局部線圈系統、發送裝置、磁共振系統以及相應的方法

專利名稱：局部線圈系統、發送裝置、磁共振系統以及相應的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于用來采集MR信號的磁共振系統的局部線圈系統，包括至少一個能量接收天線，該能量接收天線用于從時變的磁場感應地接收用于局部線圈系統的能量。此外，本發明還涉及一種用于磁共振系統的構造為向局部線圈系統發送能量的相應的發送裝置，一種具有這樣的局部線圈系統和/或這樣的發送裝置的磁共振系統，以及一種用于向局部線圈系統傳輸能量的方法。
背景技術：
磁共振系統包括斷層造影儀，在所述斷層造影儀中將臥榻上的患者定位在圓柱形測量空間中。在測量空間中施加強磁場，該強磁場由于對多個梯度線圈的操控而具有梯度。通過磁場原子的核自旋被對齊。發送天線裝置、通常是全身發送天線裝置(例如鳥籠天線)位于斷層造影儀內部，用于輸出磁共振高頻脈沖，以便激勵原子。為了接收磁共振信號(MR信號)，在磁共振檢查中通常采用局部線圈，用于接收在核自旋弛豫時的脈沖。不同的物質具有不同的弛豫特性，從而根據弛豫特性可以推出患者身體內部的結論。局部線圈通常被組合為組件(以下稱為“局部線圈系統”)，并且分別具有通常以導體回路的形式的接收天線元件。所接收的MR信號通常還在局部線圈中被前置放大并從磁共振設備的中央區域經過電纜導出，并且被傳輸到MR信號處理裝置的被屏蔽的接收器。在該MR信號處理裝置中，然后將所接收的數據數字化和進一步處理。在許多檢查中，已經在患者身上布置了多個這樣的局部線圈，以便覆蓋患者的身體的全部區域。磁共振系統的工作原理是專業人員所公知的并且例如在Imaging Systemsfor Medical Diagnostics, Arnulf Oppelt, Publicis Corporate Publishing, ISBN3-89578-226-2 中描述。局部線圈通常被布置在鋪設在患者身體上方或下面的所謂的局部線圈墊中。除此之外，還有特殊形狀的其他局部線圈系統，諸如頭部線圈等。目前將信號從局部線圈系統借助電纜傳輸到磁共振系統的分析裝置。電纜是不期望的，因為其不能簡單地從患者臥榻引導到分析裝置，對于人來說感覺是一種干擾，并且患者臥榻與患者和局部線圈墊一起運動，由此電纜必須松弛地引導。因此，人們致力于，無線地實施從局部線圈系統到MR信號處理裝置的數據傳輸，其中可能有利的是，MR信號為此已經在局部線圈系統本身數字化并且以數字的形式傳輸。為了在局部線圈系統中預處理MR信號，例如為了前置放大和必要時數字化和編碼，需要能量。因為無線傳輸局部線圈系統的數據的意義是，可以完全棄用局部線圈系統的電纜連接，所以局部線圈系統或者必須具有充足的能量存儲器或者所需的能量還必須被無線地傳輸到局部線圈系統。—種可能性是，使用用于能量傳輸的微波。但是微波輻射是不期望的，因為其提高了患者的生理的HF負擔。此外，可以從磁共振發送場中轉移出能量，方法是在接收線圈的失諧電路上連接高頻整流器和緩沖存儲器，例如電容器或蓄電池。這具有如下缺陷在接收線圈中的功率吸收情況下，有電流在磁共振頻率下流動，由此使得激勵自旋的場發生畸變。

發明內容
本發明要解決的技術問題是，實現一種局部線圈系統的改進的無線能量供應。按照本發明的局部線圈系統具有能量接收天線，用于從時變磁場(例如電磁場)感應地接收用于局部線圈系統的能量，其中，該能量接收天線可調諧到或被調諧到能量傳輸頻率，后者低于待采集的MR信號的拉莫爾頻率并且高于大約20kHz。拉莫爾頻率是磁共振系統的磁共振工作頻率，即，用來激勵核自旋或然后待接收的MR信號所具有的頻率。拉莫爾頻率fL可以按照公知方式基于回磁比Y (即物質常數)并且在核的位置上呈現的磁通密度B按照4= Y B來計算。在I. 5T的磁通密度下得到用于IH類型的原子核的大約63. 87MHz的拉莫爾頻率，該類型原子核相應于氫。對于3T的磁通密度得到大約127. 74MHz的拉莫爾頻率。因為實際上施加的磁場由于所施加磁場梯度而 局部地與磁共振系統的基本磁場的值BO偏離，所以相應地在基本磁場情況下給出的拉莫爾頻率例如+/-IMHz的特定的頻率范圍中進行發送和接收。但是原則上磁共振系統還可以根據多個磁共振工作頻率工作，以便能夠激勵不同的代謝物。在這種情況下在本發明范圍內設立的用于能量傳輸頻率的條件適用于所有考慮的拉莫爾頻率。按照本發明的用于磁共振系統的被構造為向局部線圈系統發送能量的發送裝置包括能量發送天線，其輸出具有預定的能量傳輸頻率的時變磁場；以及振蕩器裝置，其與能量發送裝置耦合并且產生用于操控能量發送天線的電信號，該電信號具有低于所提到的拉莫爾頻率并且高于大約20kHz的能量傳輸頻率。按照本發明的磁共振系統被構造為具有前面所描述的局部線圈系統和/或所前面描述的發送裝置。相應地，在按照本發明的方法中，為了向局部線圈系統傳輸能量，借助時變磁場在局部線圈系統的能量接收天線中感應能量，其中，磁場隨著能量傳輸頻率改變，該能量傳輸頻率低于借助局部線圈系統待采集的MR系統的拉莫爾頻率并且高于大約20kHz。