用于对磁共振设备的全身天线进行干扰抑制的方法和装置与流程

1.本发明涉及一种磁共振断层成像设备，所述磁共振断层成像设备具有用于产生激励信号的发射器和用于在具有体线圈的患者通道中发射激励信号的体线圈。


背景技术：

2.磁共振断层成像设备是用于成像的设备，该设备为了对检查对象进行成像通过强的外部磁场使检查对象的原子核自旋定向，并且通过交变磁场激发原子核自旋围绕该定向运动。自旋从该激发态进入或返回到具有较低能量的状态时又产生交变磁场作为响应，该磁场通过天线接收。
3.借助梯度磁场对信号进行位置编码，从而能够接着将接收到的信号对应分配给体积元素。随即对接收到的信号进行分析并且提供检查对象的三维的成像视图。为了接收信号优选使用局部接收天线、即所谓的局部线圈，局部线圈为了实现更好的信噪比而直接布置在检查对象上。接收天线也可以安装在患者平台中。
4.磁共振断层成像设备需要在两方面进行高频屏蔽。一方面产生功率在千瓦范围中的高频脉冲用于激发原子核自旋，高频脉冲仅部分地被患者吸收。离开患者通道的无线电波会发射到房间内并且因此必须进行屏蔽以保持辐射极限值。
5.相反，待被接收以用于成像的磁共振信号极其微弱。为了在此实现足够的信噪比(snr)，需要屏蔽外部的干扰信号。
6.因此，在现有技术中将复杂的屏蔽舱安装在磁共振断层扫描仪周围以降低辐射放和辐射污染。
7.由文献wo 2019/06867 a2已知具有主动的干扰抑制发射装置的磁共振断层成像设备和运行方法。
8.在这种类型的设备中困难的是，在不同的干扰影响下实现稳定的干扰抑制。


技术实现要素：

9.因此本发明所要解决的技术问题在于，对干扰抑制进行改善。
10.所述技术问题按照本发明通过一种磁共振断层成像设备解决，所述磁共振断层成像设备具有用于产生激励信号的发射器和用于发出激励信号的体线圈，其中，所述磁共振断层成像设备具有具备所述体线圈的患者通道，其中，所述磁共振断层成像设备具有第一干扰抑制发射天线，所述第一干扰抑制发射天线布置在所述体线圈和患者通道的开口之间，其中，所述第一干扰抑制发射天线设计用于提供与体线圈相似的空间上的发射特性。
11.所述技术问题按照本发明还通过一种运行磁共振断层成像设备的方法解决，其中，所述磁共振断层成像设备具有患者通道中的体线圈和第一干扰抑制发射天线，其中，所述第一干扰抑制发射天线布置在所述体线圈和患者通道的开口之间，其中，所述第一干扰抑制发射天线设计用于提供与体线圈相似的发射特性，其中，所述方法具有以下步骤：通过所述磁共振断层成像设备借助所述体线圈发射激励信号；借助所述第一干扰抑制发射天线
同时发射第一干扰抑制信号。此外，所述磁共振断层成像设备还具有干扰传感器，其中，所述方法还具有以下步骤：通过所述干扰传感器检测干扰信号；根据测得的干扰信号确定通过所述磁共振断层成像设备产生的改变的第一干扰抑制信号，其中，所述改变的干扰抑制信号设计用于降低干扰信号的能量；以所述改变的第一干扰抑制信号重复步骤中的发射激励信号和步骤中的发射干扰抑制信号。
12.按照本发明的磁共振断层成像设备具有用于产生激励信号的发射器和用于发射激励信号的体线圈。磁共振断层成像设备具有患者通道，体线圈布置在所述患者通道中。在此将围绕患者的导电的边界视为患者通道，所述边界在检查期间沿着至少两个不同的空间方向包围患者并且还抑制或者限制沿着这些方向发射激励信号。患者通道通常是沿着磁共振断层成像设备的场磁体的bz或b0场方向水平地延伸的圆柱或棱柱。然而也可以考虑的是，患者通道在侧面具有例如在放射治疗、活组织检查等情况下用于进行治疗的开口。也可以考虑的是场磁体的竖直定向，从而能够从水平面中的一个或多个方向触及患者，并且例如场磁体的极至少部分地形成患者隧道作为上边界和下边界。
