CN1708695A - 用于mri系统的电气辅助装置的连接导线 - Google Patents

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Abstract

一种磁共振成像设备配有一个或多个电气辅助装置，例如导管(10)或RF体线圈(6)，其预定用于对象的检查期间，并且所述磁共振成像设备配有连接导线(13)，该连接导线(13)被安排成延伸通过磁共振成像设备的检查区(1)，该检查区可以暴露在RF场中，并且该连接导线(13)将所述辅助装置与连接单元(12)相连接。为了避免由RF场在连接导线中感生的电流所造成的连接导线的发热(所述电流可以导致对病人的伤害或者对辅助装置或连接单元(12)的毁坏)，连接导线(13)包括至少一个导线段(131，132，…)，其长度为至少一个感应耦合元件(例如变压器(141，142，…；161，162，…))所限制，并且不等于n＊λ/2，其中λ表示RF波长并且n＝1，2，3，…。

Description

用于MRI系统的电气辅助装置的连接导线
本发明涉及一种磁共振成像设备，该磁共振成像设备配有一个或多个电气辅助装置，举例来说，比如具有线圈元件的RF体线圈或导管，其打算在检查病人或其它对象期间使用，以及该磁共振成像设备还配有连接导线，该连接导线将被引导通过磁共振成像设备的检查区，该检查区可以暴露在RF场中，并且该导线用来将所述辅助装置与一个连接单元相连接，所述连接单元举例来说比如是电源或控制单元。
磁共振(MR)成像设备尤其用于病人的检查和治疗。待检查对象的核自旋于是通过稳定的主磁场(B0场)来对准，并通过RF脉冲(B1场)来激发。因此所形成的弛豫信号为了定位的目的而暴露在梯度磁场中，并且所述弛豫信号被接收以便以已知方式从其中形成被检查组织的图像。
基本上可以区分两类构造，也就是说所谓的开放MR系统(垂直系统)以及包括其中可引入病人的管状检查空间的MR系统(轴向系统)，在所述开放MR系统中，病人被引入一个检查区中，该检查区位于C形臂两端之间，并且因此实际上从所有侧都可接近，也就是说在检查或治疗期间从所有侧都可接近。
RF线圈系统用于发射RF信号和接收弛豫信号。除了永久地嵌入MR成像设备中的RF线圈系统以外，还利用可被灵活地安排为例如在待检查区域的周围或上面的套子(sleeve)或垫子(pad)的RF体线圈。
此外，例如利用引入病人身体中的导管以便在成像期间对组织取样，并且该导管包括在其尖端区域处的线圈元件、振荡器等，以用于在所形成图像中定位的目的。
通过电气连接导线将这种和其它种类的辅助装置连接到位于检查区外部的连接单元，特别是电源、接收装置和/或控制装置。
下述事实造成在这个方面的问题：由RF线圈系统产生的电场感生了在引到相关辅助装置的电气连接导线中的RF电流；这些电流不仅涉及所述辅助装置和连接单元的干扰或毁坏的危险，而且尤其能够产生连接导线的大量的发热，并且就体线圈和导管而言，在导线过于接近病人时造成病人的烧伤。
美国专利6,284,971公开了用于磁共振成像的各种同轴电缆，其中通过电缆的外部绝缘的不同配置来避免用户烧伤的危险。这个外部绝缘由包围导体的圆柱形内屏蔽部分以及分段外部屏蔽部分构成，所述部分彼此连接。具有比较高的相对介电常数的电介质材料可以位于这些屏蔽部分之间。在其它实施例中，在分段外部屏蔽部分的末端处提供了导电元件，或者这种末端通过电容与内屏蔽部分相连。
然而，这种电缆结构体积比较大、比较复杂昂贵，并且由此在抑制由RF脉冲感生的信号方面可以达到的效果通常是不够的，尤其是在高RF场强的情况下。
因此，本发明的一个通常目的是提供至少相当大地避免病人的一种危险的可能性，所述危险是由被引导通过磁共振成像设备的检查区的导线的发热造成的。
特别的一个目的是向磁共振成像设备提供一个或多个辅助装置，例如RF体线圈和导管，其中在引到这些辅助装置的连接导线中由RF脉冲(B1场)感生的电流对病人或辅助装置或连接单元不构成危险。
