具有分段式的天线装置的局部线圈

摘要

本发明涉及一种用于磁共振断层扫描设备的具有天线装置的局部线圈以及具有这种局部线圈的磁共振断层扫描设备。天线装置具有导体环和多个电子功能组，所述电子功能组彼此间隔地沿着导体环分布地布置并且通过柔性导体部段相互电连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于磁共振断层扫描设备的具有天线装置的局部线圈，其中，天线装置具有导体环和多个电子功能组。

背景技术

磁共振断层扫描设备是成像的装置，所述装置以较强的外部磁场使检查对象的核自旋定向以便成像检查对象并且通过交变磁场激励核自旋围绕所述定向进动。自旋的进动或者从该被激励的状态进入具有较小能量的状态的复位又作为响应产生了交变磁场，所述交变磁场通过天线接收。

借助梯度磁场对信号施加位置编码，所述位置编码在之后实现了所接收的信号与体积元素的配属。所接收的信号随即被分析并且提供检查对象的三维的成像视图。

为了实现尽可能好的信号噪声间隔(信噪比，SNR)，尝试将用于接收的天线线圈尽可能靠近患者地布置。这通过所谓的局部线圈实现，所述局部线圈通常以电缆连接与磁共振断层扫描设备连接。为了简化使用并且减少不同的变型设计的数量，存在能够用于不同用途的局部线圈阵列或者矩阵。然而，局部线圈阵列中的刚性的电缆连接和体积较大的电子元件是阻碍性的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，改善用于多种应用的局部线圈。

该技术问题通过按照本发明的局部线圈解决。

按照本发明的用于磁共振断层扫描设备的局部线圈具有天线装置，所述天线装置具有导体环和多个电子功能组。在此，将天线装置视作电气设备，其设计用于从与局部线圈邻接的空间容积中接收处于预先确定的频率范围内的交变电场和/或交变磁场并且将其作为电信号或者光学信号通过信号连接或者无线连接进一步传导至磁共振断层扫描设备以便成像。交变场优选指的是以称为拉莫尔频率的频率从患者中被激励的核自旋的磁共振信号，所述磁共振信号通过核自旋的类型和磁共振断层扫描设备的静态磁场B0确定。在此，导体环(Leiterschleife)设计为感应环或者说感应线圈。

按照本发明的局部线圈的电子功能组彼此间隔分布地布置。在此可以考虑的是，功能组沿着导体环的延伸布置。但电子功能组也可以布置在柔性导体部段上或者柔性导体部段之间，所述柔性导体部段将各个单独的导体环连接为天线矩阵或者天线阵列。在此，尤其将前置放大器(LNA，即低噪声放大器)、对称元件(BALUN，巴伦或者说平衡/不平衡转换器)、混频器、双工器、阻抗调整网络、有源和无源的失调电路或者调谐电路和用于保护天线和/或患者的保险电路视作电子功能组。分别将所有必须共同作用以满足这些功能之一并且因此作为组也在空间上彼此相邻地布置的构件视作电子功能组。

在此，电子功能组通过柔性导体部段相互电连接。柔性导体部段在此是电导体，它们形成导体环的部分区段并且通过较小的力作用、例如通过电子功能组的自重与患者的体形适配。也可以考虑的是，可以通过操作人员以手动的力使局部线圈具有期望的形状。为此，局部线圈例如也可以具有由柔性材料制成的外罩或者分为多个彼此可回转地连接的部段。

原则上也可以考虑的是，导体环在以下情况下由唯一的柔性导体部段构成，即电子功能组如按照本发明阐述的那样，通过柔性导体部段本身上的构件构成或者作为单独的电路板布置在柔性导体部段上，因此柔性导体部段的在功能组之间没有配设构件的区域实现了充分的可移动性。

