传感器和具有无线近场传输的磁共振断层成像设备
专利摘要:本发明涉及一种用于在磁共振断层成像设备中使用的传感器以及一种由磁共振断层成像设备和传感器构成的系统。所述传感器具有能量供应装置、数据传输装置和第一共振天线。第一共振天线与数据传输装置和/或能量供应装置处于信号连接。在自由空间中在第一共振频率下,在信号连接的阻抗和第一共振天线的阻抗之间存在显著的第一共振天线的失配。
专利说明:
传感器和具有无线近场传输的磁共振断层成像设备
[0001] 技术领域
[0002] 本发明涉及一种传感器、特别是局部线圈,以及一种在其之间具有能量和/或数据的无线传输的磁共振断层成像设备。
[0003] 背景技术
[0004] 磁共振断层成像设备是为了对检查对象进行成像,利用外部强磁场将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、也称为磁共振信号,经由天线接收磁共振信号。
[0005] 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素相关联。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。所产生的显示给出自旋的空间密度分布。
[0006] 因为磁共振信号非常弱,所以通常尽可能靠近待检查区域地布置接收天线(所谓的局部线圈)。在此,为了传输接收到的信号并且为了向局部线圈中的前置放大器和信号处理供电,通常使用至磁共振断层成像设备的电缆连接,但是电缆连接是易故障的、处理起来繁琐的,并且至少当相应的抑制滤波器发生故障时,尤其是通过由激励脉冲造成的导体上的外罩波,电缆连接对于患者是危险的。
[0007] 因此,长期以来一直致力于为局部线圈配备无线传输技术。但是在此,一方面无线传输技术容易受到干扰,例如由于干涉,由电池对局部线圈供电可以在连续使用时导致针对充电的中断,并且尤其是所使用的无线电波可以干扰磁共振记录。
[0008] 结合磁共振断层成像设备,还使用了诸如EEG(脑电图)、EKG(心电图)或呼吸传感器的其他传感器,所述传感器在成像期间采集生理学数据并且部分地还被用于控制成像,并且所述传感器需要供能。
[0009] 如果供能例如经由身体线圈被无线地实施,则所需的功率能够加热患者,从而减少了可用于记录的功率预算。
[0010] 发明内容
[0011] 因此,本发明要解决的技术问题是,提供一种用于更安全和更可靠的运行的传感器。
[0012] 根据本发明的技术问题通过根据本发明的传感器和根据本发明的由传感器和磁共振断层成像设备构成的系统来解决。
[0013] 根据本发明的传感器具有能量供应装置、数据传输装置和第一共振天线。根据本发明,被设计为用于给诸如局部线圈中的前置放大器、局部振荡器、控制器、模数转换器和安全组件的传感器的有源组件供应能量的装置被视为能量供应装置。为此,能量供应单元通过磁共振断层成像设备和传感器之间的无线传输获得所需的能量,如其下面更详细地说明的那样。能量供应装置例如可以具有整流器、平滑电容、电压调节器或电压转换器和诸如高电容的电容器或者可充电的电池的能量中间存储器,以便能够对没有或者具有减少的无线能量传输的时间段以及传感器中的能量消耗的负荷峰值进行均衡。
[0014] 本发明意义上的数据传输装置被设计为用于借助无线传输在使用具有大于1MHz、10MHz、100MHz或者1GHz的频率的高频信号的情况下将数据从传感器传输到磁共振断层成像设备和/或在相反的方向上传输。在此,数据可以是模拟信号,例如是必要时在频率转换之后的前置放大的磁共振信号,模拟信号通过幅度或频率调制或其他类似的调制技术被调制到高频信号上。数据也可以是数字的,例如在模数转换之后的磁共振信号。在此,在数字的情况下,数据传输装置可以具有数据缓冲存储器并且使用编码方法,该编码方法允许识别传输中断并且随后对数据进行重复。
[0015] 第一共振天线与数据传输装置或者能量供应装置处于信号连接。信号连接可以是波导管,诸如同轴电缆、对称导体或者短线。由此能够将高频信号从数据传输装置输送到共振天线,或者反向地从共振天线输送到数据传输装置或能量供应装置。在与另外的天线没有值得提及的相互作用的条件下,在自由空间中在第一共振频率下在信号连接的阻抗和共振天线的阻抗之间存在显著的失配。这意味着,信号连接的复电阻的量与天线在第一共振天线的连接点处的复电阻的量在第一频率下例如可以彼此相差2倍、5倍、10倍或者更多。由失配导致的驻波比可以大于2或3。