还有一个目的是向所提出的该种辅助装置提供电气连接导线，所述电气连接导线使得能够在用于MR成像设备的检查区期间与连接单元建立至少基本上无干扰的连接，所述连接单元例如是电源装置、接收和/或控制装置，也就是说，没有由连接导线烧伤病人或者由在连接导线中感生的RF电流毁坏连接单元的危险。
所述目的是依照权利要求1借助于一种磁共振成像设备实现的，该磁共振成像设备配有至少一个在检查对象期间使用的电气辅助装置，以及配有连接导线，该连接导线将被引导通过磁共振成像设备的检查区，该检查区可以暴露在RF场中，并且该导线用来将所述辅助装置与连接单元相连接，在连接导线中连接的至少一个导线段的长度为至少一个感应耦合(inductive coupling)元件所限制，并且不等于n*λ/2，其中λ表示RF波长并且n＝1，2，3，...。
所述目的也通过充当依照权利要求10的辅助装置的RF体线圈来实现，以及通过具有充当依照权利要求11的辅助装置的发射和/或接收单元的导管来实现。
这些解决方案的特别的优点尤其在于，对于实际上RF场的所有场强而言，由连接导线的发热造成的对病人的危害得到了可靠的预防，因此，连接导线可以直接安装在病人的床上。特别是由在连接导线中感生的RF电流毁坏与连接导线相连接的连接单元的危险得到了至少相当高程度的预防。此外，与例如具有光纤的光传输链路的其它解决方案相比，对要连接的部件需要少得多的修改。最后，也可以实现根据本发明的连接导线以便具有非常小的横截面(例如小于2mm)；这尤其在希望涉及导管的应用中是重要的。
从属权利要求涉及本发明另外的有利实施例。
通过权利要求2中公开的实施例来特别有效地抑制在导体段附近的发热。
权利要求3至5涉及感应耦合元件的优选实施例，而权利要求6公开了连接导线的优选实施例。
每当连接导线也必须传导直流电压时，依照权利要求7的实施例尤其有利。
在权利要求8中公开的实施例进一步改进了要被评估的信号(例如由体线圈拾取的MR弛豫信号)的发射。
最后，权利要求9公开了两种优选的辅助装置。
根据下面参考附图给出的优选实施例的描述，本发明的进一步的细节、特征和优点将变得显而易见。其中：
图1是MR成像设备的示意性侧视图；
图2是辅助装置的示意性表示；
图3示出根据本发明的连接导线的第一等效图；
图4是连接导线的第一实施例的示意性表示；
图5是连接导线的第二实施例的示意性表示；
图6示出用于依照图4和5的连接导线中的变压器；
图7是连接导线的第三实施例的示意性表示；以及
图8示出根据本发明的连接导线的第二等效图。
图1示出开放MR成像设备的部件，所述部件对于在检查区1中磁场的产生和拾取是十分重要的。在检查区1的上面和下面提供了相应的用来产生基本上均匀的主磁场(B0场，用来磁化待检查对象，也就是用来对准核自旋)的磁体系统2、3，所述主磁场的磁通密度(磁感应)可以是从零点几特斯拉到几特斯拉的数量级。主磁场基本上在与病人P的纵向轴垂直的方向上(也就是在x方向上)延伸通过病人P。
以RF发射线圈4形式的平面或至少近似平面的RF导体结构(表面谐振器)用来产生MR频率的RF脉冲(B1场)，借此激发待检查组织中的核自旋，所述RF发射线圈被安排在相应的磁体系统2和3上。RF接收线圈5用来拾取随后组织中的弛豫事件；这些线圈也可以由在磁体系统2、3的其中之一上提供的表面谐振器来形成。如果公共RF表面谐振器被适当地切换，则也可将该公共RF表面谐振器用于发射和接收，或者两个RF表面谐振器4、5可共同用来交替发射和接收。
此外，对于发自病人P的组织的弛豫信号的空间辨别和分辨率(激发状态的定位)，还提供了多个梯度磁场线圈7、8，借此产生三个在x轴方向上延伸的梯度磁场。于是第一梯度磁场在x轴方向上基本上线性变化，而第二梯度磁场在y轴方向上基本上线性变化，以及第三梯度磁场在z轴方向上基本上线性变化。
对于给定的检查需要电气辅助装置。这种装置例如是RF体线圈6，所述RF体线圈6可以用作对平面RF接收线圈5的补充，或者用作对平面RF接收线圈5的替代，并且其作为RF接收线圈被直接安排在病人P或待检查区域上。这些RF体线圈6通常被构造为柔软的垫子或套子。
