專利名稱：磁共振天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁共振天線。其具有設(shè)置在一鳥籠形結(jié)構(gòu)中、平行延伸的縱向桿狀天線，以及與這些桿狀天線的端部高頻連接的天線端環(huán)；以及多個高頻開關(guān)器件，為了使天線的固有諧振頻率在高頻下相對于工作磁共振頻率失諧，至少將部分縱向桿狀天線斷開。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代磁共振設(shè)備通常利用多個不同的天線(以下也稱為線圈)發(fā)射用于激勵核共振的高頻脈沖和/或接收所感應(yīng)的磁共振信號。通常，磁共振設(shè)備都具有一個大的、通常固定安裝在設(shè)備內(nèi)的所謂的整體線圈(也稱之為體線圈，BC)，以及多個小的本地線圈(LC)，也稱之為表面線圈。本地線圈的作用與整體線圈相反，用于拍攝患者距身體表面相對近的身體部位或器官的細(xì)節(jié)圖像。為此目的，將本地線圈直接置于患者待檢查的部位處。在使用這樣的本地線圈時，在很多情況下，利用固定安裝在磁共振設(shè)備中的整體線圈(作為發(fā)射線圈)發(fā)生高頻脈沖，而利用本地線圈(作為接收線圈)接收感應(yīng)的磁共振信號。為使這些線圈不至相互影響，需要在發(fā)送周期將接收線圈失諧，而在接收周期將發(fā)送線圈失諧。在進行失諧時這樣調(diào)節(jié)各天線的固有諧振頻率，使得其不再處于工作磁共振頻率范圍內(nèi)。在理想情況下，以這種方式失諧的天線表現(xiàn)為中立的，即它們對于由其它天線發(fā)射的高頻脈沖以及由此感應(yīng)的磁共振信號是透明的。只要總是在兩個不同天線之間往復(fù)接通，則稱這種暫時在發(fā)送周期或接收周期中的失諧為“動態(tài)失諧”。此外，只要僅需利用另一線圈工作，也可以對一個線圈持續(xù)進行失諧。這種“靜態(tài)失諧”尤其在采用既實施接收功能也實施發(fā)送功能的具有發(fā)送能力的本地線圈的情況下是需要的。由于固定安裝在設(shè)備內(nèi)的較大整體線圈在進行成像測量時不能物理地移去，因此通過失諧使其電失效。
作為整體線圈使用多重磁共振天線，其具有所謂的鳥籠形結(jié)構(gòu)。這種天線具有多個設(shè)置在圓柱形表面、平行延伸的縱向桿狀天線，其在端部分別通過天線端環(huán)相互高頻連接。這些桿狀天線和天線端環(huán)原則上可以任何形式構(gòu)成。在很多情況下，它們是敷設(shè)在柔軟的印制導(dǎo)線薄膜上的印制導(dǎo)線，該印制導(dǎo)線薄膜環(huán)繞在檢查對象進行檢查時所處的測量空間成圓柱形。對于整體線圈而言，鳥籠形結(jié)構(gòu)圍繞在測量時患者所處的患者拍攝空間。而對于鳥籠形結(jié)構(gòu)的本地線圈而言，測量空間用于拍攝患者的頭部或其它肢體，以便精確地對該區(qū)域進行檢查。
為了對這種具有鳥籠形結(jié)構(gòu)的磁共振天線進行失諧，原則上存在多種可能性。
只要磁共振設(shè)備基本磁場(以下稱為B0場)的場強處于2特斯拉(Tesla)以下，可以通過高頻供電線路很好地進行失諧。在此，借助一個適當(dāng)?shù)拈_關(guān)器件(例如PIN二極管或繼電器)，在供電線路的遠(yuǎn)端產(chǎn)生短路而對天線進行失諧。該短路通過供電線路被傳送至供電點，即該供電線路與天線連接的連接點。由此實現(xiàn)的失諧足以抑制與其它各有效天線之間的耦合。這種線圈遠(yuǎn)端失諧的優(yōu)點在于，對該開關(guān)器件所需的直流電流的供給不成問題，因為距離較遠(yuǎn)不會在天線的周圍造成電路直流電與高靜態(tài)和高頻場之間的相互影響。
但是在較高的B0場強下，證明這種線圈遠(yuǎn)端失諧是不可靠的。在這種情況下，要求失諧器件直接安裝在天線的結(jié)構(gòu)中。在對具有鳥籠形結(jié)構(gòu)的天線進行失諧時，可以將天線端環(huán)或桿狀天線失諧，或者將兩者失諧。通常，這種失諧是借助適當(dāng)?shù)母哳l開關(guān)器件阻斷諧振電感、或橋接(即短路)諧振電容實現(xiàn)的。當(dāng)前，通常采用開關(guān)二極管、例如PIN二極管作為高頻開關(guān)器件，因為它們在高頻情況下可以承受高電流和高電壓，并且還能夠以足夠的速度通斷。
