CN110361679A - 在磁共振成像中借助高频信号进行位置编码的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在磁共振断层成像中借助高频信号进行位置编码的设备和方法。为此，通过磁共振断层成像设备确定由第一频率和第一幅值以及第二频率和第二幅值构成的第一参数组，并且借助高频设备产生相应的信号，并且借助天线设备发射该信号。在此，通过Bloch‑Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第一梯度。以第二参数组进行相同的步骤，该第二参数组与第一参数组至少在频率或者幅值上不同，因此产生不同的第二梯度。

Description

在磁共振成像中借助高频信号进行位置编码的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在磁共振断层成像设备中进行位置编码的设备和方法。
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，也称为磁共振信号，经由天线接收磁共振信号。
通常借助低频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。所产生的显示给出自旋的空间密度分布。
然而，由于所需要的场和要扫描的检查体积，所使用的梯度线圈很大，并且由于大的电流和出现的磁力，必须在电气和机械上鲁棒地实施梯度线圈。由于所使用的电流在几百安培的范围内，并且为此所需的电压高达千伏，因此梯度控制器是昂贵的并且造成高的能量成本。必须导出废热，并且具有听觉范围内的频率的磁场造成使患者不舒服的噪声。这些尤其是对于研究过程中的检查是不利的，而在该检查中，患者不应该认识到当前是否正在进行磁共振记录。
最后，梯度线圈的电感还限制了电流的最大增长速率，由此限制了位置编码的速度。这也适用于可以直接布置在患者上的小的局部梯度线圈。此外，这些梯度线圈也对患者施加不舒服的振动。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种对于患者来说更舒适且结构更简单的用于进行位置编码的设备和更好的方法。
该技术问题通过根据本发明的设备以及根据本发明的方法来解决。
根据本发明的用于在利用磁共振断层成像设备进行磁共振断层成像时进行位置编码的设备具有高频单元，该高频单元被设计为用于产生具有第一频率的第一高频信号和具有第二频率的大功率的第二高频信号。在此，10瓦、100瓦或1000瓦以上的功率被视为是大功率。大于用于激励核自旋的激励脉冲的功率的1％、10％、25％、50％或100％的功率也被视为是大功率。在此，第一频率和第二频率接近磁共振断层成像设备的拉莫尔频率。在检查区域中在场磁体的静磁场B0下要采集的核自旋的进动频率被称为拉莫尔频率。小于拉莫尔频率的0.1％、0.5％、1％或5％的频率间隔，例如小于1kHz、50kHz、100kHz、500kHz或1MHz的偏差，被视为接近拉莫尔频率。在此，第一频率不等于第二频率。
此外，所述设备具有天线设备，该天线设备被设计为用于将第一高频信号和第二高频信号发射到磁共振断层成像设备的检查区域中。在此，天线设备例如可以布置在患者隧道中或患者隧道上，或者可以作为局部线圈布置在患者上。
根据本发明的方法在具有根据本发明的设备的磁共振断层成像设备上执行。在一个步骤中，所述方法借助磁共振断层成像设备、例如通过控制计算机，确定由第一频率和第一幅值以及第二频率和第二幅值构成的第一参数组。确定参数，使得在根据参数经由天线设备发出信号时，借助Bloch-Siegert(布洛赫-西格特)效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第一梯度。根据沿着一个空间方向的位置与位置有关的拉莫尔频率的一阶导数被视为梯度。
在另一个步骤中，高频单元根据第一参数组产生信号并且借助天线设备将该信号辐射到检查区域中。在此，可以想到，高频单元是与也针对核自旋产生激励脉冲的高频单元相同的高频单元。
在另一个步骤中，通过磁共振断层成像设备确定由第三频率和第三幅值以及第四频率和第四幅值构成的第二组参数。确定第二参数组的参数，使得在根据这些参数经由天线设备发出信号时，借助Bloch-Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第二梯度。在此，第一参数组与第二参数组的区别至少在于：第一组的第一频率和/或第一幅值和/或第二频率和/或第二幅值不同于第二组的相应的第三频率和/或第三幅值和/或第四频率和/或第四幅值。在此，第二梯度不同于第一梯度。优选第一梯度和第二梯度具有不同的方向，换言之，第一梯度的矢量和第二梯度的矢量围成不等于零的角度。