[0016] 失配后的天线仅以空间中进行传播的自由电磁波辐射所馈送的功率的一小部分。取而代之,失配后的磁性天线(诸如天线线圈)作为发送天线产生局部交变磁场,该局部交变磁场以该距离的三次幂向外落到空间中。在此,能量从信号连接转换到磁性近场中并且从磁性近场中转换回信号连接。
[0017] 如果将共振的第一共振天线引入该近场,则该第一共振天线与发送天线相互作用并且从(在此磁的)交变场中抽取能量,该能量可以被馈送给接收器以用于接收数据或者可以被馈送给能量供应装置。通过第一共振天线与发送天线的相互作用也改变了第一共振天线的阻抗,反之,改变了发送天线的阻抗,使得在近场中在能量传输或数据传输时失配显著减小或者完全消失。
[0018] 在此特别地,传感器可以是局部线圈,但是还可以是用于记录EKG、EEG、呼吸或其他生理学数据或测量值的传感器。
[0019] 以有利的方式,信号连接和共振天线之间的失配保证了仅将能量传输到共振天线中并且没有将能量不必要地辐射,特别是因为由此还增加了SAR负荷。此外,由于辐射较低,还可以简化无线电许可。
[0020] 优选地,传感器具有多个第一天线,其特别是平面地并排地布置。以这种方式,可以确保即使在传感器例如在患者卧榻上侧向移位时,第一共振天线总是布置在下面所述的系统的一个或多个第三天线的附近区域中。
[0021] 根据本发明的系统具有磁共振断层成像设备和根据本发明的传感器。磁共振断层成像设备具有能量发送装置和第三共振天线。在本发明的意义上,能够产生具有第三共振天线的共振频率和足以给传感器供电的功率的高频信号的装置被视为能量发送装置。能量发送装置例如可以具有振荡器和功率末级。还可以想到,能量发送装置对高频信号进行调制以用于传输控制信号,并且传感器的能量供应装置被设计为用于将调制后的高频信号解调,以便分析和转换传感器中的控制信号。
[0022] 此外,磁共振断层成像设备具有数据接收装置。数据接收装置被设计为用于接收由数据传输装置发送的数据。在模拟数据的情况下接收例如可以包括放大和解调。在频率复用的情况下所述接收还可以包括信号分离。对于数字数据还可以想到解码以及必要时的校错。
[0023] 第三共振天线与能量发送装置和/或数据接收装置处于信号连接。第三共振天线具有与第一天线的第一共振频率基本一致的第三共振频率。第三共振频率与第一共振频率的小于5%、1%、0.5%或者0.1%的偏差被视为基本一致。在第三共振频率的情况下,在自由空间中在与另外的天线没有值得提及的相互作用的条件下,在第三共振频率下在信号连接到第三共振天线的连接点处的信号连接的阻抗与第三共振天线的阻抗之间存在显著的失配。对于显著的失配,已经为传感器所引用的内容成立。
[0024] 通过第一共振天线与第三共振天线的相互作用,第一共振天线的阻抗也发生改变,并且反之,第三共振天线的阻抗也发生改变,使得在近场中在能量传输或者数据传输时失配显著地减少或者完全消失。
[0025] 以有利的方式,系统允许由于第三共振天线的近场中的失配而借助第一天线来为传感器供应能量或传输数据,而在此没有大范围地将能量辐射到空间中。此外,通过靠近,信号电平变得更大并且抗干扰能力以及信噪比(SNR)也变得更大。
[0026] 在根据本发明的传感器的可想到的实施方式中,传感器具有第二共振天线。第一共振天线与能量供应装置处于信号连接并且第二共振天线与数据传输装置处于信号连接。在此,第一天线的第一共振频率与第二天线的第二共振频率显著不同。在此,偏差可以大于5%、10%或者20%,两个天线可以以不同的频带(诸如MHz和GHz)工作,使得共振频率相差了数量级。在此优选地,较低的频率用于利用第一天线向能量供应装置传输能量,因为用于数据传输的带宽在较高的频率下更大。
[0027] 在此,对于第一共振频率下的第一共振天线和第二共振频率下的第二共振天线,在信号连接的阻抗与第二共振天线的阻抗之间存在显著的失配。对于显著的失配,已经叙述过的内容成立。
[0028] 以有利的方式,允许第二共振天线利用失配,除了能量传输之外还独立地进行数据传输,并且不将能量辐射到空间中。
