CN100386644C - 磁共振装置的高频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于磁共振装置的高频天线，该高频天线(6，7)具有两个端环(11)和多个天线杆(10)，它们构成一个鸟笼式谐振器(6，7)。一个耦合件(13)在发送时将高频电磁能馈送给该谐振器(6，7)，而在接收时从该谐振器(6，7)馈出高频电磁能。该耦合件(13)设计成切向包围该谐振器(6，7)的导体系统(13)，可将一高频电流系统馈送到该导体系统(13)，而在接收时由该导体系统(13)馈出一个高频电流系统。该导体系统(13)仅以感应的方式耦合在该谐振器(6，7)上。

Description

磁共振装置的高频天线
技术领域
本发明涉及一种磁共振装置的高频天线，具有两个端环和多个天线杆，
-其中，该两端环与一天线轴同轴设置，且彼此轴向隔开，
-其中，这些天线杆围绕该天线轴布置，且将两端环彼此连接，
-其中，借助一个耦合件在发送时将高频电磁能馈送给该两端环和这些天线杆，而在接收时从该两端环和这些天线杆馈出高频电磁能。
背景技术
这种高频天线通常已公知为鸟笼式谐振器。通常，其中的天线杆平行于天线轴设置。
鸟笼式谐振器具有多种振动模式，这些振动模式可分别具有各自的共振频率。在磁共振应用中，通常将各振动模式调谐到相同的共振频率是有利的。这可以通过适当的调谐措施来达到，例如由Christoph Leussler，JaroStimma和Peter 
Figure C0310766200041
在他们的文章“The Bandpass Birdcage ResonatorModified as a Coil Array for Simultaneous MR Acquisition”ISMRM 1997，第176页中所描述的。
由于这种调到相同共振频率(即拉莫尔频率)的调谐，无论在发送情况还是在接收情况下都不再可能通过与频率相关的阻抗作模式分离(Modentren-nung)。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种耦合件，借助此耦合件总是只激励预定的模式，而与各振动模式的共振频率相同还是彼此不同无关。
上述技术问题是这样解决的：对本说明书开始部分所述的高频天线，将耦合件设计成切向包围天线杆区天线轴的导体系统，在发送时可由一供电组件向该导体系统馈送高频电流系统，而在接收时由导体系统馈出一个高频电流系统，且导体系统仅以感应的方式耦合在两端环和这些天线杆上。
于是可以通过对耦合件的几何结构设计来确定激励哪一模式或哪些模式。
该导体系统的最少配置是其具有一个单一的环绕天线轴的导体，该导体与两端环之一相距一个随切向角变化的距离。但在这种情况下，该耦合件产生一个相对大的平行于天线轴的磁场。因此最好采用具有多于一个导体的导体系统。
例如可以通过下述措施来补偿天线轴方向的磁场分量：
-该导体系统具有一个带有两个导体的基本导体组；
-使两导体环绕天线轴延伸，在交叉切向角处相交叉，且在交叉点之间相隔一个距离，从而使两导体形成偶数个窗口；
-在发送时可向两导体馈送相位错开180°的电流，并在接收时从两导体馈出相位错开180°的电流。
采用这种配置已达到高的激励效率。在此，激励哪一个模式取决于导体的具体设计构造。
在上面最后描述的设计结构中所激励的一个模式或多个模式是线性偏振的。但对于磁共振应用宁愿采用圆形偏振模式。为此可以进一步采用下述措施：
-该导体系统具有一个辅助导体组；
-将该辅助导体组设计成与基本导体组相同，但该辅助导体组的窗口相对于该基本导体组的窗口交错排列；
-在发送时可向辅助导体组的两导体馈送相位错开180°的电流，并在接收时从辅助导体组的两导体中馈出相位错开180°的电流；
-在辅助导体组的导体中流过的电流相对于该基本导体组的导体中流过的电流相位错开90°。
在这种设计结构中，为达到圆形偏振激励要求有四个导体。但当采用下述措施时也可以将导体的数量减少到三个：
-导体系统具有多个同样周期性地环绕天线轴、而有一移位角的导体，从而使这些导体与两端环之一相距一个随切向角变化的距离；
-该移位角与这些导体的数量及一个导体的周期数的乘积为360°；
-在发送时，可向这些导体馈送错开一个相位角的电流，并在接收时从这些导体馈出错开一个相位角的电流；
