CN107453728A - 用于借助差分的导线引导来传输磁共振信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助差分的导线引导来传输磁共振信号的装置。本发明涉及一种用于传输中频信号和用于将中频信号向下混频的振荡器信号的传输装置，以及一种具有局部线圈、接收单元和传输装置的磁共振断层成像仪。所述传输装置具有用于传输振荡器信号和中频信号的对称传输线路以及用于使不对称信号源和/或信号宿与对称传输线路匹配的对称单元。对称单元仅具有不含铁氧体的电感。局部线圈和接收单元经由传输装置信号连接。

Description

用于借助差分的导线引导来传输磁共振信号的装置

技术领域

本发明涉及一种用于传输中频信号和用于将高频接收信号向下混频到中频等级的振荡器信号的传输装置，以及一种具有按照本发明的传输装置的磁共振断层成像仪。

背景技术

磁共振断层成像仪是成像装置，其为了对检查对象成像，利用强的外部磁场将检查对象的核自旋对齐，并且通过磁交变场进行激励，以围绕该对齐进动。自旋从该激励的状态到具有较小能量的状态的进动或者说返回，又作为应答而产生磁交变场，也称为磁共振信号，其经过天线被接收。

借助磁梯度场，对信号施加位置编码，其随后实现接收的信号与体积元素的对应。然后评估接收的信号并且提供检查对象的三维成像显示。

为了激励自旋的进动，需要具有与在静态磁场强度情况下的拉莫尔频率相应的频率和非常高的场强或功率的磁交变场。为了改善由天线接收的磁共振信号的信噪比，通常使用直接布置在患者处的称为局部线圈的天线。

为了成像，由局部线圈接收的磁共振信号必须被传输到磁共振断层成像仪的接收装置。通常，磁共振信号也通过混频而降低到较低的频率范围(中频)。为了能够在评估时采集初始的磁共振信号的相位和频率特征，于是作为参考也需要并传输混频信号或者说振荡器信号。

磁共振信号通常具有兆赫兹的带宽。在向下混频到例如10MHz的中频之后，中频信号由此是相对宽带的信号。

为了传输信号，通常使用同轴线缆，其尤其是以薄的和柔性的构造形式而是昂贵的并且难以加工。

从文献DE10104260A1公知一种用于两个频率的对称单元。文献DE102013209450A1描述了一种用于变宽的频率范围的对称单元。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种传输装置和磁共振断层成像仪，其能够更简单地操作并且成本更低。

该任务通过按照本发明的传输装置以及按照本发明的磁共振断层成像仪解决。

按照本发明的传输装置设置为用于传输中频信号和用于产生中频信号的振荡器信号。中频信号由此优选地设置在如下频率范围中，该频率范围通过磁共振信号带宽的倍数向上限制，例如磁共振信号带宽的两倍、三倍、五倍或十倍，也就是低于2、5、10或20MHz。在此，振荡器信号设置在拉莫尔频率加/减中频附近的频率范围中，优选地高于50MHz。被认为适合于进行传输的尤其是如下传输装置，其衰减对于待传输的信号小于3、6或12dB。

按照本发明的传输装置具有用于传输振荡器信号和中频信号的对称传输线路。对称传输线路是如下传输线路，其中与非对称传输线路相反，至少两个导体中的一个导体不具有参考或地电位。在对称传输线路中，导体对的两个导体携带通常具有相反极性的信号，因此传输线路的辐射或进入线路的辐射相互抵消。对称传输线路也称为差分传输线路。例如，对称传输线路可以是具有绞合线对(双绞线)或带状线或扁平网状线的线路。

此外，传输装置具有用于使不对称信号源和/或信号宿与对称传输线路匹配的对称单元(平衡/不平衡，“BalUn(平衡-不平衡转换器)”)，其中，对称单元仅具有不含铁氧体的电感。不含铁氧体的电感例如是不具有任何铁氧体磁芯、例如环形磁芯的空气线圈。按照本发明的传输装置由此与具有带有作为平衡-不平衡转换器的环形变压器的宽带对称单元的传输装置不同。

一方面，按照本发明的传输装置可以在磁共振装置中在检查区域中以有利的方式被使用，因为不会出现铁氧体饱和效应或干扰静态和动态磁场。此外，按照本发明的传输装置能够接收来自具有不对称信号输出的通常的局部线圈的信号并将其传输，即使所述信号位于用于中频信号和振荡器信号的不同频率范围内。

