DE102005020025A1

DE102005020025A1 - HF-Spulenarray für Mehrkanal MRI

Info

Publication number: DE102005020025A1
Application number: DE102005020025A
Authority: DE
Inventors: Randy Otto John Giaquinto; Harvey Ellis Cline; Christopher Judson Hardy; Charles Lucian Dumoulin; Paul Arthur Bottomley
Original assignee: General Electric Co; Johns Hopkins University
Current assignee: General Electric Co; Johns Hopkins University
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2005-12-01
Also published as: NL1029029C2; JP5209842B2; NL1029029A1; US20050253582A1; US7282915B2; JP2005324028A

Abstract

Es wird eine HF-Spulenanordnung zur Verwendung in einem Mehrempfangskanal-MRI-System geschaffen. Die HF-Spulenanordnung ist als eine HF-Spulenanordnung (200) mit mehrwindigen Elementen ausgebildet, die als Oberflächenspulenarray zusammen mit dem MRI-System (100) arbeiten kann, das zum Betrieb in einem Mehrkanalempfangsmodus eingerichtet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein die Magnetresonanzbildgebung (MRI) und mehr im Einzelnen Hochfrequenz(HF)-Oberflächenspulen, die bei der MRI eingesetzt werden.
MRI ist allgemein gesehen eine bekannte Bildgebungstechnik. Eine gebräuchliche MRI-Vorrichtung erzeugt ein homogenes Magnetfeld, bspw. längs einer Achse des Körpers eines Patienten, der sich einer MRI unterzieht. Dieses homogene Magnetfeld konditioniert das Innere des Körpers der Person für die Bildgebung, indem es eine Mehrzahl von Kernspins von Kernen (in Atomen und Molekülen, die das Körpergewebe bilden) längs der Achse des Magnetfelds ausrichtet. Wird die Orientierung des Kernspins aus der Ausrichtung auf das Magnetfeld heraus gestört, versuchen die Kerne ihre Kernspins wieder von Neuem auf eine Achse des Magnetfelds auszurichten. Die Störung der Orientierung der Kernspins kann durch Einwirkung von HF-Magnetfeldpulsen erfolgen. Während des Wiederausrichtungsvorgangs präzedieren die Kerne um die Achse des Magnetfelds und senden elektromagnetische Signale aus, die von einer oder mehreren auf oder rings um die Person angeordneten Oberflächenspulen detektiert werden können.
Die Bildgebungszeit hängt von dem jeweils gewünschten Signal-zu-Rauschen Verhältnis (SNR) und von der Geschwindig keit ab mit der die MRI-Vorrichtung die K-Raum-Matrix füllen kann, die zur Erzeugung eines Bildes transformiert wird. Bei gebräuchlichem MRI wird die K-Raum-Matrix zeilenweise gefüllt. Wenngleich es schon viele Verbesserungen und Varianten auf diesem allgemeinem Gebiet gibt, ist doch die Geschwindigkeit mit der die K-Raum Matrix gefüllt werden kann, begrenzt. Um diese inhärenten Beschränkungen zu überwinden, wurden schon verschiedene Techniken entwickelt, um gleichzeitig für jede Anwendung eines magnetischen Feldgradienten mehrere Datenzeilen zu akquirieren. Diese Techniken, die allgemein als „Parallel-Bildgebungstechniken" bezeichnet werden können, verwenden eine Ortsinformation von Arrays von HF-Detektorspulen als Ersatz für die Ortskodierung, die sonst in sequentieller Weise unter Verwendung von Feldgradienten und HF-Pulsen erzielt wird.