就此而言，鳥籠形結(jié)構(gòu)下的端環(huán)失諧是具有優(yōu)點的，因為可以從外部容易地接觸失諧器件、即高頻開關(guān)器件，因此能夠相應(yīng)地不成問題地實施所需直流電流的供給。但是，從高頻的角度看，這樣的在鳥籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)的端環(huán)失諧并不是最佳解決方案。因此，在實踐中，已有具有鳥籠形結(jié)構(gòu)的天線，其高頻開關(guān)器件安裝在縱向桿(即縱向電感)內(nèi)，利用該高頻開關(guān)器件可以阻斷所涉及的縱向桿，并由此使整個桿狀結(jié)構(gòu)失諧。在此，對每個高頻開關(guān)器件從外部，即從鳥籠形結(jié)構(gòu)的外部單獨供以所需的直流電信號。在此較大的缺點是，這種供電須經(jīng)諧振結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，而不干擾天線的高頻功能。因此須對每個直流電供電單獨進行限流和去耦合，在此，使用了專用的、制造成本高的導(dǎo)線。基于諧振結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置狹窄、只能容納很難插入的組件用于限流和去耦合的事實，這種構(gòu)造由于其很高的制造成本是非常昂貴的。
此外，在JP 08187235 A中公開了一種鳥籠形天線結(jié)構(gòu)，其中，每個縱向桿通過兩個對于該縱向桿反并聯(lián)連接、但經(jīng)整流的相互連接的開關(guān)二極管被阻斷。在此，兩個相鄰縱向桿的開關(guān)二極管又分別在相同方向通過LC并聯(lián)振蕩回路相互連接。由此，共同構(gòu)成高頻抑制的環(huán)形開關(guān)電路，其中，所有開關(guān)二極管串行地依次接通。因此，所有開關(guān)二極管都可通過從環(huán)形開關(guān)電路的兩端引向鳥籠形結(jié)構(gòu)之外的導(dǎo)線一起接通。但這種結(jié)構(gòu)的缺點在于，為使天線失諧須在開關(guān)電路上施加相對高的開關(guān)電壓，因為施加在每個開關(guān)二極管上的所需的截止電壓等于所有二極管的數(shù)目除以所施加的開關(guān)電壓。此外，對該開關(guān)電路還須相對好地屏蔽，因為否則的話，由該開關(guān)電路的快速開關(guān)過程所放射出的磁場會干擾磁共振設(shè)備的基本磁場。另一缺點是，當(dāng)一個開關(guān)二極管失效時會阻斷整個開關(guān)電路的功能，由此不可避免的是，該結(jié)構(gòu)是對故障敏感的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有鳥籠形結(jié)構(gòu)的磁共振天線，其以盡可能簡單、成本合理且對故障不敏感的構(gòu)造，通過利用較小的開關(guān)電壓阻斷縱向電感而達(dá)到失諧。此外，本發(fā)明還提供一種與此相應(yīng)的、用于失諧這種天線的固有諧振頻率的方法。
本發(fā)明的技術(shù)問題是通過一種磁共振天線解決的，其具有設(shè)置在一鳥籠形結(jié)構(gòu)中、平行延伸的縱向桿狀天線，以及與這些桿狀天線的端部高頻連接的天線端環(huán)；多個高頻開關(guān)器件，為了使天線的固有諧振頻率在高頻下相對于工作磁共振頻率失諧，至少將部分縱向桿狀天線斷開；以及兩個從該鳥籠形結(jié)構(gòu)外引向所述高頻開關(guān)器件的公共電路導(dǎo)線，它們各具有一個環(huán)狀的、在該鳥籠形結(jié)構(gòu)上或內(nèi)垂直于所述縱向桿狀天線延伸的環(huán)形導(dǎo)體，各高頻開關(guān)器件分別連接在該環(huán)形導(dǎo)體上。
本發(fā)明的技術(shù)問題還通過一種對磁共振天線的固有諧振頻率進行失諧的方法來解決，該磁共振天線具有設(shè)置在一鳥籠形結(jié)構(gòu)中、平行延伸的縱向桿狀天線，以及與這些桿狀天線的端部高頻連接的天線端環(huán)。在本方法中，借助多個高頻開關(guān)器件，至少將部分縱向桿狀天線高頻斷開，其中，所述高頻開關(guān)器件通過兩個從該鳥籠形結(jié)構(gòu)外引向該高頻開關(guān)器件的公共電路導(dǎo)線連接，該公共電路導(dǎo)線各具有一個環(huán)狀的、在該鳥籠形結(jié)構(gòu)上或內(nèi)垂直于所述縱向桿狀天線延伸的環(huán)形導(dǎo)體，各高頻開關(guān)器件分別連接在該環(huán)形導(dǎo)體上。
按照本發(fā)明，這里磁共振天線具有兩個從鳥籠形結(jié)構(gòu)之外引向高頻開關(guān)器件的、用于高頻開關(guān)器件的公共電路導(dǎo)線，它們位于各縱向桿狀天線內(nèi)。這些電路導(dǎo)線各具有一個環(huán)狀的、在該鳥籠形結(jié)構(gòu)上或內(nèi)垂直于所述縱向桿狀天線延伸的環(huán)形導(dǎo)體，各高頻開關(guān)器件分別連接在該環(huán)形導(dǎo)體上。也就是說，在這些高頻開關(guān)器件上分別連接有兩條電路導(dǎo)線，一條去線，一條回線，例如，在使用高頻開關(guān)二極管的情況下，為一陽極側(cè)環(huán)形導(dǎo)線和一陰極側(cè)環(huán)形導(dǎo)線。
