CN214473888U - 磁共振装置中对高频干扰信号的抑制 - Google Patents
磁共振装置中对高频干扰信号的抑制 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种磁共振装置(1)，其具有用于产生B0极化场的磁体单元(2)。磁体单元(2)包围至少一个电气部件(22‑26)并且被设计为，至少部分地包围检查对象(4)。此外，磁共振装置(1)还包括用于控制至少一个电气部件(22‑26)的控制设备(6)、将控制设备(6)与至少一个电气部件(22‑26)耦合的至少一个馈送线(9)和至少一个外罩波陷波器设备(41‑62)，其安装在磁体单元(2)外部的至少一个馈送线(9)上。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种磁共振装置，在该磁共振装置中减少和/或抑制高频干扰信号。
背景技术
在医学诊断中，磁共振装置例如用于执行磁共振断层成像。磁共振断层成像是一种成像方法，其可以用于显示体内的组织和器官的结构和功能。磁共振断层成像在物理上基于核自旋共振原理。利用产生强外部磁场的磁体单元，检查对象中的原子核的自旋与强外部磁场对齐，并且被交变磁场(高频脉冲)共振地激励以围绕该对齐进动。为了产生交变磁场，例如可以在磁体单元中设置全身发送/接收线圈，或者在检查对象上设置所谓的局部线圈。激励的原子核的自旋的进动或返回到具有较低能量的状态会产生交变磁场，交变磁场在接收器中感应出电信号。借助梯度磁场可以对信号施加位置编码，位置编码可以实现将所接收的信号与检查对象的体积元相关联。梯度场可以由磁体单元中的梯度场系统产生。然后可以对所接收的信号进行分析，以产生检查对象的三维显示。
为了激励原子核自旋，产生具有高功率的高频脉冲，这些高频脉冲仅部分地被检查对象吸收。因此，这些高频脉冲的一部分可以离开磁共振装置，并且在磁共振装置的周围环境中产生高频干扰信号。所接收的用于成像的信号非常小，因此容易受到来自外部的干扰信号的影响。
在如今常见的磁共振装置中，要安装的最大部件不是磁体单元，而是高频屏蔽舱，其包围磁体单元、患者卧榻和在空间内移动的人员。高频屏蔽舱以例如100dB的屏蔽衰减在所有方向上将空间屏蔽。窗户和门可以配备有特殊的高频密封系统和金属格栅，以便实现高屏蔽衰减。屏蔽舱的任务包括减少电磁波的辐射和侵入。磁共振系统向周围环境发射电磁波，电磁波可能在某些频率范围内超过通常的界限值(电磁兼容性EMC)。例如，必须减少或停止全身发送/接收线圈(身体线圈)向周围环境发送高频脉冲，以防止在发送运行中干扰周围环境。另一方面，磁共振系统会受到外部干扰的影响，因为例如噪声指数为0.5dB的低噪声的接收器非常敏感，因此来自人体的磁共振信号很容易与外部干扰叠加。由此可能会以伪影或增加的噪声的形式在图像中形成干扰。出于成本和空间利用的原因，期望减少对高频屏蔽舱的屏蔽衰减的要求。
在减小高频屏蔽舱的屏蔽衰减的情况下，可以通过采集无线电干扰信号并且通过后续的计算方法从所接收的有用信号中减去无线电干扰信号，来减少由于侵入引起的干扰。具有这种主动干扰抑制的方法和设备例如从WO 2019/068687、US 8,816,684 B2、US2008/0048658 A1、US 2008/0315879 A1和WO 2013/016639 A1中已知。例如，可以将用于接收来自患者的磁共振信号的第一接收天线设置在患者通道内，并且此外可以将用于接收具有磁共振信号的拉莫尔频率的信号的第二接收天线布置在外部并且在患者通道的开口附近。接收器与第一接收天线和第二接收天线连接并且被设计为，用于在由第一接收天线接收的磁共振信号中抑制利用第二接收天线接收的干扰信号。
实用新型内容
在减小高频屏蔽舱的屏蔽衰减的情况下，会由于侵入出现另外的干扰，其会损害图像产生。因此，本实用新型要解决的技术问题是，减少或防止这种干扰的影响。
根据本实用新型，上述技术问题通过根据本实用新型的磁共振装置来解决。本实用新型还说明了实施方式。
