CN108872895A - 用于识别天线线圈的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别具有非激活失谐装置的天线线圈的装置和方法。装置具有发射器、天线、幅值测量计和控制器。控制器控制发射器，使得其经由天线发射具有不同的预定幅值的高频信号。控制器利用幅值测量计依据所发射的信号采集试验幅值，并且确定预定幅值和所采集的试验幅值之间的试验关系。在确定的试验关系和预定的参考关系不同时输出信号。

Description

用于识别天线线圈的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于识别具有非激活失谐装置的天线线圈的装置和方法以及具有这种装置的磁共振断层成像设备。该装置具有发射器、天线、幅值测量计和控制器。控制器被设计为，发射器被控制为，使得其经由天线发射具有不同的预定幅值的高频信号；以及利用幅值测量计依据所发射的信号采集试验幅值。

背景技术

磁共振断层成像设备是为了对检查对象成像而利用强外部磁场使检查对象的核自旋对齐并且通过交变磁场激励核自旋围绕该对齐进动的成像装置。从该激励状态到具有较低能量的状态的自旋的进动或返回继而产生作为响应的交变磁场，该交变磁场由天线接收。

借助梯度磁场，向信号施加位置编码，其随后能够将接收到的信号与体积元素相关联。然后分析接收到的信号并且提供检查对象的三维成像显示。为了接收信号优选地使用局部天线、即所谓的局部线圈，其被直接布置在检查对象上以实现更好的信噪比。

为了接收，局部线圈被设置为在拉莫尔频率下共振、优选在磁共振断层成像设备的静态磁场B0中的氢核的拉莫尔频率下共振。然而，针对具有相同频率的核自旋的激励脉冲，其必须被失谐以避免由于高的感应电压或电流引起的破坏。一方面，失谐由通过控制电流实现导通的主动元件、诸如PIN二极管实现。如果未连接局部线圈，则设置被动保护元件、诸如交叉二极管或者熔断保险丝。但是，如果这些保护机制有缺陷，则由于局部线圈的共振条件，在激励脉冲期间可能会在局部线圈周围导致过高的场强，尽管普遍保持整体的限制值，过高的场强可能会危及待检查的人员。这特别是如下情况，例如由于植入物出现特别的危险情况，并且短时超出场强限制值已经危及了患者。

例如，从文献DE 10 2015 217 723 A1已知具有监测装置的局部发射线圈。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，借助磁共振断层成像设备特别是针对具有植入物的患者进行的检查更安全。

该技术问题通过根据本发明的装置以及根据本发明的磁共振断层成像设备和根据本发明的方法解决。

根据本发明的用于识别具有非激活失谐装置的天线线圈的装置具有发射器、天线、幅值测量计和控制器。优选地，发射器被设计为，用于发射具有拉莫尔频率的频率的高频，在该频率下天线线圈被设计为，用于接收磁共振信号。天线线圈例如可以是局部线圈或者身体线圈或者其元件。

在此，控制器被设计为，控制发射器，使得其经由天线发射具有不同的预定幅值的高频信号。在此，幅值优选是，在共振的天线线圈中在天线的作用范围内产生例如0.1V与2V、0.2V与1V或者0.4V与0.8V之间的范围内的电压。感应电压优选是位于诸如二极管、齐纳二极管或PIN二极管的保护元件的特性曲线的非线性的区域的电压。

控制器与幅值测量计信号连接并且进一步被设计为，利用幅值测量计依据所发射的信号采集试验幅值。试验幅值例如可以是正比于高频信号的磁场分量的幅值，如其可以通过记录线圈(Pick-up-coil)采集的那样。还可以想到取决于电场强的幅值，其例如可以由偶极子来采集。同样地，天线的供电线中的电压和/或电流的幅值也是可以的。最后也可以想到不与电流或者电压成线性关系的信号的幅值，例如具有二次方依赖关系的功率。最后也可以想到，通过幅值采集控制器的其它参量、诸如相位。在此，根据本发明“依据所发射的信号”在此理解为，实时地或者近似实时地，通过高频技术中在接收时通常的步骤，诸如放大、衰减、滤波、混合或者整流，从由所发射的信号例如通过感应产生的输入信号中导出试验幅值。优选地，控制器被设计为，用于依据两个不同的预定幅值采集至少两个试验幅值。