因此，高頻開關(guān)器件可以通過該公共電路導(dǎo)線接通，從而省去成本高因而昂貴的、在諧振結(jié)構(gòu)內(nèi)的多條直流導(dǎo)線的布線。此外，大大減小了由于直流導(dǎo)線對結(jié)構(gòu)可能造成的影響。由于在這種結(jié)構(gòu)中具有優(yōu)點的是可以將全部高頻開關(guān)器件對于該兩條電路導(dǎo)線并聯(lián)連接，作為開關(guān)電壓基本上僅需將高頻開關(guān)器件上所需的截止電壓施加在電路導(dǎo)線上。此外，一個高頻開關(guān)器件的失效不會造成電路導(dǎo)線的完全失效。
由于高頻開關(guān)器件通常在縱向桿狀天線內(nèi)端環(huán)之間的同一軸位置上，優(yōu)選使環(huán)形導(dǎo)體恰好垂直于縱向桿狀天線延伸，即環(huán)形導(dǎo)體圍繞平行于鳥籠形結(jié)構(gòu)正面延伸的平面延伸。
優(yōu)選地，將環(huán)形導(dǎo)體與從鳥籠形結(jié)構(gòu)的正面平行于縱向桿狀天線延伸的供電線路連接。在這種情況下，電路導(dǎo)線由環(huán)形導(dǎo)體和與其連接的供電線路構(gòu)成。在此，供電線路優(yōu)選恰好垂直于環(huán)形導(dǎo)體延伸。
優(yōu)選地，環(huán)形導(dǎo)體在天線端環(huán)之間的同一軸位置上相互同軸地以不同半徑纏繞在鳥籠形結(jié)構(gòu)上和/或在鳥籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)。如果對此還加以注意，使來自外部的環(huán)形導(dǎo)體的供電線路分別垂直于所涉及的環(huán)形導(dǎo)體，并相互平行地延伸，則通過這種對高頻開關(guān)器件的一致的對稱供電可以從根本上保證，從這里沒有磁場放出。
在一優(yōu)選實施方式中，優(yōu)選使一個或者甚至兩個環(huán)形導(dǎo)體在一位置上電斷開，其中，為了電斷開環(huán)形導(dǎo)體采用了電容元件，從而使環(huán)形導(dǎo)體從高頻的角度看是閉合的。這樣的環(huán)形導(dǎo)體電斷開的優(yōu)點在于，可以避免環(huán)形導(dǎo)體內(nèi)的渦流電流。這樣的渦流電流在接通磁共振設(shè)備中的梯度線圈時可以在環(huán)形導(dǎo)體中感應(yīng)產(chǎn)生，并可導(dǎo)致環(huán)形導(dǎo)體的變熱。采用電容元件電斷開環(huán)形導(dǎo)體的優(yōu)點在于，環(huán)形導(dǎo)體是高頻接通的，并因此避免了天線結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的非對稱性。
此外，還可以在所涉及的環(huán)形導(dǎo)體中安裝其它反應(yīng)組件，如電容和/或電感元件，以便對環(huán)形導(dǎo)體的諧振長度進行匹配調(diào)節(jié)，使得環(huán)形導(dǎo)體的固有諧振處于磁共振設(shè)備的工作頻率范圍之外。
如上所述，作為高頻開關(guān)器件可以優(yōu)選高頻開關(guān)二極管，例如PIN二極管。但原則上也可使用其它開關(guān)器件，如繼電器、三極管或靜電開關(guān)器件，只要它們能構(gòu)成足夠快的開關(guān)電路并且能夠處理較高的高頻功率。
為了達(dá)到盡可能好的對稱，優(yōu)選將高頻開關(guān)器件分別設(shè)置在端環(huán)之間桿狀天線的幾何中點或其附近。
除了別的之外，高頻開關(guān)器件與電路導(dǎo)線及其環(huán)形導(dǎo)體的連接取決于高頻開關(guān)器件的類型。
在使用通常的開關(guān)二極管(例如PIN二極管)的情況下，連接是通過二極管與縱向桿狀天線的接頭實現(xiàn)的。因此，例如PIN二極管在陽極側(cè)和陰極側(cè)連接到縱向桿狀天線，并同時通過在陽極側(cè)輸入和陰極側(cè)輸入施加直流電壓而被接通。即，在這種情況下，高頻開關(guān)器件分別通過與所涉及的縱向桿狀天線連接的接頭連接到環(huán)形導(dǎo)體上。
在此，不可避免地，縱向桿狀天線也通過所涉及的環(huán)形導(dǎo)體相互連接。為了避免通過各環(huán)形導(dǎo)體的高頻天線結(jié)構(gòu)的干擾，有各種不同的可能性。
一種可能性在于，至少有一個環(huán)形導(dǎo)體在兩個端環(huán)之間在所涉及的縱向桿狀天線的幾何中點區(qū)域、理想的是恰好在幾何中點與縱向桿狀天線相連接。由于鳥籠形天線縱向桿的幾何中點從高頻的角度看呈現(xiàn)為等勢線，即縱向桿中點的電位對于所有的天線桿都是相同的，因此縱向桿的中點可以相互連接，而不會影響磁共振天線的功能。
附加地或作為另一種選擇，高頻開關(guān)器件以及縱向桿狀天線也可以分別通過一個電感元件連接到所涉及的環(huán)形導(dǎo)體上。作為電感元件例如可以使用簡單的扼流圈。但同樣也可以使用由扼流圈和電容器構(gòu)成的并聯(lián)振蕩回路，其中，在這種情況下，扼流圈僅需具有很少的線圈匝數(shù)。優(yōu)選地，也可以使用恰好在磁共振工作頻率下諧振的扼流圈。重要的是，電感元件作為低通元件或帶阻濾波器在鳥籠形諧振器的工作頻率內(nèi)作用，并由此而使在工作頻率范圍內(nèi)沒有在環(huán)形導(dǎo)體和縱向桿狀天線之間的有效高頻耦合。
