磁共振断层成像设备和用于进行检查的方法

摘要

本发明涉及一种磁共振断层成像设备和一种用于检查磁共振断层成像设备的方法。磁共振断层成像设备具有发送器，发送器被设计为用于以不同的水平发送双音信号，并且利用接收器采集双音信号的互调产物。经由奇数阶的互调产物的特性，推断出接收路径的状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁共振断层成像设备以及一种用于运行该磁共振断层成像设备的方法，利用该方法可以检查接收路径的符合规定的功能。

背景技术

磁共振断层成像设备是为了对检查对象进行成像而利用外部强磁场使检查对象的核自旋对齐并且通过交变磁场激励核自旋围绕该对齐进动的成像装置。自旋从该激励状态到具有较小的能量的状态的进动或返回作为响应又产生交变磁场，该交变磁场经由天线来接收。

借助梯度磁场对这些信号施加位置编码，位置编码随后使得接收到的信号能够与体积元相关联。然后对接收到的信号进行分析并且提供检查对象的三维成像显示。为了接收信号，优选地使用局部接收天线，即所谓的局部线圈，其直接布置在检查对象上，以实现改善的信噪比。接收天线也可以安装在患者卧榻中。

由于磁共振信号非常弱，图像质量敏感地取决于从天线到数字化和分析的接收路径的符合规定的功能。即使很小的劣化，如其由于插塞连接处接触电阻的增高或者由于部件的退化而可能潜滋暗长地出现的劣化，也导致图像质量下降以及图像采集时的时间开销增高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，使得更容易识别这种退化。

该技术问题通过根据本发明的磁共振断层成像设备以及根据本发明的方法来解决。

根据本发明的磁共振断层成像设备具有接收器和发送器。发送器被设计为用于生成并且输出具有第一频率f1和第二频率f2的第一双音信号，其中，第一频率f1不等于第二频率f2。

在此，频率间隔至少足够大到使得f1和f2处的信号分量能够由接收器分离，即，f1处的幅度与f2处的幅度之间存在相对幅度最小值。频率间隔例如可以大于100Hz、1kHz、10kHz或100kHz。第一频率f1、第二频率f2以及第一频率f1和第二频率f2的第3阶(IM3)或更高阶的互调产物位于接收器的共同的接收范围内，优选地处于磁共振断层成像设备的拉莫尔频率，该拉莫尔频率通过静磁场强度B0和待检查的核自旋的磁矩预先给定。在此，特别是奇数阶的互调产物(例如，第3阶、第5阶或通常(2n+1)阶的互调产物，其中n作为大于1的自然数)就其频率来说可以分别靠近原始频率f1和f2，但具有随着阶而快速下降的幅度。在此，接收范围例如可以宽达1kHz、10kHz、100kHz、1MHz或5MHz，其中，宽度通过范围之外的大于6dB、12dB或更大的衰减来定义。在此，也可以想到，通过混合或数字信号处理将接收信号转换为频率。如果具有原始频率f1、f2和频率转换之后互调产物的频率的信号可以由接收器接收以及分析，则与本发明对应地也被视为“位于接收器的接收范围内”。

在此，所输出的双音信号的水平处于如下水平范围内：在该水平范围内在接收器处所接收到的双音信号作为上限总是位于接收器的线性范围内。在此，线性范围可以被视为具有小于0.1dB或1dB的特征曲线的最大压缩的范围。在此，接收器的固有噪声水平或IM3到该噪声水平的3dB、6dB或更高的信号间隔被视为水平范围的下限。

在此，一方面，通过发送器进行对信号的输出可以是经由天线(例如，身体线圈)的发送，或者也可以是经由另外的电或磁的天线作为电磁交变场的发送。然而，另一方面，如本发明中更详细地实施的那样，为了进行诊断也可以想到，将输出信号经由信号回路直接(例如，电流地、感性地或者容性地)耦合到不同的诊断点。然后，馈入点处所需的双音信号的水平分别取决于馈入点与接收器之间的信号路径上的放大或衰减。

在此，只要可以充分降低发送器的输出水平，发送器可以是用于激励核自旋的磁共振断层成像设备的发送器。在低的功率范围内，也需要足够的线性度。还可以想到，绕过末级，直接从末级的输入信号生成所需的小信号。但是，也可能提供单独的发送器来生成双音信号，或者代替功率末级，在发送器中设置线性的小信号放大器。

