专利名称：包括跳陷电路的mri的rf天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括去耦电路的RF天线或线圈，所述去耦电路用于在如下情况下将RF天线或线圈从另一 RF天线或线圈电磁去耦，S卩:当所述另一 RF天线或线圈工作时；以及当这两个RF天线或线圈邻近彼此布置使得在没有去耦电路的情况下，这两个RF天线或线圈之间的耦合必须被考虑时，其中，所述耦合可能导致所接收和/或发射的RF信号的信噪比的下降，或者所述耦合可能导致其他有害效应。此外，本发明涉及一种RF发射/接收天线装置，其尤其用于MR (磁共振)成像系统或扫描器，其中，所述RF发射/接收天线装置包括:RF发射天线或线圈，其优选被提供仅用于发射RF信号；以及RF接收天线或线圈，其优选被提供仅用于接收MR信号(即，“专用”RF天线或线圈)，其中，以如上所述的RF天线或线圈的形式提供这些RF天线或线圈中的至少一个。最终，本发明涉及一种MR成像系统或扫描器，其包括如上文提到的RF天线或线圈或者如上文提到的RF发射/接收天线装置。对于MR成像系统或扫描器而言，RF天线通常被称为RF线圈。然而，根据本发明的RF天线的应用并不限于MR成像系统或扫描器，而是也能够用在其他RF系统中，在所述RF系统中，RF天线必须如上所述从彼此去耦。
背景技术：
在MRI系统或MR扫描器中，检查对象，通常为患者，暴露于均匀主磁场(Btl场)，使得所述检查对象之内的核子的磁矩趋向于围绕所施加的Btl场的轴进行旋转(拉莫尔进动)，其中所有核子的特定净磁化平行于Btl场。进度的速率被称为拉莫尔频率，其取决于所涉及的核子的特定物理特性以及所施加的Btl场的强度。通过发射借助RF发射线圈或天线生成的正交于Btl场的RF激励脉冲(B1场)以及匹配感兴趣核子的拉莫尔频率，激励核子的自旋并将其引入到一相位，并获得所述自旋的净磁化从Btl场的方向的偏移,从而生成相对于净磁化的纵向分量的横向分量。在终止RF激励脉冲之后，净磁化的纵向分量和横向分量的弛豫过程开始，直到净磁化已经返回到其平衡状态。借助RF接收天线或线圈检测由弛豫过程发出的MR弛豫信号。所接收的MR信号，其是基于时间的幅度信号，被傅立叶变换为基于频率的MR谱信号，并且被处理以生成检查对象之内的感兴趣核子的MR图像。以上RF (发射和/或接收)天线或线圈两者都能够以所谓MR体线圈(也被称为全身体线圈)的形式来提供，其被固定安装在用于对整个检查对象成像的MRI系统的检查空间之内；以及作为所谓的MR表面线圈来提供，其被直接布置在待检查的局部区域或面积上，并且其以柔性盘或套管或笼子(例如，头部线圈或鸟笼线圈)的形式进行构造。能够根据本发明提供所有这些RF天线或线圈。一般而言，能够在用于发射和接收两者的RF发射/接收天线或线圈与包括专用RF发射天线或线圈和专用RF接收天线或线圈的RF天线装置之间进行区分，所述专用RF发射天线或线圈和专用RF接收天线或线圈每个分别仅用于RF激励脉冲的发射和仅用于MR信号的接收。在后者的情况下，即本发明尤其所涉及的，可能引起这样的问题，即:RF天线或线圈中的每一个，在其他RF天线或线圈被操作用于RF信号发射或RF信号接收期间，由于例如它们在MR成像系统或扫描器之内邻近定位或者由于其他原因，而与这一其他RF天线或线圈电磁耦合。在MR相关的现有技术中，通常是对在两个RF天线或线圈中的每一个工作期间对所述两个RF天线或线圈中的每一另一个去谐，以便避免或降低这两者之间的耦合，以及以便在借助RF发射天线或线圈发射相对强的RF激励信号期间保护敏感的接收器电路，和/或防止在借助RF接收天线或线圈接收这些信号期间劣化MR弛豫信号的信噪比(SNR)。最终，鉴于检查空间的形状，能够区分两种类型的MRI系统或MR扫描器。第一种是所谓的开放MRI系统(竖直系统)，其包括检查区，所述检查区位于竖直C臂装置的各端之间。第二种是MRI系统，即所谓轴向MRI系统，其包括水平延伸的管状或螺旋状检查空间。根据本发明的RF天线或线圈能够用在这两种系统中。
发明内容
