磁共振断层成像设备的局部线圈的尺度变换

摘要

本发明涉及磁共振断层成像设备的局部线圈的尺度变换。一定数量的局部线圈的接收天线的尺度变换单元具有用于接收天线的信号的接收的多个信号输入端，及用于接收天线的未改变和/或改变的信号的输出的多个信号输出端。至少在和信号模式下，全部信号输入端与优选单个共同的信号输出端导电地连接，从而对该信号输出端施加所有信号输入端的信号的和。同时，多个信号输出端中的其它信号输出端分别导电地连接到与各个信号输出端分别相关联的单个信号输入端，从而对这些其它信号输出端分别施加相关联的信号输入端的特别是未改变的信号。此外，描述了接收装置、局部线圈、具有相应尺度变换单元的接收及传输装置、磁共振断层成像设备及用于信号传输的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振断层成像设备(MRT)的一定数量的局部线 圈的接收天线的尺度变换单元(Skaliereinheit)，其中，所述尺度变换单元具 有多个用于接收接收天线的信号的信号输入端，以及多个用于输出接收天线 的未改变和/或改变的信号的信号输出端。此外，本发明涉及一种接收装置、 一种局部线圈、一种具有相应尺度变换单元的接收及传输装置、一种磁共振 断层成像设备以及一种为此用于信号传输的方法。

背景技术

为了产生具有尽可能最好的信噪比(SNR)的MRT图像，按照现有技 术必须使用位于待测量的对象(例如患者或受检者)尽可能近的接收天线。 这是所谓的局部线圈，其通常被构造成接收线圈，但是也可以额外是发送线 圈。

局部线圈对于MRT的使用者来说是其可以使用的物理单元。该物理单 元必要时具有多个逻辑子单元(线圈元件)，使用者例如可以单个地选择或 不选择这些子单元用于测量。一个线圈元件通常又组合了多个接收天线(局 部线圈天线)，这些接收天线产生独自的MRT信号，这些信号最终作为单个 的独立信号在MRT成像中被使用。在此，局部线圈例如具有三个可单个响 应的线圈元件，它们每个具有六个必要时可单个响应的接收天线，从而在该 例子中局部线圈于是具有18个单个的接收天线。

为了例如借助并行成像方法实现更快的MRT测量，具有多个这样的接 收天线是有利的。因此，接收天线的天线密度越高，即局部线圈的接收天线 的数量越多，则图像质量越高。问题在于，大量的接收天线产生大量独立的 信号，必须通过大量的线缆对其进行传输，并且通过大量的AD转换器(模 拟数字转换器)对其进行数字化。

通过在接收天线与AD转换器之间的开关矩阵可以对待使用的信号进行 至少一个选择，从而将AD转换器的数量限制在量级n，即实际上一次最多 可以使用多少个接收天线。这受MRT的均匀性体积的大小限制，因为在实践中通常不总是所有线圈元件同时都位于MRT的均 匀性体积中。

然而，如果由于成本原因而应当使用图像处理单元的接收器(即A/D转 换器及基础设施)少于n个的系统，则利用一组未改变的局部线圈通常不能 将MRT的整个均匀性体积用于成像，因为不能提供足够的图像处理单元的 接收器用于图像处理。也就是说，按照现有技术的常规局部线圈与用于进行 图像处理的图像处理单元的较少数量的接收器不兼容，因此在向图像处理单 元进行传输之前，必须在尺度变换单元中进行接收天线的信号的适配。当然 也可以在MRT中使用多个局部线圈，这些局部线圈于是优选都应当与尺度 变换单元相连。

从现有技术中，通过DE 10313004 B3已知一种组合网络，其中，这个 非常复杂的组合网络能够将多个接收天线的单信号组合。在此，该组合网络 设置有多个输入端和同样数量的输出端，其中，在该组合网络内，所有输入 端与所有输出端连接。在该组合网络内，可以对多个接收天线的单信号进行 加权和/或移相。

因此，这里通过组合网络将局部线圈的数据(信号)重新分配。在输入 端具有天线的原始数据(信号)，在输出端具有被称为“模式”的信号。在 组合网络的相应设计中，在输出端1处的信号表示所有天线的一种“和”(也 称为“CP模式”)，并且至少几何地覆盖了这些天线(一定程度上作为单个 更大的虚拟天线)的接收范围。更高模式的其它信号同样适合从原始信号被 混入，使得这些信号给各自先前的模式补充新的信息内容。以这种方式产生 了局部线圈的可组合性，因为通过已经在单一的接收电路中使用，可以使用 来自整个几何范围的信号，并且通过使用其它接收通道，可以使用其它的模 式，这改善了图像质量并且例如使得能够使用并行成像方法。

