括彼此解耦的一组线圈元件并且其每个都发射/接收其自己的局部磁场。
对于对像患者那样的检查对象的MR成像，人体组织中的感兴趣原子核通常是1H质子，从而相应地将以上RF发射/接收天线调谐到1H质子的拉莫尔频率。然而，对于借助造影剂对特定器官的成像，为了在分子成像领域中检测并量化标记的示踪剂和药物，为了检查代谢或MR谱，其他原子核是感兴趣需要成像的，尤其像是19F、3He、13C、23Na等，其中，所有这些原子核都具有显著不同的拉莫尔频率。因此，对于MR图像生成，必须将以上RF/MR发射/接收天线调谐到两个或更多不同的拉莫尔频率，以便对检查对象的结构和彼此共同覆盖的其他期望原子核都成像。
US7508212公开了一种RF谐振器，其具有绕中心轴形成的圆柱形屏蔽和绕中心轴对称布置的多对相对的导电腿，所述多对相对的导电腿分成第一组和第二组，其中，将第一组调谐到第一拉莫尔频率，并且将第二组调谐到第二拉莫尔频率。此外，第一驱动电路连接到第一组中的每对相对的腿，并且第二驱动电路连接到第二组中的每对相对的腿，其中，每个驱动电路包括电流平衡-不平衡变压器，以将驱动电路与线圈腿电隔离，以及调谐和匹配电路，以在不同的拉莫尔频率处同时执行多原子核测量。
US5168230公开了一种双频NMR线圈对，其包括调谐到独立谐振频率的两个个体线圈。通过导电环路将每个线圈形成为大致相同形状，导电环路遵循蛇行路径以界定内部区域和多个外叶。两个个体线圈被密切接近地定位为彼此覆盖，但相对于彼此旋转，使得两个各自线圈的外叶交错。通过这样做，基本消除了两个个体线圈之间的相互加载，从而允许任一线圈中信噪比劣化最小的双频率操作，同时两个线圈都基本具有相同的视场。
US2009/0160442公开了一种MR发射/接收线圈，其能够在至少两个不同(拉莫尔)频率处谐振。其包括串行耦合到线圈中并包括调谐部件的调谐谐振电路，选择调谐谐振电路的值，使得在第一谐振频率处谐振的线圈的灵敏度曲线基本匹配在第二谐振频率处谐振的线圈的灵敏度曲线。
国际申请WO2010/018535提到，从带状线构建的RF TEM线圈能够被制成多谐振的。此外，经由阻抗网络将TEM带状线连接到发射器或接收器。
发明内容
以上和其他双谐振或多谐振RF天线的一个问题是，将天线调谐和匹配到发射和/或接收单元或信道是一项复杂的过程，提供发射和/或接收单元或信道是为了在不同频率处为天线馈送RF发射(激励)信号和/或为了处理在不同频率处接收的MR弛豫信号。
这是真实的，因为这样的双谐振或多谐振天线要求控制很多自由度以实现最优调谐和匹配，尤其是在非质子通道上，因为与检查对象之内的质子原子核(1H)相比，非质子原子核(例如19F)的灵敏度和浓度通常更低。
此外，尤其是对于靠近检查对象定位的表面线圈而言，线圈定位中大的可能变化导致要利用所述调谐和匹配来解决的线圈加载的大范围变化。
通常，用于调谐非质子线圈阵列的复杂性可能显著影响这种线圈阵列的适用性。
本发明背后的目的是避免该调谐和匹配问题，并提供用于对至少两种不同原子核(即具有不同拉莫尔频率的原子核)进行MR图像生成的双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线，其不需要复杂的调谐和匹配流程，尤其是对于(临床)终端用户而言。
这个目的是由根据权利要求1或权利要求4所述的双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线和电感耦合设备解决的。
这种方案的优点在于，双谐振或多谐振天线到相关的发射和/或接收单元(即发射/接收信道)的调谐和匹配要容易得多，并且能够被彼此独立地进行。这适用于两种(所有)谐振频率，因为电感耦合是宽带的。根据本发明，能够改变磁通量，因此可以调节天线到RF/MR发射和/或接收信道的电感耦合。
从属权利要求公开了这种双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线的有利实施例。
要认识到，容易以任何组合来组合本发明的特征，而不脱离权利要求书定义的本发明范围。