此外，控制器被设计为，用于确定预定幅值和所采集的试验幅值之间的试验关系。例如可以想到，控制器形成预定幅值和所采集的试验幅值的差值或者商。同样地，控制器可以在之前或者之后利用附加的步骤处理这些值，例如对其应用幂函数或者对数。

最后控制器被设计为，用于将形成的试验关系与预定的参考关系进行比较。例如，控制器可以检查场强是否随着施加在天线上的电压而线性增加。也可以想到，具有保护二极管的天线线圈在高于一定的场强时进入保护二极管的特性曲线的导通区域，并且由于天线线圈吸收的功率，在天线的电压和场强之间不再存在线性关系。

在此，控制器被设计为，在识别到确定的试验关系与预定的参考关系相应不同时输出信号。

以有利的方式，根据本发明的装置能够在通过高的高频功率可能损坏天线线圈或者危及患者之前，识别出具有非激活失谐的天线线圈。

根据本发明的磁共振断层成像设备和根据本发明的方法共享根据本发明的装置的优点。

本发明还给出另外的有利的实施方式。

在根据本发明的装置的一种可想到的实施方式中，幅值测量计具有定向耦合器。定向耦合器优选地布置在发射器和天线之间，以采集由天线反射的功率，该功率例如由检查区域中的共振器通过改变天线的阻抗来改变。在此，在该实施方式中所采集的试验幅值具有与反射功率的依赖关系。

定向耦合器以有利的方式提供了简单的可能性，利用不期望返回的高频能量来采集关于高频辐射的检查区域的信息，而不必回溯到先前的有用的发射功率。

在根据本发明的装置的一种可能的实施方式中，预定的参考关系是线性关系。优选地，预定的关系例如作为具有系数的参数集或者值表存储在控制器的存储器中。线性关系在此理解为，预定幅值和试验幅值之间的依赖关系遵循如下形式的线性方程y＝ax+b，或者在测量精确性的范围内仅最大偏差了1％、5％、10％或者20％。在此还要理解具有恒定值的线性关系的特殊情况，但是该值不等于零。

如果不存在例如通过二极管引起失谐的非线性元件，则电场和磁场遵循线性规律。通过与线性特性曲线进行比较以及与之的偏差，由此可以以有利的方式推断出相应的安全技术以及其规定的功能。

在根据本发明的装置的一种可想到的实施方式中，控制器被设计为，依据由幅值测量计采集的试验幅值的相位来确定试验关系。因此例如可以想到，预定幅值是由控制器的驱动信号预定的发射器输出级的电压。幅值测量计可以采集发射输出级和天线之间的电流作为试验幅值。对于具有欧姆特性的天线的阻抗，在此电压和电流之间的相位或相位关系保持不变，而复数电阻的负载，例如共振的振荡回路，会引起相位偏移。在此，如果复数电阻本身以非线性方式与发射功率相关，例如在共振电路中的二极管的情况，对于相位也会存在非线性关系。

以有利的方式，可以通过具有高灵敏度的相位来识别天线线圈的保护装置。

在根据本发明的一种可能的实施方式中，控制器被设计为，依据经由天线发射的功率来确定试验关系。例如，在此可以想到，幅值测量计被设计为，用于采集电流和电压并且通过电压和电流的乘积来确定功率。但是也可以想到，在假设阻抗基本恒定的情况下从两个值之一来计算功率。当测量值的变化很小，也就是例如小于5％或者10％时，特别可以想到这一点。例如当天线基本上匹配于供电线的阻抗并且试验幅值是仅在匹配改变时才出现的反射功率时，这是可能的。最后，功率原则上可以直接例如以辐射热测量学的方式采集。

