CN103513200B - 磁共振设备的未连接的发射/接收线圈的自动失谐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于未连接（I，St2）到MRT（I，105，117，110，101）的MRT‑局部线圈（106）的自动失谐的方法和装置，其特征在于，所述装置具有自动闭合的开关（S1，S2），所述开关根据是否存在磁共振高频场（B1（x，y，z，t））而闭合或者断开。

Description

磁共振设备的未连接的发射/接收线圈的自动失谐
技术领域
本发明涉及一种用于未连接到磁共振设备的磁共振设备局部线圈的自动失谐的方法和装置。
背景技术
在例如文献DE10314215B4、US2011/0291655A1或DE10051155 C2中公知一种通过磁共振断层造影术对对象或者患者进行检查的磁共振设备（也被称为MRT或者MRI）。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，对未连接到MRT的MRT局部线圈的自动失谐进行优化。
附图说明
本发明的可能构造的其它特征和优点借助于附图由下面实施例的描述给出。在此：
图1示出了接收线圈的被动失谐，
图2示出了源自文献US2011/0291655A1的插图，
图3示出了源自文献DE10051155 C2的插图，
图4示出了根据本发明的简化的装置和局部线圈的未连接的连接导线，
图5示出了根据本发明的简化的装置，
图6示出了在磁共振高频场中的自供电（selbstbestromte）的PIN二极管的根据本发明的简化的构造，
图7示出了图式性的MRT系统。
具体实施方式
图7示出了（尤其作为技术背景的）一个（在被屏蔽的空间内或处于法拉第笼F内）带有全身线圈102的成像磁共振设备MRT101，带有在此为管状的空间103，带有例如检查对象（例如患者）105的身体（带有或不带局部线圈装置106）的患者卧榻104可以沿着箭头z的方向推入所述空间，以便通过成像方法生成对患者105的拍摄。此处在患者身上布置有（也被称为MRT-局部线圈的）局部线圈装置106，借此可以在MRT的局部区域（也被称为视野区域FOV）生成在FOV中的身体105的部分区域的拍摄。源自局部线圈装置106的接收信号R和/或发射到局部线圈装置106的发射信号T可以由MRT101的分析设备（168，115，117，119，120，121等）来分析（例如转化为图像、储存或展示），所述分析设备可以通过例如插头St1连接局部线圈，通过同轴电缆K连接（同轴）电缆K的自由端的插头St2，通过接口I连接例如患者卧榻105或通过无线电（167）等连接局部线圈装置106。
为通过由磁共振设备MRT101借助磁共振成像来检查身体105（检查对象或患者），将不同的、在时间和空间特性上最精确相互调谐的磁场入射到身体105上。在带有在此为隧道状的开口103的检测舱内的的强磁体（经常为低温磁体107），产生静态的强主磁场B0，其例如为0.2到3特斯拉或者更大。待检查的身体105被安置在患者卧榻104上被推入主磁场B0的在观察区域FoV(“视野区域”)内大致均衡的区域。通过磁性高频激励脉冲B1（x，y，z，t）激励身体105的原子核的核自旋，所述高频激励脉冲通过在此作为（例如多部件=108a，108b，108c）身体线圈108非常简化示出的高频天线（和/或可能情况下的局部线圈装置）入射。高频激励脉冲例如由脉冲产生单元109产生，所述脉冲产生单元由脉冲序列控制单元110控制。在通过高频放大器111放大之后，所述高频激励脉冲会被传导到高频天线108。此处示出的高频系统仅仅是示意性的表示。在磁共振设备101中常常会使用超过一个脉冲产生单元109、超过一个高频放大器111和更多的高频天线108a，b，c。
磁共振设备101还具有梯度线圈112x，112y，112z，借助所述梯度线圈在测量中入射磁性梯度场BG（x，y，z，t）以实现选择性层激励和测量信号的位置编码。所述梯度线圈112x，112y，112z由梯度线圈控制单元114（并且在可能情况下通过放大器Vx，Vy，Vz）控制，所述梯度线圈控制单元如脉冲产生单元109一样和脉冲序列控制单元110相连。
由被激励的（检查对象的原子核中的）核自旋发出的信号被身体线圈108和/或至少一个局部线圈装置106接收，通过对应的高频前置放大器116放大，并且由接收单元117进一步处理和数字化。被记录的测量数据被数字化并且作为复数值存放在一个k空间矩阵里。借助多维的傅立叶变换可以从充满数值的k空间矩阵重新构建相关的MR图像。
对于既能在发射模式又能在接收模式下运行的线圈，例如身体线圈108或局部线圈106，正确的信号传递通过前置连接的收发转换器118来控制。