Zwei solche Parallel-Bildgebungstechniken, die in jüngerer Zeit entwickelt und bei der in vivo MRI eingesetzt wurden, sind SENSE (SENSitivity Encoding = Empfindlichkeitskodierung) und SMASH (Simultaneous Acquisition of Spatial Harmonics = gleichzeitige Akquisition von Ortsharmonischen). Beide Techniken beinhalten die Verwendung einer Anzahl getrennter Empfangselemente, die parallel zueinander betrieben werden, wobei jedes Element ein verschiedenes oder räumlich verschobenes Empfindlichkeitsprofil aufweist. Eine Kombination der jeweils detektierten Spinsresonanzsignale erlaubt eine Verkürzung der für ein Bild erforderlichen Akquisitionszeit (im Vergleich zur gebräuchlichen Fourier-Bildrekonstruktion) um einen Faktor, der im günstigsten Fall gleich der Zahl der verwendeten Empfangselemente sein kann (vgl. Pruessmann et al., Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 42, Seiten 952–962, 1999).

Ein Nachteil der SENSE-Technik folgt z.B. daraus, dass die Empfindlichkeiten der Komponentenspulen entweder ungenügend gut charakterisiert oder unzureichend voneinander unterschiedlich sind. Diese Instabilitäten können als örtliche Artefakte in dem rekonstruierten Bild auftreten oder können zu einem verschlechterten SNR führen. Demgemäß geht der Wunsch dahin, in MRI-Systemen HF-Spulenarrays zu implementieren, die (zusammen mit anderen Aspekten) ein erhöhtes SNR mit oder ohne die Benutzung von Parallelbildgebungstechniken, wie SENSE ergeben.

Außerdem rühren Bildartefakte von Kopplungen zwischen Spulen in einer Gruppe (Cluster) nahe beieinander angeordneten Oberflächenspulen her, die getrennt abgestimmt und angepasst wurden. Die Kopplungen zwischen den Spulen erzeugen Kopplungsmoden, die Aufspaltungen in dem Resonanzspektrum der Spulen hervorrufen. Die Spulen werden demgemäß verstimmt und fehlangepasst, was zu Verringerungen des SNR führt. Um das SNR der Spulen aufrecht zu erhalten und von einer Spulenkopplung herrührende Bildartefakte zu vermeiden, werden gewisse elektrische Entkopplungsmechanismen erforderlich, um die mehreren Kopplungsmoden in eine einzige degenerierte Mode zusammenfallen zu lassen, die bei der MRI-Frequenz im Resonanzzustand ist.

In jüngerer Zeit wurden Parallelbildgebungstechniken weiter entwickelt, um mehrere Empfangskanäle auszunutzen, bspw. 8, 16 oder 32 Kanäle, die Signale von 8, 16 oder 32 Empfängerspulen erhalten. Bei einer typischen Mehrspulen-Arrayanordnung sind mehrere aneinander anschließende Spulen zum Empfang von Signalen während der Bildgabe vorgesehen. Es gibt aber eine ganze Anzahl von Konstruktionsherausforderungen bei der Schaffung der Möglichkeit mehrere Empfangskanäle und mehrere Spulen einzusetzen. So muss z.B. die Größe der Spulen, die zur Unterstützung eines 32-Kanal MRI-Systems erforderlich sind, so klein sein, dass sie in ein typisches 40 cm Field-of-View (Gesichtsfeld) eines gebräuchlichen MRI-Systems oder bei einigen Anwendungen in ein sogar noch kleineres Field-of-View passen. Außerdem ergeben die Spulengröße und die entsprechende Anordnung in einem Spulenarray inhärente, induktive Kopplungs- und Empfindlichkeitsprobleme die beide die Qualität (Q) und die Belastungsfaktoren der Spulen negativ beeinflussen können, wodurch das gesamte SNR-Verhalten der Spulen und des MRI-Systems während der Bildgebung beschränkt wird. Um die vorerwähnten Größen- und Empfindlichkeitsprobleme anzugehen, wurden schon bestimmte Spulenformen, bspw. Spiralspulen oder Mehrschleifenspulen, in Spulenarrays verwendet, die für eine unterhalb 30 MHz stattfindende Magnetresonanz ausgelegt sind. Es besteht nun ein zunehmendes Bedürfnis nach zusätzlichen Empfangskanälen und MRI-System-Einsatzmöglichkeiten bei höheren Frequenzen, insbesondere bei 64 MHz und 128 MHz, ohne darauf beschränkt zu sein, entsprechend 1,5T bzw. 3T Systemen. Spiralige oder mehrschleifige Spulen, die in MRI-Systemen, welche bei oder oberhalb von 30 MHz betrieben werden, eingesetzt werden, können aber das Gesamtbetriebsverhalten der Spulen und des MRI-Systems bei der Bildgabe negativ beeinträchtigen.