功率是一种参量，其可以与电流和电压之间的可能的位置相关的相位无关地以有利的方式采集以天线线圈形式的功率汇点(Leistungssenke)。

在根据本发明的装置的一种可以想到的实施方式中，装置、优选控制器被设计为，用于依据输出的信号中断发射器的高频发射。

以有利的方式，在损坏发生之前，例如当未连接的天线线圈被布置在检查区域中时，装置可以中断发射器的高频辐射的发射。

在根据本发明的装置的一种可能的实施方式中，其被设计为，经由天线发射多个不同的预定模式。可以想到，例如具有多个独立的发射元件的阵列作为天线，其可以由发射器通过分布矩阵进行不同地控制。在发射器中还可能有多个独立的发射模块。这样的发射阵列可以设置在具有多个发射元件的身体线圈中或者在具有多个线圈元件的局部线圈中。由于不同的模式具有不同的极化，在此可以想到，单个模式对于天线线圈的相应取向不会或者仅很小程度地激励天线线圈。根据本发明的装置因此被设计为，在该实施方式中借助多个幅值测量计来采集多个试验幅值，并且依据所采集的试验幅值来确定一个或多个试验关系。具有复用器的单个幅值测量计理解为多个幅值测量计，其中复用器具有针对待采集的输入端的多个输入端。

以有利的方式，根据本发明的装置还能够采集不同模式的试验幅值，并且因此能够识别相对于天线在不同取向上的天线线圈。

在根据本发明的磁共振断层成像设备的一种可想到的实施方式中，发射器被设计为，用于产生针对核自旋的激励脉冲。特别地，发射器具有例如大于一千瓦的所需的发射功率，以充分地激励核自旋。

由此，装置能够借助现有的磁共振断层成像设备的架构从发射器和天线，例如身体线圈，识别例如以局部线圈形式的未连接的天线线圈。

在根据本发明的方法的一种可能的实施方式中，其具有停用天线线圈的失谐装置的步骤。例如，控制器可以中断对天线线圈中的PIN二极管或者其它开关元件的供电，使得其不再使共振回路短路。在此，天线线圈位于在激活发射器的情况下具有高频信号的相关场强的区域中。在此，特别是将在天线线圈的无阻尼共振回路中产生大于0.5V或1V的电压的高频场的场强视为相关场强。

以有利的方式，利用根据本发明的装置在该方法中不仅可以识别未连接的天线线圈，而且还可以针对连接的天线线圈检查失谐装置的功能。这特别适用于无需外部控制即可起作用的被动的附加保护装置，例如保险丝或者交叉二极管。

附图说明

根据下面对结合附图详细解释的实施例的描述更清楚且更明了地理解上面描述的本发明的特点、特征和优点以及实现其的方式。

附图中：

图1示出了根据本发明的具有示例性的根据本发明的装置的磁共振断层成像设备的示意图；

图2示出了根据本发明的装置的一种可能的实施方式的示意图；

图3示出了根据本发明的装置的一种可能的实施方式的示意图；

图4示出了示例性的根据本发明的方法的示意流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的磁共振断层成像设备1的实施方式的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，场磁体11产生用于将记录区域中的样本或者患者40的核自旋对齐的静态磁场B0。记录区域布置在患者隧道16中，患者隧道16沿纵向方向2延伸穿过磁体单元10。场磁体11通常是超导磁体，其可以提供磁通密度高达3T的、在最新设备中甚至更高的磁场。然而，对于较小的场强，还可以使用永磁体或者具有正常导电的线圈的电磁体。

此外，磁体单元10具有梯度线圈12，其被设计为，针对检查体积中的所采集的成像区域的空间差异，为磁场B0在三个空间方向上叠加可变磁场。梯度线圈12通常是由正常导电的电线构成的线圈，其可以在检查体积中产生彼此正交的场。

磁体单元10同样具有身体线圈14，身体线圈14被设计为，将经由信号导线传送的高频信号入射到检查体积中，并且接收由患者40发射的共振信号，并且经由信号导线输出。但是，以有利的方式，用局部线圈50代替身体线圈14来接收高频信号，局部线圈50在患者隧道16中被布置在患者40附近。但是也可以想到，局部线圈50被设计用于发射和接收。

控制单元20向磁体单元10提供针对梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并且分析接收到的信号。

