用于mri系統(tǒng)的具有可調(diào)節(jié)開關(guān)電平的射頻安全開關(guān)的制作方法
【專利摘要】一種用于在磁共振成像系統(tǒng)(10)中使用的射頻天線設(shè)備(30)，所述磁共振成像系統(tǒng)(10)被配置用于采集感興趣對象(20)的至少部分的磁共振圖像；所述射頻天線設(shè)備(30)包括：?至少一個射頻天線(32)，其被配置用于被饋送有來自至少一個射頻信道的射頻功率并且被配置用于將射頻場B施加至所述感興趣對象(20)的所述部分的核或所述部分內(nèi)的核以進行磁共振激勵，?至少一個拾取電路(46)，其包括電氣設(shè)備或電子設(shè)備，其具有非線性電流?電壓特性，?其中，所述至少一個拾取電路(46)被配置為在所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備在高阻抗態(tài)與低阻抗態(tài)之間的轉(zhuǎn)換后提供觸發(fā)信號(56)，所述觸發(fā)信號(56)能用于切斷對磁性地耦合至所述至少一個電感器(48)的所述至少一個射頻天線(32)的射頻功率的供應(yīng)；一種以相對于發(fā)射的射頻功率的效應(yīng)安全的方式操作磁共振成像系統(tǒng)(10)的方法；以及一種相對于發(fā)射的射頻磁場B1的幅值的校準而操作磁共振成像系統(tǒng)(10)的方法。
【專利說明】
用于MR I系統(tǒng)的具有可調(diào)節(jié)開關(guān)電平的射頻安全開關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于在磁共振成像系統(tǒng)中使用的射頻天線設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁共振成像領(lǐng)域公知的是利用被配置用于同時發(fā)送射頻功率并且從獨立的射頻信道被饋送的多個射頻天線可以導致待被供應(yīng)至核以生成磁共振激勵的射頻磁場BI的改進的均質(zhì)性。這在具有大于1.5T的靜磁場強度的磁共振成像系統(tǒng)中可以是特別有利的。磁共振成像系統(tǒng)中的獨立發(fā)送射頻天線的數(shù)量越大，相對于射頻功率在人類組織(特定吸收速率SAR)和電子裝備上的影響，用于校準和用于安全監(jiān)控和保護的技術(shù)努力越高。
[0003]文件US2012/0306499描述了一種射頻發(fā)送/接收線圈組件，其中，射頻線圈元件通過具有可變阻抗的故障保護安全開關(guān)電連接至混合功率分離器/組合器，從而在射頻線圈組件被正確連接的情況下響應(yīng)于被供應(yīng)至故障保護安全開關(guān)的電控制信號而改變故障保護安全開關(guān)的阻抗。
[0004]國際申請W02008/001326涉及用于多核成像的RF線圈系統(tǒng)。公知的線圈系統(tǒng)包括發(fā)射器線圈、平面接收器線圈和機載數(shù)字接收器電路。平面接收器線圈具有調(diào)諧電容器和各自橋接調(diào)諧電容器的有源和無源(解調(diào)諧)調(diào)諧電路。有源(解調(diào)諧)調(diào)諧電路受來自控制單元的控制信號控制。在適當?shù)卣{(diào)諧平面接收器線圈后，所選擇的核(與經(jīng)調(diào)諧的共振頻率無關(guān))的磁共振信號被采集并被提供至數(shù)字接收器電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于以用于校準和安全監(jiān)控的降低的技術(shù)努力提供一種用于在磁共振成像系統(tǒng)中使用的射頻天線設(shè)備，該射頻天線設(shè)備包括用于發(fā)送射頻功率的至少一個射頻天線。
[0006]此目的由用于在磁共振成像系統(tǒng)中使用的射頻天線設(shè)備來實現(xiàn)，該磁共振成像系統(tǒng)被配置用于采集感興趣對象的至少部分的磁共振圖像并且包括:
[0007]-檢查空間，其被提供為將所述感興趣對象的至少所述部分定位在所述檢查空間內(nèi)，以及
[0008]-主磁體，其被配置用于在所述檢查空間中生成靜磁場。
[0009]所述射頻天線設(shè)備包括:
[0010]-至少一個射頻天線，其被配置用于被饋送有來自至少一個射頻信道的射頻功率并且被配置用于將射頻場B1施加至所述感興趣對象的所述部分的核或所述部分內(nèi)的核以進行磁共振激勵，以及
[0011]-至少一個拾取電路。
[0012]所述至少一個拾取電路包括:
[0013]-至少一個電感器，其磁性地親合至所述至少一個射頻天線，
[0014]-至少一個電容器，其串聯(lián)電連接至所述至少一個電感器，以形成在拉莫爾頻率附近的范圍中能調(diào)諧的串聯(lián)共振電路，以及
[0015]-電氣設(shè)備或電子設(shè)備，其具有非線性電流-電壓特性，所述非線性電流-電壓特性具有至少一個高阻抗狀態(tài)和至少一個低阻抗狀態(tài)，其中，所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備能夠通過比預(yù)定閾值電壓小的第一電壓與比所述預(yù)定閾值電壓大的第二電壓之間的電壓變化在所述高阻抗狀態(tài)與所述低阻抗狀態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)換，并且其中，所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備直接地或間接地并聯(lián)至所述至少一個電容器。
[0016]所述至少一個拾取電路被配置為在所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備在所述高阻抗狀態(tài)與所述低阻抗狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換后提供觸發(fā)信號，所述觸發(fā)信號能用于切斷對磁性地耦合至所述至少一個電感器的所述至少一個射頻天線的射頻功率的供應(yīng)。
[0017]如在本申請中使用的短語“電子設(shè)備”應(yīng)當具體被理解為其中電流至少部分地由半導體內(nèi)、由氣體填充的空間內(nèi)或在真空中的電荷載流子的傳輸建立的設(shè)備。
