用于磁共振断层扫描的发射设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于磁共振断层扫描的发射设备，所述发射设备具有在空间上靠近与之相连的发射线圈（10）地被布置的发射器。所述发射器被构造为直接与发射线圈（10）相连的高频电源（20、30）。
【专利说明】
用于磁共振断层扫描的发射设备
技术领域
[0001 ] 本发明涉及一种用于磁共振断层扫描（Magnetresonanztomographen)的发射设 备，所述发射设备具有在空间上靠近与之相连的发射线圈地被布置的发射器。
【背景技术】
[0002] 磁共振断层扫描包括至少一个用于产生出磁场的发射线圈。通常，发射器由具有 被限定的输出阻抗(例如50 Q)的模拟的、线性的AB类发射器、具有用于将发射功率传输到 发射线圈中的被限定的特性阻抗(例如50 Q)的同轴电缆、具有用于将由于发射线圈的失配 而被反射的功率从发射器中排出（A b 1 e i t e n )的负载阻抗的功率循环器 (Leistungszirkulator)和在要检查的对象中产生Bi磁场的发射线圈组成。该发射线圈每 次都利用至少一个纵向电容器和一个横向电容器在所希望的频带的中间被调整到谐振并 且与例如50 Q输入阻抗适配。
[0003] 该装置在所给出的发射功率的情况下有强烈地与负载和频率有关的&磁场振幅。 因而必要的是，对针对所希望的磁场振幅的发射功率与负载有关地进行校准。该过程被称 作"调整一扫描(Adjustment-Scan)"。在离开谐振频率的地方的运行由于对循环器阻抗的 反应性(reaktive)失配而导致出磁场的减小。因而，发射线圈通常在真正的测量之前被调 整到谐振到与负载有关的频带中间上。因此，可达到的带宽保持与线圈品质并且由此与被 布置在发射线圈中的对象(例如人)有关。发射器的输出功率以此关于所产生的出磁场有可 变的效应，这使得不仅发射器的输出功率的调整而且发射器的输出功率的校准在负载的每 次改变之后是必要的。
[0004] 另一缺点在于，发射线圈鉴于可传输到对象中的RF(射频(Radio Frequency))能 量和平均功率而具有界限。在磁场断层扫描运行时，减小的RF振幅以及占空比应该没有其 它限制或者降级(Degrat i on )地是可能的。这通过传统的AB类发射器不能被确保，在所述传 统的AB类发射器的情况下，效率和平均输出功率以大的占空比大大降低。然而这可导致更 差的图像记录(Bildaufnahmen)。鉴于最大的输出功率和对发射线圈中的要检查的对象的 影响，发射器及其用于补偿效率的电流供电的尺寸过大(Ueberdimensionierung)然而不是 没有困难地是可能的。
[0005] 这种用于磁共振断层扫描的发射设备例如从DE 101 27 266 C2公知。在该发射设 备中，为了将发射器部分地集成到发射线圈中，该发射线圈的产生场的线环 (Drahtschleifen)通过被装入到其中的在时间上延迟地被激励的开关元件而与电压供电 装置相连。由此，尽可能地取消包括传输电缆在内的适配和传输环节以及用于阻抗适配到 线圈上的变换环节。
【发明内容】
[0006] 因而本发明的任务是，说明一种用于磁共振断层扫描的发射设备，在所述用于磁 共振断层扫描的发射设备的情况下，可以避免在适配发射线圈的情况下的困难以及在输出 功率方面的限制，并且所述用于磁共振断层扫描的发射设备具有简单的结构。
[0007] 该任务通过按照专利权利要求1的特征的发射设备解决。有利的构建方案从从属 专利权利要求中得出。
[0008] 为了解决该任务，设置有具有发射器的用于磁共振断层扫描的发射设备，所述发 射器在空间上靠近连接该发射器的发射线圈地被布置。按照本发明，该发射器被构造为直 接与发射线圈相连的高频电源。