在給出的頻率范圍中按照本發明選擇能量傳輸頻率具有如下優點患者一方面不用承受微波輻射的負擔，并且另一方面不發送在極低頻率下具有高的功率的時間上交變的磁場，極低頻率會導致其他生理效應。此外，在該頻率范圍內還可以保證，成像不受到局部線圈系統干擾。這一點允許，在優選變形中甚至可以同時進行通過局部線圈系統接收MR信號和向局部線圈系統傳輸能量。盡管如此，按照本發明的局部線圈系統優選地具有合適的能量存儲器(緩沖存儲器電池)，例如能量接收天線可以將接收的能量輸出到所述能量存儲器，并且當不可能與MR信號的接收同時進行能量傳輸時或者接收的能量不夠時，然后可以從所述能量存儲器獲取能量。關于接收器接通時間，好的MR序列的特征通常在于，在直到超過50%的大部分時間期間觀察MR信號。這意味著，為了再次充電緩沖存儲器電池而可供使用的平均功率不能非常小于局部線圈系統的運行功率。因此，特別有利的是，可以獨立于是否剛好進行了 MR信號的接收來傳輸能量。
優選地，該能量存儲器還可以經過合適的接口與充電設備耦接，以便當不使用局部線圈系統時對能量存儲器充電。該接口還可以使用能量接收天線，以便從充電設備無線地接收能量。但是局部線圈系統還可以具有用于充電設備的按照插頭等形式的其他接口。優選地，這樣選擇能量傳輸頻率，使得其不具有諧波，S卩，在拉莫爾頻率范圍中的多次諧波。“拉莫爾頻率的范圍”包括在基本磁場情況下拉莫爾頻率附近的頻帶，在該頻帶中可以發送用于原子核的激勵信號和接收MR信號。在該范圍中優選沒有其他信號或信號的諧波。優選地，由此能量傳輸頻率高于上面所描述的頻帶的帶寬。因為該頻帶通常包括1MHz，所以能量傳輸頻率優選高于大約1MHz，特別優選高于大約2MHz并且更特別優選高于大約4MHz。此外，能量傳輸頻率優選低于大約IOMHz，特別優選低于大約6MHz。相應地，能量傳輸頻率優選在大約4MHz至大約6MHz的范圍中。
·0023]為了能夠利用在上面給出的優選頻率范圍中的能量傳輸頻率進行工作，一方面應當優選這樣構造局部線圈系統的能量接收天線，使得其在該能量傳輸頻率下具有諧振范圍，并且另一方面應當優選在該范圍內相應諧振地構造發送裝置的能量發送天線，并且振蕩器裝置應當具有相應的工作頻率。能量接收天線為此可以構造和布置為，接收橫向、圓極化磁場。在這種情況下，能量接收天線和局部線圈互相平行布置。替換地，能量接收天線可以構造和布置為，接收縱向線極化磁場，其中極化方向優選平行于靜態磁場Btl延伸。在這種情況下，例如可以將能量接收天線和局部線圈互相正交地布置。可以將能量接收天線布置在至少一個局部線圈之上。能量接收天線在此如所述地那樣與局部線圈正交或平行地布置，根據是應當接收橫向圓極化磁場還是縱向磁場來定。由此得到局部線圈和能量接收天線的特別節省位置的布置。能量接收天線特別是當能量接收天線經過至少一個局部線圈布置時，可以具有比至少一個局部線圈更大的輪廓，其中局部線圈從俯視圖來看優選地布置在能量接收天線內部。此外，多個能量接收天線可以互相耦接。各個能量接收天線優選可以橫向地，即，正交地或以任意的其他角度互相布置。由此實現了接收側的分集(Diversimt)，并且獨立于具有局部線圈系統的局部線圈墊的各自的位置而確保能量供應。另一個優選變形是，局部線圈與能量接收天線集成地構成為局部線圈-能量接收天線組合。為此，該局部線圈-能量接收天線組合構造或連接為多重諧振天線。例如局部線圈-能量接收天線組合可以具有調諧電路，其保證，所述天線元件(例如單個的導體回路)或多個天線元件具有至少兩個諧振頻率范圍，即，一個在拉莫爾頻率范圍中并且一個在能量傳輸頻率范圍中。如果為了能量傳輸使用橫向圓極化磁場，則特別地提供這樣的集成的局部線圈-能量接收天線組合。局部線圈-能量接收天線組合優選可以連接到濾波電路，該濾波電路構造為將MR信號和傳輸的能量分離。為此，可以使用雙工器或高通電路或低通電路。在使用合適的濾波電路的情況下還可以利用局部線圈-能量接收天線組合同時接收MR信號和進行能量傳輸。替換地或附加地，調諧電路還可以構造為，局部線圈-能量接收天線組合可以在不同的諧振范圍之間切換。在這種情況下例如可以為了接收MR信號將局部線圈-能量接收天線組合調諧到相應的MR諧振頻率。如果相反進行能量傳輸，則進行到能量傳輸頻率的調諧。替代濾波電路，在局部線圈系統中還可以采用簡單的轉換器。同樣，磁共振系統的能量發送天線還可以與全身線圈集成地構造。由此形成特別節省位置的發送天線，用于向局部線圈系統傳輸能量。能量發送天線可以圍繞全身線圈構造。在該構造中，對于能量發送天線也僅需要磁鐵內部徑向上稍微更多空間。局部線圈系統優選可以具有時鐘產生裝置，后者連接到能量接收天線。于是，時鐘產生裝置可以從磁場的能量傳輸頻率產生對于局部線圈系統的時鐘信號。由此局部線圈系統可以與磁共振系統同步，即，局部線圈系統的時鐘與磁共振系統的時鐘同步。優選地，可以在能量接收天線上連接解調器。其然后可以解調磁場，以便例如經過 能量供應同時將信號與控制信息等傳輸到局部線圈系統。解調器在此解調來自于借助能量接收天線所調制的磁場的結果信號。