Der Lastfaktor (loading factor) ist das Verhältnis von unbelastetem Q zu belastetem Q (wenn die Spule dadurch belastet ist, dass sie auf das Subjekt aufgelegt ist), wobei der Qualitätsfaktor Q ein Messwert der Spulenresonanzfrequenz, geteilt durch die Bandbreite der Spulenresonanz ist, wie dies an sich bekannt ist. Der Lastfaktor dient als Messgröße des Verhältnisses der sich aus der Spule und dem bildgebenden Subjekt ergebenden Gesamtwiderstandsverluste, ge teilt durch die Verluste von der Spule allein. Hohe Lastfaktoren bedeuten in der Regel, dass der größte Teil des Rauschens von dem Subjekt und nicht von der Spule kommt und sie werden bei Fehlen einer starken „E"-Feld-Kopplung zwischen der Spule und dem Messobjekt üblicherweise als Anzeichen einer guten Spulenleistung interpretiert.

Was benötigt wird, ist eine stark gekoppelte HF-Spulenanordnung mit MRI-Spulen mit hohem Q und hohem Lastfaktor zur Verwendung in einem Mehrkanal-MRI-System, das bei höheren Frequenzen arbeitet.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Es wird eine HF-Spulenanordnung zur Verwendung in einem Mehrempfangskanal-MRI-System geschaffen. Die HF-Spulenanordnung ist als eine HF-Spulenanordnung mit jeweils mehrere Windungen aufweisenden Elementen aufgebaut, die als Oberflächenspulenarray zusammen mit dem MRI-System 100 arbeitet, das dazu eingerichtet ist, in einem Mehrkanal-Empfangsmodus zu arbeiten.

Unter einem ersten Aspekt wird eine Hochfrequenz(HF)-Spulenanordnung zur Verwendung in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem (MRI) geschaffen, die eine Anzahl jeweils mehrere Windungen aufweisender Spulenelemente zum Empfang von HF-Signalen während der Bildgebung beinhaltet und bei der die jeweils mehrere Windungen aufweisenden Spulenelemente zur Ankopplung an eine entsprechende Menge von Vorverstärker-Empfangskanaleingängen in dem MRI-System geeignet sind.