按照本发明的磁共振断层成像仪具有按照本发明的传输装置的优点。

给出了其它有利实施形式。

在按照本发明的传输装置的一个可能实施形式中，传输装置设置为用于传输频率大于50MHz的振荡器信号和频率小于20MHz的中频信号。在此，两个信号的带宽优选地小于或等于1、2或5MHz。优选地，至少中频信号的带宽大于或等于500kHz或1MHz。如果待传输的频率范围内的衰减小于3dB、6dB或12dB，则传输装置将被视为适合传输该频率范围。

以有利的方式，传输装置被设计用于，在两个彼此远离的频率范围内与在具有中频的磁共振断层成像仪的情况下所需要的相同地良好地传输信号。

在按照本发明的传输装置的可想到的实施形式中，传输装置在振荡器信号的频率范围内和在中频信号的频率范围内，分别具有局部衰减最小值。在此可以将相应信号的带宽或其倍数，例如带宽的两倍，三倍或五倍，看作范围。

不对称的信号源与对称传输源的宽带的匹配在没有具有铁氧体(环形芯，经典的平衡-不平衡转换器(BalUn))的电感的情况下是几乎不可能的。以有利的方式，按照本发明的传输装置在磁共振断层成像仪的功能所需的预定频率范围内提供具有低衰减的匹配。

在按照本发明的传输装置的一个可能实施形式中，传输装置对于振荡器信号的频率范围和中频信号的频率范围分别具有共模抑制(Gleichtaktunterdrückung)的局部最大值。在此，围绕相应信号的1、2、5或10MHz的范围被特别地看作是振荡器信号或中频信号的频率范围。

共模抑制指定了作用于对称线路的两根线上的对干扰的抑制的度量。有用信号范围内的共模抑制的最大值以有利的方式主要降低对称地入射到线路中的干扰(共模干扰)，并且以这种方式改善图像采集。

在按照本发明的传输装置的可想到的实施形式中，传输装置具有作为对称单元的Boucherot(布舍罗)桥。Boucherot桥是指由至少两个Boucherot元件，或分别由低通元件和高通元件组成的桥电路。Boucherot桥在其额定频率上将不对称线路系统转换为对称线路系统。此外，可以通过Boucherot桥窄带地转换接口阻抗，从而可实现功率匹配。

即使没有宽带的铁氧体线圈或变压器，Boucherot桥也使得能够在其额定频率下对射频信号进行调整。

经典的Boucherot桥具有严重的缺点，即功能仅能够在额定频率附近的单一且相对窄的频带内使用。

在按照本发明的传输装置的一个可能的实施形式中，Boucherot桥在至少一个或者也在两个分支中具有两个级。这里的级是指分别布置在Boucherot桥的分支中的相应的Boucherot元件，即高通和低通元件。在所提出的实施方式中，两个低通元件在Boucherot桥的一个分支中和/或两个高通元件在Boucherot桥的另一个分支中分别串联连接。在此，串联连接的两个Boucherot元件有利地分别在其组件的值方面不同，因此它们具有不同的阻抗特性曲线。

在一个分支中，两个Boucherot元件与不同频率特性的相互作用以有利的方式扩大了Boucherot桥的分支的带宽。

在按照本发明的传输装置的可想到的实施形式中，Boucherot桥分别具有并联谐振电路代替一个或多个电容，和/或分别具有串联谐振电路代替一个或多个电感。优选地，Boucherot桥的所有电容通过并联振荡电路并且Boucherot桥的所有电感通过电感代替。

以有利的方式，振荡电路通过其不同的谐振频率允许对称单元对于不同的频率范围被同时优化。

在按照本发明的磁共振断层成像仪的一种实施形式中，局部线圈经由不对称接口与传输装置处于信号连接。

以有利的方式，按照本发明的磁共振断层成像仪通过传输装置的对称单元可以使用迄今使用的局部线圈，其具有与低成本传输装置结合的用于同轴线缆的连接。

附图说明

结合下面给出的示例性实施例的描述，上述本发明的特征，特征和优点以及这些将被实现的方式将变得更清楚和更容易理解，这将在下面结合附图更详细地解释。其中：

图1示出按照本发明的磁共振断层成像仪的示例性示意图；

图2示出按照本发明的具有局部线圈和接收单元的传输装置的实施方式的示意图；

图3示出具有局部线圈和接收单元的按照本发明的传输装置的实施方式的示意图；

图4示出示例性对称单元的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有按照本发明的传输装置70的按照本发明的磁共振断层成像仪1的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，其产生用于拍摄区域内受检者或患者40的身体中的核自旋对齐的静态磁场B0。拍摄区域布置在患者隧道16内，所述患者隧道在通过磁体单元10的纵向方向2上延伸。通常，场磁体11是超导磁体，其可以提供具有直至3特斯拉、在最新的设备的情况下甚至更高的磁通密度的磁场。而对于较小的场强，也可以使用具有常导线圈的永久磁体或电磁体。