13.至少部分地围绕身体或身体部位并且设计用于借助激励信号在身体或身体部位中激发原子核自旋的天线被称为体线圈。在许多磁共振断层成像设备中，患者通道被设计为位于超导场磁体的空腔中的圆柱或棱柱，例如所谓的“鸟笼”天线作为体线圈位于所述圆柱或者棱柱中。根据磁场强度和由此得出的拉莫尔频率和对应的波长，也可以设置例如由磁的或者电的单独天线的矩阵构成的其它体线圈。体线圈的外轮廓在此通常与患者通道的轮廓适配，从而在体线圈的内部中为患者提供尽可能大的自由宽度。
14.此外，磁共振断层成像设备具有第一干扰抑制发射天线。在此将下述天线视为干扰抑制发射天线，所述天线能够发出干扰抑制信号，从而由激励信号和干扰抑制信号产生的高频信号从患者隧道的开口处发射出去，所述高频信号具有比没有干扰抑制信号时更低的能量和场强。通过两个信号之间的相消干涉实现所述降低。第一干扰抑制发射天线在此布置在体线圈和患者通道的开口之间。第一干扰抑制发射天线设计用于提供与体线圈类似的空间上的发射特性。作为空间上的发射特性在此指由天线发出的电磁场的空间分布。空间上的发射特性的特点例如可以是对称性、例如关于平面、轴线或者点的镜像对称性、围绕轴线或者围绕点的旋转对称性。鸟笼天线例如在由所述鸟笼天线构成的圆柱的中心具有对称轴线并且相对于该轴线旋转对称。具有8个导体棒的鸟笼天线例如对于n*360/8度的旋转是旋转对称的，其中n为自然数。空间上的发射特性在此也可以包括所发出的电磁场的极化。
15.具有与体线圈相似的空间上的发射特性的干扰抑制发射天线以有利的方式可以通过由激励信号导出的干扰抑制信号产生场分布，所述场分布在开口前方的宽阔的空间中通过相消干涉最大程度地消除激励信号，因为干扰抑制发射天线辐射的场以基本相同的对称性和强度降低传播到周围空间中。
16.在按照本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述磁共振断层成像设备具有另外的第二干扰抑制发射天线。尤其是当患者通道具有第二开口并且第一干扰抑制发射天线和第二干扰抑制发射天线相对于体线圈和开口对称地布置时，第二干扰抑制发射天线优选具有与第一干扰抑制发射天线相似的空间上的发射特性。体线圈在此沿着患者通道的纵轴线布置在第一干扰抑制发射天线和第二干扰抑制发射天线之间。
17.第二干扰抑制发射天线以有利的方式可以降低从患者通道的两个开口发出的辐射。
18.在按照本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述第一干扰抑制发射天线和体线圈是相同的类型。这可以理解为，两个天线具有相似的几何形状或者对称性和/或根据相同作用原理的辐射器。体线圈和第一干扰抑制发射天线例如都可以是鸟笼天线。那么干扰抑制发射天线和体线圈优选具有相同数量的辐射器元件或者棒料。这相应地也适用于具有其它构造方式的体线圈或者干扰抑制发射天线。
19.通过使用相同类型的干扰抑制发射天线以简单的方式确保了辐射的场的相似的分布。
20.在按照本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述第一干扰抑制发射天线和体线圈具有共同的电导体。换言之，干扰抑制发射天线和体线圈直接通过一个或多个电导体连接。所述电导体在此也可以具有无源的元件、例如电容和/或电感。也可以考虑的是，这些共同的导体是辐射器、即在天线的辐射中具有显著份额的元件。在一种优选的实施方式中，第一干扰抑制发射天线和体线圈可以是鸟笼天线，其中，所述共同的导体元件是两个鸟笼天线的端环。
21.通过所述共同的导体元件以有利的方式可以直接由激励信号产生用于干扰抑制发射天线的干扰抑制信号。例如可以通过干扰抑制发射天线的尺寸设计实现相移，从而由干扰抑制发射天线发出具有用于相消干涉的相反相位的干扰抑制信号。
22.在根据本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述发射器设计为，根据激励信号借由第一信号输入端以第一干扰抑制信号控制第一发射干扰抑制发射天线。发射器例如可以具有单独的输出级或者分配网络。