Unter einem zweiten Aspekt wird eine Hochfrequenz(HF)- Spulenanordnung zur Verwendung bei der Magnetresonanz-Bildgebung(MRI) geschaffen, die wenigstens ein HF-Spulenarray beinhaltet, wobei das HF-Spulenarray eine Anzahl jeweils mehrere Windungen aufweisender Elemente zum Empfang von HF-Signalen während der Bildgebung aufweist und bei der die jeweils mehrere Windungen aufweisenden Spulenelemente zur Ankopplung an eine entsprechende Menge von Empfangskanälen in dem MRI-System eingerichtet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Veranschaulichung eines beispielhaften MRI-Systems bei dem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einsetzbar sind,
2 ist eine schematische Blockdarstellung einer Ausführungsform einer HF-Spulenanordnung mit mehrwindigen Elementen; und
3 ist eine schematische Darstellung einer Spule, wie sie bei der HF-Spulenanordnung nach 2 verwendet ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend zunächst auf 1 ist dort ein beispielhaftes Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-System 100 dargestellt. Das MRI-System 100 funktioniert in an sich bekannter Weise und beinhaltet einen Computer, der über ein Pulssteuerungs-Subsystem Gradientenspulen-Leistungsverstärker steuert. Das Pulssteuerungs-Subsystem und die Gradientenverstärker erzeugen zusammen die geeigneten bildgebenden Gradienten-Waveforms (Imnpulsfolgen) Gx, Gy, Gz, bspw. für eine Spinechosequenz, eine „gradient-recalled"-Echopulssequenz, eine Fast-Spin-Echosequenz oder andere Arten von Pulssequenzen, wie sie an sich bekannt sind. Die Gradienten-Waveforms werden in Gradientenmagnetfeldspulen eingeleitet, die rings um die Bohrung einer MR-Magnetanordnung so angeordnet sind, dass Gradientenmagnetfelder Gx = δB₀/δx, Gy = δB₀/δy und Gz = δB₀/δz auf das polarisierende Magnetfeld B₀ von einer MR-Magnetanordnung aufgedrückt werden.
Das Pulssteuerungs-Subsystem steuert auch einen Hochfrequenzsynthesizer, der Teil eines HF-Transceiversystems ist. Das Pulssteuerungs-Subsystem steuert auch einen HF-Modulator, der die Ausgangsgröße des Hochfrequenzsynthesizers moduliert. Die sich ergebenden HF-Signale werden, verstärkt von einem Leistungsverstärker und über Sende-/Empfangsschalter an eine HF-Spulenanordnung angelegt, dazu verwendet die Kernspins eines abzubildenden Objekts 150 in dem MRI-System anzuregen.
Wie an sich bekannt, werden die MR-Signale von den angeregten Kernen des abzubildenden Objektes von einer HF-Empfangsspulenanordnung erfasst und über einen Sende-/Empfangsschalter in einen Vorverstärker eingegeben, wo sie verstärkt werden, worauf sie von einem Quadraturphasendetektor oder einem digitalen Empfänger weiter verarbeitet werden, wie dies an sich bekannt ist. In jedem Falle werden die detektierten Signale von einem Hochgeschwindigkeits A/D-Wandler digitalisiert und dem Computer zur Weiterverarbeitung zur Erzeugung von MR-Bildern des Objektes zugeführt. Der Computer kann auch die Zufuhr von Shimmingleistung steuern, die dazu verwendet wird, die Magnethomogenität über eine Shimspulenanordnung (bei abgeschalteten bildgebenden Gradienten) zu optimieren.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die HF-Spulenanordnung 200 wenigstens eine obere Spulenanordnung 200A und eine untere Spulenanordnung 200B auf, die so befestigt sind, dass sie eine Spulenanordnung bilden, die rings um den Torso des abzubildenden Subjekts oder Objekts 150 passt. Die obere und die untere Spulenanordnung sind gleich und werden im Nachstehenden in weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die 2, 3 beschrieben. Eine Oberflächenspule ist in der MRI an sich bekannt und ist eine lediglich zum Empfang dienende HF-Bildgebungsspule, die im Allgemeinen an der Oberfläche des abzubildenden Objekts anliegt. Bei der in den 1, 2 dargestellten Ausführungsform ist die HF-Spulenanordnung 200 mit mehrwindigen