图像处理单元119从测量数据中产生图像，所述图像通过操作控制面板120被显示给用户和/或在存储单元121中被储存。中央计算单元122控制所有设备部件。
当今在MR-X射线断层造影成像术中，有高信噪比（SNR）的图像一般来说由所谓的局部线圈装置（线圈，局部线圈）来接收。这些就是天线系统，所述天线系统被安置在身体105上方（前面）或下面（后面）或上或内的紧邻处。在MR测量中，受激的核在局部线圈的各个天线中感应出电压，所述电压然后借助低噪声的前置放大器（例如LNA、Preamp）进行放大并且最后传递给接收电路。为了在高分辨率的图像中改进信噪比，也可以使用所谓的高场设备（1.5T-12T或者更高）。如果可以在MR接收系统上连接比可用的接收器更多的单天线，那么在接收天线和接收器之间安装例如开关阵列（也被称为RCCS，receive channel coilselector，接收通道线圈选择器）。该开关阵列将当前有效的接收通道（大多是直接位于磁体的视野中的接收通道）引导到可用的接收器上。由此可以连接比可用的接收器更多的线圈元件，原因是，在全身覆盖中仅仅必须对位于FOV（Field of View，视野区域）或磁体的均匀空间内的线圈进行读取。
例如通常将天线系统表示为局部线圈装置106，所述天线系统可以由一个天线元件或者多个天线元件（特别是线圈元件）作为阵列线圈构成。这些单独的天线元件例如实施为环状天线（Loops）、蝶状线圈、柔性线圈或鞍状线圈。局部线圈装置包含例如线圈元件、前置放大器、其他的电子器件（外罩滤波器等）、壳体、支架和至少一个具有插头的电缆，通过所述电缆将局部线圈装置连接到MRT设备上。设备侧所安置的接收器168对由局部线圈106例如通过无线电等所接收的信号进行滤波和数字化，并且将数据传输给数字的信号处理装置，所述信号处理装置通常从通过测量所获取的数据中得到图像或者频谱并且提供给用户例如用于由其进行的后续诊断和/或用于存储。
图4-6示意性示出了用于未连接到MRT101的MRT-局部线圈106（尤其在MRT101的发射区域和/或在患者卧榻104之上）的失谐的本发明的构造。
在核自旋X射线断层造影术中（尤其作为局部线圈）除了多通道的接收阵列天线之外，也会使用更多的多通道发射阵列天线。在此力求实现不同的目标：
1.对于所谓“B1匀场化”，通过有针对性的单个元件的振幅和相位控制使B1发射场在感兴趣区域（ROI）均匀化，以产生尽可能均匀的图像对比度。
2.对于其它所谓pTX技术，可以将k空间（类似在平行的RX技术中）也在TX情况（在发射时）下被欠采样（unterabgetastet），以缩短测量时间和/或脉冲持续时间。当发射天线具有尽可能不同（理想化：正交）的样式时，在此是有利的。
局部线圈相较于固定在MRT口径处安装的线圈有附加的问题，其可产生新的自由度：
1.在局部线圈中，单个天线的去耦的问题是复杂的，因为元件的位置相互不是界定的（例如天线可以由多个相互可移动的部件组成和/或天线可以是可机械弯曲的）。
2.相较于固定在MRT口径处安装的天线的优点是更低的功耗需求，因为（局部线圈的）天线大多更接近成像空间FoV处。
在此描述的实施例的目的是提高1ch（单通道）和多通道局部TX线圈（用于发射（=TX）而构造的局部线圈）的安全性。当接口处（例如患者的卧榻）的局部线圈的连接电缆作为错误情况/操作错误而被忘记插入的时候，按照IEC60601第三版的要求，未插入的（局部）线圈也应该被考虑到。
未连接的局部线圈在借助MRT的身体天线发射期间应该是非共振的，因为在这种情况下在其周围会有巨大的场过度增强，并且由此产生的对患者的危害应该被可靠的排除。对于组合的发射和接收线圈，通行的用于纯接收线圈（例如被动失谐见2.）的措施看起来不成功；其在正常运作时也非必须，因为天线自身产生了发射场并且所述身体天线被解除激活，但是发射/接收天线未插入口径处，从而产生借助身体天线发射的可能性，并且因此带来对患者的危害。
按照一个至少内部公知的解决方案，对于纯接收局部线圈在大信号情况（例如当MRT发射激励信号时）存在局部线圈的所谓“被动失谐”。这些是基于如下的状况，即并联振荡电路通过大信号形式导通的反并联二极管而与谐振频率协调一致。其结果产生的高阻抗抑制了局部线圈中的电流通过，从而不会产生对患者有危害的场。
图1示出了接收线圈的被动失谐。图2示出的源自专利文件US 2011/0291655 A1的插图中，为了解决所述问题建议附加地在信号路径引入安全开关。除附加的必需的功率电子配件（例如Pin二极管）之外，还有附加的开关元件在实践中也会使接收运转中的信噪比变差。