23.发射器自身的用于干扰抑制信号的信号输出端以有利的方式实现了独立于激励信号在一个或多个参数中改变所述干扰抑制信号。
24.在按照本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述磁共振断层成像设备设计为，由激励信号产生具有预定的衰减和/或相移的第一干扰抑制信号。
25.例如可以通过无源的网络实现相移和衰减，所述相移和衰减使得体线圈和干扰抑制发射天线发射的电磁场在患者通道之外最大程度地被抵消。然而也可以考虑的是，发射器具有一个或多个信道，通过所述信道相应地提供干扰抑制信号，例如方式为通过数字信号处理产生相移和衰减或者合成具有期望的特性的信号。
26.在由发射器产生干扰抑制信号时，所述干扰抑制信号也可以以有利的方式在各个单独的序列之间的多个参数中变化，并且各个信道可以独立地适配，以便例如对由患者引起的电磁传播特性的变化做出反应。
27.在按照本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述磁共振断层成像设备具有干扰传感器。干扰传感器是指下述传感器或者天线，其设计用于接收电磁的干扰信号、尤其是具有激励信号的频率的干扰信号。这例如可以是感应环或电天线，并且包括前置放大器、滤波器或模数转换器。干扰传感器布置在患者通道之外或者至少布置为，使得所述干扰传感器布置得距离第一干扰抑制发射天线比距离体线圈更近。干扰传感器优选与发射器处于信号连接，以便将检测的干扰抑制信号传送给所述发射器。所述第一干扰抑制发射天线具有第二信号输入端。所述磁共振断层成像设备设计为，经由第二信号输入端
以第二干扰抑制信号控制第一干扰抑制发射天线，其中，所述磁共振断层成像设备设计为，根据所述干扰传感器的信号产生第二干扰抑制信号。
28.磁共振断层成像设备的发射器或者发射干扰抑制控制器例如可以由接收的干扰信号通过滤波、放大和相移产生干扰抑制信号，所述干扰抑制信号在通过第一和/或第二干扰抑制发射天线发出时通过相消干涉减少由激励信号产生的干扰辐射。也可以考虑的是，利用接收的干扰信号在干扰传感器的位置上检测所发出的激励信号的强度并且改变干扰抑制信号，从而干扰抑制信号和激励信号的相消干涉例如根据线性优化法、例如lsr使干扰传感器处的干扰信号的强度最小化。
29.干扰传感器能够有利地实现与变化的条件适配并且因此能够在所有情况下实现最佳的干扰抑制。
30.在按照本发明的磁共振断层成像设备的一种可行的实施方式中，所述磁共振断层成像设备具有另外的第三干扰抑制发射天线。所述第三干扰抑制发射天线具有单极特性。单极特性是一种类似于电单极或杆状天线的特性并且与双极不同地不具有反相的两个极。辐射特性尤其类似于患者身体具有的辐射特性，所述患者身体在患者通道的内部中接收激发脉冲，像波导管中的内导体一样传输所述激发脉冲并且例如通过位于患者通道外部的脚发射所述激发脉冲。第三发射天线优选为电气的或者电容式的天线，即第三发射天线优选在近场中产生交变电场，以便能够补偿作为导体的患者身体所发射的电场。
31.所述第三干扰抑制发射天线优选布置在患者通道中，然而也可以布置在患者通道前方的开口处、例如分别布置在每个开口前方。前述关于第一干扰抑制信号的阐述、尤其是由无源网络产生、有源地产生或者通过干扰传感器优化也相应地适用于干扰信号的产生。
32.第三干扰抑制发射天线的单极特性能够以有利的方式比第一和/或第二干扰抑制发射天线更好地补偿来自身体的不同辐射。
附图说明
33.本发明的前述特性、特征和优点以及实现所述特性、特征和优点的方式方法将接合以下对实施例的描述更加的清楚明白，对所述实施例将接合附图详细地阐述。
34.在附图中：
