磁気共鳴装置用の高周波受信ユニット

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【発明の名称】	磁気共鳴装置用の高周波受信ユニット
【発明者】	【氏名】アクセルフリードリッヒ【氏名】ヘルムートグライム【氏名】ルートヴィッヒクライシャー【氏名】イアンミンワング
【要約】	【課題】低い入力インピーダンスを有するノイズ整合された電界効果トランジスタ‐前置増幅器１６の入力端１４と接続されている受信アンテナ２を有する磁気共鳴装置用の高周波受信ユニットにおいて、受信アンテナが離調されている際の増幅器雑音を抑制する。【解決手段】受信アンテナ２が離調のための手段４と接続されており、高周波受信ユニットが、受信アンテナ２が離調された際に能動化可能である雑音抑制のための手段を含んでいる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】低い入力インピーダンスを有する雑音整合された電界効果トランジスタ‐前置増幅器（１６）の入力端（１４）と接続されている受信アンテナ（２）を有する磁気共鳴装置用の高周波受信ユニットにおいて、受信アンテナ（２）が離調のための手段（４）と接続されており、高周波受信ユニットが、受信アンテナ（２）が離調された際に能動化可能である雑音抑制のための手段を含んでいることを特徴とする磁気共鳴装置用の高周波受信ユニット。
【請求項２】雑音抑制のための手段が前置増幅器（１６）に配置されていることを特徴とする請求項１記載の高周波受信ユニット。
【請求項３】雑音抑制のための手段が、前置増幅器（１６）の出力端（３０）に配置された、受信アンテナ（２）が離調された際に前置増幅器（１６）を出力端（３０）から切り離すスイッチ（３２）を含んでいることを特徴とする請求項２記載の高周波受信ユニット。
【請求項４】雑音抑制のための手段が、前置増幅器（１６）の入力端（１４）の前に配置された、受信アンテナ（２）が離調された際に受信アンテナ（２）を入力端（１４）から切り離すスイッチ（４６）を含んでいることを特徴とする請求項２記載の高周波受信ユニット。
【請求項５】雑音抑制のための手段が、スイッチ（５８）とリアクタンス（６０）との直列回路を含み、この直列回路が前置増幅器（１６）の入力端（１４）に接続され、スイッチ（５８）が、受信アンテナ（２）が離調された際に、リアクタンス（６０）を入力端（１４）に対して並列に接続し、その際にリアクタンス（６０）が入力端（１４）において有効なリアクタンスと共に並列振動回路を形成することを特徴とする請求項２記載の高周波受信ユニット。
【請求項６】受信アンテナ（２）が整合回路網（６）を介して信号線（１０）の始端（８）と接続されており、信号線（１０）の終端（１２）が前置増幅器（１６）の入力端（１４）と接続されており、スイッチ（６２）が信号線（１０）の始端（８）に配置されており、このスイッチが、受信アンテナ（２）が離調された際に、信号線（１０）を短絡することを特徴とする請求項１記載の高周波受信ユニット。
【請求項７】スイッチ（３２、４６）が高周波スイッチングダイオード（４４、４８、５８、６２）を含んでいることを特徴とする請求項３ないし６の１つに記載の高周波受信ユニット。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低い入力インピーダンスを有する雑音整合された電界効果トランジスタ‐前置増幅器の入力端と接続されている受信アンテナを有する磁気共鳴装置用の高周波受信ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】冒頭にあげられている種類の高周波受信ユニットは、米国特許第 4,825,162号明細書から公知である。複数のこのような高周波受信ユニットが、アレイとして磁気共鳴による撮像の際に、磁気共鳴信号を同時に複数の受信コイルにより検出するために利用される。その際、高い信号対雑音比に関する局部アンテナの利点が大きな検査領域においても利用され得る。受信の場合に不都合な個々の受信アンテナの間の結合を減ずるため、受信アンテナはそれぞれ連結されている前置増幅器の入力インピーダンスによりダンピングされる。
【０００３】ドイツ特許第 4422069C1号明細書には、アンテナ導体に挿入されている回路を介して離調可能である磁気共鳴装置用の受信アンテナが記載されている。