[0029] 在根据本发明的传感器的可能的实施方式中,第一共振天线与能量供应装置以及与数据传输装置处于信号连接。第一共振天线具有第一共振频率和与该第一共振频率不同的第二共振频率,由此第一天线是双共振天线。这例如可以通过在天线的导体回路中设置用于两个不同频率的共振元件来实现。在此,对于双共振的第一共振天线还成立的是,在第一共振频率和第二共振频率下,第一共振天线在信号连接的阻抗与共振的第一天线的阻抗之间存在显著的失配。
[0030] 以有利的方式,双共振天线允许使用单个天线用于能量和数据的近场传输。
[0031] 在根据本发明的传感器的可想到的实施方式中,数据传输装置被设计为用于对从第一天线获取的能量进行调制。例如可以想到,数据传输装置与能量供应装置处于信号连接,使得数据传输装置可以控制从第一共振天线提取多少能量。在磁共振断层成像设备中的发送侧,可以检测来自场的不同功率提取,并且可以解调所传输的数据信号。
[0032] 以有利的方式,可以实现数据传输,而传感器不必具有自己的发送器,特别是不必发射附加的无线电信号。
[0033] 在根据本发明的传感器的可能的实施例中,传感器具有第一外壳。这例如可以是刚性壳体或者还可能是柔性并且还可能是可压缩的外壳,以便能够使传感器与身体匹配并且还能够将传感器布置在患者下方。在此,第一共振天线和/或第二共振天线与外壳相邻地布置在传感器的一侧上,所述一侧在根据使用地运行传感器时背向患者。换句话说,外壳优选地布置在外壳的内侧,使得该外壳具有到磁共振断层成像设备的第三天线的尽可能小的距离,所述第三天线通过近场来传输能量和/或来发送或者接收数据。
[0034] 以有利的方式,通过将天线布置在外壳上或者外壳内,可以实现到磁共振断层成像设备的发射天线的特别小的、允许特别有效地传输能量和/或数据的距离。
[0035] 在根据本发明的传感器的可想到的实施方式中,传感器具有第一外壳和与传感器的第一外壳分离的第二外壳。在第二外壳中布置第一和/或第二共振天线。第二外壳利用电气导线与第一外壳连接,使得第一和/或第二共振天线与能量供应装置和/或数据传输装置电气连接。在此,第二外壳还可以满足附加功能,例如用作用于患者或患者卧榻上的传感器的紧固带或者紧固部件。
[0036] 通过布置在第二外壳中的第一或者第二共振天线,传感器可以在很大程度上独立于磁共振断层成像设备的第三天线的方位地布置在患者上,而不会危及能量和/或数据传输。
[0037] 在根据本发明的传感器的可能的实施方式中,数据传输装置被设计为用于在高于磁共振断层成像设备的拉莫尔频率的频率范围内传输数据。在此,拉莫尔频率被定义为由磁共振断层成像设备针对成像而要采集的、在磁共振断层成像设备的场磁体的磁场B0中的核自旋的共振频率。例如,如果场磁体的场强是3T并且优选地采集氢原子的核自旋,则拉莫尔频率大约是123MHz。然后,例如通过振荡器、滤波器和天线来将数据传输装置设计为用于在140MHz至240MHz的频率范围内传输数据。在此,由于大的带宽,第一天线被设计为非共振。这例如通过在自由空间中在第一共振天线的第一共振频率下,在数据传输设备和第一天线之间的信号连接的阻抗与第一共振天线的阻抗之间存在失配来实现。
[0038] 以有利的方式,在频率范围内给出足够的带宽来传输磁共振信号。然而同时,波长非常大,使得对于患者隧道中的距离,在第一和第三天线之间仍然存在近场耦合,该近场耦合具有几乎可以忽略的自由无线电波的辐射。
[0039] 在根据本发明的传感器的可想到的实施方式中,数据传输装置被设计为用于使用多载波传输方法在此,将待传输的数据的信息划分为多个不同的、优选地分布在先前描述的频率范围上的载波频率的传输方法被视为多载波传输方法。例如,可以使用OFDM(英文:Orthogonal Frequency Division Multiplex,正交频分复用)。
[0040] 以有利的方式,多载波传输方法提供大的信息带宽,并且在此可以例如通过宽带天线的频率响应补偿各个载波频率的不同的衰减。
[0041] 在根据本发明的系统的可能的实施方式中,第三共振天线布置在磁共振断层成像设备的区域中,在根据使用地应用传感器时,所述区域位于第一共振天线的紧邻区域中。例如,第三共振天线可以布置在患者背部区域中的患者卧榻中,使得例如脊柱线圈在下侧(在壳体或外壳的内部)具有对应的第一和/或第二共振天线,使得第一共振天线和/或第二共振天线处于与第三共振天线的近场的相互作用中。例如还可以想到,第三共振天线在患者套管的外罩中或者在患者套管的外罩后,甚至在患者卧榻下。