以下借助附圖詳細解釋本發明，所述附圖示出了本發明的非限制性的實施方式。附圖中，圖I示出磁共振系統的框圖，圖2示出在磁共振系統和局部線圈系統之間的能量傳輸和信號傳輸的框圖，圖3示出了用于發送能量到局部線圈的裝置的示意圖，圖4示出了按照本發明的用于通過局部線圈系統無線傳輸能量的裝置的示意圖，圖5示出了用于雙諧振地配置天線的調諧電路，圖6示出了諧振電容器的阻抗頻率響應，圖7示出了濾波器的阻抗頻率響應，圖8示出了用于無線發送能量到局部線圈系統的發送裝置的第二實施方式，圖9示出了用于通過局部線圈系統無線接收能量的接收裝置的第二實施方式，圖10示出了用于無線發送能量到局部線圈系統的發送裝置的第三實施方式，圖11示出了用于通過局部線圈系統無線接收能量的接收裝置的第三實施方式，圖12示出了用于通過局部線圈系統無線接收能量的接收裝置的第四實施方式，圖13示出了用于無線傳輸能量到局部線圈系統的裝置的示意性俯視圖和在此形成的渦流，圖14示出了所使用的信號的譜的示意圖，圖15示出了用于通過局部線圈系統接收能量的裝置的第五實施方式。
具體實施例方式圖I示出磁共振系統I的簡單原理框圖。該磁共振系統的核心是商業上通用的斷層造影儀2，也稱為掃描儀2，在所述斷層造影儀中(未示出的)患者在臥榻5上定位在圓柱形測量空間4中。在斷層造影儀2內部具有全身發送天線裝置3 (例如鳥籠天線)，用于發送磁共振高頻脈沖。在按照圖I的實施例中MR接收系統20包括具有多個局部線圈的局部線圈系統或局部線圈裝置30，此處例如是按照局部線圈墊的形式，以及傳輸信號-接收組件40。局部線圈裝置30，如圖I中所示，布置在磁共振系統I的斷層造影儀2或掃描儀的測量室4中，而傳輸信號-接收組件40定位在磁共振系統I的所屬的控制裝置6中。MR信號處理裝置11也是該控制裝置6的部分。但是在此要強調指出的是，系統是可任意縮放的，即，在MR接收系統20的相應構造中可以采用MR信號測量裝置11的任意數量的物理輸入端。僅僅為了更清楚起見在圖中僅示出一個物理輸入端。斷層造影儀2由控制裝置6控制。終端15 (或操作控制臺)經過終端接口 13連接到控制裝置6，通過該終端，用戶可以操作控制裝置6和由此可以操作斷層造影儀2。控制裝置6經過斷層造影儀控制接口 8和圖像獲取接口 9與斷層造影儀2相連。經過斷層造影儀接口 8，通過序列控制單元10基于掃描協議向斷層造影儀2輸出合適的控制命令，由此 發送期望的脈沖序列，即，高頻脈沖和用于產生期望的磁場的、對于(未示出的)梯度線圈的梯度脈沖。經過在此除了別的之外具有傳輸信號接收組件40的圖像數據獲取接口 9獲取原始數據，即，讀出所接收的MR信號。控制裝置6還具有大容量存儲器7，其中例如可以存儲所產生的圖像數據和可以存儲測量協議。另一個接口 14用于連接到通信網17，該通信網例如與圖像信息系統(PACS，Picture Archiving and Communication System,圖片存檔和通信系統)相連或提供用于外部的數據存儲器的連接可能性。控制裝置6以及終端15還可以是斷層造影儀2的集成的組件。整個磁共振系統I還具有所有其他通常的組件或特征，但是在此為了更清楚起見在圖I中未示出。在掃描儀2中如上提到的為接收磁共振應答信號存在包括多個局部線圈 LCl, LCn的局部線圈裝置，所述局部線圈又經過無線接口與傳輸信號接收組件40相連。在MR信號處理裝置11中將所接收的信號進一步處理并且然后傳輸到圖像重建單元12，該圖像重建單元以通常方式從中產生期望的磁共振圖像數據。該圖像數據例如可以存儲在存儲器7中或至少部分在操作終端15上輸出或經過網絡17傳輸到其他組件，諸如診斷站或大容量存儲器。在此，在斷層造影儀-控制接口 8上還連接能量/指令發送裝置28，其向局部線圈無線傳輸能量和指令或控制信號。該能量/指令發送裝置28為此還可以例如使用在斷層造影儀2中布置的能量發送天線，如以下還要詳細解釋的。具有局部線圈LC1, ...，LC1JA局部線圈裝置30包括能量-指令-接收裝置29，其接收無線發送的能量和無線發送的指令，如后面還要詳細解釋的。能量和指令例如被進一步傳輸到局部線圈控制裝置22。局部線圈控制裝置22向局部線圈LC1,. . .，LCn提供能量并且控制所述局部線圈。由局部線圈所接收的MR信號由局部線圈控制裝置22以所準備的形式(例如以數字化的形式)傳輸到局部線圈發送裝置24，從該局部線圈發送裝置，所述MR信號經過局部線圈發送天線系統26發送到磁共振系統I的接收天線32。由接收天線32所接收的信號通過接收器33進行分析并且被傳輸到傳輸信號接收組件40。可以理解，局部線圈的MR信號可以被放大、被轉換為數字信號并且還可以按照其他方式為了傳輸到磁共振系統的接收器而被進一步處理。