从参考附图给出的本发明的优选且示范性实施例的以下描述，本发明的另外的细节、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示意性示出了天线第一实施例的电感耦合设备的第一基本配置；
图2示意性示出了天线第一实施例的电感耦合设备的第二基本配置；
图3示出了电感耦合设备的第一实施例；
图4示出了电感耦合设备的第二实施例；
图5示出了电感耦合设备的第三实施例；
图6示出了电感耦合设备的第四实施例；
图7示出了天线连同电感耦合设备的第二实施例；
图8示出了天线连同电感耦合设备的第三实施例；
图9示出了电感耦合设备的第五实施例；
图10示出了电感耦合设备的第六实施例；
图11示出了电感耦合设备的第七实施例；
图12示出了电感耦合设备的第八实施例；
图13示出了电感耦合设备的第九实施例；
图14示出了电感耦合设备的第十实施例；
图15示出了电感耦合设备的第十一实施例；
图16示出了电感耦合设备的第十二实施例的示意性侧视图；
图17示出了根据本发明的双谐振天线、电感耦合设备以及发射和接收信道的示意性框图；
图18更详细地示出了图17的匹配部件；
图19示出了用于不同频率匹配的传递函数；
图20示出了根据本发明的自动调谐和匹配设备的第一实施例的示意性框图；
图21示出了根据本发明的自动调谐和匹配设备的第二实施例的示意性框图；
图22示出了根据本发明的自动调谐和匹配设备的第三实施例的示意性框图；
图23示出了天线和电感耦合设备的第一布置；
图24示出了天线和电感耦合设备的第二布置；
图25示出了天线和电感耦合设备的第三布置；并且
图26示出了用于计算根据本发明的电感耦合设备的几何结构的原理流程图。
具体实施方式
在所有图中，利用相同或对应的附图标记表示相同或对应的部件和元件。因此，基本上与图1中所示第一实施例相比较，仅解释各实施例的差异和变化。
图1示出了电感耦合设备L1的第一基本配置的示意电路图，借助电感耦合设备L1将根据本发明第一实施例的RF/MR发射和/或接收天线1、2电感耦合到端子T/R。用于操作RF/MR发射和/或接收天线1、2以发射RF激励信号和/或处理由天线1、2接收的MR弛豫信号的已知发射和/或接收单元或其他操作单元或信道与端子T/R连接。
RF/MR发射和/或接收天线1、2是如在例如US2009/0160442中公开的已知双谐振天线，并且包括线圈1和谐振电路(或振荡电路)2，谐振电路(或振荡电路)2被串联到线圈1中，并且尤其包括第一电容器C1和阻抗电路L/C的并联，阻抗电路L/C包括例如电感器或电感器与电容器串联。线圈1包括另一电容器C，另一电容器C被示范性示出并串联到线圈1中，并且如以上US2009/0160442中公开的那样被选择并被设定尺寸，使得天线1、2在两个期望的频率处谐振。对于图2到15、17以及20到22所示的所有其他天线1、2，同样的情况相应适用。
天线1、2被提供为例如局部线圈，像表面线圈的形式，所述局部线圈例如借助导体环路以常规方式得以实现，导体环路例如是像印刷电路板的刚性载体材料上，或形式为例如弯曲或马鞍形或其他局部线圈的柔性载体材料上的带状线。
天线1、2具有第一谐振频率和第二谐振频率，第一谐振频率和第二谐振频率被选择为与要成像的两种不同原子核的两个不同拉莫尔频率对应。通过这样做，能够同时在两个拉莫尔频率处使用同一个天线1、2(即，用于发射RF激励信号和/或接收MR弛豫信号)。由于在两个频率处线圈中的电流模式基本相同，所以在这两个拉莫尔频率处，空间灵敏度/发射曲线实际上相同。
对于要在超过两个拉莫尔频率处操作的多谐振RF/MR天线1、2而言，例如，将超过一个谐振电路2串联到线圈1中。
根据本发明，借助电感耦合设备，尤其是以至少一个电感耦合环路或线圈L1形式，将根据本发明的以上双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线与上述相关发射/接收单元电感耦合，而非电连接。
通过这样做，能够相比电连接的情况以更容易的方式将天线1、2调谐到至少两个谐振频率并同时在这些频率处将天线1、2匹配到发射/接收单元。对于表面线圈这是尤其相关的，由于它们紧密接近检查对象，并且线圈定位中的大的可能变化易于导致需要利用调谐和匹配来解决的线圈加载的大范围变化。
