CN101166989B - 用于操作多通道发送/接收天线设备的方法和电路装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于操作特别是使用于磁共振成像(MRI)***中的多通道发送/接收天线设备或装置的方法和电路装置，通过它，可以以灵活的方式进行全部多通道RF发送和接收链的完全独立的控制，以及可以利用或改进新的任选项，如RF调整、发送灵敏度编码(Transmit SENSE)、RF编码、在自旋回波测量之前的S或Z矩阵的确定、校准、SAR(特定吸收率)减小等等。

Description

用于操作多通道发送/接收天线设备的方法和电路装置
本发明涉及用于操作尤其是使用于磁共振成像(MRI)***中的、多通道发送/接收天线设备或装置的方法和电路装置。 
EP 1 314 995公开了包括多个RF线圈和/或线圈段的RF天线装置。多个发送单元中的每个发送单元被分配给各自的RF线圈或线圈段，以及被提供来独立地调节待发送的脉冲的振幅和/或相位和/或形状。而且，多个接收单元中的每个接收单元被分配给各自的RF线圈或线圈段，以便单独地被激活或去活。在这样的天线装置的线圈/线圈段之间的去耦合是藉助于被连接在线圈/线圈段之间的电容和/或电感元件进行调节的，以便校正或调谐电介质谐振效果和/或得到所生成的场强的期望图案并控制它的均匀性。 
支撑本发明的总的目的是提供一种方法和电路装置，藉助于它，这样的多通道发送/接收天线设备或装置，特别是在大量天线单元，如线圈和/或线圈段(线圈单元或部件)的情形下，可以以更有效的方式运行。 
而且，应提供一种方法和电路装置，藉助于它，可以有效地利用或改进这样的多通道发送/接收天线设备的新的任选项和可能性，类似比如RF调整(shimming)、发送灵敏度编码(TransmitSENSE)、RF编码、在自旋回波测量之前的S或Z矩阵的确定、校准、SAR(特定吸收率)减小等等。 
而且，应提供一种方法和电路装置，藉助于它，可以以简单和快速的方式进行多通道发送/接收天线设备的校准/重新校准。 
而且，应提供一种方法和电路装置，藉助于它，可以在发送和接收模式下确定和监视场的分布。 
最后，应提供一种方法和电路装置，其以这样一种方式来操作MR***的多通道发送/接收天线设备，即：特别是当同时激活或去活天线设备的不同发送和/或接收通道时，有效地保护***部件和/或病人免受太高的电场强度。 
这个目的是通过按照权利要求1的方法和按照权利要求3的电路装置解决的。 
这个解决方案的优点在于：天线设备的每个通道的发送和/或接收信号可以独立和同时地以相对较简单的方式被控制或评估，特别是对于它的振幅和/或相位和/或频率和/或波形而言。 
而且，可以精确地和本地地监视断路电平(trip level)。可以实现在不同的多通道单元的同时发送和接收期间对于***部件的新的保护机制。 
这个解决方案的另一个优点在于以下事实：它可以有效地应用于采用如TransmitSENSE或RF调整等已知方法的磁共振成像***，例如用于避免在检查对象中的电介质谐振(和从而非均匀的RF激励场)，这在其他情况下可由于高的或非常高的RF场强而会发生。 
从属权利要求分别公开了按照权利要求1的方法和按照权利要求3的电路装置的有利实施例。 
从参照附图做出的本发明的示例性和优选的实施例的以下说明将明白本发明的另外的细节、特征和优点，在图上： 
图1是按照本发明的优选实施例的电路装置的示意性框图；以及 
图2是按照图1的电路装置中一个部件的更详细的示意性框图。 
在引入作为本公开内容一部分的、以上提到的EP 1 314 995中示例地公开了可以由按照本发明的方法和电路装置操作的几个多通道发送/接收天线设备或装置。 
这样的天线设备尤其是RF线圈装置，包括具有不同尺寸和/或不同位置的多个RF线圈和/或线圈段(或单元或部件)，它们每个被连接到按照本发明的电路装置的发送/接收单元或通道上。 