-该错开的相位角与这些导体的数量的乘积为360°。
如果将导体在它们环绕天线轴延伸的端部彼此短接，则该导体系统在结构上可设计得特别简单。
如果将该导体或多个导体相对于一个位于两端环之间正中的、垂直于天线轴的中间平面对称设置，则得到较小的电容耦合。
如果在该导体或多个导体上设置缩短电容器(Verkuerzungskondensa-tor)，则即便是高激励频率和相对长的导体也可采用该导体系统。
如果一个导体到端环的距离、或者多个导体彼此之间的距离及其到端环的距离基本上与切向角成正弦形相关，则基本上仅激励了一个模式。
如果一个导体到端环的距离、或者多个导体彼此之间的距离及其到端环的距离具有一最大值和一最小值，且最大值和最小值之差至少为两端环轴向距离的30％、最好为50％-90％，则得到特别高的激励效率。
附图说明
下面结合附图和对一个实施方式所作的描述对本发明的优点和细节作进一步说明：
图1为一个磁共振装置的原理示意图；
图2为一个高频天线的透视图；
图3为图2所示高频天线沿天线轴方向观察的视图；
图4-图6为图2所示的、带有不同导体系统的高频天线的展开图。
具体实施方式
按照图1，一台磁共振装置具有一个检查室1。借助一患者卧塌2可将一个人或病人3(通常为检查对象3)移入该检查室1中。该检查室1设计成基本圆柱形的。
检查室1由各种磁铁和磁系统包围。这里首先是一个基本磁铁4。该基本磁铁4用于产生一个均匀的基本磁场。此外，设有一个梯度磁铁系统5。该梯度磁铁系统5用于产生有意义的、可分析磁共振信号所要求的梯度磁场。再则，该磁系统还有一个整体线圈(
Figure C0310766200061
)6。该整体线圈6设计成高频天线6。它在作为发射天线工作时用来激励检查对象3体内的磁共振信号，在作为接收天线工作时用来接收先前激励的检查对象3的磁共振信号。
在检查室1的内部通常还至少可安装一个本地线圈7。它同样设计成高频天线7。它通常用来局部接收先前由整体线圈6激励的磁共振信号。但是，本地线圈7在个别情况下也同样可以象整体线圈6那样作为发送天线运行。该本地线圈7的结构除有相应较小的尺寸外，与整体线圈6的结构相近。这种本地线圈例如是一个头部线圈和一个膝部线圈。
该基本磁铁4、该梯度磁铁系统5和线圈6、7接着还被一个屏蔽磁铁8包围。
该梯度磁铁系统5和线圈6、7与一个控制和分析单元9相连接。该控制和分析单元9以公知的方式起到合适地控制梯度磁铁系统5和线圈6、7的作用，以激励、接收和分析磁共振信号。
按照图2和图3，该高频天线6、7(不论其为整体线圈6形式还是本地线圈7形式)具有多个天线杆10和两端环11。此外，在这些天线杆10和/或两端环11上还设置有电容器C，借助这些电容器将该高频天线7调谐到一确定的运行频率。按照图2，这些电容器C既设置在两端环11上，也设置在天线杆10中。由此就能实现将高频天线的模式调节到相同的共振频率。这也在本发明的范围内，然而是次要的。这些电容器C也可以仅设置在两端环11上，或者仅设置在天线杆10中。
这些天线杆10平行于一天线轴12。它们均匀地环绕天线轴12分布设置，且在它们的上端和下端各与两端环11之一相连接。于是该两端环11与该天线轴12同轴设置，且彼此轴向隔开。
为该高频天线6、7设置了一个耦合件13。该耦合件13与一供电组件(Speisebaustein)14相连接。经该耦合件13就有可能：在发送情况下由该供电组件向该耦合件13馈送一高频电流系统，从而将高频电磁能耦合到该两端环11和天线杆10。相反在接收情况下，可以将来自该两端环11和天线杆10的高频电磁能经该耦合件13作输出耦合，且作为高频电流系统传送给该供电组件14。
该耦合件13在天线杆10区域沿切向包围住天线轴12。确切地说，它设计成在径向位于天线杆10的内部或外部、在切向环绕包围该天线轴12的导体系统。在此，该导体系统与两端环11和天线杆10电隔开。更确切地说，该导体系统仅仅与它们感应地耦合。
下面结合图4至图6说明该导体系统13的不同实施方式。
按照图4，该导体系统具有一个单一的导体15。该导体15环绕天线轴12延伸。其与两端环11之一的距离a随着一切向角α变化。
该距离a有一最大值M和一最小值m。按照图4，最大值M和最小值m之差为两端环11彼此间轴向距离V的70％。尤其该差值位于该两端环11轴向距离V的50％和90％之间。必要时也还可以更小，但不应当低于轴向距离V的30％。