此外，高頻開關(guān)器件通過扼流圈或其它電感元件與各環(huán)形導(dǎo)體連接還具有這樣的優(yōu)點，即，只要不是所有高頻開關(guān)器件都具有恰好相同的參數(shù)，這些電感元件還可以作為用于平衡二極管電流的串聯(lián)電阻。此外，原則上高頻開關(guān)器件還可以通過其它起歐姆電阻作用、用于平衡二極管電流的組件與電路導(dǎo)線耦合。
在利用扼流圈來高頻耦合縱向桿狀天線或高頻開關(guān)器件的環(huán)形導(dǎo)體時需考慮，使流通電流的線圈產(chǎn)生一個自身靜態(tài)磁場。為了防止扼流圈的磁場與對靜態(tài)磁共振重要的B0場相疊加，優(yōu)選的是通過適當(dāng)?shù)拇胧┦惯@種疊加最小。在此，可以將各個線圈在幾何上這樣設(shè)置在鳥籠形結(jié)構(gòu)上，使得由其產(chǎn)生的磁場垂直于B0場的方向。作為另一種選擇或附加地，優(yōu)選將扼流線圈成對地反向并聯(lián)設(shè)置，使得各扼流線圈的磁場分量通過向量疊加進一步相互抵消。
此外，為了避免通過電路導(dǎo)線從外部將高頻干擾引入鳥籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)，優(yōu)選在電路導(dǎo)線的輸入端設(shè)置適當(dāng)?shù)牡屯V波器。
一種這樣的按照本發(fā)明的磁共振天線原則上可以用在任何磁共振設(shè)備中。通常本發(fā)明與天線的大小無關(guān)，即其既可以用于大的整體天線，也可以用于較小的表面天線，只要該天線是按照鳥籠形結(jié)構(gòu)構(gòu)造的。


下面借助附圖中所示實施方式再次詳細(xì)說明本發(fā)明，圖中對相同的組件采用相同的附圖標(biāo)記。其中示出了圖1為具有鳥籠形結(jié)構(gòu)和八個縱向桿的按照本發(fā)明的天線的三維導(dǎo)線模型的透視示意圖；圖2為按照圖1的鳥籠形結(jié)構(gòu)的局部俯視展開圖；圖3為類似于圖1的鳥籠形結(jié)構(gòu)的局部俯視展開圖，但具有變形的、環(huán)形導(dǎo)體到鳥籠形結(jié)構(gòu)的耦合；圖4為在鳥籠形結(jié)構(gòu)的縱向桿內(nèi)接有PIN二極管的第三種實施方式的電路示意圖；圖5為在天線結(jié)構(gòu)的縱向桿內(nèi)接有高頻開關(guān)器件的第四種實施方式的電路示意圖；圖6為在鳥籠形結(jié)構(gòu)的縱向桿內(nèi)接有高頻開關(guān)器件的第五種實施方式的電路示意圖。
具體實施例方式
圖1以簡單的三維導(dǎo)線模型的形式示出了典型鳥籠形結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。這樣的鳥籠形結(jié)構(gòu)由若干設(shè)置在圓柱形表面、等距離并平行延伸的縱向桿狀天線構(gòu)成。這些縱向桿在端部分別通過天線端環(huán)3、4相互高頻連接?！案哳l連接”在這里表示不必電連接，而是僅需對于高頻電流透明地連接。如圖1所示，也如通常在鳥籠形結(jié)構(gòu)的磁共振天線的情況下，在天線端環(huán)中在兩個相鄰縱向桿狀天線2的連接位置之間有一個諧振電容器5。這里為清楚起見僅示出了一個假設(shè)的圓柱體的外觀總體結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)線模型繞該結(jié)構(gòu)延伸。
在圖1所示的實施方式中，端環(huán)3、4分別為圓形的。但端環(huán)3、4也可以分別由在兩個縱向桿狀天線2之間延伸的、直線段構(gòu)成。這樣在一具有八個縱向桿狀天線的實施例中天線例如具有八角形截面。
這樣的鳥籠形結(jié)構(gòu)原則上可以具有任意數(shù)目的縱向桿狀天線2。這樣，例如一個小天線可以僅有六個縱向桿狀天線2。在一目前開發(fā)的、為清楚起見而未在圖中示出的實施例中，鳥籠形結(jié)構(gòu)具有16個縱向桿狀天線2。
磁共振天線1通過供電導(dǎo)線6與高頻脈沖發(fā)生器7連接。供電導(dǎo)線6在此分別在諧振電容器5的右側(cè)和左側(cè)與端環(huán)4連接。通過這些供電導(dǎo)線6不僅在發(fā)送操作中提供高頻脈沖，而且在接收操作中獲取捕獲的磁共振信號。
這種構(gòu)造是一種線性極化高頻供電，即由高頻脈沖所產(chǎn)生的高頻場(也稱B1場)在磁共振天線1內(nèi)被極化。但本發(fā)明不依賴于供電，并可用于B1場的任何極化。因此，例如還可以這樣供電，其中一條供電導(dǎo)線連接到諧振電容器上，另一條接地。