[0009] 高频电源与发射线圈之间的直接连接要被理解为在没有具有所限定的特性阻抗 (例如50 Q )的电缆的情况下并且在没有相对应的适配网络的情况下实现这些部件之间的 连接。省去所限定的固定的馈电阻抗(Spe i se impedanz )使得能够实现经过发射线圈的与负 载阻抗无关的电流和由此与负载无关的也磁场振幅。利用串联电容器以串联谐振的方式被 调整谐振的发射线圈利用它的失谐(Verstimmung)(也就是说在谐振之外的宽带运行)和在 所述发射线圈内部的电阻性负载来改变它的电抗。这可以由高频电源平衡，使得磁场振幅 保持恒定。用于阻抗适配和谐振失谐的测量和设置是不必要的。
[0010] 高频电源可以由电压源和分立的A/4变压器构成。该分立的V4变压器将附在电压 源的输出端上的电压"转化"为电流。
[0011] 在此，该分立的A/4变压器直接与发射线圈相连。该分立的A/4变压器可以是低通 滤波器(例如环节)或者高通滤波器或者A/4线路或者T环节。发射线圈和高频电源的直接 连接可以通过不均匀的传输线路来实现。
[0012]所述电压源可以由具有多个开关元件的时控(getaktet)电压源(所谓的斩波电路 (Zerhackerschaltung))构成，所述时控电压源在发射设备运行时从直流电压源被馈电。该 直流电压源可以例如以电容器和整流器的形式从交流电压电网被馈电。所述时控开关电压 源可以例如被实现为开关电网部分(Schaltnetzteil)。
[0013] 所述时控电压源的开关元件可以在发射设备运行时数字地或者同步地被控制，经 此调幅从激励开关元件的时间上的模式和开关时钟（Schal ttakt)的频率中得到。在此，在 发射设备运行时，在调幅的情况下围绕开关时钟的频率对称地形成两个边带 (Sei tenbaender )，其中一个边带是发射线圈的要发射的频带。适宜地，在发射设备运行时， 没有功率在两个边带的另一个边带中被实现。这意味着，所述两个边带的另一个边带在频 谱中应该位于具有所连接的串联谐振的线圈的V4变压器的并联谐振部位上。
[0014] 如上面已经描述的那样，发射线圈可以具有电感和与该电感串联接线的电容器， 其中所述电感和所述电容器以串联谐振的方式被调整。在发射设备运行时，流经发射线圈 的电流可以被保持恒定，其方式是电压源的馈电电压在发射线圈的电抗由于失谐和/或电 阻性加载荷而变化的情况下变动。所述电压源的馈电电压的变化在出现失谐和/或电阻性 加载荷的情况下可以自动地实现。
[0015] 结果，按照本发明所建议的发射设备通过在由串联电容器串联谐振的线圈电感 (发射线圈）上使用高频电源来解决Bi磁场产生(Bi-Magnetfelderzeugung)的问题。高频电 源通过时控电压源的A/4变换来实现。省去所限定的固定的馈电阻抗使得能够实现与负载 阻抗无关的线圈电流和由此所寻求的与负载无关的也磁场振幅。为了该目的，发射器直接 被安置在发射线圈上，因为否则显著长度的线路会导致驻波，所述驻波沿着线路会产生高 的电压和电流。串联谐振的线圈在失谐(也就是说在谐振之外的宽带运行)和在发射线圈之 内的电阻性的负载的情况下改变它的电抗。这只是导致馈电电压需求的升高，而m磁场振 幅保持恒定。用于阻抗适配和谐振失谐的测量和电容器设置是不必要的。
【附图说明】
[0016] 本发明及其优点随后进一步依据实施例进一步被阐明。
[0017] 图1示出了传统的发射设备的电等效电路图， 图2示出了其中在不同负载的情况下根据在根据图1的发射设备中的频率绘制经过发 射线圈的电流的曲线图， 图3示出了按照本发明所构造的发射设备的示意性的等效电路图， 图4示出了其中根据不同的加载荷关于频率绘制经过线圈的电流的曲线图，和 图5示出了根据其围绕开关时钟的频率对称地示出线圈电流的在发射设备运行时形成 的边带的曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 图1示出了用于磁共振断层扫描的传统的发射设备的示意性的等效电路图。