圖2示出了在局部線圈系統100和磁共振系統58的其他組件之間的信號流的示意圖。多個局部線圈LC1, ...，LCn接收由在患者41內部的原子核發射的MR信號。局部線圈連接到信號準備裝置42，后者準備MR信號并且將相應的發送信號經過天線46輸出到磁共振系統58。信號準備裝置42經過天線48獲得時鐘信號和控制指令。經過能量接收天線50向局部線圈系統100和特別是信號準備裝置42傳輸能量，所述能量在局部線圈系統側的能量供應裝置44中被整流和緩存。磁共振系統58借助天線52接收發送信號，該發送信號代表了 MR信號。發送信號在信號處理裝置60 (其在此示意性代表了 MR信號處理裝置和圖像重建單元)中被處理并且然后例如在顯示器上顯示。信號處理裝置60與控制裝置62耦接。控制裝置62經過天線54向局部線圈系統100發送時鐘信號和指令。控制裝置62與能量供應裝置64耦接，后者經過接頭68獲得能量并且經過天線56向局部線圈系統發送能量。圖3示出了對于磁共振系統的發送裝置200的第一實施方式，其被構造為，向局部線圈系統無線地發送能量。在MR發送放大器202上饋入磁共振激勵信號，后者通過MR發 送放大器放大。放大后的MR激勵信號被饋入到第一混合裝置206。該混合裝置的一個輸入端以終端阻抗208接地。第一混合裝置206的輸出信號被饋入第一雙工器214中。此外，第一混合裝置206的輸出信號饋入到第二雙工器216中。這樣的雙工器214、216是多路復用器，其將兩個輸入端連接到一個輸出端。由此，兩個發送裝置可以借助雙工器連接到一個天線。發送裝置200還包括振蕩器265，其產生具有5MHz頻率的信號，該信號被饋入到能量放大器204并且在放大之后被饋入到第二混合裝置210，所述第二混合裝置在一個輸入端上借助阻抗212接地。第二混合裝置210的輸出信號被饋入到第一雙工器214。第二混合裝置210的另一個輸出信號被饋入到第二雙工器216。第一雙工器214的輸出信號和第二雙工器216的輸出信號被饋入全身發送天線裝置，此處是按照鳥籠天線218的形式。鳥籠天線218包括多個在縱向上布置的天線縱向元件220，222，224，226，228，230, 231。天線縱向元件在圓周方向上通過多個第一濾波器或諧振電容器232，234，236，238，242，244，246，248，Z1 (也稱為而端網絡)相連。鳥籠天線218由此具有基本上圓柱形的形狀。分別兩個天線縱向元件借助二極管254，258，262相連。第二濾波器252，256，260, Z2或二端網絡與每個二極管并聯。也就是在該結構中可以經過鳥籠天線218同時既發送MR激勵信號也發送用于能量傳輸的磁場。圖4示出了局部線圈IOOa的第一實施方式。局部線圈系統IOOa包括局部線圈天線102，其雙諧振地配置。在局部線圈102的接地的第一端上連接第一電容器104，該電容器還連接到局部線圈102的第二端上，該第二端形成局部線圈的輸出端。由線圈106和第二電容器108形成的串聯電路與第一電容器104并聯。局部線圈天線102的輸出端連接到第三雙工器110。雙工器110的輸出端連接到失諧開關112和連接到前置放大器120上。該輸出端輸出用于成像的MR信號。在雙工器110的另外的輸出端上連接整流器116。該輸出端輸出能量供應信號，例如具有5MHz的頻率。整流器包括二極管116，該二極管連接在整流器114的輸入端和輸出端之間。在二極管116的輸出端上連接第三電容器118，該電容器也接地。用于能量傳輸的磁場必須構造為在可以接收局部MR信號的任何位置上向患者提供功率。發送天線以及接收天線都可以是用于能量供應的專門的天線或線圈。然而，在按照圖3和4的實施方式中這樣修改全身發送天線裝置(即，鳥籠天線218)和局部線圈102(即，接收天線)，使得其具有例如在5MHz下的第二諧振。在圖3和4的例子中能量傳輸頻率為5MHz。但是能量傳輸頻率可以位于從大約IMHz至大約IOMHz之間的范圍中。能量傳輸頻率可以大約相應于MR基本時鐘或者基本時鐘的整數部分或整數倍。在前面描述的例子中，在鳥籠天線218中可以產生橫向的盡可能均勻的和圓極化場，其基本上具有與MR發送場相同的場結構。如果對徑向的場組件敏感的局部線圈102通過修改的配置獲得第二諧振頻率，則可以利用所述局部線圈很好地接收該場。鳥籠天線218的該擴展可以通過在每個第一濾波器232，234，236，238，242，244，246，248，Zl上的附加的串聯諧振電路進行。如果為了 MR發送天線的失諧對于磁共振接 收在天線縱向元件220，222，224，226，228，230, 231之間連接PIN 二極管，則可以與二極管254，258，262并聯連接第二濾波器252，256，260,12,以便避免通過能量供應的電壓產生的二極管的不期望的導通(所述二極管在利用局部線圈接收磁共振信號期間通過例如-40V的負的直流電壓截止，以便防止，通過磁耦合而從接收的局部線圈中去除MR接收信號的一部分)。此外，這樣可以避免，不期望地影響利用截止的二極管設立的對于能量供應頻率的諧振條件。由鳥籠天線218為激勵而發送的圓極化HF磁場必須在取決于靜態磁場的取向的方向上旋轉，以便激勵原子的核自旋。用于傳輸能量的磁場相反可以在與用于激勵核自旋的磁場不同的方向上旋轉。