專利名稱：高頻發(fā)射系統(tǒng)、磁共振設(shè)備以及用于控制磁共振設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁共振設(shè)備的高頻發(fā)射系統(tǒng)，包括高頻放大器以及帶有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的信號(hào)分配器，該信號(hào)分配器被構(gòu)造為 將在兩個(gè)輸入端的任意之一上的提供的高頻信號(hào)的功率分配到兩個(gè)輸出端 上。在此，該信號(hào)分配器的兩個(gè)輸入端中的第一輸入端與高頻放大器的輸 出端耦合，而該信號(hào)分配器兩個(gè)輸出端分別用于連接到磁共振設(shè)備的發(fā)射 天線的不同輸入端上，以便將在運(yùn)行中出現(xiàn)在信號(hào)分配器的兩個(gè)輸出端上 的輸出信號(hào)饋入到發(fā)射天線中。此外，本發(fā)明還涉及一種磁共振設(shè)備，其 包括具有至少兩個(gè)用于饋入高頻信號(hào)的輸入端的發(fā)射天線，以及這種高 頻發(fā)射系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種用于控制磁共振設(shè)備以便獲得檢查 對(duì)象的磁共振圖像數(shù)據(jù)的方法，其中，為了在檢查空間中產(chǎn)生高頻場(chǎng)，從 高頻放大器將按照一定信號(hào)功率輸出的高頻信號(hào)引導(dǎo)至信號(hào)分配器的輸入 端上，在該信號(hào)分配器中將該高頻信號(hào)的功率分配成兩個(gè)在信號(hào)分配器的 兩個(gè)輸出端上出現(xiàn)的輸出信號(hào)，這些輸出信號(hào)分別凈皮饋入到發(fā)射天線的不 同專命入端。
背景技術(shù)：
磁共振斷層造影(也被稱為核自旋斷層造影)是一種現(xiàn)在廣為流行的 技術(shù)，用于獲得有生命的檢查對(duì)象的體內(nèi)的圖像。為了利用該方法獲得圖 像，必須首先將患者或受檢者的身體或者待檢查的身體部分置于盡可能均 勻的靜態(tài)基本磁場(chǎng)中，該基本磁場(chǎng)由磁共振設(shè)備的基本磁鐵產(chǎn)生。在拍攝 磁共振圖像的期間，為該基本磁場(chǎng)疊加用于位置編碼的快速切換的梯度磁 場(chǎng)，該梯度磁場(chǎng)由所謂的梯度線圈產(chǎn)生。此外，利用高頻天線在檢查對(duì)象 中入射一個(gè)定義的場(chǎng)強(qiáng)、即所謂的"B,場(chǎng)"的高頻脈沖。借助于該高頻脈沖 這樣激勵(lì)在檢查對(duì)象中的原子的核自旋，使得它們從其平行于基本磁場(chǎng)的 平衡位置偏轉(zhuǎn)一個(gè)所謂的"激勵(lì)翻轉(zhuǎn)角"。然后，核自旋圍繞基本磁場(chǎng)的方向 進(jìn)動(dòng)。由此所產(chǎn)生的磁共振信號(hào)由高頻接收天線接收。最后，在所接收的
磁共振信號(hào)的基礎(chǔ)上建立檢查對(duì)象的磁共振圖像。為了將所需要的高頻脈沖發(fā)射到患者安置區(qū)域中，磁共振設(shè)備通常具 有一個(gè)在"掃描儀"的外殼中固定安裝的天線結(jié)構(gòu)。該高頻發(fā)射天線也被稱為 "身體線圈"。例如在經(jīng)常被采用的"鳥籠結(jié)構(gòu)，，中，該線圈由多個(gè)圍繞患者空 間設(shè)置的并且平行于主場(chǎng)方向延伸的導(dǎo)體棒組成，這些導(dǎo)體棒在線圈的端 面上通過(guò)環(huán)形導(dǎo)體相互連接。不過(guò)，作為對(duì)此的替換，也存在其它在外殼 中固定安裝的天線結(jié)構(gòu)，例如鞍形天線。此外，還可以采用局部線圈，它 們被直接地設(shè)置在患者的身體上。不過(guò)，迄今為止這些線圈僅僅被用作接 收線圈。典型的磁共振設(shè)備基本上僅僅具有一個(gè)用于發(fā)射B！場(chǎng)的發(fā)射通道， 也就是說(shuō)，僅僅存在一個(gè)從高頻放大器至發(fā)射天線的發(fā)射線路。只要天線 (例如鳥籠天線)被構(gòu)造為可以發(fā)射圓極化的場(chǎng)，則來(lái)自高頻放大器的高 頻信號(hào)首先通過(guò)信號(hào)分配器被分配成兩個(gè)信號(hào)。通常，為此采用所謂的混 合組件。因此，下面也將信號(hào)分配器簡(jiǎn)稱為"混合器"。輸出信號(hào)多數(shù)情況下具有由所采用的信號(hào)分配器規(guī)定的相位差。經(jīng)常采用所謂的兀/2混合器，其 中輸出信號(hào)相互間移動(dòng)90。的相位。隨后，兩個(gè)信號(hào)被通過(guò)兩個(gè)發(fā)射線路饋 入到在天線結(jié)構(gòu)中精確定義的連接點(diǎn)或者輸入端上。在圖1中粗略示意性地示出了這種"典型的"結(jié)構(gòu)。來(lái)自高頻信號(hào)發(fā)生 器11的高頻信號(hào)在高頻放大器21中被放大，使得其具有足夠的發(fā)射功率。 在混合器23中實(shí)現(xiàn)了將發(fā)射功率分配到在混合器23的兩個(gè)輸出端26、 27 上的兩個(gè)發(fā)射通道上。兩個(gè)信號(hào)成分被傳遞至發(fā)射天線15的兩個(gè)輸入端16、 17上，并且在那里祐 睛入。所采用的混合器23通常是具有另一個(gè)輸入端 25的4門混合器。該另一個(gè)輸入端通常利用對(duì)應(yīng)的終端電阻28 (通常為50 Q)終止，該終端電阻起到對(duì)于從天線15反射回來(lái)的或者通過(guò)天線輸入端 16、 17之間的過(guò)耦合而返回的發(fā)射功率的"吸收器(Sumpf)"的作用。后面 還要更精確地討論這種結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)特征和反射特征。在這種結(jié)構(gòu)的情況下下，B,場(chǎng)的分配通過(guò)在兩個(gè)發(fā)射通道上具有0。和 90。的相位的分配而被固定，并且不能與等待的測(cè)量的實(shí)際情況相適應(yīng)。特別是在具有大于3特斯拉的基本磁場(chǎng)強(qiáng)度的新型的磁共振系統(tǒng)中， 在入射高頻脈沖時(shí)在患者體內(nèi)經(jīng)常感應(yīng)出顯著的渦流。其結(jié)果是，在檢查 空間中實(shí)際均勻入射的B,場(chǎng)或多或少地強(qiáng)烈失真。在此，患者身體對(duì)Bj 場(chǎng)的影響除了別的之外強(qiáng)烈地依賴于患者的體形以及個(gè)別組織類型的比
