CN109085518B - 具有频率转换器的局部线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种局部线圈，具有用于借助第一辅助频率信号和第二辅助频率信号提供第一混频信号和第二混频信号的装置。所述装置具有辅助混频器，辅助混频器被设计为根据第一辅助频率信号和第二辅助频率信号产生第二混频信号。局部线圈具有与所述装置处于第一信号连接的信号输入端。局部线圈被设计为共同经由信号输入端接收第一辅助频率信号和第二辅助频率信号，并且经由第一信号连接馈送到所述装置。

Description

具有频率转换器的局部线圈
技术领域
本发明涉及一种局部线圈以及具有局部线圈的磁共振断层成像设备。局部线圈具有用于借助第一辅助频率信号和第二辅助频率信号提供第一混频信号和第二混频信号的装置。
背景技术
磁共振断层成像设备是为了对检查对象进行成像，利用外部强磁场将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。自旋从该激励状态到具有较小的能量的状态的进动或返回作为响应又产生交变磁场，经由天线接收交变磁场。
借助梯度磁场对这些信号进行位置编码，位置编码随后使得接收到的信号能够与体积元素相关联。然后对接收到的信号进行分析并且提供检查对象的三维成像显示。为了接收信号，优选使用为了实现更好的信噪比而直接布置在检查对象上的局部天线、即所谓的局部线圈。
为了减少局部线圈和磁共振断层成像设备之间的线缆连接的数量，可以借助频分复用共同传输多个天线线圈的信号。为此，需要通过混频器转换到不同的载波频率上、也称为中间频率。因为对于利用磁共振信号进行成像，信号的频率和相位非常重要，因此在此需要在利用频分复用进行传输时也保持这些参量。因此，通常中央地在磁共振断层成像设备中以高精度产生用于进行混频的辅助信号，然后分配给局部线圈。
文献DE 10 2008 062 855 A1描述了一种系统，其中，将多个信号从基站到卫星并且在相反的方向上并且分别通过带通滤波器组在频谱上彼此分离。
从文献DE 10 2009 008 623 A1中例如已知一种磁共振断层成像设备，其中，为了进行频分复用，经由单独的线路馈送混频信号。
在具有较低的磁场的系统中，拉莫尔频率较低，因此高场系统的频率方案不再能够用于通过中间频率来避免干扰。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种允许更灵活的频率选择的装置。
上述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来解决。
根据本发明的局部线圈具有用于借助第一辅助频率信号和第二辅助频率信号提供第一混频信号和第二混频信号的装置。第一辅助频率信号和第二辅助频率信号在此在至少具有最大幅值的信号成分的频率不同的意义上具有不同的频率。第一辅助频率信号和第二辅助频率信号例如由磁共振断层成像设备的频率发生器提供。在此，第一混频信号的频率最大等于第一辅助频率信号或第二辅助频率信号的频率。换句话说，两个混频信号中的至少一个不直接馈送到所述装置，而是通过第一和第二辅助频率信号的混合导出。在此，混合理解为产生第一和/或第二辅助频率信号的互调制积的信号处理。这可以以模拟的方式通过非线性特征曲线、例如由二极管或者放大器元件来实现。在数字信号处理中，例如可以想到相乘、幂或指数函数或者也可以想到二进制函数，例如“与”或“或”函数，用于产生互调制积。在此，下面将实施第一和第二辅助频率的或由其导出的信号的混合的功能单元称为辅助混频器。
根据本发明的装置具有如下的辅助混频器，该辅助混频器被设计为根据第一辅助频率信号和第二辅助频率信号产生第二混频信号。此外，还可以想到同样通过辅助混频器或者另一个辅助混频器根据第一辅助频率信号和第二辅助频率信号产生第一混频信号，其中，第一混频信号的频率与第一辅助频率信号、第二辅助频率信号和第二混频信号的频率不相同。但是同样可以想到第一混频信号的频率等于第一辅助频率信号或者第二辅助频率信号的频率。
局部线圈具有与所述装置处于第一信号连接的信号输入端。局部线圈被设计为共同经由信号输入端接收第一辅助频率信号和第二辅助频率信号，并且经由第一信号连接馈送到所述装置。