[0018]如在本申請中使用的短語“非線性電流-電壓特性”應(yīng)當具體被理解為包含其電流-電壓特性包括使得能夠使用電子設(shè)備用于開關(guān)目的的陡峭上升的電子設(shè)備。
[0019]如在本申請中使用的短語“直接并聯(lián)連接或間接并聯(lián)連接”應(yīng)當具體被理解為使得電容器和電氣設(shè)備或電子設(shè)備的端子直接電連接(直接并聯(lián)連接)，或者使得電氣設(shè)備或電子設(shè)備是包括至少一個電氣設(shè)備或電子設(shè)備(特別是電阻器)的電路徑的一部分，并且其中，電氣路徑直接并聯(lián)連接至電容器。
[0020]利用適當選擇的預(yù)定閾值電壓，可以以符合與將感興趣對象暴露至射頻場相關(guān)的現(xiàn)有安全條例的功率電平自動地且可靠地切斷射頻功率的供應(yīng)，并且所述功率電平對于磁共振成像系統(tǒng)的電子裝備是非損壞性的。
[0021]在優(yōu)選實施例中，所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備選自包括火花隙、變阻器、二極管、晶體管、二端交流開關(guān)、以及三端雙向交流開關(guān)的組。
[0022]火花隙可用作通用的SMD部件，提供了具有非常高的絕緣電阻的一系列可選擇的參數(shù)，如浪涌電流和飛弧電壓，特別是與半導體設(shè)備相比，低串聯(lián)電容和總體上穩(wěn)定的溫度特性?；鸹梢栽跊]有以上提到的參數(shù)的任何顯著退化的情況下發(fā)生幾百次。
[0023]在拾取電路的布局中，火花隙可以通過提供用于維護的簡單通道而被設(shè)計為可容易更換的部件。
[0024]二極管可以具體地被形成為快速開關(guān)二極管或發(fā)光二極管(LED)。晶體管可以具體地被形成為快速開關(guān)金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)。
[0025]以這種方式，可以提供針對至少一個拾取電路的技術(shù)上簡單且成本高效的方法。
[0026]優(yōu)選地，所述至少一個射頻天線與所述至少一個電感器之間的磁性耦合的耦合系數(shù)k被選擇為小于百分之一。親合系數(shù)k應(yīng)當在通常意義上來理解為由k=M/(U*L2)1/2定義，其中，M表示被磁性地耦合的兩個電感Li與L2之間的互感。通過此，拾取電路的電感器對耦合至其的至少一個射頻天線中的電流的影響是可忽略的。最優(yōu)選地，耦合系數(shù)k小于10—3，為不影響至少一個射頻天線的功能提供了安全裕量。
[0027]在另一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個電容器由所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備固有的寄生電容而形成。在此情況下，串聯(lián)共振電路是能由至少一個電感器調(diào)諧的，并且通過避免針對至少一個電容器的集總電容器，能夠提供通過用于實現(xiàn)拾取電路的較簡單的方案。
[0028]在另一優(yōu)選實施例中，所述射頻天線設(shè)備包括多個射頻天線，其中，所述多個射頻天線中的每個射頻天線均被配置用于被饋送有至少來自所述至少一個射頻信道的射頻功率，并且所述射頻天線設(shè)備還包括多個拾取電路，其中，所述多個射頻天線中的每個射頻天線均耦合至所述多個拾取電路中的至少一個拾取電路。這使得能夠以降低的技術(shù)努力來對所述多個射頻天線中的每個射頻天線進行單獨的安全監(jiān)控。
[0029]優(yōu)選地，所述多個射頻天線中的每個射頻天線磁性地耦合至所述多個拾取電路中的所述拾取電路中的不同的拾取電路的所述至少一個電感器。
[0030]如果射頻天線設(shè)備包括被配置為隨后在所述多個拾取電路中的每個拾取電路與所述多個拾取電路共用的電氣設(shè)備或電子設(shè)備之間提供至少一個電連接的多路復(fù)用器，則還有利地降低技術(shù)努力。
[0031]在進一步的優(yōu)選實施例中，所述至少一個電氣設(shè)備或電子設(shè)備被形成為具有透明外殼的火花隙，并且所述觸發(fā)信號至少處于由光信號形成的區(qū)段中。以此方式，觸發(fā)信號可以通過非金屬光學裝置來傳送，以便在遠程地方進行利用。
[0032]所述射頻天線設(shè)備可以有利地還包括集總電阻器，所述集總電阻器與所述至少一個電感器和所述至少一個電容器串聯(lián)電連接，以調(diào)節(jié)跨所述串聯(lián)共振電路的電壓。集總電阻器降低串聯(lián)共振電路的品質(zhì)因子，由此允許控制能通過磁性耦合至多個射頻天線中的至少一個射頻天線誘發(fā)的電壓并且將該電壓調(diào)整為所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的所述預(yù)定閾值電壓。
[0033]在另一個優(yōu)選實施例中，所述至少一個拾取電路還包括發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管與所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備串聯(lián)電連接，其中，所述觸發(fā)信號通過由發(fā)光二極管發(fā)出的光而形成。這提供了觸發(fā)信號可以通過非金屬光學裝置來傳送以便在遠程地方進行利用的優(yōu)點。
[0034]在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種磁共振成像系統(tǒng)，其被配置用于采集感興趣對象的至少部分的磁共振圖像。所述磁共振成像系統(tǒng)包括:檢查空間，其被提供為將所述感興趣對象定位在所述檢查空間內(nèi)；主磁體，其被配置用于在所述檢查空間中生成靜磁場；以及磁梯度線圈系統(tǒng)，其被配置用于生成被疊加至所述靜磁場的梯度磁場。所述磁共振成像系統(tǒng)還包括:射頻天線設(shè)備中的所公開的實施例中的至少一個或其組合；以及至少一個射頻天線設(shè)備，其被提供用于接受來自已經(jīng)由射頻場的傳輸而被激勵的所述感興趣對象的部分的核或所述部分內(nèi)的核的磁共振信號。此外，所述磁共振成像系統(tǒng)包括控制單元，所述控制單元被配置用于控制所述磁共振成像系統(tǒng)的功能。