例。例如，在肥胖的患者的條件下圓極化的;茲場(chǎng)強(qiáng)烈地失真成為橢圓的場(chǎng)。 而在瘦的患者的條件下該失真則不如此強(qiáng)烈。在個(gè)別情況下，這點(diǎn)導(dǎo)致在 患者的特定的身體區(qū)域中的磁共振測(cè)量不可靠，并且提供無(wú)法使用的結(jié)果。 為了能夠按照適當(dāng)?shù)姆绞皆跈z查空間的所有區(qū)域中盡可能具體地影響 入射的磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，以及為了尤其是通過(guò)對(duì)可能失真的補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)在檢查 空間中B,場(chǎng)盡可能好的均勻性，迄今為止通過(guò)采用例如介電墊來(lái)進(jìn)行局部 的場(chǎng)校正。作為用于Bi場(chǎng)的均勻化的其它將來(lái)會(huì)有的措施，目前正在討論的是個(gè) 別地設(shè)置由每個(gè)發(fā)射通道發(fā)射的高頻脈沖的幅度值和相位值。在此，可以 對(duì)B,場(chǎng)的空間分布施加影響，目標(biāo)是在考慮到所預(yù)料的場(chǎng)失真的條件下在 檢查對(duì)象或者說(shuō)檢查空間中產(chǎn)生盡可能均勻的高頻場(chǎng)。上述措施的 一種結(jié) 構(gòu)是利用多個(gè)單獨(dú)可控制的天線元件。在DE 10124465A1中說(shuō)明了對(duì)此的 一個(gè)例子，其描述了一種帶有多個(gè)單獨(dú)可控制的天線元件的天線。也就是 說(shuō)，在此每個(gè)發(fā)射通道具有一個(gè)單獨(dú)的天線元件。不過(guò)，作為替換也可以圖2中示出了對(duì)此的一種特別簡(jiǎn)單的變形。這里涉及的是一種常見的2 端口天線，正如其也在按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)中所采用的那樣。同樣如迄今為止 那樣，由高頻信號(hào)發(fā)生器11所產(chǎn)生的高頻信號(hào)在高頻放大器21中被放大， 并且通過(guò)混合器23被分配到兩個(gè)天線輸入端16、 17。不過(guò)，與按照?qǐng)Dl的 結(jié)構(gòu)的一個(gè)區(qū)別此時(shí)在于，在4門混合器23的第二輸入端25上連接了第 二高頻功率放大器21'的輸出端。該第二高頻功率放大器同樣被提供有高頻 信號(hào)發(fā)生器ll的信號(hào)。同樣，也可以一個(gè)獨(dú)立的第二高頻信號(hào)發(fā)生器來(lái)為 該第二高頻功率放大器21'提供信號(hào)。在這種結(jié)構(gòu)的條件下，能夠?qū)υ趦蓚€(gè) 輸入端16、 17上饋入到發(fā)射天線15中的信號(hào)進(jìn)行任意的加權(quán)，其方法是 通過(guò)兩個(gè)高頻放大器21、 21'實(shí)現(xiàn)不同的放大率。在此，例如第一放大器21 可以如迄今為止那樣提供發(fā)射功率的主要成分。而從第二放大器21'僅僅輸 出附加的成分，以便如所期望的那樣設(shè)置場(chǎng)分布，以及特別是至少在患者 體內(nèi)感興趣的區(qū)域中改善場(chǎng)均勻性。不過(guò)，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)卻需要第二高頻 放大器，這導(dǎo)致了顯著的額外開銷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種造價(jià)較低的替代方案。 上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)按照本發(fā)明的高頻發(fā)射系統(tǒng)、磁共振設(shè)備以及方 法解決的。對(duì)于按照本發(fā)明的高頻發(fā)射系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如迄今為止的系統(tǒng)一樣采用"正常的"帶有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的4門信號(hào)分配器，該信號(hào)分配器被對(duì) 應(yīng)地構(gòu)造為將在兩個(gè)輸入端中任意之一上輸入的高頻信號(hào)的的功率分配 到兩個(gè)輸出端上。在此，該分配優(yōu)選為對(duì)稱地進(jìn)行。同樣如同在常規(guī)的結(jié) 構(gòu)中那樣，該信號(hào)分配器的一個(gè)輸入端與高頻放大器的輸出端耦合，而該 信號(hào)分配器的兩個(gè)輸出端分別用于連接到天線輸入端上。例如，在此可以 對(duì)應(yīng)于發(fā)射天線結(jié)詢內(nèi)部的天線輸入端的位置如下構(gòu)造該信號(hào)分配器使 得該信號(hào)分配器的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于天線輸入端相互移動(dòng)一個(gè)定義的相位、 例如90 不過(guò)，根據(jù)本發(fā)明此時(shí)不是將信號(hào)分配器的第二輸入端簡(jiǎn)單地用(例 如50 Q的)終端電阻28來(lái)終止，該終端電阻具有盡可能小的反射系數(shù)， 以便捕獲出天線返回的功率。取而代之的是，與常規(guī)的結(jié)構(gòu)相反，該第二 輸出端利用具有可變的反射系數(shù)的終端電阻裝置終止。