以有利的方式通过由分布在局部线圈上的电子功能组与其柔性连接的组合能够提供一种局部线圈，其在避免由中央电子器件造成的集中热源的同时提供了更均匀的厚度和柔性。

在按照本发明的局部线圈的一种可考虑的实施方式中，所述柔性导体部段具有柔性的电路板，所述电路板具有至少三层。传统的柔性电路板由具有导体面的绝缘的载体材料制成，所述导体面也称为层，所述层布置在载体材料的对置的表面上。与之相反，按照本发明的柔性导体部段具有至少一个另外的由导体制成的层和绝缘的中间层，因此能够在电子功能组之间提供附加的控制和信号连接。也可以考虑的是，借助附加的导体面和绝缘体面提供电容，例如用于电容式地增大线圈。柔性导体部段在此可以实施为机械上分隔开的，因此所述导体部段通过电子功能组才机械地相互连接，或者也可以只是电分隔的，因此只有柔性导体部段之间的一个或多个电连接是通过电子功能组才产生的。

具有至少三层的柔性电路板以有利的方式实现了控制和信号线路，而不需要单独的、自由布线的线路。在此，借助导体面在多层技术中提供的电容以有利的方式避免了不连续的电容，当在柔性载体材料上进行加工时，所述不连续的电容的机械特性特别容易受干扰。

在按照本发明的局部线圈的一种可行的实施方式中，至少一个柔性导体部段和电子功能组具有形状配合的或者摩擦配合的、导电的连接并且通过所述连接相互电连接和机械连接。在此，电子功能组可以布置在本身的、独立于柔性导体部段的电路板上。导电的连接例如可以是插塞连接、夹紧连接或者压接连接。在此可以考虑的是，电子功能组具有两个这种连接并且通过插塞连接器和电子功能组将两个机械上分隔开的柔性的导体元件相互电连接和机械连接。但也可行的是，电子功能组通过这种连接固定在柔性导体部段上并且与所述导体部段电连接。电子功能组由此在邻接的柔性导体部段的导体电路(或称为导体路径)之间产生电连接和功能。

这种摩擦配合的和/或形状配合的连接以有利的方式在柔性导体部段与电子功能组之间实现了成本低廉并且可靠的连接。由此尤其可以避免在刚性的和柔性的元件之间的焊接连接。

但在按照本发明的局部线圈的一种实施方式中也可以考虑的是，电子功能组的构件直接布置在所述柔性导体部段上。在此，“直接”被视为构件不是首先布置在电路板上并且随即通过电路板与柔性导体部段连接。在此，电子构件例如可以与柔性导体部段焊接。在一种具有多于两个导体平面的实施方式中，柔性导体部段尤其还可以提供(多个)导体电路和/或传导的直通连接器(Durchverbinder)用于电子功能组的构件的连接或者断开。

尤其在具有结实的小构件的简单的电子功能组中，构件直接在柔性导体部段上的布局实现了节省空间的构造方式。例如具有较少构件的解调电路必须在确定位置上分布在导体环上，以便实现最佳的作用。这种布局特别适合于柔性导体部段受到较小的机械负载和/或变形的区域。也可以考虑的是，各个单独的敏感的构件通过自身的框架或者壳体受到保护以防机械负载。

与之相反，对于机械敏感的构件和柔性导体部段的更强地负载或者运动的区段可能有利的是，在这个区段中在要求的位置上分别布置电子功能组并且将构件移动到电子功能组上。在按照本发明的局部线圈的一种优选的实施方式中，所述柔性导体部段在电子功能组的区域中被加强。加强结构可以通过以下方式实施，即在功能组的位置上设置柔性导体部段中的刚性更大的载体材料、设置载体材料的附加层和/或将载体材料层设计为比在相邻的柔性区域中更厚。