[0035]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種以相對于發(fā)射的射頻功率的效應(yīng)安全的方式操作如在先前段落中所描述的磁共振成像系統(tǒng)的方法。
[0036]該方法包括下列步驟:
[0037]-將至少一個拾取電路耦合至至少一個射頻天線，
[0038]-將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的或能適用于所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的期望電壓電平調(diào)整為所述至少一個拾取電路中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的所述預(yù)定閾值電壓，
[0039]-通過經(jīng)由所述控制單元切斷對耦合至所述至少一個拾取電路的所述至少一個射頻天線的供應(yīng)來利用由所述至少一個拾取電路提供的觸發(fā)信號。
[0040]優(yōu)選地，所述至少一個射頻天線磁耦合至所述至少一個拾取電路的所述至少一個電感器。通過此，能誘發(fā)跨所述串聯(lián)共振電路的電壓。
[0041]作為本發(fā)明的另一方面，提供了一種相對于發(fā)射的射頻磁場的幅值的校準而操作如在前述段落中所描述的磁共振成像系統(tǒng)的方法。所述磁共振成像系統(tǒng)包括射頻天線設(shè)備，所述射頻天線設(shè)備包括多個拾取電路，其中，所述多個射頻天線中的每個射頻天線耦合至所述多個拾取電路中的至少一個拾取電路。
[0042]該方法包括下列步驟:
[0043]-選擇所述多個射頻天線中的第一射頻天線以將射頻功率饋送至所述第一射頻天線，
[0044]-將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的或能適用于所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的期望電壓電平調(diào)整為耦合到所述第一射頻天線的所述拾取電路中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的第一預(yù)定閾值電壓，
[0045]-對被饋送至所述多個射頻天線中的所述第一射頻天線的射頻功率的電平進行斜升，
[0046]-通過將在出現(xiàn)所述觸發(fā)信號的時間點時已經(jīng)被饋送至所述第一射頻天線的射頻功率的所述電平與由所述第一射頻天線生成的射頻磁場的想要的幅值相關(guān)來利用由所述拾取電路提供的觸發(fā)信號，
[0047]-切斷對所述多個射頻天線的所述第一射頻天線的射頻功率的供應(yīng)，
[0048]-選擇所述多個射頻天線中的第二射頻天線以將射頻功率饋送至所述第二射頻天線，
[0049]-將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的或能適用于所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的期望電壓電平調(diào)整為耦合到所述第二射頻天線的所述拾取電路中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的第二預(yù)定閾值電壓，并且執(zhí)行以下步驟:斜升，利用觸發(fā)信號，以及切斷對射頻功率的供應(yīng)，并且
[0050]-針對多個射頻天線中的剩余射頻天線重復(fù)先前的步驟。
[0051]以此方式，對于由感興趣對象對射頻天線的給定裝載，可以針對多個射頻天線中的每個單獨的射頻天線確定用于生成期望的射頻磁場仏的射頻參考功率。通過此，包括具有被配置用于被饋送有來自至少一個射頻信道的射頻功率的至少一個射頻天線的射頻天線設(shè)備的磁共振成像系統(tǒng)可以以降低的技術(shù)努力來進行校準。當然，對于包括具有被配置用于被饋送有來自至少兩個獨立的射頻信道的射頻功率的多個射頻天線的射頻天線設(shè)備的磁共振成像系統(tǒng)展露(unfold)技術(shù)努力的更大的降低。
[0052]優(yōu)選地，所述多個射頻天線中的每個射頻天線磁性地耦合至至少一個拾取電路中的至少一個電感器。通過此，能誘發(fā)跨拾取電路的串聯(lián)共振電路的電壓。
[0053]在備選方法中，選擇第一(第二)射頻天線的步驟可以被修改為選擇不用于將射頻功率饋送至其的第一(第二)射頻天線，以及對射頻功率的電平進行斜升的步驟可以被修改為對被饋送至多個射頻天線中除了第一(第二)射頻天線之外的所有射頻天線的射頻功率的電平進行斜升。
[0054]同樣備選地，所述多個拾取電路中的所述拾取電路中的至少一個包括可以兩個電氣設(shè)備或電子設(shè)備，所述兩個電氣設(shè)備或電子設(shè)備能夠可選地例如通過開關(guān)并聯(lián)連接至所述至少一個電容器。所述兩個電氣設(shè)備或電子設(shè)備中的一個可以具有較低的預(yù)定閾值電壓并且可以僅僅用于校準目的而使用。以此方式，在校準期間保持相對于特定吸收率的較大安全裕量。
[0055]在優(yōu)選實施例中，通過調(diào)節(jié)特定拾取電路的至少一個電感器與射頻天線之間的磁性耦合來執(zhí)行將能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平調(diào)整為所述特定拾取電路的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的預(yù)定閾值電壓的步驟。如通常所公知的，確定兩個電感器之間的互感的參數(shù)是其特定形狀和其相對彼此的布置，所以調(diào)節(jié)磁性耦合的方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的并且不需要在本文中進行詳細描述。
[0056]還可以優(yōu)選地通過選擇與至少一個電感器和至少一個電容器串聯(lián)電連接的集總電阻器的電阻值來執(zhí)行將能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平調(diào)整為特定拾取電路的電氣設(shè)備或電子設(shè)備的預(yù)定閾值電壓的步驟。集總電阻器降低了串聯(lián)共振電路的品質(zhì)因子并且因此允許控制能通過磁性耦合至多個射頻天線中的特定射頻天線誘發(fā)的電壓。