因此，控制单元20具有梯度控制器21，梯度控制器21被设计为，经由供电线为梯度线圈12供应可变电流，其以时间协调的方式在检查体积中提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，高频单元22被设计为，产生具有预定的时间走向、幅值和频谱功率分布的高频脉冲，以激励患者40中的核自旋的磁共振。在此，可以实现千瓦范围内的脉冲功率。

在图2中示出了根据本发明的装置的示例性的实施方式。在图2中，相同的对象用与图1中相同的附图标记表示。为清楚起见，在此并未示出图1中的所有对象。

在高频单元22中设置了用于产生具有磁共振断层成像设备的拉莫尔频率的激励脉冲的发射器24。优选地，拉莫尔频率在此是场磁体11的磁场B0中的氢核的拉莫尔频率，但是也可以想到其它元素的核。在此，发射器24由磁共振断层成像设备1的控制器23经由信号总线26控制，从而其可以产生具有预定的频率、相位、频谱分布和/或功率的激励脉冲，该激励脉冲经由信号连接传输到作为天线的身体线圈14。在此，控制器23和发射器24被设计为，在从几瓦到几千瓦的宽范围内设置功率。特别地，发射器24的功率可以被减小到不危及或者损坏患者以及未连接的天线线圈、在此为局部线圈50的程度。

在发射器24和身体线圈14之间布置了幅值测量计25，其可以采集发射器24的输出信号的测量值。这例如可以是电压或/和电流。也可以想到，通过采集电流和电压并且相乘，或者通过借助其作用效果、例如以辐射热测量学的方式直接采集功率，幅值测量计采集功率。

图3示出了根据本发明的装置的变形，其中发射器24具有可以彼此独立地产生高频信号的多个发射模块，从而例如利用具有独立的发射元件的身体线圈14可以构建具有不同空间分布和极化的不同模式。不同的模式以这种方式允许激励局部线圈50，局部线圈50的线圈绕组可能与第一模式正交地取向，并且因此不能激励该绕组。多个幅值测量计25在此分别采集发射模块的试验幅值。但是也可以想到，仅设置一个幅值测量计25，其通过复用器传送地获得不同发射模块的试验幅值。

幅值测量计25例如还可以具有定向耦合器，其能够采集由天线反射的功率。

图4示出了根据本发明的方法的可能的实施方式的示意性流程图。

在步骤S20中，控制器23经由信号总线26指示发射器24经由天线、例如身体线圈14发射具有不同的预定幅值的高频信号。在此，幅值选择为，使得排除天线线圈、例如局部线圈50的危险，以及特别是患者的危险。例如功率小于5、10或者100瓦，从而在共振的无阻尼的天线线圈中感应出的电压小于1V、2V或者5V。

在步骤S30中，幅值测量计25依据所发射的信号采集试验幅值。在图3的实施方式中，这例如可以是引导至天线的信号导线上的电压。但是也可以想到，由幅值测量计采集电压和电流，或者借助定向耦合器采集由天线反射的和/或流向天线的功率。在此，幅值测量计还可以采集由诸如整流器或者滤波器的数字或者模拟信号处理器处理的其它信号，这些信号与由发射器24发射的信号相关并且与其功率或者相位有关。所采集的信号的基本点在于，他们允许推断出患者隧道16中的高频特性或者受其影响。

在此，步骤S20和S30优选以不同的幅值重复。例如，可以以待发射信号的小的预定幅值开始，并且在步骤中，该幅值例如以恒定的间隔或者指数地增长。以这种方式可以以安全的小场强开始。为了随后区分检查信号的线性和非线性增长之间的区别，需要以不同的预定幅度重复至少三次，其中可以省去具有预定幅值为零的可能的测量。

在步骤S40中，控制器23优选地确定预定幅值和所采集的试验幅值之间的试验关系。但是，也可以想到，专用的模拟或数字信号处理单元实施该步骤。在最简单的情况下可以想到，控制器23分别形成各个预定幅值和相关的试验幅值的商。由此，商给出线性关系的斜率。根据麦克斯韦定律，电和磁的参量之间的待预计的关系最初是线性的。只有当诸如保护二极管的非线性元件与交变电磁场耦合且感应电压位于这些元件的特性曲线的非线性区域中时，这种关系才偏离线性关系。

