CN111157929B - 具有集成的导频音发送器的局部线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁共振断层成像设备的局部线圈，以及一种具有根据本发明的局部线圈的磁共振断层成像设备。局部线圈具有用于发射导频音的发送天线和用于接收导频音的接收天线。局部线圈还具有用于将接收天线与发送天线退耦的退耦装置。

Description

具有集成的导频音发送器的局部线圈

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振断层成像设备的局部线圈，其具有用于产生导频音的发送器、用于发射导频音的发送天线和用于接收导频音的接收天线。

背景技术

磁共振断层成像设备是一种为了对检查对象进行成像而将检查对象的核自旋与外部强磁场对齐，并通过交变磁场激励核自旋围绕该对齐进动的成像设备。自旋从这种激励状态到具有较低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，该磁共振信号通过天线接收。

借助梯度磁场向信号施加位置编码，该位置编码随后可以实现所接收的信号与体积元的关联。然后分析所接收的信号并提供检查对象的三维成像图像。

根据所使用的脉冲序列(也被称为序列)，磁共振断层成像中的图像采集需要几毫秒至几秒，其中通常较长的采集时间会导致低的噪声伪影。因此，分别在身体保持相对不动的阶段的开始启动图像采集，以避免图像采集期间由于运动而产生运动伪影，是有意义的。不可避免的运动例如是呼吸和心跳。然而在此，在带有运动的阶段之后还有相对的平静的阶段，例如在呼气或心肌收缩之后。在该阶段中的图像采集预计具有较少运动的相对较长的时间段，从而在此预计最佳的测量结果。

在此，基本上已知，例如借助机械传感器或者通过测量肌肉的刺激电势的电极来采集运动。

文献DE 10 2015 203 385描述了一种借助高频信号来采集运动的基本方法。在此，在磁共振断层成像设备的患者记录中持续地采集该信号，并且对由于运动、例如由于变化的干扰或衰减而引起的信号变化进行分析。然后可以根据该信号的特定模式来识别由呼吸或心跳引起的患者的运动。

从文献WO 2015/150953 A1中已知一种用于发射同步信号的发送器，该发送器的两个天线布置在患者套管的端部。在此，作为同步信号还可以发射导频音。

文献DE 10 2015 224 158描述了一种用于磁共振断层成像设备中的导频音导航的发送器以及一种用于识别患者运动的方法。发送器具有电源和天线。发送器被设计为，经由天线发射导频音信号。此外，发送器还具有退耦元件，以便保护发送器输出端免受如下信号的影响：该信号在磁共振断层成像期间在磁共振断层成像设备的激励脉冲的情况下由天线接收。在该方法中，磁共振断层成像设备的控制器识别发送器的导频音信号的与运动相关的变化。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，简化导频音信号的应用。

该技术问题通过根据本发明的局部线圈来解决。

根据本发明的局部线圈具有用于发射导频音的发送天线。发送天线可以例如是以线圈或环的形式的磁性天线，但是根据导频音信号的波长，也可以想到诸如偶极子的电天线。磁共振断层成像设备可以经由信号连接来馈送导频音，但是还可以想到，局部线圈具有用于产生导频音的发送器和用于发射导频音的发送天线。在此，发送器可以是例如振荡器或其他信号产生器，其可以产生具有预定频率的信号。还可以想到放大器或混频器，其根据由磁共振断层成像设备馈送的信号产生或导出导频音信号。

此外，局部线圈具有用于接收导频音的接收天线。在此，接收天线可以是例如天线线圈，其也被设置为，用于在局部线圈中接收MR信号。在此可以想到，导频音信号处于与MR信号相同的频率范围中，或者将接收天线调谐到多个频率，即导频音信号的频率和MR信号的频率。然而，还可以想到，为导频音信号设置单独的接收天线。最后，根据本发明的局部线圈具有用于将接收天线与发送天线退耦的退耦装置。在此，通过接收天线直接接收到的导频音信号，即在不与环境、特别是患者相互作用的情况下(例如在自由空间中)接收到的导频音信号相比于没有退耦装置的局部线圈降低了例如3dB、6dB、12dB或更多被视为退耦。下面在本发明中还给出了退耦装置的不同的实施方式。