但是還可以，兩個場在相同的方向上旋轉。圖5 示出了第一二端網絡 232，234，236，238，242，244，246，248，Zl 和第二二端網絡252，256, 260, Z2的電路圖。在第一以及第二濾波器的輸入端和輸出端之間連接第一電容器262。由第二電容器264和線圈266形成的串聯電路與第一電容器262并聯。由此得到在圖3中示出的鳥籠天線的天線元件的雙諧振配置。圖6 示出了第一濾波器 232，234，236，238，242，244，246，248，Zl 的阻抗頻率響應。圖I示出了第二濾波器252，256，260, Z2的頻率響應。以下，示例性地對于63. 6MHz的MR頻率和5. OMHz的能量傳輸頻率，說明在按照圖3和5以及圖4構造的電路中電容和電感的可能的組合在具有阻抗為例如50nH的全身線圈200的按照圖3的實施例中，在按照圖5的二端網絡Zl的構造中可以使用具有132pF的電容器262、具有Iii H的線圈266和具有965pF的電容器264，以便實現二端網絡Zl的在圖6中示出的總阻抗。為了在按照圖3的實施例中實現二端網絡Z2的在圖7中示出的總阻抗，可以在按照圖5的結構中使用具有3. 3pF的電容器262、具有2 ii H的線圈266和具有506pF的電容器 264。在具有阻抗為例如125nH的局部線圈102的按照圖4的實施例中，可以使用具有44pF的電容器104、具有2 ii H的線圈106和具有477pF的電容器108并且雙工器例如可以利用IOpF和IOii H配置。作為在圖3中示出的配置的替換，可以通過二極管的配置這樣構造鳥籠天線，使得鳥籠天線的諧振頻率被轉換。例如在發送MR激勵信號期間，諧振頻率可以相應于拉莫爾頻率，例如63. 6MHz。在通過局部線圈接收MR接收信號期間鳥籠天線的諧振頻率可以相應于能量傳輸頻率，例如5MHz。該做法的缺陷是，能量供應在發送MR激勵信號期間被中斷。此外，通過能量供應的信號(即，5MHz的振蕩的信號)所產生的電壓，在關斷的PIN 二極管上不允許變得太高。替換地，可以同心地相互交錯布置兩個分開的鳥籠發送天線。在圖8中示出了一種變形，其中，將全身發送天線裝置作為鳥籠天線306為了發送MR激勵信號而布置在能量發送天線308內部。這兩個天線可以共同使用對于其效率是主要的場反射空間(Feldruckflussraum),從而在斷層造影儀的磁鐵中幾乎不需要附加的徑向空間。兩個高通302、304將MR激勵信號饋入到全身發送天線裝置306 (S卩，通常的鳥籠天線)中，其中天線縱向元件與電容器310耦合。具有能量傳輸頻率的能量供應信號被饋入到混合裝置318中，混合裝置利用阻抗320接地。混合裝置的輸出端經過兩個低通314、316與能量發送天線308耦接。能量發送天線308的也構造為鳥籠天線的天線縱向元件，與電 容器312耦接。因為對能量發送天線308的場均勻性的要求更小，所以此處比在用來發送MR激勵信號的鳥籠天線306情況下更少的天線縱向元件就足夠了。因為全身發送天線裝置306和能量發送天線308在此總是還磁性耦接的，所以盡管分離的接頭，濾波還是有意義的。利用該天線裝置同樣產生用于能量傳輸的橫向的圓極化磁場。圖9示出了按照本發明的局部線圈系統IOOb的第二實施方式。并排布置第一局部線圈102和第二局部線圈103。局部線圈102、103為調諧到拉莫爾頻率具有各一個電容器132、134。每個局部線圈102、103連接到高通138，140，后者又分別連接一個放大器146,148。放大器輸出放大的MR信號。能量接收天線130位于局部線圈102、103上方。能量接收天線130可以具有這樣的輪廓，使得至少兩個局部線圈102、103在俯視圖中位于能量接收天線130內部。能量接收天線130包括電容器136，低通142和整流器144連接到該電容器。還可以為了能量傳輸使用縱向線極化場，其平行于靜態磁場Btl,即，在斷層造影儀的縱向方向上延伸。為此參考圖10和11。為了產生用于能量傳輸的磁場，可以設置當中布置的環形線圈或亥姆霍茲對406，408。接收側需要附加的能量接收天線130，其應當位于與局部線圈102和103正交。該實施方式的優點是，各自的天線在幾何上相互耦合，從而可以取消在第二實施方式中所需的附加的濾波器。圖10為此具體示出了用于發送MR激勵信號的鳥籠天線404。圍繞鳥籠天線404布置了用于產生縱向線極化磁場的亥姆霍茲對406，408。亥姆霍茲對406，408的每個天線具有電容器410。圖11示出了局部線圈系統IOOc的第三實施方式。兩個局部線圈102、103分別具有一個電容器133，134。每個局部線圈連接到接收器146，148。與局部線圈102、103正交并且在局部線圈上方布置了具有電容器136的能量接收天線130。能量接收天線130連接到整流器144。每個局部線圈系統可以具有唯一的局部線圈和唯一的能量接收天線。由此可以實現簡單和模塊化結構，其中在各個局部線圈之間不需要連接。為了降低用于接收供應能量的開銷，一個能量接收天線可以供應多個局部線圈。