CN209842038U - 一种磁共振断层成像仪的天线及磁共振断层成像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于具有低磁场强度的磁共振断层成像仪的天线及磁共振断层成像仪。该天线具有天线元件、连接导线和调节导线。该连接导线和该调节导线与该天线元件电连接。该调节导线对该天线元件具有可调的电容式作用。

Description

一种磁共振断层成像仪的天线及磁共振断层成像仪

技术领域

本实用新型涉及一种天线，尤其一种用于磁共振断层成像仪的发射天线。

背景技术

磁共振断层成像仪是用强外部磁场使检查对象的核自旋定向并且通过交变磁场激发围绕这个取向的进动以对检查对象成像的成像装置。从这种激发的具有较低能量的状态下自旋的进动或返回进而产生了通过天线接收的交变磁场(也称为磁共振信号)作为响应。

借助于梯度磁场，使这些信号具有位置编码，该位置编码后续地能够实现所接收的信号与体积元件的相关。然后分析所接收的信号并且提供检查对象的三维成像示图。所产生的示图标出自旋的空间密度分布。

所接收的磁共振信号是非常弱的，即部分地仅略高于噪音极限。为了优化信号，调节天线线圈(即体线圈和/或局部线圈)，以实现尽可能好的信噪比。这种调节可以通过变化的电容来进行，通常使用微调电容器(Trimmkondensatoren)。微调电容器在电容方面受面积和耐压强度限定，使得不再能够通过常规的微调电容器来提供在较小的静态B0 场中对于较低频率所需的较大电容。同时，在低频率下对调节的性能以及因此对调节的准确度的要求更高，以便实现足够强的信号。在此将氢的核自旋的共振频率看作低频率 (也称为拉莫尔频率)，在低磁场下为1.5特斯拉、1特斯拉、0.5特斯拉或更小。这对应于63MHz、41MHz、23.6MHz或更低的拉莫尔频率。

实用新型内容

因此本实用新型的目的是提供一种用于在低频率下调节天线线圈的解决方案。

该目的通过根据本实用新型的第一方式的天线来实现。

本实用新型的天线具有天线元件、连接导线和调节导线。还可设想一种具有多个天线元件、调节导线和/或连接导线的天线。

该连接导线和该调节导线与该天线元件电连接，例如欧姆式、电感式和/或电容式。在此该调节导线对该天线元件具有可调的电容式作用。后续给出了不同的实施方式，通过这些实施方式可以通过该调节导线实现电容式作用。

在此在该调节导线的连接点处到该天线元件实现了电容式作用。电容式作用在此不排除电感部分。可设想的是，在连接点处的阻抗甚至具有小实部，其原因在于所使用的导体或损耗性电介质的受限的传导性或者渗透性。然而优选该实部尽可能小，使得天线元件受到尽可能小的衰减。

在下面给出了其他有利的实施方式。

在本实用新型天线的一个可行的实施方式中，该调节导线安排在该天线的灵敏度范围之外。将以下区域认为是天线的灵敏度区域：在该区域中在用高频交流电控制的情况下由天线优选以拉莫尔频率产生的电场强度和/或磁场强度大于在该天线周围产生的最大场强度的5％、10％、20％或50％。在此，连接导线的长度的超过50％、80％、 90％或95％在灵敏度范围之外延伸就被认为安排在灵敏度范围之外。在此尤其以下情况被认为是在灵敏度范围之外：电连接在调节导线处的后续实施方式的可调节的电感安排在灵敏度范围之外。

以有利的方式通过将调节导线安排在灵敏度区域之外，将调节导线与天线的超出所希望调节作用的相互作用最小化。由此还可设想，使用具有较大尺寸的调节元件或者这些调节元件对于干扰是特别灵敏的。

在本实用新型天线的一个可设想的实施方式中，该调节导线具有等于电磁波的波长四分之一的长度，该电磁波具有与该磁共振断层成像仪在该调节导线上的拉莫尔频率相同的频率。在此，当长度的实际值与理想长度具有小于10％、5％或1％的公差时看作是相同的。

以有利的方式，具有波长四分之一的长度的波导可以将电感变换为电容，并且因此还能够实现与例如微调电容器不同的调节元件。

在本实用新型天线的一个可行的实施方式中，该调节导线具有两个导体。这两个导体在一端与该天线电连接。在相反端，这两个导体与可调的电感相连。

这些导体作为高频波的变换器起作用，使得在一端处的该可调的电感完全或部分地在连接到天线的末端处作为电容起作用。在此例如可设想的是，可以形成如下尺寸的电容，该尺寸无法基于连接位置处的尺度来实现。还可设想的是，在适合的连接导线长度下另外的电容式部分同样在天线处变换为纯电容。