在另一个步骤中，高频单元根据第二参数组产生信号，并且借助天线设备将该信号辐射到检查区域中。
根据Bloch-Siegert效应，已知在此通过磁共振断层成像设备的场磁体的静磁场B0在核自旋的位置处以及核自旋的磁矩处给出的拉莫尔频率，由于在该位置处具有不等于该局部的拉莫尔频率的频率的交变磁场，而在频率空间中发生偏移。在此，频率偏移与交变磁场的场强的平方成比例，并且间接地与校正信号的频率和局部的拉莫尔频率的差成比例。因此，可以根据在给定位置处要实现的拉莫尔频率的频率偏移，依据校正信号的频率来计算要实现的场强，利用其可以使该位置处的拉莫尔频率偏移到预定的频率。以这种方式，也可以关于检查区域确定要实现的空间场强分布或功率分布，例如以便在一个或多个空间方向上产生拉莫尔频率的线性频率梯度。
因此，可以以有利的方式借助高频设备通过高频信号来模拟梯度线圈在位置编码中的作用，所述高频设备已经存在以用于进行激励，或者也可以比使用受到最大增长速度限制的梯度线圈的情况下明显更快地改变。
在此，还可以想到，已经考虑并补偿影响局部磁场的外部影响。这例如可以是由于患者的不同组织之间的过渡导致的磁化率的跳变，例如在含脂肪的组织、含水的组织和骨骼相触碰的关节或肩部区域中。
根据要实现的场强分布，又可以利用电动力学定律以及天线设备的几何和电气特性来确定参数组，通过该参数组确定高频信号，这些高频信号在通过高频单元产生并且通过天线设备发出时产生拉莫尔频率的预定的空间相关性。在此，借助优化方法、例如LSR(Least-Square-Root，最小方差)，可以在诸如天线设备的天线元件以及可产生的高频信号的数量、频率和功率的边界条件下，接近拉莫尔频率的理想的空间相关性。
根据本发明的磁共振断层成像设备共享所使用的设备以及由其实施的方法的优点。
本发明还给出其它有利的实施方式。
在根据本发明的设备的一个可以想到的实施方式中，第一频率和第二频率关于拉莫尔频率对称。在此，在没有梯度场或高频交变磁场影响的情况下，核自旋在静磁场B0中的进动频率被视为拉莫尔频率。在此，如果一个频率对F1、F2的频率值通过频率偏差dF和拉莫尔频率LF通过计算F1＝LF+DF和F2＝LF–dF得到，则该频率对在本发明的意义上被称为关于拉莫尔频率对称。在此，根据该公式的频率F1、F2小于10Hz、100Hz、1kHz或10kHz的偏差仍然假定为是对称的。
以有利的方式，通过对称的频率分布，可以简化针对根据Bloch-Siegert效应产生的梯度的优选线性的梯度的确定。
在根据本发明的设备的一个可能的实施方式中，天线设备具有至少一个第一天线元件和第二天线元件。特别地，如下天线设备的元件被视为天线元件，该元件被设计为独立地利用高频单元的高频信号来控制并且将高频信号发射到检查区域中。在此，第一天线元件与第二天线元件关于对称中心、例如磁共振断层成像设备的场磁体的等中心(Isozentrum)对称地布置。在本发明的意义上，关于通过对称中心的平面的镜面对称，关于通过对称中心的轴的轴对称或者关于对称中心的点对称，也被视为关于对称中心对称。但是也可以想到检查区域中的其它布置，例如以关于要检查的区域、例如头部、膝盖等基本上对称的局部线圈形式的布置。
例如可以布置两个圆形的天线线圈，使得将检查对象布置在天线线圈之间。在此，当距离与直径的比对应于3/7的平方根或大约对应于值0.655时，特别是在两个天线线圈之间的中间产生特别线性的频率偏移的走向。
天线元件的对称性使得能够更容易地确定场分布，因此也使得能够更容易地确定通过Bloch-Siegert效应实现的拉莫尔频率的频率偏移，特别是在也利用关于拉莫尔频率对称地偏移的频率控制天线元件时。
在根据本发明的设备的一个可以想到的实施方式中，天线设备具有鞍形线圈(Sattelspule)。
鞍形线圈可以以有利的方式实现对弯曲表面的机械匹配以及对轴向对称的考虑。
在根据本发明的设备的一个可能的实施方式中，天线设备具有蝶形天线(Butterfly-Antenne)。
如下天线被视为蝶形天线(Schmetterlings-Antenne)，其导体在拓扑上被实施为“8”字形，即其具有两个并排布置的导体环，两个导体环通过相交的导体彼此电连接。蝶形天线以有利的方式使得能够在与布置蝶形天线的平面平行地定向的检查对象的深度中产生交变磁场。因此，例如可以在如下方向上产生场分量，由于空间原因，亥姆霍兹线圈对(Helmholtz-Spulenpaar)类型的相对的线圈对不能布置在该方向上。此外，利用共面的或者布置在一个平面中的圆形和蝶形天线的天线对，通过合适的相位偏移控制，还可以想到产生圆形极化的信号。