根据本实用新型，提供了一种具有磁体单元和控制设备的磁共振装置。磁体单元用于产生B0极化场。磁体单元包围至少一个电气部件并且被设计为，至少部分地包围检查对象。例如可以将磁体单元设计为管状，并且可以将检查对象，例如患者至少部分地布置在管状的磁体单元的开口内。控制设备用于控制至少一个电气部件。此外，磁共振装置还包括将控制设备与至少一个电气部件耦合的至少一个馈送线。此外，磁共振装置还包括至少一个外罩波陷波器设备(Mantelwellensperrvorrichtung)，该外罩波陷波器设备安装在磁体单元外部的至少一个馈送线上。
在磁共振装置中，在磁体单元与控制设备之间延伸有大量不同的电缆和导线。这些电缆和导线可以充当天线并从周围环境中接收信号。然后，这些信号可以在磁体单元中发射，并且这些信号会耦合到接收线圈，例如全身发送/接收线圈或者局部线圈，并且影响由这些接收线圈接收的测量信号。根据现有技术，这种传导的干扰不能或仅能够不充分地被主动干扰抑制的接收天线采集到，从而不能或仅能够不充分地进行补偿。通过在这些馈送线上应用外罩波陷波器设备，可以减少或抑制由馈送线接收的干扰。优选地，在磁体单元外部，在磁体单元与控制设备之间的所有馈送线上安装相应的外罩波陷波器设备。通过在磁体单元外部安装外罩波陷波器设备可以确保，外罩波陷波器设备本身不影响磁体单元内部的测量区域并且因此不干扰磁共振记录的采集。
布置在磁体单元内的至少一个部件例如可以包括例如全身发送/接收线圈，即所谓的身体线圈。全身发送/接收线圈原则上是高频天线，利用高频天线可以将高频脉冲耦合到磁体单元内的测量对象、例如患者中，并且利用高频天线可以接收来自测量对象的高频测量信号。控制设备对全身发送/接收线圈进行控制以产生高频脉冲，并且对来自全身发送/接收线圈的测量信号进行处理以产生磁共振记录。
替换地或附加地，布置在磁体单元内的至少一个部件还可以包括磁共振装置的梯度场系统的梯度线圈。梯度场系统可以包括多个梯度线圈，例如针对每个空间方向的一个或多个梯度线圈，以便可以对所接收的测量信号进行位置编码。梯度场系统通常也由控制设备进行控制以产生位置编码。
替换地或附加地，至少一个部件此外还可以包括：用于照亮磁体单元中的患者通道的照明设备；例如用于观察患者通道中的患者的照相机；和/或在患者通道处或在其中的显示设备。由于至这些部件的馈送线原则上可以如天线一样起作用，并且因此可以接收磁体单元外部的干扰并且可以将其耦合到磁体单元中，因此将相应的外罩波陷波器设备安装在至这些部件的馈送线上能够有助于相应的干扰不会影响磁体单元内的测量信号的采集。
作为外罩波陷波器设备例如可以使用铁氧体环、LC元件和/或拒收滤波器电路(Sperrtopfschaltung)。
铁氧体环代表了一种在技术上相对简单的解决方案。馈送线例如可以引导穿过铁氧体环，或者以多匝穿过铁氧体环。由于磁体单元附近的高的磁场强度，铁氧体环可能处于磁饱和。因此，仅能以距磁体单元较大的距离布置铁氧体环，例如以至少1m的间距或者例如以至少2m的间距布置铁氧体环。例如，还可以以磁场强度低于例如0.01mT或0.1mT的预先给定的阈值的间距来布置铁氧体环。
LC元件或者拒收滤波器电路还可以靠近磁体单元地使用，因为这些外罩波陷波器设备的作用能力不受磁场的影响。LC元件和拒收滤波器电路例如可以以距磁体单元小于2m的间距、特别是以距磁体单元小于1m的间距安装在相应的馈送线上。特别地，拒收滤波器电路可以与同轴导线连接地使用，因为拒收滤波器电路基本上防止了同轴导线的外导体上的电流，而不会明显影响内导体上的信号。拒收滤波器电路也以术语λ/4同轴空腔谐振器或四分之一波长对称变换器(Bazooka)已知。拒收滤波器电路由内圆柱体和外圆柱体组成，其罩在导线、例如同轴导线上。内圆柱体和外圆柱体形成电容或通过电容彼此耦合。内圆柱体和外圆柱体共同形成导线(特别是同轴导线的外导体)的电感。
在一种实施方式中，外罩波陷波器设备包括在磁共振装置的共振频率处具有最大阻抗的共振带阻滤波器(Resonanzsperrkreis)。例如可以通过适当地选择线圈和电容器将外罩波陷波器设备设计为LC元件。在使用拒收滤波器电路作为外罩波陷波器设备的情况下，可以通过适当地设计内圆柱体和外圆柱体的尺寸以及在必要时设计将内圆柱体与外圆柱体耦合的电容的尺寸，来形成在磁共振装置的共振频率处具有最大阻抗的共振带阻滤波器。