这例如可以考虑用于加长电容器

在按照本发明的局部线圈的一种可行的实施方式中，所述柔性导体部段具有被屏蔽的电信号线路和/或用于电子功能组的控制线路。在此，将多层的柔性电路板中的信号线路视为被屏蔽的信号线路，其中，屏蔽作用类似于围绕传统的共轴电缆的芯的共轴屏蔽地、通过与柔性电路板中的信号线路相邻的导体面在多层的柔性电路板中实现。在此，相邻的导体面优选与信号的参考基准(Bezugsmasse)信号连接。在此，信号线路可以类似于具有非对称缆芯的共轴线路或者有差别地通过两个对称的信号缆芯提供。在此，控制线路是信号线路，所述信号线路设计用于传输用于电子功能组的功能的信号，所述信号不是磁共振信号。这优选是从磁共振断层扫描设备向局部线圈传输的辅助或者控制信号，例如解调信号、时钟信号或者辅助频率信号和电源电压。在此，由于较高的信号电平或者其它原因产生的防辐射性，也可以取消通过相邻的导体面的屏蔽。

以有利的方式可以通过柔性导体部段中的附加信号线路简化天线装置的机械结构。

在按照本发明的局部线圈的一种可考虑的实施方式中，柔性导体部段具有表面波陷波器(Mantelwellensperren)。尤其在柔性导体部段中在具有较大尺寸的天线矩阵的各个单独的导体环之间可能需要表面波陷波器，以避免电路过载或者由于感应产生的电流和电压伤害患者。尤其将滤波器视作表面波陷波器，所述滤波器阻碍具有拉莫尔频率的电信号通过柔性导体部段的一个或多个导体的传播。这种信号例如在以下情况下感应产生，即磁共振断层扫描设备为了激励待检查的核自旋发送具有拉莫尔频率的高频信号。在此，柔性导体部段在一种优选的实施方式中作为表面波陷波器的部分被卷绕为筒或者线圈。

以有利的方式，通过将柔性导体部段卷绕为筒或者线圈，可以在没有附加的导体或者连接部位的情况下提供用于表面波陷波器的电感。

在按照本发明的局部线圈的一种可行的实施方式中，所述局部线圈具有多个天线装置，所述天线装置具有多个导体环或者说天线环。在此，天线装置可以均为相同类型的或者也可以属于不同的前述实施方式。天线装置在此优选形成矩阵，在所述矩阵中，由导体环包围的面只部分地重叠并且分别单独地至少部分地覆盖不相交的面，以便接收检查对象的不同区域中的磁共振信号。在此，多个天线装置在导体环上具有插塞连接，天线装置通过所述插塞连接相互电连接和机械连接。可以考虑的是，以此方式由相同的天线装置形成局部线圈的天线矩阵。在此，插塞装置例如可以在导体环之间交换感应产生的磁共振信号，以便实现导体环的脱耦。但也可以考虑的是，以此方式经由局部线圈的天线装置通过柔性导体部段在没有附加的自由布线的情况下分配控制信号、时钟信号、振荡信号或者电源电压和电流。

以有利的方式通过插塞连接能够在导体环之间成本低廉地提供局部线圈的天线矩阵。

附图说明

本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式方法结合对实施例的以下描述将更清楚和易于理解，所述实施例结合附图详细阐述。

在附图中：

图1示出具有按照本发明的局部线圈的磁共振断层扫描设备的示意性总览图；

图2示出现有技术中的局部线圈的示意图；

图3示出按照本发明的局部线圈的示意图，所述局部线圈具有示例性地分布的功能组；

图4示出按照本发明的柔性导体部段的示意图。

具体实施方式

图1示出具有按照本发明的局部线圈50的磁共振断层扫描设备1的一种实施方式的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，所述场磁体产生用于使样本或者患者100的核自旋在拍摄区域中定向的静磁场B0。拍摄区域的特征是极为均匀的静磁场B0，其中，均匀性尤其涉及磁场强度或者值。拍摄区域几乎是球形的并且布置在患者通道16中，所述患者通道沿着纵向2延伸穿过磁体单元10。患者卧榻30能够在患者通道16中由移动单元36移动。场磁体11通常指的是超导磁体，其能够提供具有高达3T、在最新的设备中甚至高于3T的磁通密度的磁场。然而，针对较小的场强也可以使用具有正常传导的线圈的永磁体或者电磁体。