然而，DE 10313004 B3的这种已知组合网络的缺点是，它极其复杂并因 此在构造、制造、维护和修理上成本非常昂贵。

因此，缺点在于所需的与研发相关的开销、电路的范围、复杂度以及必 要时需要的在生产时单独的调整。

此外，虽然在使用所有模式并且正确地实现组合网络的情况下，模式包 含与原始信号相同的信息内容，但是信号特性明显被改变，并且在未改变的 算法中使用特别是更高的模式用于MRT图像计算有时会有问题。如果正好 将多个信号仅作为局部线圈或线圈元件的“和”信号用于针对图像计算的原 始数据获取，则有利的是，使用特别是不加权和/或同相的原始信号，其关 于未改变的信号特性更没有问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，在同时相对良好或者甚至改善的信 噪比(SNR)和因此也相对良好或者改善的MRT图像质量的情况下，大幅 度降低这种类型的尺度变换单元的电路开销。

主要的特征在此是，至少在和信号模式中将全部的信号输入端与优选单 个共同的信号输出端通过信号技术连接，从而对该信号输出端施加所有信号 输入端的特别是未改变(即不加权并且同相)的信号的和，并且多个信号输 出端中的其它信号输出端分别通过信号技术连接到与各个信号输出端分别 相关联的单个信号输入端，从而对这些其它信号输出端分别施加相关联的信 号输入端的特别是未改变的信号。“通过信号技术连接”在此表示各个输出 端和输入端按照某一种方式互相耦合，以传导信号或传导数据、特别是导电， 但必要时也具有布置在其之间的部件，如光耦合器、光纤、无线传输线路等， 或者可以改变信号的部件。特别优选是借助导电轨或类似物的简单的导电连 接。

在此的优点是，通过在尺度变换单元中仅构成特别是未改变的所有单个 天线信号的和，以及经过尺度变换单元传导特别是未改变的其余单个天线信 号，以及必要时传输这些信号(特别是如稍后还会解释的经由复用/解复用 装置)，大幅降低了电路开销而图像质量没有大幅变差。此外，能够充分灵 活地使用根据本发明的尺度变换单元，从而在任意每个MRT和其图像处理 单元中，在不进行复杂的适配的情况下，能够应用几乎任意每个局部线圈(也 可以同时应用多个)、其线圈元件和接收天线。

由此提供成本非常低的尺度变换单元，因为以求和的方式对尺度变换单 元的单个输出端施加全部的输入信号，以向MRT的图像处理单元传输。由 此在患者的检查区域中将局部线圈(例如头部线圈)的接收天线的多个信号 组合，并且作为单个“和”信号值继续传输到MRT的图像处理单元。该局 部线圈如同许多其它情况那样也被分割成不同的区域(例如前/后和分别的 上/下)，其中，每个部分可以由多个接收天线组成。优选“和”信号由每个 部分确定，以便改善图像质量。

“不加权、同相”的“和”是“和”信号的一种特别简单并且成本也很 低的变化。因为仅必须针对单个输出信号花费开销，但是如果由于其它原因 有利的话，原则上也可以使用其它开销更多的电路连接。

对于理想的CP信号(在CP模式下的多个天线的一种“和”)，也可以 构成复数加权的“和”，例如从三个天线有利地使用三个不同的加权因子， 其中至少一个甚至可以是复数值。由此，相对于刚性(starr)重新分配矩阵 的优点是，可以使用原始信号用于原始数据获取，进一步用于图像计算。

根据本发明的尺度变换单元原则上可以被用于MRT的至少一个局部线 圈的至少一个线圈元件的接收天线，其中，所述至少一个局部线圈特别是具 有多个(例如三个)线圈元件，所述线圈元件又分别具有多个(例如六个) 接收天线。

因此，尺度变换单元特别是具有多个(例如18个)信号输入端，用于 接收多个(例如18个)接收天线的信号，以及具有多个(例如18个)信号 输出端，用于输出多个接收天线的未改变和/或改变的信号。

不同于DE 10313004 B3的现有技术，在本发明中，优选以不加权和/或 同相的方式对尺度变换单元的信号输出端施加接收天线的信号，但是在替代 实施方式中同样也可以以加权和/或移相的方式对尺度变换单元的信号输出 端施加接收天线的信号。

