DE10127266C2 - Aktive NMR-Sende- oder Empfangsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine NMR-Sende- oder Empfangs­ anlage mit einem Sender oder einem mit einem Vorverstärker versehenen Empfänger, der ggfs. über Mischer und Anpassglie­ der mit einer Sende- oder Empfangsspule verbunden ist.

Bisherige Senderbaugruppen (entsprechend das gleiche gilt auch für die Empfangsgruppen) für NMR-Anlagen bestehen aus einem Sender, Übertragungs- und Anpassgliedern und der Sende­ spule. Es werden zwei Anpassglieder benötigt, die die Sende­ energie von der Senderausgangsimpedanz auf den Wellenwider­ stand des Übertragungskabels und von dort an die Impedanz der (resonanten) Sendespule transformieren. In den Übertragungs­ gliedern tritt eine hohe HF-Energiedichte auf. Darüber hinaus ist eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Spulenelemen­ te nur mit großem Aufwand möglich.

Bei der DE 197 21 986 C1 wird in einem üblichen Fall von NMR- Sende- oder Empfangsanlagen eine resonante Spule verwendet. Die beiden um 90° versetzten Spulenpaare zum Empfang zirkular polarisierter Schwingungen liefern zunächst ein Signal, das aus der Resonanzfrequenz mit der aufmodulierten Nutzfrequenz besteht. Dies hat zur Folge, dass anschließend an den Phasen­ schieber noch ein Mischer geschaltet werden muss, um das Hochfrequenzsignal wieder zu entfernen.

Die DE 43 37 908 A1 beschreibt eine NMR-Sende- und Empfangs­ anlage mit einem Sender und einem mit einem Hochverstärker versehenen Empfänger, der mit einer Empfangsspule verbunden ist, wobei der Vorverstärker in unmittelbarer Nähe der Emp­ fangsspule angeordnet ist. Es geht dabei allerdings nicht um Empfangsspulenanordnungen mit einer Mehrzahl von unterschied­ liche ansteuerbaren Spulenelementen für einen nichtresonanten Betrieb der Sende- oder Empfangsspule.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine NMR- Sende- oder Empfangsanlage der eingangs genannten Art so aus­ zugestalten, dass die Schwierigkeiten mit den Anpassungen der Sende- oder Empfangsspule bei einfachem Aufbau der Anlage vermieden werden und eine einfache individuelle Ansteuerung der einzelnen Spulenelemente möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur teilweisen Integration des Senders oder Empfängers in die Sende- oder Empfangsspule deren felderzeugende Draht­ schleifen über in sie eingebaute zeitlich verzögert angesteu­ erte Schaltelemente mit der Spannungsversorgung verbunden, bzw. für die induzierte Spannung durchgeschaltet werden. Durch diese Integrierung des Senders oder Empfängers in die Spule entfallen die Anpass- und Übertragungsglieder ein­ schließlich des Übertragungskabels und die Transformations­ glieder zur Impedanzanpassung an die Spulen weitgehend. Dar­ über hinaus können Schwierigkeiten mit einer zu hohen HF- Energiedichte in den Übertragungsgliedern wegen deren Weg­ falls nicht mehr auftreten. Dabei erfolgt - im Gegensatz zu üblichen Antennen für Magnetresonanzgeräte, wie sie bei­ spielsweise in der EP 1 122 550 A1 oder der DE 197 21 986 C1 beschrieben sind - ein nichtresonanter Betrieb der Sende- oder Empfangsspule.

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass mit der Integration des Senders bzw. des Empfängers in die Spule eine Aufspaltung des Senders in mehrere in die Spu­ lenzweige integrierte Module stattfindet, was nicht nur eine Symmetrisierung der Anlage ergibt, sondern insbesondere ein individuelles Ansteuern der einzelnen Spulenelemente ermög­ licht.

Mit Vorteil können dabei die einzelnen Spulenzweige digital ansteuerbar sein, wobei bevorzugt die die einzelnen Spulen­ zweige ansteuernden Schaltelemente zeitlich verzögert ansteu­ erbar sein sollen, sodass z. B. ein magnetisches Drehfeld im Zielvolumen der Spule (zirkulare Polarisation) erreicht wer­ den kann.

Zur Erzielung der Verzögerung kann in Weiterbildung der Er­ findung vorgesehen sein, dass entweder in die Ansteuerleitun­ gen der einzelnen Spulenzweige analoge Laufzeitglieder einge­ schaltet sind, oder aber dass in die Ansteuerleitungen der einzelnen Spulenzweige digitale Verzögerungseinrichtungen eingeschaltet sind, die beispielsweise als Schieberegister ausgebildet sein können.

Zur Reduktion der Schaltverluste kann gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die einzelnen Spulenzweige halbresonant (d. h. resonant mit ge­ ringer Güte, wobei jede Halb- oder Vollwelle einzeln beein­ flusst wird) betreibbar sind, wobei in diesem Zusammenhang zweckmäßiger Weise vorgesehen ist, dass die die einzelnen Spulenzweige ansteuernden Schaltelemente im Null-Durchgang der Spannung oder des Stroms schalten (zero voltag switches ZVS oder zero current switches ZCS).