该发 射设备包括(例如以模拟的、线性的AB类发射器为构型的)模拟发射器丹，所述模拟发射器Pi 具有所限定的输出电阻(例如50 Q)。由该发射器生的发射功率通过传输线路K(例如具 有所限定的特性阻抗(例如50 Q)的同轴电缆)被传输给发射线圈10。该发射线圈10(由电感 U代表)变换器式地（由变压器h代表)与负载40耦合。负载40例如是在电等效电路图中由电 感1^和并联的电阻Ri所代表的患者。发射线圈10或电感U利用纵向电容器&和横向电容器& 在所希望的频带的中间被调整到谐振并且与传输线路K的特性阻抗(例如50 Q )适配。与电 容器C2串联接线的电阻办代表发射线圈10的电阻。此外，为了检测流经发射线圈10的电流， 在谐振回路中存在电流测量装置1|?。此外，在传输线路K中存在功率循环器Xi，所述功率循 环器心以它的第一端子被连接到发射器Pi，以它的第二端子被连接到传输线路K并且以它的 第三端子被连接到负载电阻R 3。该循环器Xi与传输线路K的特性阻抗适配并且用于将通过发 射线圈10的失配所反射的功率从发射器Pi*排出。
[0019] 在图1中所示出的装置在发射器Pi的给出的发射功率的情况下有与负载和频率有 关的强的也磁场振幅。因而，发射功率必须针对所希望的磁场振幅与负载有关地被校准。在 磁共振断层扫描中的不同大小的负载(例如不同身高和/或体重的患者)的影响使人在经过 发射线圈10的不同的电流中感觉到。例如，这可以从在图2中的针对不同大小的负载 40a、…、40k的曲线簇(Kurvenschar)推断出，其中根据频率f示出流经电感Li的电流1测量。在 此，如没有困难地由图2得知的那样，发射线圈10被调整到略低于63.5MHz的谐振频率上。为 了避免线圈电流和由此磁场根据负载的变化，与负载有关的频带中间要在真正的测量之前 被调整到谐振(resonant)。此外，在离开谐振频率的地方的运行由于对循环器乂:的循环器 阻抗的反应性失配而导致也磁场的减小。
[0020] 图3示出了按照本发明的用于磁共振断层扫描的发射设备的示意性的等效电路 图。在该示意性的图示中，发射线圈10由高频电源供给电流，所述高频电源由电压源20和分 立的A/4变压器30构成。发射线圈10(由电感U、与之串联接线的电容器Q和线圈电阻心代 表)通过尤其是电容器&的相对应的设计(Auslegung)以串联谐振的方式被调整。发射线圈 10直接(也就是说没有与确定的特性阻抗适配并且不存在适配网络地)与高频电源相连。更 准确地说，发射线圈10通过V4变压器30与电压源20相连。
[0021] 省去所限定的固定的馈电阻抗使得能够实现与负载阻抗无关的线圈电流和由此 发射线圈10的与负载无关的也磁场振幅。串联谐振的线圈10利用失谐(也就是说在谐振之 外的宽带运行)和通过在图3中未示出的负载的电阻性的加载荷来改变它的电抗。负载变压 器式地(如这与图1相结合地曾被示出的那样)与发射线圈10的电感U耦合。这两者都导致 馈电电压需求的升高，而也磁场振幅保持恒定。用于阻抗适配和谐振失谐的测量和电容器 设置是不必要的。
[0022] 由时控开关电压源构成的电压源20被实现为所谓的斩波器。由电压源所映射 (abgebildete)的电压通过A/4变压器30被变换为发射线圈10所必需的电流。电压源20由不 再被示出的直流电压源馈电，所述直流电压源例如以电容器(C 3)和整流器(未示出）的形式 由同样没有进一步被示出的交流电压电网馈电。
[0023] 时控开关电压源的开关元件数字地并且同步地被控制。开关位置 (Scha 11ste 11 ung)和开关时钟的时间上的位模式得出AM调制，在所述AM调制的情况下，两 个边带围绕所希望的开关时钟频率对称地形成。这可以示意性地例如从图5的曲线图中推 断出。在这种情况下，所希望的开关时钟频率用《 〇表征，并且约为78 MHz。用《 i表征的边带 得出要发射的频带(这里示例性地在大约63至64 MHz的范围内）。另一边带c〇2没有实现功 率并且因此也没有造成开关电流。这引起边带在频谱中应该位于具有所连接的串联谐 振的线圈(发射线圈）的V4变压器电路的并联谐振部位上。