一般而言，为了对以上RF天线或线圈从彼此去耦，能够将二极管串接至RF天线或线圈的共振导体结构的导体中的至少一个，所述二极管在正向或反向方向被偏置，由此分别实现导通或非导通元件。为了对相关的RF天线或线圈去谐，串接的二极管被偏置为非导通，从而偏移RF天线或线圈的共振频率，并借此将RF天线或线圈从其他的一个去耦。然而，在这样的二极管串接的情况下，以及当应用用于发射信号的RF天线或线圈时，二极管在RF发射期间处在导通状态中，从而其必须能够承载高电流(通常大于50A)，并且耗散对应的高功率。由于这些高电流，若干高功率二极管必须被并接，然而，必须适当地选择这样的二极管，使得避免在并接二极管之间的非均等的电流分布。此外，在非导通状态中，其中，二极管被用于对RF天线或线圈去谐，常常引起这样的问题，即，相关RF天线或线圈并未被充分去谐。这是由于处在反转或关闭状态(非导通)的二极管呈现电容，其通过其阻抗阻止RF电流，但并接越多的二极管，这种电容越大，并且阻止RF电流的阻抗越小。结果，相关RF天线或线圈的共振频率因此被较小的偏移，并且借此，RF天线或线圈被充分去谐，并因此从其他RF天线或线圈不充分地去耦。或者，对于将二极管并接于RF发射天线或线圈的共振导体结构中的情况，二极管在RF发射期间被反向偏置并且是非导通性的，从而其必须能够承受高电压。这需要对二极管的高的要求，由此导致高的成本。本发明的一个目标是提供在导言部分提到的RF天线或线圈，其能够从邻近的其他RF天线或线圈被有效地去耦，而不会引起以上解释的问题。这一目的是根据权利要求1实现的，通过包括共振导体结构的RF天线或线圈，用于在RF天线或线圈的工作期间在用于发射和/或接收RF信号的所述RF天线或线圈的共振频率处激励共振RF电流，其中，所述共振导体结构包括跳陷电路(trap circut)，其被串接至共振导体结构中的一个导体并且包括由如下提供的第一导体环:-并接的第一导体和第二导体，其中:-至少一个电抗元件被串接至第二导体中的，或者至少两个电抗元件的至少一个并接被串接至第二导体中，以及-开关，其被串接至第二导体并且被并接于电抗元件中的至少一个，用于在开关的导通状态中对至少一个电抗元件进行短路，其中，选择至少一个电抗元件的电感和/或电容，使得:-当开关被切换到其非导通状态时，所述跳陷电路能够在跳陷共振频率处共振，所述跳陷共振频率至少基本等于RF天线或线圈的共振频率，从而在RF天线或线圈的共振频率处的共振RF电流被跳陷电路陷获，并且-当开关被切换到其导通状态时，所述跳陷共振频率不能够被激励，从而能够在共振导体结构中激励RF天线或线圈的共振频率处的共振RF电流。换言之，在开关(其能够是微机械开关或者半导体开关，特别是二极管)的非导通状态中，通过所述跳陷电路的跳陷共振获得去耦，所述跳陷电路通过其高阻抗阻断RF天线或线圈的共振导体结构的所述导体，并借此通过将其共振频率抑制或偏移到一个或多个其他频率，来对RF天线或线圈去谐。这种去谐远比上文解释的在非导通状态中使用若干并接二极管的情况更为有效。在开关的导通状态中，不能够激励所述跳陷共振，因为跳陷电路的至少一个电抗元件被开关短路，使得跳陷电路的阻抗至少在RF天线或线圈的共振频率处是低的，并且RF天线或线圈的共振导体结构未被有效阻断，从而能够激励RF天线或线圈的共振频率处的RF电流。除了改善的去谐，这一解决方案还具有进一步的优点，S卩，在开关的导通状态中，其中，RF天线或线圈工作在其(原始)共振频率，由于在第一和第二导体上的共振电流的分布，通过开关的共振电流被减小到大约一半或更少。根据本发明的RF天线或线圈优选被用作RF发射天线或线圈，其用于在RF信号接收期间将该RF发射天线或线圈从RF接收天线或线圈去耦。根据本发明的RF天线或线圈还能够被用作RF接收天线或线圈(用于在RF信号发射期间对其进行去谐)，然而，减小由开关承载的共振电流(特别是在像二极管的半导体开关的情况下)以及由此降低对RF发射线圈的特殊要求，因为在RF接收线圈中，这些共振电流是相当小的。最终，本发明的原理还能够被用在被提供用于MR成像之外的其他应用的RF发射和/或接收天线中。独立权利要求公开了本发明的有利实施例。根据权利要求2的实施例的优点在于，通过第二导体环，获得了针对跳陷电路的增加的电感(亦即，与第一导体环一起)，从而这两个环共同的延展能够保持比在使用仅一个这样的环的情况下的(第一)导通环的延展较�。渲校礁�(或者超过两个)导体环能够都具有相同或不同的尺寸和/或延展。