用于磁共振成像系统的局部线圈和磁共振成像系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种磁共振成像系统（1）的用于采集磁共振信号的局部线圈，具有用于无线地传输局部线圈（100）的工作能量和/或磁共振成像系统（1）的信号的接收装置（130），其中所述接收装置（130）被构造用于从供电场（V）中获得工作能量和/或信号。此外，本发明还涉及一种具有发送装置（30）的磁共振成像系统（1），所述发送装置用于无线地传输局部线圈（100）的工作能量和/或磁共振成像系统（1）的信号，其中所述发送装置（30）具有发送信号发生器（31），该发送信号发生器与场源（50）和场汇（60）连接，其中这样构造所述发送装置（30，30′），使得在工作时借助供电场（V）来传输工作能量和/或信号，该供电场作为交变电场在场源（50）和场汇（60）之间施加。
【专利说明】用于磁共振成像系统的局部线圈和磁共振成像系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于磁共振成像系统的局部线圈和一种磁共振成像系统，其中，该局部线圈或磁共振成像系统被构造为用于无线地传输工作能量或参考信号。
【背景技术】
[0002]基于磁共振测量、特别是核自旋的方法的成像系统(所谓的磁共振断层成像设备)已经通过各种各样的应用成功地建立并被证明可行。在这种类型的图像采集中使用强的静态基本磁场BO对于待检查的磁偶极子进行初始对齐和均匀化。为了确定待成像的检查对象的材料性能，根据磁化从初始对齐的偏转来确定去相移或弛豫时间，从而能够识别不同材料类型的弛豫机制或弛豫时间。典型地，偏转通过一定数目的与待激励偶极子的拉莫尔频率(Larmorfrequenz)—致的HF (高频)脉冲实现。拉莫尔频率在此取决于检查材料的性质并且随着基本磁场BO的强度缩放。对于在生物检查对象上的磁共振测量通常采用电磁HF脉冲，其具有42.6MHz和相应倍数的拉莫尔频率；这相应于在具有IT强度的基本磁场BO中质子自旋的拉莫尔频率(即，倍增系数相应于基本磁场BO的单位为T的强度)。
[0003]因此，这样实施诸如心跳起搏器或脑刺激器的有源的植入物，使得其相对于典型的用于检查组织的拉莫尔频率具有足够的干扰抗性。该干扰抗性由植入物制造者证明，从而在磁共振成像系统中以该频率击中患者的电磁信号也可以用于具有有源的植入物的受试者。
[0004]然而在磁共振成像系统中通常还采用另外的电磁信号。为了改善磁共振成像，例如公知所谓的用于磁共振信号采集的局部线圈，其在磁共振信号采集期间直接靠近检查对象布置。这导致了其相对于其它与检查对象间隔的针对磁共振信号的采集装置、例如体线圈，在信噪比中具有明显优点。
[0005]但是与局部线圈的缆线连接难以操作，因为受试者在磁共振拍摄序列期间在断层成像系统中必须移动，并且由此为了确保优化的图像采集必须对于至局部线圈的缆线引导进行适配。因此期望的是，这样设计局部线圈，使得其能够无线地工作，即，能够将所采集的磁共振信号无线地向磁共振成像系统传输并且此外同样能够无线向局部线圈提供工作能量。由此可以在检查对象上固定局部线圈，而不必在移位检查对象时适配缆线。
[0006]在此，优选地同样借助电磁信号进行磁共振信号以及尤其是工作能量的传输，该电磁信号可以基于其磁分量尤其进入到检查对象或者能够与局部线圈的部件的相互作用。在此对于局部线圈，必须借助截止滤波器或其它频率选择性的措施以高的开销来产生或“开发出”相对于为传输工作能量而使用的频率的干扰抗性。问题在于，通常对于植入物不检查相对于这些频率的干扰抗性，从而应当对于植入物携带者精确权衡无线工作的局部线圈的使用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是避免所述缺点。[0008]上述目的借助根据本发明的局部线圈、磁共振成像系统和方法来解决。
[0009]用于磁共振成像系统的根据本发明的局部线圈具有用于无线地传输局部线圈的工作能量和/或信号(例如控制信号或特别优选参考信号)的接收装置。参考信号(也可以称为系统基本时钟)是相应于磁共振成像系统的基本时钟的时钟信号，其在磁共振成像系统中作为通用的参考或基准时间信号使用。磁共振成像系统的大多数部件都与系统基本时钟同步，即其与系统基本时钟形成确定的相位关系或者边沿精确地按照系统基本时钟工作。特别地，局部线圈的基本时钟同样与系统基本时钟同步。磁共振成像系统的基本时钟可以位于IOMHz的范围内，但优选地以5MHz的频率传输参考信号，即参考信号相应于磁共振成像系统的以整数倍倍增或以整数分之一划分的时钟或参考时间信号。在局部线圈中，可以通过所谓的锁相环(PLL)重建参考时间信号并且例如将磁共振成像系统的该基本时钟稳定化，从而与工作能量的传输不同，对于参考信号的传输，小于一毫瓦的小的发送功率就已足够。
[0010]按照本发明，接收装置构造为用于从供电场中获得工作能量和/或参考信号，该供电场被构造为在场源和场汇(Feld-Senke)之间的交变电压电场。即，特别地，在电容器式的装置中将场汇和场源互相交换以产生供电场。与无源的交变磁场不同，用于电场的场汇和场源是磁共振成像系统的真实部件。场源或场汇例如可以布置在磁共振成像系统的患者隧道壁中或磁共振成像系统的患者台中。按照本发明，供电场基本上是纯电场，其可以这样(特别是关于波长和取向)构造，使得其几乎不能侵入到活的检查对象。由此，例如可以容易地抑制与心跳起搏器或其它有源植入物的相互作用，并且也可以通过按照本发明构造的供电场最小化与磁共振成像系统的其它电子部件的相互作用。