在根据本发明的设备的一个可以想到的实施方式中，所述设备具有天线阵列。在本发明的意义上，将如下多个天线元件视为天线阵列，这些天线元件分别具有独立的信号馈送，因此使得能够同时分别辐射具有不同的幅值和/或相位和/或频率的不同的信号。天线阵列的天线元件分布在空间上，优选地以二维或三维矩阵分布。在此，也可以根据一个或多个输入信号通过衰减和/或相位偏移元件导出不同的信号。
天线阵列使得能够在利用不同的输入信号进行控制时，通过干涉(Interferenz)以有利的方式产生经由输入信号可控的空间场分布。
在根据本发明的设备的一个可能的实施方式中，天线设备具有关于对称中心(轴或点)对称地布置的第三天线元件和第四天线元件，其中，从第一天线元件到第二天线元件的连接线与第三天线元件和第四天线元件之间的连接线围成大于10度的角度。
关于对称中心对称地布置并且连接线围成一个角度、即不平行的天线元件的成对的布置，使得能够在利用信号进行适当的控制时，借助Bloch-Siegert效应在不同的空间方向上产生拉莫尔频率的梯度，其以这种方式张成用于位置编码的空间。
在根据本发明的设备的一个可以想到的实施方式中，天线阵列具有两个组，两个组分别具有多个天线元件。在此，一个组的天线元件的特征在于，它们沿着第一轴线基本上具有相同的位置。沿着轴线的基本上相同的位置在此可以理解为，天线元件沿着垂线到第一轴线上的投影全部至少部分交替重叠。在此，这些组布置在沿着第一轴线的不同的位置处，即，一个组的天线元件的投影与另一个组的天线元件的投影不重叠或仅部分重叠。在此，第一轴线延伸通过磁共振断层成像设备的检查区域，优选延伸通过场磁体的等中心并且基本上于场磁体的B0场方向平行。
沿着第一轴线的天线元件的组的布置以有利的方式使得能够在对天线元件进行适当的控制时沿着轴线形成场强梯度，因此通过Bloch-Siegert效应沿着轴线调节拉莫尔频率的梯度。此外，通过相应地控制天线元件，天线元件还可以作为蝶形天线使用。
在根据本发明的设备的一个可能的实施方式中，沿着包围第一轴线的曲线布置一个组的天线元件。例如，可以将天线元件布置圆柱体上，该圆柱体包围检查区域和对称中心，并且第一轴线在圆柱体的中心延伸。多边形或者多边形与圆形之间的任意中间形状也可以视为本发明的意义上的曲线。在此，优选一个组中的相应的两个天线元件关于第一轴线对称地相对布置。在此，在一个可以想到的实施方式中，每两个天线元件成对地关于第一轴线相对地布置，并且两个这种对相对于彼此围绕第一轴线移位90度的圆周角度。
沿着围绕第一轴线的闭合曲线布置天线元件，使得能够分别沿着不同的轴线进行对称入射，这使得能够特别简单地预测所产生的交变磁场的场分布以及由此可产生的拉莫尔频率的偏移。
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，高频单元和/或天线设备具有保护设备。保护设备被设计为用于在同时发出发射信号和激励脉冲或相位编码脉冲时保护高频单元。例如可以想到，保护设备使得天线设备或者高频单元在高频信号的第一频率和第二频率处共振，使得与没有保护设备的磁共振断层成像设备相比，激励脉冲或者相位编码脉冲的信号在用于高频信号的高频单元的信号输出端处衰减20dB、40dB、60dB或者100dB以上。还可以想到，在天线设备和/或高频单元上设置带阻滤波器(Sperrkreis)作为保护设备，将带阻滤波器调谐为在激励脉冲或者相位编码脉冲的频率处共振，并且在高频单元的信号输出端处将其选择性地抑制20dB、40dB、60dB或者100dB以上。
保护设备以有利的方式利用以下事实：对于Bloch-Siegert效应，必须使用与磁共振断层成像设备的B0场下的要检查的核自旋的拉莫尔频率不同的第一频率和第二频率，因此保护设备可以通过频率选择装置来保护高频单元。
在根据本发明的磁共振断层成像设备的一个可以想到的实施方式中，拉莫尔频率小于10MHz或者小于5MHz。在此，将在场磁体的场强B0下要采集的核自旋的进动频率称为拉莫尔频率。对于0.1T的场强下的质子，拉莫尔频率大约为4.257MHz。也就是说，用于质子的磁场B0也可以小于0.2T或者小于0.1T。因此，必须接近拉莫尔频率的、用于产生Bloch-Siegert效应的交变磁场的频率也更小。