此外，通过第二导体环，将通过处在其导通状态中的开关的共振电流进一步降低到大约三分之一或更少。通过相同的方式，借助与第一导体并接的其他导体可以提供第三和其他导体环。提供根据权利要求3的实施例用于具有分离控制端的半导体开关。根据权利要求4，半导体开关的优选实施例是二极管，特别是PIN 二极管。对于这样的二极管，相对于通过所述开关的RF天线或线圈的共振电流的降低的优点尤其相关，因为由于降低了导通状态中的电流，不必将若干二极管并接，并且避免了上文提到的相关问题。根据权利要求6，电抗元件是电容器或电感器，其中，在超过一个电抗元件的情况下，每个这样的元件能够是电容器或电感器。一般而言，对(一个或多个)电抗元件的种类、其数量以及其电容和电感的选择，分别取决于至少一个导体环的电感和处在其非导通状态中的半导体开关的可能电容，使得获得具有跳陷共振频率的跳陷电路，所述跳陷共振频率至少基本等于RF天线或线圈的共振频率。根据权利要求7和8，提供了其他电抗元件，用于对跳陷共振频率进行适当地调谐。根据权利要求9, RF天线或线圈优选是TEM类型或微带(micro-strip)天线或线圈，其基于TEM或微带设计，因为这样的设计通常提供一几何结构和半导体带或线的宽度(与导体丝相比)，其足以将形成一个(或多个)导体环的两个(或更多个)并接导体容易地合并，以实现根据本发明的跳陷电路。无论如何，跳陷电路还能够被并入到具有像导体丝的其他种类的导体的其他天线或线圈设计中。权利要求10和11公开了包括根据本发明的RF天线的有利RF发射/接收天线装置。最后，权利要求12公开了包括根据本发明的RF天线的MR成像系统或扫描器。应当认识到，能够在不背离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，以任意的组合方式来组合本发明的各特征。根据下文参考附图给出的对本发明的优选和示例性的实施例的描述，本发明的其他细节、特征和优点将变得显而易见。
图1示出了表示第一开关状态的根据本发明的跳陷电路的第一实施例；图2示出了用于表示第二开关状态的根据图1的第一实施例；图3示出了根据本发明的跳陷电路的第二实施例；图4示出了根据本发明的跳陷电路的第三实施例；图5示出了根据本发明的跳陷电路的第四实施例；图6示出了根据本发明的跳陷电路的第五实施例；图7示出了根据本发明的跳陷电路的第六实施例；图8示出了根据本发明的一般化的跳陷电路；图9示意性示出了并入根据本发明的跳陷电路的第一 TEM类型的共振器；图10示意性示出了并入根据本发明的跳陷电路的第二 TEM类型的共振器；图11示出了分别处在调谐和去谐状态的根据图9的共振器的输入阻抗的示意图；图12示出了处在调谐状态的根据图9的共振器的模拟磁场的示意图；图13示出了处在去谐状态的根据图9的共振器的模拟磁场的示意图；图14示出了具有处在调谐状态的额外电感器的根据图9的共振器的模拟磁场的示意图；以及图15示出了具有处在去谐状态的额外电感器的根据图9的共振器的模拟磁场的示意图。
具体实施例方式在所有附图中，利用相同或对应的参考标记表示相同或对应的部件或要素。在本申请中，将(电抗)元件(或开关)串接或耦合到导体意味着相关的导体被电阻断，并且如下文参考图1到10的指示和解释通过元件(或开关)来桥接所述阻断。—般而言，第一 RF天线或线圈从第二 RF天线或线圈的去耦是通过跳陷电路(去耦电路)在其跳陷共振处共振时的已知高阻抗以及在其中实现跳陷电路的第一 RF天线或线圈的所得到的去谐来获得的。所述跳陷电路被串接或耦合(例如，借助电容器)到RF天线或线圈的共振导体结构的导体中。为了方便标记尺寸，跳陷电路优选由两个导体环和至少一个电抗元件形成，所述至少一个电抗元件被串接至形成导体环的导体中的至少一个，其中，至少一个电抗元件中的每个由至少一个电容器和/或至少一个电感器形成，如果适用的话，所述电容器和/或电感器能够被并接或串接。基于两个导体环(尤其相对于几何条件)的给定大小和给定尺寸，以及其电感和处在非导通状态中的半导体开关的可能电容，选择所述至少一个电抗元件，使得跳陷共振至少基本等于处在其调谐状态中的RF天线线圈的共振频率。