本發明涉及磁共振成像領域。特別地，本發明涉及用于磁共振成像設備的射頻天線系統的領域。
背景技術：
：：1、每一個磁共振成像設備都有一部分是用于接收和轉換磁共振信號的射頻天線系統。該射頻天線系統包括射頻線圈、匹配網絡、前置放大器以及模數轉換器。在磁共振成像中，系統集成的體線圈為自旋系統生成激勵磁場，從而引起前面的弛豫。凈磁化的進動經由電磁感應在射頻線圈中感應出電流。射頻線圈通常包括具有電感和線圈電阻的導線。像任何射頻操作的系統一樣，射頻天線系統易受噪聲影響。因此，最重要的要求是實現最小噪聲系數。如果源阻抗與前置放大器的噪聲阻抗相匹配，則能夠使噪聲系數最低。尤其地，對于低場范圍(<1t)內的磁共振成像，信噪比取決于患者的幾何形狀、膛的尺寸以及射頻線圈在膛內的相對位置。這意味著信噪比無法保持在一個恒定水平，因為它取決于患者、要使用的線圈以及線圈在患者身上的位置。2、c.e.hayes的文章“an?adjustable?rf?coil?loading?device”(《磁共振成像》，第99卷，1993年，第81-86頁)描述了一種具有兩個導電端環的可調節負載設備，這兩個導電端環由可調節的偶數個均勻間隔的電阻性直段或直帶連接。這種可調節負載設備能夠替代全身磁共振成像設備中的各種身材的患者的組織損失。導體結構不會因負載而改變。鳥籠結構包括固定電阻器。整個設置模擬發射/接收線圈內的液體載荷體模。3、準確有效的阻抗匹配在磁共振成像中對于實現最小噪聲系數至關重要。然而，大多數現有方法建議將射頻線圈用于無法進行當即看到的患者和設備相關匹配的成像實體。4、s.b.bulumulla等人的文章“mems?switch?integrated?radio?frequency?coilsand?arrays?for?magnetic?resonance?imaging”(review?of?scientific?instruments，第88卷，2017年，025003)公開了一種可配置線圈，這種可配置線圈能夠被切換成小配置和大配置。技術實現思路1、本發明的目標是提供一種具有改進的阻抗匹配的射頻天線系統。2、根據本發明，該目的通過獨立權利要求的主題來解決。在從屬權利要求中描述了本發明的優選實施例。3、因此，根據本發明，提供了一種用于磁共振成像設備的射頻天線系統，所述射頻天線系統包括：射頻線圈，其在被附接到患者時具有包括線圈阻抗和患者特異性阻抗的總線圈阻抗；前置放大器，其被連接到所述射頻線圈，借助于所述前置放大器，能夠放大由于所述射頻線圈接收到磁共振信號而產生的信號并且能夠輸出經放大的輸出信號；匹配網絡，其被互連在所述射頻線圈與所述前置放大器之間，利用所述匹配網絡，能夠調節所述射頻線圈的所述總線圈阻抗；以及控制器，其中，所述射頻線圈包括第一線圈回路和至少一個另外的線圈回路，所述控制器被連接到所述射頻線圈、所述匹配網絡和所述前置放大器，并且所述控制器適于通過控制對所述第一線圈回路和所述至少一個另外的線圈回路的采用并且通過控制所述匹配網絡來根據患者特異性參數進行所述射頻線圈與所述前置放大器之間的噪聲阻抗匹配。第一線圈回路和/或另外的線圈回路捕獲由射頻線圈接收到的、表示由于磁共振信號而產生的磁通量的信號。第一線圈回路和另外的線圈回路被配置為覆蓋基本相等的區，基本相等的磁通量穿過這些基本相等的區。因此，無論采用第一線圈回路還是另外的線圈回路，射頻線圈都從基本相等的視場采集基本相等的磁通量。當第一線圈回路和另外的線圈回路都用于從基本相同的視場拾取磁通量時。4、這里，術語“被附接到患者”意指射頻線圈相對于患者被定位在磁共振成像設備的膛中。有利的是，射頻線圈可以被放置在患者的身體表面上，以減少通過空氣的信號傳輸。然而，如本領域技術人員眾所周知的，情況不一定都會如此。在鳥籠線圈等的情況下，不可能將射頻線圈布置在患者身體表面上，實際情況是，在這種情況下，射頻線圈在患者附近，但是仍然靠近磁共振成像設備的膛中的患者。膛是磁共振成像設備中的開口，其被設計用于容納帶有患者和射頻線圈的處置臺。5、如前所述，射頻線圈通常包括一段具有電感和線圈電阻的導線，如果射頻線圈負載有患者，則線圈電阻會改變為總線圈阻抗，該總線圈阻抗是射頻線圈阻抗與患者阻抗的組合。