与示意性指示用于获得固定电感调谐和匹配的电感耦合环路L1的图1相比，图2示意性指示了天线的电感耦合设备的第二基本配置，其借助电感耦合环路L1获得可变且因此可调节的电感调谐和匹配。
为了获得这种可变的调谐和匹配，电感耦合环路L1被布置使得其能够在线圈1的平面中如箭头A所指示那样发生机械位移，使得天线1、2和耦合环路L1之间的重叠面积以及因此的两者之间的磁通量和所得的耦合相应增大或减小，并且因此能够适当调节调谐和匹配。
最后，如图1和2所指示，优选地，将第二电容器C2串联到电感耦合环路L1中。根据这种第二电容器C2的电容，能够至少部分地有效补偿电感耦合环路L1的电感，以便相应地调节电感耦合环路L1中流动的电流。
通常，能够由导体的一个或多个绕组实现根据图1和2的电感耦合环路L1。尤其根据可用于耦合环路的有效面积和/或期望的耦合因子来选择绕组数量。通常，尤其对于较低频率而言，将需要比更高频率更多的绕组。
如果通过一个这样的耦合环路L1不能针对两个频率获得期望耦合因子，也能够提供两个耦合环路，每个用于两个频率之一。同样，个体耦合环路能够具有一个或多个绕组，其中，两个环路的绕组数量能够相同或不同。能够如下文将解释的那样，并排地或部分或全部彼此交叠地定位个体环路。
通过上文的对至少一个电感耦合环路L1设定尺寸，能够针对天线的两个共振频率并针对彼此独立的发射和接收，实现天线1、2的阻抗与相关发射/接收信道阻抗的匹配以及天线1、2的调谐。此外，通过电感耦合，天线1、2的对称性基本不受影响，并且电流分布和均一性至少保持基本不变。最后，这样的电感耦合比天线的电连接具有多得多的频率宽带。能够在Mispelter等人的文章“NMR probeheads for biophysical and biomedicalexperiments”(3.3章，第56-73页)中找到探针头本身的电感耦合和电感匹配的原理和尺度设定。
图3示出了根据图1和2中所指示的第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L1、L2的第一实施例将双谐振天线1、2与端子T/R电感耦合，发射和/或接收信道与端子T/R连接，以为天线馈送要发射的RF激励信号和/或以处理由如上所述的天线接收的MR弛豫信号。
电感耦合设备的第一实施例被实现为第一线圈L1和第二线圈L2的形式，其中，第一线圈与端子T/R连接并包括第一数量的绕组，第二线圈L2与天线1、2连接并具有第二数量的绕组。两个线圈L1、L2被布置使得它们能够沿着线圈的公共纵轴，如箭头A所示，相对于彼此发生机械偏移或位移，以便调节两者之间的磁通量和所得的电感耦合，并由此如上所述地调节天线1、2的调谐和匹配。
图4示出了同样根据第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L1、L2的第二实施例将双谐振天线1、2与端子T/R电感耦合，以如上所述地连接发射和/或接收信道。
电感耦合设备的第二实施例包括第一线圈L1和第二线圈L2，其中，第一线圈与端子T/R连接并包括第一数量的绕组，第二线圈L2是环状线圈的形式并与天线1、2连接。第一线圈L1缠绕环状线圈L2的一段并被布置使得其能够沿环状线圈L2的至少一部分旋转，如箭头A所示。通过这样做，能够如上所述调节两个线圈L1、L2之间的磁通量和所得的电感耦合，由此可以能够天线1、2的调谐和匹配。
图5示出了同样根据第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L1、L2的第三实施例将双谐振天线1、2与端子T/R电感耦合，以如上所述连接发射和/或接收信道。
电感耦合设备的第三实施例大体对应于如上所述且如图4所指示的电感耦合设备的第二实施例，只是缠绕第二线圈L2的环形的一段的第一线圈L1是抽头线圈，可以相对于与端子T/R有效连接的绕组数量切换该抽头线圈。为了实现这个目的，沿第一线圈L1提供一个或多个抽头，借助PIN二极管D1、D2的每个将每个抽头与端子T/R之一连接。通过将PIN二极管D1，D2中与第一线圈L1的相关抽头连接的一个选择并偏置为导电，来选择第一线圈L1的期望数量的有效绕组。通过这样做，能够如上所述调节两个线圈L1、L2之间的磁通量和所得的电感耦合，由此可以调节天线1、2的调谐和匹配。