此外參考圖12，其示出了局部線圈系統IOOd的第四實施方式。在此，存在多個能量接收天線150，152，162，166。能量接收天線或能量接收線圈在此部分地相互直角地布置。能量接收天線在此可以并排和/或疊置布置。在此，降低了局部線圈系統IOOd相對于能量接收天線的非最佳取向的敏感性。在每個能量接收天線150，152，162，166上可以布置整流器元件158，160，170，172，其中整流器元件的輸出端互相耦接并且與一電容器耦接。通過比MR發送頻率低的能量傳輸頻率，在患者中吸收的功率的比(例如特異性吸收率SAR)被優化為可獲得的功率。因為對于患者的允許的SAR負擔，例如4W/kg，通常已經通過MR發送脈沖最大程度地耗盡，所以優選對于局部線圈系統的能量供應設置盡可能小的額外份額，例如0. 04W/kg。
為此參見圖13。在感應傳輸能量的情況下可以出現對患者中吸收的功率的兩個份額。一方面，通過能量發送天線502利用電容器504產生的均勻的能量發送場，通過在渦流回路506中的渦流il'導致患者500的全局變熱，其平方地取決于發送場強和頻率的乘積。但是，在給定的吸收面積下可用的感應電壓還與該乘積成比例。這意味著，在預先給定的全局SAR值的情況下,獨立于頻率，僅一個確定的輸出電壓是可能的。當從局部線圈系統的靠近患者500的能量接收天線508中獲得電流i2時，能量接收天線508包圍次級的HF磁場，其導致在能量接收天線508下面的渦流回路510中附加的渦流i2'。該局部SAR份額取決于由電流和頻率的乘積的平方。這意味著，在給定的允許SAR值的情況下，頻率選擇得越低，可獲得的負載電流和由此可獲得的功率越高。因為初級和次級磁場在歐姆負載的情況下具有大約90°的相移，所以SAR份額在算術上被相加。可以導出最佳的負載電阻，在該負載電阻情況下兩個SAR份額大約相同大。該負載電阻典型地明顯高于由諧振品質確定的能量接收天線內阻。從中得到，力爭作為較少加載的電壓源的運行。要避免功率匹配的運行或諧振短路，因為這會導致由于次級HF磁場而SAR負擔過度增加。例如通過保險絲防止在這樣的錯誤情況下潛在的危險。從相對均勻的負載512、514此外還得出，多個能量接收天線508可以在沒有明顯的彼此影響的情況下運行。為了實現盡可能低的由患者吸收的功率(SAR份額)，有利的是，使用盡可能低的能量傳輸頻率。然而，對于給定的感應電壓必須設置更高的場強和更高的發送線圈電流il。由此在低能量傳輸頻率的情況下能量發送天線的效率更低。因此，對于能量發送天線需要更高的功率，所述功率被轉換為損耗熱。不過，在本文開頭說明的對于能量傳輸頻率的按照本發明的和優選的范圍情況下很好考慮了這些邊界條件。為了進一步解釋合適的頻率選擇，參考圖14，其示意性示出了譜分布，其中關于頻率f (按照MHz)繪出場強(按照任意單位)。在圖13中示出的頻率和譜通過以下分量產生520:能量傳輸頻率522:模擬/數字轉換器的時鐘524，526，528:能量傳輸頻率的倍數530:在Btl=L 5T時的拉莫爾頻帶532:對于Btl=L 5T的局部振蕩器534:在BQ=3T情況下的拉莫爾頻帶
536:在Btl=ST情況下的局部振蕩器因此能量傳輸頻率可以如所示出的這樣來選擇，使得沒有能量傳輸頻率的倍數或諧波落在MR接收頻率帶中。由此可以避免，例如在整流情況下形成的諧波會干擾MR接收。由此從大約63. 2MHz至大約74MHz的帶保持無干擾。為了避免本征干擾，模擬/數字轉換器的采樣率和為頻率轉換而使用的振蕩器的頻率優選是系統基頻(例如2. 5MHz)的整數倍，其倍數同樣不應當落在MR接收帶中的一個中。能量供應頻率還可以作為參考頻率被用于接收器和數字化。所需的振蕩器頻率可以從能量傳輸頻率中通過頻率倍增器或PLL電路導出。在此要注意，例如通過患者的運動會出現接收天線的諧振的小的失諧，其會導致接收的參考頻率和由此接收信號的干擾的相位改變。但是該效應有利地通過由于SAR原因 而本來期望的高的負載電阻被最小化，因為由此諧振電路的有效加載品質被強烈減小并且帶寬被放大。在接收暫停期間，可以通過能量供應頻率的調制將附加的信息(例如，接收通道和無線電頻率的配置)傳輸到局部線圈系統。相應地,在圖15中所不出的局部線圈系統600的第五實施方式包括具有電容器的能量接收天線602，該能量接收天線被連接到帶通濾波器608。在帶通濾波器608上連接了具有電容器的整流器元件612，以便產生能量供應電流。此外，在帶通濾波器上連接放大器616，其向時鐘產生單元618輸出能量供應頻率，所述時鐘產生單元可以產生至少一個振蕩的信號。此外，在帶通濾波器608上還連接解調器620，其從調制的能量供應頻率數據產生控制數據。在本發明中，感應的能量傳輸在比MR頻率低的頻率下進行。通過圓極化橫向或縱向磁場進行均勻的傳輸。可以設置用于能量傳輸的多共振發送和接收天線。能量接收天線上可以連接比能量接收天線的內阻高的負載阻抗。多個能量接收天線作為冗余的分集接收可以連接到一個或多個整流器。為了避免通過能量傳輸頻率的干擾，將能量傳輸頻率置為系統基本時鐘的倍數。此外，可以將能量傳輸同時用于提供時鐘和控制信號。最后還要在此指出，前面描述的詳細方法和構造是實施例并且原理還可以在寬的范圍內由專業人員改變，而不脫離通過權利要求規定的本發明的范圍。為完整起見還要指出，不定冠詞“一”或“一個”的使用不排除涉及的特征也可以多重存在。同樣“單元”的概念也不排除，所述單元由多個組件組成，所述組件必要時在空間上也可以是分布的。附圖標記列表I磁共振系統2斷層造影儀3全身發送天線裝置4測量空間5 臥榻6控制裝置7大容量存儲器8斷層造影儀控制接口