在縱向桿狀天線2中，在端環(huán)3、4之間縱向桿狀天線2的幾何中點附近分別設(shè)有PIN二極管8形式的高頻開關(guān)器件8。通過適當(dāng)?shù)亟油ㄟ@些PIN二極管8，可使縱向桿狀天線2為整體失諧鳥籠形磁共振天線1而高頻斷開。
按照本發(fā)明，這里各PIN二極管8分別連接到公共電路導(dǎo)線9、10，通過該公共電路導(dǎo)線9、10可從天線結(jié)構(gòu)的外部將直流電壓或直流電流引向PIN二極管8。
這里，兩條電路導(dǎo)線9、10分別由垂直于縱向桿狀天線2繞行的環(huán)形導(dǎo)體11、12和連接在所涉及的環(huán)形導(dǎo)體11、12上、平行于縱向桿狀天線2并從鳥籠形結(jié)構(gòu)的正面向外延伸的供電線路13、14構(gòu)成。其中一個環(huán)形導(dǎo)體11連接在PIN二極管8的陰極側(cè)，另一環(huán)形導(dǎo)體12連接在PIN二極管8的陽極側(cè)。
環(huán)形導(dǎo)體11、12被分別在一個位置上通過電容組件15、16電斷開，但卻通過該電容組件15、16高頻接通。這一方面具有該導(dǎo)線在高頻下完全對稱、從而不會對磁共振天線的高頻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的優(yōu)點，但在另一方面還可避免在接通磁共振設(shè)備的梯度線圈時在環(huán)形導(dǎo)體11、12內(nèi)產(chǎn)生渦流電流。
參照圖2進一步說明PIN二極管8在環(huán)形導(dǎo)體11、12上的耦合，其中，以展開圖的形式示出了三維導(dǎo)線模型的一部分。這里，端環(huán)3、4以及環(huán)形導(dǎo)體11、12的各端A-A’、B-B’、C-C’、D-D’分別在相應(yīng)的中間電路的縱向桿狀天線2和設(shè)置在端環(huán)3、4內(nèi)的諧振電容器5下相互連接。
如圖1和圖2所示，陰極側(cè)環(huán)形導(dǎo)體11將所有縱向桿狀天線2相互電連接。這里，陰極側(cè)環(huán)形導(dǎo)體11剛好位于兩個端環(huán)3、4(圖1)之間縱向桿狀天線2的幾何中點。由于從高頻的角度看縱向桿狀天線2的幾何中點呈現(xiàn)為等勢線，因此這樣的相互電連接在不影響磁共振天線1的功能的條件下是可能的。
另一環(huán)形導(dǎo)體12與連接在PIN二極管8陽極側(cè)的縱向桿狀天線2的部分的連接是通過起低通濾波作用的扼流線圈19實現(xiàn)的。即，在縱向桿狀天線2和陽極側(cè)環(huán)形導(dǎo)體12及供電導(dǎo)線10之間不存在高頻連接。該第二、陽極側(cè)的環(huán)形導(dǎo)體12同樣位于縱向桿狀天線2的幾何中點區(qū)域，但以較大的半徑與第一陰極側(cè)環(huán)形導(dǎo)體11同軸。為清楚起見，在圖2中示出的兩個環(huán)形導(dǎo)體11、12分別稍微偏離幾何中點M。相反，在圖1中較易看出實際的幾何設(shè)置。
這里，扼流線圈19有雙重功能，其一是高頻絕緣，另一個為構(gòu)成為各PIN二極管8均勻供以直流電流的串聯(lián)電阻。
如尤其在圖2所示，所有PIN二極管8是直流并聯(lián)的，其中，在徑向位于外側(cè)的環(huán)形導(dǎo)體12表示PIN二極管8陽極的公共連接電極，而位于內(nèi)側(cè)的將縱向桿狀天線2相互連接的環(huán)形導(dǎo)體11構(gòu)成PIN二極管8陰極的公共連接電極。
如上所述，縱向桿狀天線2和端環(huán)3、4與圖示的不同，通常不以導(dǎo)線的形式構(gòu)成，而是以柔韌的導(dǎo)體薄膜上的印制導(dǎo)線的形式構(gòu)成，該導(dǎo)體薄膜例如彎曲成圓柱形，并為構(gòu)成完整的環(huán)形而相應(yīng)地在端側(cè)相連。在使用多層印制導(dǎo)線薄膜的情況下，原則上可將環(huán)形導(dǎo)體11、12同樣以印制導(dǎo)線的形式與鳥籠形結(jié)構(gòu)一起在多層印制導(dǎo)線薄膜中實現(xiàn)。
接通PIN二極管8所需的直流電流通過連接在環(huán)形導(dǎo)體11、12上、平行于縱向桿狀天線2延伸的供電線路13、14從外部引入環(huán)形導(dǎo)體11、12。在本發(fā)明的一種實施方式中，供電線路13、14是通過兩條平行延伸、相互絕緣、粘合的GFK扁條鍍銅實現(xiàn)的。但通常環(huán)形導(dǎo)體11、12也可以由相同的材料構(gòu)成。輸入電流的扁條，如圖1和2所示的供電線路13、14垂直于其所連接的環(huán)形導(dǎo)體11、12。通過這種一致對稱的電流輸入布局，可以保證從供電線路13、14和環(huán)形導(dǎo)體11、12不會放射出磁場，因為通過輸入電流而產(chǎn)生的磁場被相互補償了。
通過電路導(dǎo)線9、10的電流輸入經(jīng)低通濾波器17實現(xiàn)，在其電路輸入端18加有接通PIN二極管8所需的直流電壓。