以有利的方式，在相同的高频功率下，在较低的频率下对患者的SAR负荷或加热较小，从而借助Bloch-Siegert效应进行位置编码的交变磁场不会导致超过SAR边界值。
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，高频单元和天线设备被设计为产生圆形极化的交变磁场。例如，作为天线元件的天线设备可以具有共面地布置的线圈绕组和蝶形线圈的混合对，其由高频单元通过两个相位偏移90度的信号进行控制。或者，一个组或者相邻组的不同的线圈以适当的组合由高频单元通过具有相应的相位偏移的信号进行控制，使得这些线圈像蝶形线圈一样起作用。例如可以反相地对两个相邻的线圈进行控制。
这使得能够在不包围要检查的区域的情况下利用平面的天线布置来产生交变场的圆形极化，在SAR负荷相同的情况下，与线性极化的激励相比，圆形激励以有利的方式实现更强的Bloch-Siegert效应。
在根据本发明的磁共振断层成像设备的一个可以想到的实施方式中，磁共振断层成像设备没有梯度线圈或者仅具有用于在一个或两个坐标轴上进行位置编码的梯度线圈。
以有利的方式，根据本发明的设备可以在没有用于产生磁场梯度的梯度线圈的情况下实现位置编码，因此可以省去一些或者所有梯度线圈。
附图说明
结合下面结合附图详细说明的对实施例的描述，上面描述的本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚并且更容易理解。
图1示出了具有根据本发明的用于进行位置编码的设备的磁共振断层成像设备的示例性示意图；
图2示出了根据本发明的用于进行位置编码的设备的一个实施方式的天线设备；
图3示出了利用根据本发明的设备可以实现的频率偏移的示例性空间走向；
图4示出了根据本发明的用于进行位置编码的设备的一个实施方式的天线设备；
图5示出了根据本发明的天线设备的二维的示意性投影；
图6示出了根据本发明的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出了具有根据本发明的用于进行位置编码的设备60的磁共振断层成像设备1的一个实施方式的示意图。
磁体单元10具有场磁体11，场磁体11在接收区域中产生静磁场B0，用于对齐样品或患者100中的核自旋。接收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。可以借助患者床30和患者床30的移动单元36将患者100移动到接收区域中。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。借助Bloch-Siegert效应进行位置编码由于较小的吸收而特别适合于低拉莫尔频率，因此适合于例如1T以下的低B0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辐射经由信号导线馈送的高频信号，接收由患者100发出的共振信号，并且经由信号导线输出。但是优选用在患者隧道16中布置在患者100附近的局部线圈50代替身体线圈14来发出高频信号和/或进行接收。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，因此可以省去身体线圈14。控制单元20向磁体单元10供应用于身体线圈14的信号，并且对接收到的信号进行分析。在此，磁共振断层成像设备控制器23协调各个子单元。
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100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。各个单元经由信号总线25彼此连接。
由高频单元22产生的高频信号经由信号连接线馈送到身体线圈14，并且发射到患者100的身体内，以便在那里激励核自旋。但是也可以想到，经由局部线圈矩阵50的一个或多个线圈绕组来发射高频信号。
然而，按照根据本发明的方法也设置为，使用高频单元22和天线设备、优选单独的借助Bloch-Siegert效应进行位置编码的天线设备，用于对核自旋进行位置编码。在此，根据所使用的序列，当与所使用的序列对应地依次进行激励和位置编码时，可以使用相同的单元、例如高频单元22的功率放大器和振荡器来进行激励和位置编码。原则上，在此也可以想到，使用身体线圈14和/或局部线圈50，但是优选对天线设备设置特别是关于下面的附图描述的特征。但是，在此也可以想到将这些天线设备布置在例如具有自己的单独的线圈绕组的局部线圈矩阵50的壳体中。例如，在头部或膝盖线圈中可以是这种情况。下面，将关于根据本发明的方法中说明关于Bloch-Siegert效应和确定位置编码所需的信号的详细情况。