[0011]按照本发明的磁共振成像系统被构造为用于无线地向局部线圈传输工作能量和/或用于向局部线圈传输信号，优选传输参考信号。为此，磁共振成像系统具有带有信号发生器的发送装置，该信号发生器与场源和场汇连接。在此强调，连接可以直接以及间接地实现，即可以在发送信号发生器和场源或场汇之间布置磁共振成像系统的其它部件。这样构造发送装置，使得在工作时借助供电场来传输工作能量和/或开头描述的信号，优选参考信号，该供电场作为交变电压电场在场源和场汇之间施加，所述场源和场汇如提到的那样布置在磁共振成像系统的区域中。形象地来说，工作能量的传输这样进行，使得在大的电容器中、即在其板例如可以通过孔壁和患者台构成并且与发送装置相关联的电容器中，引入小的电容器，其与局部线圈、优选天线的接收装置相关联。交替地交换“大的”电容器的板的极性或电压，或在代表场汇或场源的部件上施加规定电压，从而交替地反转供电场的场方向或场线的方向，并且由此通过电感应将交变电流注入到“小的”电容器中。如提到的那样，可以这样实施相应的供电场，使得供电场与检查对象的相互作用最小，也就是可以保持下面还更详细描述的SAR (特定吸收率)值。
[0012]在用于借助供电场向磁共振成像系统的局部线圈传输工作能量和/或信号、优选参考信号的按照本发明的方法中，相应地在磁共振成像系统的场源和场汇之间切换作为交流电场的供电场，并且从供电场中获得局部线圈的工作能量和/或描述的信号或参考信号。即，从供电场中获得至少部分的工作能量和/或信号或参考信号，优选全部的工作能量或信号。
[0013]本发明的另外的特别优选的扩展方案和改进方案由从属权利要求以及随后的描述给出，其中一种权利要求类型的独立权利要求可以类似于另一种权利要求类型的从属权利要求来改进。
[0014]本发明的改进方案涉及一种具有天线的局部线圈，其构造为用于基于供电场在局部线圈的区域中的电势差产生电流。即，天线构成在供电场中的电容器式装置。形象地来说，如提到的那样，在场源和场汇之间的“大的电容器”中引入“小的电容器”(天线)。这样构造接收装置，例如包括整流器和附加部件的天线，使得从电流中获得局部线圈的工作能量和/或信号，特别是参考信号。在此强调，可以比供电场的波长小得多地选择天线的尺寸。特别地，这允许将接收装置有利地集成在局部线圈中。
[0015]进一步还可能的是，可以这样选择供电场的波长，使得可以在很大程度上避免侵入到检查对象中。特别地可以采用低频的供电场。在此低频意味着，患者的尺寸明显小于与频率相关联的波长。在此，特别地考虑在电场方向上或在供电场的场线的方向上的患者尺寸。例如供电场的频率可以位于小于50MHz处。
[0016]特别优选地，例如多部分地由多个天线元件构造的天线包括具有基本上平的第一电极或电容器电极的电容器式的装置。基本上平的意味着，第一电极可以刻入(einbeschreiben)平的直角平行六面体中，其中直角平行六面体的每一面由第一电极接触。
[0017]此外，天线具有第二电极或电容器电极。第一电极和第二电极在此彼此空间上间隔地布置。“空间上间隔地”在此被这样理解，即第一电极和第二电极不是直接彼此相连，而是必要时、特别是为了电流耦合输出而间接地相连。第一电极例如可以类似于顶电容地提供附加电容，即载流子贮存器，并且与用作反电极或“配重(Gegengewicht)”的第二电极相连为贡献于在谐振情况下天线的电延长。第一电极例如可以被构造为星形或开放的环。在此，选择第一电极的特别优选的实施方式，其对于磁共振信号是可透过的。即，第一电极以及例如第二电极不具有封闭的结构，例如封闭的环、拉伸的连续的面等。借助天线的电延长可以在不改变两个电极彼此的距离的情况下提高功率耦合输出。此外，就植入物的SAR值和/或干扰敏感度来说，可以优化供电场的频率选择。
[0018]从供电场中能够获得的功率在此与电场强度和两个(电容器)电极的间隔的乘积成比例。特别优选地，第一电极和第二电极在局部线圈按规定布置在供电场中的情况下基本上在供电场的方向上，即在供电场的电场线的方向上间隔。间隔，即最短的连接，在此确定“场轴线”。在优选的实施方式中，场轴线在局部线圈按规定工作的情况下基本上横向于局部线圈的最近的、面向检查对象的表面延伸。在此，场轴线例如可以与局部线圈的表面或与检查对象的最近的表面成45°与135°之间的角。借助该布置可以确保最优地从供电场中获得能量。
[0019]为了形成供电场，例如可以通过患者隧道的表面形成场汇(或场源)，或在患者隧道的表面区域中布置场汇(或场源)。
[0020]在此，电场线通常近似地垂直于检查对象的表面，因为通常由人的组织形成的检查对象与空气相比是良好的导体。
[0021]患者作为整体相对于位于下方的卧榻具有相对高的电容。如果在卧榻上施加交变电压，则由此患者的表面可以作为径向电场的源或汇起作用，这些电场朝着在患者隧道壁上敷设的导电面闭合，这些导电面例如通过全身天线和/或全身天线的高频屏蔽部构成，其为此目的也可以电连接。
[0022]例如可能的是，用于接收供电场的天线被构造为基本上平的，即天线例如可以刻入平的直角平行六面体中，其中直角平行六面体的每一面又通过天线接触。特别地这可以意味着，第一和第二电极的最短连接比天线横向于该连接方向的侧向延伸短。在此对于供电场可以选择大于第一电极与第二电极的间隔的几乎任意的波长。也就是，也可以选择相对低频的供电场，而不必这样大地选择第一电极与第二电极的距离，使得局部线圈难以操作。