在优选的实施方式中，磁共振断层成像设备被设计为用于发送第二双音信号，该第二双音信号在水平方面与第一双音信号不同。

规定了一种根据本发明的方法，用于利用根据本发明的磁共振断层成像设备对接收链进行功能检查。在此，接收链可以包括从天线(例如，局部线圈或身体线圈)到接收器中的数字化和下级的图像重建的信号路径中的所有元件。但是，也可以想到仅对信号路径中的所有元件中的一部分进行检查，例如以便更精确地定位故障。

在方法的一个步骤中，由磁共振断层成像设备的控制器控制的发送器以第一水平输出第一双音信号。在此，如已经针对磁共振断层成像设备所提出的，输出可以是经由天线的输出，或者例如也可以是经由信号回路到接收路径的诊断点中的耦合。在此，第一双音信号的水平被预定为使得当第一双音信号已经穿过信号路径到达接收器或分析装置时，第一双音信号的水平至少位于接收器的噪声水平之上。

在另外的步骤中，分析装置经由信号回路采集第一互调产物。在此，在优选的实施方式中，通过磁共振断层成像设备的组件来提供分析装置，这些组件例如是用于准备高频以及随后的图像重建的信号处理的、针对磁共振信号的接收器，以例如通过傅立叶变换来进行分析。在此，信号回路可以包括从天线线圈到接收器的接收路径中的所有组件，或者也可以仅包括从接收路径上的诊断点到接收器的部分，以便更精确地定位故障。但是，也可以想到在单独的分析装置中进行高频准备和信号分析。在可想到的实施方式中，特别地采集了IM3的幅度以及f1和f2处的幅度。

在另外的步骤中，发送器以第二水平输出第二双音信号。在此，第二双音信号在水平方面与第一双音信号不同。例如，只要满足线性范围的条件(如其先前已经定义的那样)，第二双音信号可以具有高出了至少3dB、6dB、12dB甚至更高的水平。还有利地在相同方向上针对双音信号的两个频率f1和f2进行水平改变，由此，不会部分地补偿奇数阶、特别是第3阶的互调信号中的改变。

在另外的步骤中，分析装置经由信号回路采集第二互调产物。对此适用已经针对采集第一双音信号所提出的方案。

原则上，第一和第二双音信号的顺序可互换，即，首先是否以较高水平或较低水平来进行发送仅稍微改变了随后的确定。

在另外的步骤中，依据第一双音信号的水平、第二双音信号的水平、第一互调产物的水平和第二互调产物的水平来确定检查值。下面针对本发明指出可能的实施方式。通过具有不同水平的双音信号，在此以有利的方式可以消除例如由于耦合元件、特别是在经由局部线圈的天线线圈通过空间布置来进行测量的情况下而引起的在两个测量上恒定的衰减的影响，并且确定与此无关的检查值。然而，如果衰减已知，则原则上利用一个双音信号进行单个测量也将足以确定检查值。然后可以使用多个测量以便例如减少噪声或消除其他与水平有关的参数。

在另外的步骤中，分析装置将所确定的检查值与预定的参考值进行比较。例如可以通过投入运行时的参考测量、实验室中的参考测量或者还根据仿真来确定预定的检查值。也可以通过磁共振断层成像设备的控制器来进行比较，因此这是分析装置的一部分。

在另外的步骤中，依据比较，将信号输出到输出设备上的操作者，或者将信号输出到磁共振断层成像设备的控制器。如果信号表明了与参考值的偏差，该偏差导致图像劣化，则控制器或操作者可以中断图像采集。还可以引起维护措施以纠正故障。还可以想到，控制器利用改变的信号回路来重复方法的步骤，如关于下面本发明所阐述的。

以有利的方式，能够实现磁共振断层成像设备借助发送器利用双音信号以及利用根据本发明的方法通过对改变敏感的奇数阶的、特别是第3阶的互调产物来及早识别接收链中的劣化。在此，不同的水平使得可以在分析中消除例如在耦合时的水平方面的变化。

本发明中还说明了其它有利的实施方式。

在根据本发明的磁共振接收器的一个可以想到的实施方式中，磁共振断层成像设备具有分析装置。分析装置被设计为用于确定输入信号中互调产物的水平。例如，分析装置可以是图像重建的一部分。但是，也可以想到专用的信号处理器或接收器的信号处理组件。例如可以通过模拟或数字的滤波器和随后的幅度测量来实现互调产物的水平，或者直接借助对数字化信号的傅立叶变换来实现互调产物的水平。

通过互调产物，可以以有利的方式特别敏感地识别出接收链中的偏差。

在根据本发明的磁共振接收器的一个可能的实施方式中，磁共振断层成像设备具有信号回路。信号回路被设计为用于将发送器的双音信号耦合到接收器的接收路径的组件中。在此，将由发送器输出的双音信号经由磁共振断层成像设备的接收路径中的一个或多个组件(也包括其中所包含的信号处理步骤)传导到接收器、特别是传导到用于磁共振信号的接收器的每个信号连接被视为信号回路。