为了在调谐状态与去谐状态之间切换RF天线或线圈，所述跳陷电路包括开关，优选包括如二极管的半导体开关，其与电抗元件中的至少一个并接，并且其能够在导通状态与非导通状态之间进行切换，其中，所述导通状态对电抗元件进行短路并借此对跳陷电路去谐或去激活，并且非导通状态使得能够激励跳陷共振并借此激活跳陷电路以及随后对RF天线或线圈进行去谐。尤其是在具有共振导体结构的RF天线或线圈的情况下，其包括带线或带导体(如,例如在印刷电路板上的导体结构中),如在图1到10中示意性指示的，而非导体丝，还优选的是，跳陷电路的导体是通过如下方式形成的，即，通过以所述至少一个导体环的形式相应地成形RF天线或线圈的共振导体结构的给定导体(或者其部分)中的一个，以及通过向其中串接如上文和下文公开的至少一个电抗元件。出于上述原因，优选提供根据本发明的跳陷电路用于在MR信号接收期间对RF天线或线圈去谐。在下文图1到图8中，示出了在根据本发明的各种实施例中的仅跳陷电路，而RF天线或线圈(在这些附图中以点的形式指示)的其他部分未示出并且能够被设计为本领域已知的。然而，如图1到图8中示出的相同和其他实施例也能够借助导体丝实现，所述导体丝以所指示的两个导体环的形式或者以一个或超过两个导体环的形式来提供。此外，所有导体环能够具有与图1到图8中示出的那些不同的大小和/或延展和/或其他形式或形状(如弯曲、环形、椭圆形等)，只要它们提供与适当的选定电抗元件组合的电感，以及提供处在其非导通状态的开关的可能电容提供跳陷共振，所述跳陷共振至少基本等于如上文所解释的处在其调谐状态的RF天线或线圈的共振。图1和图2示出了以第一实施例的形式的根据本发明的跳陷电路的一般结构，其是RF天线或线圈的共振导体结构的部分，在这些附图中其由“RFC”表示。所述跳陷电路优选借助电容器Crl、Cr2、Cr3、Cr4串联耦合到RF天线或线圈RFC的共振导体结构中，优选提供所述电容器用于调谐RF天线或线圈的共振频率，用于一般已知的RF/MR信号发射和/或接收。跳陷电路优选包括第一导体11、第二导体12和第三导体13，其借助第四导体14和第五导体15并接，从而形成两个导体环。如上文所提到的，还有超过三个导体能够并接或以另一方式连接，从而形成具有相同或不同尺寸的超过两个导体环。这适用于下文解释的所有实施例，以及用于任何其他实施例。此外，提供了二极管D (优选PIN 二极管)形式的半导体开关与电抗元件Rx (参见图8)的并接，所述电抗元件Rx在根据图1到图6的实施例中是第一电容器Cl，其中，这种并接优选被串接至三个并接导体11、12、13中的一个，优选被串接至第二或中间导体12，第二或中间导体被布置在第一导体11与第三导体13之间，并由此是两个导体环的公共导体。在图1和图2中，还由箭头(其由“RC”指示)指示了跳陷电路中的电流分布，分别源自二极管D的导通和非导通状态。更具体而言，图1示出了二极管D的导通状态，其中，利用正向方向的DC电流供应二极管D，使得第一电容器Cl被短路。在图2中，由箭头RC指示电流分布，用于非导通状态，其中，二极管D被DC电压反向偏置，亦即，在相对或反向方向上偏置，使得第一电容器Cl是有效的。在根据图1的导通状态中，由RF天线或线圈RFC的共振电流来确定通过跳陷电路的总电流。这一总电流在所述跳陷电路的三个并接导体11、12、13上基本均匀分布。借此，通过二极管D的电流相比于总电流被显著减�。嗉矗谥付ǖ娜霾⒔拥继宓那榭鱿卤患跣〈笤既种�。在二极管D的这一导通状态中，跳陷电路具有低阻抗并且RF天线或线圈能够以其预期共振频率工作于调谐状态工作，用于发射(或接收)RF信号。在根据图2并且如由箭头RC指示的二极管D的非导通状态中，例如“蝶型”电流模式形式的跳陷共振由第一电容器Cl (以及由其适当选择的电容)进行调谐，并且在三个并接导体11、12、13中进行激励，其中，在第一导体11和第三导体13 (外部导体)中的电流遵循与第二导体12中的电流的方向相反的方向(中间或内部导体，其对于两个导体环而言是公共的)。通过这种跳陷共振，跳陷(或者去耦)电路形成高阻抗，从而其有效陷获或阻断或者至少降低以其以上共振频率通过共振导体结构的导体的RF天线或线圈的任何电流，跳陷电路被串接至所述共振导体结构中，并且借此抑制共振频率。可能的是，并非这种原始共振频率，在RF天线或线圈中可以发生一个或多个其他共振频率，这取决于RF天线或线圈的共振导体结构之内的跳陷电路的位置，以及被跳陷电路的高阻抗电分离的其余导体结构的共振属性。