[0023]第一电极和/或第二电极例如可以分别布置在与检查对象的最近的表面平行的面上。优选地，第一电极可以以层压为薄膜方式布置在该面上或者以其它方式集成到局部线圈中。由此，接收装置在横向于检查对象的方向上几乎没有附加的位置需求，从而可以确保简单地操作局部线圈。
[0024]在本发明的优选的实施方式中，天线具有多个天线元件，其中借助天线元件中的一个在局部线圈工作时采集磁共振信号。特别地，为采集磁共振信号而设置的磁共振接收线圈可以作为天线的配重使用。也就是，磁共振接收线圈在该情况下至少部分地构成第二电极并且在此作为天线的反电极使用。
[0025]特别地，接收装置可以包括多个天线，这些天线被构造为用于传输能量和/或传输信号或参考信号。在此，基本上平的第一电极可以共同地用于多个天线，从而通过这种方式实现用于从供电场中获得能量的特别有效的结构。这不排除，该结构或类似结构也用于传输信号，特别是参考信号。
[0026]但优选地这样构造用于传输参考信号的天线，使得接收的参考信号几乎不具有相对于发送的参考信号的相位偏移或者存在可简单确定的、即已知的相位差，例如相对于发送的参考信号具有90°的相位差。
[0027]这例如也可以借助接收装置的阻抗匹配装置来实现。此外，借助阻抗匹配装置可以对从供电场中获得能量进行优化。在被电感性地提供工作能量的局部线圈中，必须考虑从接收线圈发出的次级磁场对于患者加热的贡献。因此，通常不可以充分利用获得的电流。与之相反，在电容性传输的情况下可以这样构造配重，使得其将从接收天线发出的次级电场与患者保持远离。这实现了天线这样与局部线圈的能量供应网的输入电阻匹配，使得可以将可用的功率完全地输出到能量供应网。
[0028]阻抗匹配装置例如可以包括振荡电路，其例如这样优化来自于供电场的功率耦合输出，使得模拟数字转换器可以工作，如其可以用于将模拟的磁共振信号转换为可数字处理的信号那样。此外，对于参考信号的接收特别具有优势的是，这样构造阻抗匹配装置，使得电容效应是可忽略的，或者在信号输出端(例如能量接口或参考信号接口)上相对于发送的供电场达到已知的相移。
[0029]如开头解释的那样，供电场应当尽可能少地侵入到患者或受试者(下面仅称为“患者”)并且仅为所有允许的患者加热的一小部分。该参数例如通过所谓的“特定吸收率(Spezifische Absorptionsrate)”,即已经提到的SAR值来描述。其反映在患者的确定的体重部分中吸收入射的能量场的哪种功率，并且其可以例如通过组织中的场强、组织中的电流密度或组织中的温度上升以公知的方式来计算。
[0030]在本发明的改进方案中，在工作中交替地形成场源或场汇的场电极布置在磁共振成像系统的患者隧道的区域中，优选地布置在磁共振成像系统的患者隧道的面向患者的表面区域中。概念“在区域中”意味着如下情况:场电极可以布置在患者隧道或其表面中或上，以及也可以邻接于患者隧道或其表面地布置。场电极或所述患者隧道表面可以装备有绝缘部或覆盖部或者可以用其覆层，从而不能直接接触场电极。在磁共振成像系统工作中交替地形成场汇或场源的另一个电极布置在患者台的区域中，即例如布置在患者台中或上。“在区域中”在此关于患者台如上面描述的那样解释。特别地，可以这样进行布置，使得场源或场汇看起来定位在检查对象的规定位置处。这例如可以如下地实现，即另一个电极集成在患者台的区域中，特别是集成在患者台或脊柱线圈以及其它在患者台中或上放置的线圈中。在此，检查对象用于对场产生进行调制，从而虚拟的点状的源看起来定位在患者中。由此患者形成中心，电场的场线看起来从该中心出来，其中这些场线径向向外地朝着面向患者的患者隧道表面延伸。优选地也这样构造场汇和场源，使得其对于拉莫尔频率中的磁共振信号或磁场是可透过的。
[0031]通过纯基于电场的供电场在检查对象的区域中施加电流密度。该电流密度在此依据检查对象在电场中的位置而变化，特别是在径向施加供电场的情况下依据距场汇或场源的距离而变化。
[0032]因此在本发明的改进方案中，构造具有发送装置的磁共振成像系统，该发送装置用于无线地向局部线圈传输工作能量和/或用于传输磁共振成像系统的信号，特别是参考信号，该发送装置构造为用于依据检查对象的空间位置而变化其发送功率、其发送场强、其发送电压和/或其发送电流，即特别是用于调节和/或用于控制。由此，尤其可以于检查对象的位置无关地保持施加的电流密度，从而可以十分有效地控制和限制供电场侵入检查对象。该优点例如也可以在其它磁共振成像系统中实现，方法是将发送装置构造为用于依据检查对象的位置而变化其发送功率、其发送电流、其发送电压和/或其发送场强，而无需强制地以借助交变电压电场形式的供电场构造发送装置，而是该发送装置例如电感地工作。
[0033]特别优选地，场源和/或场汇为此包括多个电极段，其这样连接，使得其可以为传输供电场而以单独的段场强来调节。即，特别地可以这样连接电极段，使得段发送电流、段发送电压和/或段发送功率可以单独地调节。特别优选地，这可以借助可调谐的LC电路实现。在此，通过采集检查对象的位置来进行LC电路的调谐。特别优选地，LC电路被构造为用作交变电流的可调谐的电抗。
[0034]在本发明的优选的实施例中，电抗通过LC电路实现，该LC电路构造在患者隧道的区域中、例如面向患者的患者隧道表面的区域中布置的电极段和在患者台的区域中布置的电极段之间。由此，在患者台中和在孔壁中布置的电极段相应地一起构成电容器，其电容通过检查对象的位置而变化。借助电极段构成的LC电路的谐振频率由此通过检查对象的位置而变化，并且由此又改变相对于交变电流的电抗。该交变电流的强度可以用于控制单独的段场强、单独的段发送电流和/或段发送电压。例如可以这样进行谐振电路的电抗的调谐，使得当患者距离无穷远时，即当没有患者位于磁共振成像系统的测量室中时，满足谐振条件。在患者靠近电极段的情况下实现谐振电路的失谐并且由此实现阻抗提高，该阻抗提高(优选自动地)例如通过借助电抗直接降低发送电流来弓丨起发送功率或发送电压的调节。
