CN101169473A - 鸟笼式谐振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于磁共振的鸟笼式谐振器，它有两个端环(1、2)以及与端环平面(3、4)正交的天线轴线(8)，并有一些绕天线轴线(8)规律分布的、从第一端环(1)延伸到第二端环(2)的天线杆(9)。除端环外还有两个耦合环(10、11)。耦合环彼此调谐为，使端环在与没有耦合环(10、11)时相比不同的频率共振。端环(1、2)互相耦合，使得它们作为共同的本征模式(ER2、ER3)有一种带有共模频率的共模模式(ER2)和一种带有与共模频率不同的推挽频率的推挽模式(ER3)。耦合环(10、11)彼此调谐为，使其中一种本征模式的频率与天线杆(9)的非共振频率(AS1...AS4)对应。鸟笼式谐振器有一个馈入装置(16)，后者以所述本征模式与天线杆的非共振频率对应的频率向端环内馈入电能。

Description

鸟笼式谐振器
技术领域
本发明涉及一种应用于磁共振的鸟笼式谐振器。
背景技术
应用于磁共振的鸟笼式谐振器是众所周知的。通常其结构如下：
-鸟笼式谐振器有第一端环和第二端环，它们在互相平行彼此相隔距离的端环平面内延伸，
-端环有端环中心，
-端环中心相互的连线确定鸟笼式谐振器的天线轴线，它与端环平面正交，
-此外，鸟笼式谐振器有一些天线杆，它们有规律地，通常均匀地绕天线轴线分布，
-每根天线杆从第一端环延伸到第二端环。
鸟笼式谐振器在磁共振设备中几乎无例外地用作发射天线用于激励磁共振。此外它们还用作磁共振设备的全身接收天线和在有些情况下还用作局部线圈(例如作为头部线圈)。采用它们的原因尤其在于，鸟笼式谐振器在结构和特性方面相比于可能的替代方案有一些明显的优点。
在鸟笼式谐振器中，在天线杆内和/或在端环内设有一些电容器，鸟笼式谐振器借助它们调谐。根据电容器的布局，鸟笼式谐振器设计为高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器。
鸟笼式谐振器的缺点之一是所谓的端环模式，也就是说在端环内振荡的电流。端环模式是寄生性共振。在现有技术的鸟笼式谐振器中它们只能以有限的程度被影响。在现有技术中端环模式有缺点，因为在个别情况下它们可能干扰磁共振成像。在现有技术中未见利用端环模式。
在现有技术中试图将端环模式的频率置于离鸟笼式谐振器工作频率足够远的频率区内，亦即通常远离在天线杆内电流振荡所用的频率。然而由于另一些在个别情况下可看到的边界条件，这并不总是可能的。
由US4885539A已知一种上述类型的鸟笼式谐振器，它除了上述普通的构件外还有第一和第二耦合环。第一耦合环在一个与天线轴线正交的第一耦合环平面内绕天线轴线旋转，以及与第一端环相隔距离但与之耦合。第二耦合环在一个与天线轴线正交的第二耦合环平面内绕天线轴线旋转，以及与第二端环相隔距离但与之耦合。这些耦合环彼此调谐为，使端环在与没有耦合环时相比不同的频率共振。由US6396271B1可见类似的公开内容。
由US6316941B1已知一种鸟笼式谐振器，其中一种端环模式的频率与另一种模式的频率一致并利用来接收磁共振信号。
端环彼此可以隔开距离到互相不再耦合的程度。但是端环一般互相耦合，所以它们作为共同的本征模式有一种带有共模频率的共模模式和有一种带有与该共模频率不同的推挽频率的推挽模式。
发明内容
本发明的目的在于创造一种鸟笼式谐振器，其中合理地利用至少其中一种端环模式。
此目的通过这样一种应用于磁共振的鸟笼式谐振器来达到，其中