然后，局部线圈矩阵50优选接收来自患者100的身体的磁共振信号，因为由于距离小，局部线圈50的信噪比(SNR)好于通过身体线圈14接收的情况。在局部线圈50中对局部线圈矩阵50接收到的MR信号进行处理，并且将其转发到磁共振断层成像设备1的高频单元22，以进行分析和图像采集。优选为此使用信号连接线，但是例如也可以想到无线传输。
在图2中示出了用于执行所述方法的设备60的一个示例性实施方式。在此，图2所示的用于进行位置编码的设备使用磁共振断层成像设备1的高频单元22的发送通道。但是也可以想到，该设备具有独立的高频单元。在此，需要高频单元22具有多个振荡器和放大器来产生多个高频信号。通过单独的振荡器，可以相互独立地产生不同频率和相位的信号。在此，单独的放大器使得能够独立地设置幅值。下面，将振荡器和与其信号连接的放大器一起称为发送通道。具有发送通道的高频单元22也可以例如在pTX磁共振断层成像设备中用于激励核自旋。
在图2中示出的根据本发明的设备60的实施方式具有作为天线元件的天线线圈。但是也可以想到其它天线元件，偶极子(Dipole)。由高频单元22产生的高频信号经由信号连接线被转发到第一天线线圈62和第二天线线圈63。在此可以想到，在高频单元22和天线设备61之间设置开关矩阵，开关矩阵使得能够在高频单元22与天线线圈62、63之间灵活地建立信号连接，使得对于用于进行激励的发送线圈，例如也可以灵活地使用发送通道。高频信号由第一天线线圈61和第二天线线圈62转换为高频交变磁场，将该高频交变磁场入射到天线线圈62、63之间的检查区域中。
在此，也可以想到，开关矩阵具有可调节或可接入的相位偏移器和/或加法元件和/或衰减器，其使得能够将来自高频单元22的输入信号组合成具有可变的相位和幅值的不同的新信号，其中，所产生的信号的数量、因此可以供应以信号的天线线圈的数量也可以大于高频单元22的发送通道的数量。在此，开关矩阵也可以是天线设备61的一部分，从而在MRT壳体中的高频单元22与布置在患者上的天线设备61之间需要更少的信号连接线。
在此，在图2中示出了特别有利的天线线圈62、63的根据本发明的配置，其中，圆形的第一天线线圈62和圆形的第二天线线圈63间隔开地相对布置。在根据本发明的应用中，两个天线线圈62、63布置在场磁体11的FoV或检查区域中。在此，两个天线线圈62、63布置在两个基本上平坦且基本上平行的平面中。在此，患者或者要检查的区域布置在第一天线线圈62与第二天线线圈63之间。借助Bloch-Siegert效应，可以利用这样的布置在y轴方向上实现编码。在此，对于天线线圈62、63的距离a与直径d的比为0.655的情况，得到下面在图3中示出的拉莫尔频率对于y坐标近似线性的梯度，其使图像重建简化。
在图3中示出了频率偏移与y坐标有关的相应的走向。在此，用Δf表示的轴线给出拉莫尔频率的频率偏移。在此，用等于LF(没有偏移的拉莫尔频率)加上频率偏差dF的高频信号控制第一天线线圈62，用频率等于LF减去频率偏差dF的高频信号控制第二天线线圈63。虚线给出了通过天线线圈61、62中的一个相应地可实现的效果，实线给出了通过两个天线线圈61、62产生的效果。两个控制信号具有相同的幅值。在此，因为在Bloch-Siegert效应下幅值以平方进入，因此dF大于要实现的频率偏移Δf。在坐标原点，拉莫尔频率等于在没有外部高频场的情况下的静磁场B0中的拉莫尔频率，因为由于这种布置和信号的对称性，该效应在中间被准确地抵消。
根据本发明在第二轴线(例如图2中的x轴线)上进行位置编码，可以通过另一对天线线圈来实现，该另一对天线线圈以相同的方式沿着x轴相对地布置。
如果例如由于患者的身体或肢体沿着轴线延伸而不能设置两个相对布置的圆形的天线线圈62、63，则根据本发明，也可以使用两个称为蝶形线圈(Butterfly-Spulen)的线圈。将如下线圈称为蝶形线圈，在这些线圈中作为8字形成导体环，或者如果两个导体环具有多匝，则两个导体环至少经由相交的导体彼此导电连接，使得两个并排地布置的导体环中的电流方向相反。由此，在一定的深度中，即在与布置导体环的平面垂直的一定的距离处，产生平行于该平面的场分量，特别是在导体环之间的中间位置处的两个导体环的对称平面中。