[0035]相应地在按照本发明的方法的改进方案中，依据检查对象在磁共振成像系统中的位置而变化发送装置的发送场强、发送功率、发送电压和/或发送电流。[0036]在该改进方案中，磁共振成像系统也可以包括可借助检查对象在磁共振成像系统中的位置来调谐的电容器，其中电容器的一个电极基本上与场源一致并且电容器的第二电极基本上与场汇一致。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]下面在参考附图的条件下根据实施例再次对本发明作进一步的说明。在此在不同的附图中，相同的部件具有相同的附图标记。附图中:
[0038]图1示出了按照本发明的磁共振成像系统的实施例和按照本发明的局部线圈的实施例；
[0039]图2示出了根据现有技术的局部线圈的实施例；
[0040]图3示出了按照本发明的局部线圈的另一个实施例，其具有用于传输工作能量的天线，该天线具有同样用于接收或产生磁共振信号的天线元件；
[0041]图4示出了具有用于传输工作能量的天线的天线元件的局部线圈的示意性的、分段的示图；
[0042]图5示出了利用多个天线来传输工作能量并且传输参考信号的接收装置，这些天线部分地具有共同的天线元件；
[0043]图6示出了检查对象的位置变化对供电场的分布的影响；和
[0044]图7示出了按照本发明依据检查对象的位置对供电场的发送功率的自动匹配的示例。
【具体实施方式】
[0045]图1示出了具有局部线圈100的磁共振系统I的简单原理框图，该局部线圈例如可以如关于图3至图5详细描述地那样改进。该磁共振系统I的核心是惯常的断层成像设备(也称为扫描器)，在该断层成像设备中在圆柱形测量空间或患者隧道10 (也称为孔)中将检查对象O定位在患者台20或患者卧榻上。
[0046]此外，磁共振系统I还可以具有随后描述的部件，其部分地为清楚起见而未示出。
[0047]在断层成像设备内部可以存在固定安装的全身天线装置，其例如被构造为用于发出磁共振激励信号或必要时也用于接收磁共振信号的鸟笼天线。
[0048]如图1所示，在此在工作中局部线圈100位于磁共振系统I的断层成像设备的孔10中。该局部线圈100与磁共振系统I的传输信号接收组件无线地连接，该传输信号接收组件可以实现为在磁共振系统I的未示出的工作控制装置中的原始数据采集接口的部件。
[0049]该工作控制装置的部件或原始数据采集接口在此也可以是MR信号处理装置。在此要明确指出的是，系统可以任意地缩放，即在相应地构造局部线圈的情况下可以使用MR信号处理装置的任意数量的物理输入端。
[0050]可以由工作控制装置来控制断层成像设备。例如将终端(或操作控制台)经由终端接口连接到工作控制装置，操作人员可以经由该终端操作工作控制装置并且由此操作断层成像设备。
[0051]工作控制装置还可以经由断层成像设备控制接口与断层成像设备连接，以便合适地控制断层成像设备的不同的部件，诸如基本场磁体、梯度系统、固定安装的具有全身天线装置的高频发送系统、患者台20等。
[0052]经由断层成像设备控制接口可以例如通过序列控制单元优选基于扫描协议将合适的控制命令输出到断层成像设备，由此发出期望的脉冲序列，即对于用于产生期望的磁场梯度(未示出的)梯度线圈而言是高频脉冲和梯度脉冲。
[0053]此外，工作控制装置还可以具有存储器，在该存储器中例如可以存储产生的图像数据并且可以存储测量协议。
[0054]经由在此如所述那样尤其具有传输信号接收组件的原始数据采集接口来采集原始数据，即读取所接收的MR接收信号。然后在MR信号处理装置中进一步处理所接收的信号并且将其传送到图像重建单元，该图像重建单元以通常的方式从中产生期望的磁共振图像数据。这些磁共振图像数据例如可以存储在存储器中或者至少部分地在终端上输出或者经由通信网络传输到诸如诊断站点或大容量存储器的另外的部件。
[0055]工作控制装置以及终端同样可以是断层成像设备的构成整体所需的组成部分。此外，整个磁共振系统I还具有这样的系统的所有其它通常的部件或特征，但其如提到的那样为了更清楚起见在图1中未示出。
[0056]因为在实施例中局部线圈100应无线地与工作控制装置通信，所以在此此外在断层成像设备控制接口上连接指令发送装置(同样未示出)，其将指令或控制信号无线地传输到局部线圈100。
[0057]此外，在断层成像设备控制接口上还连接发送装置30，其无线地将能量发送到局部线圈100的天线150，以便向局部线圈100提供工作能量和必要时其它的信号，在此为参考信号。所接收的能量例如可以进一步引至局部线圈100中的(未示出的)局部线圈控制装置，或者也可以转发到其它的局部线圈，其中借助单个的局部线圈控制装置可以并行地操作多个局部线圈。