-该鸟笼式谐振器有一个第一端环和一个第二端环，它们在互相平行彼此相隔距离的端环平面内延伸，
-所述端环有端环中心，
-所述端环中心相互的连线确定鸟笼式谐振器的天线轴线，该天线轴线与端环平面正交，
-所述鸟笼式谐振器有一些天线杆，它们有规律地绕天线轴线分布，
-每根天线杆从第一端环延伸到第二端环，
-所述鸟笼式谐振器除了所述端环外还有一个第一耦合环和一个第二耦合环，
-第一耦合环在一个与天线轴线正交的第一耦合环平面内环绕天线轴线并与第一端环相隔距离但与之耦合，
-第二耦合环在一个与天线轴线正交的第二耦合环平面内环绕天线轴线并与第二端环相隔距离但与之耦合，以及
-所述第一和第二耦合环彼此调谐为，使所述端环在与没有耦合环时相比不同的频率共振，
按照本发明：
-所述端环互相耦合，从而使它们作为共同的本征模式有一种带有共模频率的共模模式和有一种带有与共模频率不同的推挽频率的推挽模式，
-所述耦合环彼此调谐为，使其中一种本征模式的频率与天线杆的非共振频率对应，以及
-所述鸟笼式谐振器有一个馈入装置，借助该馈入装置可以所述具有与天线杆的非共振频率对应频率的那种本征模式的频率向所述端环内馈入电能。
如上所述，在按本发明的鸟笼式谐振器中，耦合环彼此调谐为，使本征模式之一的频率与天线杆的非共振频率对应。在这种情况下鸟笼式谐振器可以有一个馈入装置，借助它可以以所述本征模式与天线杆的非共振频率对应的频率向端环内馈入电能。由此例如一个处于由鸟笼式谐振器确定的容积内部的物体被供给能量。例如这种可能的物体是表面线圈和病人监测装置。
耦合环基于其布局和设计基本上只与端环耦合，而不与天线杆和在天线杆内振荡的电流耦合。因此，耦合环的调谐尽管影响端环模式，但并不影响鸟笼式谐振器的其他共振频率。
其频率与天线杆非共振频率对应的有关本征模式优选地是共模模式。这种共模模式对此是优选的，因为它沿天线轴线方向有非常均匀的磁场以及它的磁场平行于天线轴线延伸。
耦合环彼此可以调谐为，附加地使其中一种本征模式的频率处于天线杆共振频率附近。如果是这种情况，则有关本征模式优选地是推挽模式。推挽模式可例如将其横向的场分量利用作为附加的接收模式。
鸟笼式谐振器还可以有一个馈出装置和一个设在馈出装置下游的评估装置。在这种情况下，借助馈出装置可以从端环馈出和解调在端环内以本征模式的频率振荡的电能。由端环馈出并解调的信号在这种情况下可以可由评估装置评估。
例如，以此方式可以直接接收磁共振信号。与之不同或附加地，局部线圈可以将其磁共振信号转换为另一个不同于该磁共振信号的频率并按该另一个频率发射出去，馈出装置接收局部线圈的发射信号并对其进行评估。也可以询问和评估应答器的识别信号(所谓的射频识别RFIDs)，应答器例如处于局部线圈或类似物上。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例的说明给出本发明的其他优点和详情。附图中：
图1示意表示按本发明的鸟笼式谐振器透视图；
图2表示图1所示鸟笼式谐振器的纵剖面；
图3和4表示频率图；以及
图5示意表示图1所示鸟笼式谐振器的方框块线路图。
具体实施方式
按图1和2应用于磁共振的鸟笼式谐振器有第一和第二端环1、2。端环1、2在端环平面3、4内延伸。端环平面3、4互相平行延伸。它们彼此相隔一个距离，也就是说彼此有一定间距。
端环1、2通常同样大小。但它们也可以选择有互不相同的尺寸。此外，端环1、2通常是圆形。但它们也可以选择有其它形状，例如椭圆形。