[0042] 以有利的方式,通过将传感器和磁共振断层成像设备中的天线对应地相对地布置来确保最佳的能量传递和数据交换。
[0043] 在根据本发明的系统的可想到的实施方式中,在根据使用地应用时,位于第三共振天线与第一共振天线之间的磁共振断层成像设备的壳体的表面和传感器的外壳的表面被互补地构造为,使得第三共振天线和第一共振天线之间的距离基本上最小。例如,可以将两个壳体表面实施成平的,或者一个凹形并且另一个是凸形的。但是还可以想到,患者卧榻例如具有平坦或者凹形的表面并且传感器的外壳是柔性的,使得传感器在患者下方被压紧在患者卧榻上。
[0044] 以有利的方式,传感器的外壳和磁共振断层成像设备的表面的对应形状确保了最小的距离并且因此确保了最佳的能量和数据传递。
[0045] 在可能的实施方式中,根据本发明的系统具有多个的第一共振天线和/或第二共振天线和第三共振天线。在此优选地,多个第一共振天线和/或第二共振天线平面地布置在传感器的外壳上,并且第三共振天线平面地布置在磁共振断层成像设备的表面上,使得在将传感器根据使用地布置在患者上时,多个第一共振天线和/或第二共振天线分别位于多个第三共振天线的附近区域中。在此可以想到,数据传输装置和数据接收装置被设计为用于在由第一共振天线和第三共振天线构成的不同对上同时使用相同的传输频率来传输不同的信息。这种传输方法也被称为MIMO(多输入/多输出)。
[0046] 将天线平面地布置在外壳或者表面的相对的平面上以有利的方式确保了始终相对地存在几对第一/第二天线和第三天线,从而确保了能量和/或数据的连续传递。同时,空间分布还使得可以在不同的天线对上多次使用载波频率并且增加信息带宽。
[0047] 附图说明
[0048] 结合下面结合附图详细说明的对实施例的描述,上面描述的本发明的特性、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚并且更容易理解。
[0049] 附图中:
[0050] 图1示出了根据本发明的具有根据本发明的局部线圈的磁共振断层成像设备的示例性示意图;
[0051] 图2示出了根据本发明的局部线圈以及根据本发明的磁共振断层成像设备的天线单元和高频单元的示例性示意图;
[0052] 图3示出了可以布置在肩部、膝部或腹部上的局部线圈的示例;
[0053] 图4示出了一个或多个局部线圈和天线单元的示例性布置;
[0054] 图5示出了双共振天线的示例性实施方式;
[0055] 图6示出了根据本发明的局部线圈的示例性实施方式,其中天线线圈、第一共振天线和第二共振天线在空间上是分开的。
[0056] 具体实施方式
[0057] 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,所述磁共振断层成像设备具有根据本发明的局部线圈50。
[0058] 磁体单元10具有场磁体11,所述场磁体产生静磁场B0,静磁场用于对齐记录区域中的样本或患者100的核自旋。记录区域布置在患者套管16中,患者套管16沿着纵向方向2延伸通过磁体单元10。可以借助患者卧榻30和患者卧榻30的移动单元36将患者100移动到记录区域中。场磁体11通常是超导磁体,其可以提供具有高达3T、在最新的设备的情况下甚至更高的磁通密度的磁场。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。
[0059] 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。
[0060] 磁体单元10还具有身体线圈14,身体线圈14被设计为用于向检查体积中发射经由信号导线33馈送的高频信号,接收由患者100发出的共振信号,并且经由信号导线输出。但是按照优选的方式,用在患者套管16中布置在患者100附近的局部线圈50代替身体线圈14来发出高频信号和/或进行接收。但是也可以想到将局部线圈50设计为用于进行发送和接收,因此可以省去身体线圈14。
[0061] 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。在此,磁共振断层成像设备控制器23协调各个子单元。