根據(jù)按照本發(fā)明的方法如下設(shè)置所述終端電阻裝置的反射系數(shù)將在 所述信號(hào)分配器的第二輸入端上根據(jù)天線輸入端上的反射系數(shù)而輸出的信 號(hào)成分通過(guò)所述終端電阻裝置至少重要部分這樣地反射至所述發(fā)射天線的 輸入端，使得由所述發(fā)射天線輻射的高頻場(chǎng)具有一個(gè)預(yù)定的場(chǎng)分布。在此， 重要部分被理解為有意識(shí)地反射足夠的部分，以便實(shí)現(xiàn)所希望的場(chǎng)分布， 而不是無(wú)意識(shí)的極小信號(hào)成分，因?yàn)槔绯鲇诩夹g(shù)的原因不能在整個(gè)頻率 范圍上保證實(shí)際上所希望的為0的反射系數(shù)。正如后面還要更精確地顯示的那樣，通過(guò)將終端電阻調(diào)整到特定的反 射系數(shù)保證了首先在天線輸入端上被反射的可以定義的信號(hào)成分，重新 被反射至天線，并且與通過(guò)信號(hào)分配器的第一輸入端上的分布所產(chǎn)生的、 原始信號(hào)的信號(hào)成分相疊加。由此，可以按照如迄今為止只有通過(guò)接入帶 有第二高頻放大器的混合器的第二輸入端才可能實(shí)現(xiàn)的類似方式，實(shí)現(xiàn)所 發(fā)射的高頻場(chǎng)的在一定程度上相對(duì)任意的場(chǎng)分布、例如特定的模式。這樣，與僅僅具有一個(gè)高頻放大器的傳統(tǒng)解決方案相比，可以顯著地 改善B,場(chǎng)的均勻性。不過(guò)，在此僅僅需要極其小的額外硬件開銷，即用于 合適的終端電阻裝置的結(jié)構(gòu)的硬件開銷?？梢詶売孟鄬?duì)昂貴的第二高頻放 大器。因此，也可以容易翻新改造現(xiàn)有的磁共振設(shè)備，因?yàn)榘凑毡景l(fā)明的 磁共振設(shè)備除了具有至少兩個(gè)用于饋入高頻信號(hào)的輸入端的常規(guī)發(fā)射天線 之外，僅僅需要具有一個(gè)按照本發(fā)明的高頻發(fā)射系統(tǒng)，該高頻發(fā)射系統(tǒng)的 特征僅僅在于可以調(diào)整的終端電阻裝置。對(duì)于將終端電阻設(shè)置為不同的反射系數(shù)來(lái)說(shuō)，有不同的可能性。例如， 在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，所述終端電阻裝置具有不同的終端電阻以及一個(gè) 轉(zhuǎn)換開關(guān)(例如同軸繼電器等)。借助于該轉(zhuǎn)換開關(guān)可以將信號(hào)分配器的第 二輸入端選擇性地與不同的終端電阻連接。在此，可以采用具有不同的反 射系數(shù)的任何類型的終端電阻，例如多個(gè)簡(jiǎn)單的歐姆電阻，不過(guò)也可以由 電感和/或電容構(gòu)成的復(fù)雜的阻抗。對(duì)這種具有一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)的終端電阻裝置的替換方案在于，該終端電 阻裝置包括一組不同的終端電阻，這些終端電阻分別與第 一連接元件類型 的連接元件連接。于是，信號(hào)分配器的第二輸入端應(yīng)該與和該第一連接元 件類型兼容的第二連接元件類型的連接元件連接，使得可以由操作人員選 擇性地將該組中不同終端電阻連接到信號(hào)分配器的第二輸入端上。這種終 端電阻裝置盡管造價(jià)非常低廉，不過(guò)極其不方便操作，因此可調(diào)整的或者 可以轉(zhuǎn)換的終端電阻裝置是優(yōu)選的。在為了實(shí)現(xiàn)特定的反射系數(shù)而設(shè)置終端電阻或者說(shuō)終端電阻裝置時(shí)，要注意的是該反射系數(shù)還依賴于有關(guān)高頻信號(hào)的頻率。只有(正如目前 多數(shù)情況下常見的那樣)利用固定的頻率工作，則這點(diǎn)是沒有問(wèn)題的，因有要執(zhí)行具有用于激勵(lì)不同的新陳代謝的不同頻率的測(cè)量，則希望靈活地 調(diào)整反射系數(shù)。特別優(yōu)選的是，這樣構(gòu)造終端電阻裝置，使得至少在一個(gè)特定的調(diào)整 區(qū)域上能夠連續(xù)地、即無(wú)級(jí)地調(diào)整所述終端電阻裝置的反射系數(shù)。可調(diào)整的終端電阻裝置的一種特別簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)在于，所述信號(hào)分配器 的第二輸入端通過(guò)可調(diào)的移相器終止(例如短路)。也就是說(shuō)，該終端電阻裝置由連接在信號(hào)分配器的第二輸入端上的可調(diào)的移相器以及在該移相器 的另一端上連接的短路組成。
例如，這種移相器可以是簡(jiǎn)單可調(diào)的延遲元仵，例如在長(zhǎng)度上可以調(diào) 來(lái)工作。、, c 、 、 、、5 又、、.此外，可以如下地簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)可以無(wú)級(jí)地調(diào)整的終端電阻裝置至少在 一個(gè)特定的調(diào)整區(qū)域上能夠無(wú)級(jí)地調(diào)整所述移相器，也就是說(shuō)，該移相器 例如具有一個(gè)在長(zhǎng)度上可以調(diào)整的HF導(dǎo)線。這種導(dǎo)線是在市場(chǎng)上可以獲得 的。通常，在磁共振設(shè)備中如下地調(diào)諧發(fā)射天線，使得在兩個(gè)輸入端上的 反射系數(shù)盡可能地小、即接近于零。不過(guò)，為了加強(qiáng)按照本發(fā)明的概念， 可以優(yōu)選地如下構(gòu)造發(fā)射天線:將在天線輸入端上的反射系數(shù)與零偏差一 個(gè)特定的最小規(guī)模，使得傳輸至天線的高頻信號(hào)的至少一個(gè)預(yù)定的最小部 分被反射至天線輸入端。也就是說(shuō)，此時(shí)盡管不一定將信號(hào)功率的極其高 的、但是將其重要部分反射至混合器。例如，在天線輸入端上的反射系數(shù) 可以為最小0.2。