图3示出的源自DE 1005155 C2的插图建议一个线圈，其一般通过外部输送的信号与MR频率协调一致。尽管所述想法针对于接收线圈，其也可以应用于发射/接收线圈。
按照本发明的构造，在至少内部公知的、组合的发射/接收线圈中通常配置的发射/接收转换器通过在加载有（源自磁共振高频场（B1（x，y，z，t））的）HF功率时自动闭合（自动和/或没有控制器控制而闭合）的开关S1，S2而被转变为发射状态。通过合适地选择连接电缆长度将空载的未插上的电缆端（在此例如局部线圈106的连接电缆K的电缆末端KE，其未借由插头St2插入例如患者卧榻105或MRT的别处的接口I）电气地转换为电感，所述电感然后和线圈上的耦合电容一起组成振荡的并联电路并且阻碍或减小电流通过。
在图4中TX插头St2（=此处为局部线圈106的连接电缆K的自由端KE的插头St2）未和MRT相连接（未插入例如患者卧榻或MRT的别处的接口I）。
箭头示意由局部线圈106产生的MR接收信号R。
在此，开关（例如以自供电PIN二极管的形式存在的开关）S1和/或S2在（天线）环中加载（通过例如MRT的场生成的）大HF功率时是自动闭合的。
在实现自动闭合开关S1，S2时，应该使其此外在正常运作时也可以从外部被控制。
对于这样的电路的建议在下面的根据本发明的实施例中描述。
例如由MR设备101在TX状况下（在发射状况下，当局部线圈106收到MRT的发射信号T并且应该发射时），此处的PIN二极管作为开关S1，S2由例如100mA供电，并且在接收状况下被预先施加例如-30V的偏压。
在TX/RX线圈（发射和/或接收线圈）未插入时防止过度增强的场的患者保护装置在此不是通过附加的有可能损害接收属性的开关，而是通过至少内部公知的已经存在的SE转换器的修改以及连接电缆K的合适的实施（例如电气长度）来优化。
图5示出了作为实施例的一个根据本发明的带有两个HF开关S1，S2（在此典型的例如PIN二极管）的发射/接收转换器SEW的解决方案，所述转换器（SEW）也适合当相应耐压强度提升时在TX/RX运作下调整现存的RX线圈。
在RX状况下（接收状况，在此当局部线圈106接收和/或其接收信号R被传输到MRT168，117，110，101时），所有两个开关S1，S2都为之断开（在此作为有负偏压的PIN二极管）。前置放大器PA如同在纯RX线圈（仅仅接收的局部线圈）一样，通过由L′和C′组成的串联振荡电路直接与天线Ant相连。尤其在此没有引入环状天线（=天线Ant）和前置放大器之间的附加的相位偏转，从而可以维持所谓的前置放大器去耦（MR信号R的无电流读取）。
在TX状况或发射状况下（当发射信号T从MRT（101，110，117）被传输到局部线圈106和/或当局部线圈106发射时），所有两个开关S1，S2都闭合。通过开关S2隔绝前置放大器PA与环状天线（天线Ant）并且将线圈L′与环状天线输入端LE并联。为了补偿该感性负载，在此在开关S1之后设置了与放大器输出端并联的附加电容C′。在发射状况下，L′和C′组成并联振荡电路，其因为自身的高电阻性保持“不可见”（或对发射没有干扰性影响）。
图6示出了一个根据本发明的构造，其带有由（MRT）HF场自供电（例如由HF场提供电流）的PIN二极管电路作为开关代替图5所示的开关S2。通过将在图5中用“L′”标记的电感划分成图6中的L2和L4，可以在之间截取、整流和为了PIN二极管（PIN）的供电而引入HF电压。所述电路此外也允许开关S1和/或S2的主动控制。在所述电路中给出了关于电子配件的可预见的实例。所述电路的第一实验室架构被成功测试。

Claims (18)

1.一种用于未连接到磁共振设备的磁共振局部线圈(106)的自动失谐的装置，其特征在于，用于为发射高频发射信号(T)和接收高频接收信号(R)而构造的磁共振局部线圈(106)的发送/接收转换器(SEW)具有自动闭合的开关(S1，S2)，所述开关根据是否存在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))而闭合或者断开。
2.根据权利要求1所述的装置，具有自动闭合的开关(S1，S2)，其特征在于，所述开关被如此构造，使其在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))存在的状态下自动闭合，而在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))不存在的状态下自动断开。
3.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，由局部线圈(106)的连接电缆(K)的长度造成的电感和在线圈上的耦合电容共同构成并联振荡电路。