此外，为了执行对病人P的治疗或提取组织样本或确定组织参数，通常利用导管10，它被引入到病人身体中，并且其位置将被显像在显示屏幕上。
用于此目的的各种无源和有源的方法都是已知的。
在无源方法的情况下，例如如WO 99/19739所述，可以使得在导管尖端上的一个或多个小的谐振振荡电路在MR图像中是可见的，这是因为下述事实：它们在MR成像期间导致了在它们直接邻近区域中RF场(B1场)的增加，因此也增加了邻近核自旋的磁化。于是以最简单的情形由接收线圈形成发射和/或接收单元11。然而，它另外还可包括拾取周围组织的给定属性的传感器。
在有源方法的情况下，有可能以一种交替的方式在两种操作模式之间切换，这例如通过切换单元41进行，其经由第一输出端A连接到导管10和经由第二输出端B连接到RF发射线圈4。在第一种操作模式中，通过MR设备以一种已知的方式产生MR图像，而在第二种操作模式中，利用安排在导管尖端上的激活的发射和/或接收单元11、通过RF脉冲的发射来激发局部核磁化，最终所得的弛豫事件由RF接收线圈5、6来接收。所接收的信号本身用来在MR图像中再现导管尖端的位置。
图2是具有导管形式的辅助装置的示意性表示。在导管的尖端上(或在距其很小距离的位置上)安排有发射和/或接收单元11，它例如采取在其上实现必需的部件(以及也可能是传感器)的微芯片的形式。在位于病人外部的导管末端提供了具有电源单元和/或接收装置和/或控制装置的形式的连接单元12，其通过被引导通过导管的连接导线13连接到发射和/或接收单元11，并且通过所述连接导线13来激活发射和/或接收单元11以及可能传导来自传感器的测量值。
在具有RF体线圈6的形式的辅助装置的情况下，这种线圈也通过电气连接导线13连接到相应连接单元12(电源、接收装置和/或控制装置)。
图3示出根据本发明的连接导线13的第一电气等效图；据此将说明图4、5和7中所示的实施例的操作原理。
由RF发射线圈4发射的RF脉冲(B1场)例如在RF体线圈6中以及在延伸通过RF发射线圈4的场的连接导线13的部分中感生共模信号，所述共模信号由等效图中的第一电压源U1来产生。所述共模信号在连接导线13中产生对应的第一电流I1。由随后的MR弛豫事件在RF体线圈6中感生的信号(差模信号)由在等效图中的第二电压源U2(有用电压)来表示，并且在连接导线13中产生第二电流I2。
连接导线13具有多个导线段131，312，…。这些段的长度不等于n*λ/2(n＝1，2，3，…)，其中λ是发射RF脉冲所用的波长。因此，段131，132，…对于共模信号是不谐振的。段的长度优选尽可能地小，并且特别是处于λ/4和λ/8之间。提供了相应的变压器141，142，…，用来使各个导线段131，132，…彼此连接；差模信号可通过所述变压器来发送，以便通过连接导线13来传导。变压器141、142是成比例的，以便在初级侧和次级侧之间的耦合电容C尽可能小，并且优选不小于250欧姆(或在绝对意义上大于250欧姆)。
因此，甚至在高RF场强(例如3特斯拉)的情况下以及在大量RF线圈4的情况下也避免了在病人区域处温度的显著增加，因而避免了辅助装置6和连接单元12的毁坏和/或故障。
在RF体线圈由多个单独导体段(天线段)组成的情况下(其中所述导体段可彼此连接或通过二极管彼此分离以便实现给定的接收特性)，通过交替由连接单元12产生并通过连接导线13传导的电压信号可以实现二极管的供电和开关。在例如2MHz的供电频率和例如20MHz的开关电压频率(也就是说，频率明显超出MR频率的范围，但是在连接导线的发射带宽内)下，连接导线13在这个方面没有显示出明显的衰减。
可以依照例如如图4所示的第一实施例来实现连接导线13。这是二线式导线(例如双绞线)，示出了其中的三个导线段131、132、133。所述导线段通过相应变压器141、1412来彼此耦合，所述变压器的初级和次级绕组L1、L2端接相应的导线段。可选地，导线段131、132、133可以配有屏蔽151、152、153；所述屏蔽然后在变压器141，1412的区域处以不接触的方式彼此重叠。