在本实用新型天线的一个可设想的实施方式中，该调节导线的长度是可调的。例如连接导线可以在沿着其延伸的不同位置处具有分接头，可以将电感连接到这些分接头。

以有利的方式，通过从相反端处的电感或电容进行变换，调节导线的可调的长度能够在连接点处形成不同的复电阻。

在本实用新型天线的一个可行的实施方式中，该调节导线具有两个基本上平行的导体，其中这两个导体在一个末端处与该天线电连接并且在相反的末端处被短接。

本实用新型又提供了一种具有上述任一种天线的磁共振断层成像仪。

以有利的方式，当调节导线的长度对应于调节导线上的拉莫尔频率的波长的四分之一时，在相反端短接的调节导线在连接点提供了电容。在此通过长度变化还可以在连接点处形成电感式部分。

根据本实用新型能够实现以下的技术效果：以有利的方式，在连接点处具有电容式作用的调节导线可以实现在其天线元件处以电容方式进行调节，但是同时直接在天线元件处绕过了空间限制以及电极限状况(如涡流电流或表皮电流)。

所描述的本实用新型的特性、特征和优点以及其实现方式，在结合以下结合附图详细阐释的对实施例的说明的情况下将变得清楚且更容易理解。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：

图1示出具有本实用新型天线的磁共振断层成像仪的示例性示意图；

图2示出本实用新型天线的一个实施方式；

图3示出本实用新型天线的调节导线的一个可设想的实施方式；

图4示出本实用新型天线的调节导线，其中该调节导线自身作为复电阻起作用；

图5示出本实用新型天线的调节导线和连接导线的一个可设想的实施方式，其中该连接导线和该调节导线至少部分共同地实施。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。

图1示出具有本实用新型天线(在此例如为体线圈14)的磁共振断层成像仪1的一个实施方式的示意图示。

磁体单元10具有场磁体11，该场磁体产生静态磁场B0以便使接纳区域中的样品或患者100的核自旋定向。该接纳区域安排在患者隧道16中，该患者隧道在纵向2上延伸穿过磁体单元10。患者100可以借助于病床30和病床30的移动单元36移动到接纳区域中。场磁体11通常为超导磁体，该超导磁体可以提供具有最多3T的磁通量密度的磁场，在最新设备中甚至更高。然而对于较小的场强度还可以应用永磁体或具有常导通线圈的电磁体。小的场强度尤其可以成本低廉地实现并且通过现代的图像采集方法仍然提供令人满意的结果。这例如为1.5特斯拉、1特斯拉或0.5特斯拉的场强。

磁体单元10同样具有体线圈14，该体先去被设计为用于向检查体积中发射通过信号导线送入的高频信号并且接收从患者100发出的共振信号并且通过信号导线将其输出。但是更优选的方式是用局部线圈50来替代用于接收高频信号的体线圈14，该局部线圈在患者隧道16中安排在患者100附近。但是理论上还可设想的是，局部线圈50设计为用于发送和接收。

在低频率(包括用于所述磁场的63MHz、41MHz和23.6MHz或更低的频率)下天线的调节是特别重要的，因为由于患者100中对交变场的较低的吸收造成的较小衰减使得共振的品质提升。随着品质提升，天线的共振的带宽也降低。测量显示出，在待产生的交变场的频率与3特斯拉下对应于123MHz的共振频率偏差200kHz时，所实现的场强度仅仅减小了几个百分点，而在63MHz或1.5特斯拉下接近10％并且在23.6MHz、对应于0.5特斯拉的B0场的场强度下已经将可实现的最大B1场强度减半。因此必须在较小的B0磁场强度下更准确地调节该天线。同时为此在较低频率下需要较大的电容或电感。

控制单元20以用于体线圈14的信号来供应磁体单元10并且分析所接收的信号。磁共振断层成像仪控制器23在此协调这些子单元。

因此，控制单元20具有梯度控制器21，该梯度控制器设计为通过送入导线用可变的电流来供应梯度线圈12，这些梯度线圈以在时间上协调的方式在检查体积中提供所希望的梯度场。

控制单元20具有高频单元22，该高频单元设计为以预定的时间曲线、幅值和谱功率分布来产生高频脉冲，以便激发患者100中的核自旋的磁共振。在此脉冲功率可以在千瓦范围内实现。单独的单元通过信号总线25彼此相连。

由高频单元22产生的高频信号通过信号连接送到体线圈14并且发送到患者100的身体内，以便在那里激发核自旋。但还可设想的是通过局部线圈矩阵50的一个或多个线圈绕组发送高频信号。

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，由于较小的间距，局部线圈50的信噪比(SNR)比通过体线圈14接收的情况更好。由局部线圈矩阵50接收的MR信号在局部线圈50中处理并且转发到磁共振断层成像仪1的高频单元22以进行分析和图像采集。为此优选使用该信号连接，但是例如还可设想无线传输。

在场磁体的较小的场强度B0下，在磁场B0中的共振频率(也称为拉莫尔频率)成比例的减小。

在图2中示意性展示了呈体线圈14形式的本实用新型天线的示例性实施方式。

图2中的在此构造形式中通常称为鸟笼天线的体线圈14具有发射器61作为天线元件，该发射器沿着并且围绕患者隧道16安排。发射器61在相反末端处沿着患者隧道的周边借助于环形的传导结构来连接，该结构被耦合电容62中断。