端环1、2有端环中心5、6。端环中心5、6与端环1、2的重心相应。端环中心5、6相互的连线7决定鸟笼式谐振器的天线轴线8。天线轴线8与端环平面3、4正交。
该天线轴线8定义出一个圆柱坐标系。在这方面下面采用术语“轴向”、“径向”和“切向”，它们始终相对于天线轴线8而言。“轴向”指平行于天线轴线8的方向。“径向”指垂直于天线轴线8的方向，确切地说指向天线轴线8或从天线轴线8离开。“切向”指垂直于天线轴线8并垂直于径向方向围绕着天线轴线8的方向。
除端环1、2外，鸟笼式谐振器还有一些天线杆9。天线杆9的数量至少为4。但通常天线杆9的数量大于4。它尤其可以是4的整数倍，例如8、12、16或20根天线杆9。天线杆9围绕天线轴线8规律分布。它们尤其可以均匀地围绕天线轴线8分布。
每根天线杆9从第一端环1延伸到第二端环2。通常天线杆9直线延伸，也就是说，每根天线杆9在一个平面内延伸，此平面由天线轴线8和各自的天线杆9决定。大多数情况下每根天线杆9甚至纯粹沿轴向延伸。但也可以与之不同，天线杆9，类似于在射击武器的弹道中的膛线和场，微量地绕天线轴线8施转，亦即有扭转。
在这方面迄今叙述的鸟笼式谐振器相应于一种传统的鸟笼式谐振器。这种鸟笼式谐振器(见图3)有一些轴向共振模式AS1...AS4，其中在天线杆9中电流从一个端环1向另一个端环2振荡并返回。在这里所表示的四个轴向共振模式AS1...AS4的数量纯粹作为举例。鸟笼式谐振器通常在其中一个轴向共振模式AS1...AS4的附近工作。也就是说它的工作频率处于其中一个轴向共振模式AS1...AS4的附近。
为了达到鸟笼式谐振器的工作频率(或多个工作频率)与轴向共振模式AS1...AS4尽可能好地一致，在端环1、2内和/或在天线杆9内设调谐电容。这种方法是众所周知和常见的。图中没有表示调谐电容。
此外，图3中除轴向共振模式AS1...AS4外还表示有端环模式ER1、ER2、ER3作为鸟笼式谐振器的其他共振模式。按端环模式ER1、ER2、ER3电流可在端环1、2内振荡。
当两个端环1、2互不耦合或仅以小的程度耦合，则在这两个端环1、2内出现端环模式ER1。它与一个端环频率相应。若这两个端环1、2互相强烈耦合，则取代端环模式ER1作为共同的本征模式，所述端环1、2有共模模式ER2和推挽模式ER3。在共模模式ER2中，电流在第一和在第二端环1、2中彼此同向振荡，在推挽模式ER3中电流在第一和在第二端环1、2中彼此反向振荡。
轴向共振模式AS1...AS4和端环模式ER1...ER3在传统的结构中与鸟笼式谐振器的共振频率相应。但按本发明，鸟笼式谐振器除端环1、2外还有第一和第二耦合环10、11。耦合环10、11在耦合环平面12、13内围绕天线轴线8。耦合环平面12、13与天线轴线8正交并因而平行于端环平面3、4延伸。
第一耦合环10与第一端环1隔开距离但与它耦合。同样，第二耦合环11与第二端环2隔开距离但与它耦合。耦合环10、11彼此调谐为，使端环1、2在与没有耦合环10、11时相比不同的频率共振。耦合环10、11如此调谐可例如通过在耦合环10、11内***电容器实现。
若鸟笼式谐振器例如有轴向共振模式AS1...AS4和端环模式ER2、ER3，则尽管存在耦合环10、11仍保持轴向共振模式AS1...AS4不变。反之，端环模式ER2、ER3被移动。这在图3中用箭头A、B暗示。