根据本发明的装置以有利的方式使得能够根据经由共同的信号输入端馈送的两个辅助频率信号产生两个不同的混频，因此使辅助频率信号的频率的选择与混频信号的频率的选择围绕至少一个自由度退耦并且能够更灵活地进行。
根据本发明的磁共振断层成像设备共享根据本发明的局部线圈的优点。
在说明书中给出其它有利实施方式。
在根据本发明的局部线圈的一个可以想到的实施方式中，所述装置具有第一天线分离滤波器。第一天线分离滤波器经由第二信号连接和第三信号连接与辅助混频器处于信号连接。
第一天线分离滤波器被设计为将经由第一信号连接共同馈送的第一辅助频率信号和第二辅助频率信号分离，并且以分离的方式经由第二信号连接和第三信号连接馈送到辅助混频器。例如可以通过作为滤波器的高通滤波器和/或低通滤波器和/或带通滤波器将第一辅助频率信号与第二辅助频率信号分开，然后以分离的方式经由第二信号连接将第一辅助频率信号馈送到辅助混频器，并且经由第三信号连接将第二辅助频率信号馈送到辅助混频器。滤波器例如可以通过无源LC电路、有源LC或者RC滤波器或者在数字信号处理中通过对应的电路和/或算法在信号处理资源、例如信号处理器或者FPGA中提供。
将第一辅助频率信号与第二辅助频率信号分离使得能够在之后的辅助混频器中使用有利的电路技术。例如可以在环形混频器中相对于第一混频信号和第二混频信号对原始的第一辅助频率信号和第二辅助频率信号进行抑制。
在根据本发明的装置的一个可以想到的实施方式中，辅助混频器被设计为通过三阶互调制产生第二混频信号。
三阶互调制能够以有利的方式通过简单的二极管预矫器(Diodenverzerrer)、即单个二极管或者反并联的二极管对提供，其在信号输出端处也输出原始的辅助频率信号，供进一步使用。
在根据本发明的局部线圈的一个可能的实施方式中，所述装置具有带通滤波器，带通滤波器具有与辅助混频器的第一信号输出端的第四信号连接。带通滤波器被设计为对辅助混频器的输出信号中的第二混频信号进行滤波。辅助混频器的输出信号例如仍然可能具有第一辅助频率信号和/或第二辅助频率信号的成分或者高阶混合积，将其通过带通滤波器去除。
带通滤波器使得能够以有利的方式使用简单的频率方案和/或辅助混频器，因为不希望的频率通过带通滤波器事后被滤除。
在根据本发明的局部线圈的一个可以想到的实施方式中，辅助混频器具有二极管预矫器。
二极管预矫器是一种特别简单并成本低廉的用于产生高阶互调制积的可能性。
在根据本发明的磁共振断层成像设备的一个可能的实施方式中，磁共振断层成像设备具有接收器，接收器具有信号输入端。在此，接收器被设计为在信号输入端处对接收信号进行接收并进行分析，接收信号具有混合信号的频率，混合信号由具有拉莫尔频率的磁共振信号和第一混频信号和/或第二混频信号构成。
磁共振断层成像设备能够以有利的方式对借助辅助频率产生并且以频分复用经由共同的导线传输的磁共振信号进行分析。
附图说明
上面描述的本发明的特性、特征和优点以及实现其的方式，结合对下面结合附图详细说明的实施例的描述将变得更清楚并且更容易理解。
附图中：
图1示出了具有示例性的根据本发明的局部线圈的根据本发明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局部线圈的实施方式的示意图；
图3示出了根据本发明的局部线圈的实施方式的局部振荡器的示意图；
图4示出了根据本发明的局部线圈的实施方式的局部振荡器的示意图。
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在拍摄区域中产生静态磁场B0，用于对齐样本或患者40的核自旋。拍摄区域布置在患者隧道16中，患者隧道16沿着纵向方向2延伸通过磁体单元10并且可以由移动单元36移动。场磁体11通常是可以提供具有高达3T的磁通密度、在最新的设备的情况下甚至更高磁通密度的磁场的超导磁体。然而，对于较低的场强，也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，梯度线圈12被设计用于将磁场B0与可变磁场在三个空间方向上叠加，以对所采集的检查体积中的成像区域进行空间区分。梯度线圈12通常是由正常导电的金属丝构成的线圈，其可以在检查体积中产生彼此正交的场。