【０００４】ドイツ特許第 3806371A1号明細書では、高いアンテナインピーダンスが高い雑音レベルの原因であることが問題となっている。
【０００５】場合によっては特定の高周波受信ユニットからの信号のみを評価するため、アンテナアレイの感度範囲（視野‐ＦＯＶ）が追加的に変更可能であることは有利であろう。その他の高周波受信ユニットはその場合非能動的である。先ず全身アンテナにより全体像（ボディ‐スカウト）が発生されるべきであるときには、この方法はすべての局部的な受信コイルに対して特に重要である。続いて局部アンテナにより、撮像範囲は制限されているが、分解能が高い像が本来の診断のために作成され得る。その際に、さまざまな身体範囲（たとえば頭部、頚部および胸部の脊柱または骨盤、上脚および下脚）が次々と検査されなければならないとしても、検査の間に患者の移動がもはや必要でないように、すべての受信アンテナは磁気共鳴装置のなかにとどまり得る。純粋な受信アンテナとして利用される局部アンテナを磁気共鳴信号の励起の間に非能動的状態に離調させることは知られている。これはたとえば、受信アンテナがスイッチングされる並列共振回路により高抵抗に切り離されることにより行われる。
【０００６】受信相の間にも非能動的状態にスイッチングされた受信アンテナの離調により、同時に能動的なまたは受信する受信アンテナと非能動的なまたは受信しない受信アンテナとの間の結合が最小化される。しかし欠点として、その際に非能動的な高周波受信ユニットの前置増幅器が非常に強い雑音信号を出力端に出力する。この雑音は能動的な高周波受信ユニットの受信アンテナのなかに、または全身像撮像の際に全身アンテナのなかにも入り込み、またそれによってＳＮ比を悪化する。上述の応用の場合にそれにより惹起される悪化された像質が受容され得ないならば、先ず、信号線および前置増幅器の完全な遮蔽により結合が回避された。しかし、この解決策は高い費用および大きい場所を必要とするために常に可能ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高周波受信ユニットにおいて受信アンテナが離調されている際の増幅器雑音を抑制することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、受信アンテナが離調のための手段と接続されており、高周波受信ユニットが、受信アンテナが離調された際に能動化可能である雑音抑制のための手段を含んでいることにより解決される。
【０００９】その際に本発明は、離調された受信アンテナの高いインピーダンスが増幅器雑音の原因であるという認識から出発する。すなわち、増幅器出力端における雑音レベルは、受信アンテナが離調された際には、受信アンテナが同調された際よりも何倍も高い。
【００１０】雑音抑制のための手段は、前置増幅器の電流供給側または動作電圧側に配置されることができ、それに付属の受信アンテナが離調されているならば、前置増幅器を電流供給から完全に切り離してよい。その後はそもそも擾乱となる雑音信号が存在していない。その際に個々の前置増幅器の電流供給は選択的に切り離されなければならず、このことは各個のアンテナに対する前置増幅器のスイッチング可能な電流供給を必要とする。
【００１１】第１の有利な実施例は、雑音抑制のための手段が、前置増幅器の出力端に配置されたスイッチを含んでおり、このスイッチが受信アンテナが離調された際に前置増幅器を出力端から切り離すことを特徴とする。この実施例は、能動的なまたは受信する受信アンテナへの雑音信号の入結合が前置増幅器から直接に出発せずに、後続の回路部分、たとえば出力端に接続されている信号線から出発するときに、有効である。
【００１２】第２の有利な実施例によれば、雑音抑制のための手段が、前置増幅器の入力端の前に配置されたスイッチを含んでおり、このスイッチが受信アンテナが離調された際に受信アンテナを入力端から切り離す。その際に前置増幅器の入力端における無負荷が、整合要素により第１の増幅器段のなかの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の前で電界効果トランジスタに対して有効な低い源インピーダンスに変換されることが利用される。この整合要素は、受信アンテナの雑音整合のための能動的な高周波ユニットのなかに設けられており、それによって第１の前置増幅器段に、受信アンテナが同調された際に、最適な高い信号レベルが発生される。第１の増幅器段における源インピーダンスの雑音源として有効な実部は、それによって同じく低い。