按图1和2，耦合环平面12、13与端环平面3、4不同。在这种情况下，耦合环10、11与各自对应的端环1、2相比离天线轴线8有相同的径向距离，或有更大的径向距离。图2用实线表示第一种情况(有相同的径向距离)，以及用虚线表示第二种情况(有较大的径向距离)。按惯例耦合环平面12、13沿轴向表示在端环平面3、4之外。也就是说，第一端环平面3沿轴向处于第一耦合环平面12与第二端环平面4之间，而第二端环平面4沿轴向处于第一端环平面3与第二耦合环平面13之间。
也可以与之不同，耦合环10、11在端环平面3、4内延伸。在这种情况下耦合环10、11沿径向设在端环1、2之外。这一情况也在图2中用虚线暗示。
上述三种设计原则上是等效的。与实现那一种设计无关，优选地第一耦合环10离第一端环1的几何距离作为切向位置的函数，不过是常数。同样优选地第二耦合环11离第二端环2的几何距离作为切向位置的函数也是常数。但是这并不是强制地需要的。若例如耦合环10、11有椭圆结构以及端环1、2有圆形结构，则耦合环10、11离各自对应的端环1、2的距离随切向位置改变。
由于按本发明添加了耦合环10、11，所以有可能将耦合环10、11彼此调谐为，使端环1、2的本征模式ER1...ER3之一的频率处于天线杆9的一个工作频率附近，亦即处于轴向共振模式AS1...AS4之一的附近。例如推挽模式ER3可以这样的方式移动，即，使推挽模式ER3的频率等于或至少基本上等于轴向共振模式AS3。
与之不同或附加地，可以将耦合环10、11彼此调谐为，使端环模式ER1...ER3之一的频率与天线杆9的非工作频率对应。例如，共模模式ER2可以这样的方式移动，即，使共模模式ER2的频率远离所有的轴向共振模式AS1...AS4。
在图4中表示了上述两种设计情况。在图4中虚线表示共模模式ER2和推挽模式ER3未漂移的频率，也就是说没有耦合环10、11时得到的频率。用实线表示共模模式ER2和推挽模式ER3已移动的频率以及轴向共振模式AS1...AS4。箭头A和B表示频率漂移。在这里，只是为了看得更加清楚起见在图4中将轴向共振模式AS3和已移动的推挽模式ER3并列地表示。与之不同，这些频率彼此可以有微量的差异或甚至可能互相是一致的。
在最简单的情况下，耦合环10、11的调谐以这样的方式进行，即，使得两个端环模式ER2、ER3有与天线杆9的非共振频率AS1...AS4对应的频率。在这种情况下，尤其端环模式ER2、ER3仅以小的程度激励以及在磁共振成像时它们没有干扰。
但与之不同，也可以有针对性地利用端环模式ER2、ER3。图5示意表示端环模式ER2、ER3多种原则上彼此独立的利用可能性。
若端环模式ER2、ER3的频率之一(可例如借助推挽模式ER3说明)与天线杆9的共振频率相应(或处于其附近)，则鸟笼式谐振器可以有一个馈出装置14和一个设在馈出装置14下游的评估装置15。在这种情况下，可借助馈出装置14从端环1、2(或与之不同从耦合环10、11)直接馈出和解调由端环1、2接受的磁共振信号。也就是说可以直接馈出和解调一个电信号，它的频率与鸟笼式谐振器当时的工作频率相应，因此与轴向共振模式AS1...AS4之一的频率相应并因而必要时与当时的端环模式ER3的频率相应。在图5中用S表示的解调后的信号输入评估装置15，该评估装置15在这种情况下当磁共振成像时可以考虑此信号S。
按类似的方式也可以从端环1、2和/或耦合环10、11馈出一个其频率与鸟笼式谐振器的所有工作频率不同的电信号。例如一个(在图5中未表示的)局部线圈可以将接收的磁共振信号转换为共模模式ER2的频率，并因而在不干扰天线杆9接收工作的情况下将其测量信号经端环1、2或耦合环10、11和馈出装置14传输给评估装置15。也可以接收其他任何信号，例如应答器的识别信号。