当用于产生Bloch-Siegert效应的交变磁场的场矢量与使核自旋对齐的场B0的方向垂直时，Bloch-Siegert效应最大。在附图的示例性图示中，B0场沿着z轴定向，从而用于产生Bloch-Siegert效应的交变磁场的分量优选处于x-y平面中。因此，为了在z方向上进行位置编码，所产生的交变磁场的场矢量也必须位于x-y平面中。然而，对于交变场的幅值，必须沿着z轴产生梯度，以便沿着z轴实现不同的拉莫尔频率，由此沿着z轴实现位置编码。
然后，为了产生沿着z轴的拉莫尔频率的梯度，例如可以将两对分别相对的线圈沿着z轴并排布置在彼此间隔开的位置处。在此，一对相应地在与亥姆霍兹线圈对类似的布置中在与z轴垂直的平面中产生均匀的场强。在此，该对用频率为LF+dF的高频信号来控制，并且相对的第二对用频率为LF–dF的高频信号来控制。然后，由于场强沿着z轴在侧向上减小，得到不同的Bloch-Siegert效应，因此得到拉莫尔频率沿着z轴的变化。在此，两个对再次如在图3中所示一起起作用，并且在对之间的区域中沿着z轴产生拉莫尔频率的变化的近似线性的走向。
此外，可以想到，代替通过简单的线圈对产生的线性极化的交变磁场，借助Bloch-Siegert效应使用圆形极化的交变磁场来进行位置编码。这具有如下特别有利的效果：相对于线性极化，在位置编码的强度相同的情况下，SAR负荷可以减半。根据本发明，可以通过代替单个的圆形天线线圈或蝶形线圈，将圆形天线线圈和蝶形线圈的组合彼此共面地布置，来实现圆形极化。然后，如果利用如下高频信号来控制这两个线圈，这些高频信号仅具有90度的相位偏移，但是优选具有相同幅值和频率，则可以提供相应的圆形极化的交变磁场，用于根据本发明的位置编码。
但是为了产生圆形极化，如下面关于图4和5所示，也可以想到，相应地将两个线圈对布置在一个平面中，这里在x-y方向上，使得一对中的两个线圈的连接线以线圈之间优选90度的角度相交。然后，当利用在对之间具有90度的相位偏移的信号进行控制时，在线圈之间产生具有圆形极化的磁交变场
原则上，根据本发明，天线线圈不仅可以设计成平面的，而且例如根据患者隧道的几何形状，也可以设计成用于布置在圆柱形主体上的鞍形线圈。也可以想到例如适合于布置在不同的局部线圈50、例如头部或膝盖线圈上或中的其它几何形状。
图4示出了根据本发明的用于进行位置编码的设备的天线设备61的一个实施方式。多个天线线圈54以网络或矩阵或者阵列的形式布置在圆柱体形状的载体处或上。也可以想到其它形状，例如长方体、棱柱、椭圆体或者由要检查的身体形状预先给定的几何形状。天线线圈的载体例如可以由患者隧道的壁或者局部线圈壳体给出。但是也可以想到自支承的天线设备61，例如在鸟笼天线中，其中，天线线圈64由鸟笼天线的各个区段给出。在此，天线线圈64可以相互独立地用不同的高频信号进行控制。
在此，天线线圈64以两个组沿着z轴布置，其中，两个组彼此间隔开。一个组的各个天线线圈64又沿着载体的整个圆周布置，使得圆周在没有大的间隙的情况下被天线线圈64覆盖。换言之，一个组的两个相邻的天线线圈64之间的距离小于相应的天线线圈64沿着圆周的延伸。在此，也可以想到，一个组的相邻的天线线圈64重叠，例如以便使其感性地相互去耦。
在此，天线线圈64中的两个分别成对地关于载体的对称轴对称地与z轴平行地布置，使得其关于对称轴彼此相对。因此，当利用具有相同的幅值、但是关于拉莫尔频率具有不同符号的频率偏移的高频信号来控制一个对时，可以借助Bloch-Siegert效应，沿着该对的两个天线线圈64的连接线，实现产生的拉莫尔频率的近似线性的梯度。在此，在图4中，分别在一个组中设置两对天线线圈64，其中，两对的连接线相互垂直。但是也可以想到一个组中的天线线圈64的其它布置，例如具有3对、4对或更多对彼此对称地布置的天线线圈。
图4的天线布置使得能够通过天线线圈64的布置借助适当的控制在所有三个空间方向上进行拉莫尔频率的位置编码。
在图5中，为了清楚起见，作为二维投影示出了天线设备，其中，就像将载体沿着图4中的线A-A切开并展开。在此，箭头z给出了静磁场B0的方向。
给出了两列和三行的展开的天线矩阵的总共6个映射。线圈矩阵的图示旁边左侧和右侧的字母x、y和z给出了轴线，要沿着该轴线产生拉莫尔频率的梯度，从上到下是：沿着x轴、沿着y轴和沿着z轴。
两列给出了要对相应的天线线圈64施加哪个信号。在左侧的列中，施加具有拉莫尔频率LF加上频率偏差dF的信号，相应地用(LF+dF)表示。在右侧的列中，施加具有拉莫尔频率LF减去频率偏差dF的信号，相应地用(LF-dF)表示。
在相应的天线线圈的区域中，用数字给出了相关联的信号应当具有的相位偏移。这种给出针对一个频率的所有信号关于任意选择的共同的零点以度为单位。空的区域给出没有信号与相应的频率相关联。对于这些天线线圈，连接如在其它列中给出的其它频率的信号。