[0062] 困此,控制单元20具有梯度控制器21,梯度控制器21被设计为用于经由馈电线向梯度线圈12供应可变电流,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。
[0063] 此外,控制单元20具有高频单元22,高频单元22被设计为用于产生具有预先给定的时间走向、幅值和谱功率分布的高频脉冲,以用于激励患者100中的核自旋的磁共振。在此,可以实现千瓦范围内的脉冲功率。各个单元经由信号总线25彼此连接。
[0064] 由高频单元22产生的高频信号经由信号连接馈送到身体线圈14,并且发射到患者100的身体内,以便在那里激励核自旋。但是也可以想到,经由局部线圈50的一个或多个线圈绕组来发射高频信号。
[0065] 然后,局部线圈50优选接收来自患者100的身体的磁共振信号,因为由于距离小,局部线圈50的信噪比(SNR)好于通过身体线圈14接收的情况。在局部线圈50中对由局部线圈50接收到的MR信号进行整理,并且将该信号转发到磁共振断层成像设备1的高频单元22,以进行分析和图像采集。
[0066] 在此,局部线圈50和磁共振断层成像设备1之间的信号连接至少在局部线圈50和天线单元60之间是无线的。在此,对于该无线连接的特点将在对后续附图的描述中作详细地探讨。局部线圈50在患者100上的布置以及天线单元60在患者套管16中的布置仅是示例性的并且所述布置出于附图标记的清楚的原因来选择。在下面在图4中示出的实施方式中,局部线圈50例如设置在患者100下方并且天线单元60设置在患者卧榻30中。还可以想到,天线单元60布置在患者套管16的外罩中或者外罩下。特别地,通过与天线单元60的电磁相互作用,至少暂时向局部线圈50进行了能量供应。由高频单元22产生从磁共振断层成像设备1到局部线圈50的信号,该高频单元还在相反方向上经由天线单元60接收来自局部线圈50的信号并进行分析。
[0067] 例如用于采集诸如EEG、EKG或者呼吸的生理学数据的其他的传感器也与磁共振断层成像设备结合使用。例如,利用呼吸传感器或者EKG,图像记录可以与器官的运动同步,以便最小化由于运动而引起的图像伪影。这些传感器如代表性所示的局部线圈50一样,还可以根据本发明无线地从磁共振断层成像设备1接收或者向其发送能量和/或数据。在下面的实施例中,分别示出了局部线圈50,其中在此做出的结论还可分别应用于其他类型的根据本发明的传感器。
[0068] 在图2中示出了根据本发明的局部线圈50和根据本发明的磁共振断层成像设备1的天线单元60和高频单元22的示例性示意图。在此,尺寸比例不是按比例的。
[0069] 高频单元22具有能量发送装置61,其例如包括振荡器和功率放大器。在此,能量发送装置61被设计为用于借助天线单元60来产生交变磁场,经由该交变磁场可以无线地为局部线圈50提供能量。
[0070] 在所示的实施方式中,高频单元22还具有数据接收装置62,数据接收装置被设计为用于经由天线单元60接收局部线圈50的无线数据信号并进行分析。在此可以想到,数据接收装置62还被设计为用于将数据传输到局部线圈以进行控制,或者高频单元22还具有自己的数据传输装置。
[0071] 高频单元22经由一个或多个信号连接与天线单元60连接。信号连接被设计为用于将由能量发送装置61产生的高频信号输送到一个或多个第三天线63。信号连接例如可以是同轴导线或者具有限定的波阻抗的对称导线(双绞线、短线),使得信号或者具有不同频率的多个信号经由信号连接被输送到天线单元60。在实施方式中还可以想到,在一个频率下传输用于供能的信号并且在另一个频率下传输用于控制的另外的信号。然而,还可以想到,能量发送装置调制高频信号并且将控制信号从控制单元20传输到局部线圈50。
[0072] 第三共振天线63基本上是失配的,使得该第三共振天线几乎仅产生高频的近场,在发送线圈作为第三共振天线63的情况下,在近场中产生主要的交变磁场,而没有将能量以与电磁波相比更大的范围辐射到空间中。例如,所辐射的能量可以小于经由信号连接馈送的能量的20%、10%、5%或1%。剩余的能量被反射并且例如临时存储在信号连接或者馈电线中。
[0073] 第三共振天线63的失配一方面可以通过第三共振天线63的输入阻抗具有与连接点处的信号连接的阻抗显著不同的值来实现。例如,作为信号连接的同轴电缆可以具有50Ohm的阻抗,而具有远场的进行辐射的天线具有377Ohm的露天阻抗。在此,第三共振天线63的输入阻抗例如可以经由包围的表面、线圈绕组的数量或者通过调谐电容来改变。