此外，磁体单元10具有梯度线圈12，所述梯度线圈设计用于在检查容积中将沿着三个空间方向的可变磁场叠加到磁场B0上，以便在空间上区分所检测的成像区域。梯度线圈12通常是由正常传导的导线组成的线圈，所述导线在检查容积中产生彼此正交的场。

磁体单元10同样具有身体线圈14，所述身体线圈设计用于将通过信号线路输入的高频信号发射到检查容积中并且接收由患者100发出的共振信号并且通过信号线路输出。然而，患者的磁共振信号优选由以下详细描述的局部线圈50接收，所述局部线圈更靠近地布置在患者100上。

控制单元20为磁体单元10提供用于梯度线圈12和身体线圈14的不同信号并且分析所接收的信号。

因此，控制单元20具有梯度控制装置21，所述梯度控制装置设计用于通过输入线路为梯度线圈12提供可变的电流，所述电流在时间上相协调地在检查容积中提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，所述高频单元设计用于产生高频脉冲，所述高频脉冲具有预设的随时间变化的走向、预设的振幅和光谱功率分布，以便激励患者100中的核自旋的磁共振。在此，脉冲功率可以达到千瓦的范围。激励脉冲可以通过身体线圈14或者也可以通过局部的发射天线发射到患者100中。

控制装置23通过信号总线25与梯度控制装置21和高频单元22通信。

按照本发明的局部线圈50布置在患者100上，所述局部线圈与高频单元22处于电缆连接式的或者无线的信号连接中。

图2示出现有技术中的传统的局部线圈150的示意图。所述传统的局部线圈150具有多个导体环51，所述导体环形成天线矩阵或者天线阵列。导体环51部分地重叠，以便通过磁场的在重叠的和不重叠的区域中的相反通流方向实现相邻的导体环51之间的脱耦。

在传统的局部线圈150中，在两个导体环51之间分别设计有中央的电子组件152，不同的功能组共存于所述电子组件上。这例如是巴伦60和匹配网络65，通过所述巴伦和匹配网络使得导体环51的阻抗和对称性与第一前置放大器级61适配。此外，在中央的电子组件152上具有用于进一步放大的第二前置放大器级62、用于将放大的磁共振信号转换为中频的混频器63和双工器，所述双工器用于整合或者分开不同频率的信号、如振荡信号、中频和失调信号。

中央的电子组件152的信号通过单独的信号线路汇总到中央的连接单元70，电缆直接固定在所述连接单元上或者可以通过插头在相应的多极插座上连接到所述连接单元70上。

图3与之相对地示出按照本发明的局部线圈50，其具有示例性分布的功能组。在此，功能组通过柔性导体部段52连接为导体环51。

由此，例如功能组、如巴伦60、第一前置放大器61和匹配网络65通过柔性导体部段52相互连接，但同时沿着导体环51彼此间隔地布置。因为巴伦60和匹配网络65用于使导体环51的信号与第一前置放大器级61电适配，所以有利的是，巴伦60和匹配网络65分别彼此相邻地沿着导体环51的延伸布置。相同地适用于第二前置放大器级62，所述第二前置放大器级通过混频器63和双工器64进一步传导其输出信号。因此，它们优选也彼此相邻地沿着导体环51布置。

闭合的导体环的直接的部件(因为它们也被电接入导体环51中)在此是功能单元如保险67、失调电路66、匹配网络65或者第一前置放大器级61，它们直接地处理或者影响由作为天线线圈的导体环51接收的磁共振信号。

因为混频器63和双工器64还汇总和进一步传导两个导体环51的信号，所以混频器63和双工器64优选布置在两个导体环51重叠的区域中，随即将两个导体环的信号汇总。

导体环51布置在柔性载体材料81之处或者之上，如以下关于图4详细阐述的那样。沿着导体环51、但是没有直接电接入其中地，在共同的柔性载体材料81上布置有其它的功能单元，如已经说明的混频器63、双工器64或者第二前置放大器级62和巴伦60。它们通过柔性载体材料81上的作为供电线路、信号线路或者控制线路的单独导体与其它的单元和/或连接单元70连接。