圖3示出了在按照圖1和2的天線1的縱向桿狀天線2中PIN二極管8布線的另一實施方式，但這里陽極側(cè)環(huán)形導(dǎo)體12和陰極側(cè)環(huán)形導(dǎo)體11都分別通過扼流圈19、20與縱向桿狀天線2并因此與PIN二極管8連接。
因此，在該實施方式中，絕不會有環(huán)形導(dǎo)體11、12與諧振結(jié)構(gòu)的高頻連接，從而可以完全排除環(huán)形導(dǎo)體11、12對鳥籠形磁共振天線1的參數(shù)的高頻影響。此外，在這種PIN二極管8通過扼流線圈19、20雙側(cè)耦合中，可以保持對稱條件。盡管這樣的構(gòu)造較之圖1和2所示的第一實施方式的構(gòu)造成本較高。但這種結(jié)構(gòu)尤其適用于磁共振天線1須對較寬的頻率范圍透明的應(yīng)用，例如，由于磁共振信號由完全在其它頻率范圍內(nèi)工作的其它天線線圈發(fā)送，或在所謂的“X核能譜學(xué)應(yīng)用”中通過較寬的頻率范圍調(diào)節(jié)。
流通電流的扼流線圈19、20產(chǎn)生一個自身靜態(tài)磁場。為使該磁場對磁共振天線1的影響最小，優(yōu)選將扼流線圈成對地反向并聯(lián)設(shè)置，如圖3所示實施方式的情況。這樣，各扼流線圈19、20的磁場分量通過向量疊加相互抵消。
如果PIN二極管8僅在一側(cè)、例如在圖2中僅在陽極側(cè)通過扼流線圈與環(huán)形導(dǎo)體12連接，則該方法原則上仍是可能的。這里，在圖4中截取了一部分，僅對一個PIN二極管8示出了實施例。這里PIN二極管8不是分別通過單線圈19(如圖1和2所示的實施例)在陽極側(cè)與環(huán)形導(dǎo)體12連接，而是通過在幾何上反向并聯(lián)的兩個并聯(lián)連接的扼流線圈19a、19b與其連接。這里，線圈19a、19b在幾何上是這樣設(shè)置的，使在其中由于電流流過感應(yīng)的磁場B19a、B19b分別垂直于B0場，該B0場平行于縱向桿狀天線2延伸。通過這種措施，使得扼流線圈19a、19b的磁場B19a、B19b對磁共振重要的B0場的疊加盡可能達(dá)到最小。
圖5和6示出了另外布線的例子，用于具有扼流線圈的反向場分量并與B0場正交的場方向的配置。
圖5中，代替PIN二極管8的是兩個在縱向桿狀天線2中并聯(lián)的PIN二極管8a、8b。通過在陽極側(cè)連接在PIN二極管8a、8b之前的直流電流隔直流電容器21實現(xiàn)在PIN二極管8a、8b陽極側(cè)接頭的電斷開。隔直流電容器21是高頻透明的，即其對鳥籠形磁共振天線1的高頻結(jié)構(gòu)沒有影響。此外，就是一個隔直流電容器21也足夠了。在隔直流電容器21和PIN二極管8a、8b的陽極側(cè)接頭之間又連接有扼流線圈19a、19b，以便將PIN二極管8a、8b接頭的陽極側(cè)與所涉及的環(huán)形導(dǎo)體12連接。
圖6示出了圖5實施方式的擴展，在此，在環(huán)形導(dǎo)體11、12和縱向桿狀天線2之間不存在高頻連接。類似于陽極側(cè)，在此PIN二極管8a、8b在陰極側(cè)也通過扼流線圈20a、20b連接在環(huán)形導(dǎo)體11上。在此，各扼流線圈19a、19b、20a、20b分別通過交叉(Kreuz)設(shè)置在平行方向上，從而可使在磁場B19a、B19b、B20a、B20b之間達(dá)到最大補償。這里，兩個高頻連接在縱向桿狀天線2中的PIN二極管8a、8b的陰極側(cè)和陽極側(cè)接頭也通過隔直流電容器21、22與直流電流隔離。這些隔直流電容器21、22是高頻透明的，因此不會對鳥籠形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。這里出于對稱的原因設(shè)置了四個隔直流電容器21、22。但原則上不必設(shè)置所有四個隔直流電容器21、22。
本發(fā)明提供了對在很高磁場強度下安裝在鳥籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)的磁共振天線失諧問題的功能上明顯有效而制造上成本合理的解決方案。通過鳥籠形結(jié)構(gòu)的高頻有效區(qū)域引入失諧所需的直流電流信號不會造成對高頻功能的影響。通過電流控制的組件至失諧裝置的一致對稱控制，以及優(yōu)選通過扼流線圈的反向并聯(lián)的設(shè)置，可以保證不會出現(xiàn)主磁場分量的疊加。相對于在鳥籠形結(jié)構(gòu)的天線端環(huán)上的失諧裝置其主要優(yōu)點在于更高的失諧效應(yīng)。與利用對于各高頻開關(guān)器件的分離供電的縱向桿狀天線的失諧相比，其優(yōu)點在于構(gòu)造明顯簡單且成本低廉，還可利用構(gòu)造對各扼流線圈磁場的補償作用。