图1显示用于操作多通道发送/接收天线设备的电路装置的优选实施例的示意性框图，其中电路装置是磁共振成像(MRI)***的一部分，尤其是相关的多通道数据获取***的一部分。电路装置被示例地提供用于操作发送/接收天线设备，其包括n个线圈(或线圈段)TxRx1，...TxRxn，用于生成B1场和从要检查的对象中接收松弛(relaxation)信号。 
而且，提供了m个拾取线圈PU1，...PUm(其中优选地m＝n)，用以发送和接收规定的RF信号，例如用于校准、监视和/或控制目的。 
替换地，可以使用第一数目的、用于发送规定的RF信号的调谐线圈  和第二数目的、用于接收规定的RF信号的拾取线圈，其中第一和第二数目优选地是相等的(例如，m)。 
电路装置的基本部件优选地以一个或多个附加(add-on)电路板的形式在频谱仪1中被实施。这些部件是中央控制或处理单元10、波形控制单元11、n个发送通道121，...12n、n个接收通道131，...13n、调谐线圈单元14和拾取线圈检测单元15，它们都经由控制状态总线C/S互相连接。而且，接收通道131，...，13n和中央控制或处理单元10经由数据总线D互相连接。 
电路装置还包括多通道RF放大器2(或n个单一通道RF放大器)；n个第一收发开关31，...3n，每个通过它们的输入/输出端连接到天线设备的一个线圈或线圈段TxRx1，...TxRxn；和m个第二收发开关41，...4m，每个通过它们的输入/输出端被连接到一个拾取线圈PU1，...PUm。 
在使用用于发送RF信号的调谐线圈和用于接收RF信号的拾取线圈的情形下，第二收发开关41，...4m可以省略。 
中央控制或处理单元10与用于控制RF放大器2的、RF放大器的控制输入相连接。而且，中央控制或处理单元10与收发开关31，...3n；41，...4m的控制输入相连接，用于独立地在发送和接收模式之间切换这些开关。 
中央控制或处理单元10被提供用于控制n个发送通道121，...12n，以独立地调节所生成的RF信号的相位和/或振幅和/或频率；用于控制n个接收通道131，...13n；和用于控制调谐线圈单元14和拾取线圈检测单元15。 
波形控制单元11被提供来依赖于从中央控制或处理单元10接收的有关的控制信号，而优选地独立调节由发送通道121，...12n生成的RF信号的波形或脉冲形状。 
发送通道121，...12n的输出与(多通道)RF放大器2的输入相连接。RF放大器2的输出与第一收发开关31，...3n的输入相连接，这些收发开关被提供来当被中央控制或处理单元10切换到发送模式时，把放大的发送RF信号提供到天线设备的每一个线圈或线圈段。 
由线圈或线圈段接收的信号(通常是松弛信号)在由中央控制或处理单元10把第一收发开关31，...3n切换到接收模式后，经由第一收发开关路由到接收通道131，...13n的每一个，以便数字化和进一步处理。 
第一和第二收发开关31，...3n；41，...4m的发送/接收模式可以由中央  控制或处理单元10独立地控制，这样，例如某些线圈/线圈段和/或拾取/调谐线圈发送RF信号，而其它线圈/线圈段或拾取线圈接收RF信号。每个第一收发开关31，...3n必须能够路由具有几千瓦的峰值功率的RF信号，以便激励核自旋。然而，这个功率远小于在通常的传统单通道***中的功率。 
调谐线圈单元14包括m个输出，它们在发送模式经由第二收发开关41，...4m被连接到每一个拾取线圈，用于发送规定的RF信号。由这些拾取线圈接收的RF信号在接收模式经由收发开关41，...4m被路由到拾取线圈检测单元15的每一个输入，以便处理。 
如果将调谐线圈用于发送、而将拾取线圈用于接收，则第二收发开关41，...4m可以省略，且调谐线圈与调谐线圈单元14相连接，而拾取线圈与拾取线圈检测单元15相连接。 