在此，一个或多个电子功能组优选直接布置在柔性导体部段52上，方式为柔性导体部段提供连接和供电线路并且构件直接装配在柔性导体部段52上。为了卸减电子功能组的构件的机械负载，优选在装配所述构件的区域中设置柔性载体材料81的附加层、在所述区域中将柔性载体材料81在一层或多层中构造得更厚和/或以刚性更大的载体材料构造层，从而使柔性导体部段52在电子功能组的所述区域中被加强并且作用在构件和焊接连接上的机械力明显减小。由此能够以有利的方式将功能组与柔性导体部段设计为一体件式并且避免容易出错的连接。

但功能组也可以设计为一层或者多层的单独的电路板。所述电路板可以刚性地设计，以便保护固定或者焊接于电路板上的敏感的构件、如陶瓷电容器以防机械压力。优选地，各个单独的电路板在其平行于导体环51的延伸上设计得较小，例如小于起连接作用的柔性导体部段52的延伸的一半、三分之一或者四分之一。因此，整个导体环51作为具有柔性和刚性的元件的复合体仍具有充分的灵活性。但原则上也可以考虑的是，针对敏感度较小的构件，功能组的电路板也柔性地设计。

对于单独的电路板，功能组与柔性导体部段52之间的连接优选通过形状配合的和/或摩擦配合的、导电的连接实现。例如，功能组的电路板可以通过互补的插头-插座系统相互连接。也可以考虑夹紧装置，柔性导体部段52借助所述夹紧装置电连接和机械连接。

图4示意性地示出按照本发明的柔性导体部段52。柔性导体部段52具有作为柔性载体材料81的柔性绝缘体的多个层。所述柔性载体材料81优选是具有高品质和低介电损耗的电介质。在柔性载体材料81之间或者也在柔性载体材料81上布置有导体材料的层。导体材料例如设计为由传导性良好的材料或者金属如铜、银、铝制成的薄膜或者线材。它们可以平面地设计为屏蔽面

借助在图4中示出的用于构造柔性导体部段52的基本可行性，能够实现不同的组合和功能。例如可以考虑的是，导体电路82在表面上形成天线的导体环51的部分。在此也可以规定，在导体部段的对置的表面上设置相互电连接的导体电路82，它们可以基于趋肤效应可以替代单独的厚的导体。在内部可以形成被屏蔽的控制和信号线路，所述控制和信号线路也将导体环51彼此连成矩阵或者与连接单元70相连，以便连接到磁共振断层扫描设备1上。以此方式也可以将电源电压或者电流传导到功能组。

但柔性导体部段52也可以提供其它的电学功能。通过对置的、类似于屏蔽面83的导体面，但其间不具有导体电路81，只通过电介质分隔开并且彼此电绝缘，可以提供电容，所述电容例如代替被焊接上的加长电容器。

在柔性导体部段52通过装配同时也实施为电子功能组的区域中，柔性载体材料81的一个或多个层可以通过更大的厚度实施为加强结构和/或由相同的载体材料或者刚性更大的材料制成的附加层可以实现这个目的，以便保护所施加的构件免受由于弯曲和扭转产生的机械应力。

通过将柔性导体部段52卷绕成筒或者线圈，也可以增大或者控制柔性导体部段52中的导体电路81的电感。此外可以考虑的是，通过陷波式空腔谐振器(Sperrtopf)导引柔性导体部段或者围绕芯卷绕所述柔性导体部段。由此并且也与电容相结合地，也可以提供表面波陷波器，所述表面波陷波器阻止尤其处于导体环之间的连接上的驻波。

尽管在细节中通过优选的实施例详细地说明和描述了本发明，但本发明不受到所公开的示例的限制并且本领域技术人员可以由此推导出其它的变型方案，只要不离开本发明的保护范围即可。