優(yōu)選地，兩個(gè)輸入端的反射系^t應(yīng)該相同。特別優(yōu)選的是，如下地構(gòu)造反射天線在天線輸入端上的反射系數(shù)是 同樣可以(優(yōu)選為自動(dòng)地)設(shè)置的。反射系數(shù)的這種設(shè)置可以借助于在發(fā) 射天線中的合適的部件的變形(例如電容)進(jìn)行。由此，可以在場(chǎng)分布的 設(shè)置中實(shí)現(xiàn)額外的自由度。優(yōu)選地，所述磁共振設(shè)備還具有合適的控制單元(例如特殊的天線控 制器)，用于如下調(diào)整終端電阻裝置在信號(hào)分配器的第二輸入端上輸出的 信號(hào)成分通過(guò)所述終端電阻裝置這樣地反射至所述發(fā)射天線的輸入端，使 得由該發(fā)射天線輻射的高頻場(chǎng)具有一個(gè)預(yù)定的場(chǎng)分布。在大多數(shù)應(yīng)用情況下希望的是使得至少在所述檢查對(duì)象的特定的部 分區(qū)域中高頻場(chǎng)被均勻化。正如本文開始部分解釋的那樣，由于患者的身 體使得均勻地入射的高頻場(chǎng)可能失真，例如，通過(guò)患者/受檢者可能使得園 極化的場(chǎng)失真為橢圓的場(chǎng)，其中，患者/受檢者的身體規(guī)模越大，則該效應(yīng) 就出現(xiàn)得越強(qiáng)烈?？梢匀缦碌氐窒撔?yīng)由天線發(fā)射出相反預(yù)先失真的 橢圓場(chǎng)，使得總的來(lái)說(shuō)再次形成園極化的均勻場(chǎng)。因此，在具體的個(gè)別情況下提出的問(wèn)題是如何調(diào)整反射系數(shù)，以便實(shí) 現(xiàn)特定的場(chǎng)分布。優(yōu)選地，在給出的檢查情形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)反射系 數(shù)的調(diào)整。屬于這些檢查情形數(shù)據(jù)的例如是關(guān)于患者(特別是其體形等等) 的數(shù)據(jù)，不過(guò)還有關(guān)于待檢查的區(qū)域的數(shù)據(jù)以及關(guān)于在斷層造影儀的哪個(gè) 區(qū)域中出現(xiàn)特別均勻的高頻場(chǎng)的說(shuō)明。優(yōu)選地，可以自動(dòng)地進(jìn)行該調(diào)整。例如，在最簡(jiǎn)單的情況下可以預(yù)先確定不同的檢查情形類別，并且隨 后在檢查情形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上將實(shí)際的檢查情形對(duì)應(yīng)于這些類別。這樣，對(duì) 于這些檢查情形類別的每個(gè)在測(cè)量協(xié)議中存放特定的反射系數(shù)，使得由磁 共振設(shè)備或者說(shuō)控制裝置自動(dòng)地設(shè)置正確的反射系數(shù)。作為替換，可以精確地計(jì)算或者根據(jù)模擬確定對(duì)于各自的檢查情形的 反射系數(shù)。同樣地，在一種優(yōu)選的變形中，可以在此前》茲共振測(cè)量的測(cè)量 結(jié)果的基礎(chǔ)上確定最佳的反射系數(shù)，例如在調(diào)整測(cè)量、對(duì)同一個(gè)患者或者 說(shuō)檢查對(duì)象此前的檢查、對(duì)于具有類似的身體結(jié)構(gòu)的模體或者患者或受檢 者的測(cè)試測(cè)量的基礎(chǔ)上確定。


下面對(duì)照附圖根據(jù)實(shí)施方式再次對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。在此，在不同的附圖中相同的部件標(biāo)記有相同的參考標(biāo)記。附圖中圖1示出了按照現(xiàn)有技術(shù)的僅僅具有一個(gè)發(fā)射通道的在發(fā)射天線上連 接的高頻發(fā)射系統(tǒng)的原理框圖，高頻發(fā)射系統(tǒng)的原理框圖，圖3示出了具有按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的高頻發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射天線 的原理框圖，圖4示出了根據(jù)用于按照?qǐng)D3的高頻發(fā)射系統(tǒng)的第一實(shí)施例的終端電 阻裝置，圖5示出了根據(jù)用于按照?qǐng)D3的高頻發(fā)射系統(tǒng)的第二實(shí)施例的終端電 阻裝置，圖6示出了帶有按照?qǐng)D3的高頻發(fā)射系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施例的磁共振設(shè) 備的原理框圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中示出的2端口天線的常規(guī)控制器，已經(jīng)在本文開始部分借助 于高頻信號(hào)發(fā)生器11和高頻放大器21簡(jiǎn)短地介紹過(guò)了，其中，高頻放大
器21的功率在信號(hào)分配器23或者說(shuō)混合器23中被分配到至天線15的兩 個(gè)輸入端16、 17的通道上。下面，該結(jié)構(gòu)被用作考察在天線15的輸入端 16、 17的發(fā)射通道上分別施加的高頻信號(hào)的出發(fā)點(diǎn)。在此，按照波頻率A 的形式進(jìn)行考察，其中，發(fā)射功率P與波頻率的平方成正比，即，P-A2。 仿J^口在Meinke和Gundlach的"Taschenbuch der Hochfrequenztechnik，，, Hrsg. K. Lange和K. —H. Loecherer, Springer-Verlag, 1992, 1. Band, 5. Auflage, Kapitel 3, C9至C10頁(yè)中有對(duì)利用這種波頻率計(jì)算的更精確的說(shuō)明。對(duì)于^Mo'昆合器23的兩個(gè)輸出端26、 27至天線輸入端16、 17輸出的波 Al、 A2，成立<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 11</formula>在此，A0表示從高頻放大器21來(lái)的波。