图6示出了同样根据第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L1、L2的第四实施例将双谐振天线1、2与端子T/R电感耦合，以如上所述连接发射和/或接收信道。
电感耦合设备的第四实施例被实现为第一线圈L1和第二线圈L2的形式，其中，第一线圈具有缠绕第一线圈L1的纵轴a1的第一数量的绕组，第二线圈具有缠绕第二线圈L2的纵轴a2的第二数量的绕组。同样，第一线圈L1与端子T/R连接，并且第二线圈L2与天线1、2连接。两个线圈L1、L2能够相对于彼此旋转，使得能够在大约0°和大约180°之间或大约0°和大约90°之间调节如箭头A所指示的其纵轴a1、a2之间的角度。通过这样做，同样能够如上所述调节两个线圈L1、L2之间的磁通量和所得的电感耦合，并由此能够调节天线1、2的调谐和匹配。
图7示出了根据第二实施例的双谐振天线。它包括双谐振发射天线12，借助如上文和下文公开的电感耦合设备L1、L2的实施例之一将双谐振发射天线12与端子T电感耦合，以连接发射信道，从而为发射天线12馈送要发射的RF激励信号。此外，天线的第二实施例包括形式为天线阵列的三个双谐振接收天线11，它们并排布置，优选具有图7所指示的交叠且在彼此上的平行平面中，或者彼此没有交叠(并且优选在公共平面中)。同样，接收天线11的每个借助上文和下文公开的电感耦合设备L1、L2的实施例之一与端子R电感耦合，以将每个与接收信道连接，从而处理由接收天线11接收的RF激励信号。示范性地，图7示出了接收天线11的每个借助阻抗匹配网络M和前置放大器P与相关端子R连接。最后，三个接收天线11优选由图7中所指示的发射天线12包围。如上文结合图1和2所解释那样设定发射和接收器天线12、11的尺寸。
图8示出了形式为天线阵列的双谐振天线的第三实施例。它包括三个双谐振发射和/或接收天线1、2，三个双谐振发射和/或接收天线1、2优选在公共平面中并排布置，并借助上文和下文公开的电感耦合设备实施例之一将三个双谐振发射和/或接收天线1、2的每个与端子T/R电感耦合，以如上所述将每个与发射和/或接收信道连接。根据图8，如上文结合图1和2所解释的，针对三个天线1、2的每个，电感耦合设备每个被实现为电感耦合环路L11、L12、L13的形式。
图9示出了同样根据图1和2所示的第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L1、L2的第五实施例将双谐振天线1、2与端子T/R电感耦合，以如上所述连接发射和/或接收信道。
电感耦合设备的第五实施例被实现为耦合环路L1的形式，其有效耦合面积能够通过切换而放大或减小，使得能够如上所解释地相应调节环路L1和天线1、2之间的磁通量和所得的电感耦合，以调谐和匹配天线。这是通过借助一个或多个导电体将环路L1围绕的区域分成多个更小区域来获得的，每个PIN二极管D1、D2都串联到所述导电体中，使得通过将PIN二极管D1、D2中的一个或多个切换成导电或不导电，能够相对于其延伸范围，还相对于其在环路L1之内的位置，选择环路L1的有效面积。
图10示出了同样根据图1和2中所示的第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L11、L12、L13的第六实施例将双谐振天线1、2与端子T/R电感耦合，以如上所述连接发射和/或接收信道。
电感耦合设备的第六实施例被实现为例如三个环路L11，、L12、L13的形式，它们并排定位，优选彼此间有小的交叠并在彼此上的平行平面中，其中，每个二极管D1、D2、D3串联到每个环路和端子T/R之间的连接中。能够通过相应地电压偏置为导电或不导电，彼此独立地切换二极管。通过这样做，以与根据图9的第五实施例的类似方式，能够放大或减小有效耦合面积，使得能够如上所解释地调节天线1、2与端子T/R的磁通量和所得的电感耦合，以用于调谐和匹配。