借助于高频单元22的末端级的连接导线63进行交流电馈送，以便产生高频交变场B1。连接导线将信号例如馈送到两个相邻的发射器61或一个耦合电容62的两个连接端。依据连接导线63的类型，还可以设想其他的馈送形式，这取决于其是对称的还是像同轴导线一样不对称的或者取决于连接导线的波电阻。

在所示的实施方式中通过两个末端级的两个连接导线63对两个不同的地点进行馈送，例如以便产生交变场的可灵活调整的环形偏振。优选为此将连接导线沿着周边偏移90度。

在更高频率下，为了调节可设想与耦合电容并行可调的微调电容器，以便进行调节。然而，随着频率降低，所需的电容值增大并且更高的品质要求更高的电压耐受性。本实用新型的天线因此提供调节导线63，该调节导线在图2中例如连接到一个耦合电容62 的两极处。

在以下的图中展示了本实用新型天线的调节导线64的示例性实施方式。

图3示出调节导线64的一个可设想的实施方式。调节导线在此具有两个电导体，这些电导体基本上彼此平行地沿着其延伸安排。此类波导体例如是条状导体、同轴导线或接片状导体。在这个实施方式中，调节导线64具有如下长度：该长度基本上对应于在调节导线64上具有拉莫尔频率的电磁波的波长的四分之一。在此具有波长四分之一作为长度的波导体在如下意义上作为变换器起作用：在导线一端处的可调的调节电感65通过沿着波导体的相位偏移表现为在调节导线64另一端处的可调电容并且因此作为与耦合电容62并联的可调的微调电容器起作用。

调节导线64在此可以通过不同类型的波导体来提供。尤其使用同轴线缆，但是还可设想其他波导体，例如接片式导线或条状导体。

在图4中展示了调节导线64的实施方式，其中调节导线64自身作为复电阻起作用。在此，在与耦合电容62处的连接点相反的末端处，调节导线64可以被短接或还可以是断开的。由于长度小于波长的四分之一，通过将无穷大的欧姆电阻(开路)或零(短接) 变换成连接点处的复电阻，调节导线64作为电容以及作为电感起作用。如果在此长度是可变的，例如由于可调的短接盘，在此还可以通过长度变化来进行可变的调节。可设想的是例如具有管和同心安排的导体的刚性同轴导体，其中通过安排在导体与管之间并且电连接两者并且沿着导体偏移的导电盘改变在连接点处的复电阻并因此改变调节。

在图5中还展示了将调节导线64和连接导线63至少部分共同实施的可能性。在此，将连接导线63和调节导线64的在调节导线64的远离连接点的末端与连接导线的连接点(在此在耦合电容62处)之间的长度彼此相加。在此图5的实施方式还可以与图3和4 的实施方式组合，其方式为将调节导线的自由端可以设置有电感、被短接或保持断开。

在已经给出调节导线64和/或连接导线63的长度(尤其相对于具有拉莫尔频率的波的波长的四分之一)的所有实施方式中分别适用的是，这个长度还可以延长半波长或半波长的倍数，而不偏离本实用新型和在图3至5中所展示的实用新型，因为具有半波长的波导体在不改变相反端的情况下透明地传递阻抗。

虽然已经通过优选实施例详细展示并说明了本实用新型，但本实用新型不受所公开的示例的限制，并且在不背离本实用新型保护范围的情况下，本领域技术人员可以推导出其他的变体。

Claims (7)

1.一种磁共振断层成像仪的天线，其用于具有低磁场强度的磁共振断层成像仪，其特征在于，该天线具有天线元件、连接导线(63)和调节导线(64)，

其中该连接导线(63)和该调节导线(64)与该天线元件电连接，其中该调节导线(64)对该天线元件具有可调的电容式作用。

2.根据权利要求1所述的磁共振断层成像仪的天线，其中该调节导线(64)安排在该天线的灵敏度范围之外。

3.根据权利要求2所述的磁共振断层成像仪的天线，其中该调节导线(64)具有等于电磁波的波长四分之一的长度，该电磁波具有与该磁共振断层成像仪(1)在该调节导线(64)上的拉莫尔频率相同的频率。

4.根据权利要求3所述的磁共振断层成像仪的天线，其中该调节导线(64)具有两个导体，其中这两个导体在一个末端处与该天线电连接并且在相反的末端处与可调的电感电连接。

5.根据权利要求1所述的磁共振断层成像仪的天线，其中该调节导线(64)的长度是可调的。

6.根据权利要求5所述的磁共振断层成像仪的天线，其中该调节导线(64)具有两个导体，其中这两个导体在一个末端处与该天线电连接并且在相反的末端处被短接。

7.一种具有根据上述权利要求1～6中任一项所述的磁共振断层成像仪的天线的磁共振断层成像仪。