從中得出信號(hào)的比值 1/ (lc)在混合器23的輸出端26、 27上輸出的波Al、 A2對(duì)于從高頻放大器 21發(fā)出的在混合器的輸入端24上輸入的波A0的依賴性，是由于功率在兩 個(gè)輸出端26、 27上對(duì)稱的分布所造成的。虛因子j是如下得出的在天線 的第二輸入端17上的信號(hào)相對(duì)于第一輸入端16錯(cuò)開90。的相位。在此，需要指出的是，這里采用的混合器23是對(duì)稱的部件，也就是說(shuō)， 作為輸出端26、 27使用的門26、 27同樣可以起到輸入端的作用，并且在 這些門26、 27之一上輸入的信號(hào)被分配到兩個(gè)在圖1中作為輸入端使用的 門24、 25上。正如已經(jīng)解釋過(guò)的那樣，天線15在其輸入端上總是具有特定的剩余反 射，該剩余反射可以通過(guò)反射系數(shù)R1、 R2來(lái)描述。此外，幾乎不可避免的 是在天線15的輸入端16、 17之間也出現(xiàn)過(guò)小的過(guò)耦合，這點(diǎn)可以通過(guò) 傳輸系數(shù)T來(lái)描述。通常，人們?cè)噲D如下地優(yōu)化天線使得反射系數(shù)R1、 R2以及傳輸系數(shù)T盡可能地小、即接近于零。不過(guò)，在實(shí)際中這點(diǎn)經(jīng)常是 不可能的，因?yàn)檫@些系數(shù)除了別的之外還依賴于天線的負(fù)載。這里沒有示出的耦合回來(lái)的信號(hào)成分通過(guò)混合器23導(dǎo)致，在第四門25上、即在混合器23的未使用的第二輸入端25上也輸出信號(hào)A4。由于這個(gè)原因該第四門通常利用合適的終端電阻28來(lái)終止，該電阻28具有盡可能
為零的反射系數(shù)，由此沒有一點(diǎn)信號(hào)功率從那里再次返回。在迄令為止簾見的設(shè)備中采用50Q電阻。在最簡(jiǎn)單的情況下是一個(gè)在內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之 間的歐姆電阻。只要在大的頻率范圍上保證50Q的阻抗，則該終端電阻也 可以通過(guò)多個(gè)小的電阻和/或電容和/或感性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2示出了同樣已經(jīng)公知的變形，其中，在第四門25、即混合器23 的第二輸入端25上連接了自己的高頻放大器21'。利用這樣的兩個(gè)高頻放 大器21、 21'可以近乎于"自由地"控制天線的門16、 17,其目的是在患 者或受檢者中的特定檢查區(qū)域中實(shí)現(xiàn)盡可能均勻的場(chǎng)分布。如果現(xiàn)在假設(shè)要在兩個(gè)輸入端24、 25輸入相同的信號(hào)到混合器23上， 不過(guò)利用不同的放大率，則對(duì)于在高頻放大器21、 21'上輸出的信號(hào)成立<formula>formula see original document page 12</formula>其中，k是可以自由調(diào)整的系數(shù)(S 1),其給出通過(guò)第二高頻放大器21' 的放大率與通過(guò)第一高頻放大器21的放大率的比值。<formula>formula see original document page 12</formula>對(duì)于波數(shù)(Wellenzahlen) Al、 A2的比值,則得出^".i^ (3c) XI 1 +與此形成對(duì)比，圖3示出了按照本發(fā)明的高頻發(fā)射系統(tǒng)20，其中，舍 棄了第二高頻放大器21',取而代之地將可變的終端電阻裝置30連接在混 合器23的第四門25上，該終端電阻裝置的反射系數(shù)R可以通過(guò)控制信號(hào) SR調(diào)整?？梢燥@示出類似于等式(3a)和(3b)，對(duì)于到達(dá)天線15的端 口 16、 17的波Al、 A2有<formula>formula see original document page 12</formula>在此，Rl和R2又是在天線15的輸入端16、 17上的反射系數(shù)，而T是天 線輸入端16、 17之間的耦合系數(shù)。 / (WD
對(duì)于實(shí)現(xiàn)了天線的盡可能良好的去耦合(即，T=0)的特殊情況來(lái)說(shuō)， 對(duì)于兩個(gè)波數(shù)的比值存在—=_/-- ( 4c )通過(guò)比較等式(4c)和等式(3c)可以看出借助于帶有可調(diào)整的反 射系數(shù)R的終端電阻裝置，可以如同在采用兩個(gè)高頻放大器情況下那樣地 最終設(shè)置相同的權(quán)重A2/A1。在此，要考慮到的是終端電阻裝置的反射 系數(shù)R也可以是復(fù)數(shù)的或者負(fù)的。唯一的條件是在天線輸入端16、 17上 的反射系數(shù)R1和R2大致相同并且不等于零。為了加強(qiáng)一些該效果，(與常規(guī)設(shè)備不同)可以注意到有目的地加大 在天線輸入端16、 17上的反射系數(shù)R1和R2。不過(guò)，過(guò)耦合系數(shù)T應(yīng)該與 此前一樣地盡可能接近于零。圖4示出了一種可以在特定其區(qū)域上連續(xù)地調(diào)整的終端電阻裝置30' 的特別簡(jiǎn)單的變形，該終端電阻裝置如在按照?qǐng)D3的高頻發(fā)射系統(tǒng)20中使 用的那樣。該終端電阻裝置30'由一個(gè)可變移相器31組成，該移相器可以 非常簡(jiǎn)單地通過(guò)一種在長(zhǎng)度上可變的導(dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)。該移相器31的一端連接 到混合器的第四門25上，而該移相器的另一端上簡(jiǎn)單地設(shè)置了短路器32。