磁共振装置的共振频率可以是在6MHz至300MHz的范围内的频率。共振频率可以取决于B0极化场的磁场强度。对于具有强度为0.2T的B0极化场的磁共振装置，磁共振装置的共振频率例如可以为8.2MHz。此外，磁共振装置的共振频率也可以为例如21MHz(在例如0.5T的情况下)、63.6MHz(在例如1.5T的情况下)、123.2MHz或127.8MHz(在例如3T的情况下)或295MHz(在例如7T的情况下)。
共振带阻滤波器的带宽例如可以在共振频率的百分之几的范围内，例如共振带阻滤波器的带宽可以是共振频率的0.1％至6％。此外，共振带阻滤波器的带宽也可以在共振频率的1％至3％的范围内。共振带阻滤波器的带宽例如可以为500kHz。
通过之前描述的外罩波陷波器设备和之前描述的外罩波陷波器设备的特性可以将耦合到馈送线的干扰衰减了20至80dB。由此可以减少侵入并且由此可以避免图像采集时的干扰。此外，还可以以相同的程度对在磁体单元中耦合到馈送线的、从馈送线发出的辐射进行衰减，从而可以更容易地设计磁体单元外部的相应的屏蔽。
附图说明
下面参照附图根据优选的实施方式来解释本实用新型。
图1示意性示出了根据本实用新型的实施方式的磁共振装置。
图2示意性示出了根据图1的磁共振装置的剖面图。
图3示意性示出了可以用作根据本实用新型的外罩波陷波器设备的LC元件。
图4示意性示出了可以用作根据本实用新型的外罩波陷波器设备的铁氧体环。
具体实施方式
下面详细描述了本实用新型的示例性的实施方式。清楚的是，在此描述的不同的示例性的实施方式的特征可以彼此组合。不同附图中的相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1示出了磁共振装置1。磁共振装置1包括磁体单元2、所谓的断层成像设备，以及用于患者4的检查台3，该检查台位于磁体单元2的开口5中。此外，磁共振装置还包括控制设备6、分析设备7和用于检查台3的驱动单元。控制设备6通过一个或多个馈送线9与磁体单元2中的部件电连接。控制设备6对磁体单元2中的部件进行控制，并且接收来自磁体单元2的部件的信号，该信号在磁体单元2中被记录。此外，控制设备6对驱动单元8进行控制，以便使检查台3与患者4一起沿着方向X移动通过磁体单元2的开口5。分析设备7对由磁体单元2记录的信号进行分析，以产生磁共振图像或磁共振记录。分析设备7例如是具有屏幕、键盘和例如电子鼠标的指针输入设备的计算机系统，以便为磁共振装置1的用户提供用户界面。
图2示出了图1的磁共振装置1在X-Y平面中的截面图。磁体单元2包括用于产生极化场B0的基本场磁体21，该极化场B0也被称为基本磁场。极化场B0可以具有在几百mT到几T的范围内的相当大的磁场强度。典型的磁共振装置具有磁场强度例如为1.5T、3T甚至7T的极化场B0。基本场磁体21具有环形结构。该环形结构围绕磁共振装置1的部件，诸如梯度场系统22、全身发送/接收线圈23、灯带24、照相机25和显示设备26。另外的显示设备27例如可以安装在基本场磁体21的环形结构的端面上。灯带24将由基本场磁体21的环形结构形成的通道照亮，检查台和布置在其上的患者位于该通道中。利用照相机25可以对布置在检查台3上的患者进行监视，并且通过显示设备26可以在检查期间向患者显示信息。借助显示设备27可以为磁体单元2周围的人员显示另外的信息。
梯度场系统22可以包括多个梯度线圈，例如三个梯度线圈，以用于在三个空间方向X、Y和Z上产生梯度磁场。借助也被称为高频天线的全身发送/接收线圈23可以产生具有几kW范围内的大能量的高频脉冲，该高频脉冲能够使患者体内原子的核自旋处于激励状态。此外，还可以利用全身发送/接收线圈23来接收测量信号，该测量信号通过核自旋从所述激励状态到具有较低能量的状态的进动或返回产生。控制设备6和分析设备7可以利用这些测量信号来产生磁共振记录。
部件22至27通过相应的电馈送线9与控制设备6耦合。所示的每个电馈送线9可以包括一个或多个单独的绝缘导线、多个绞合导线和/或一个或多个屏蔽的导线，例如同轴导线。
磁共振装置1的周围环境中的干扰源30可以发射干扰场31，该干扰场将干扰耦合到馈送线9。干扰场31例如可以包括1至1000MHz范围内的电磁波。耦合到馈送线9的干扰会在馈送线9上传播，并且不仅会影响通过馈送线9传输的控制信号，而且还会歪曲通过馈送线9传输的测量信号。此外，馈送线9本身能够产生电磁干扰场，该电磁干扰场被发射到磁共振装置1的周围环境中，并且可以将干扰耦合到磁共振装置1的其他馈送线9。