为了将这些其他共振频率充分偏离原始共振频率(如果必要的话，为了获得充分的去耦)，适当地选择RF天线或线圈的导体结构之内的跳陷电路的位置，和/或将超过一个跳陷电路在不同位置被连接至RF天线或线圈的共振导体结构中。借此，在RF发射天线或线圈的情况下，后者能够被从RF接收天线或线圈适当地去耦，从而RF信号能够由后者接收，使得相比于去谐的RF发射天线或线圈充分增加信噪比(SNR)0一般而言，已经表明，在大多数情况下，并且基于MR技术中RF和MR信号的给定共振频率范围，考虑MR成像系统或扫描器的周围几何条件，跳陷电路的导体环能够首先被成形并且被尺寸设计，并且然后需要的跳陷频率能够通过相应地选择与二极管D并接的第一电容器Cl的电容来调谐，而无需在跳陷电路中的任何其他电抗元件，特别是在如图1中指示的所提供的两个导体环的情况下。然而，为了更进一步降低通过二极管D的电流，如果需要，能够将额外的电感器串接至二极管D (或者，换言之，串接至包括二极管D的导体中)。在这种情况下，优选使得与二极管D并接的第一电容器Cl的电容对应较�。员惚３痔莨舱癫槐�。图3到8图示出了根据本发明的跳陷电路的另一实施例。在这些实施例中，还指示了示意性端B，其用于将正向和反向DC偏置电压或电流连接至二极管D。更具体而言，图3示出了跳陷电路的第二实施例，再次包括第一导体11、第二导体12和第三导体13，其借助第四导体14和第五导体15被彼此并接，其中，第二或中间导体12包括如上参考图1和图2解释的二极管D和第一电容器Cl的串联的并接。另外，图3示出了 DC阻断电容器形式的第二电容器C2，其将第二电容器12的第一端与第四导体13连接(或者被串接至二极管D与第二导体12的这一第一端之间的第二导体12的部分，其在电气上是相同的)。此外，在DC阻断电容器C2的两侧，提供连接端B，用于针对二极管D施加DC偏置电压或电流。通常，选取这样的DC阻断电容器的电容，使得(特别是足够大的)RF天线或线圈的共振电流以及跳陷共振频率不受或者基本不受影响。除了这种DC阻断电容器C2和用于施加DC偏置电压或电流的连接端B，这一实施例与图1和2中示出的第一实施例相同。图4示出了根据本发明的跳陷电路的第三实施例。相比于图3中的第二实施例，这一第三实施例额外地包括第一电感器LI,优选为集总电感器,其将第二导体12的第二端与第五导体15连接(或者被串接至二极管D与第二导体12的这一第二端之间的第二导体12的一部分，其在电气上是相同的)。如上所述，通过这样的电感器LI，降低了第二导体12中的RF天线或线圈的调谐状态(即，二极管D的导通状态)期间的电流，而第一导体11和第三导体13中的电流却增加。因此，能够使用甚至更小的二极管D。然而，如上所述，针对二极管D的非导通状态，与二极管D并接的第一电容器Cl的电容必须被重新调节，以便补偿额外的电感器LI，并保持上文解释的用于对RF天线或线圈去耦的跳陷共振不变。图5示出了根据本发明的跳陷电路的第四实施例，其中，相比于图1和图2中所示的第一实施例，第三电容器C3被串接至第一导体11，并且第四电容器C4被串接至第三导体
13。通过适当地选择这些电容器C3、C4的电容，连同与二极管D并接的第一电容器Cl，能够调谐处在二极管D的非导通状态的跳陷共振。此外，第三电容器C3和第四电容器C4能够额外地具有DC阻断电容器的功能，从而能够提供在第一到第三导体11、12、13中的一个的相对端处或者在第四导体14和第五导体15中的每个处的两个连接端B，用于如上所述在二极管D处施加DC偏置电压或电流。图6示出了根据本发明的跳陷电路的第五实施例，其中，相比于根据图5的第四实施例，第二电感器L2，优选为泵电感器的形式，被串接至二极管D与第二导体12的第一端之间的第二导体12的部分(或者其将第二导体12的第一端与第四导体14连接，其在电气上是相同的)。此外，提供第五电容器C5，其将第二导体12的第二端与第五导体15连接(或者被串接至二极管D与第二导体12的这一第二端之间的第二导体12的部分，其在电气上是相同的)。