[0074] 然而,在实施方式中还可以想到,天线单元具有一个或多个匹配元件,该匹配元件通过部件的设计恰好产生失配,即在本发明的意义上充当“失去”匹配元件。这例如可以在适当选择Pi组件的电容和电感的情况下实现。以有利的方式,这种商业上可获得的高频电缆可以用作信号连接,其中通过对能量发送装置和在朝着电缆的一侧上的匹配元件在两个端点处的阻抗进行正确匹配,电缆的长度可以不同。
[0075] 然而,在另外的实施方式中还可以想到,信号连接具有预定的长度,并且由此本身作为变压器或者匹配元件起作用,并且将电缆一端的能量发送装置处的阻抗变换为天线连接点处的不匹配的阻抗值。例如,具有相应于导线上波长的四分之一的长度的导线将非常高的阻抗(开路的导线)变换为在所述导线另一端的极低的阻抗(短路)。以这种方式,可以省去天线单元60中的分离的匹配元件。
[0076] 在可能的实施方式中,天线单元60具有第四共振天线64,所述第四共振天线经由信号连接与数据接收装置62、高频单元22连接。数据接收装置62被设计为用于经由第四共振天线64从局部线圈接收磁共振信号。在此,磁共振信号可以是模拟的,并且在此可以转换成另外的频率、在载波上以幅度或频率调制进行调制,或者还利用局部线圈的另外的天线线圈的磁共振信号经由频率复用或者时分复用来同时地传输。但特别地,还可以想到数字化的磁共振信号的传输,该数字化的磁共振信号可以通过中间存储和数字校错在连接的短暂中断的情况下被完整地传输。
[0077] 优选地,第四共振天线64也是失谐的。即使由于更高的带宽优选地使用了比在能量传输时更高的频率,已经为能量传输和第三共振天线63所述的内容也适用于失配。只有组件的尺寸不同。
[0078] 对于经由天线单元60在相反的方向上从磁共振断层成像设备1到局部线圈50的控制命令的传输,可以如同已经说明的那样,用于能量传输的交变磁场可以被调制或者还可以经由第四共振天线64从数据接收装置进行双向的交通。
[0079] 图2还示出了根据本发明的局部线圈50。局部线圈50具有一个或多个天线线圈51,该天线线圈被设计为用于接收来自患者100的身体的磁共振信号。由数据传输装置52整理接收到的磁共振信号,以进行传输。通常首先通过低噪声前置放大器(LNB)进行放大。在模拟传输的情况下可以想到,磁共振信号通过与局部振荡器信号混合而被转换到另外的频率,或者磁共振信号被施加在具有幅度调制或者频率调制或者另外的调制方法的载波上。还可以想到多个信号的频率复用。在数字化传输的情况下,在数字化的信号被加调制到载波上之前,首先进行模数转换。这里可以使用与在模拟传输的情况下相同的调制方法,或者也可以使用特定的数字方法,诸如正交调制或者扩展频谱方法。对于信息带宽例如为100MHz的、用于例如局部线圈的32或64个信道的传输,在此例如可以使用具有4096个不同相位幅度组合的4096QAM调制(4096QAM–Modulation)。优选地,在传输之前在缓冲器中进行中间存储,以便能够借助校正方法来均衡和校正干扰和中断。
[0080] 优选地,局部线圈具有一个或多个第一共振天线54,该第一共振天线具有与数据传输装置的信号连接,使得来自数据传输装置的磁共振数据基本上是失谐的。已经为一个或多个第三共振天线63所述的内容也适用于失谐。在此,通过失配实现了数据传输装置的信号主要存储在近场中而不是作为空间波辐射。
[0081] 数据传输装置需要能量供给以用于运行,该能量供给通过能量供应装置53来进行。当能量供应装置位于第三共振天线63的近场中时,能量供应装置经由第二共振天线55来获得能量。在此,在第二共振天线中感应出交流电流,该交流电流通过整流器(例如二极管)整流,并且通过电容来平波。此外,可以想到电压转换器使数据传输装置52的供电电压保持恒定。
[0082] 为了确保能量供应,即使局部线圈移动并且第二共振天线55短暂地离开了第三共振天线63的近场,可以想到能量供应装置53具有能量存储器。可以想到,用于平波的电容具有非常大的电容值,例如是所谓的超级电容器。也可以是如锂电池的可充电的电池,该电池通过充电调节器充电和放电。优选地,在此电压调节器是升压转换器,该升压转换器即使在电容的低电压时也能够恒定地保持较高的输出电压。