9圖像獲取接口10序列控制單元IIMR信號處理裝置13終端接口14 接口15 終端17通信網20接收系統22局部線圈控制裝置·24局部線圈發送裝置26局部線圈發送天線28能量指令發送裝置29能量指令接收裝置30局部線圈裝置32接收天線33接收器40傳輸信號接收組件41 患者42信號準備裝置44，56，64能量供應裝置46，48 天線50能量接收天線52，54 天線58磁共振系統60信號處理裝置62控制裝置66顯示屏68 插頭100, 100a, 100b, 100c, IOOd 局部線圈系統102局部線圈、局部線圈-能量接收天線組合103局部線圈104第一電容器106 線圈108第二電容器110第三雙工器、濾波電路112失諧開關114整流器116整流器118第三電容器
120前置放大器130能量傳輸天線132，134，136 電容器138，140 高通142 低通144整流器146，148 接收器150，152能量接收天線

158，160，170，172 整流器元件162，166能量接收天線202MR發送放大器204能量放大器206第一混合裝置208終端阻抗210第二混合裝置212 終接阻抗(Abschlussimpedanz)214第一雙工器216第二雙工器218鳥籠天線220，222，224，226，228，230，231 天線縱向元件
232，234，236，238 第一濾波器242，244，246，248 第一濾波器254，258，262 二極管252，256，260 第二濾波器262，264 電容器265振蕩器266 線圈300發送裝置302，304 高通306全身發送天線裝置308能量發送天線310，312 電容器314，316 低通318混合裝置320 阻抗400發送裝置404鳥籠天線406, 408亥姆霍茲對410電容器
500 患者502能量發送天線504電容器506渦流回路508能量接收天線510渦流回路512，514 負載520能量傳輸頻率 522模擬/數字轉換器的時鐘524，526，528能量傳輸頻率的倍數530在Btl=L 5T情況下的拉莫爾頻帶532對于Btl=L 5T的局部振蕩器534在Bq=3T情況下的拉莫爾頻帶536在Bq=3T情況下的局部振蕩器600局部線圈系統602能量接收天線608帶通濾波器612整流器元件616放大器618時鐘產生單元620解調器i I發送線圈電流il'渦流12 電流i2r 渦流LC1,...汁(；局部線圈Z1, Z2 濾波器
權利要求
1.一種用于用來采集MR信號的磁共振系統⑴的局部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, IOOdj 600),其包括能量接收天線(102，130,150,152，162，166，602)，所述能量接收天線用于從時變的磁場中感應地接收用于所述局部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d,600)的能量，其中，所述能量接收天線(102，130,150,152，162，166,602)能夠調諧到或者被調諧到低于待采集的MR信號的拉莫爾頻率(530,534)并且高于大約20kHz的能量傳輸頻率(520)。
2.根據權利要求I所述的局部線圈系統(100，100a,100b, 100c, 100d，600)，其特征在于，這樣選擇所述能量傳輸頻率(520)，使得其在拉莫爾頻率(530，534)范圍內不具有諧波，和/或所述能量傳輸頻率(520)高于大約IMHz。
3.根據權利要求I或2所述的局部線圈系統(100，100a,100b, 100d，600)，其特征在于，所述能量接收天線(130 )被構造用于接收橫向圓極化磁場。
4.根據權利要求I或2所述的局部線圈系統(100c)，其特征在于，所述能量接收天線 (130 )被構造用于，接收在所述磁共振系統(I)的基本磁場的場方向上延伸的縱向線極化磁場。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的局部線圈系統(100，100a,100b, 100c, 100d),其特征在于，所述能量接收天線(130)被布置在所述局部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d, 600)的至少一個局部線圈(102)上方。