35.图1示出按照本发明的具有干扰抑制发射天线的磁共振断层成像设备的实施方式的示意图；
36.图2示出体线圈和第一干扰抑制发射天线和第二干扰抑制发射天线的按照本发明的可行的实施方式的示意图；
37.图3示出体线圈和第一干扰抑制发射天线和第二干扰抑制发射天线的按照本发明的另一种可行的实施方式的示意图；
38.图4示出根据本发明的干扰抑制发射装置的实施方式的示意图；
39.图5示出按照本发明的具有第三干扰抑制发射天线的体线圈的另一种可行的实施方式的示意图；
40.图6示出按照本发明的方法的实施方式的流程示意图。
具体实施方式
41.图1示出按照本发明的具有干扰抑制发射天线60的磁共振断层成像设备1的实施方式的示意图。
42.磁体单元10具有场磁体11，所述场磁体产生静磁场b0，该静磁场用于使容纳区域中的样本或者患者100的原子核自旋定向。所述容纳区域的特点在于极其均匀的静磁场b0，其中，均匀性尤其是涉及磁场强度或者量值方面。容纳区域近似呈球形并且布置在患者通道16中，所述患者通道沿纵向2延伸穿过磁体单元10。患者平台30能够在患者通道16中通过移动单元36移动。场磁体11通常是超导磁体，该超导磁体能够提供具有高达3t并且在最新的设备中甚至更高的磁通密度的磁场。然而，对于较低的场强，也可以使用具有正常传导的线圈的永磁体或电磁体。
43.此外，磁体单元10具有梯度线圈12，所述梯度线圈设计用于沿着三个空间方向将可变磁场与磁场b0叠加，以便在空间上区分检查容积中所检测的成像区域。梯度线圈12通常是由正常传导的线构成的线圈，所述线圈能够在检查容积中产生相互正交的场。
44.磁体单元10同样具有体线圈14，所述体线圈设计用于将通过信号线输入的高频信号辐射到检查容积中并且接收由患者100发出的共振信号并且通过信号线输出所述共振信号。术语“发射天线”在以下表示一种天线，用于激发原子核自旋的高频信号通过所述天线发射。这可以是体线圈14，然而也可以是具有发射功能的局部线圈50。
45.控制单元20向磁体单元10提供用于梯度线圈12和体线圈14的不同的信号并且分析接收到的信号。
46.控制单元20具有梯度控制装置21，所述梯度控制装置设计用于通过输入线路为梯度线圈12供应可变电流，所述输入线路在时间上协调地在检查容积中提供期望的梯度场。
47.此外，控制单元20具有高频单元22，所述高频单元设计用于产生具有预定的时间变化、幅度和谱功率分布的高频脉冲，用于激发患者100的原子核自旋的磁共振。在这里可以实现千瓦范围中的脉冲功率。激励信号可以通过体线圈14或者也通过局部的发射天线辐射到患者100体内。
48.控制装置23通过信号总线25与梯度控制装置21和高频单元22通信。
49.局部线圈50作为第一接收天线布置在患者100上，所述局部线圈通过连接线路33与高频单元22及其接收器连接。但还可以考虑的是，体线圈14是本发明意义上的第一接收天线。
50.磁共振断层成像设备1还在患者通道中具有两个干扰抑制发射天线60、61。所述干扰抑制发射天线分别布置在患者通道16的开口和体线圈14之间，从而体线圈14在患者通道中沿纵向2位于第一干扰抑制发射天线60和第二干扰抑制发射天线61之间。然而也可以考虑的是，患者通道14的开口具有屏蔽格栅或者所述患者通道14仅具有一个开口。在这种情况下在体线圈14和开口之间仅布置一个干扰抑制发射天线60。
51.第一干扰抑制发射天线60和第二干扰抑制发射天线61在此优选具有与体线圈14类似的发射特性。这应当理解为，在通过激励信号和干扰抑制信号进行控制时由干扰抑制发射天线60、61和体线圈14辐射的电磁波基本上具有相同的空间分布并且优选具有相同的相位，从而所述场经过一个或多个周期在预定的位置上相消干涉并且基本上抵消。所述预定的位置在此位于体线圈14的远场中。
52.这在最简单的情况中可以如下实现，即干扰抑制发射天线60、61和体线圈14具有相同的构造类型、例如皆为鸟笼天线。参照以下附图阐述其它的可行性。