拾取线圈检测单元15更详细地显示于图2。它包括一个拾取线圈控制器150，该拾取线圈控制器150由中央控制或处理单元10经由控制状态总线C/S控制，以控制由拾取线圈接收的信号的处理。 
对于这样的处理，按照第一替换例，拾取线圈检测单元15对于每个拾取线圈还包括：一个包含宽带对数放大器的RF到DC变换器151，和一个断路电平比较器152，二者都由拾取线圈控制器150控制。 
而且，提供了贮存装置153，用于由频谱仪1或拾取线圈控制器150设置的DC电压形式的预置最大断路电平。断路电平可以优选地对于每个拾取线圈而独立地且用不同数值来预置在每个断路电平贮存装置153中。 
按照第一替换例，接收的RF信号藉助于RF到DC变换器151被变换成DC信号。DC信号然后被路由到相关的断路电平比较器152，它把DC电压与以DC电压形式存储在贮存装置153中的预置最大断路电平相比较。如果例如从所有RF拾取线圈信号得出的任何DC电压超过预置的最大断路电平，则可以通过阻断RF放大器2来禁止RF信号的进一步发送，以避免损坏***部件。 
代替在模拟域处理接收的RF信号，替换地，可以在数字域实行处理(第二替换例)。在这种情形下，对于每个拾取线圈提供一个模拟到数字变换器154，它由拾取线圈控制器150控制且把DC信号变换成数字信号，在断路电平比较器152中把该数字信号与如上所述的预置断路电平进行比较。 
按照第三替换例，可以使用模拟到数字变换器155连同解调器，以替代RF到DC变换器151，以便藉助于所谓的直接变换原理把接收的RF信号变换成数字信号。数字信号又每个都再次被馈送到断路电平比较器152，以便把它与如上所述的预置断路电平进行比较。 
要选择的替换例取决于某些边界条件以及可得到的芯片价格。 
通过这个电路装置，可以有利地进行多种用于操作多通道发送接收天线设备或装置的方法。这些方法具体地是藉助于天线的线圈/线圈段中的至少一个来发送RF信号和藉助于这些线圈/线圈段的相同或其它线圈/线圈段和/或藉助于拾取线圈的至少一个来接收RF信号。另一个替换例例如是藉助于调谐线圈(或者如果不使用调谐线圈的话，则使用拾取线圈)中的至少一个发送低功率的RF信号和藉助于天线的线圈/线圈段中的至少一个和/或藉助于拾取线圈中的至少一个接收RF信号。 
这特别是由于以下事实，即：电路装置允许藉助于RF天线装置的可自由选择的线圈和/或线圈段来个别控制每个RF发送和接收信号，包括同时发送和接收。 
相应地，可以在每个线圈和/或线圈段处进行RF场的个别的本地测量，以用于各种功能，例如用于校准目的。S矩阵例如可以通过由天线装置的各个线圈或线圈段发送RF信号以及通过另外的非发送线圈或线圈段接收RF信号来确定。 
而且，可以由专用拾取线圈(或调谐线圈和拾取线圈对)进行多通道单元(特别是天线装置的线圈和/或线圈段)的个别测量。这样的个别测量可特别地被提供用于断路电平的精确的本地和个别的监视，该断路电平可为每个拾取线圈独立地预置。这例如在使用对称的RF发送接收线圈，然而其中即使对于相同的B1场，也不是所有的拾取线圈都具有完全相同的接收信号数值的情况下可以是有利的。特别地，用于估计在发送和接收模式下空间B1场分布的电流振幅可以由拾取线圈(或调谐线圈与拾取线圈对)确定。 
由此，藉助于天线装置的不同RF线圈或线圈段，可以实现用于保护其它MRI***部件免受由RF场(B1场)造成的可能损坏和/或用于特别是在同时RF发送(和同时接收)期间检查对象的SAR减小的新方法。如果例如任何测量的本地断路电平超过相关的预定义断路电平，则***的RF放大器2可被阻断(blank)。 
这在不是所有通道在发送或接收模式下被使用时，是特别重要的，因为在这种情形下，必须特别小心不破坏接收路径上的任何电子部件。通过把个别的本地拾取线圈(或调谐线圈和拾取线圈)分配给每个线圈或线圈段(或每个多通道单元)，任何接收路径都可以个别地被保护。 