對(duì)于這種(由一個(gè)短路器和一個(gè)在長(zhǎng)度上可變的導(dǎo)線組成的)終端電阻裝置30'的阻抗Zin，成立<formula>formula see original document page 13</formula>(5)其中，l是導(dǎo)線的長(zhǎng)度，Zi是導(dǎo)線的阻抗，而人是高頻信號(hào)的波長(zhǎng)。在 用于激勵(lì)水質(zhì)子的核自旋的常見120 mHz頻率的條件下，在空氣中的波長(zhǎng) 為大約2.5m。等式(5)顯示出通過(guò)改變長(zhǎng)度1可以在一個(gè)寬的范圍上改 變整個(gè)終端電阻裝置30'的阻抗Zin,其中，既可以實(shí)現(xiàn)電感性的也可以實(shí)現(xiàn) 電容性的終端電阻，使得從而可以設(shè)置任意的反射系數(shù)R。例如，對(duì)于1 < X/4 來(lái)說(shuō)，整個(gè)阻抗Zin為電感性的。在導(dǎo)線長(zhǎng)度1 = ^/4的條件下終端電阻開路， 從而得出反射系數(shù)11=1。對(duì)于A74〈KA72的區(qū)域，出現(xiàn)容性的阻抗Zin。 在導(dǎo)線長(zhǎng)度l = A72的條件下終端電阻短路，其同樣具有高的反射、即反射 系數(shù)R"1。圖5示出了合適的終端電阻裝置30〃的另一種變形。其具有轉(zhuǎn)換開關(guān) 38，該轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸入端與混合器的第四門25連接。由轉(zhuǎn)換開關(guān)38的輸
入端借助于切換信號(hào)SR'可以轉(zhuǎn)換的三個(gè)輸出端被分別設(shè)置了不同的終端電阻36、 37以及終端電阻裝置35。第一終端電阻裝置35對(duì)應(yīng)于按照?qǐng)D4的 終端電阻裝置30',并且允許在特定的區(qū)域中可變地調(diào)整終端電阻或者說(shuō)反 射系數(shù)。其它的終端電阻36、 37是固定電阻，例如，具有常見的50Q的 電阻36，以及可以由多個(gè)電阻、線圈、電容器等構(gòu)成的復(fù)數(shù)阻抗37。顯然， 只要轉(zhuǎn)換開關(guān)具有對(duì)應(yīng)多的開關(guān)輸出端，則通過(guò)這種轉(zhuǎn)換開關(guān)38就可以選 擇任意數(shù)目的終端電阻。特別是，為了在一個(gè)極其大的頻率范圍上實(shí)現(xiàn)任 意的反射系數(shù)，也可以在每個(gè)輸出端上耦合在不同的區(qū)域上可調(diào)整的可變 電阻或者電阻裝置。圖6示出了帶有對(duì)應(yīng)地構(gòu)造的高頻發(fā)射裝置20的磁共振設(shè)備1的一種 實(shí)施例的原理框圖。該磁共振設(shè)備l的核心是斷層造影儀13，也被稱為掃描儀13,在其中 患者P被定位在圓柱形檢查空間14中的臥榻18上。在斷層造影儀13的內(nèi) 部存在環(huán)形地包圍^r查空間14的發(fā)射天線15，用于發(fā)射高頻脈沖。在此， 可以例如是一般地公知的斷層造影儀13,其本身對(duì)于本發(fā)明的方法來(lái)說(shuō)不 必滿足特別的額外要求。由系統(tǒng)控制器2操控?cái)鄬釉煊皟x13。通過(guò)終端接口 4將終端3 (或者 操作面板)連接到系統(tǒng)控制器2上，通過(guò)該終端，操作者可以操作系統(tǒng)控 制器2以及從而操作斷層造影儀13。通過(guò)斷層造影儀控制接口 7以及圖像 獲取接口 8將系統(tǒng)控制器2與斷層造影儀13連接。通過(guò)斷層造影儀控制接 口 7將對(duì)應(yīng)的控制命令輸出至斷層造影儀13以及本發(fā)明的高頻發(fā)射系統(tǒng) 20,由此發(fā)射所希望的脈沖序列(即，高頻脈沖和梯度脈沖)。通過(guò)圖像數(shù) 據(jù)獲取接口 8獲取原始數(shù)據(jù)RD、即讀取所接收的信號(hào)。系統(tǒng)控制器2中的核心部件是處理器5，其中按照軟件的形式實(shí)現(xiàn)了不 同的控制部件。在此要指出的是，這種系統(tǒng)控制器2自然也可以具有多個(gè) 相互聯(lián)網(wǎng)的處理器，在這些處理器上例如按照程序模塊的形式實(shí)現(xiàn)了不同 的控制部件。一種這樣的部件是測(cè)量控制單元9,操作者可以通過(guò)終端3與其通信。 該測(cè)量控制單元9通過(guò)斷層造影儀控制接口 7操縱斷層造影儀13,并且因 此保證通過(guò)發(fā)射天線15發(fā)射所希望的高頻脈沖序列，以及還保證按照適當(dāng) 的方式接通梯度，以便執(zhí)行所希望的測(cè)量。測(cè)量控制單元9按照典型方式
獲得按照測(cè)量協(xié)議形式的用于發(fā)射高頻脈沖序列以及梯度脈沖序列的設(shè)定 值，該測(cè)量協(xié)議例如被存放在存儲(chǔ)器6中并且可以由操作者改變。通過(guò)圖像獲取接口 8所獲取的原始數(shù)據(jù)RD被引導(dǎo)至另一個(gè)在處理器5 上實(shí)現(xiàn)的部件、即圖像重建單元IO,該單元對(duì)應(yīng)地處理原始數(shù)據(jù)RD。圖像 重建單元IO用于對(duì)原始數(shù)據(jù)RD的傅立葉變換，以及用于圖像的重建。例 如，可以將所產(chǎn)生的圖像存放在系統(tǒng)控制器2的存儲(chǔ)器9中和/或在終端3 的顯示器上輸出給操作者。此外，整個(gè)磁共振設(shè)備1還具有所有其它常規(guī)的部件以及特征，例如，用 于連接到通信網(wǎng)絡(luò)的接口，該通信網(wǎng)絡(luò)例如與圖像信息系統(tǒng)(PACS,圖像 歸檔和通信系統(tǒng))連接或者提供了對(duì)于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的連接可能性。不 過(guò)，為了更清楚起見在圖6中沒有全部示出這些部件。在此，按照本發(fā)明的磁共振設(shè)備1具有作為按照本發(fā)明的額外部件的、 如圖3中示出的那樣的專門的高頻發(fā)射系統(tǒng)20。在高頻信號(hào)發(fā)生器ll (其 在此被示出為斷層造影儀控制接口 7的一部分，不過(guò)也可以是單獨(dú)的部件) 上正常地產(chǎn)生用于通過(guò)發(fā)射天線15發(fā)射的高頻信號(hào)。