[0058]按照本发明，通过具有与供电场V谐振的电容性天线150的接收装置130向局部线圈输送能量。因为该天线150用来接收用于局部线圈100的能量和/或信号，所以其也可以被称为能量接收天线或参考信号和/或控制信号接收天线。能量传输不是通过高频磁场进行，而是按照本发明通过高频电场进行，该高频电场在该实施例中径向地在患者台20或检查对象O和患者隧道15的表面或磁共振断层成像设备I的内壁(即孔壁)之间延伸。特别地，如后面还要解释的那样，供电场V的频率应当与为激励核自旋而使用的磁共振频率不同，并且优选地低于该磁共振频率。例如可以通过在患者卧榻20和提到的体线圈的高频屏蔽部17之间的20cm来产生例如强度为lkV/m的供电场，方法是在患者卧榻20和高频屏蔽部17之间施加例如200V的交变电压。屏蔽部17例如可以与体线圈一起置于地电势，并且将提到的电压相对于地电势馈入到集成在患者卧榻20中的场汇60。利用发送信号发生器31进行馈电，该发送信号发生器在已置于地电势的场源50和场汇60之间产生变交电场。下面出于更易读的原因，将在孔10或孔壁15的区域内安装的电极称为场源50，并且在患者台区域内的电极称为场汇60，即使由于交变电场而导致场汇或场源的功能交换。
[0059]在该实施例中，场汇60通过添加到卧榻20中的线网构成。在此优选这样构造该线网，使得其对于拉莫尔频率中的磁共振信号或磁场是可透过的，这例如可以通过网状的树形结构在没有封闭的网孔的条件下实现。该网例如可以安装到卧榻本身、在卧榻上放置的垫子中或也可以安装到位于患者台上或中的脊柱线圈中。由此可以以不同的方式在患者台20的区域内布置场汇60，其中对于这样布置的场汇60和作为场源50使用的HF屏蔽部17而言又构成径向供电场V。在该情况下，场汇60处于圆柱形的患者隧道10内，其纵轴线基本上与基本磁场平行地在z方向上定向。在该实施例中，场源50和场汇60与发送信号发生器31—起构成用于供电场V的发送装置30。在此强调，与示出的实施例不同，场源50例如不是必须与地电势连接，而是对于场源50存在相对于场汇60限定地偏差的参考电势就足够了。
[0060]如已经表明的那样，由局部线圈100接收的MR信号由局部线圈控制装置以准备好的方式、例如以数字化的方式作为MR数据输送到磁共振数据发送器，从该磁共振数据发送器出发将这些MR数据经由数据天线发送到磁共振系统I的接收天线。由接收天线接收的MR数据如上面描述的那样被进一步处理。
[0061]在此强调，局部线圈100也可以是用于将HF脉冲发送到检查对象的局部线圈100或者是具有所述功能的组合的局部线圈100。为此，局部线圈100必须设有转换部件，以便其从无线的接收模式转换为无线的发送模式。
[0062]此外，在局部线圈100上还可以连接指令接收装置，其接收无线发送的指令。指令例如同样被转发给局部线圈控制装置。
[0063]图2为此示出了按照现有技术的传统的局部线圈100'。其例如具有同样未示出的能量供应装置，并且构造成用于借助数据天线173无线地传输磁共振数据。借助磁共振接收线圈170从检查对象采集磁共振数据，将其转发给磁共振接收器171，相应地准备、特别是数字化并且借助磁共振数据发送器172经由数据天线173发送给成像系统的接收装置。
[0064]与传统的成像系统不同，在按照本发明的MR成像系统I中通过作为径向的交变电场构造的供电场V在位于患者上方或侧面的“前部”局部线圈100情况下利用短的、径向地从患者指向外的所谓的“电容性天线” 150获取能量。如后面还将详细描述的那样，可以通过基本上平的电极来改善其效果，该电极在图1中已经以星形电线(Drahtstern)表示。
[0065]图3详细示出了相应的局部线圈100的实施例。除了已经参考图2描述的部件诸如磁共振接收线圈170、磁共振接收器171、磁共振数据发送器172和数据天线173之外，局部线圈100附加地还具有接收装置130'，其构造为用于从供电场V中获得工作能量和/或开头描述的参考信号。特别地，为此接收装置130'具有所谓的电容性天线150'，该电容性天线具有基本上平的第一电极155'。该第一电极作为中断的环布置在例如在电容性天线15(V的第二电极15V上方2cm的间隔中、在所谓的天线高度中。天线15(V的电容通过振荡电路线圈156'来补充，从而使天线15(V与供电场的交变电压频率谐振。由该振荡电路向整流器157'输出功率，然后该整流器可以向局部线圈电子器件供电，诸如磁共振接收器171和磁共振数据发送器172或尤其模拟数字转换器，该模拟数字转换器用于将磁共振信号转换为经由数据天线173发射的数字发送信号。
[0066]同样从图3中可以看出，在该情况下同时作为磁共振接收线圈170使用的第二电极158'同样与整流器157'连接，从而天线150'具有部件第一电极155'、振荡电路线圈156'、整流器157'和第二电极158'。从供电场中分接的在第一电极155'和第二电极158'之间的电压差产生电流，特别是交变电流，其通过整流器157'来整流。
[0067]在此，具有振荡电路线圈156'的振荡电路可以同时被理解为阻抗匹配装置140'。特别具有优势的是，这样选择天线150'的交流电阻，使得其基本上相应于局部线圈100的部件的供电输入端的交变电流电阻，该局部线圈应当以从供电场中获得的能量被供电。例如可以以在磁共振接收线圈170上方2cm的天线高度，从开头描述的供电场V中获得20V的电压。在供电场的频率为5MHz的情况下，具有5pF电容的第一电极的内阻为大约
6.4千欧姆。其可以通过串联连接的、例如具有L = 200 μ H的电感的振荡电路线圈156'，在品质为Q = 100的情况下降低到64欧姆。由此例如在整流器上可以有1.5瓦的有功功率可用。
[0068]对于总是机械地与卧榻接触的、靠近检查对象的背面安装的后部线圈(脊柱线圈)，通常不需要无线的信号传输或能量供应。
[0069]但不排除，在此也从在卧榻和患者之间的耦合电容中分接电压。优选地，在卧榻下方布置的脊柱线圈以上面对于前部线圈描述的方式借助供电场工作。