这个模式例如还可被使用来确定S或Z矩阵，或用于其它校准目的，其中所使用的发送信号需要是非常低的。在这种情形下，断路电平将被设置为相当小的数值，以及对于在发送或接收状态下的通道可以是不同的。 
而且，可以确定个别线圈和/或线圈段(或多通道单元)的阻抗。优选地，用于每个拾取线圈(或每个调谐和拾取线圈)的完全发送/接收路径被提供用于这个目的。 
而且，提供用于每个线圈和/或线圈段或每个多通道单元的多个独立的RF路径。这些路径可以为RF信号的发送或接收而被个别地配置。结果，有可能将一个或多个通道用于RF发送和将一个或多个通道用于RF接收，这特别地与如上所述的本地监视断路电平相组合，开辟了用于测量的新任选项，例如确定用于个别病人的S或Z矩阵。 
中央控制或处理单元10优选地包括相关的软件，通过该软件，可以分别藉助于发送通道121，...12n和波形控制单元11、就RF信号的振幅和/或相位和/或波形和/或频率而言来控制RF信号生成，发送通道121，...12n的选择，以及接收通道131，...13n的选择。而且，断路电平以及拾取线圈(或调谐和拾取线圈)的选择也可以通过软件进行设置。这也应用到收发开关31，32，...3n；41，42，...4m在发送和接收模式之间的独立切换。 

Claims (10)

1.用于操作包括多个RF天线单元的多通道发送/接收天线设备或装置的方法，其中通过控制各自被分配给所述RF天线单元之一的多个发送通道和/或接收通道而进行以下步骤：
选择所述RF天线单元中的至少一个RF天线单元来发送RF信号和/或选择所述RF天线单元中的至少一个RF天线单元来接收RF信号和/或
对于每个发送RF天线单元来个别和独立地控制由至少一个发送RF天线单元发送的RF信号的振幅和/或相位；以及
所述方法包括通过拾取线圈检测单元(15)来处理接收的RF信号和将所接收的RF信号与至少一个断路电平进行比较。
2.按照权利要求1的方法，其中选择和/或控制RF天线单元的步骤是依赖于藉助至少一个接收RF天线单元接收的RF信号的至少一个电平而进行的，该至少一个接收RF天线单元定位于由天线设备或装置生成的RF场内。
3.用于操作多通道发送/接收天线设备或装置的电路装置，用于进行按照权利要求1或2的方法，该电路装置包括多个RF天线单元(TxRx)、控制单元(10)、多个发送通道(121，...12n)，和多个接收通道(131，...13n)，该多个发送通道和/或接收通道各自被分配给所述天线单元之一，其中控制单元(10)被提供来选择用于发送RF信号的天线单元和选择用于接收RF信号的RF天线单元，和/或控制发送通道(121，...12n)，以便个别地调节所发送的RF信号的振幅和/或相位；以及
所述电路装置还包括拾取线圈检测单元(15)，用于处理接收的RF信号和将所接收的RF信号与至少一个断路电平进行比较。
4.按照权利要求3的电路装置，其中控制单元(10)被提供来依赖于由至少一个拾取/调谐线圈(PU1，...PUm)接收的RF信号的至少一个电平、而用于所述天线单元的选择和/或用于所述发送通道的控制，该拾取/调谐线圈定位于由天线设备或装置生成的RF场内。
5.按照权利要求3的电路装置，包括由控制单元(10)控制的多通道RF放大器(2)或多个单一通道RF放大器，以便个别和独立地放大在每个发送通道上的发送信号。
6.按照权利要求3的电路装置，其中该控制单元与收发开关的控制输入相连接，用于独立地在发送和接收模式之间切换这些开关。
7.按照权利要求3的电路装置，其中断路电平能对于每个拾取线圈而独立地且用不同数值来预置在每个断路电平贮存装置中。
8.多通道放大器，用于磁共振成像***中，包括按照权利要求3到4中的至少一项的电路装置。
9.磁共振成像***，包括按照权利要求3到5中的至少一项的电路装置。
10.频谱仪(1)，用于磁共振成像***中，包括按照权利要求3到4中的至少一项的电路装置。
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