6.根據上述權利要求I至5中任一項所述的局部線圈系統(100b)，其特征在于，所述能量接收天線(130)具有比局部線圈系統(100b)的至少一個局部線圈(102，103)更大的輪廓，并且該至少一個局部線圈在俯視圖中被布置在所述能量接收天線內部。
7.根據上述權利要求I至6中任一項所述的局部線圈系統(100d)，其特征在于，多個互相耦接的能量接收天線(150，152，162，166)。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的局部線圈系統(600)，其特征在于，在所述能量接收天線上連接了時鐘產生裝置(618)，所述時鐘產生裝置從磁場的能量傳輸頻率中產生用于所述局部線圈系統的時鐘信號。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的局部線圈系統(600)，其特征在于，在所述能量接收天線上連接了解調器(620)，該解調器從調制后的磁場中解調出結果信號。
10.根據權利要求I至9中任一項所述的局部線圈系統(100a)，其特征在于，所述局部線圈系統(100a)的至少一個局部線圈(102)與能量接收天線集成地被構造為局部線圈-能量接收天線組合(102)。
11.根據權利要求10所述的局部線圈系統(100a)，其特征在于，所述局部線圈-能量接收天線組合被連接到濾波電路(110)，該濾波電路被構造用于將MR信號和所輸送的能量分離。
12.根據權利要求10或11所述的局部線圈系統(100a)，其特征在于，所述局部線圈-能量接收天線組合(102)具有用于將所述局部線圈-能量接收天線組合調諧到至少兩個諧振頻率上的調諧電路(104，106，108)。
13.一種用于磁共振系統的發送裝置(200，300，400)，其被構造用于向局部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d, 600)發送能量，包括 -能量發送天線(218，308，406，408)，其輸出具有預定能量傳輸頻率的時變磁場，和 -振蕩器裝置(265)，其與所述能量發送天線(218，308，406，408)耦接并且產生用于操控該能量發送天線(218，308，406，408)的信號，該信號具有低于待借助所述局部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d, 600)所采集的MR信號的拉莫爾頻率并且高于大約20kHz的能量傳輸頻率。
14.根據權利要求13所述的發送裝置(200，300,400)，其特征在于，所述能量發送天線(218)與所述全身線圈集成地構造，或者圍繞所述全身線圈(306，402)構造。
15.—種磁共振系統(I )，具有 按照權利要求I至12中任一項所述的局部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d, 600)，和/或 按照權利要求13至14中任一項所述的發送裝置(200，300，400)。
16.一種用于向磁共振系統的局部線圈系統傳輸能量的方法，其中，借助時變的磁場在局 部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d, 600)的能量接收天線(102，130，150，152，162，166，602)中感應能量，其中，該磁場隨著如下的頻率改變所述頻率低于待借助所述局部線圈系統(100, 100a, 100b, 100c, 100d, 600)采集的MR信號的拉莫爾頻率并且高于大約20kHz。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，同時進行通過所述局部線圈系統(100,100a, 100b, 100c, 100d, 600)對 MR 信號的接收,以及向所_ 部線圈系統(100，100a, 100b, 100c, 100d, 600)的會疆嫌
全文摘要
本發明描述了一種用于磁共振系統(1)的局部線圈系統，具有用于采集MR信號的至少一個局部線圈和用于從時變的磁場感應地接收用于局部線圈系統的能量的能量接收天線。所述能量接收天線能夠調諧到或被調諧到低于待采集的MR信號的拉莫爾頻率(530,534)并且高于大約20kHz的能量傳輸頻率(520)。此外，描述了一種用于磁共振系統(1)的構造為向局部線圈系統發送能量的相應的發送裝置(200,300,400)；一種具有這樣的局部線圈系統和/或這樣的發送裝置的磁共振系統(1)；以及一種用于向局部線圈系統傳輸能量的方法。
文檔編號G01R33/3415GK102809734SQ20121018159
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月4日 優先權日2011年6月3日
發明者S.比伯, J.尼斯特勒, M.維斯特 申請人:西門子公司