【附圖說明】
[0057]本發(fā)明的這些或其他方面將從后文描述的實施例變得顯而易見并參考后文描述的實施例得到闡明。
[0058]在附圖中:
[0059]圖1是根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)的實施例的部分的示意圖，
[0060]圖2示意性地示出了根據(jù)圖1的磁共振成像系統(tǒng)的射頻天線設(shè)備，
[0061 ]圖3是根據(jù)本發(fā)明的拾取電路的示意圖，
[0062]圖4示出了根據(jù)圖2的射頻天線設(shè)備的射頻天線中的一個射頻天線的SPICE軟件仿真的結(jié)果，并且
[0063]圖5是根據(jù)本發(fā)明的備選拾取電路的示意圖。
[0064]附圖標記
[0065]10磁共振成像系統(tǒng)
[0066]12磁共振掃描器
[0067]14主磁體
[0068]16檢查空間
[0069]18中心軸
[0070]20感興趣對象
[0071]22磁梯度線圈系統(tǒng)
[0072]24射頻發(fā)射器單元
[0073]26控制單元
[0074]28射頻屏蔽
[0075]30射頻天線設(shè)備
[0076]32射頻天線
[0077]34射頻信道
[0078]36射頻開關(guān)單元
[0079]38圖像處理單元
[0080]40存儲器單元
[0081 ]42處理器單元
[0082]44軟件模塊
[0083]46拾取電路
[0084]48電感器
[0085]50電容器
[0086]52火花隙
[0087]54參考電阻器
[0088]56觸發(fā)信號
[0089]58電阻器
[0090]60塑料光學透鏡[0091 ]62 光纖
[0092]64光學檢測器
[0093]66發(fā)光二極管
[0094]68串聯(lián)電阻器
[0095]Bi射頻場
[0096]k耦合系數(shù)
【具體實施方式】
[0097]圖1是根據(jù)本發(fā)明的磁共振成像系統(tǒng)10的實施例的部分的示意圖，所述磁共振成像系統(tǒng)被配置為用于采集感興趣對象20的至少部分的磁共振圖像。磁共振成像10包括具有被配置用于生成具有3.0T的磁場強度的靜磁場的主磁體14的磁共振掃描器12。主磁體14具有提供圍繞中心軸18的用于將感興趣對象20定位在其內(nèi)的檢查空間16的中心膛。出于清晰的原因，已經(jīng)在圖1中省略用于支撐感興趣對象20的常規(guī)臺?；旧响o磁場定義了檢查空間16的與中心軸18平行對齊的軸方向。此外，磁共振成像系統(tǒng)10包括被配置用于生成被疊加至靜磁場的梯度磁場的磁梯度線圈系統(tǒng)22。磁梯度線圈系統(tǒng)22同心地布置在主磁體14的膛內(nèi)，如本領(lǐng)域所公知的。
[0098]此外，磁共振成像系統(tǒng)10包括被設(shè)計為全身線圈的射頻天線設(shè)備30。射頻天線設(shè)備30包括被配置用于被饋送有來自八個獨立的射頻信道3如-348的射頻發(fā)射器單元24的射頻功率的八個射頻天線32^328，其中，射頻信道34-348中的每個包括射頻源和射頻功率放大器(圖2)。八個射頻天線32^328被提供用于將射頻場B1施加至感興趣對象20的部分的核或部分內(nèi)的核以進行磁共振激勵。
[0099]盡管在此實施例中，射頻天線設(shè)備被描述為包括八個射頻天線，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到射頻天線設(shè)備還可以包括不同數(shù)量的射頻天線。同樣，對于其他實施例，獨立的射頻信道的數(shù)量可以是不同的。
[0100]射頻天線設(shè)備30的八個射頻天線32^328還被提供用于在射頻接收相期間接收來自已經(jīng)由發(fā)送的射頻場仏激勵的感興趣對象20的部分的核或部分內(nèi)的核的磁共振信號。在磁共振成像系統(tǒng)10的操作狀態(tài)中，以連續(xù)的方式進行射頻發(fā)送相和射頻接收相。八個射頻天線32^328具有中心軸，該中心軸在工作狀態(tài)中被同心地布置在主磁體14的膛內(nèi)，使得八個射頻天線321-32s的中心軸和磁共振成像系統(tǒng)10的中心軸18符合。如在本領(lǐng)域中所公知的，圓柱形金屬射頻屏幕28同心地被布置在磁梯度線圈系統(tǒng)22與八個射頻天線32^328之間。
[0101]如圖1所示，磁共振成像系統(tǒng)10還包括控制單元26，所述控制單元被提供用于至少控制磁共振掃描器12和磁梯度線圈系統(tǒng)22的功能。此外，射頻發(fā)射器單元30連接至控制單元26并受所述控制單元控制。射頻發(fā)射器單元30被提供用于在射頻發(fā)送相期間經(jīng)由射頻開關(guān)單元36將磁共振射頻的射頻功率饋送至八個射頻天線32^328。在射頻發(fā)送相期間，射頻開關(guān)單元36將磁共振信號從射頻天線32^328引導至駐留在控制單元26中的圖像處理單元38。圖像處理單元38被配置用于處理所采集的磁共振信號以根據(jù)所采集的磁共振信號來確定感興趣對象20的部分的磁共振圖像。此技術(shù)的許多不同變形對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，并且因此不需要在本文進一步詳細描述。
[0102]射頻天線設(shè)備30還包括八個拾取電路46!-468(圖2)。八個拾取電路46!-468中的每個拾取電路46?被布置在多個射頻天線32:-328中的射頻天線32?中的不同射頻天線附近。以此方式，多個射頻天線321-32s中的每個射頻天線32n磁性地耦合至八個拾取電路461-46s中的每個拾取電路46n中的不同拾取電路。
[0103]在圖3中示出了拾取電路46n中的一個和射頻天線32n中的部分的示意圖。八個射頻天線32^328中的射頻天線32?中是相同設(shè)計的，每個射頻天線32n包括扁平矩形線圈和用于將射頻天線32?調(diào)諧至拉莫爾頻率的調(diào)諧電容器。