[0070]图4示出了具有另一个按照本发明的电容性天线的局部线圈100的一部分，其中仅不意性表不第一电极155*和第二电极158*。相应的、具有电极155*、158*的电容性天线的另外的部件在该实施例中未示出。第一电极155*与第二电极158*—样被构造为平的星形电线。该构造引起对于磁共振信号或电感性传输的信号的可透过性，从而并不通过电容性天线妨碍接收磁共振信号或其它电感性传输的信号，例如控制信号。空间间隔、即在第一电极155*和第二电极158*之间的最短连接确定所谓的场轴线FA。如果场轴线FA基本上在供电场的场线方向上延伸，则由此可以以优化的方式从供电场中获得能量，其基本上相应于在第一电极155*和第二电极158*之间的供电场场强差与两个电极的距离的乘积。因此具有优势的是，场轴线FA与局部线圈的面向患者O的表面成角α，该角位于45°和135°之间的范围中，从而在天线的电极155*和158*之间存在供电场的尽可能大的电势差，因为场轴线FA的取向基本上与在天线区域中供电场的场线取向一致。
[0071 ] 在此，第一电极155*和第二电极158*修改天线的电容，类似于具有相关联的配重或相关联的反电极的顶电容。由此特别具有优势的是，第一电极155*和第二电极158*提供了对天线的总电容的基本上电容性的份额，其实现了将天线调谐到供电场的频率。
[0072]图5示出了接收装置130"的改进方案，其按照本发明布置在局部线圈中或上。除了天线150a"和150b"之外，接收装置130"附加地还具有天线15(V ''，天线150,''被构造为用于接收开头描述的磁共振成像系统的参考信号。在此，同样从供电场中获得参考信号并且将其传输到磁共振局部线圈174，该磁共振局部线圈174例如可以具有关于图2描述的部件:磁共振接收线圈、磁共振接收器、磁共振数据发送器和数据天线。这例如可以借助接收装置130"的参考信号接口 132'实现。
[0073]在该实施例中，供电场被构造为具有5MHz频率的交变电场。由此，其如已经解释的那样在本发明的意义上“低频地”构造，使得供电场几乎不能侵入到患者。将接收的参考信号的频率在局部线圈中按照其频率加倍，使得其相应于磁共振成像系统的为IOMHz的基本时钟(Grundtakt)或共同的参考时间信号。优选地，在参考信号接口 132 "上提供相应的双倍频率的信号。用于接收参考信号的天线150,''又具有基本上平的第一电极155'''和基本上平的第二电极158'''。与第一电极155'''的电容和第二电极158'''的电容结合地这样选择电感器156'''，使得可以在参考信号接口 132上产生在磁共振成像系统的参考信号之间为90°的限定相移。特别地，该限定的偏移导致局部线圈174能够完全与磁共振成像系统的基本时钟冋步。
[0074]此外，接收装置13(V '具有天线150a''和150b''两者，用于向局部线圈174提供能量。这两个天线这样布置，使得其包括共同的第一电极155''。除了共同的第一电极155''，每个天线附加地还具有振荡电路线圈156a''或156b''和整流器157a''或157b''作为部件。整流器157a''或157b''的输出端与仅示意性示出的耦合部件160这样彼此连接，使得从供电场中获得的电压为共同的供电电流提供份额。该供电电流可以在接收装置130'，的能量接口 131'，处获得并且输送到磁共振局部线圈174。
[0075]如同样可以看出的，相对于第一电极155'丨，各个第二电极158a'丨和158b''分别确定彼此不同取向的场轴线，从而在将局部线圈任意地布置在检查对象上时在任何情况下都可以确保从供电场中获得足够的能量。由此实现了所谓的“天线分集”，即经由彼此不同取向的天线接收供电场。
[0076]在图5中作为分开的部件示出了接收装置130'，和局部线圈174。当然也可以将接收装置130'，集成到局部线圈174中或与其一起布置在共同的壳体中。
[0077]为了提供能量和/或为了传输参考信号而设置的供电场应当仅为总共允许的患者加热提供小的份额。在为磁共振成像使用的高频磁场中，在良好导电的组织中出现最大的加热。与之相反，以按照本发明的供电场施加电流密度，并且靠近检查对象的表面地在不太良好导电的患者的皮肤和脂肪层中出现最大的局部功率密度，即与特定吸收率对应的功率密度值。在场强为lkV/m并且供电场的频率为5MHz的情况下在场汇和场源之间的偏移电流密度例如是J/ σ = ω ε E=0.28A/m2。在脂肪组织(其导电率σ是大约0.04S/m)中得到的功率密度J2/ σ由此是大约2W/m3，其相应于0.002W/kg。由该小的功率密度得出的加热相对于典型地容许的值10W/kg能够可靠地忽略。在患者背面流入的电流密度是相应于较小面积的大约三倍，这导致大约九倍大的功率密度0.018W/kg。但这仍是极小的。
[0078]如图6所示，但是不排除，患者O的身体部位可以靠近孔壁15或者其甚至可以接触该孔壁。在场源50和场汇60之间施加的例如200V的电压然后会导致提高的、由于电场引起的电流密度。如果距孔壁例如20cm的距离被减小到例如1cm，则在此电流密度上升到20倍并且局部的特定吸收率上升到400倍为0.8W/kg，并且由此已经耗尽了局部容许的SAR预算的相当可观的部分。
[0079]可以尝试，在患者O靠近孔壁15的情况下减小供电场V的发送电压。相应的调节电路通过具有线圈L和电容器C的电抗构造。在孔壁15的区域和患者台20的区域之间形成的电容器C的电容可以通过在患者隧道10中的患者位置来改变，从而改变电抗的阻抗。借助该阻抗变化可以调节发送电压。