6、必須考慮到：當接收到的無線電信號傳遞到前置放大器時，前置放大器的阻抗不同于總線圈阻抗。因此，對于低噪聲信號傳輸，推薦進行患者特異性阻抗匹配，以便使總線圈阻抗適應前置放大器的阻抗。目標是實現最小噪聲系數，最小噪聲系數被定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比率。輸出信噪比對應于前置放大器的輸出信噪比。7、尤其地，低于1t的磁共振成像低場系統需要重新考慮射頻線圈的拓撲結構。雖然負載患者的主要是較高場強下的射頻線圈，但是如果線圈設計不好，較低場強下的射頻線圈很容易表現出額外的電子噪聲貢獻。此外，在臨床應用中，將射頻線圈直接放置在患者身體上，或者應用適合患者身體形狀的專用線圈。然而，存在這樣的臨床情形：其中無法應用最優的線圈到組織的距離，例如，兒科成像、線性加速器中采用的磁共振和介入應用。8、因此，在低場磁共振成像的情況下，總線圈阻抗以及由此產生的噪聲行為可能不是由患者身體的感應負載主導的，而是由射頻線圈設計本身主導的。同時，由于射頻線圈形狀的變化，對于可拉伸或柔性的射頻線圈，必須考慮額外的總線圈阻抗調節。9、通過使控制器連接到射頻線圈和匹配網絡來解決這一問題。基于患者特異性參數，控制器被配置為運行一個或多個規則，以通過打開或關閉個體線圈回路和/或通過使用匹配網絡進行額外的阻抗調節來創建匹配網絡的狀態以及經切換的回路的數量，使得總線圈阻抗能夠與前置放大器的阻抗相匹配并且信號能夠被前置放大器放大。10、一般而言，射頻天線能夠由控制器以不同的方式操作。然而，根據本發明的優選實施例，所述射頻線圈被提供有開關和另外的開關，所述開關能由所述控制器控制并且使得個體線圈回路能夠被分別接通和斷開，所述另外的開關能由所述控制器控制并且被布置在所述匹配網絡與所述前置放大器之間。這允許以低插入損耗建立開關選項。11、不同的線圈回路配置是可能的。然而，根據本發明的優選實施例，所述至少一個另外的線圈回路被形成為所述第一線圈回路中的額外的串聯或并聯的繞組。通過增加繞組的數量，回路的輸入部的阻抗更高，因此降低了匹配網絡中的損耗。通過切換回路的數量和/或串聯、并聯繞組模式，能夠實現到匹配網絡的匹配變換比，由此也能夠實現到前置放大器的匹配變換比。12、原則上，在控制器中能夠實施不同的算法。然而，根據本發明的優選實施例，在所述控制器中實施經訓練的人工神經網絡。采用諸如人工神經網絡之類的人工智能系統使得能夠關于k空間幅度進行動態匹配。甚至能夠實現復雜任務(其中，閾值和手動確定的邏輯或規則對于k空間應用可能是不合適的)的決策制定。此外，由于人工神經網絡的輸出，能夠省去預掃描。k空間被定義為表示磁共振圖像中的空間頻率的數字陣列。人工神經網絡的設置能夠取決于許多參數，例如，線圈的位置和形狀、到組織和膛壁的距離、感興趣區域、場強，以及通常采用的線圈類型。13、能夠利用原型線圈，通過利用不同的匹配網絡設置掃描若干體模解剖結構來采集用于訓練人工神經網絡的數據。原始數據應該是針對每個線圈和人工神經網絡設置的結果圖像。另外，使用來自典型應用的rf校準流程的數據，例如，噪聲相關矩陣測量結果和頻率響應曲線。此外，能夠使用電磁模擬技術來計算靈敏度分布，所述靈敏度分布能夠被修改以類似于成像數據，這將消除對實驗性試驗的需求。14、這些元素是輸入數據，其能夠與通過離線重建生成的輸出數據結合使用以訓練人工神經網絡。在離線重建的情況下，通過組合陣列的線圈的圖像(包括計算最佳擬合網絡設置)來獲得輸出數據。然后，經訓練的人工神經網絡能夠基于完整或不完整的輸入數據集來生成輸出數據。15、控制器能夠是現場可編程門陣列或某種其他處理器，其中，由于帶寬限制，現場可編程門陣列的基于規則的機器直接與磁共振成像定序器通信。在患者臺移動的情況下，能夠激活啟動和停止中止，使得動態匹配過程不會生成圖像偽影。16、一般而言，能夠使用各種患者特異性參數。然而，根據本發明的優選實施例，所述患者特異性參數包括所述射頻線圈相對于所述患者的距離和位置以及所述總線圈阻抗。在圖像采集之前，當患者躺在膛中的患者臺上時，確定這些患者特異性參數。