图11示出了同样根据图1和2中所示的第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L11、L12的第七实施例将双谐振天线1、2与第一端子T/R1和第二端子T/R2电感耦合，以如上所述将每个与发射和/或接收信道连接。
与以上实施例相比，这一第七实施例包括第一耦合环路L11和第二耦合环路L2，它们被提供用于分别在其第一谐振频率f1和第二谐振频率f2处独立地与双谐振天线1、2耦合。因此，提供第一端子T/R1和第二端子T/R2分别用于在第一频率和第二频率处耦合发射和/或接收信号。同样，优选并排定位耦合环路L11、L12，其彼此之间有小的交叠且在彼此上的平行平面中，以便如图10中所示的第六实施例中那样，至少部分补偿耦合环路L11、L12的相互耦合。
关于环路L11、L12的绕组的数量、延伸范围、定位和有效面积，参考上文的相关解释。
图12示出了同样根据图1和2中所示的第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L11、L12的第八实施例将双谐振天线1、2与第一端子T/R1和第二端子T/R2电感耦合，以如上所述将每个与发射和/或接收信道连接。
同样，电感耦合设备包括第一耦合环路L11和第二耦合环路L12，以用于分别在其第一谐振频率f1和第二谐振频率f2处独立地与双谐振天线耦合。与以上的第七实施例相比，借助变压器Tr避免或至少减小了耦合环路的相互耦合，所述变压器具有串联到第一耦合环路L11中的第一绕组和串联到第二耦合环路L12中的第二绕组。通过这样做，能够获得两个耦合环路之间的电感解耦。提供串联到耦合环路L11、L12中的电容器C11、C12，以用于如上文参考图1和2所解释地控制耦合环路中的电流。
作为图12所示第八实施例的替代，图13示出了电感耦合设备的第九实施例，其中，再次提供了第一耦合环路L11和第二耦合环路L12，以用于分别在第一谐振频率和第二谐振频率处与天线耦合，借助串联到两个耦合环路L11、L12中的电容器C3，将第一耦合环路L11和第二耦合环路L12彼此电容性解耦。除此之外，参考结合图11和12解释的以上实施例。
图14示出了同样根据图1和2中所示的第一实施例的双谐振天线1、2，借助电感耦合设备L11、L12的第十实施例将双谐振天线1、2与第一端子T/R1和第二端子T/R2电感耦合，以如上所解释地将天线的每个与发射和/或接收信道连接，以分别用于第一谐振频率和第二谐振频率。
电感耦合设备包括第一耦合环路L11和第二耦合环路L12，以用于分别在其第一谐振频率f1和第二谐振频率f2处独立地与双谐振天线耦合。彼此相邻地布置耦合环路，彼此没有交叠。根据本实施例，提供第一耦合环路L11以用于两个谐振频率中较低的频率，并具有比第二耦合环路L12更多的绕组，提供第二耦合环路L12用于两个谐振频率中更高的频率。通过这样做，增大了第一耦合环路的电感耦合。
并非提供第一端子T/R1和第二端子T/R2以用于第一谐振频率和第二谐振频率，根据图15所指示的电感耦合设备的第十一实施例，也能够经由双工器14将两个耦合环路L11、L12与共用于两个谐振频率并用于在远程MR系统处连接两个发射和/或接收信道的仅一个线缆连接进行连接。除此之外，参考结合图11到14解释的以上实施例。
图16示意性示出了电感耦合设备第十二实施例的侧视图，根据本实施例，与图12到15所示的实施例相比，第一耦合环路L11和第二耦合环路L12并非布置于公共平面中，而是布置在天线1、2的平面上方的彼此上的平行平面中(即，在其垂直投影方向上有位移)。在这种情况下，在垂直于平面的方向上观察时，能够并排或者彼此部分或全部交叠地布置耦合环路L11、L12。此外，图16再次示出了如上所解释的任选双工器14。
图17示出了双谐振天线1、2，电感耦合设备L1以及发射和接收信道的示意性框图。能够如上文参考各实施例所解释那样提供天线1、2和电感耦合设备L1。