开头描述的本发明的实施方式的一种替代的尺度变换单元包含开关元 件，借助所述开关元件，可以将在和信号模式下施加所有信号输入端的信号 的“和”的信号输出端，在单信号模式下导电地转接到与该信号输出端相关 联的信号输入端，从而使全部的信号输入端分别与相关联的单个信号输出端 通过信号技术连接，从而对这些信号输出端分别施加相关联的信号输入端的 特别是未改变的信号。

当然，代替或可选地，该开关元件可以存在于传输装置侧，以向图像处 理装置传输输出信号。

在此，开关元件可以是机电式开关或按键，或者以半导体开关形式(例 如半导体继电器或晶体管)的电子开关。

在此，通常在单信号模式下对在和信号模式下施加所有信号输入端的信 号的“和”的信号输出端，施加信号输入端的单个信号。但是，替代地，也 可以在单信号模式下不对在和信号模式下施加所有信号输入端的信号的 “和”的信号输出端，施加信号输入端的单个信号，从而该信号输出端是单 独的“和”信号输出端，其仅用于向MRT的图像处理单元传输所有单信号 的“和”信号。

根据本发明的尺度变换单元的另一实施因此将全部的信号输入端分别 与相关联的单个信号输出端通过信号技术连接，从而对该信号输出端分别施 加相关联的信号输入端的特别是未改变的信号，其在单信号模式下可以由 MRT的图像处理单元调出，其中，全部的信号输入端和/或全部的信号输出 端与必要时附加的共同的信号输出端通过信号技术连接，从而对该信号输出 端施加所有信号输入端的特别是未改变(即不加权并且同相)的信号的“和”， 其在和信号模式下可以由MRT的图像处理单元调出。

因此，可以简单地将尺度变换单元的全部输入端与尺度变换单元的全部 输出端、以及尺度变换单元的附加的“和”输出端连接，由此可以省去上面 提到的开关元件。

然而，本发明还要求保护一种具有根据本发明的尺度变换单元的接收装 置，其中，MRT的一定数量的局部线圈的多个接收天线各自分别与尺度变 换单元的相关联的多个信号输入端通过信号技术连接，以及尺度变换单元的 多个信号输出端可以通过信号技术与MRT的图像处理单元BV的相关联的 多个信号输入端连接。

本发明还要求保护一种用于具有根据本发明的尺度变换单元的根据本 发明的接收装置的局部线圈，其中，所述局部线圈具有多个接收天线和至少 一个尺度变换单元。

本发明还要求保护一种具有根据本发明的尺度变换单元的接收及传输 装置，其中，存在多个尺度变换单元，其施加所有信号输入端的信号的和的 各个信号输出端通过信号技术与复用器连接，所述复用器经过传输通道(即 以某一种合适的形式传导信号或者传导数据的方式、即特别是以导电或导光 的方式或者借助电磁无线电波等经过空气接口以无线的方式)与解复用器连 接，借助该解复用器，可以分别向MRT的图像处理单元传输每个尺度变换 单元的所有信号输入端的信号的“和”。在此，可以使用任意复用方法，例 如时分复用方法、频分复用方法等。

在此特别有利的是，分别将多个尺度变换单元的一定数量的信号输出端 (对这些信号输出端施加信号输入端的信号)通过信号技术与复用器连接， 该复用器经过传输通道与解复用器连接，借助该解复用器，可以分别向MRT 的图像处理单元传输每个尺度变换单元的信号输入端的信号。

优选将两个以上提到的信号传输经由复用器/解复用器互相组合，从而 经过传输单元的第一传输通道，以复用的方式、例如通过时分复用以串行的 方式接连地或者另外通过频分复用，向MRT的图像处理单元传输输入信号 的多个“和”，以及经过传输单元的第二传输通道，例如通过时分复用以串 行的方式接连地或者另外通过频分复用，向MRT的图像处理单元传输多个 输入信号本身。其它的复用方法同样也可以。此外，该通过复用器/解复用 器组合的信号传输对于复杂的尺度变换单元也特别有利。

这里在本发明的优选实施中，可以将复用器直接集成到至少一个尺度变 换单元中和/或至少一个局部线圈中，由此可以进行一方面“和”信号的信 号输出端与另一方面单信号的信号输出端的非常简单的通过信号技术(优选 简单的导电)的耦合。如果以机械耦合的方式经过传输通道进行信号传输， 也就是例如经过电导体和/或光导体，于是还仅需要单个连接线缆以与解复 用器耦合。如果通过无线电波经过传输通道进行信号传输，则也可以将发送 装置直接集成到至少一个尺度变换单元和/或至少一个局部线圈和/或复用器 中。