在此，给出相位偏移，使得相位偏相位偏移应地产生具有圆形极化以及最小SAR的场。
在此，沿着一个轴的拉莫尔频率的梯度的方向可以相反，方式是交换相关联的信号的频率LF+dF和LF-dF，这对应于交换图5中左侧的列和右侧的列的天线矩阵的映射。
在此，相位偏移可以通过可开关的相位偏移元件来实现，从而对于频率LF+-dF利用两个振荡器和两个功率放大器，以及对于90度、180度和270度利用相应的一个相位偏移元件，以及对于+60度和-60度利用相应的两个相位偏移元件，可以产生所有梯度。这特别是使得能够使用在放大器元件的非线性区域中工作的特别高效的D类和E类功率放大器。
但是也可以想到具有多个组和对的其它组合，其使得能够利用相应的控制方案借助Bloch-Siegert效应在至少三个方向上进行位置编码，该至少三个方向一起张成一个空间。
在图6中，作为流程图示出了借助Bloch-Siegert效应和根据本发明的设备产生位置编码的根据本发明的方法。
在步骤S10中，磁共振断层成像设备确定由第一频率和第一幅值以及第二频率和第二幅值构成的第一参数组，磁共振断层成像设备在根据第一参数组的参数经由天线设备61发出信号时，借助Bloch-Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第一梯度。根据期望的梯度，例如可以借助Bloch-Siegert效应与已知的频率下的交变磁场的频率和场强的已知的相关性，来确定所需的场强。根据电动力学定律和天线设备61的几何形状，又可以确定所需的天线线圈64的一个或多个控制信号的幅值和相位。这例如可以通过例如也在计算SAR负荷时或者在RF匀场中使用的近似方法进行。对此，也参见说明书序言。
在步骤S20中，借助高频单元22根据第一参数组产生信号，并且借助天线设备61将信号发射到检查区域中。
以相同的方式，在步骤S30中，磁共振断层成像设备确定由第三频率和第三幅值以及第四频率和第四幅值构成的第二参数组，使得在根据第二参数组的参数经由天线设备61发出信号时，借助Bloch-Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第二梯度。在此，第一参数组与第二参数组的区别至少在于：第一组的第一频率和/或第一幅值和/或第二频率和/或第二幅值不同于第二组的相应的第三频率和/或第三幅值和/或第四频率和/或第四幅值。
在步骤S40中，借助高频单元22根据第二参数组产生信号，并且借助天线设备61将信号发射到检查区域中。
因此，例如当利用图4的天线设备发出具有在图5中给出的相位偏移的信号时，可以借助第一参数组产生沿着x轴的位置编码，并且借助第二参数组产生沿着y轴的位置编码。在此，也可以想到，用于确定参数组的步骤S10和S30使用预定的表格或近似公式，从而在图像采集期间减轻磁共振断层成像设备1的负荷。然后，场分布的复杂的计算也可以预先在其它计算单元上执行，并且将结果以表格或近似公式的形式存储在磁共振断层成像设备上。也可以想到例如在人体模型上引入磁共振测量的优化方法。
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 (18)

1.一种用于在利用磁共振断层成像设备(1)进行磁共振断层成像时进行空间位置编码的设备，其中，所述设备具有：
高频单元(22)，所述高频单元被设计为用于以大功率产生具有第一频率的第一高频信号和具有第二频率的第二高频信号，其中，第一频率和第二频率接近磁共振断层成像设备(1)的拉莫尔频率，并且第一频率不等于第二频率；
天线设备(61)，所述天线设备被设计为用于将第一高频信号和第二高频信号发射到磁共振断层成像设备(1)的检查区域中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一频率和所述第二频率关于拉莫尔频率对称。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述天线设备(61)具有至少一个第一天线元件和第二天线元件，其中，第一天线元件与第二天线元件关于对称中心对称地布置。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述天线设备(61)具有鞍形线圈。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述天线设备(61)具有蝶形天线。