通过集成发送天线和接收天线，根据本发明的局部线圈简化了导频音的应用。以有利的方式，具有退耦装置的局部线圈在此减少导频音信号的分量，该导频音信号的分量在不与患者相互作用的情况下接收并且因此也不包含关于例如心跳或呼吸的信息。在没有这些直接的信号分量的情况下，对接收到的导频音信号的调制度会增加，并且也改善了信噪比以及对生理过程的识别。

在本发明中给出了其他有利的实施方式。

在根据本发明的局部线圈的可能的实施方式中，退耦装置被设计为，将发送天线与接收天线感应地退耦。例如，在磁性的接收天线和发送天线的情况下，可以如下通过几何重叠来进行感应的退耦。但是还可以想到，附加的电感器或高频变压器来负责退耦。

以有利的方式，导频音发送器与接收天线之间没有电接触的感应退耦实现了退耦，从而避免附加的干扰耦合和衰减。

在根据本发明的局部线圈的可想到的实施方式中，接收天线具有第一天线线圈并且退耦装置具有第一感应环。

在此，将磁性天线称为天线线圈，其作用基于交变电磁场的磁性分量的感应。为此，天线线圈的电导体包围一个表面，在该表面的内部，通过流经导体的电流感应出磁场。在此，所包围的表面优选地基本上是平坦的，即，垂直于穿过所包围的表面放置的平面的所包围的表面的偏差小于平行于该平面的所包围的表面的最大尺寸的30％、20％或10％。天线线圈可以具有一匝或多匝。在本发明的意义中，感应环同样是至少部分地由导体包围的平坦的表面。然而可以想到，感应环没有完全封闭，例如，没有将导体彼此紧邻地引入或引出感应环。因此，感应环例如也可以是U形的。导体还可以具有电容性和/或电感性元件，因此在一般意义上是具有复阻抗的导体。

在此，由第一感应环包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由第一天线线圈包围的表面上的投影具有非空的交集。在此，例如将先前描述的穿过表面的平面的表面法线视为表面法线。换言之，天线线圈和感应环重叠，从而流过感应环的电流产生磁场，该磁场延伸通过天线线圈并再次在那里感应出电流。

以有利的方式，可以通过将感应环与天线线圈的表面重叠来实现有针对性的相互作用，该相互作用可以通过重叠的表面，即交集的表面进行调节。在此，根据电流方向可以改变磁场的极性并且由此也可以改变感应出的电流的极性。

在根据本发明的局部线圈的可能的实施方式中，退耦装置具有第二感应环，该第二感应环基本上平行于第一感应环取向。在此，基本上平行被理解为，第一感应环和第二感应环的表面法线的夹角成小于45度、30度或10度的角度。在此，退耦装置被设计为，在发射导频音的情况下在第一感应环和第二感应环中分别产生磁场，其磁场分量在由第一感应环和/或第二感应环包围的表面的表面法线方向上具有相同的符号。换言之，由第一感应环和第二感应环产生的磁场基本上在相同的方向上取向。这可以通过相同电流以相同的流通方向、例如两者都以顺时针方向或逆时针方向流过第一感应环和第二感应环来实现。

在此，由第二感应环包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由第一天线线圈包围的表面上的投影具有空的交集。关于表面和其表面法线适用于已经解释的内容。换言之，第一天线线圈的表面与第二感应环的表面不重叠、不相交。由此，相对于第一天线线圈布置第二感应环，使得由第一天线线圈包围的表面位于由第二感应环包围的表面的外部。如前所述，感应环内部产生的磁场具有相同的符号，因此感应环的外部区域中的磁场具有相反的符号。因此，第一感应环和第二感应环对第一天线线圈的作用相互减小。通过适当地设计第一感应环和第二感应环的尺寸以及相对于第一天线环进行适当的定位，甚至可以消除这种影响。