本发明还要求保护一种磁共振断层成像设备(MRT)，其具有根据本发 明的接收及传输单元和根据本发明的尺度变换单元。

最后，本发明还要求保护一种根据本发明的尺度变换单元或根据本发明 的接收单元或根据本发明的局部线圈或根据本发明的接收及传输单元或根 据本发明的MRT的信号传输方法，其中，至少在和信号模式下将全部的信 号输入端与优选单个共同的信号输出端通过信号技术连接，从而对该信号输 出端施加所有信号输入端的特别是未改变(即不加权并且同相)的信号的和， 并且将多个信号输出端中的其它信号输出端分别通过信号技术连接到与各 个信号输出端分别相关联的单个信号输入端，从而对这些其它信号输出端分 别施加相关联的信号输入端的特别是未改变的信号。

替代地，在根据本发明的方法中，在和信号模式下没有直接连接到相关 联的信号输出端的信号输入端处，可以由对相关联的信号输出端施加的信号 输入端的所有信号的“和”，与对其余信号输入端或信号输出端施加的所有 其余单个信号的“和”之间的差的绝对值，计算接收天线的信号值。如果“和” 信号是复数加权的和，则可以借助总是针对每个单独的线圈存储(例如在线 圈自身的EEPROM中)的元(Meta)信息进行(缺少的)原始信号的重建。 例如可以将加权因子作为元信息进行存储。

附图说明

现在借助实施例参考附图详细解释本发明的其它优点、特征和特性。

图1示意性地示出了具有根据本发明的尺度变换单元的局部线圈，该 尺度变换单元具有两个输入端和两个输出端，

图2示意性地示出了具有按照图1的根据本发明的尺度变换单元的局 部线圈，但是该尺度变换单元具有用于输入/输出的转接器(Umschalter)，

图3示意性地示出了具有根据本发明的通用尺度变换单元的局部线 圈，该尺度变换单元具有n个输入端和n个输出端以及用于输入/输出的 转接器，

图4示意性地示出了按照图1至3的根据本发明的多个尺度变换单 元，其输出信号经过复用单元/解复用单元被传输到磁共振断层成像设备 MRT的图像处理单元BV。

具体实施方式

图1至3分别示出了与根据本发明的尺度变换单元1耦合的接收天线(以 下简称天线)A1、A2、A3、A4、...、An，其中，在这里天线A1、A2与尺 度变换单元1一起是局部线圈LS的一部分。局部线圈LS还可以具有多个 其它标准部件(未示出)，例如前置放大器、开关元件或者用于停用和激活 天线A1、A2、A3、A4、...、An的去谐装置。

图1现在以最简单的实施示出了作为一个或更多个局部线圈LS的接收 单元2(参见图4)的一部分的根据本发明的尺度变换单元1，即具有两个单 个的接收天线A1、A2或两个输入in1和in2以及两个输出out1和out2，其 中，也可以类似于图3存在多于两个的输入和多于两个的输出。当然，输入 的数量可以不同于输出的数量，因为在尺度变换单元1内进行信号的汇聚， 但是也可以执行输入信号的分割。但是，优选输入的数量与输出的数量相同。

类似于DE 10313004 B3的组合网络，根据本发明的尺度变换单元1在 这种最简单的情况下包括用于两个天线A1和A2的信号的两个输入in1、in2 以及用于转换后的数据(信号)的两个输出out1和out2。这里也进行两个 天线A1和A2的信号到一个“和”信号的信号组合，但是仅用于单个“和” 信号(例如CP模式)，该“和”信号利用组合网络的所有优点在输出out1 处可获得。于是利用没有组合网络的局部线圈LS的所有优点，在输出out2 处施加原始的天线信号in2。内部的信号组合(求和)比具有n个输入和n 个输出的现有技术中的组合网络明显更简单，因为总是仅需要组合正好一个 输出，这特别是对于来自直接相邻的天线的“和”信号来说是最简单的可能 场景。

与图2相比，图1中仅省去了开关S，从而在输出out1处总是施加由所 有输入in1、in2组合的“和”信号。在MRT成像计算BV中使用所有输出 out1、out2的情况下，同样也存在全部的信息内容，然而不再是以原始的方 式，而是在输出out1处的第一信号分别具有不同的特性。然而通过合适的 方法，还是可以由此进行图像重建，例如通过以合适的方式在预处理步骤中 由“和”信号和同样存在的其它信号重建原始信号，然后以常规方式继续进 行。