53.一个或多个干扰传感器71在患者通道外部、优选在体线圈的远场中的下述距离处，所述距离大于具有激励信号的频率的电磁波的一半波长或整个波长。参照以下附图阐述干扰传感器71与所述或者多个干扰抑制发射天线60、61、62的共同作用。
54.图2示出了体线圈14和第一干扰抑制发射天线60和第二干扰抑制发射天线61的按照本发明的可行的实施方式的示意图。患者通道16和按照本发明的磁共振断层成像设备1的其它元件出于图示清晰的原因并未示出。
55.体线圈14和干扰抑制发射天线60、61在此设计为所谓的鸟笼天线，其中，两个端环分别沿纵向2通过导体棒连接。也可以考虑的是，导体棒具有断开部，在所述断开部加入电容或者电感，以便例如增大或者缩小用于高频信号的电学波长和/或产生高频信号的相移。
56.由ha和hb表示两个信号输入端，所述信号输入端为干扰抑制发射天线60、61提供第一干扰抑制信号和第二干扰抑制信号。在图2所示的实施方式中，用于提供干扰抑制信号的馈送点设置在围绕纵向2旋转90度的位置中，从而通过相对于第一干扰抑制信号相移90度的第二干扰抑制信号由干扰抑制发射天线60、61产生圆周形的极化场。该场与由身体线圈14产生的圆周形的极化场对应，并且能够在频率相应地相同、相位位置和振幅相应地适宜时，可以在患者通道外部通过相消干涉减弱由体线圈14沿着纵向2发射的电磁场。
57.未示出通过激励信号对体线圈14进行控制。所述控制可以相应地如下实现，即相对于干扰抑制发射天线60、61的馈送点在两个馈送点上馈入彼此具有90度相移的两个激励信号。然而也可以考虑的是，通过更多数量的相互偏移的馈送点为体线圈14馈送相应数量的激励信号。
58.各个单独的干扰抑制信号和激励信号优选由自身的高频级产生，这在激发和干扰抑制方面提供了更多的自由度。然而也可以考虑的是，通过无源装置、例如分配网络从单个信号中导出激励信号和/或干扰抑制信号。
59.图3示出用于这种无源地产生激励信号的特殊的实施方式。
60.在图3中，干扰抑制发射天线60、61和体线圈14直接地电气地并且机械地耦连，因为体线圈14的端环同时也是邻接的干扰抑制发射天线60、61的端环。耦连的强度或干扰抑制发射天线60、61的强度随之例如可以通过阻抗的大小来调节，所述阻抗的大小由布置在干扰抑制发射天线60的远离体线圈14的外端环中的圆锥体表示。
61.按照本发明也可以考虑的实施方式是，干扰抑制发射天线60、61具有多个用于输入干扰抑制信号的馈送点并且这些馈送点部分无源地产生并且部分有源地产生。
62.图4示出在本发明的一种实施方式中通过发射器有源地提供干扰抑制信号的可能性。
63.发射器或者高频单元22为此具有干扰抑制发射装置70。发射干扰抑制控制器72在此可以实现为发射器的功能单元，也可以在软件中实现，或者实现为专用的硬件。可以使用模拟或数字技术、例如数字信号处理器dsp、fpga或模拟放大器、滤波器或者网络。
64.在图4的示例性的实施方式中，干扰抑制发射装置70的发射干扰抑制控制器72从定向耦合器75得到信号，所述信号具有关于由体线圈发出的激励信号的信息。尤其是当高频放大器74的用于放大干扰抑制发射天线60、61、62的信号的放大量已知时，发射干扰抑制
控制器72作为信号的产生者本身就已经具有关于发出的干扰抑制信号的信息。然而也可以考虑的是，定向耦合器或简单的电感、电容式的或者电阻式的耦合器在此同样也接收用于发射干扰抑制控制器72的干扰抑制信号，以便顾及到传输路径中的偏差。干扰抑制发射天线61和62在此出于图示清晰的原因仅象征性地示出。