分别在二极管D与第五电容器C5之间的第二导体12处以及在第四导体14处提供用于针对二极管D施加DC偏置电压或电流的连接端B。通过第二电感器L2，通过第二导体12和通过二极管D的在调谐状态期间的电流被再次降低，并且在第一导体11和第三导体13中相应地增加。再次提供第三电容器C3、第四电容器C4和第五电容器C5，连同与二极管D并接的第一电容器Cl，以便在二极管D的非导通状态期间对跳陷共振进行调谐。此外，所述第三电容器C3、第四电容器C4和第五电容器C5中的至少一个能够额外地实现DC阻断电容器的功能，用于在连接端B处针对二极管D施加DC偏置电压或电流。图7示出了根据本发明的跳陷电路的第六实施例。相比于图1到图6中示出的实施例，其中，与二极管D并接的电抗元件仅仅是第一电容器Cl，在根据图7的实施例中，这一电抗元件是第一电容器Cl与第三电感器L3的串接。提供第三电感器L3，连同其他电抗元件Cl、C3、C4、C5和L2 (其被连接至上文参考图3到图6解释的跳陷电路中)，使得当二极管D处在非导通状态时，能够激励跳陷共振，其有效地陷获或阻断RF天线的共振电流，并借此如上所述对这一 RF天线或线圈进行去谐。图8示出了根据本发明的一般化的跳陷电路，其中，指示了电抗元件Rx的各种可能位置，所述电抗元件Rx被串接至第一导体11、第二导体12和第三导体13中的至少一个并且并接于二极管D。每个电抗元件Rx能够是至少一个电容器C和/或至少一个电感器L和/或至少一个电容器和/或至少一个电感器的串接和/并接。还可能的是，如果处在其非导通状态的二极管D的电容足够大以获得需要的跳陷共振频率，所有的电抗元件，只要提供了它们，仅仅是电感器，并且不包括任何电容器。如果至少一个导体环的电感足够大以获得预期的跳陷频率，相同地仅相应地应用电容器形式的电抗元件。如果提供在跳陷电路之内的任意位置处的电容器，用于仅避免DC偏置电压/电流源的短路(即，“DC阻断电容器”)，但不用于调谐跳陷频率，通常选取这样的电容器的电容，使得(尤其是足够大，或者具有适当小的值，取决与其他电抗元件Rx)通过跳陷电路的RF电流和跳陷共振频率不受或者基本不受影响。然而，电容器C3、C4、C5和其他电容器，其被用于调谐跳陷频率，也能够被额外地用作DC阻断电容。结果，能够实现包括连接端B的位置的多种配置，用于在反向方向针对二极管D施加DC偏置电压/电流以及/或者在正向方向供应DC电流。图9示出了已知TEM类型共振器(由“RFC”表示)形式的RF天线的第一实施例，其被并入到根据本发明的跳陷电路中。基于所指示的笛卡尔系统，假设处在z=0的x/y平面中，电导通表面形式的地平面或掩蔽物(screen)延伸，并且TEM类型的共振器的共振导体结构在z>0的这样地平面上方的x/y平面中延伸。另外，共振导体结构包括现有技术中如下形式的已知的至地平面的连接:连接至在第一侧处的第一地平面Cgpl ;以及在主导体结构的相对第二侧的第二地平面连接Cgp2。TEM共振器的共振器导体结构包括根据本发明的跳陷电路，亦即，第一导体11、第二导体12和第三导体13，其借助第四和第五导体14、15并接，用以提供上文相对图1到图8描述的两个导体环。再次向第二导体12串接上文相对于图1到图8解释的二极管D和电抗元件Rx的并接。跳陷电路被优选借助第一电容器Crl、第二电容器Cr2、第三电容器Cr3和第四电容器Cr4与TEM共振器的共振导体的其他部分连接，如相对于图1指示和解释的，用于调谐TEM共振器的共振频率。图10示出了并入根据跟发明的跳陷电路的已知TEM类型的共振器RFC形式的RF天线的第二实施例。在图9中相同或对应的部分中的每个利用相同的参考标记表示，使得仅需要解释两个实施例之间的差异。在这一实施例中，从现有技术中提供在z>0的x/y平面中的TEM共振器的共振导体结构，并且其地平面连接Cgpl、Cgp2之一以根据本发明的跳陷电路的形式提供。跳陷电路再次包括由第一导体11、第二导体12和第三导体13形成的两个导体环，其中，再次向第二导体12串接二极管D和电抗元件Rx的并接。在其各端之一处，将第一导体11、第二导体12和第三导体13与x/y平面中的共振导体的一部分连接，其中，借助第五导体15连接这些导体的相对的另一端，其在z=0处与地平面连接。为了简单清晰起见，在图9和图10中，都没有指示各种其他电抗元件Rx，其能够被连接至根据本发明以及如图8中所指示的跳陷电路，也没有指示用于在二极管D处施加DC偏置电压/电流的连接端B。