在步骤S50中，例如当控制器23确认所确定的试验关系与预定的参考关系不同时，控制器23输出信号。在最简单的情况下，参考关系是线性关系，其反映预定的输出幅值与试验幅值之间的待预计的线性关系。但是，也可以想到，在参考关系中已经考虑了幅值测量计25的非线性，并且该非线性因此例如至少逐段地遵循幂或者指数曲线。这例如可以引起幅值测量计25中的整流二极管的特性。只有当确定的关系与该预计的特性不同时才产生信号。优选地，信号被用于中断或者至少减少发射器24进一步发射高频功率，因为在这种情况下怀疑在患者隧道中存在非失谐的天线线圈。

在根据本发明的方法的一种实施方式的可想到的步骤S10中，通过中断PIN二极管的供电电压，控制器23停用天线线圈、例如局部线圈50的失谐装置，该供电电压在局部线圈50中将具有局部线圈50的线圈绕组的共振回路短路。局部线圈50然后与由发射器24经由身体线圈14发射的高频共振地耦合，并且从高频场获取功率。被动保护机制、诸如局部线圈50中的交叉二极管在此随着高频场的功率增长通过其非线性的特性曲线避免了在局部线圈50中形成过高的电压，但是，在此也从高频场中获取指数地增长的功率，并且因此在最简单的情况下通过预定幅值和试验幅值之间的非线性关系导致认识到，存在天线线圈并且被动保护机制无问题地正常工作。

虽然通过优选实施例详细解释和描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以从中导出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于识别具有非激活失谐装置的天线线圈的装置，其中，所述装置具有发射器(24)、天线、幅值测量计(25)和控制器(23)，

控制器(23)被设计为，发射器(24)被控制为，使得其经由天线发射具有不同的预定幅值的高频信号；利用幅值测量计(25)依据所发射的信号采集试验幅值；确定预定幅值和所采集的试验幅值之间的试验关系；和在确定的试验关系与预定的参考关系不同时输出信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，幅值测量计(25)具有定向耦合器，并且被设计为，依据反射功率采集试验幅值。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，控制器(23)中的预定的参考关系是线性关系。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，控制器(23)被设计为，依据由幅值测量计(25)采集的试验幅值的相位来确定试验关系。

5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，控制器(23)被设计为，依据经由天线发射的功率来确定试验关系。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，控制器(23)被设计为，依据输出的信号来中断发射器(24)的高频发射。

7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置被设计为，经由天线发射多个不同的预定模式，借助多个幅值测量计(25)采集多个试验幅值，并且依据所采集的试验幅值确定一个或多个试验关系。

8.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的装置的磁共振断层成像设备，其中，发射器(24)被设计为，用于产生针对核自旋的激励脉冲。

9.一种用于识别具有非激活失谐装置的天线线圈的方法，具有根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述方法具有如下步骤：

(S20)控制器(23)控制发射器(24)，从而发射器(24)经由天线发射具有不同的预定幅值的高频信号；

(S30)利用幅值测量计(24)依据所发射的高频信号采集试验幅值；

(S40)确定预定幅值和所采集的试验幅值之间的试验关系；

(S50)在确定的试验关系与预定的参考关系不同时输出信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法还具有步骤(S10)，用于停用天线线圈的失谐装置，其中，天线线圈布置在控制步骤(S20)中具有高频信号的相关场强的区域中。

11.一种计算机程序产品，其能够直接加载到可编程控制器(23)的处理器中，具有程序代码装置，用于当在控制器(23)上实施程序产品时，实施根据权利要求9或10中任一项所述的方法的所有步骤。

12.一种在其上存储有电子可读控制信息的计算机可读存储介质，其被设计为，当在根据权利要求8所述的磁共振断层成像设备(1)的控制器(23)中使用存储介质时，其执行根据权利要求9或10中任一项所述的方法。