图5是本发明的第二实施例的示意性表示，其中同轴电缆而不是如图4所示的二线式导线被用作连接导线13。在这种情况下，变压器141，…的初级和次级绕组L1、L2连接在同轴电缆的各个段的导体Lt和屏蔽A之间。
依照图6，变压器141、142可包括例如圆环T，初级绕组L1和次级绕组L2缠绕在圆环T上。两个绕组L1、L2也可环绕整个圆环T并被安排成一个在另一个的上面。
圆环T的材料应该具有尽可能低的相对介电常数，并且绕组线应该尽可能细。因此可以实现小于1dB的衰减。在变压器位于主磁场范围外部的情形下，所述圆环也可以由磁性材料制成，借此可以取得尤其有利的特性。
可替代地，如果想要的话，也可以不用金属变压器芯，并且变压器可以由缠绕在线圈架周围的气冷蛇管(air coil)构成，所述线圈架由泡沫材料制成。
可以在连接导线13的两端处构造变压器以便形成RF体线圈6(或导管10的发射和/或接收单元11)或在连接单元12上的连接器的一部分。
当因为机械的或其它的原因而不希望有沿着连接导线13的(分立的)变压器141，142，…时，有可能以导体环161，162，…的形式实现所述变压器。图7示出连接导线13的这种第三实施例；这个实施例在连接导线13必须具有特别小的横截面时尤其有利。
这个连接导线13同样由具有两个芯的多个导线段131、132、133组成，所述导线段在每个导线段的各自的末端处是短路的。所述导体段同样彼此感应耦合。为此利用了所述导体环161、162，所述导体环161、162每次被安排在相邻导线段131、132和132、133等的末端区域上。例如通过带状板或其它在一侧配有导线段131，132，133，…而另一侧配有导体环161，162，…的柔软载体材料(例如金属薄片)来实现连接导线13。
可选地，也可以在第三实施例中提供屏蔽171、172和173、174，所述屏蔽被安排在导体环161、162和/或导线段131、132、133上。
最后，图8示出说明根据本发明的连接导线的第四实施例的第二等效图。
在这个等效图中，由第一电压源U1产生的电压同样表示由RF发射线圈4发射的RF脉冲在RF体线圈6中以及在延伸通过RF发射线圈4的场的连接导线13的部分中感生的电压(共模信号)。第二电压源U2表示由MR弛豫事件在RF体线圈6中感生的(差模)信号。图8所示的两个导线段131、132再次通过具有依照前面描述的初级绕组L1和次级绕组L2的变压器来彼此连接。所述变压器以已知的T形等效电路的形式来示出，所述T形等效电路由两个绕组L1、L2的并联互感M以及串联电感L1-M和L2-M组成。
在这个方面，与第一导线段131串联连接的第一电容C1以及与第二导线段132串联连接的第二电容C2是必需的。选择所述电容的电容值，以便它们与变压器的电感一起形成谐振电路，也就是1/ωC1＝ωL1和1/ωC2＝ωL2，以及使这个谐振条件对于通过连接导线传导的信号的电路频率ω、也就是对于差模信号是满足的，而对于共模信号是不满足的。
因此对于MR弛豫信号可以实现导线段131、132的非常强并且同时非常窄带的耦合。而且，在变压器绕组L1、L2之间的耦合电容C因而可以保持甚至更小。
就将通过连接导线13传导的直流电压信号来说，例如为了偏置在体线圈6的部件之间的二极管，可以通过欧姆电阻R对两个电容C1、C2以及中间变压器进行桥接。就变压器的桥接来说，这在这个意义上对于图3所示的第一等效图(在其中未示出)当然也是成立的。
所述连接导线对于尤其在SENSE(灵敏度编码)成像方法的情况下使用的可切换RF体线圈6的应用提供了特别的优势，因为一方面如上所述的无干扰电源和通过二极管对RF体线圈6的各种部件的切换以及传送所接收弛豫信号因而是可能的，而另一方面，不存在由RF发射线圈4发射的RF功率引起的谐振效应和连接导线13的固有发热造成烧伤病人的危险。因此连接导线13可直接安排在病人的床上。对于辅助装置6、11或连接单元12的危险也得到了高度预防。这一点对于高RF场强也是成立的。