根据本框图，借助已知的发射/接收开关S/R将与耦合环路L1的端子T/R连接的发射和接收信道分成发射路径T和接收路径R。接收路径R包括阻抗匹配网络M，经由阻抗匹配网络M将接收的信号施加到高阻抗前置放大器P的输入端。通过这样的阻抗匹配网络M，能够针对两个谐振频率获得最优的信噪比，使得在接收路径中不进行额外的调谐和匹配。发射路径T具有固定的调谐和匹配。
图18示出了这种阻抗匹配网络M的示范性实施例。它包括由串联电感L连接的多个并联电容器C。电容器C和电感L被设定尺寸使得在前置放大器P的输入端处针对两个谐振频率都获得最优的阻抗匹配。图19(A)示意性示出了用于常规单频匹配的匹配网络的传递函数S21，其与图19(B)相比较，图19(B)示范性地示出了针对19F和1H原子核的用于双谐振频率匹配的传递函数S21。
图20示出了根据本发明的自动调谐和匹配设备的第一实施例连同双谐振天线1、2和电感耦合设备L1的示意性框图。能够如上文参考各实施例所解释地那样提供天线1、2和电感耦合设备L1。
自动调谐和匹配设备包括：驱动电动机11，尤其是以压电驱动电动机的形式；驱动电路12，其用于对驱动电动机11进行驱动；以及拾取线圈或环路PU，其由天线1、2加载并与驱动电路12连接。驱动电动机11与电感耦合设备(在本图中被指示为电感耦合环路L1的形式)机械连接，以沿着如箭头A所示的平移运动路径(即沿着朝向天线1、2或远离天线1、2的方向)位移耦合环路L11，由此增大或减小天线1、2和电感耦合环路L1之间的磁通量。
或者，也能够提供电动机11以调谐第一线圈L1，如参考图4或图6所示和所述那样。
此外，驱动电路12与MR谱仪Sp连接。优选地，提供通往外部电源的连接S，以为电动机11和驱动电路12供电。
驱动电路12根据拾取线圈PU从天线1、2接收的信号对驱动电动机11进行驱动，从而自动获得如上文参考图3解释的，在相关谐振频率处的期望调谐和匹配。
图21示出了根据本发明的自动调谐和匹配设备的第二实施例连同双谐振天线1、2和电感耦合设备L1的示意性框图。能够如上文参考各实施例所解释那样提供天线1、2和电感耦合设备L1。
这种自动调谐和匹配设备包括驱动电路12和拾取线圈或定向耦合器PU，拾取线圈或定向耦合器PU由天线1、2加载并与驱动电路12连接。并非根据图20中所示的第一实施例机械位移电感耦合环路，而是根据第二实施例，通过借助驱动电路11相应地短接电感耦合环路L1的绕组中的一个或多个来选择有效数量的绕组，从而改变天线1、2和电感耦合环路L1之间的磁通量。
为了实现这点，驱动电路12具有至少一个，但优选多个输出端，所述输出端的每个经由电感I1、I2、…与多个PIN二极管D1、D2、…之一连接，每个PIN二极管都如上文参考图5所解释地，将电感耦合环路L1的多个抽头之一与其端子之一连接。
通过将二极管D1、D2、…中的至少一个电压偏置为导电，来短接电感耦合环路L1相应数量的绕组，从而相应减少有效绕组的数量，由此减小天线1、2和电感耦合环路L1之间的磁通量。
或者，并且图21中所示的耦合环路L1，根据图5的第一线圈L1也能够借助驱动电路12被切换。
由驱动电路12自动根据拾取线圈或定向耦合器PU的输出信号选择被电压偏置为导电和不导电的二极管D1、D2、…的数量，从而如上所解释地获得相关谐振频率处的期望调谐和匹配。
图22示出了根据本发明的自动调谐和匹配设备的第三实施例连同双谐振天线1、2和电感耦合设备L1的示意性框图。能够如上文参考各实施例所解释那样提供天线1、2和电感耦合设备L1。
这种自动调谐和匹配设备包括：驱动电动机11，尤其是以压电驱动电动机的形式；驱动电路12，其用于对驱动电动机11进行驱动；以及定向耦合器13，其与驱动电路12连接。代替根据图20和21所示的第一实施例和第二实施例提供的、用于由天线1、2加载的拾取线圈PU，提供了定向耦合器13以耦合出由天线1、2在电感耦合设备L1中诱发的信号的一部分。根据这一信号，驱动电路12再次操作驱动电动机11，以相对于天线1、2位移电感耦合设备L1，由此增大或减小天线1、2和电感耦合设备L1之间的磁通量，以便如上文参考图20所解释地，自动获得相关谐振频率处的期望调谐和匹配。