[0083] 为了确保能量供应,还设置的是,局部线圈50和/或天线单元60分别具有多个第二共振天线55和第三共振天线63,所述第二共振天线和第三共振天线沿着轴线或关于平面分布式地布置,使得在局部线圈移动的情况下,例如在移动患者并且根据使用地布置天线单元的情况下,第二共振天线55总是分别布置在第三共振天线63的近场中。
[0084] 这同样适用于借助第一共振天线54和/或第四共振天线64传输磁共振信号。
[0085] 为此,图3给出了局部天线50的示例,该局部天线可以布置在肩部、膝部或者腹部处。在此,通过小十字表示了第一共振天线54和第二共振天线55的位置。在此,用于接收来自患者100的身体的磁共振信号的天线线圈51可以布置在局部线圈50的任意位置处,使得所述天线线圈从整个待检查体积采集信号。必须仅存在天线线圈51到数据传输装置52之间的信号连接,从而可以整理磁共振信号并且可以将该磁共振信号传输到磁共振断层成像设备1。天线线圈51和第一共振天线54和第二共振天线55的空间上分离的布置的示例在图6中示出。
[0086] 图4示出了针对一个或多个局部线圈50和天线单元60的示例性的布置,如其在根据本发明地使用局部线圈50时设置的那样。
[0087] 在此,第一共振天线54和第二共振天线55布置在局部线圈50的外壳中,使得在正确地使用局部线圈50时第一共振天线和第二共振天线布置得尽可能靠近对应的第三共振天线63或者第四共振天线64。在局部线圈50的情况下,其例如如脊柱线圈那样位于患者100下方,第二共振天线55布置在局部线圈50的外壳的下侧,使得所述第二共振天线尽可能靠近例如布置在患者卧榻30中的天线单元60的第三共振天线63。
[0088] 在此还可以想到,局部线圈50具有第二外壳或者第一外壳57的一部分,所述第二外壳与具有用于磁共振信号的天线线圈51的第一外壳分离并且与第一外壳处于电气连接。该第二外壳例如还可以是紧固元件,诸如局部线圈55的带子或连接板56,用以固定到患者身上。在该第二壳体中,第一共振天线54和/或第二共振天线55被布置为,使得在具有天线线圈51的局部线圈50布置在患者100的身体上时,第一共振天线和第二共振天线也位于第三共振天线63和/或第四共振天线64的近场中。
[0089] 图5示出了双共振天线的示例性的实施方式。双共振天线具有多个较小的天线回路,对于回路的走向通过具有点划线图案的线来示例性地表示,该回路例如可以用作用于能量传输的第二共振天线55。但是还可以想到,将其用作用于数据传输的第一共振天线54。天线回路的长度电气地通过延长电容器来延长。
[0090] 同时,如虚线所示,较小的天线回路的外部的导体段形成天线线圈51,用于记录来自患者100的身体的磁共振信号。在此,各个导体段通过共振元件58连接,这里作为串联共振电路,所述共振元件在磁共振断层成像设备的拉莫尔频率下共振。相应的共振元件58也桥接在延长电容器上。
[0091] 还可以想到,以这种方式将用于数据传输的第一共振天线54的功能和用于能量传输的第二共振天线55的功能组合在双共振天线中,或者将局部线圈50的所有三种天线类型根据相同的原理组合在三重共振天线中。
[0092] 图6再次示出了天线线圈51和第一共振天线54和第二共振天线55在空间上分离的示例。该图以横截面示意性地示出了根据本发明的用于腹部的局部线圈。局部线圈50布置在患者100的腹壁上。在第一外壳中存在用于接收磁共振信号的天线线圈51、数据传输装置52和能量供应装置53。作为紧固元件,连接板56围绕患者侧面地延伸,该连接板例如利用尼龙搭扣来闭合。在连接板56中在患者100下侧上存在第一共振天线54和第二共振天线55,第一共振天线和第二共振天线经由电气连接与数据传输装置52或能量供应装置53连接。由此连接板56形成第二外壳,在该第二外壳中布置第一共振天线54和第二共振天线55。以这种方式,当患者100如在图2和图4中所示的那样根据使用地位于患者卧榻30上时,第一共振天线54和第二共振天线55位于第三共振天线63或第四共振天线64的近场中。
[0093] 在此还可以想到以相同的方式布置用于EKG的传感器。然而,代替天线线圈51出现用于采集心脏的肌肉电位的电极。同样地,可以构造呼吸传感器,该呼吸传感器例如通过呼吸期间的膨胀来采集呼吸节奏。