17、有可能以不同的方式確定總線圈阻抗。然而，根據本發明的優選實施例，所述射頻線圈具有阻抗傳感器，利用所述阻抗傳感器，能夠測量所述總線圈阻抗。因此，給出了測量個體總線圈阻抗的可能性。18、原則上，能夠選擇各種方法來確定接收到的信號的噪聲。然而，根據本發明的優選實施例，所述控制器適于確定要采用的所述線圈回路，并且適于借助于噪聲測量來控制所述匹配網絡。這種噪聲測量在圖像采集之前以預掃描的形式進行。19、一般來說，可以使用內部信號源來進行噪聲測量。然而，根據本發明的優選實施例，提供外部信號源以用于支持所述噪聲測量。外部信號源是系統的部分并且與控制器電流隔離。此外，外部信號源是已知的并且是可遠程控制的，因此能夠在整個感興趣頻率范圍內調諧測量系統。因為信號源與射頻線圈是分開的，所以信號源能夠被直接放置在射頻線圈旁邊。這降低了電纜衰減并且提高了測量結果的信噪比。20、可以將前置放大器放置在射頻線圈外部。然而，根據本發明的優選實施例，所述前置放大器被集成在射頻線圈殼體中。這意指每個射頻線圈都有一個專用的前置放大器。21、原則上，射頻線圈能夠是模擬的。然而，根據本發明的優選實施例，所述射頻線圈是數字線圈，并且所述控制器被定位在所述射頻線圈殼體中，并且數字前置放大器被用于信號放大。采用數字線圈使得能夠直接在患者身上采集和處理數字信號。信號直接在離患者最近的射頻線圈中被數字化，然后在整個成像鏈中被傳輸和處理，這通常提供了更好的信噪比。22、另外，根據本發明，提供了一種操作用于磁共振成像設備的射頻天線系統的方法。所述方法包括以下方法步驟：將射頻線圈附接到要由所述磁共振成像設備檢查的患者，其中，所述射頻線圈具有包括線圈阻抗和患者特異性阻抗的總線圈阻抗，并且所述射頻線圈包括第一可切換線圈回路和至少一個另外的可切換線圈回路；分析患者特異性參數；基于所分析的患者特異性參數來確定要分別接通和斷開的所述線圈回路并控制匹配網絡；通過所述射頻線圈的經切換的線圈回路來接收信號；通過所述匹配網絡將所接收的信號阻抗匹配到前置放大器的阻抗；以及由所述前置放大器放大所接收的信號。在這種背景下，將阻抗與前置放大器的阻抗相匹配意指“近似”，即，旨在使阻抗之間的差異很小，優選地小于預定義閾值。優選地，射頻線圈包括具有其自己的放大器和匹配網絡的多個接收通道，并且對所有這些接收通道都執行該方法。23、根據本發明的優選實施例，所述方法還包括被安裝在控制器上的經訓練的人工神經網絡，所述經訓練的人工神經網絡確定要分別接通和斷開的所述線圈回路并控制所述匹配網絡。這是以數字方式執行的，使得用戶不需要具有關于實施方式的任何特定知識。24、根據本發明的優選實施例，采用噪聲測量來確定要分別接通和斷開的所述線圈回路并控制所述匹配網絡。25、另外，根據本發明，一種用于磁共振成像設備的噪聲阻抗匹配的計算機程序，所述計算機程序包括指令，當所述程序由計算機運行時，所述指令使所述計算機執行根據權利要求(第一個方法權利要求至最后一個方法權利要求)中的任一項所述的方法。26、一般而言，射頻線圈能夠專門用于信號接收。然而，根據本發明的優選實施例，所述射頻線圈的所述開關被用作失諧電路。取決于配置，線圈元件可能被定位在遠離檢查區的位置，并且對圖像幾乎沒有貢獻。然而，前置放大器仍然會產生噪聲。在這種情況下，理想的是使射頻線圈與前置放大器不匹配，從而創建噪聲陷波器。27、可以使用不同類型的開關。然而，根據本發明的優選實施例，所述開關是具有低插入損耗的氮化鎵場效應晶體管(gan-fet)或單刀雙擲(spdt)開關。與硅場效應晶體管開關相比，gan-fet或spdt開關由于其快速切換能力而具有很低的切換損耗。28、有幾種方法來檢測射頻線圈在膛中的患者表面上的位置。然而，根據本發明的優選實施例，所述射頻線圈被提供有能由相機檢測的標記。為此目的，能夠在線圈上提供特殊的紅外標記，所述特殊的紅外標記能夠被紅外敏感相機檢測到，并且不會扭曲磁場。29、原則上，也能夠提供剛性射頻線圈。然而，根據本發明的優選實施例，所述射頻線圈被設計成柔性的和可拉伸的。這允許射頻線圈被盡可能共形地定位在患者表面上。當前第1頁12當前第1頁12