如已經(jīng)提到的那樣， 通過(guò)測(cè)量控制單元9在測(cè)量協(xié)議的基礎(chǔ)上給出對(duì)于高頻信號(hào)的設(shè)定值。然 后，在高頻放大器21中放大這些高頻信號(hào)(它們因?yàn)檫€具有相對(duì)小的幅度， 還被稱為"小信號(hào)")。該高頻放大器同樣可以由斷層造影儀控制接口 7至 少如下地控制由斷層造影儀控制接口 7規(guī)定放大率。然后，輸出信號(hào)到 達(dá)混合器23,并且被發(fā)送到至發(fā)射天線15的門16、 17的兩個(gè)發(fā)射通道上。 如也在圖3中示出的那樣，按照本發(fā)明在混合器23的第四門上連接了一個(gè) 可以調(diào)整的終端電阻裝置30。該終端電阻裝置從專門的控制單元12 (其例 如可以是斷層造影儀控制接口 7的一部分)獲得控制信號(hào)SR,從而為有關(guān) 的測(cè)量設(shè)置適當(dāng)?shù)姆瓷湎禂?shù)R,并且因此在檢查空間14中精確地實(shí)現(xiàn)所希 望的場(chǎng)分布。從斷層造影儀控制接口 7向斷層造影儀13引出的第三個(gè)箭頭，僅僅表 示用于控制臥榻18、梯度線圈等等的其它控制命令。也就是說(shuō)，借助于對(duì)高頻放大器21的控制以及對(duì)于可調(diào)整的終端電阻 裝置30的控制，可以總地設(shè)置任意的高頻分布，其中，有意義的是將高頻 分布設(shè)置為盡可能地均勻。 因?yàn)橛捎谠跈z查空間14中患者所引起的場(chǎng)失真除了其它的之外強(qiáng)烈地 依賴于患者的體形，不過(guò)也依賴于有關(guān)檢查情形的其它參數(shù)，因此可以為 此分別進(jìn)行調(diào)整測(cè)量。不過(guò)，如果對(duì)于檢查情形的特定類別(即，例如對(duì) 于特定類型患者的檢查的確定種類)分別事先確定了特定的參數(shù)組，則也 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)在檢查對(duì)象中的Bt場(chǎng)分布的顯著改善。該參數(shù)組例如可以在 測(cè)量協(xié)議中規(guī)定，或者還可以由操作者通過(guò)在終端上的對(duì)應(yīng)的輸入來(lái)針對(duì) 這些參數(shù)修改測(cè)量協(xié)議。然后，可以利用合適的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。最后還要再次指出的是，前面詳細(xì)地描述的方法以及所顯示的高頻發(fā) 射系統(tǒng)或者終端電阻裝置以及所顯示的磁共振設(shè)備，僅僅是實(shí)施例，其可 以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍的條件下按照不同的方式進(jìn)行 修改。參考標(biāo)記清單1磁共振設(shè)備2系統(tǒng)控制器3終端4終端接口5處理器6存儲(chǔ)器7斷層造影儀控制接口8圖像獲取接口9測(cè)量控制單元10圖像重建單元11高頻信號(hào)發(fā)生器12控制單元13掃描器/斷層造影儀14檢查空間15發(fā)射天線16天線輸入端17天線輸入端18臣卜榻 20 高頻發(fā)射系統(tǒng) 20'高頻發(fā)射裝置21 高頻放大器23 信號(hào)分配器/混合器24 輸入端/門25 輸入端/門26 輸出端/門27 輸出端/門28 終端電阻30 終端電阻裝置 30' 終端電阻裝置 30〃終端電阻裝置31 移相器/可變導(dǎo)線32 短路器33 移相器/可變導(dǎo)線34 短路器35 終端電阻裝置36 終端電阻37 終端電阻38 轉(zhuǎn)換開關(guān) P 患者T 傳輸系數(shù)RD 原始數(shù)據(jù)A0，A1,A2，A4,A01,A02 波頻率 R，R1,R2 反射系數(shù)SR 控制信號(hào) SR'切換信號(hào)
權(quán)利要求
1. 一種用于磁共振設(shè)備(1)的高頻發(fā)射系統(tǒng)(20)，包括高頻放大器(21)，以及帶有兩個(gè)輸入端(24，25)和兩個(gè)輸出端(26，27)的信號(hào)分配器(23)，該信號(hào)分配器被構(gòu)造為將在兩個(gè)輸入端(24，25)之一上給出的高頻信號(hào)的功率分配到兩個(gè)輸出端(26，27)上，其中，該信號(hào)分配器(23)的兩個(gè)輸入端(24，25)中的第一輸入端(24)與高頻放大器(21)的輸出端耦合，而該信號(hào)分配器(23)的兩個(gè)輸出端(26，27)分別用于連接到所述磁共振設(shè)備(1)的發(fā)射天線(15)的不同輸入端(16，17)上，以便將在運(yùn)行中出現(xiàn)在所述信號(hào)分配器(23)的兩個(gè)輸出端(26，27)上的輸出信號(hào)饋入到所述發(fā)射天線(15)，其特征在于，所述信號(hào)分配器(23)的第二輸入端(25)與具有可變的反射系數(shù)(R)的終端電阻裝置(30，30′，30″)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，所述終端電阻 裝置(30〃)具有不同的終端電阻(35， 36, 37)以及一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)(38)， 以便將所述信號(hào)分配器(23)的第二輸入端(25)選擇性地與所述不同的 終端電阻(35， 36， 37)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高頻發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，至少在一 個(gè)特定的調(diào)整區(qū)域上能夠無(wú)級(jí)地調(diào)整所述終端電阻裝置(30， 30', 30〃)的 反射系數(shù)(R)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述信號(hào) 分配器(23)的第二輸入端(25)通過(guò)可調(diào)的移相器(31， 33)終止。