例如与来自或去往RF体线圈、导管或其它辅助装置的相关信号的光传输比起来，使用这种连接导线需要少得多的系统修改。
与已知的解决方案相比，特别是依照第一直到包括第三实施例的连接导线13具有比较大的带宽，以便例如还有可能通过连接导线传送多个接收信号。
最后，可以使用相同的甚至更简单的连接器来将连接导线13与相关连接单元12(电源、接收装置和/或控制装置)相连接。

Claims (11)

1.一种磁共振成像设备，它配有至少一个在检查对象期间使用的电气辅助装置(6；10，11)，以及配有连接导线(13)，该连接导线(13)将被引导通过磁共振成像设备的检查区(1)，该检查区可以暴露在RF场中，并且该导线用来将所述辅助装置(6；10，11)与连接单元(12)相连接，在连接导线(13)中连接的至少一个导线段(131，132，...)的长度为至少一个感应耦合元件(141，142，...；161，162，...)所限制，并且不等于n*λ/2，其中λ表示RF波长并且n＝1，2，3，...。
2.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中导线段(131，132，...)的长度在从λ/4到λ/8的范围内。
3.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中感应耦合元件是变压器(141，142，，...)。
4.如权利要求3中所要求的磁共振成像设备，其中变压器(141，142，...)由圆环以及在其上缠绕的初级和次级绕组形成。
5.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中感应耦合元件是导体环(161，162，...)。
6.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中连接导线(13)是二线式导线或同轴导线。
7.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中感应耦合元件(141，142，...；161，162，...)通过欧姆电阻(R)来桥接，以便通过连接导线(13)传送直流电压信号。
8.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中连接感应耦合元件(141，142，...；161，162，...)以便与至少一个电容性元件(C1，C2)一起来形成谐振电路，所述谐振电路的谐振条件对于要通过连接导线(13)传送的信号的频率是满足的。
9.如权利要求1中所要求的磁共振成像设备，其中辅助装置是RF体线圈(6)或具有发射和/或接收单元(11)的导管10。
10.一种形成在通过磁共振成像设备对对象进行检查期间使用的辅助装置的体线圈，所述体线圈配有连接导线(13)，该连接导线(13)被安排成延伸通过磁共振成像设备的检查区(1)，该检查区可以暴露在RF场中，并且该连接导线(13)将体线圈(6)与连接单元(12)相连接，在连接导线(13)中连接的至少一个导线段(131，132，...)的长度为至少一个感应耦合元件(141，142，...；161，162，...)所限制，并且不等于n*λ/2，其中λ表示RF波长并且n＝1，2，3，...。
11.一种具有发射和/或接收单元(11)的导管(10)，它形成在通过磁共振成像设备对对象进行检查期间使用的辅助装置，所述导管(10)配备有连接导线(13)，该连接导线(13)被安排成延伸通过磁共振成像设备的检查区(1)，该检查区可以暴露在RF场中，并且该连接导线(13)将发射和/或接收单元(11)与连接单元(12)相连接，在连接导线(13)中连接的至少一个导线段(131，132，...)的长度为至少一个感应耦合元件(141，142，...；161，162，...)所限制，并且不等于n*λ/2，其中λ表示RF波长并且n＝1，2，3，...。
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