[0024] 图4示出了其中在频率f上示出流经发射线圈10的电流1|?=1麵以及高频电源的 为了驱动线圈电流而出现的电流I开关的曲线图。如没有困难地可识别出的那样，在用表 征的频域中，流经发射线圈10的电流lilt与负载无关、几乎恒定。与此相对，明显可识别出的 是，由高频电源所提供的电流关在不同的负载(例如患者）的情况下在发射线圈10中变动。 所述负载变化由具有高频电源的电流的不同的曲线变化过程的曲线簇得知。
[0025] 如上面已经描述的那样，在使用高频电源的情况下为了驱动磁共振断层扫描的发 射线圈没有必要设置适配环节或者循环器或者分流电阻。由此，也不需要输送线路 (Zufuehrleitung)，因为发射设备在空间上靠近地直接与发射线圈相连。与负载阻抗无关 地，使用高频电源的决定性优点在于它的高效率。尤其是不必要的是，在高占空比的情况下 在低振幅的情况下针对效率补偿确定过大的尺寸。可以实施调制，其方式是较大数目的并 联电源只是部分地被激活。
[0026] 因为数字的高频电源同样地(als solches)是不可用的，所以如上面所描述的那 样，其通过由时控开关电压源构成的V4变换来实现。对此，可以使用所谓的脉冲发生器1C。 所述脉冲发生器1C作为用于驱动例如压电超声传输器(Ultraschalluebertrager)的数字 的、可编程的矩形波功率发生器电路是公知的。这种脉冲发生器是矩形波电压源。如果这种 电压源与如V4变压器那样的阻抗逆变电路相连，那么电压源看到如下负载阻抗：
特征阻抗ZQ基本上确定高频输入电压和高频输出电流之比：
脉冲发生器的"打开的输出"会导致RF发射线圈10的短接。因而不活跃的脉冲发生器必 须活跃地被箝位到参考电势上。超声脉冲发生器1C具有三个输出水平+Vc、0和-Vc，其中状 态"0"是对参考电势的活跃的箝位，其中存在双向通过电流的可能性。
[0027] 阻抗反转可以由合适的传输线路实现。在此，针对这种A/4变压器的合适的拓扑可 以是T或者31低通环节。这例如在出版物[1]中被描述。由于在脉冲发生器20的输出端上存在 并联电容C 3(参看图3)并且由于用于串联谐振地调整线圈U的电容C2,如在图3中所示出的 那样，具有仅仅两个附加的元件L#PC 2V4变压器可以对付。在此：
第三电抗元件Z3用于在co 《 Q的范围内获得脉冲发生器开关的大负载阻抗。电抗元 件Z3和并联电容C3的并联电路必须在0〇处具有组合的电抗-jZo。
[0028] 该电路导致两个串联谐振，如图5利用边带jP?2所示出的那样，所述两个串联 谐振位于工作频域co Q之下和之上。利用
脉冲发生器负载导纳计为：
因而，针对高的线圈品质Q-~，串联谐振计为：
如果利用固定的频率使脉冲发生器运行，那么在螞:痛Ti处的并联谐振可 以被使用，以便在 的情况下抑制不符合期望的AM调制边带。
[0029]线圈电流计为：
使得电流变换比为：
在工作频率5 的情况下，这与式子(2)-致地得到：
[0030]根据出版物[2]公知的是，不可能在比这在单个串联谐振的情况下是可能的频带 更宽的频带上补偿线圈串联电抗U。串联谐振回路的电抗X在谐振频_
的附近 有如下频率关系：
适度的偏差提高所需线圈馈电电压需求：
并且在脉冲发生器上造成附加的电抗性的负载电流：
这可以使得必需更大数目的并联的脉冲发生器30是必要的。