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高頻發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，至少在一 個(gè)特定的調(diào)整區(qū)域上能夠無(wú)級(jí)地調(diào)整所述移相器(31， 33)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高頻發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于， 如下地構(gòu)造所述信號(hào)分配器(23):該信號(hào)分配器(23)的輸出信號(hào)具有定 義的相互的相位差。
7. —種磁共振設(shè)備(1 ),其包括具有至少兩個(gè)用于饋入高頻信號(hào)的 輸入端(16, 17 )的發(fā)射天線(15 ),以及根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所 述的高頻發(fā)射系統(tǒng)(20)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振設(shè)備，其特征在于,如下構(gòu)造所述發(fā) 射天線(15):在天線輸入端(16， 17)上呈現(xiàn)的反射系數(shù)(Rl， R2)是可 調(diào)整的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的磁共振設(shè)備，其特征在于控制單元(12 ), 用于如下調(diào)整終端電阻裝置(30, 30'， 30〃)在信號(hào)分配器(23)的第二 輸入端(25)上輸出的信號(hào)成分通過(guò)所述終端電阻裝置(30， 30'， 30〃)這 樣地反射至所述發(fā)射天線(15 )的輸入端(16， 17 )，使得由該發(fā)射天線(15 ) 輻射的高頻場(chǎng)具有一個(gè)預(yù)定的場(chǎng)分布。
10. —種用于控制磁共振設(shè)備(1 )以便獲得檢查對(duì)象(P)的磁共振圖 像數(shù)據(jù)的方法，其中，為了在檢查空間中產(chǎn)生高頻場(chǎng)，從高頻放大器(21 )將按照一 定信號(hào)功率輸出的高頻信號(hào)引導(dǎo)至信號(hào)分配器(23)的輸入端(24)上， 在該信號(hào)分配器中將該高頻信號(hào)的功率分配成兩個(gè)在所述信號(hào)分配器(23 ) 的兩個(gè)輸出端(26， 27)上施加的輸出信號(hào)，這些輸出信號(hào)分別被饋入到 發(fā)射天線(15)的不同輸入端(16, 17)，其特征在于，如下調(diào)整在所述信號(hào)分配器(23)的第二輸入端(25) 上所連接的終端電阻裝置(30， 30', 30〃)的反射系數(shù)(R):將在所述信號(hào) 分配器(23)的第二輸入端(25)上輸出的信號(hào)成分通過(guò)所述終端電阻裝 置(30， 30'， 30〃)至少重要部分這樣地反射至所述發(fā)射天線(15)的輸入 端(16， 17),使得由所述發(fā)射天線(15)輻射的高頻場(chǎng)具有一個(gè)預(yù)定的場(chǎng) 分布。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，如下地調(diào)整所述反射 系數(shù)(R):使得至少在所述檢查對(duì)象(P)的特定的部分區(qū)域中所述高頻場(chǎng) ^皮均勻化。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，在檢查情形數(shù)據(jù) 的基礎(chǔ)上確定待調(diào)整的反射系數(shù)(R)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在此前 磁共振測(cè)量的測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上確定待調(diào)整的反射系數(shù)(R)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，如下地 調(diào)整所述發(fā)射天線(15)的部件使得將傳輸至該發(fā)射天線(15)的高頻 信號(hào)的至少一個(gè)預(yù)定的最小成分反射至天線輸入端(16, 17)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于磁共振設(shè)備的高頻發(fā)射系統(tǒng)，包括高頻放大器，以及帶有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的信號(hào)分配器。該信號(hào)分配器被構(gòu)造為將在兩個(gè)輸入端之一上給出的高頻信號(hào)的功率分配到兩個(gè)輸出端上。在此，該信號(hào)分配器的兩個(gè)輸入端中的第一輸入端與高頻放大器的輸出端耦合，而該信號(hào)分配器兩個(gè)輸出端分別用于連接到所述磁共振設(shè)備的發(fā)射天線的不同輸入端上，以便將在運(yùn)行中出現(xiàn)在所述信號(hào)分配器的兩個(gè)輸出端上的輸出信號(hào)饋入到所述發(fā)射天線。所述信號(hào)分配器的第二輸入端與具有可變的反射系數(shù)的終端電阻裝置連接。此外，本發(fā)明涉及一種具有這種高頻發(fā)射系統(tǒng)的磁共振設(shè)備以及一種用于控制磁共振設(shè)備以便獲得檢查對(duì)象的磁共振圖像數(shù)據(jù)的方法。
文檔編號(hào)G01R33/32GK101398471SQ200810165689
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者于爾根·尼斯特勒, 沃爾夫?qū)惼?申請(qǐng)人:西門子公司