Elementen ein Ganzkörperspulenarray. Für den Fachmann versteht sich aber, dass die Erfindung auch für andere Oberflächenspulenanwendungen geeignet ist und an diese angepasst werden kann, bspw. einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Teilkörperspulen, Brustspulen, kardiologische Spulen und Gliedmaßen-(Arm oder Bein spulen, etc.. Bei anderen Ausführungsformen sind die Spulen aus einem dünnen elektrischen Leiter, wie einem Kupferstreifen oder einer Kupferfolie oder aus silber-, gold-, oder kupferplattiertem Metall hergestellt und auf einem flexiblen Substrat montiert, das an das Subjekt angepasst ist oder aber sie sind aus einer flexiblen Leiterplatte hergestellt. Die Beschreibung der HF-Spulenanordnung 200 geschieht weiter unten in größerem Detail unter Bezugnahem auf die 2, 3.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine HF-Spulenanordnung geschaffen, die zur Verwendung in einem mit hohen Frequenzen arbeitenden MRI-System einge richtet ist. So, wie hier verwendet, beziehen sich hohe Frequenzen auf solche von mehr als 30 MHz. Zusätzlich ist es bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erwünscht, ein Mehrkanal-Array für die Empfangsspulenanordnung zu implementieren. Dazu kann dann eine Parallelverarbeitungstechnik wie SENSE (oben beschrieben) zur Verbesserung der Datenakquisitionszeit verwendet werden. Bei verhältnismäßig hohen B₀-Feldstärken (z.B. >3T) beeinflussen die elektrischen Eigenschaften und die Größe des Patienten auch die Homogenität des HF-Anregungsfeldes. Wenn aber die Sendespule auch in einer Arraykonfiguration implementiert wäre, könnten die Stromamplitude und -phase in jedem Array-Element individuell so geregelt werden, dass sie wenigstens teilweise Veränderungen des HF-Anregungsfelds, die mit den elektrischen Eigenschaften des Patienten zusammenhängen ausgleichen.
Bezugnehmend nun auf 2 ist dort eine beispielhafte Ausführungsform entweder der oberen oder der unteren Spulenanordnung der HF-Spulenanordnung 200 mit Mehrwindungselementen in größerem Detail veranschaulicht. Wie unter Bezugnahme auf 1 bereits beschrieben, weist die HF-Spulenanordnung 200 eine obere Spulenanordnung und eine untere Spulenanordnung auf, die so befestigt sind, dass sie rings um den Torso eines abzubildenden Subjekts passend sitzen. Die obere und die untere Spulenanordnung sind identisch und sind durch das Schema nach 2 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist die HF-Spulenanordnung 200 als ein Torsooberflächenspulen-Array ausgelegt. Es versteht sich aber, dass die Größe und die Anordnung der Spulen und Komponenten für andere Oberflächenspulenanwendungen entsprechend abgewandelt werden können.
Weiterhin, noch bezugnehmend auf 2, ist dort die obere oder die untere Anordnung der HF-Spulenanordnung 200 veranschaulicht. Die obere und die untere Anordnung der HF-Spulenanordnung 200 weist jeweils einen Satz Mehrspulen-Subanordnungen 300 auf. Jede Mehrspulen-Subanordnung 300 beinhaltet eine Anzahl mehrwindiger Elemente 210, wobei die Zahl der Elemente pro Subanordnung 300 ausgewählt ist, abhängig von der Zahl der jeweils gewünschten Empfängerkanäle (so erfordert z.B. eine Empfänger-Einsatzmöglichkeit mit 32 Kanälen insgesamt 32 mehrwindige Spulenelemente bei der HF-Spulenanordnung, mit 16 Spulen bei der oberen Spulenanordnung und 16 Spulen bei der unteren Spulenanordnung), einer entsprechenden Anzahl Symmetrieeinrichtungen (baluns) 220 für jedes Spulenelement 210 und eine Anzahl verteilter Kondensatoren 230, die wahlweise um jedes Spulenelement 210 herum positioniert sind. Die Werte der verteilten Kondensatoren sind so eingestellt, dass, wenn alle Spulenanordnungen zusammengebaut sind und das Muster oder Subjekt in dem Musteraufnahmeraum vorhanden ist, jedes Spulenelement auf die MRI-Frequenz abgestimmt ist. Die jeweils mehrere Windungen aufweisenden Spulenelemente