或者，也能够根据图21所示的第二实施例提供驱动电路12(和电感耦合设备L1)，以生成用于PIN二极管的偏压，以便选择电感耦合环路的适当数量的有效绕组，以用于如上所解释地自动获得相关谐振频率处的期望调谐和匹配。
图23示出了双谐振或多谐振天线1、2和电感耦合设备L1的第一总体布置。天线1、2例如完全被包裹并且是防水的。较为平坦的电感耦合设备L1例如能够与相关RF连接线缆一起隐藏在患者床中或独立的支架中，并基本平行于天线定位。
图24示出了第一和第二双谐振或多谐振天线1a、2a；1b、2b，连同患者头相对侧的每个电感耦合设备L1a、L1b的第二总体布置。根据这种布置，电感耦合设备L1a、L1b每个基本分别平行于第一天线和第二天线，但仅沿于第一天线和第二天线的长度的小部分而延伸。
图25再次示出了第一和第二双谐振或多谐振天线1a、2a；1b、2b，连同患者头相对侧的每个电感耦合设备L1a、L1b的第三总体布置。根据这种布置，电感耦合设备L1a、L1b每个被定位在天线的末端之一。
应当提到的是，通常能够将双谐振RF/MR发射和/或接收天线的以上和其他实施例的任意与电感耦合设备的以上和其他实施例的任意相组合。基本通过相关天线的所提出应用和环境条件来确定选择和组合。
此外，上文结合电感耦合设备使用的术语“环路”或“耦合环路”不限于仅具有一个绕组的环路。以上意义中的环路还能够具有超过一个绕组，如例如图14中所指示。最后，上文结合电感耦合设备使用的术语“环路”和“线圈”可以彼此互换。
图26示出了针对用于以上和其他双谐振RF/MR发射和/或接收天线的阻抗匹配的以上电感耦合设备的几何结构的计算过程的原理流程图。优选借助计算机程序执行这一计算过程。
在第一步骤S1中，定义相关双谐振天线的期望几何结构和期望视场。在第二步骤S2中，定义天线的期望谐振频率。在第三步骤S3中，尤其是相对于相关电感耦合环路或线圈的长度、宽度、绕组数量、导线宽度等，对电感耦合设备进行参数化。
利用第四步骤S4，针对加载和卸载条件下定义的双谐振天线，开始电感耦合设备的S11参数的迭代计算。
在第五步骤S5中，检查电感耦合设备计算的S11参数是否在两个谐振频率处都获得了针对加载和卸载的双谐振天线的期望值。
如果不是这样，在第六步骤S6中改变几何结构，尤其像是电感耦合设备的尺寸、绕组数量和电容器值，并且从第四步骤S4开始重复该过程。
如果电感耦合设备的S11参数在两个谐振频率处针对加载和卸载的双谐振天线都获得期望值，该过程在第七步骤S7处结束，从而在期望频率以及在具有计算的S11参数的负载条件下获得阻抗匹配。
用于参数化的迭代程序使用已知的电磁模拟程序和算法，像MoM、REM和FDTD。
尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的，并且本发明不限于公开的实施例。在不脱离由权利要求书定义的本发明范围的前提下，上文所述的发明实施例的变型是可能的。
通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践请求保护的本发明时能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，量词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不得被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线，其特征在于：所述天线(1、2)借助形式为至少一个环路或线圈(L1、L2)的电感耦合设备与RF/MR发射和/或接收信道电感耦合，所述电感耦合设备相对于所述天线被设定尺度和/或被定位，使得通过两者之间所得的磁通量，所述天线被调谐并被阻抗匹配到所连接的RF/MR发射和/或接收信道，其中，所述至少一个环路或线圈(L1、L2)被布置使得其能够相对于所述天线(1、2)机械位移，以调节所述天线和所述电感耦合设备之间的所述磁通量。