[0104]八個拾取電路46^468中的拾取電路46n是相同設(shè)計的，并且各自包括磁性地耦合至射頻天線32n中的扁平矩形線圈的電感器48n，所述電感器被布置在所述射頻天線附近。八個拾取電路46!-468中的每個拾取電路46n以及磁性地耦合至其的射頻天線32n的相對位置和取向被選擇為使得拾取電路46η的電感器48η與射頻天線32η的扁平矩形線圈之間的耦合系數(shù)k小于百分之一，即為約0.0005。到更遠程的射頻天線32^328的磁性耦合由于更大的距離而更低，并且因此是可以忽略的。
[0105]每個拾取電路46n還包括串聯(lián)電連接至電感器48n以形成被調(diào)諧至位于拉莫爾頻率附近的范圍中的共振頻率的串聯(lián)共振電路的電容器50n。在并聯(lián)電連接至電容器50?的情況下，每個拾取電路46n包括由SMD-類型火花隙52n和例如具有0.1Ohm的低電阻的參考電阻器54?形成的電子設(shè)備。備選地，電子設(shè)備可以選自包括變阻器、二極管、晶體管和二端交流開關(guān)的組。原則上，如果適當?shù)匦薷氖叭‰娐罚瑒t可以利用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員看起來適當?shù)木哂蟹蔷€性電流-電壓特性的任何電子設(shè)備。
[0106]火花隙52n具有非線性電流-電壓特性，該非線性電流-電壓特性具有低阻抗狀態(tài)和大于I OOMOhm的高阻抗狀態(tài)?；鸹ㄏ? 2n能夠通過小于火花隙5 2n的預(yù)定閾值電壓的第一電壓與大于所述預(yù)定閾值電壓的第二電壓之間的電壓變化在高阻抗狀態(tài)與低阻抗狀態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)換。對于拉莫爾頻率附近的射頻，由250V的飛弧電壓給出火花隙52n的預(yù)定閾值電壓。
[0107]圖4示出了磁性耦合至根據(jù)圖3的拾取電路46?的電感器48?的根據(jù)圖2的射頻天線設(shè)備30的射頻天線32n中的一個的SPICE軟件仿真的結(jié)果。以200V的電壓幅度將射頻功率饋送至射頻天線32n，從而生成射頻天線32n中的14A的電流。在示意圖中，跨電容器50n的電壓被示出為串聯(lián)共振電路的共振頻率附近的位于拉莫爾頻率附近的射頻范圍中。如所示出的，峰值電壓高達300V，其受到電感器48?和電容器50n的固有歐姆電阻限制。該峰值電壓足以將火花隙52n從高阻抗狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低阻抗狀態(tài)。當這種轉(zhuǎn)換發(fā)生時，通過參考電阻器54?的電流改變，其例如可檢測為跨參考電阻器54n的電壓中的上升。檢測電壓中這種上升的方法不必在本文更詳細地進行描述，因為它們在本領(lǐng)域中是公知的。
[0108]以此方式，拾取電路46η被配置為當在高阻抗狀態(tài)與低阻抗狀態(tài)之間的火花隙52η的轉(zhuǎn)換后提供觸發(fā)信號56η，其中，觸發(fā)信號56η由跨參考電阻器54η的電壓中的上升而形成。
[0109]在備選方法中(未示出)，圖3的拾取電路46η能夠通過省去集總電容器50η來進行簡化，以使得火花隙52?固有的寄生電容串聯(lián)電連接至電感器48η，從而形成通過選擇電感器48η的適當?shù)碾娮柚刀苷{(diào)諧至拉莫爾頻率附近的串聯(lián)共振電路。
[0110]進一步地，并且還備選地(未示出)，射頻天線設(shè)備30可以包括多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器被配置為隨后提供多個拾取電路46^468中的每個拾取電路46η中的至少一個電容器50?與多個拾取電路46!-468公用的電氣設(shè)備或電子設(shè)備之間的至少一個電連接。
[0111]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當意識到，相對于拉莫爾頻率對串聯(lián)諧振電路的共振頻率的調(diào)諧是用于將能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平修改至火花隙52η的預(yù)定閾值電壓的可行選擇。
[0112]通過選擇與至少一個電感器48η和至少一個電容器50η串聯(lián)電連接的集總電阻器58η的電阻值來給出用于將能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平調(diào)整為火花隙52η的預(yù)定閾值電壓的第二可行選擇。在圖3中由虛線指示這種集總電阻器58η。
[0113]通過調(diào)節(jié)拾取電路46?的電感器48?與電感器48η耦合至的射頻天線32η之間的磁性耦合來給出用于將能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平調(diào)整為火花隙52η的預(yù)定閾值電壓的第三可行選擇。只要射頻天線32η中的電流僅僅在指定限度內(nèi)(例如，在0.2%內(nèi))受影響，則該選項就是可行的。
[0114]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的備選拾取電路46η’的示意圖。與根據(jù)圖3的實施例相比，電子設(shè)備被形成為具有透明外殼的火花隙52η’。塑料光學透鏡60附接至透明外殼，并且光纖62接入(splice)至光學透鏡60。火花隙52η’的高阻抗狀態(tài)與低阻抗狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換伴隨光的發(fā)出進行，光的部分將通過光學透鏡60耦合至光纖62并且其能夠朝向遠程光檢測器62發(fā)送以便生成能夠被發(fā)送至磁共振成像系統(tǒng)10的控制單元26以進行進一步利用的觸發(fā)信號56’。遠程光檢測器64可以布置為例如靠近控制單元26。
[0115]代替采用具有透明外殼的火花隙52η’，如果火花隙52η”與發(fā)光二極管66和串聯(lián)電阻器68串聯(lián)電連接，則具有普通外殼的火花隙52η”能夠被使用在備選拾取電路46”中，在圖5中以虛線示出了并聯(lián)電連接至電容器的火花隙52η”、發(fā)光二極管66和串聯(lián)電阻器68的串聯(lián)組合。光纖62”能夠以與之前描述的相同的方式附接至發(fā)光二極管66”。