图11 (A)示出了针对调谐状态的在根据图9的TEM的频率f上的输入阻抗Z的示意图，其中，二极管D处在导通状态。在TEM共振器的共振频率fr处，这一输入阻抗Z已经被测量小于0.20hm (欧姆)。图11 (B)示出了针对去谐状态的这一输入阻抗Z，其中，二极管D处在非导通状态，并且跳陷电路在其跳陷频率(其与TEM共振器的共振频率fr基本相同)处共振。在这种情况下，已经测量输入阻抗Z大于在这一共振频率处的6k0hm。图12示出了在y/z平面中处在调谐状态中的根据图9的TEM共振器的模拟磁场强度H的示意图。在以上跳陷电路的第一到第三导体11、12、13上的电流分布能够被在这一示意图中识别为接近均匀。与此相比，图13示出了调谐状态中的磁场强度H，S卩，二极管是非导通的，其中，生成蝶型电流模式。图13示出了，相比于图12中指示的TEM共振模式中的磁场强度，这一磁场强度显著较小并且随着距导体的距离更快速的下降。应当认识到，在图12中，磁场强度H的尺度具有导体结构与地平面(暗区域)之间的100A/m的最大值，而在图13中，这种尺度具有仅大约5.6A/m的最大值。如果像第一电感器LI或第二电感器L2的导体被分别并入到如在图4、图6和图7中示出的第二导体12中，减小通过这种第二导体12电流(以及借此减小通过二极管D的电流)，并且在调谐状态中增加通过第一导体11和第三导体13的电流。这能够在根据图14的TEM共振器的模拟磁场强度的示意图中识别，以相应地降低在这种第二导体(中间)导体处的磁场强度H，以及相比于图12的在第一和第三导体处的增加的磁场强度。在根据图5的去谐状态中，相比于图13，通过这样的额外的电感器，磁场强度基本未改变，其导致在去谐状态没有这样的电感器L1、L2的情况。在图14和图15中的磁场强度H的最大尺度分别与图12和图13中的相同。根据本发明的跳陷电路的有效性已经通过实验被验证，其中，已经针对大约105MHz的共振频率构造了根据图9的TEM共振器并且拾取线圈已经被接近这样的TEM共振器进行放置。在TEM共振器的调谐状态(其中跳陷电路的二极管D是导通的)中，TEM共振器与拾取线圈之间的耦合是大约_20dB。通过对TEM共振器去谐(通过将二极管DC偏置为非导通)，105MHz的原始共振频率已经被偏移到在大约77MHz处的较低共振频率和大约121MHz的较高共振频率。借此，在105MHz的原始共振频率处的耦合被降低大约_84dB，即，所述耦合被降低64dB。此外，不能够检测到跳陷共振的不利效应。尽管已经在附图和前述说明中详细图示和描绘了本发明，这样的图示和描绘应当被理解为是例示性的或示范性的，而非限制性的，并且本发明并不限于所公开的实施例。在不背离权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以实现前文描述的本发明的各种实施例。这尤其适用于二极管D，除此之外，能够使用另一种半导体开关或微机械开关，以及用于相关RF天线的共振导体结构，其能够被提供用作导体丝，而非带线或带导体。本领域技术人员在实践所做主张的本发明的过程中，通过研究附图、公开文本和权利要求书，能够理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求书中，“包括”一词并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。事实上，在互不相同的独立权利要求中援引的特定措施并不指示不能够使用这些措施的组合以获益。
权利要求
1.一种包括共振导体结构的RF天线或线圈，用于在所述RF天线或线圈的操作期间在用于发射和/或接收RF信号的所述RF天线或线圈的共振频率处激励共振RF电流，其中，所述共振导体结构包括跳陷电路，所述跳陷电路被串接至所述共振导体结构的一个导体中并且包括由如下提供的第一导体环: -并接的第一导体(11)和第二导体(12)，其中: -至少一个电抗元件(Rx)被串接至所述第二导体(12)中，或者至少两个电抗元件(Rx)的至少一个并接被串接至所述第二导体(12)中，以及 -开关(D)被串接至所述第二导体(12)中并且被并接于所述电抗元件(Rx)中的至少一个电抗元件，用于在所述开关的导通状态中对所述至少一个电抗元件(Rx)进行短路，其中，选择所述至少一个电抗元件(Rx)的电感和/或电容，使得: -当所述开关被切换为其非导通状态时，所述跳陷电路能够在跳陷共振频率处共振，所述跳陷共振频率至少基本等于所述RF天线或线圈的所述共振频率，从而通过所述跳陷电路陷获在所述RF天线或线圈的所述共振频率处的所述共振RF电流，以及 -当所述开关被切换为其导通状态时，所述跳陷共振频率不能够被激励，从而能够在所述共振导体结构中激励在所述RF天线或线圈的所述共振频率处的所述共振RF电流。