[0080]图7示出了具有发送装置30'的本发明的实施例，其构造为用于依据在磁共振成像系统中患者O的位置来改变供电场V的场强(或改变发送电压和由此间接地改变发送功率)。为此以巧妙地方式力求，限制患者隧道15'表面上的面电流密度。在本发明的该实施方式中示出了电极段15a至15h，其形成患者隧道的分成小的子面的表面15'。由此，发送装置30'具有带有多个电极段15a至15h的场源50。附加地，优选同样分割地构造场汇60，即场汇60也具有多个小的子面，其作为场汇60的电极段20a至20d使用。在此，分开地限制在场源50或场汇60的每个子面中的电流，更确切地说，依据在磁共振成像系统或患者隧道10中患者O的位置进行限制。由此，供电场的场强可以通过多个子场的电压变化(关于患者表面)在空间上变得均匀。用于产生子场的相应的发送场强下面被称为段场强。
[0081]为了改变段场强，每个子面配备有单独的小的谐振线圈L1、L2。患者隧道和卧榻20的子面(即场源50和场汇60)彼此分别形成电容器式的装置的电极面CP1、CP2，其中在检查对象O的磁共振检查中该检查对象在一定程度上作为电介质布置在电容器的电极平面之间。在此，这样按照谐振对小的谐振线圈L1、L2和子面电容进行调谐，使得其形成LC串联电路，如果在磁共振成像系统的患者隧道10中不存在检查对象O或如果在子面或电极段15a至15h和20a至20d之间不布置检查对象0，则LC串联电路谐振。
[0082]LC电路分别构成用于交变电流的电抗，该电抗在谐振的情况下为零。随着靠近患者而电容提高。因此，谐振频率变得更低，并且保留电感性的电抗，其可以将段场强变小。最后，通过谐振电路的影响将对于所有段相同的、激励的电压变换为施加的电流。也就是，段电压均恰好建立为使得从壁发出到处大致相同的电流密度。为此可以使用该交变电流，以便依据检查对象O的位置来调节或控制发送装置30'的发送场强。此外，如从图7中可以获得的，在检查对象O靠近电极段15a至15h和20a至20d的情况下通过LC电路失谐来提高与由电极段20d和谐振线圈组成的供电段25相关联的电抗。
[0083]由此，每个供电段25可以与取决于位置(即取决于检查对象O的位置)的段场强PSa至PSh相关联。由此可以设置或调节单独的段场强PSa至PSh，其在检查对象O的表面上近似地施加均匀的电流密度。
[0084]替换地，对于每个段可以使用独立的单独可控的发送装置，特别是电压源。在该情况下例如可以将患者卧榻接地。
[0085]由上述描述明显可以看出，本发明提供了十分有效的可能性，用于也在具有有源植入物患者中使用无线工作的局部线圈。
[0086]在此要指出的是，除了所描述的和通常的用于接收或用于产生磁共振信号的部件，局部线圈例如还可以包括能量存储器，其可以借助接收装置被供给能量。此外，可以按照所谓的时间复用法进行能量供应或传输参考信号或其它信号，即优选在不借助局部线圈产生或接收磁共振信号时进行信号或能量的传输。
[0087]最后同样要指出的是，上述详细描述的磁共振成像系统或局部线圈仅是实施例，其可以由专业人员以不同的方工修改，而不脱离本发明的范围。特别要指出的是，可以以任意的组合使用所有实施例的特征或在附图中公开的改进方案。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用，不排除有关的特征也能多次出现。同样，术语“单元”不排除有关的部件由多个协作的子部件组成，其必要时也可以在空间上分布。
[0088]附图标记列表[0089]IMR成像系统[0090]10患者隧道/孔[0091]15， 15'患者隧道的表面[0092]15a,...15h电极段[0093]17HF屏蔽部[0094]20患者台/卧榻[0095]20a,…20d电极段[0096]25供电段[0097]30, 30; 发送装置[0098]31发送信号发生器[0099]50场源[0100]60场汇[0101]100局部线圈[0102]100'传统的局部线圈[0103]130，130' , 130"接收装置[0104]131'能量接口[0105]132'参考信号接口[0106]140'阻抗匹配装置[0107]150，150'，150a"，150b" ,150''天线[0108]155',155" , 155/ ' ' , 155*第一电极[0109]156',156" , 156/ ''振荡电路线圈[0110]157'，157a"，157b" ,157'''整流器[0111]158'，158a"，158b" ,158'''第二电极/天线元件[0112]160耦合部件[0113]170磁共振接收线圈/天线元件[0114]171磁共振接收器[0115]172磁共振数据发送器[0116]173数据天线[0117]174磁共振局部线圈[0118]α角[0119]C电容 器[0120]CPl,CP2 电极面[0121]FA场轴线[0122]L, LI，L2 电感器[0123]O检查对象/患者[0124]PSa,...，PSh 段场强[0125]V供电场[0126]Z方向
【权利要求】
1.一种磁共振成像系统(I)的用于采集磁共振信号的局部线圈(100)，所述局部线圈具有接收装置(130，130'，130")，所述接收装置用于无线地传输所述局部线圈(100)的工作能量和/或所述磁共振成像系统(I)的信号，其中，所述接收装置(130，130'，130")构造为用于从供电场(V)中获得所述工作能量和/或所述信号，所述供电场构造为在场源(50 )和场汇(60 )之间的交变电场。