以有利的方式，经由信号回路可以将双音信号作为测试信号耦合到磁共振断层成像设备的接收路径中。

在一种可想到的实施方式中，根据本发明的磁共振断层成像设备具有局部线圈。信号回路包括局部线圈，换言之，将双音信号耦合到局部线圈中，并通过接收路径到达接收器。在一个实施方式中，信号回路在此包括局部线圈的天线线圈，即，将双音信号感性地耦合到天线线圈中。但是也可以想到，局部线圈具有用于连接到信号回路的诊断接头，使得可以直接电耦合诊断信号。在一个实施方式中，也可以光学地耦合双音信号，并且通过光电转换器将其转换成电信号。

以有利的方式，根据本发明的磁共振断层成像设备还允许检查局部线圈的功能。

在一种可能的实施方式中，磁共振断层成像设备在信号路径中具有信号分配器。信号分配器例如可以通过一个或多个电子或机械的开关来实施，所述开关也可以以矩阵的形式来连接。信号分配器具有至少一个用于双音信号的信号输入端和至少两个信号输出端，所述信号输出端可以通过控制器与信号输入端连接。磁共振断层成像设备的控制器被设计为借助信号分配器将发送器的双音信号耦合到接收路径的不同组件中。例如，信号分配器的信号输出端可以直接与局部线圈以及与局部线圈到接收器的接头连接。通过将双音信号一次馈入到局部线圈中，以及一次直接馈入到接收器中，信号分配器能够实现定位局部线圈中的故障。

以有利的方式，信号分配器允许将故障定位到接收路径的各个部段上。

在根据本发明的方法的一个可想到的实施方式中，确定检查值的步骤具有确定OIP3(Output Intermodulation Intercept Point 3，输出互调交点3)。在此，OIP3是双对数的放大器特性曲线中的虚拟点，在该虚拟点处，双音信号的两个信号的第3阶的互调产物在幅度方面将与双音信号的基本信号相同。可以根据针对所采集的不同水平的两个双音信号的幅度的值以及由此生成的第3阶的互调产物的幅度的值来对OIP3进行内插。

以有利的方式，OIP3独立于发送器到接收回路的精确的耦合强度，并且同时对接收路径中的改变敏感，使得可以良好地识别出改变和故障。

在根据本发明的方法的一个可能的实施方式中，根据本发明的磁共振断层成像设备具有信号分配器，其中，在输出双音的步骤之前通过控制器来进行设置信号分配器的步骤。通过设置信号分配器，将信号分配器的输出端与接收路径中的组件耦合，并且因此建立了从发送器经由信号分配器到接收器的信号回路，使得双音信号可以到达至接收器，并且可以在那里分析双音信号。

以有利的方式，通过信号分配器，可以经由不同的组件来闭合信号回路，并且因此可以通过利用不同的信号回路来重复的方法来限制可能的故障。

附图说明

结合以下对结合附图更详细地阐述的实施例的描述，上面所描述的本发明的特性、特征和优点以及如何实现其的方式将变得更加清楚并且更显著地容易理解。

附图中：

图1示出了根据本发明的磁共振断层成像设备的示意图；

图2示出了在根据本发明的方法中所使用的示例性信号的频率的示意图；

图3示出了该方法中所使用的信号的水平的示意图以及可能的分析；

图4示出了根据本发明的磁共振断层成像设备的一个实施方式的、参与根据本发明的方法的装置的示意图；

图5示出了根据本发明的磁共振断层成像设备的一个实施方式的、参与根据本发明的方法的装置的示意图；

图6示出了在根据本发明的方法中所使用的发送器的示意图；

图7示出了在根据本发明的方法中所使用的接收器的示意图；

图8示出了用于示例性的根据本发明的方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的磁共振断层成像设备1的实施方式的示意图。

磁体单元10具有场磁体11，场磁体在记录区域中产生静磁场B0，用于对齐样本或患者100的核自旋。记录区域的特征在于极其均匀的静磁场B0，其中，均匀性尤其涉及磁场强度或绝对值。记录区域几乎是球形的，并且布置在患者隧道16中，患者隧道沿着纵向方向2延伸通过磁体单元10。患者卧榻30可由移动单元36在患者隧道16中移动。场磁体11通常是可以提供具有高达3T的磁通密度、在最新的设备的情况下甚至更高的磁场的超导磁体。然而，对于较低的场强，也可以使用永磁体或者具有正常导电的线圈的电磁体。