图2对应于按照图1的尺度变换单元1，然而具有用于输入/输出in1/out1 的开关S。

根据本发明的尺度变换单元1也包括用于两个天线A1和A2的信号的 两个输入in1、in2以及用于转换后的数据(信号)的两个输出out1和out2。 这里也进行到一个“和”信号的信号组合，然而仅用于在内部在点I2处可 获得的单个“和”信号。如果尺度变换单元1仅请求了单个信号，用于在 MRT图像处理BV中进一步进行处理，则将开关S置于位置I2，并且利用 组合网络的所有优点在输出out1处可获得该“和”信号(例如CP模式)。 然而如果请求了多于一个的信号，用于在MRT图像处理BV中进一步进行 处理，则将开关S置于位置I1，并且利用没有组合网络的局部线圈LS的所 有优点，在输出out1和out2处正好有效地施加原始的天线信号。另外，内 部的信号组合(求和)比具有n个输入和n个输出的现有技术中的组合网络 明显更简单，因为总是仅需要组合正好一个输出out1，这特别是对于来自直 接相邻的天线A1、A2、...、An的“和”信号来说是最简单的可能场景。

当然，可以将该原理扩展到多于两个的输入信号，这在图3中示出。

这样的尺度变换单元1优选在局部线圈LS内使用，并且不必强制与线 圈元件的天线A1、A2、...、An的数量相对应。因此，局部线圈LS例如可 以由分别具有六个天线A1、A2、...、An的三个线圈元件组成。这里于是可 以为每个线圈元件配置三种尺度变换单元1：具有六个输入/输出in1至in6 和out1至out6的一个尺度变换单元，或者分别具有三个输入/输出in1至in3 和out1至out3的两个尺度变换单元1，或者分别具有两个输入/输出in1、in2 和out1、out2的三个尺度变换单元。

同样可以考虑尺度变换单元1的其它简化，以便将部件开销降低到最小。

根据本发明的方法可以被应用于系统，在该系统中，借助传输单元3的 通过数据传输线缆4互相连接的复用单元MUX和解复用单元DEMUX来传 输接收信号。在此，在现有技术中，在不能进行尺度变换的情况下，应当考 虑到输送到共同的复用器的信号仅能一起被选择或不选择，以进行MRT图 像重建BV。这是因为用户的选择或者SW架构的选择最终控制待使用的线 或开关矩阵，由此在物理介质上复用的信号总是在一起。

如果以合适的方式考虑这一点，则在这里也可以按照有意义的方式使用 根据本发明的尺度变换单元1。

图4借助两个信号对解释这一点，例如借助两个或更多个图1至3的尺 度变换单元1而具有多于两个的信号对的更普遍的情况以类似的方式也是可 以的。

优选步骤在于，代替具有仅可选的选择性的这样的信号路径，将包含组 合信号的信号路径互相复用。在图4中在上方的传输通道4上向MRT图像 处理BV传输的主信号对S11和S12对应于由天线A1和A2或者A3和A4 组合的信号、即在输出out1和out3处的信号，如果未选择信号对S13和S14， 则所述主信号对分别通过各自的输入的“和”in1+in2和in3+in4构成，或者 由于缺少MRT的图像处理单元BV的一定数量的接收器(未示出)，所述主 信号对不能被使用。于是通过在图4中下方的传输通道4向MRT图像处理 BV传输附加信号对S13和S14，其分别对应于输出out2和out4的信号并因 此对应于输入in2和in4的信号。

由此实现的优点是，可以为局部线圈LS提供通用的尺度变换单元1， 该尺度变换单元然而可以借助最小的开销实现。

最后再一次指出，以上描述的详细的方法和装置是实施例，技术人员也 可以在其它领域中对基本原理进行改变，而不脱离本发明由权利要求给出的 范围。为了完整起见还要指出的是，不定冠词“一个”的使用不排除所涉及 的特征也可以以复数个存在。

附图标记列表

1                         尺度变换单元

2                         接收单元

3                         传输单元

4                         传输通道

LS                        局部线圈

A1、A2、A3、A4、...、An   局部线圈LS的天线

in1、in2、in3、in4        尺度变换单元1的信号输入

out1、out2、out3、out4    尺度变换单元1的信号输出

S                         尺度变换单元1的开关元件

I1                        开关元件S对于单信号模式的位置

I2                        开关元件S对于和信号模式的位置

MUX                       复用器

DEMUX                     解复用器

S11、S12                  在DEMUX处的和信号

S13、S14                  在DEMUX处的单信号