【００１３】第３の有利な実施例は、雑音抑制のための手段が、スイッチとリアクタンスとの直列回路を含んでおり、この直列回路が前置増幅器の入力端と前置増幅器との間に接続されており、またスイッチが、受信アンテナが離調された際に、リアクタンスを入力端および基準電位に対して並列に接続し、その際にリアクタンスが、前置増幅器の入力端において有効なその他の回路部分のインピーダンスと共に、並列振動回路を形成することを特徴とする。その際に前置増幅器の入力端に非常に高いインピーダンスが発生され、この高いインピーダンスが整合要素により第１の前置増幅器段における低いオーム性成分を有する非常に低いインピーダンスに変換される。
【００１４】第４の有利な実施例は、受信アンテナが整合回路網を介して信号線の始端と接続されており、信号線の終端が前置増幅器の入力端と接続されており、スイッチが信号線の始端に配置されており、このスイッチが、受信アンテナが離調された際に、信号線を短絡することを特徴とする。信号線の始端における短絡は、信号線により前置増幅器の入力端における高い抵抗に変換され、この高い抵抗がやはり整合要素により第１の前置増幅器段の入力端における非常に低い源インピーダンスに変換される。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の４つの実施例を図面により一層詳細に説明する。
【００１６】以下に４つの図面により説明される高周波受信ユニットは、診断用磁気共鳴装置の高周波受信システムの部分である。この高周波受信システムは複数の高周波受信ユニットを含んでいる。各高周波受信ユニットに、たとえばアンテナアレイの部分として構成されている受信アンテナ２が属している。アンテナアレイはたとえば患者寝台に内蔵されている（ここには図示されていない）。受信アンテナ２は特別な検査領域に局部アンテナとして整合されていてもよい。それぞれ１つの固有の高周波受信ユニットに属する複数の受信アンテナ２は、それぞれの検査領域から磁気共鳴信号を受信するため、個別に一人の患者に取付けられ得る。その際に受信アンテナ２は離調装置４を用いて個別に離調または不能動化され得る。離調装置４はたとえば、受信アンテナ２を離調のために高抵抗に分離しかつ受信アンテナ２の同調された状態では無効であるスイッチングされる並列共振回路を含んでいる。
【００１７】受信アンテナ２は（患者と共に）同調された状態で、整合回路網６を介して５０Ωに変換される５ないし１０Ωのオーダーの比較的低いインピーダンスを有する。整合回路網６には同軸線として構成された信号線１０の始端８が接続されている。同軸線１０は５０Ωの波動抵抗を有する。信号線１０の終端１２は、低い入力インピーダンスを有する雑音整合された前置増幅器１６の入力端１４と接続されている。第１の増幅器段１８として前置増幅器のなかに、入力キャパシタンス２０（Ｚｉｎ）、電圧制御される電流源２２（ｇｍ・Ｕｉｎ）および出力抵抗２４（Ｚｏｕｔ）によりモデル化されて示されている低雑音の電界効果トランジスタが使用される。第１の増幅器段１８に第２の増幅器段２６が続いている。雑音整合のために、前置増幅器１６の入力端１４と第１の増幅器段１８との間に整合要素２８が接続されており、この整合要素により第１の増幅器段１８の入力端における患者からの受信信号（患者雑音を含む）が、電界効果トランジスタの入力キャパシタンス２０における可能なかぎり高い信号電圧Ｕｉｎに変換される。整合要素２８はその際に、前置増幅器１６の入力端１４において有効な５０Ωのインピーダンスを第１の増幅器段１８の入力端における基準レベルにおいて有効な２００～５００Ωの実の源インピーダンスＺｓに変換されるようにする。それによって第１の増幅器段１８の増幅に対して決定的な入力キャパシタンス２０における信号電圧Ｕｉｎも最大になる。整合要素２８はその際に、前置増幅器１６の入力端１４において有効な５０ΩのインピーダンスＺｃが、第１の増幅器段１８の入力端において有効な約５００ないし１０００Ωの源インピーダンスＺｓに変換されるようにする。
【００１８】受信アンテナ２が離調された際に、受信アンテナ２の高いインピーダンスは、整合回路網６および信号線１０により、前置増幅器１６の入力端１４において有効な典型的に１ΩのインピーダンスＺｃに変換される。この小さい有効なインピーダンスＺｃは、整合要素２８により５～１０ｋΩの高い本質的に実の源インピーダンスＺｓに変換される。それにより、雑音電圧は源インピーダンスＺｓのオーム性成分からの根に比例しているので、入力キャパシタンス２０に現れる雑音電圧は相応に高くなる。