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述天线设备(61)具有天线阵列。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中，所述天线设备(61)具有关于对称中心对称地布置的第三天线元件和第四天线元件，其中，第一天线元件到第二天线元件的连接线与第三天线元件和第四天线元件之间的连接线围成大于10度的角度。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述天线阵列具有两个组，所述两个组分别具有多个天线元件，其中，所述组沿着第一轴线布置在不同的位置处。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，一个组的天线元件沿着围绕第一轴线的曲线布置。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述高频单元(22)和/或所述天线设备具有保护设备，所述保护设备被设计为用于在同时发出发射信号和激励脉冲或相位编码脉冲时保护所述高频单元(22)。
11.一种磁共振断层成像设备，其具有根据权利要求1至10中任一项所述的设备(60)和高频单元(22)，其中，所述磁共振断层成像设备(1)被设计为，确定由第一频率和第一幅值以及第二频率和第二幅值构成的第一参数组，使得在根据所述第一参数组的参数经由天线设备(61)发出信号时，借助Bloch-Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第一梯度，并且
借助所述高频单元(22)根据第一参数组产生信号，并且
为了对核自旋进行位置编码，借助所述天线设备(61)将信号发射到检查区域中。
12.根据权利要求11所述的磁共振断层成像设备，其中，所述磁共振断层成像设备(1)没有梯度线圈或者仅具有用于在一个或两个坐标轴上进行位置编码的梯度线圈。
13.根据权利要求11或12所述的磁共振系统，其中，拉莫尔频率小于10MHz。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的磁共振断层成像设备，其中，所述高频单元(22)和所述天线设备(61)被设计为用于产生圆形极化的交变磁场。
15.一种用于运行根据权利要求11至14所述的磁共振断层成像设备(1)和高频单元(22)的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
(S10)通过磁共振断层成像设备(1)确定由第一频率和第一幅值以及第二频率和第二幅值构成的第一参数组，使得在根据所述第一参数组的参数经由天线设备(61)发出信号时，借助Bloch-Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第一梯度；
(S20)借助高频单元(22)根据第一参数组产生信号，并且借助天线设备(61)将信号发射到检查区域中；
(S30)通过磁共振断层成像设备确定由第三频率和第三幅值以及第四频率和第四幅值构成的第二参数组，使得在根据所述第二参数组的参数经由天线设备(61)发出信号时，借助Bloch-Siegert效应产生关于核自旋的拉莫尔频率的第二梯度，其中，第一参数组与第二参数组的区别至少在于：第一组的第一频率和/或第一幅值和/或第二频率和/或第二幅值不同于第二组的相应的第三频率和/或第三幅值和/或第四频率和/或第四幅值；
(S40)借助高频单元(22)根据第二参数组产生信号，并且借助天线设备(61)将信号发射到检查区域中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在根据第一参数组产生信号的步骤(S20)中发射信号，与在根据第二参数组产生信号的步骤(S40)中发射信号同时进行。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，第一频率和第二频率关于拉莫尔频率对称，和/或第三频率和第四频率关于拉莫尔频率对称。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，天线设备(61)具有至少一个第一天线元件和第二天线元件，其中，第一天线元件与第一天线元件间隔开地布置。
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