[0116]在下文中，描述了一種以相對于發(fā)射的射頻功率的效應(yīng)安全的方式操作磁共振成像系統(tǒng)10的方法。在操作磁共振成像系統(tǒng)10的準備中，應(yīng)當理解的是，所有涉及的單元和設(shè)備都處于操作狀態(tài)，多個射頻天線32Χ-328的每個射頻天線32?磁性地耦合至多個拾取電路46^468中的拾取電路46η中的不同拾取電路的電感器48^488，并且能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的電壓電平已經(jīng)被調(diào)整為火花隙52Η528的預(yù)定閾值電壓。
[0117]最初，拾取電路46!-468中的所有火花隙52!-528處于高阻抗狀態(tài)。如果在磁共振成像系統(tǒng)10的射頻發(fā)送相中的一個期間，火花隙52?中的一個通過拾取電路46η中誘發(fā)的超過火花隙52n的預(yù)定閾值電壓的電壓而從其高阻抗狀態(tài)轉(zhuǎn)換為其低阻抗狀態(tài)，由拾取電路46n以跨參考電阻器54n的電壓上升的形式提供觸發(fā)信號56n。
[0118]經(jīng)由圖3中未示出的適當?shù)难b置將跨拾取電路46^468中的每個的參考電阻器54n的電壓發(fā)送至磁共振成像系統(tǒng)10的控制單元26。適當?shù)难b置包括發(fā)送模擬電壓的電纜連接、或電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及經(jīng)由線纜或經(jīng)由無線連接將表示電壓的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸至控制單元26，并且還可以包括看起來適合于本領(lǐng)域技術(shù)人員的其他裝置。
[0119]在出現(xiàn)觸發(fā)信號56和在控制單元26中檢測到其后，通過經(jīng)由控制單元26切斷對磁性地耦合至提供觸發(fā)信號56的拾取電路46?的電感器48n的射頻天線32n的射頻功率的供應(yīng)來利用觸發(fā)信號56。以此方式，可以有效地防止通過過度暴露至射頻功率的對感興趣對象20的任何損害以及對磁共振成像系統(tǒng)1的敏感電子裝備的破壞。
[0120]接下來，描述了一種以相對于發(fā)射的射頻場仏的幅值的校準的安全的方式操作磁共振成像系統(tǒng)10的方法。同樣，應(yīng)當理解的是，在操作磁共振成像系統(tǒng)10的準備中，所有涉及的單元和設(shè)備都處于操作狀態(tài)，多個射頻天線32^328的每個射頻天線32?磁性地耦合至多個拾取電路46^468中的拾取電路46n中的不同拾取電路的電感器48n，并且能跨串聯(lián)共振電路誘發(fā)的電壓電平已經(jīng)被調(diào)整為火花隙52?的預(yù)定閾值電壓，并且拾取電路46^468中的所有火花隙52^528最初都處于其高阻抗狀態(tài)。
[0121]通過磁共振成像系統(tǒng)10的控制單元26來控制方法的步驟。為此目的，控制單元26包括軟件模塊44(圖1)。要被執(zhí)行的方法步驟被轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖K44的程序代碼，其中，程序代碼能實施在控制單元26的存儲器單元40中并且能由控制單元26的處理器單元42運行。在該實施例中，已經(jīng)采用通常用于控制磁共振成像系統(tǒng)10的功能的控制單元26來執(zhí)行方法的步驟。原則上，控制單元26可以備選地被設(shè)計為尤其被指派為執(zhí)行方法的步驟的額外的控制單元。
[0122]在通過磁共振成像系統(tǒng)10的操作員的輸入啟動后自動執(zhí)行該方法?？刂茊卧?6選擇多個射頻天線32^328中的第一射頻天線32?以通過對射頻功率的電平進行線性斜升來將射頻功率饋送至所述第一射頻天線。一旦包括磁性地耦合至第一射頻天線32?的電感器48n的拾取電路46n中誘發(fā)的電壓達到火花隙52?的預(yù)定閾值電壓，如先前所描述的提供觸發(fā)信號56n。通過將在出現(xiàn)觸發(fā)信號56n的時間點時已經(jīng)被饋送至第一射頻天線32n的射頻功率的電平與由第一射頻天線32n生成的射頻場B1的想要的磁性幅值相關(guān)來利用觸發(fā)信號56?。第一射頻天線32n與拾取電路46?的電感器48?之間的磁性耦合確保觸發(fā)信號56n指示與磁性耦合有關(guān)的射頻場Bi的磁場幅值的相同電平是由射頻天線32n生成的。
[0123]在出現(xiàn)觸發(fā)信號56η時饋送的射頻功率的電平被讀出并被存儲在控制單元26的存儲器單元40中。然后，切斷對第一射頻天線32η的射頻功率的供應(yīng)，以及選擇多個射頻天線32^328中的第二射頻天線32m，以將射頻功率饋送至所述第二射頻天線，并且在第一射頻天線32n處如之前一樣地執(zhí)行斜升、利用觸發(fā)信號56n、將射頻功率電平存儲在存儲器單元40中、以及切斷對射頻功率的供應(yīng)的步驟。
[0124]然后針對多個射頻天線32^328中的剩余射頻天線32r(r在m，n)重復(fù)這些步驟。
[0125]盡管已經(jīng)在附圖和前面的描述中詳細說明并描述了本發(fā)明，但是這樣的說明和描述應(yīng)被認為是說明性的或示范性的而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、說明書以及隨附權(quán)利要求書，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐要求保護的本發(fā)明時可以理解并實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。