然后，在本发明的意义上，通过退耦装置以有利的方式将由第一感应环和第二感应环组成的发送天线与接收线圈退耦。

在根据本发明的局部线圈的可想到的实施方式中，局部线圈具有第二天线线圈。在此，由第一感应环包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由第二天线线圈包围的表面上的投影的交集是空的交集。在此，前面所述适用于表面和表面法线。换言之，第一感应环和第二天线线圈是不相交的并且没有重叠的表面。此外，由第二感应环包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由第二天线线圈包围的表面上的投影具有非空的交集。换言之，第二感应环与第二天线线圈重叠，如同第一感应环和第一天线线圈一样。

如已经说明的，用于将第二感应环与第二天线线圈退耦的第一感应环因此有利地如同第二感应环作用于第一天线线圈一样起作用。然而同时，由于相同取向的磁场，第一感应环和第二感应环作为导频音信号的发送天线起作用。

在根据本发明的局部线圈的可能的实施方式中，由第一天线线圈包围的表面沿着表面法线到由第二天线线圈包围的表面上的投影具有非空的交集。换言之，第一天线线圈和第二天线线圈重叠。在此可以想到，重叠的表面所占比例小于由第一天线线圈或第二天线线圈所包围的表面的50％、30％、20％或10％。

以有利的方式，重叠的表面以关于感应环描述的相同的方式作为第一天线线圈与第二天线线圈之间的感应退耦起作用。

在根据本发明的局部线圈的可想到的实施方式中，第一感应环具有桥接导体。桥接导体将第一感应环的圆周上的两个点彼此电连接。在此还可以想到，桥接导体具有带有复电阻的元件，例如电容。以这种方式，桥接导体将感应环分为两个不相交的表面或区域。这两个区域可以具有相同的面积，但是也可以想到，这些表面在比例上是不同的，例如40:60或30:70。

在可能的实施方式中，桥接导体在此具有可变电容。该电容例如可以是微调电容器，利用该微调电容器可以使用和调整具有不同几何形状的局部线圈中的相同的发送线圈。

然而还可以想到，可由磁共振断层成像设备通过电压或控制信号以及控制装置改变的电容、例如PIN二极管或具有MEMS开关的可开关的电容。

以有利的方式，可变电容可以实现有效的表面并且由此改变感应环与天线线圈的感应耦合。以有利的方式，通过磁共振断层成像设备的发送天线与接收天线的退耦可以适应于不同的条件，例如通过与患者身体的相互作用或柔性局部线圈中不同的几何形状，以及始终使为来自患者身体的导频音信号实现最大的灵敏度。

在根据本发明的局部线圈的可想到的实施方式中，退耦装置具有带有电容的电容性的退耦网络，该电容可以将发送天线与接收天线电连接。例如，一个或优选两个电容是可能的，这些电容将发送天线的、例如第一感应环上的抽头分别与接收天线上的、例如天线线圈上的抽头电连接。

在根据本发明的磁共振断层成像设备的可想到的实施方式中，磁共振断层成像设备具有根据本发明的局部线圈。在此，磁共振断层成像设备被设计为，例如在高频单元中提供导频音信号，经由信号连接将其传输到局部线圈，并经由局部线圈的发送天线进行发射。

以有利的方式，磁共振断层成像设备能够提供具有高精度且稳定的频率的信号，从而可以以有利的方式防止导频音信号通过磁共振来干扰图像采集。例如，可以选择如下频率：该频率恰好在磁共振信号的频率范围外部，例如小于100kHz、500kHz或1MHz，从而以有利的方式，用于MR信号的天线仍然具有足够的灵敏度来进行接收并且可以进行使用，但是通过精确地保持频率间隔可以避免干扰。

在根据本发明的磁共振断层成像设备可想到的实施方式中，磁共振断层成像设备在第一感应环中具有带有可变电容的局部线圈。此外，磁共振断层成像设备还具有控制单元，该控制单元被设计为，调节可变电容，使得将接收天线与发送天线最佳地退耦。例如，所接收的、带有生理信息的导频音信号的信噪比具有局部最大值被视为最佳的退耦。控制单元可以例如通过数值梯度优化方法或在可变电容的变形方案下通过另外的优化方法来实现该局部最大值。