[0031 ]超声脉冲发生器I C通常被同步到时钟频率《 P。在被抑制或被渐隐 (ausgeblendeten)的载波的情况下，脉冲模式在频率〇 2之下和之上产生对称的频谱的AM 调制边带w〇、2 ?P-这要求在磁共振断层扫描的频带之外的开关时钟边带之一 (?:)是所希望的频谱，另一个（《2)被选择为使得在发射线圈U中没有出现附加的损耗或 者电流(参见在《 2情况下的电流I开关）。如果如在图3中所示出的那样使用低通阻抗转换 器，那么适宜的是，使用开关频率，使得不需要的边带位于第二输入并联谐振频率附近。接 着，该开关时钟频率在《 P的情况下应该约为1.2 ? 〇。由于脉冲发生器并联电感L3，在w p - 〇 〇 = 0 ? 2 〇 〇处的混叠频谱(Alias-Spektrum)是无关紧要的。
[0032] 位模式在相位和振幅方面控制高频输出电流。可以通过预失真(Vorverzerrung) 修改各个脉冲中的频谱能量分布的影响。在时间和频率方面，对位模式的数值优化是适宜 的。
[0033] 参考文献列表
[1] C.G. Brennecke:"Equivalent T and Pi Sections for the Quarter-Wavelength Line"，无线电工程学会会议(Proc. IRE)，第32册，第15至17页，1944年1月。
[2] R.M. Foster: "A reactance theorem"，贝尔系统技术杂志（Bell System Technical Journal)，第3册，第2期，第259至267页，1924年。
【主权项】
1. 用于磁共振断层扫描的发射设备，所述发射设备具有在空间上靠近与之相连的发射 线圈（10)地被布置的发射器，其特征在于，所述发射器被构造为直接与发射线圈（10)相连 的高频电源(20、30)。2. 根据权利要求1所述的发射设备，其特征在于，所述高频电源由电压源(20)和分立的 入/4变压器(30)构成。3. 根据权利要求2所述的发射设备，其特征在于，所述分立的λ/4变压器(30)直接与发 射线圈（10)相连。4. 根据权利要求2或3所述的发射设备，其特征在于，所述分立的λ/4变压器(30)是低通 滤波器或者高通滤波器或者λ/4线路或者T环节。5. 根据权利要求2至4之一所述的发射设备，其特征在于，发射线圈（10)与高频电源 (20、30)的直接连接通过不均匀的传输线路来实现。6. 根据权利要求2至5之一所述的发射设备，其特征在于，所述电压源（20)由具有多个 开关元件的时控开关电压源构成，所述时控开关电压源在发射设备运行时由交流电压源馈 电。7. 根据权利要求6所述的发射设备，其特征在于，所述时控开关电压源的开关元件在发 射设备运行时数字地时钟同步地被控制，由此从激励开关元件的时间上的模式和开关时钟 的频率得到调幅。8. 根据权利要求7所述的发射设备，其特征在于，在发射设备运行时，在调幅的情况下 围绕开关时钟的频率（ω 〇)对称地形成两个边带（ω ^ ω 2)，其中所述边带之一（ω D是发射 线圈（10)的要发射的频带。9. 根据权利要求8所述的发射设备，其特征在于，在发射设备运行时没有功率在所述两 个边带（CO1nCO 2)的另一个的边带（ω2)中被实现。 10 .根据上述权利要求之一所述的发射设备，其特征在于，所述发射线圈（10)具有电感 (Li)和与之串联接线的电容器(C2)，其中电感(Li)和电容器(C2)以串联谐振的方式被调整。11. 根据上述权利要求之一所述的发射设备，其特征在于，在发射设备运行时，流经发 射线圈（10)的电流被保持恒定，其方式是电压源(30)的馈电电压在发射线圈（10)的电抗由 于失谐和/或电阻性的加载荷而改变的情况下变动。12. 根据权利要求10所述的发射设备，其特征在于，所述电压源(20)的馈电电压的变化 在出现失谐和/或电阻性的加载荷的情况下自动地实现。
【文档编号】G01R33/36GK105929349SQ201610106225
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】O.娴峰痉, O.海德
【申请人】西门子公司