在權(quán)利要求中，詞“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施的僅有事實并不指示不能有利地利用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)被解釋為對范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種用于在磁共振成像系統(tǒng)(10)中使用的射頻天線設(shè)備(30)，所述磁共振成像系統(tǒng)(10)被配置用于采集感興趣對象(20)的至少部分的磁共振圖像并且包括: -檢查空間(16)，其被提供用于將所述感興趣對象(20)的至少所述部分定位在所述檢查空間內(nèi)， -主磁體(14)，其被配置用于在所述檢查空間(16)中生成靜磁場； 所述射頻天線設(shè)備(30)包括: -至少一個射頻天線(32)，其被配置用于被饋送有來自至少一個射頻信道的射頻功率并且被配置用于將射頻場仏施加至所述感興趣對象(20)的所述部分的核或所述部分內(nèi)的核以進行磁共振激勵， -至少一個拾取電路(46)，其包括: -至少一個電感器(48)，其磁性地耦合至所述多個射頻天線(32)中的至少一個射頻天線(32)， -至少一個電容器(50)，其串聯(lián)電連接至所述至少一個電感器(48)，以形成在拉莫爾頻率附近的范圍中能調(diào)諧的串聯(lián)共振電路，以及 -電氣設(shè)備或電子設(shè)備，其具有非線性電流-電壓特性，所述非線性電流-電壓特性具有至少一個高阻抗狀態(tài)和至少一個低阻抗狀態(tài)，其中，所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備能夠通過比預(yù)定閾值電壓小的第一電壓與比所述預(yù)定閾值電壓大的第二電壓之間的電壓變化在所述高阻抗狀態(tài)與所述低阻抗狀態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)換，并且其中，所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備直接地或間接地并聯(lián)至所述至少一個電容器(50)， -其中，所述至少一個拾取電路(46)被配置為在所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備在所述高阻抗狀態(tài)與所述低阻抗狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換后提供觸發(fā)信號(56)，所述觸發(fā)信號(56)能用于切斷對磁性地耦合至所述至少一個電感器(48)的所述至少一個射頻天線(32)的射頻功率的供應(yīng)。2.如權(quán)利要求1所述的射頻天線設(shè)備(30)，其中，所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備選自包括火花隙(52)、變阻器、二極管、晶體管、二端交流開關(guān)、以及三端雙向交流開關(guān)的組。3.如權(quán)利要求1或2所述的射頻天線設(shè)備(30)，其中，所述至少一個射頻天線(32)與所述至少一個電感器(48)之間的磁性耦合的耦合系數(shù)(k)被選擇為小于百分之一。4.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的射頻天線設(shè)備(30)，其中，所述至少一個電容器(50)是由所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備固有的寄生電容而形成的。5.如權(quán)利要求1所述的射頻天線設(shè)備(30)，包括多個射頻天線(32)，其中，所述多個射頻天線(32)中的每個射頻天線(32)均被配置用于被饋送有至少來自所述至少一個射頻信道的射頻功率，并且所述射頻天線設(shè)備還包括多個拾取電路(46)，其中，所述多個射頻天線(32)中的每個射頻天線(32)均耦合至所述多個拾取電路(46)中的至少一個拾取電路(46)。6.如權(quán)利要求5所述的射頻天線設(shè)備(30)，包括多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器被配置為隨后提供在所述多個拾取電路(46)中的每個拾取電路(46)與所述多個拾取電路(46)共用的電氣設(shè)備或電子設(shè)備之間的至少一個電連接。7.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的射頻天線設(shè)備(30)，其中，至少一個電氣設(shè)備或電子設(shè)備被形成為具有透明外殼的火花隙，并且其中，所述觸發(fā)信號(56)至少處于由光信號形成的區(qū)段中。8.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的射頻天線設(shè)備(30)，還包括集總電阻器(58)，所述集總電阻器與所述至少一個電感器(48)和所述至少一個電容器(50)串聯(lián)電連接，以調(diào)整能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的電壓。9.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的射頻天線設(shè)備(30)，還包括發(fā)光二極管(66)，所述發(fā)光二極管與所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備串聯(lián)電連接，其中，所述觸發(fā)信號(56)通過由所述發(fā)光二極管(66)發(fā)出的光而形成。10.一種磁共振成像系統(tǒng)(10)，被配置用于采集感興趣對象(20)的至少部分的磁共振圖像，所述磁共振成像系統(tǒng)包括: -檢查空間(16)，其被提供用于將所述感興趣對象(20)定位在所述檢查空間內(nèi)； -主磁體(14)，其被配置用于在所述檢查空間(16)中生成靜磁場； -磁梯度線圈系統(tǒng)(22)，其被配置用于生成被疊加至所述靜磁場的梯度磁場； -至少一個如權(quán)利要求1至9中的任一項所述的射頻天線設(shè)備(30); -至少一個射頻天線設(shè)備(30)，其被提供用于接收來自已經(jīng)由所述射頻場B1的傳輸而被激勵的所述感興趣對象(20)的所述部分的所述核或所述部分內(nèi)的所述核的磁共振信號；-控制單元(26)，其被配置用于控制所述磁共振成像系統(tǒng)(10)的功能； -其中，所述控制單元(26)被配置為執(zhí)行如權(quán)利要求11至14中的任一項所述的方法的步驟。11.