附图说明

结合下面对结合附图详细阐述的实施例的描述更清楚且明晰地理解上面描述的本发明的特点、特征和优点以及其实现方式。

附图中:

图1示出了具有根据本发明的局部线圈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示意图；

图3示出了根据本发明的局部线圈的示意图；

图4示出了根据本发明的局部线圈的实施方式的感应环的示意图；

图5示出了根据本发明的局部线圈的电容性的退耦网络的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有根据本发明的局部线圈50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患者100的核自旋对齐的静磁场B0。记录区域的特征在于非常均匀的静磁场B0，其中均匀性尤其涉及磁场强度或大小。记录区域几乎是球形的，并且布置在患者通道16中，患者通道在纵向方向2上延伸通过磁体单元10。患者卧榻30在患者通道16中可以通过移动单元36进行移动。通常，场磁体11是超导磁体，其可以提供具有高达3T的磁通密度、在最新设备中甚至更高的磁通密度的磁场。但是，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，其被设计为，为了在检查体积中在空间上区分所采集的映射区域，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金属线构成的线圈，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，身体线圈被设计为，将经由信号线馈送的高频信号发射到检查体积中，并且接收由患者100发出的共振信号，并且经由信号线将其输出。

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，梯度控制器被设计为，经由供应线为梯度线圈12供应可变电流，该可变电流在检查体积中时间协调地提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，高频单元被设计为，用于产生高频脉冲，该高频脉冲具有预先给定的时间走向、振幅和频谱功率分布，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。激励脉冲可以经由身体线圈14或者还经由局部发送天线发射到患者100中。

控制器23经由信号总线25与梯度控制器21和高频单元22进行通信。

在患者100上布置了局部线圈50，该局部线圈经由连接线33与高频单元22以及其接收器连接。

图2中示出了根据本发明的局部线圈50的实施方式。局部线圈具有第一天线线圈51作为用于MRT信号的接收天线。在此，示例性示出了具有单匝的导体环，但是也可以想到具有多匝的天线线圈。还可以想到天线线圈中的附加电容，其用于在接收情况下进行调谐或者用于在激励脉冲期间进行失谐。为了清楚起见，没有示出局部线圈中用于处理接收到的信号的其他元件，诸如低噪声前置放大器、振荡器和用于频率变换的混频器或者用于数字化的模数转换器。

在可能的实施方式中，局部线圈50还具有导频音发送器60，其产生导频音信号。导频音发送器60与具有第一感应环61和第二感应环62的发送天线电连接。在此，第一感应环61位于由第一天线环51包围的表面内，而第二感应环62位于该包围的表面的外部。在此，第一感应环61在表面法线的方向上与该包围的表面间隔开，即位于天线环的上方或下方。优选地，该间距在此小于感应环的横向尺寸、例如感应环的直径。

在另外的实施方式中，还可以想到，在磁共振断层成像设备1中、例如在高频单元22中提供导频音信号，并且经由局部线圈的连接线33馈送给局部线圈50。还可以想到混合形式，例如磁共振断层成像设备提供信号，通过放大、频率变换和/或调制根据该信号产生导频音信号。由此，特别是可以确保高精度和稳定的频率，该频率不会干扰实际的磁共振图像采集。

在此，第一天线线圈51、第一感应环61和第二感应环62基本上平行地取向，即穿过第一天线线圈51的平面和穿过第一感应环61或第二感应环62的平面的夹角成小于45度、30度或10度的角度。