Zur Modulation der Sendeleistung kann die Versorgungsspannung modulierbar ausgestaltet sein, wobei für diese Modulation be­ vorzugt eine Pulsbreitenmodulation oder auch eine Schwin­ gungspaketsteuerung, d. h. Bursts von Halb- oder Vollwellen, vorgesehen sein kann.

Die einzelnen Spulenzweige können - worauf bereits weiter o­ ben hingewiesen worden ist - getrennt und auch verschieden angesteuert werden, um z. B. die B1-Homogenität zu verbessern oder das Zielfeld räumlich zu fokussieren (z. B. SAR- Reduktion, das heißt Reduktion der spezifischen Absorptions­ rate des Patienten zur Vermeidung von Überhitzungen durch die HF-Energie).

Auch wenn vorstehend an einzelnen Stellen speziell die Anwen­ dung der Erfindung bei Sendespulen angesprochen ist, so gilt eine analoge Integrationsmöglichkeit und Ausgestaltungsmög­ lichkeit auch für Empfangsspulen mit erfindungsgemäß integ­ riertem Empfänger.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh­ rungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 Ein schematisches Schaltbild einer Sendespule mit integriertem Sender, wobei für die Ansteuerung des jeweiligen Sendespulenzweigs eine Gegentakt- Halbbrücke vorgesehen ist,

Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für eine Sen­ despule mit einem quasiresonanten Schalter (zero current switch) und

Fig. 3 den schematischen Aufbau einer birdcage-Spule mit Plus- und Minuseingangsringen am einen Spulenende und einem Erdungsring am anderen Spulenende, wobei von den zwischen ihnen angeordneten äquidistant über den Umfang der Ringe verteilten Antennenlei­ tern nur einer mit den entsprechenden integrierten Schaltelementen zur Schaffung einer aktiven NMR- Sendespule gezeigt ist.

Zur Ansteuerung eines Spulenzweigs 1, speziell des Antennen­ leiters einer Sendespule (das entsprechend gleiche gilt auch für die Konstruktion einer Empfangsspule) ist bei der Anord­ nung nach Fig. 1 eine Gegentakthalbbrücke vorgesehen, bei der die beispielsweise als Feldeffekttransistoren oder derglei­ chen ausgebildeten Schaltglieder 2 und 3 über eine entspre­ chend modulierte Versorgungsspannung angesteuert werden, die auf die Schaltereingänge 4 und 5 gelegt wird. Dadurch wird eine Verbindung der Plus- oder Minusversorgungsspannung über den Antennenleiter auf Erde und damit ein gezieltes Ansteuern eines solchen Antennenleiters einer Sendespule bewerkstel­ ligt. In Abwandlung von der bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vorgesehenen Gegentakt-Halbbrücke ist beim Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 ein sogenanntes zero current switch gebildet, bei dem eine Abschaltung im Strom-Null-Durchgang des Resonanzkreises LC stattfindet.

Die Fig. 3 zeigt schematisch eine birdcage-Spule mit den Plus- und Minuseingangsringen 6 und 7 und dem Erdungsring 8, die durch eine Mehrzahl von Antennenleitern 1 miteinander verbunden sind, die äquidistant über den Umfang der Ringe 6, 7 und 8 verteilt angeordnet sind. Die Ausbildung der Schalter zur Integrierung des Senders in Form einzelner Module in die Sendespule, bzw. Empfangsspule, kann abweichend von der in Fig. 3 gezeigten Ausführung auch gemäß Fig. 2 oder auch ggf. in anderer Weise realisiert sein.

Claims (11)

1. NMR-Sende- oder Empfangsanlage mit einem Sender oder ei­ nem mit einem Vorverstärker versehenen Empfänger, der mit ei­ ner Sende- oder Empfangsspule verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur teilweisen Integra­ tion des Senders oder Empfängers in die Sende- oder Empfangs­ spule deren felderzeugende Drahtschleifen über in sie einge­ baute zeitlich verzögert angesteuerte Schaltelemente (2, 3) mit der Spannungsversorgung verbunden, bzw. für die induzierte Spannung durchgeschaltet werden.

2. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass der Sen­ der oder Empfänger in mehrere in die Spulenzweige (1) integrierte Module unterteilt ist.

3. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die ein­ zelnen Spulenzweige (1) digital ansteuerbar sind.

4. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass in die Ansteuerleitungen (4, 5) der einzelnen Spulen­ zweige (1) analoge Laufzeitglieder eingeschaltet sind.

5. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass in die Ansteuerleitungen (4, 5) der einzelnen Spulen­ zweige (1) digitale Verzögerungseinrichtungen eingeschaltet sind.

6. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, dass die di­ gitalen Verzögerungseinrichtungen Schieberegister sind.

7. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Spulenzweige (1) halbresonant betreibbar sind.

8. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, dass die die einzelnen Spulenzweige (1) ansteuernden Schaltelemente (2, 3) im Nulldurchgang der Spannung oder des Stroms schalten.

9. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung zur Modulation der Sendeleistung modulierbar ist.

10. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach Anspruch 9, ge­ kennzeichnet durch eine Pulsbreiten­ modulation.

11. NMR-Sende- oder Empfangsanlage nach Anspruch 9, ge­ kennzeichnet durch eine Schwingungs­ paketsteuerung.