2.根据权利要求1所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述电感耦合设备被实现为第一线圈(L1)和第二线圈(L2)的形式，其中，所述第一线圈(L1)与所述RF/MR发射/接收信道连接，所述第二线圈(L2)与所述天线(1、2)连接，其中，两个线圈(L1、L2)被布置使得它们彼此电感耦合。
3.根据权利要求3所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述第一线圈(L1)被布置使得其能够相对于所述第二线圈(L2)位移，以调节两者之间的所述磁通量。
4.一种双谐振或多谐振RF/MR发射和/或接收天线，其特征在于：所述天线(1、2)借助形式为至少一个环路或线圈(L1、L2)的电感耦合设备与RF/MR发射和/或接收信道电感耦合，所述电感耦合设备相对于所述天线被设定尺度和/或被定位，使得通过两者之间所得的磁通量，所述天线被调谐并被阻抗匹配到所连接的RF/MR发射和/或接收信道，其中，所述至少一个环路或线圈(L1、L2)被布置使得能够通过电子方式改变所述天线和所述电感耦合设备之间的所述磁通量。
5.根据权利要求4所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述电感耦合设备包括具有多个绕组的线圈(L1)，所述绕组具有一个或多个抽头，所述抽头每个都借助二极管(D1、D2、…)与所述线圈的端子之一连接，其中，所述二极管被选择使得能够通过施加相关的偏压将它们偏置成导电和不导电。
6.根据权利要求1所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述电感耦合设备由第一线圈(L11)和第二线圈(L12)提供，其中，所述第一线圈用于在第一谐振频率(f1)处电感耦合所述天线(1、2)，所述第二线圈用于在第二谐振频率(f2)处电感耦合所述天线。
7.根据权利要求6所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)之间的相互电感耦合通过彼此重叠两个线圈而至少部分被补偿。
8.根据权利要求6所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)之间的相互电感耦合借助串联到两个线圈中的电容器(C3)至少部分被补偿。
9.根据权利要求6所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)之间的相互电感耦合借助变压器(Tr)至少部分被补偿，所述变压器具有串联到所述第一线圈中的第一绕组以及串联到所述第二线圈中的第二绕组。
10.根据权利要求6所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述第一线圈(L1)和第二线圈(L2)借助具有公共RF反射线的双工器(14)被连接到相关的RF/MR发射和/或接收信道。
11.根据权利要求2或4所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，驱动电动机(11)被提供以执行所述线圈(L1)的位移，并且其中，所述驱动电动机借助驱动电路(12)根据由所述天线(1、2)加载的拾取线圈(PU)或定向耦合器(13)的输出信号被驱动。
12.根据权利要求5所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，驱动电路(12)被提供以根据由所述天线(1、2)加载的拾取线圈(PU)或定向耦合器(13)的输出信号来将所述二极管(D1、D2、…)选择并切换成导电和不导电。
13.根据权利要求1所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述天线(1、2)为平面天线。
14.根据权利要求1所述的RF/MR发射和/或接收天线，其中，所述天线(1、2)为平面阵列天线或体积阵列天线。
15.一种MR成像装置或系统，包括根据权利要求1到14中的至少一项所述的RF/MR发射和/或接收天线。
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