磁体单元10还具有身体线圈14，身体线圈14被设计用于向检查体积中发射经由信号导线馈送的高频信号，接收由患者40发出的共振信号，并且经由信号导线输出。但是，以优选的方式用在患者隧道16中布置在患者40附近的局部线圈50代替身体线圈14来接收高频信号。但是也可以想到将局部线圈50设计为用于进行发送和接收。
控制单元20向磁体单元10供应用于梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并且对接收到的信号进行分析。
因此，控制单元20具有梯度控制器21，梯度控制器21被设计用于经由馈电线向梯度线圈12供应可变电流，可变电流以时间协调的方式在检查体积中提供所希望的梯度场。
此外，控制单元20具有高频单元22，高频单元22被设计用于产生具有预先给定的时间走向、幅值和谱功率分布的高频脉冲，用于激励患者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。
此外，高频单元22具有频率发生器35，频率发生器35被设计为用于如下面将说明的那样，针对局部线圈产生第一辅助频率信号和第二辅助频率信号并且经由信号连接33向局部线圈50传输。
在图2中示意性地示出了根据本发明的局部线圈的概览。
天线线圈51接收来自患者40的身体的磁共振信号。在此，优选两个天线线圈51覆盖不同的空间区域。弱磁共振信号首先由低噪声前置放大器52(Low Noise Amplifier,LNA)进行放大。为了能够对信号单独进行分析，其由第一混频器53和第二混频器54转换到不同的中间频率ZF1和ZF2上，以便借助频分复用在共同的导线上进行传输。用于第一混频器53和第二混频器54的混频信号如下面将关于图3和图4说明的那样由局部振荡器60提供。混频器53,54例如作为环形混频器、平衡混频器(Gegentaktmicher)来实现，或者作为简单的二极管混频器来实现。还可以想到数字信号处理中的实现，例如作为乘法器或者与门。
为了抑制不希望的混频积，优选借助第一滤波器55和第二滤波器56对第一混频器53和第二混频器54的输出信号进行频谱清洁，即，相对于希望的信号，将不希望的频率分量衰减6dB、12dB或者更大。第一滤波器55和第二滤波器56例如可以是分别具有中心频率ZF1或ZF2的带通滤波器。第一滤波器55和第二滤波器56例如可以作为无源或者有源LC或RC滤波器来实施，通过其它模拟滤波器技术、例如石英或表面波滤波器或者也可以通过数字信号处理来实现。
例如通过两个电阻形式的求和元件57将第一混频器53和第二混频器54的经过滤波的输出信号合成并且经由第二天线分离滤波器(Diplexer)58输出到共同的信号连接33上。在不同的频率范围的情况下，对于辅助频率信号和中间频率信号，可以使用带通滤波器或者高通和低通滤波器作为第二天线分离滤波器58，但是也可以想到其它技术、例如回转器(Gyrator)，用于将输入和输出信号合成或分离。
在图3中示出了局部振荡器60的示例性实施方式。在图3的实施方式中，共同经由第一信号连接向第一天线分离滤波器62馈送第一辅助频率信号和第二辅助频率信号，第一天线分离滤波器62将第一辅助频率信号从第二辅助频率信号分离并且以分离的方式向第二信号连接和第三信号连接提供。在此，将相应的不希望的信号相对于希望的信号衰减6dB、12dB、18dB或更大理解为分离。
在此，在图3中示出的实施方式中，向第一混频器53馈送的第一混频信号与第一辅助频率信号基本上相同，也就是说，频率位置或中心频率相同，而电平由于第一天线分离滤波器62和第二天线分离滤波器58的频率特性相对于从信号连接33经由信号输入端馈送的电平仅稍微发生改变。
第二混频信号由辅助混频器61根据第一辅助频率信号和第二辅助频率信号并且由之后的滤波器63通过混频产生。在此，第一辅助混频器优选具有将第二混频信号中的原始馈送的第一辅助频率信号和第二辅助频率信号抑制了6dB、12dB或更大的结构形式。辅助混频器例如可以作为环形混频器或者平衡混频器来实施。通过在辅助混频器中抑制原始的辅助频率信号，例如可以作为简单的低通滤波器更简单地实施滤波器63。