再次說明，圖中所示構(gòu)造僅為實施例。因此在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以對其進行改變和擴展。尤其不必的是，對每個縱向桿狀天線都設(shè)置高頻開關(guān)器件。因此，例如為了在僅用于“普通”質(zhì)子成像的磁共振設(shè)備內(nèi)失諧鳥籠形結(jié)構(gòu)，通過斷開單個使該鳥籠形結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格強有力的縱向桿狀天線就足夠了。以這種方式，可以相對于質(zhì)子諧振頻率達(dá)到足夠的失諧。僅斷開縱向桿狀天線的一部分由于在這種結(jié)構(gòu)下構(gòu)造的連接開銷較小，因此是成本合算的。相反，斷開所有縱向桿狀天線的優(yōu)點在于，當(dāng)這樣的磁共振天線也用于X核能譜學(xué)應(yīng)用中時，由于斷開全部縱向桿狀天線可以保護整個網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因此可使天線在很大的高頻范圍內(nèi)是透明的。
盡管對本發(fā)明主要在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的磁共振設(shè)備上進行舉例說明，但本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域并不僅限于此，本發(fā)明也可用于科學(xué)和/或工業(yè)設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種磁共振天線(1)，其具有-設(shè)置在一鳥籠形結(jié)構(gòu)中、平行延伸的縱向桿狀天線(2)，以及與這些桿狀天線(2)的端部高頻連接的天線端環(huán)(3)；-多個高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)，為了使天線(1)的固有諧振頻率在高頻下相對于工作磁共振頻率失諧，至少將部分縱向桿狀天線(2)斷開；以及-兩個從該鳥籠形結(jié)構(gòu)外引向所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)的公共電路導(dǎo)線(9，10)，它們各具有一個環(huán)狀的、在該鳥籠形結(jié)構(gòu)上或內(nèi)垂直于所述縱向桿狀天線(2)延伸的環(huán)形導(dǎo)體(11，12)，各高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)分別連接在該環(huán)形導(dǎo)體(11，12)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振天線，其特征在于，所述環(huán)形導(dǎo)體(11，12)中的至少一個是在一個位置上電斷開的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振天線，其特征在于，在所述環(huán)形導(dǎo)體(11，12)中，為了電斷開，接有電容器件(15，16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，所述電路導(dǎo)線(9，10)具有連接在所述環(huán)形導(dǎo)體(11，12)上的供電線(13，14)，其從所述鳥籠形結(jié)構(gòu)的正面平行于所述縱向桿狀天線(2)延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)分別設(shè)置在所述端環(huán)(3，4)之間所述縱向桿狀天線(2)的幾何中點(M)或其附近。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)分別通過與所涉及的縱向桿狀天線(2)連接的接頭連接在各環(huán)形導(dǎo)體(11，12)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁共振天線，其特征在于，至少有一個環(huán)形導(dǎo)體(11，12)在所述端環(huán)(3，4)之間所述縱向桿狀天線(2)的幾何中點(M)區(qū)域與該縱向桿狀天線(2)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)分別通過一構(gòu)成歐姆電阻的元件(19，19a，19b，20，20a，20b)與所涉及的環(huán)形導(dǎo)體(11，12)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁共振天線，其特征在于，所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)和/或所述縱向桿狀天線(2)分別通過至少一個電感元件(19，19a，19b，20，20a，20b)與所涉及的環(huán)形導(dǎo)體(11，12)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁共振天線，其特征在于，所述電感元件(19，19a)包括線圈(19b，20，20a，20b)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁共振天線，其特征在于，所述線圈(19a，19b，20a，20b)是這樣設(shè)置的，使得通過各線圈(19a，19b，20a，20b)在運行期間產(chǎn)生的磁場(B19a，B19b，B20a，B20b)垂直于所述磁共振天線(1)在其中運行的磁共振設(shè)備的基本磁場(B0)的磁場方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的磁共振天線，其特征在于，所述線圈(19a，19b，20a，20b)成對地反向并聯(lián)設(shè)置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，所述兩條電路導(dǎo)線(9，10)的環(huán)形導(dǎo)體(11，12)在所述端環(huán)(3，4)之間、在同一軸位置上同軸地以不同半徑圍繞鳥籠形結(jié)構(gòu)和/或在鳥籠形結(jié)構(gòu)內(nèi)延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)包括高頻開關(guān)二極管(8，8a，8b)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁共振天線，其特征在于，所述縱向桿狀天線(2)在高頻開關(guān)二極管(8，8a，8b)的陽極側(cè)和陰極側(cè)分別與一個環(huán)形導(dǎo)體(11，12)連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的磁共振天線，其特征在于，至少一個電路導(dǎo)線(9，10)在輸入端具有一低通濾波器(17)。
17.一種磁共振設(shè)備，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的磁共振天線。
18.一種用于對磁共振天線(1)的固有諧振頻率進行失諧的方法，該磁共振天線(1)具有設(shè)置在一鳥籠形結(jié)構(gòu)中、平行延伸的縱向桿狀天線(2)，以及與這些桿狀天線(2)的端部高頻連接的天線端環(huán)(3，4)，其中，借助多個高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)，至少將部分縱向桿狀天線(2)高頻斷開，其中，所述高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)通過兩個從該鳥籠形結(jié)構(gòu)外引向該高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)的公共電路導(dǎo)線(9，10)連接，該公共電路導(dǎo)線(9，10)各具有一個環(huán)狀的、在該鳥籠形結(jié)構(gòu)上或內(nèi)垂直于所述縱向桿狀天線(2)延伸的環(huán)形導(dǎo)體(11，12)，各高頻開關(guān)器件(8，8a，8b)分別連接在該環(huán)形導(dǎo)體(11，12)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述縱向桿狀天線(2)分別被在天線端環(huán)(3，4)之間的幾何中點或其附近被高頻斷開。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁共振天線(1)，其具有設(shè)置在一鳥籠形結(jié)構(gòu)中、平行延伸的縱向桿狀天線(2)，以及與這些桿狀天線(2)的端部高頻連接的天線端環(huán)(3)；多個高頻電路元件(8，8a，8b)，為了使天線(1)的固有諧振頻率在高頻下相對于工作磁共振頻率失諧，至少將部分縱向桿狀天線(2)斷開；以及兩個從該鳥籠形結(jié)構(gòu)外引向所述高頻電路元件(8，8a，8b)的公共電路導(dǎo)線(9，10)，它們各具有一個環(huán)狀的、在該鳥籠形結(jié)構(gòu)上或內(nèi)垂直于所述縱向桿狀天線(2)延伸的環(huán)形導(dǎo)體(11，12)，各高頻電路元件(8，8a，8b)分別連接在該環(huán)形導(dǎo)體(11，12)上。此外，本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的對磁共振天線(1)失諧的方法。
文檔編號G01R33/34GK1534305SQ200410033260
公開日2004年10月6日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者路德維格·埃伯勒, 雷茲萬·拉扎爾, 于爾根·尼斯特勒, 岡瑟·澤貝萊恩, 尼斯特勒, 拉扎爾, 澤貝萊恩, 路德維格 埃伯勒 申請人:西門子公司