【００１９】増幅された雑音電圧が特に後続の回路部分から他の高周波受信ユニットの能動的な受信アンテナのなかに入結合し得ないように、図１中に示されている実施例では前置増幅器１６の出力端３０に制御される高周波スイッチ３２が配置されている。高周波スイッチ３２は、信号線のなかに挿入されている高周波スイッチングダイオード３４、たとえばＰＩＮダイオードを含んでいる。高周波スイッチングダイオード３４は、直流信号の助けを借りて阻止状態または導通状態に移行され得る。相応の制御信号が制御ユニット３６から抵抗３８および阻止リアクトル４０を介して高周波スイッチングダイオード３４に供給される。制御信号は別の阻止リアクトル４２を介して基準線に導き出される。コンデンサ４４は、直流信号が前置増幅器１６の第２の増幅器段２６に流れ出ることを防止する。
【００２０】制御ユニット３６は受信アンテナ２を離調させるための信号をも与える。
【００２１】図１中に示されている実施例では、第１の増幅器段１８のなかで、出力端３０に接続されている信号線上には伝達されないが、なおかなりの雑音電圧が発生されるのに対して、図２ないし４により説明される実施例では前置増幅器１６の内部でも過大な雑音電圧は発生されない。
【００２２】図２中に示されている実施例では、信号線１０の終端１２と前置増幅器１６の入力端１４との間に高周波スイッチ４６が挿入されている。高周波スイッチ４６は、高周波スイッチングダイオード４８、たとえばＰＩＮダイオードを含んでいる。その駆動は阻止リアクトル５０および５２を介して行われ、その際に電流制限のために抵抗５４が設けられている。阻止コンデンサ５６は、直流信号として存在する制御信号が流れ出るのを阻止する。制御ユニット３６から受信アンテナ２を離調させるための信号が出力されると、同時に高周波スイッチングダイオード４８が阻止電圧を与えられ、従って信号線１０は前置増幅器１６の入力端１４から切り離される。入力端１４における疑似‐無負荷は、整合要素２８により非常に低い源インピーダンスに変換されるので、コンデンサ２０に生じている雑音電圧も相応に低い。
【００２３】図３中に示されている実施例では、受信アンテナ２が離調されている状態で有効なインピーダンスＺｃが有利な仕方で静電容量性であるリアクタンスを呈することが利用される。しかし、受信アンテナ２が離調された際に有効なインピーダンスＺｃは、高周波受信ユニットの相応のディメンジョニングの際にも誘導性であり得る。前置増幅器１６の信号を導く入力端１４には、リアクタンス６０を信号線に接続し得るスイッチングダイオード５８が接続されている。制御‐直流信号は、制御ユニット３６から阻止リアクトル５０を介して高周波スイッチングダイオード５８に供給される。基準電位への導出は抵抗５４を介して行われる。リアクタンス６０は、受信アンテナ２が離調された際にリアクタンス６０が有効なインピーダンスＺｃと共に並列振動回路を形成するように選ばれている。それによって入力端１４において高いインピーダンスが有効であり、この高いインピーダンスが整合要素２８を介して低い源インピーダンスに変換される。
【００２４】図４中に示されている実施例では、信号線１０の変換特性が利用される。信号線１０の入力端８における短絡は、その際に理想的な場合には信号線１０の終端において無負荷に変換される。前置増幅器の入力端１４において有効なインピーダンスはそれによって非常に高い。信号線の始端には高周波スイッチングダイオード６２が接続されており、この高周波スイッチングダイオード６２が、受信アンテナ２が離調された際に制御ユニット３６により相応に駆動されると、始端８を高周波的に短絡する。高周波‐短絡は、制御信号導出線に対して並列に抵抗５４が接続されているコンデンサ６４を介して行われる。高周波スイッチングダイオード６２への制御信号の供給は阻止リアクトル５０を介して行われる。

【出願人】	【識別番号】３９００３９４１３【氏名又は名称】シーメンスアクチエンゲゼルシヤフト【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ
【出願日】	平成１０年（１９９８）６月２６日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】山口巖
【公開番号】	特開平１１－３３０１４
【公開日】	平成１１年（１９９９）２月９日
【出願番号】	特願平１０－１９５１４０