一種以相對于發(fā)射的射頻功率的效應(yīng)安全的方式操作磁共振成像系統(tǒng)(10)的方法，所述磁共振成像系統(tǒng)(10)被配置用于采集所述感興趣對象(20)的至少部分的磁共振圖像并且包括: -檢查空間(16)，其被提供用于將所述感興趣對象(20)的至少所述部分定位在所述檢查空間內(nèi)； -主磁體(14)，其用于在所述檢查空間(16)中生成靜磁場； -磁梯度線圈系統(tǒng)(22)，其用于生成被疊加至所述靜磁場的梯度磁場； -至少一個如權(quán)利要求1至9中的任一項所述的射頻天線設(shè)備(30); -至少一個射頻天線設(shè)備(30)，其被提供用于接收來自已經(jīng)由所述射頻場B1的傳輸而被激勵的所述感興趣對象(20)的所述核或所述感興趣對象內(nèi)的所述核的磁共振信號； -控制單元(26)，其用于控制所述磁共振成像系統(tǒng)(10)的功能； 所述方法包括以下步驟: -將至少一個拾取電路(46)耦合至至少一個射頻天線(32)， -將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的或能適用于所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的期望電壓電平調(diào)整為所述至少一個拾取電路(46)中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的預(yù)定閾值電壓，并且 -通過經(jīng)由所述控制單元(26)切斷對耦合至所述至少一個拾取電路(46)的所述至少一個射頻天線(32)的供應(yīng)來利用由所述至少一個拾取電路(46)提供的觸發(fā)信號(56)。12.一種相對于發(fā)射的射頻磁場仏的幅值的校準而操作磁共振成像系統(tǒng)(10)的方法，所述磁共振成像系統(tǒng)(10)被配置用于采集所述感興趣對象(20)的至少部分的磁共振圖像并且包括: -檢查空間(16)，其被提供用于將所述感興趣對象(20)的至少所述部分定位在所述檢查空間內(nèi)； -主磁體(14)，其用于在所述檢查空間(16)中生成靜磁場； -磁梯度線圈系統(tǒng)(22)，其用于生成被疊加至所述靜磁場的梯度磁場； -如權(quán)利要求5所述的至少一個射頻天線設(shè)備(30); -至少一個射頻天線設(shè)備(30)，其被提供用于接收來自已經(jīng)由所述射頻場B1的傳輸而被激勵的所述感興趣對象(20)的所述核或所述感興趣對象內(nèi)的所述核的磁共振信號； -控制單元(26)，其用于控制所述磁共振成像系統(tǒng)(10)的功能； 所述方法包括以下步驟: -選擇所述多個射頻天線(32)中的第一射頻天線(32n)以將射頻功率饋送至所述第一射頻天線， -將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的或能適用于所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的期望電壓電平調(diào)整為耦合到所述第一射頻天線(32n)的所述拾取電路(46)中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的預(yù)定閾值電壓， -對被饋送至所述多個射頻天線(32)中的所述第一射頻天線(32n)的射頻功率的電平進行斜升， -通過將在出現(xiàn)所述觸發(fā)信號(56)的時間點時已經(jīng)被饋送至所述第一射頻天線(32n)的射頻功率的所述電平與由所述第一射頻天線(32n)生成的射頻磁場仏的想要的幅值相關(guān)來利用由所述拾取電路(46)提供的觸發(fā)信號(56)， -切斷對所述多個射頻天線(32)的所述第一射頻天線(32n)的射頻功率的供應(yīng)， -選擇所述多個射頻天線(32)中的第二射頻天線(32m)以將射頻功率饋送至所述第二射頻天線， -將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的或能適用于所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的期望電壓電平調(diào)整為耦合到所述第二射頻天線(32m)的所述拾取電路(46)中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的第二預(yù)定閾值電壓，并且執(zhí)行以下步驟:斜升，利用觸發(fā)信號(56)，以及切斷對射頻功率的所述供應(yīng)，并且 -針對所述多個射頻天線(32)中的剩余射頻天線(32)重復(fù)先前的步驟。13.—種如權(quán)利要求11或12所述的操作磁共振成像系統(tǒng)(10)的方法，其中，將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平調(diào)整為特定拾取電路(46)中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的預(yù)定閾值電壓的步驟通過調(diào)節(jié)所述特定拾取電路(46)的所述至少一個感應(yīng)器(48)與所述射頻天線(32)之間的所述磁性耦合來執(zhí)行。14.一種如權(quán)利要求11或12所述的操作磁共振成像系統(tǒng)(10)的方法，其中，將能跨所述串聯(lián)共振電路誘發(fā)的期望電壓電平調(diào)整為特定拾取電路(46)中的所述電氣設(shè)備或所述電子設(shè)備的預(yù)定閾值電壓的步驟通過選擇與所述至少一個電感器(48)和所述至少一個電容器(50)串聯(lián)電連接的集總電阻器(58)的電阻值來執(zhí)行。15.—種用于執(zhí)行如權(quán)利要求12所述的方法的軟件模塊(44)，其中，要被執(zhí)行的所述方法的步驟被轉(zhuǎn)換為所述軟件模塊(44)的程序代碼，其中，所述程序代碼能實施在所述磁共振成像系統(tǒng)(10)的所述控制單元(26)的存儲器單元(40)中并能由所述磁共振成像系統(tǒng)(10)的所述控制單元(26)的處理器單元(42)來執(zhí)行。
【文檔編號】G01R33/36GK105829905SQ201480069633
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】P·韋爾尼科爾, O·利普斯, C·芬德科里
【申請人】皇家飛利浦有限公司