2.根据权利要求1所述的局部线圈(100)，其特征在于天线(150,150',150a "，150b"，150''')，所述天线构造为用于基于在所述局部线圈(100)的区域中存在的供电场(V)的电势差产生电流，并且其中，所述接收装置(130'，130")构造为使得从所述电流中获得所述局部线圈的工作能量和/或所述信号。
3.根据权利要求2所述的局部线圈(100)，其特征在于，所述天线(150,150'，150a"，1501^,150''')包括如下装置，所述装置具有基本上平的第一电极(155'，155"，155' ' '，155*)和第二电极(158' , 158a" , 158b"，158' ' '，158*)，其中，所述第一电极(155'，155" , 155 ; ' '，155*)和所述第二电极(158 ' , 158a" , 158b" , 158 ;''，158*)彼此间隔地布置。
4.根据权利要求2或3所述的局部线圈(100)，其特征在于，所述第一电极(155*)和所述第二电极(158*)在所述局部线圈(100)按规定布置在所述供电场(V)中的情况下基本上在所述供电场(V)的方向上间隔，其中，优选地通过所述间隔确定场轴线(FA)，并且所述场轴线(FA)在所述局部线圈(100)按规定工作的情况下基本上横向于、优选以45°与135°之间的角(α )横向于所述局部线圈(100)的最近的、朝向所述检查对象(O)的表面延伸。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的局部线圈(100)，其特征在于，所述接收装置(130,130' ,130")具有带有多个天线元件的天线(150')，其中，借助天线元件(158'，170)在所述局部线圈(100)工作时采集磁共振信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的局部线圈，其特征在于，所述接收装置(130〃)包括多个天线(150a〃，150b"，15(V ’ ' )，其中，对于多个天线(150a"，150屮'')使用共同的、特别优选地基本上平的第一电极(155〃)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的局部线圈(100)，其特征在于，所述接收装置(130')、特别优选地所述天线(150')具有阻抗匹配装置(140')。
8.一种磁共振成像系统(1)，具有发送装置(30，30')，所述发送装置用于无线地传输局部线圈(100)的工作能量和/或所述磁共振成像系统(I)的信号，其中，所述发送装置(30，30')具有发送信号发生器(31)，所述发送信号发生器与场源(50)和场汇(60)连接，其中，这样构造所述发送装置(30，30')，使得在工作时借助供电场(V)来传输所述工作能量和/或所述信号，所述供电场作为交变电场在所述场源(50)和所述场汇(60)之间施加。
9.一种磁共振成像系统(I )、优选为根据权利要求8所述的磁共振成像系统，具有发送装置(30)，所述发送装置用于无线地传输局部线圈(100)的工作能量和/或所述磁共振成像系统(I)的信号，其特征在于，所述发送装置(30')构造为用于根据检查对象(O)的位置而变化其发送场强和/或发送电压和/或发送功率和/或发送电流。
10.根据权利要求8或9所述的磁共振成像系统(1)，其特征在于，在工作中交替地形成场源(50)或场汇(60)的场电极被布置在所述磁共振成像系统(I)的患者隧道(10)的区域中，并且，在工作中交替地形成场汇(60)或场源(50)的另一个场电极基本上被布置在患者台(20)的区域中。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的磁共振成像系统(I)，其特征在于，所述场源(50)和/或所述场汇(60)包括多个电极段(15a,..., 15h, 20a,..., 20c),所述电极段这样接线，使得其能够以单独的段场强(PSa，...,PSh)来调节，用于传输所述供电场(V)。
12.根据权利要求11所述的磁共振成像系统(1)，其特征在于，所述磁共振成像系统(I)针对每个电极段(15a，15h，20a，...，20c)分别具有可单独调节的限流电阻，用于调节单独的段场强(？3&，...^51!)。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的磁共振成像系统(I)，其特征在于，所述磁共振成像系统(I)包括特别优选地能够借助电极段(15a,...，15h，20a,...，20c)调谐的LC电路，其中，通过采集所述检查对象(O)的位置来进行LC电路的调谐。
14.一种根据权利要求8至13中任一项所述的磁共振成像系统和一种根据权利要求1至7中任一项所述的局部线圈(100)。
15.一种用于借助供电场(V)向磁共振成像系统(I)的局部线圈(100)传输工作能量和/或信号的方法，其中，将所述供电场(V)作为交变电压场在所述磁共振成像系统(I)的场源(50 )和场汇(60 )之间 切换，其中，从所述供电场(V)中获得工作能量和/或信号。
【文档编号】G01R33/36GK103513201SQ201310231021
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月9日 优先权日:2012年6月21日
【发明者】M.维斯特 申请人:西门子公司