磁体单元10还具有梯度线圈12，将其设计为，为了对所获取的检查体积中的成像区域进行空间区分(Differenzierung)，将可变的磁场在三个空间方向上叠加在磁场B0上。梯度线圈12通常是由常导导线制成的线圈，其可以产生检查体积中彼此正交的场。

磁体单元10同样具有体线圈14，其被设计成将经由信号线提供的射频信号照射到检查体积中并且接收由患者40发射的共振信号并经由信号线输出。此外，按照本发明的磁共振断层成像仪具有一个或多个局部线圈50，其被布置在患者隧道16中靠近患者40。

控制单元20向磁体单元10提供梯度线圈12和体线圈14的各种信号，并评估接收的信号。

因此，控制单元20具有梯度控制器21，该梯度控制器21被设计成通过供给线路向梯度线圈12提供可变电流，其在时间上协调地在检查体积中提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有接收单元22，其被设计为产生具有预定时序曲线、幅度和频谱功率分布的射频脉冲，以激发患者40中的核自旋的磁共振。在此将实现在千瓦范围内的脉冲功率。各个单元通过信号总线25相互连接。

局部线圈50优选地从患者40的身体接收磁共振信号，因为由于距离短，局部线圈50的信噪比(SNR)优于通过体线圈14接收的情况。由局部线圈50接收的MR信号将在局部线圈50中准备并且借助本发明的传输装置70转发到磁共振断层成像仪1的接收单元22用于评估和图像采集。

图2示意性地示出了具有局部线圈50和接收单元22的本发明的传输装置70的一种示例性实施形式。在壳体51中，局部线圈50具有用于接收MR信号的天线线圈52。所接收的MR信号随后将由前置放大器53(低噪声放大器，LNA)放大。MR信号位于拉莫尔频率，其取决于磁场B0的强度，并且对于3特斯拉，大约为130MHz。而MR信号的带宽仅约为0.5MHz。因此，MR信号将在混频器54中与振荡器55的信号或振荡器信号混合，并转换成中频信号以便以较低的频率传输。在此，由于更简单的电路技术，中频信号通常是与信号地(Signalmasse)相关的非对称信号。

在一种实施形式中，振荡器信号例如可以本地地在局部线圈50中由振荡器55产生。为了能够在图像采集期间重新建立MR信号的准确的频率和相位关系，然后优选也将振荡器信号从局部线圈50传输到接收单元22，理想地经过共同的线路或传输装置70。

如果在磁共振断层成像仪1处设置了多个局部线圈50，则在本发明的实施方式中设置为，振荡器55对于多个局部线圈50共同地提供振荡器信号并且由此中央地设置在接收单元22中。振荡器信号然后同样由传输装置70在局部线圈50和接收单元22之间传输，然而在另一个方向上。该实施方式在图3中示出，其在其他方面与图2没有区别。振荡器信号和中频信号的分离例如可以通过高通/低通组合(双工器)在局部线圈50中进行。

传输装置70首先具有对称单元71，其将具有地参考的不对称的中频信号转换为没有电势参考的对称的第三信号。例如修改的Boucherot桥适合于转换具有不同频率的信号，其在以下示出。具有环形铁芯变压器的经典的平衡-不平衡转换器由于使用铁氧体而不合适在场磁体11周围。

第三信号的传输借助对称的传输线路72进行。这样的线路例如可以是双绞线线缆，如在LAN接线中使用的，根据屏蔽和特性例如称为CAT4、CAT5或CAT6。也可以使用如RJ-45的在LAN接线中常见的插座。但是也可以是其他对称导线，例如柔性的或刚性的板基底上的带状导线或条状导线。也可以使用其他插接系统。

在一种实施方式中也可以的是，中频信号首先在不对称传输线路上如同轴线缆或不对称条状导线从局部线圈被引导到过渡点。一种可能的应用情况例如可以是集成在患者卧榻40中的脊柱线圈，其中频信号在板基底上由不对称传输线路被引导直至患者卧榻40的末端，然后才由对称单元71对于在对称传输线路72上的进一步传输而与第三信号匹配。本发明包括所有这些可以想到的由不对称和对称的传输线路组成的组合。