在图3的实施方式中，例如可以选择35MHz和50MHz作为辅助频率信号的频率，选择35MHz作为第一混频信号的频率，并且选择15MHz作为第二混频信号的频率。
图4示出了局部振荡器60的另一个可能的实施方式。在该实施方式中，不需要第一天线分离滤波器62，而是经由共同的信号连接向辅助混频器61馈送第一辅助频率信号和第二辅助频率信号。作为辅助混频器61，在该实施方式中可以想到非线性元件，例如一个或者也可以两个反并联连接的二极管。其它非线性放大器元件、例如处于非线性特征曲线范围内的晶体管也可以。这种非线性混频器在信号输出端处不仅产生具有相应地与第一辅助频率信号和第二辅助频率信号的频率的和或差对应的频率的二阶混合信号，而且形成更高阶的混合积。此外，在这种实施方式中，辅助混频器61的信号输出端处也存在具有相当的电平的第一辅助频率信号和第二辅助频率信号。
因此，在图4的实施方式中，局部振荡器还具有滤波器63、64，利用滤波器63、64从辅助混频器61的输出信号中滤出希望的第一混频信号和希望的第二混频信号。作为滤波器，在此可以使用前面提及的模拟或者数字滤波器技术。
附加地产生的更高阶的混合积在此虽然需要更大的滤波开销，但是允许使用价格低廉的混频器技术，并且在选择辅助频率信号、混频信号和中间频率的频率时通过附加的混合积给出了附加的自由度。
在图4的实施方式中，例如可以选择35MHz和55MHz作为辅助频率信号的频率，选择35MHz作为第一混频信号的频率，并且选择15MHz作为第二混频信号的频率。
虽然通过优选实施例进一步详细示出并描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，本领域技术人员可以得出其它变形，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种局部线圈，具有用于借助第一辅助频率信号和第二辅助频率信号提供第一混频信号和第二混频信号的装置，
其中，第一混频信号的频率最大等于第一辅助频率信号或第二辅助频率信号中的一个的频率，
其中，所述装置具有辅助混频器(61)，辅助混频器被设计为根据第一辅助频率信号和第二辅助频率信号产生第二混频信号，
其中，局部线圈(50)具有信号输入端，在局部线圈内部在所述信号输入端和所述装置之间具有第一信号连接，并且局部线圈(50)被设计为，共同经由信号输入端接收第一辅助频率信号和第二辅助频率信号，并且将接收到的第一辅助频率信号和第二辅助频率信号经由第一信号连接共同馈送到所述装置。
2.根据权利要求1所述的局部线圈，其中，所述装置具有第一天线分离滤波器(62)，并且在第一天线分离滤波器(62)和辅助混频器(61)之间具有第二信号连接和第三信号连接，
其中，第一天线分离滤波器(62)被设计为将经由第一信号连接共同馈送的第一辅助频率信号和第二辅助频率信号分离，并且以分离的方式经由第二信号连接和第三信号连接馈送到辅助混频器(61)。
3.根据权利要求1所述的局部线圈，其中，辅助混频器(61)被设计为通过三阶互调制产生第二混频信号。
4.根据权利要求3所述的局部线圈，其中，所述装置具有带通滤波器，在带通滤波器和辅助混频器的信号输出端之间具有第四信号连接，并且被设计为对辅助混频器的输出信号中的第二混频信号进行滤波。
5.根据权利要求3所述的局部线圈，其中，辅助混频器(61)具有二极管预矫器。
6.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的局部线圈(50)的磁共振断层成像设备，其中，磁共振断层成像设备(1)具有频率发生器(35)并且被设计为在频率发生器的信号输出端处提供第一辅助频率信号和第二辅助频率信号。
7.根据权利要求6所述的磁共振断层成像设备，其中，磁共振断层成像设备(1)具有接收器，接收器具有信号输入端，其中，接收器被设计为在信号输入端处对接收信号进行接收并进行分析，接收信号具有混合信号的频率，混合信号由具有拉莫尔频率的磁共振信号和第一混频信号和/或第二混频信号构成。
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