[0094] 尽管已经通过优选的实施例进一步详细说明和描述了本发明,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导出其他变形,而不脱离本发明的保护范围。
权利要求:1.一种用于在磁共振断层成像设备中使用的传感器,其中所述传感器具有能量供应装置(53)、数据传输装置(52)和第一共振天线(54),其中所述第一共振天线(54)与所述数据传输装置(52)和/或所述能量供应装置(53)处于信号连接,并且在自由空间中在第一共振天线(54)的第一共振频率下在信号连接的阻抗和第一共振天线(54)的阻抗之间存在显著的失配。
2.根据权利要求1所述的传感器,其中所述传感器具有第二共振天线(55),其中所述第一共振天线(54)与所述能量供应装置(53)处于信号连接并且所述第二共振天线(55)与所述数据传输装置(52)处于信号连接,其中第一共振天线(54)的第一共振频率与第二共振天线(55)的第二共振频率显著不同,其中针对所述第二共振天线(55)在所述第二共振频率下在信号连接的阻抗与第二共振天线(55)的阻抗之间存在显著的失配。
3.根据权利要求1所述的传感器,其中所述第一共振天线(54)与所述能量供应装置(53)以及与所述数据传输装置(52)处于信号连接,其中所述第一共振天线(54)具有第一共振频率和与所述第一共振频率不同的第二共振频率,其中针对所述第一共振天线(54)在所述第一共振频率和所述第二共振频率下在信号连接的阻抗与第一共振天线(54)的阻抗之间存在显著的失配。
4.根据权利要求1所述的传感器,其中所述数据传输装置(52)被设计为用于对从所述第一共振天线(54)获取的能量进行调制。
5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器,其中所述传感器具有第一外壳(57),并且第一共振天线(54)和/或第二共振天线(55)与所述第一外壳(57)相邻地布置在传感器的一侧上,所述侧在根据使用地运行所述传感器时背向患者(100)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的传感器,其中所述传感器具有与传感器的第一外壳(57)分离的第二外壳,所述第二外壳利用电气导线与所述第一外壳(57)连接,并且在所述第二外壳中布置第一共振天线(54)和/或第二共振天线(55)。
7.根据权利要求1所述的传感器,其中所述数据传输装置(52)被设计为用于在高于磁共振断层成像设备(1)的拉莫尔频率的频率范围内传输数据。
8.根据权利要求1所述的传感器,其中所述数据传输装置(52)被设计为用于使用多载波传输方法。
9.一种由磁共振断层成像设备(1)和根据上述权利要求中任一项所述的传感器构成的系统,其中所述磁共振断层成像设备(1)具有能量发送装置(61)、数据接收装置(62)和第三共振天线(63),其中所述第三共振天线(63)与所述能量发送装置(61)和/或所述数据接收装置(62)处于信号连接,并且第三共振天线(63)的第三共振频率与第一共振天线(55)的第一共振频率基本一致,并且在第一共振天线(54)和第三共振天线(63)之间没有值得提及的相互作用的条件下,在第三共振频率下在信号连接的阻抗与第三共振天线(63)的阻抗之间存在显著的失配。
10.根据权利要求9所述的系统,其中所述第三共振天线(63)布置在磁共振断层成像设备的区域中,在根据使用地应用所述传感器时,所述区域位于第一共振天线(54)的紧邻区域中。
11.根据权利要求10所述的系统,其中在根据使用地应用时,位于第三共振天线(63)与第一共振天线(54)之间的、磁共振断层成像设备(1)的壳体的表面和传感器的外壳的表面被互补地构造为,使得第三共振天线(63)和第一共振天线(54)之间的距离基本上最小。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统,其中所述系统具有多个第一共振天线(54)和第三共振天线(63)。
公开号:CN110596624
申请号:CN201910495412.XA
发明人:S·波佩斯库
申请人:西门子医疗有限公司
申请日:2019-06-10
公开日:2019-12-20
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