此外，由图4可看出，该距离a是与该切向角α相关的正弦形，且该导体15相对于一介于两端环11正中、与该天线轴12相垂直的中间平面16对称设置。
根据馈送到该导体15或者从该导体15馈出的电流的频率和该导体15的总长度可以要求在该导体15中设置缩短电容器C′，以达到在该导体15的每个位置具有近似为常数的电流负荷(Strombelegung)。在此，该缩短电容器C′的间隔和参数的选择是公知的。
在图5的实施方式中，首先设有一基本导体组。该基本导体组具有两个环绕该天线轴12的导体17。其中该两导体17交叉于交叉切向角α。该交叉切向角α在图5中用空心圈点来表示。但是该两导体17在交叉点处彼此并未电连接。在两交叉点之间该两导体17相隔距离b。这样一来，该两导体17形成偶数个窗口18。
在发送情况下，向两导体17馈送彼此相位错开180°的电流。这在图5中由在两导体17处方向相反的两箭头表示。在接收情况下，该由两导体17馈送出的电流也彼此相位错开180°。
由于相位错开180°，可以使该两导体17在它们环绕天线轴12的端部彼此短接。这在图5左侧以将该两导体17彼此直接连接的方式表示。
该导体17相对于中间平面16成正弦形延伸。因此两导体17之间的距离b同样与切向角α成正弦形相关。此外，两导体17相对于中间平面16对称布置。
两导体17彼此间的距离b具有最大值M。最小值为零(由于两导体17相交叉)。该最大值M应当不低于两端环11彼此之间轴向距离V的30％。优选在该轴向距离V的50％至90％，例如在70％。
如果导体17的长度和电流频率需要，同样可以象图4所示的导体15那样，在导体17中设置缩短电容器。但是，出于清楚起见在图5中未示出该缩短电容器。
借助于该基本导体组的导体17，可以对平行于该天线轴12的磁场分量相互补偿。但是，该高频天线6、7的激励模式是线性偏振的，而在磁共振应用中宁愿是圆形偏振的磁场。
为了采用圆形偏振激励模式，图5中的导体系统13具有一个辅助导体组。该辅助导体组设计得与基本导体组相同。它具有两个与两导体17同样方式行进的导体19。然而，该导体19的行进应当使得由其形成的窗口20与基本导体组的窗口相互交错排列。
在两导体19中流过的电流(发送时馈送到两导体19中的电流、接收时从两导体19馈出的电流)彼此间相位错开180°。这在图5中是由在两导体19处方向相反的两箭头来表示。但是，在导体19中流过的电流相对于在导体17中流过的电流相位错开90°。这在图5中通过在导体19处向上和向下的箭头和在导体17处向左和向右的箭头来表示。
此外，该两导体19与两导体17一样可以在它们环绕天线轴12的端部彼此短接。鉴于对导体17和导体19的馈送可以在不同的切向角α完成，必要时也可以采用彼此不同的连接。但是，当环绕天线轴12的端部处于相同的切向角α时，还可以将四个导体17、19彼此短接。
在最后一种情况下，还可将两个带有导体17、19的导体组设定为多个同样周期性地环绕天线轴、且相差一移位角β的导体17、19。其中，移位角β这样来确定，使移位角β与导体17、19数量(此处为4)以及一个导体17、19的周期数(此处为2)的乘积为360°。按照图5，该移位角β为45°。该馈送到导体17、19和从导体17、19馈出的电流彼此相位错开90°。
在图5所示实施方式中，导体结构13的磁场基本上没有平行于天线轴12的分量，是圆形偏振的。但是，这总共需要四个导体17、19。
采用图6所示实施方式同样能产生圆形偏振磁场。但这个实施方式仅仅需要三个导体21。按照图6，该导体系统基本上与图5的导体系统相应。其区别主要在于：按照图6该移位角β为60°(60°×2个周期×3个导体＝360°)，且馈送到导体21和从导体21馈出的电流彼此相位错开120°(360°/3个导体)。图6导体系统的其它结构与图5中的相同。相位错开在图6中这样来表示，使图6的各电流相位以导体21处的矢量图来表征。此外，导体21在它们环绕天线轴12的端部也彼此短接。
借助本发明的耦合件13，尤其是在图5和图6的结构中，可以将供电组件14良好地、有效地、模式确定地耦合在两端环11和天线杆10上。在相应的导体系统13的结构中，甚至可能实现一个纯模式的馈入和馈出耦合。基于该耦合件13不仅与天线杆10相互作用而且还与两端环11相互作用，对于仅与一单一模式相耦合可以要求略微减小导体15、17、19、21在其最大值区的正弦偏转(Sinusauslenkung)。