为了减小或抑制这些传导的干扰场，在馈送线9上设置了外罩波陷波器设备41至62。在每个馈送线9上可以设置一个或多个外罩波陷波器设备。例如，图2示出了两个外罩波陷波器设备41和51，它们设置在至显示设备27的馈送线9上。在至梯度场系统22的馈送线9上分别设置三个外罩波陷波器设备，在第一馈送线上设置了外罩波陷波器设备42、59和52，第二馈送线上设置了外罩波陷波器设备43、60和53，并且在第三馈送线上设置了外罩波陷波器设备44、61和54。在至全身发送/接收线圈23的馈送线上也设置了三个外罩波陷波器设备45、62和55。在馈送线上还可以设置比所示的三个外罩波陷波器设备更多的外罩波陷波器设备。
在一些馈送线上还可以安装比所示的两个外罩波陷波器设备更少的外罩波陷波器设备。例如，可以在馈送线上仅安装一个外罩波陷波器设备，例如，在至显示设备26的馈送线上要么仅安装外罩波陷波器设备48要么仅安装外罩波陷波器设备58。
外罩波陷波器设备41至62被设计为，其形成在磁共振装置1的共振频率处具有最大阻抗的共振带阻滤波器。在具有例如1.5T的基本磁场强度的磁共振装置中，外罩波陷波器设备41至62可以分别具有共振带阻滤波器，其在63.3MHz处具有最大阻抗并且具有例如500kHz的带宽。在具有例如3T的基本磁场强度的磁共振装置中，外罩波陷波器设备41至62可以分别具有共振带阻滤波器，其在123.2MHz处具有最大阻抗并且具有1MHz的带宽。
具有之前所提到特性的外罩波陷波器设备41至62可以将馈送线9上的传导的干扰场衰减了例如20dB至80dB。由此，特别是例如通过控制全身发送/接收线圈23可以有效地减少电磁辐射，从而例如可以设计为高频舱或法拉第笼的磁共振装置1的屏蔽必须满足不太高的屏蔽要求，或者甚至可以完全或者部分省去磁共振装置1的屏蔽。同样地，还可以有效地减少由干扰场31对例如来自全身发送/接收线圈23的测量信号的电磁侵入，例如减少了高达80dB。
如图2中所示，可以使用不同类型的外罩波陷波器设备。在距磁体单元2最多1或2m的间距70处，例如可以将LC元件或拒收滤波器电路用作外罩波陷波器设备51至62，因为它们在其工作方式方面不受或仅很小地受磁体单元2的漏磁场的损害。为了不损害或影响部件(尤其是梯度场系统22和全身发送/接收线圈23)的工作方式以及基本磁场B0和梯度磁场，例如以至少10cm的间距将外罩波陷波器设备51至62布置在磁体单元2的外部。在大于1或2m的间距70中，除了LC元件或拒收滤波器电路之外，还可以使用铁氧体环作为外罩波陷波器设备41至48。应当避免在间距70内布置铁氧体环作为外罩波陷波器设备41至48，因为铁氧体环的工作方式会受到磁体单元2的漏磁场的损害，例如当铁氧体环通过漏磁场进入磁饱和时。间距70取决于磁共振装置1的基本磁场B0的强度。例如可以将间距70选择为，使得在间距70中磁体单元2的漏磁场低于预先给定的阈值，其中该阈值可以具有在0.01至0.1mT的范围内的值。对于仅具有例如0.2T基本磁场强度的磁共振装置1，间距70也可以小于1m。对于具有7T或更大的基本磁场强度的磁共振装置1，间距70也可以大于2m。
图3示出了外罩波陷波器设备51的实施方式。图3中所示的实施方式可以用于图2中所示的外罩波陷波器设备41至62中的任意一个、但是尤其可以用于外罩波陷波器设备51至62中的一个。外罩波陷波器设备51包括LC元件，该LC元件包括由电感81和电容82组成的并联电路。将LC元件插入导线9中。替换地，电感81可以通过馈送线9的螺旋形缠绕形成。选择电感81和电容82的大小，使得在期望带宽上在磁共振装置1的共振频率处实现期望的最大阻抗。电感81和电容82的相应的设计尺寸对于本领域技术人员来说是已知的。
此外，可以将拒收滤波器电路用作外罩波陷波器设备41至62中的一个，拒收滤波器电路也被称为四分之一波长对称变换器-外罩波陷波器设备。拒收滤波器电路的工作方式基本上对应于图3中所示的LC元件。代替缠绕的电感和电容，拒收滤波器配备有例如位于拒收滤波器或者可能的多层拒收滤波器的外表面与内表面之间的电感和/或电容。
图4示出了外罩波陷波器设备41的实施方式。图4中所示的实施方式可以用于图2中所示的外罩波陷波器设备41至48中的任意一个。外罩波陷波器设备41包括铁氧体环，馈送线9引导通过该铁氧体环。还可以通过围绕铁氧体环多次缠绕馈送线9，将馈送线9多次引导通过铁氧体环。对于馈送线9是同轴导线的情况，同样可以将其引导通过铁氧体环，以减少或抑制同轴导线的外导体上的外罩波。