4.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，开关(S1，S2)分别为PIN二极管。
5.根据上述权利要求4所述的装置，其特征在于，所述PIN二极管是通过磁共振高频场(B1(x，y，z，t))自供电的PIN二极管。
6.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，开关(S1，S2)是在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))的场强超过阙值时自动闭合、在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))的场强低于阙值时自动断开的开关。
7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在局部线圈(106)上加载磁共振设备的待发射的发射信号(T)的状态下，以PIN二极管形式的开关(S1，S2)通过100mA的电流供电，和/或在局部线圈(106)将接收信号(R)传输到磁共振设备的状态下，以PIN二极管形式的开关(S1，S2)被预先施加-30V的偏压。
8.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，开关(S1，S2)是局部线圈的一个或唯一一个发送接收转换器(SEW)的一部分，和/或发送接收转换器(SEW)的开关(S1，S2)是被构造为唯一用于未连接到磁共振设备的磁共振局部线圈(106)的自动失谐的开关。
9.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在局部线圈(106)将接收信号(R)传输到磁共振设备的状态下，一个或两个开关(S1，S2)被断开。
10.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在局部线圈(106)将接收到的接收信号(R)传输到磁共振设备的状态下，前置放大器(PA)通过串联振荡电路直接与天线(Ant)相连。
11.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在局部线圈(106)将接收到的接收信号(R)传输到磁共振设备的状态下，在天线(Ant)和前置放大器(PA)之间不设置附加的相位偏移，和/或设置前置放大器去耦和/或接收信号(R)的无电流读取。
12.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在局部线圈(106)接收来自磁共振设备的待发射的发射信号(T)的状态下，两个开关(S1，S2)都闭合，和/或前置放大器(PA)与天线(Ant)隔离和/或线圈(L')并联到天线输入端(LE)。
13.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在开关和前置放大器(PA)的放大器输出端之间设置附加的电容(C')。
14.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在局部线圈(106)接收来自磁共振设备的待发射的发射信号(T)的状态下，线圈(L')和电容(C')构成并联振荡电路，所述振荡电路是高电阻的和/或对发射信号(T)的发射无影响。
15.根据上述权利要求1所述的装置，其特征在于，在两个彼此串联的线圈(L2和L4)之间施加通过磁共振高频场(B1(x，y，z，t))生成的高频电压，所述高频电压为了对至少一个PIN二极管供电被整流。
16.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，还设置了通过磁共振设备的控制对开关(S1，S2)的主动控制，和/或对局部线圈(106)的控制。
17.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的装置的磁共振局部线圈(106)。
18.一种借助根据上述权利要求中任一项所述的装置用于将未连接到磁共振设备的磁共振局部线圈(106)自动失谐的方法，其特征在于，开关(S1，S2)在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))存在时闭合，而在磁共振高频场(B1(x，y，z，t))不存在时断开。
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