[发明专利]环行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合用于外磁场中，尤其是磁共振装置的外磁场中的环 行器，包括一个平面铁氧体结构。

背景技术

为了激励磁共振中的铁芯和记录响应信号，磁共振装置包括高频天线， 尤其是布置在磁铁中的整体天线，必须以相对高的千瓦级功率激发这些天线 发射激励信号。因此至少分配一个放大器，将放大器的信号发送到高频天线 的输入端。曾有人建议使用多个放大器，而不是将单个放大器用于整个天线， 这些放大器的输出信号具有相互可调的相位差，以便分别给各自的天线单元 馈电。因此要对激发体积内的发射磁场强度分布进行匹配，以更好地适应磁 共振要求。例如理想情况下需要使用八个独立的放大器而不是一个放大器来 输出总功率，其中每一个放大器仅需输出总发射功率的八分之一。

为了使放大器能够理想地工作，所连接的负载阻抗必须始终为50欧 姆。然而根据待检患者的体重和体积，天线阻抗以及放大器的负载阻抗会有 所变化。不过仅可针对标准负载情况进行预匹配，因此多数情况下会在馈点 反射一部分发送给天线的功率并使之回到放大器。已知有下列方法可解决这 一问题。

首先可以在放大器中将反射功率转化为热量，这会导致散热要求和结构 尺寸超限，引起放大器的成本增加。此外还存在反射功率峰值电流与峰值电 压破坏放大器输出级的风险。

防止放大器受到反射功率干扰的另一种方法是：使用一种匹配调谐器， 可在实际测量之前将任一负载情况下的反射功率减小到最低。尤其是当使用 多个放大器时，这种做法会带来缺点。一方面匹配调谐器的线路费用更高， 另一方面用于匹配负载的时间会增多。

因此曾有人建议在放大器和磁共振天线的端子之间接入一个环行器，该 环行器能够将来自放大器的发射功率几乎无损地传输给磁共振天线，而反射 功率则到达环行器的第三个输出端，在第三个输出端反射功率以功率消除器 (也就是无反射的功率端)的方式消耗掉，或者转变为热量。

环行器是一种非互易高频器件，在本发明中使用具有三个端子的环行 器。理想的环行器应能在某一方向中以无衰减、无反射的方式将信号从一个 端子传输到另一个端子。例如可以将信号仅仅从端子1传输到端子2，从 端子2传输到端子3，或者从端子3传输到端子1。使用通过强磁场来达 到饱和的微波铁氧体，即可实现这种非互易传输。所使用的铁氧体结构(也 称作谐振器)基本上由两个大致呈圆柱状的铁氧体板构成，在两个铁氧体板 之间包括一种导线结构。通过布置在铁氧体结构上方和下方的永久磁铁产生 所需的稳定磁场。外壳或盖子通常作为一个用来闭合磁回路的磁轭。磁力线 基本上闭合，通常用来产生可预见磁场的方式为：通过导磁性能特别好的部 件将该磁场连成一个磁回路，以便尽可能避免散射损耗。通过这些磁场传导 元件可以将磁通控制在所需的特定路径中。

为获得一种尽可能理想的环行器，关键在于找到正确的工作点，尤其是 找到理想的工作磁场。对于真实的环行器而言，已知还存在温度依赖。已知 的环行器需要通过永久磁铁形成具有一定大小的静态工作磁场。

在磁共振装置或磁共振天线装置中，电缆衰减(如电缆太长引起的损耗) 应该降到尽可能小，因此应将放大器布置在天线附近。这样可明显降低对放 大器的功率要求。对于通过环行器对反射功率进行去耦的方法而言，这就意 味着这些环形器同样必须布置在天线区域内，然而磁共振装置的强散射磁场 会使得铁氧体区域内的磁场偏离最佳工作磁场，使得环行器失去作用。此外 永久磁铁的磁特性也会在磁共振装置的强散射场作用下持续变化。这种情况 下不宜布置在磁共振装置附近。

为了解决这一问题，曾有人建议使用不含永久磁铁的环行器，该环行器 原则上可利用磁共振装置的“干扰”散射场。为此必须将环行器安置在散射场 内的适当位置上，在这些位置上磁场的方向与大小应与之前移开的永久磁铁 所产生的理想工作磁场一致。但这种解决方法仅在罕见的情况下有实用，因 为一方面结构限制条件(如固定，冷却或者布线)不允许将环行器准确布置 在散射场内的适当位置上。另一个问题在于，散射场并非随时间变化保持不 变，因此也有可能出现干扰。

发明内容

因此本发明的目的在于阐述一种可以在较多数目外部散射场的条件下 使用并可以随意布置的环行器。