总之，通过所有馈送线上的外罩波陷波器可以在磁体单元中抑制耦合的干扰。这特别是涉及至全身发送/接收线圈23、至梯度场系统22、至磁体单元2内的照明24、至磁体单元2上或中的显示设备或显示器26、27、至磁体单元2中的照相机25以及至检查台3上的布线、例如至呼叫球或耳机的馈送线。在磁体单元2的附近(在间距70之内)，例如可以通过拒收滤波器或缠绕的外罩波陷波器(LC元件)来形成外罩波陷波器。对于更远的距离(在间距70之外)还可以使用基于铁氧体的技术(铁氧体环)。通过使用外罩波陷波器可以减少对包围磁共振装置1的高频舱的要求，或者可以完全省去高频舱。
Claims (11)
1.一种磁共振装置(1)，包括：
-磁体单元(2)，用于产生B0极化场，其中所述磁体单元(2)包围至少一个电气部件(22-26)并且被设计为，至少部分地包围检查对象(4)，
-控制设备(6)，用于控制所述至少一个电气部件(22-26)，
-至少一个馈送线(9)，其将所述控制设备(6)与所述至少一个电气部件(22-26)耦合，和
-至少一个外罩波陷波器设备(41-62)，其安装在所述磁体单元(2)外部的至少一个馈送线(9)上。
2.根据权利要求1所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述至少一个电气部件(22-26)包括一组部件中的至少一个部件，其中所述一组部件包括：
-全身发送/接收线圈(23)，
-梯度线圈(22)，
-照明设备(24)，用于照亮患者通道(5)，所述磁体单元(2)至少部分地包围所述患者通道(5)，
-照相机(25)，和
-显示设备(26)。
3.根据权利要求1所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述至少一个外罩波陷波器设备(41-62)包括一组设备中的至少一个设备，其中所述一组设备包括：
-铁氧体环，
-LC元件，和
-拒收滤波器电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁共振装置(1)，其特征在于，如果所述至少一个外罩波陷波器设备位于距所述磁体单元(2)至少1m的间距(70)内，则所述至少一个外罩波陷波器设备包括铁氧体环。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的磁共振装置(1)，其特征在于，如果所述至少一个外罩波陷波器设备位于距所述磁体单元(2)小于2m的间距(70)内，则所述至少一个外罩波陷波器设备包括LC元件或者拒收滤波器电路。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述至少一个外罩波陷波器设备(41-62)包括在所述磁共振装置(1)的共振频率处具有最大阻抗的共振带阻滤波器。
7.根据权利要求6所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述磁共振装置(1)的共振频率具有在6MHz至300MHz的范围内的频率。
8.根据权利要求6所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述磁共振装置(1)的共振频率为8.2MHz、21MHz、63.6MHz、123.2MHz、127.8MHz或295MHz。
9.根据权利要求6所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述共振带阻滤波器的带宽具有在所述共振频率的0.1％至6％的范围内的值。
10.根据权利要求6所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述共振带阻滤波器的带宽具有在所述共振频率的1％至3％的范围内的值。
11.根据权利要求6所述的磁共振装置(1)，其特征在于，所述共振带阻滤波器的带宽为500kHz。
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