由导频音发送器60产生并馈送给发送天线的电流以相同的流通方向流过第一感应环61和第二感应环62，使得其在由感应环61、62包围的表面的内部产生基本上彼此平行且相同取向的磁场。在由感应环61、62包围的表面之外，磁场分量在由感应环包围的表面的表面法线方向上改变其符号。对于图2中的第一感应环61，由其产生的一部分磁场线也在第一天线环51的外部延伸。在此，在由第一感应环61包围的表面的内部的、由第一感应环61产生的场仅部分地通过第一感应环61的外部空间中产生的场关于在第一天线环51中感应的电流进行补偿。只有通过第二感应环62以及适当地设计表面和横向间距的尺寸才可以实现补偿，并且可以减小或完全消除发送天线与第一天线线圈51之间的耦合。

如图2至图5所示，经由接头可以将导频音信号直接馈送到发送天线或感应环，并导致感应环中的电流。但是，例如也有可能通过感应耦合实现感应环中的电流，如其在磁性天线中通常普遍的那样。也可以想到具有电感和/或电容元件的其他匹配网络。同样地也适用于从接收天线中退耦接收到的导频音信号。

然而，原则上还可以想到，第一感应环61和第二感应环62一起构成具有例如匝和连续包围的表面的线圈，该线圈部分地位于第一天线线圈51上方并且部分地位于第一天线线圈外部。

图3中示出了具有第一天线线圈51和第二天线线圈52的局部线圈的实施方式。在此并排布置第一天线线圈51和第二天线线圈52，以便能够相互独立地、在某些情况下甚至同时地采集患者100的不同区域。在此，将相邻线圈的信号视为干扰信号。分别到达另外线圈的空间中的磁场还会导致相互作用，例如天线线圈的共振频率的失谐。因此期望第一天线线圈51与第二天线线圈52相互退耦，在该意义上减小相互作用。如图2中，参照第一天线线圈51和具有第一感应环61和第二感应环62的发送线圈所解释的，这可以通过重叠所包围的表面来实现。因此，在图3中，在第一天线线圈51与第二天线线圈52之间设置第一天线线圈51与第二天线线圈52之间的表面，该表面由两个天线线圈包围或者两个天线线圈在该表面中重叠。在适当地选择重叠的表面区域相对于不重叠的表面区域的比例的情况下，可以实现第一天线线圈51与第二天线线圈52的完全退耦。

第一感应环61或第二感应环62在两个天线线圈51、52的该重叠区域中的布置减小了用于将发送线圈与两个天线线圈51和52退耦的自由度。只有通过由限定尽可能小的有效表面的导体来连接第一感应环61和第二感应环62，例如通过彼此紧靠地平行引导该连接导体或者相互绞合该连接导体，才能重新获得所述自由度。在图3中，这通过由第一感应环61、第二感应环62及其之间的连接导体构成的“骨头状的”轮廓表示。由于第一感应环61和第二感应环62的连接的有效表面对于通过第一天线线圈和/或第二天线线圈的感应接近于零，因此可以改变连接的长度，从而可以使用相对于第一天线线圈51和第二天线线圈52的间距或位置，以便在将第一天线线圈51与第二天线线圈52相互退耦的同时，改善或优化发送线圈与天线线圈51、52的退耦。

图4中示出了在没有机械地改变导体环的情况下调整第一感应环61和/或第二感应环62的有效表面的可能。图4示例性示出了第一感应环61。在所示的实施方式中，一方面该第一感应环61设有补偿电容65，以在由随后进行解释的桥接导体63分开的区域之间平衡第一感应环61中的电流分布或由第一感应环61和第二感应环62组成的发送天线中的电流分布。然而，也可以想到用于调谐共振的电容。

另一方面，第一感应环61还具有沿着环导体的两个抽头或接触点，它们通过桥接导体63彼此电连接。在此，桥接导体63将由第一感应环包围的表面分成两个不相交的子区域。子区域的面积比例如可以是50:50，但是也可以是40:60或更小。在此，桥接导体63可以具有串联连接到桥接导体中的一个或多个电容。在此，电容可以具有恒定的值，并且在装备了局部线圈50的情况下可以使发送天线或第一感应环61适应于不同的几何形状，使得可以将相同的导体环用于不同的局部线圈中的不同的感应环。还可以想到微调电容器，该微调电容器也允许在安装时进行调整。