此外，磁体单元10具有梯度线圈12，梯度线圈12被设计为，用于将磁场B0与可变磁场在三个空间方向上叠加，以对所采集的检查体积中的成像区域进行空间区分。梯度线圈12通常是由正常导电的金属丝构成的线圈，所述线圈可以在检查体积中产生彼此正交的场。

磁体单元10还具有身体线圈14，身体线圈被设计为，用于向检查体积中发射经由信号导线馈送的高频信号，并且接收由患者100发出的共振信号，并且经由信号导线输出。

控制单元20向磁体单元10供应用于梯度线圈12和身体线圈14的不同的信号，并且对接收到的信号进行分析。

因此，控制单元20具有梯度控制器21，该梯度控制器被设计为，用于经由馈电线向梯度线圈12供应可变电流，该可变电流以时间协调的方式在检查体积中提供期望的梯度场。

此外，控制单元20具有高频单元22，该高频单元被设计为用于产生具有预先给定的时间走向、幅度和谱功率分布的高频脉冲，以用于激励患者100中的核自旋磁共振。在此，可以实现千瓦范围内的脉冲功率。激励脉冲可以经由身体线圈14或者还可以经由局部发射天线发射到患者100中。

控制器23经由信号总线25与梯度控制器21和高频单元22通信。

在患者100上布置有局部线圈50，该局部线圈经由连接导线33与高频单元22以及高频单元的接收器65连接。

由于磁共振信号弱，磁共振断层成像的结果强烈取决于接收质量，特别是取决于信噪比(“signal to noise ratio”，SNR)。在此，由于部件退化，SNR可能潜滋暗长地劣化，而不会发生立刻的故障。然而，图像质量或所需的测量持续时间可能由此改变。因此，有利的是，至少在每次图像采集之前，在为图像采集而设置的配置中利用磁共振断层成像设备对参与接收的组件在其灵敏度方面进行测试。

由于通过环境参数(诸如可移动局部线圈50的几何布置和由于患者100造成的可变衰减)，接收路径的特性与这些外部影响混合，因此难以在所有组件的参与下测量接收特性。

因此，本发明的关键思路是通过多次测量来消除这些附加变量。

在此，图2中示出了示例性使用的信号的频率。线图中，相对于信号的频率f描绘了以任意单位的信号幅度A。在此特别有利的是，所有所使用的信号落在频率范围f

这例如可以通过在频率范围f

为此，图3以线图示意性地示出了用于评估接收链的方法的一个实施方式。水平上以对数刻度描绘了输入水平。该输入水平可以与具有频率f

针对每个输入水平测量对应的输出水平L

由于接收回路中的放大在第一近似中是线性的，因此通过点L

互调产物也随输入水平而增加，然而由于阶更高，还具有更高的指数，在IM3中陡峭了3倍。在此，也通过两个点IM3

在此，本发明的原理不限于IP3。例如，也可以使用更高的奇数阶(诸如IP5或IP7)的交点。在根据本发明的方法的范围内，也可以想到大量的数学上等效的计算，这些计算借助使用多个针对线性输出信号和互调产物的测量点来消除方法的可变因素，诸如耦合强度。在此，特别是为其在线图中的清楚性起见而选择了图3中所示出的实施方式。

图4中示出了根据本发明的磁共振断层成像设备1的为根据本发明的方法所使用的组件的实施方式。在此，高频单元22生成具有频率f

双音信号经由局部线圈50或其天线线圈感应耦合到接收回路中。以该方式，可以检查经由天线线圈和局部线圈50的LNB、信号连接、插头、开关矩阵直至接收器65的接收路径中所有参与接收的组件。例如，磁共振断层成像设备1的控制器23可以控制通过高频单元22对双音信号的生成以及按照根据本发明的方法对利用接收器65接收的信号的分析。

图5中，示例性地示出了根据本发明的磁共振断层成像设备的另外的实施方式。在此，检查发送器60具有开关或开关矩阵，利用该开关或开关矩阵，双音信号可以可选地在不同位置处耦合到接收回路中。在此，示例性地说明了具有容性耦合的两个馈入点。一个馈入点在局部线圈50中的LNB的输入端，另一个在接收器65的输入端。以该方式，可以以有利的方式针对两个馈入点依次地实施根据本发明的方法，并且因此在局部线圈50中定位或排除可能的问题。通过直接耦合，还可以排除由于几何因素引起的不同的耦合。