2.根据权利要求1所述的RF天线或线圈，其中，所述跳陷电路包括第三导体(13)，所述第三导体形成具有所述第一导体(11)和所述第二导体(12)以及所述开关(D)和所述电抗元件(Rx)的两个导体环的部分。
3.根据权利要求2所述的RF天线或线圈， 其中，所述跳陷电路包括借助第三导体(13)和所述第二导体(12)提供的第二导体环，其中，所述第三导体(13)被并接于所述第二导体(12)，用于在所述开关处在其非导通状态中时实现对所述第一导体环和所述第二导体环之内的共振蝶型电流模式的激励。
4.根据权利要求1所述的RF天线或线圈， 其中，所述开关是半导体开关，其能够借助相关的控制电压在所述导通状态与所述非导通状态之间切换，所述相关的控制电压在所述半导体开关的控制端处施加。
5.根据权利要求4所述的RF天线或线圈， 其中，所述半导体开关是二极管(D)，并且其中，DC阻断电容器(C2)被连接至所述第一导体环中，使得在所述DC阻断电容器的端处，能够施加DC偏置电流或电压，用于分别在导通状态和非导通状态中操作所述二极管(D)。
6.根据权利要求4所述的RF天线或线圈， 其中，在所述非导通状态中，所述半导体开关具有电容，其以电容器的形式在所述第一导体环之内提供额外的电抗元件。
7.根据权利要求1所述的RF天线或线圈， 其中，所述至少一个电抗元件(Rx)中的每个是电容器(Cl、C2、C3、C4)或电感器(L1、L2)。
8.根据权利要求1所述的RF天线或线圈， 其中，向所述第一导体(11)中串接至少一个电抗元件(Rx)，或者串接至少两个电抗元件(Rx)的至少一个并接。
9.根据权利要求2所述的RF天线或线圈，其中，向所述第三导体(13)中串接至少一个电抗元件(Rx)，或者串接至少两个电抗元件(Rx)的至少一个并接。
10.根据权利要求1所述的RF天线或线圈， 其中，所述RF天线或线圈是TEM类型或微带天线或线圈，其中，所述第一导体环被串接至所述共振导体结构中或者提供所述共振导体结构到所述TEM类型或微带天线的地平面或掩蔽物的连接。
11.一种包括RF发射天线或线圈和RF接收天线或线圈的RF发射/接收天线装置，这些RF天线或线圈中的至少一个被以根据权利要求1到10中的至少一项所述的RF天线或线圈的形式提供。
12.根据权利要求11所述的RF发射/接收天线装置， 其中，以根据权利要求1到9中的至少一项所述的RF天线或线圈的形式提供所述RF发射天线或线圈，用于通过将所述开关切换到其非导通状态在RF信号接收期间将所述RF发射天线或线圈从所述RF接收天线 或线圈去耦。
13.一种包括根据权利要求1到10中的至少一项所述的RF天线或线圈的MR成像系统或扫描器。
全文摘要
公开了一种包括具有并接共振跳陷电路的去耦电路的RF天线或线圈，其用于在两个RF天线或线圈被邻近彼此布置使得在无去耦电路、两个RF天线或线圈之间的耦合必须被考虑的情况下对所述RF天线或线圈去耦，其中所述耦合可能导致所接收的和/或所发射的RF信号的信噪比的下降，或者可能导致其他有害效应。此外，公开了尤其用于MR(磁共振)成像系统或扫描器的RF发射/接收天线装置，其中，所述RF发射/接收天线装置包括RF发射天线优选仅提供用于发射RF信号，以及RF接收天线或线圈，其优选仅提供用于接收MR信号(即，“专用”RF天线或线圈)，其中，为这些RF天线或线圈中的至少一个配备根据本发明的去耦电路。
文档编号G01R33/36GK103180748SQ201180051305
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年10月26日
发明者O·利普斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