此外，还可以设置多个耦合件13，这些耦合件例如在周期数和/或由其激励的磁场的旋转方向(Drehsinn)上彼此相区别。这样通过相应的馈入和馈出耦合可以有目的地选择哪个或哪些馈入和馈出的模式。

Claims (12)

1.一种用于磁共振装置的高频天线，其具有两个端环(11)和多个天线杆(10)，
-其中，该两端环(11)与一天线轴(12)同轴设置，且彼此轴向隔开；
-其中，这些天线杆(10)围绕该天线轴(12)布置，且将两端环(11)彼此连接；
-其中，借助一个耦合件(13)在发送时将高频电磁能馈送给该两端环(11)和这些天线杆(10)，而在接收时从该两端环(11)和这些天线杆(10)馈出高频电磁能；
-其中，所述耦合件(13)设计成在所述天线杆(10)区切向包围所述天线轴(12)的导体系统(13)，在发送时可由一供电组件(14)向该导体系统(13)馈送一高频电流系统，而在接收时从该导体系统(13)馈出一个高频电流系统，且该导体系统(13)仅以感应的方式耦合在该两端环(11)和这些天线杆(10)上；
-其中，所述导体系统(13)具有至少一个导体(15，17，19，21)，该导体(15)环绕所述天线轴(12)延伸，且与两端环(11)之一相距一个随切向角(α)变化的距离(a)。
2.按照权利要求1所述的高频天线，其特征在于：所述天线杆(10)平行于天线轴(12)。
3.按照权利要求1或2所述的高频天线，其特征在于：
-所述导体系统(13)具有一个包括两个导体(17)的基本导体组；
-该两导体(17)环绕所述天线轴(12)延伸，在交叉切向角(α)处相交叉，且在交叉点之间相隔一个距离(b)，从而该两导体(17)形成偶数个窗口(18)；
-在发送时可向该两导体(17)馈送相位错开180°的电流，并在接收时从该两导体(17)馈出相位错开180°的电流。
4.按照权利要求3所述的高频天线，其特征在于：
-所述导体系统(13)具有一个辅助导体组；
-该辅助导体组设计成与所述基本导体组相同，但该辅助导体组的窗口(20)相对于该基本导体组的窗口交错排列；
-在发送时可向该辅助导体组的两导体(19)馈送相位错开180°的电流，并在接收时从该辅助导体组的两导体(19)馈出相位错开180°的电流；
-在该辅助导体组的导体(19)中流过的电流相对于在该基本导体组的导体(17)中流过的电流相位错开90°。
5.按照权利要求1或2所述的高频天线，其特征在于：
-所述导体系统(13)具有多个同样周期性地环绕所述天线轴(12)延伸、而有一移位角(β)的导体(21)；
-该移位角(β)与这些导体(21)的数量及一个导体(21)的周期数的乘积为360°；
-在发送时可向这些导体(21)馈送错开一个相位角的电流，并在接收时从这些导体(21)馈出错开一个相位角的电流；
-该错开的相位角与这些导体(21)的数量的乘积为360°。
6.按照权利要求5所述的高频天线，其特征在于：所述导体(21)的数量至少为三个。
7.按照权利要求3所述的高频天线，其特征在于：所述导体(17)在它们环绕天线轴(12)延伸的端部彼此短接。
8.按照权利要求1所述的高频天线，其特征在于：所述导体(15；17，19；21)相对于一个位于两端环(11)之间正中的、垂直于所述天线轴(12)的中间平面(16)对称设置。
9.按照权利要求1所述的高频天线，其特征在于：在所述导体(15；17，19；21)上设置了缩短电容器(C′)。
10.按照权利要求1所述的高频天线，其特征在于：所述单一导体与两端环之一的距离(a)，或者所述多个导体各与两端环之一的距离(a)或多个导体彼此之间的距离(b)基本上与切向角(α)成正弦形相关。
11.按照权利要求1所述的高频天线，其特征在于：所述单一导体与两端环之一的距离(a)，或者所述多个导体各与两端环之一的距离(a)或多个导体彼此之间的距离(b)具有一最大值(M)和一最小值(m)，该最大值(M)和最小值(m)之差至少为两端环(11)轴向距离(V)的30％。
12.按照权利要求11所述的高频天线，其特征在于：所述最大值(M)和最小值(m)之差为两端环(11)轴向距离(V)的50％-90％。
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