最后，按图5鸟笼式谐振器可以有一个馈入装置16，借助它可将电能馈入端环1、2和/或耦合环10、11。所述的馈入优选地用端环模式ER2、ER3之一的频率进行，其中，该馈入频率与天线杆9的非共振频率AS1...AS4相应。
借助按本发明的鸟笼式谐振器，可以与轴向共振模式AS1...AS4无关地有针对性地影响端环模式ER1...ER3。因此，与传统的鸟笼式谐振器相比，按本发明的鸟笼式谐振器有卓越的工作特性。
以上说明仅用于说明本发明。而本发明的保护范围应仅通过所附权利要求书确定。

Claims (5)

1.一种应用于磁共振的鸟笼式谐振器，其中
-该鸟笼式谐振器有一个第一端环(1)和一个第二端环(2)，它们在互相平行彼此相隔距离的端环平面(3、4)内延伸，
-所述端环(1、2)有端环中心(5、6)，
-所述端环中心(5、6)相互的连线(7)确定鸟笼式谐振器的天线轴线(8)，该天线轴线(8)与端环平面(3、4)正交，
-所述鸟笼式谐振器有一些天线杆(9)，它们有规律地绕天线轴线(8)分布，
-每根天线杆(9)从第一端环(1)延伸到第二端环(2)，
-所述鸟笼式谐振器除了所述端环(1、2)外还有一个第一耦合环(10)和一个第二耦合环(11)，
-第一耦合环(10)在一个与天线轴线(8)正交的第一耦合环平面(12)内环绕天线轴线(8)并与第一端环(1)相隔距离但与之耦合，
-第二耦合环(11)在一个与天线轴线(8)正交的第二耦合环平面(13)内环绕天线轴线(8)并与第二端环(2)相隔距离但与之耦合，以及
-所述第一和第二耦合环(10、11)彼此调谐为，使所述端环(1、2)在与没有耦合环(10、11)时相比不同的频率共振，
其特征为：
-所述端环(1、2)互相耦合，从而使它们作为共同的本征模式(ER2、ER3)有一种带有共模频率的共模模式(ER2)和有一种带有与共模频率不同的推挽频率的推挽模式(ER3)，
-所述耦合环(10、11)彼此调谐为，使其中一种本征模式(ER2、ER3)的频率与天线杆(9)的非共振频率(AS1...AS4)对应，以及
-所述鸟笼式谐振器有一个馈入装置(16)，借助该馈入装置(16)可以所述具有与天线杆(9)的非共振频率(AS1...AS4)对应频率的那种本征模式(ER2、ER3)的频率向所述端环(1、2)内馈入电能。
2.接照权利要求1所述的鸟笼式谐振器，其特征为，其频率与天线杆(9)的非共振频率(AS1...AS4)对应的本征模式(ER2)是共模模式(ER2)。
3.接照权利要求1或2所述的鸟笼式谐振器，其特征为，所述耦合环(10、11)彼此调谐为，使其中一种本征模式(ER2、ER3)的频率处于天线杆(9)的一个共振频率(AS1...AS4)附近。
4.接照权利要求2或3所述的鸟笼式谐振器，其特征为，所述其频率处于天线杆(9)的一个共振频率(AS1...AS4)附近的本征模式(ER3)是推挽模式(ER3)。
5.接照权利要求1至4之一所述的鸟笼式谐振器，其特征为，所述鸟笼式谐振器有一个馈出装置(14)和一个设在该馈出装置(14)下游的评估装置(15)；借助该馈出装置(14)，可从所述端环(1、2)馈出和解调在该端环(1、2)内以其中一种本征模式(ER2、ER3)的频率振荡的电能；以及，由该端环(1、2)馈出并解调的信号(S)可由所述评估装置(15)评估。
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