优选地，在对称传输线路72的末端处又通过转换器73进行第三对称信号到不对称信号的转换，因为电子信号处理在接收单元22中通常基于地参考的、不对称的信号。如果传输装置70在相同方向传输振荡器信号和中频信号，则转换器例如可以通过宽带差分放大器实现。具有无源组件的转换器73适合于两个方向上的传输，无源组件例如如在具有一个或多个Boucherot桥的对称单元71中实现。

按照本发明也可以考虑，传输装置70的对称单元71也在布置在局部线圈的壳体51中和/或转换器73作为磁共振断层成像仪1的接收单元22的部分。

在图4中说明了按照本发明的传输装置的实施方式的对称单元71的示例示意图。

图4中的示例对称单元71执行从左侧的具有非对称信号和50欧姆阻抗的信号端口到右侧的具有100欧姆阻抗的对称信号端口的转换。通过示出的对称单元71以“宽带的双带Boucherot桥”形式的特别构造，期望的转换在对于振荡器频率的55MHz至75MHz的频率范围以及在对于中频信号的8MHz至12MHz的频率范围内发生。

Boucherot桥的最简单的构造具有不对称的信号输入端，Boucherot桥的两个支路馈送到所述信号输入端。在此，支路相应于图4中电路图的上半部分或下半部分中的信号路径。在相应的支路的输出端上通过在相应的支路中在相反的方向上的相移施加差分或对称的输出信号。由于无源组件，也可以考虑相反方向上的信号流，以便将对称信号转换为不对称信号。

相反的相移例如可以通过一个支路中的高通元件和另一个支路中的低通元件实现。高通元件和低通元件一起被称为Boucherot单元。在图4中在每个支路中串联连接两个这样的级。

此外，在图4的按照本发明的实施方式中，在相应的Boucherot单元中的电容分别作为并联振荡电路实施并且电感作为串联振荡电路实施。低通元件和高通元件分别仅实现绝对值上直至最大90度的相移，而振荡电路实现绝对值上最大180度的相移，在谐振频率情况下具有90度。通过合适地构造谐振频率，振荡电路因此可以在一个频率下作为低通元件并且在另一个频率下作为高通元件工作，从而具有振荡电路的Boucherot桥在两个明显不同的频率下，在交换两个支路的作用的条件下，作为对称单元起作用。

以有利的方式，如图4所示的仅由无源的和不含铁氧体的组件构成的对称单元71可以在场磁体周围被采用，并且还适合于两个方向的信号流，即从对称的信号端口到不对称的信号端口和相反。

尽管通过优选实施例详细示出和描述了本发明，但是本发明不受公开的例子限制，而是可以由专业人员从中导出不同变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于传输中频信号和用于将中频信号向下混频的振荡器信号的传输装置，其中，所述传输装置(70)具有：

用于传输振荡器信号和中频信号的对称传输线路(72)，和

用于使不对称信号源和/或信号宿与对称传输线路(72)匹配的对称单元(71)，

其中，对称单元(71)仅具有不含铁氧体的电感。

2.根据权利要求1所述的传输装置，其中，振荡器信号具有大于50MHz的频率，并且中频信号具有小于20MHz的频率。

3.根据权利要求1或2所述的传输装置，其中，所述传输装置(70)在振荡器信号的频率范围内和在中频信号的频率范围内，分别具有局部衰减最小值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的传输装置，其中，所述传输装置(70)在振荡器信号的频率范围内和在中频信号的频率范围内，分别具有共模抑制的局部最大值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传输装置，其中，所述对称单元(71)具有布舍罗桥。

6.根据权利要求5所述的传输装置，其中，布舍罗桥在布舍罗桥的至少一个分支中具有两个级。

7.根据权利要求5或6所述的传输装置，其中，布舍罗桥的一个或多个电容分别通过并联谐振电路代替，和/或一个或多个电感分别通过串联谐振电路代替。

8.一种磁共振断层成像仪，其中，所述磁共振断层成像仪(1)具有按照前述权利要求中任一项所述的传输装置(70)、局部线圈(50)和接收单元(22)，其中，局部线圈(50)借助传输单元(22)与接收单元(22)信号连接，以用于传输磁共振信号。

9.根据权利要求8所述的磁共振断层成像仪，其中，局部线圈(50)经由不对称接口与传输装置(70)信号连接。