在此，检查发送器60可以是也用于激励核自旋的相同的发送器、可能仅是发送器的一部分(诸如没有功率末级的发射信号准备)、或者还可能是具有独立的信号生成的专用的检查发送器。可以特别简单地在线性度方面优化单独的检查发送器60。

图6中示意性地示出了针对检查发送器60的可能的实施方式，如其既可以作为(至少在信号准备中)用于激励核自旋的集成的发送器或者还可以作为专用的检查发送器60考虑的那样。在此，检查发送器60具有发送存储器61，控制器23能够经由信号总线25向该存储器中写入发送信号。例如，这可以是包络曲线，或者也可以明确是基带中的以一系列实数或复数的幅值的形式的信号。由D/A转换器62读出信号，并且转换为模拟信号。通过在混频器64中与由振荡器63所产生的中间频率进行混频，将信号转换到拉莫尔频率周围的所期望的频率范围f

在此，对基带信号的数字提供允许任意的频率分布和幅度分布，特别是还允许基带信号的生成。此外，然而也可以考虑在MR图像采集中对各个层进行有针对性的激励。在该实施方式中，由于随后的放大，检查信号基本上与用于核自旋的激励信号不同。针对根据本发明的方法根据耦合在线性度高的情况下需要具有几微瓦到几毫瓦的信号，而用于激励的末级必须提供数百瓦至千瓦的功率。因此，也可以通过发送器的一部分来提供检查发送器60，以用于在没有或具有特别的低功率末级的条件下进行核自旋激励。

然而，原则上，也可以想到将由两个振荡器、求和元件和可设置的放大构成的简单组合作为纯检查发送器。

图7中示出了接收器65，例如该接收器也用于接收MR信号。输入的模拟信号被放大，并且必要时被滤波。还可以想到，到中间频率或基带的转换，该转换可以在接收器中或者还可以在诸如局部线圈50的先前的级中进行。模拟信号由A/D转换器66数字化，由信号处理器67或FPGA数字地进一步处理，并且以数字化的形式在接收存储器68中提供给控制器23，该控制器可以经由信号总线25对其进行访问。在此，频率f

在此，在分析中还考虑了可能的模拟或数字的频率转换，通过频率转换将频率f

图8中示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施方式的流程图。

在步骤S10中，检查发送器输出第一双音信号。已经在上述附图中详细阐述了检查发送器和双音信号的特性。可以经由天线进行发送，或者也可以通过电信号连接直接进入到接收路径中。为了进行采集，经由以该方式提供的从检查发送器60到分析装置、优选地到接收器65的信号回路来传导检查信号。

也可以想到，在此在步骤S11中，设置信号分配器、例如开关矩阵，以便经由开关矩阵在预定点上馈入检查信号，从而闭合信号回路。通过重复具有对信号分配器和与其连接的馈入点的不同设置的方法，因此可以更精确地定位接收路径中的故障。

在另外的步骤中，分析装置经由信号回路采集具有第一互调产物的第一检查信号。在此，至少将在所接收的检查信号中确定双音信号(即，一个或两个音信号)和互调信号的幅度理解为“采集”。但是，采集也可以包括对第一检查信号的数字化和可选的存储，使得利用数字信号处理过程、诸如滤波或FFT来进行随后的分析。

在另外的步骤S30中，检查发送器通过发送器以第二水平输出第二双音信号。在此，第二双音信号至少在水平上与第一双音信号不同。优选地，频率和幅度比保持不变，但是也可以想到以预定的并且因此在分析中可掌握的方式改变该频率和幅度比。

在另外的步骤S40中，分析装置经由信号回路采集具有第二双音信号和第二互调产物的第二检查信号。关于步骤S20所阐述的内容在此适用。

在步骤S50中，分析装置依据第一双音信号的水平、第二双音信号的水平、第一互调产物的水平和第二互调产物的水平来确定检查值。检查值可以是在图3中所示出的输出交点3(Output Intercept Point 3)OIP3，但是也可以是通过等效变换在数学上可实现的另外的检查值，或者其中消去了检查发送器60与分析装置之间的可变耦合的检查值。

在步骤S60中，分析装置将检查值与参考值进行比较。例如，分析装置能够确定检查值是否位于边界值之下或之上，或者位于窗或值范围之内或是之外。

在另外的步骤S70中，依据比较结果，分析装置将信号输出到磁共振断层成像设备1的控制器23或者操作人员的显示器。例如，如果针对OIP3的值降至阈值以下，则可以输出接收路径已退化的提示。

尽管已经在细节上通过优选的实施例更详细地阐述和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以从中推导出其他变形，而不脱离本发明的保护范围。