65.可以考虑的是，最初分别在校准阶段仅发射并且由干扰传感器71接收激励信号或者干扰抑制信号，以确定传递函数，以便接着借助发射干扰抑制控制器72确定干扰传感器71和体线圈14或者干扰抑制发射天线60、61、62之间的衰减和相移。在图4中示出了数字的干扰传感器71，所述干扰传感器已经将接收到的信号数字化并且将信息数字式地传递给发射干扰抑制控制器72。然而同样也可以考虑的是在模拟的干扰传感器中71中模拟式地进行传递。
66.此外，发射干扰抑制控制器72在图4中通过布置在体线圈14上的馈送点接收关于激励信号的信息，以便尽可能准确地检测流过体线圈14的电流的情形并且由此检测发出的交变场的情形。例如也可以考虑的是，通过分压器输出一部分耦合信号或者从关于激励信号的产生的信息中直接提取一部分耦合信号。
67.通过体线圈14和干扰传感器71之间的传递函数，干扰抑制控制器72可以针对干扰传感器71处的激励信号确定预期的干扰信号，并且通过应用干扰传感器71和干扰抑制发射天线60、61、62之间的逆传递函数也确定应当发射的逆干扰抑制信号。
68.对于多个干扰抑制发射天线60、61、62和干扰传感器71尤其也可以考虑的是，在同时发出激励信号和一个或多个干扰抑制信号时，借助线性优化使干扰传感器71处产生的交变场的能量最小化。可变的参数在此可以是激励信号的相移和衰减或放大，以便由此确定用于干扰抑制发射天线60、61、62的相应的干扰抑制信号。这既可以在校准阶段实现，以便确定参数的初始值，也可以在图像采集期间实现，以便对由患者改变的传播条件做出反应。
69.图5示出第三干扰抑制发射天线62，所述第三干扰抑制发射天线在此被布置为体线圈14内的患者隧道中的扁平电极。第三干扰抑制发射天线62同样由干扰抑制发射装置70提供干扰抑制信号。由于与体线圈的元件相比，患者100具有低电导率，因此感应电流低，但主要建立的是交变电场，该交变电场也沿着身体从患者通道传导出去。当被发射干扰抑制控制器相应地控制时，电极能够直接地、无需迂回地通过感应的磁场产生用于补偿的相反的交变电场并且将所述交变电场输入患者100。然而除了所示的电极之外，第三干扰抑制发射天线也可以是所有其它的能够产生适宜的交变电场的天线类型。
70.图6示出按照本发明的方法的实施方式的示意性的流程图。
71.在步骤s10中，磁共振断层成像设备1通过体线圈14从高频单元22发射激励信号。所述激励信号在此优选是用于激发待检测的原子核自旋的成像序列的激发脉冲。
72.在步骤s20中同时由干扰抑制发射装置70通过第一干扰抑制发射天线60发出第一干扰抑制信号。在此也可以考虑的是，同时通过第二干扰抑制发射天线61和/或62发出干扰抑制信号。干扰抑制信号在此可以是预设置的信号或者根据预定的规则由激励信号导出。干扰抑制信号设计用于在同时进行发射时在磁共振断层扫描仪1外部的至少一个预定位置上通过相消干涉来降低激励信号。
73.在按照本发明的方法的一种优选的实施方式中，所述磁共振断层成像设备1具有干扰传感器71。在另一步骤s30中通过干扰传感器71检测干扰信号。在另一步骤s40中，干扰
抑制发射装置70根据检测到的干扰信号确定由磁共振断层成像设备1产生的改变的第一干扰抑制信号，其中，所述改变的干扰抑制信号设计用于降低干扰信号的能量。这可以如所述那样例如通过对信号传播进行建模或者通过将传递函数应用于激励信号和接收的干扰信号来实现。
74.最后，在步骤s50中，以改变的第一干扰抑制信号执行发出激励信号的步骤s10和同时发出干扰抑制信号的s20。
75.还可以考虑的是，尤其在测量之前的校准阶段反复多次重复这些步骤，以改善干扰抑制，在所述校准阶段中例如在没有患者100的情况下进行发射，从而保护患者免受sar载荷。或者，所有信号也可以以共同的因数进行缩放，以便以低功率进行校准，并且之后在图像检测期间以相同的因数提高所有信号。由于线性使得对干扰的衰减得以保留。
76.尽管详细地通过优选的实施例在细节中说明和描述了本发明，但是本发明并不局限于公开的示例，或者本领域技术人员能够由此在不脱离本发明的保护范围的情况下推导出其它变型。