最后，还可以想到将电容实施为可变电容64，从而可以在没有机械介入的情况下通过磁共振断层成像设备1来改变电容。可以想到PIN二极管作为可变电容64，其中控制单元20或高频单元22将导频音信号与作为控制电压的直流电压叠加。还可以想到局部线圈50中的控制器，该控制器响应于磁共振断层成像设备的控制单元20的信号向PIN二极管施加电压。还可以想到可由局部线圈的控制器通过开关接通的电容。

通过设计磁共振断层成像设备1，用于经由桥接导体63中的可变电容64来调整第一感应环61的有效表面，并且在未示出的实施方式中也用于调整第二感应环62的有效表面，可以使退耦自动地适应于变化的状况、例如适应于其他患者，并且利用根据本发明的局部线圈总是可以实现导频音信号的最佳的信噪比。

图5中示出了根据本发明的局部线圈50的实施方式，其中第一天线线圈51与第一感应环61的感应退耦通过借助退耦网络的电容性退耦进行。在最简单的情况下，通过两个退耦电容53来提供退耦网络，这两个退耦电容53将第一天线线圈51在不同的抽头处与第一感应环61连接。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行阐述和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于磁共振断层成像设备(1)的局部线圈，其中所述局部线圈(50)具有用于发射导频音的发送天线和用于接收导频音的接收天线，其中所述局部线圈还具有用于将接收天线与发送天线退耦的退耦装置，其中所述退耦装置被设计为，将所述发送天线与所述接收天线感应地退耦，

其特征在于，所述接收天线具有第一天线线圈(51)，并且所述退耦装置具有第一感应环(61)，其中由所述第一感应环(61)包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由所述第一天线线圈(51)包围的表面上的投影具有非空的交集。

2.根据权利要求1所述的局部线圈，其中所述退耦装置具有基本上平行于所述第一感应环(61)取向的第二感应环(62)，

其中所述退耦装置被设计为，在发射导频音时在所述第一感应环(61)和第二感应环(62)中分别产生磁场，所述磁场的磁场分量在由所述第一感应环(61)和/或第二感应环(62)包围的表面的表面法线方向上具有相同的符号，

其中由所述第二感应环(62)包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由所述第一天线线圈(51)包围的表面上的投影具有空的交集。

3.根据权利要求2所述的局部线圈，其中所述局部线圈(50)具有第二天线线圈(52)，其中由所述第一感应环(61)包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由所述第二天线线圈(52)包围的表面上的投影具有空的交集，并且其中由所述第二感应环(62)包围的表面沿着所包围的表面的表面法线到由所述第二天线线圈(52)包围的表面上的投影具有非空的交集。

4.根据权利要求3所述的局部线圈，其中由所述第一天线线圈(51)包围的表面沿着表面法线到由所述第二天线线圈(52)包围的表面上的投影具有非空的交集。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的局部线圈，其中所述第一感应环(61)具有桥接导体(63)，所述桥接导体将所述第一感应环(61)的两个点彼此电连接并且将由所述第一感应环(61)包围的表面划分为两个不相交区域。

6.根据权利要求4所述的局部线圈，其中桥接导体(63)具有可变电容(64)。

7.根据权利要求1所述的局部线圈，其中，所述退耦装置具有带有退耦电容(53)的电容性退耦网络，所述退耦电容将所述发送天线与所述接收天线电连接。

8.一种磁共振断层成像设备，其具有根据上述权利要求中任一项所述的局部线圈(50)，其中所述磁共振断层成像设备(1)被设计为，用于提供导频音信号，经由信号连接将所述导频音信号传输到局部线圈(50)并经由所述局部线圈的发送天线进行发射。

9.一种磁共振断层成像设备，其具有根据权利要求6或7所述的局部线圈(50)，其中所述磁共振断层成像设备(1)的控制单元(20)被设计为，用于调节可变电容(64)，使得将接收天线与发送天线最佳地退耦。

Images