sind demgemäß über die verteilten Kondensatoren 230 so abgestimmt, dass jedes einzelne und alle Spulenelemente bei einer Frequenz in Resonanz kommen, die im Wesentlichen der MRI-Frequenz des MRI-Systems entspricht, wenn das System mit dem Subjekt beladen ist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform sind vier (4) mehrwindiger Elementspulen bei jeder Unteranordnung 300, wie in 2 dargestellt, positioniert, wobei jede Spule sich um ein bestimmtes Maß mit einer anschließenden Spule überlappt und wobei die Größe der Überlappung so eingestellt ist, dass die elektromagnetische Kopplung zwischen Spulenpaaren auf ein Minimum reduziert ist. Vier Subanordnungen 300 sind miteinander kombiniert, um eine obere bzw. eine untere Anordnung der HF-Spulenanordnung 200 zu bilden. Jede Subanord nung 300 weist außerdem an jede mehrwindige Elementspule und an die jeweilige Symmetriereinrichtung angeschlossene Kabel 240 zur Verbindung mit dem MRI-System 100 der 1 auf, wobei die mehreren Kabel 240 zweckmäßigerweise durch Schäuche 270 geführt sind, um die Zahl der Verbindungen mit den Vorverstärkereingängen des MRI-System Empfängers 100 zusammenzufassen. Bei dieser Ausführungsform weisen die Symmetriereinrichtungen 240 LEXAN-Blöcke, die die Kabel 240 aufnehmen, eine (nicht dargestellte) Symmetrier-PC-Platine, die Sperrspulen, PIN-Dioden und das Symmetrieglied enthält, auf, was alles in an sich bekannter Weise vorgesehen ist. Außerdem sind die Kabel 240 durch das Symmetrieglied auf Lambda/2 abgestimmt und sodann als vier diskrete Kabel (veranschaulicht als Schläuche 270) mit jeweils acht Adern in Silikonwärmeschrumpfhüllen und gewundenen Teflon-Schläuchen gebündelt.
Bezugnehmend wiederum auf 2 besteht bei dieser beispielhaften Ausführungsform jedes von zwei Arrays (obere und untere Spulenanordnung) aus jeweils 16 mehrwindigen (multi-turn) Elementspulen und zwar aus vier pro Subanordnung 300. Ein Array (das obere 200A) ist für die Brust des Patienten ausgelegt, während das andere Array (das untere 200B) für den Rücken des Patienten ausgelegt ist. Der Zusammenbau des oberen und des unteren Arrays bildet ein 32-kanaliges flexibles Array. Die die HF-Spulenanordnung 200 bildende obere und untere Anordnung, besteht jeweils aus 16 mehrwindigen Elementspulen 210, bei der vier mehrwindige Elementspulen auf einer entsprechenden Subanordnung 300 angeordnet und vier Subanordnungen 300 elektrisch und mechanisch unter Ausbildung eines 16 Spulen-Arrays miteinander verbunden sind. Die Subanordnungen 300 sind über die Kabel 240, 270, wie oben beschrieben, elektrisch verbunden. Die Subanordnungen sind mechanisch dadurch gekoppelt, dass jede der vier Subanordnungen 300 auf einer Folie oder einem Substrat 250, bspw. einem LEXAN-Kunststoff mit einer Dicke von 0,030 inch, befestigt ist. Es können auch andere Materialien und Dicken verwendet werden. Die Folie oder das Substrat sind zweckmäßigerweise so flexibel, dass die obere Spulenanordnung der HF-Spulenanordnung 200 leicht so verbogen oder abgebogen werden kann, dass sie bequem auf der Brust eines Patienten oder Subjekts (150 in 1) aufgelegt werden kann, während die untere Spulenanordnung der HF-Spulenanordnung 200 so gebogen werden kann, dass sie bequem auf den Rücken eines Patienten aufgebracht werden kann, wobei außerdem die obere und die unteres Spulenanordnung ein Gebilde ausbilden, das den Patienten so umschließt, dass eine vollständige Abdeckung des Torso mit minimaler Beeinträchtigung des MRI-Systems durch die den Patientenkörper umgebende Luft gewährleistet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Folie 250 leicht so abgebogen, dass sie vier Aufnahmeplätze für vier Subanordnungen 300 bildet. Außerdem weist die HF-Spulenanordnung 250 eine Abdeckung 260 auf, an der die die Subanordnungen 300 tragende Folie 250 befestigbar ist und die eine äußere Schutzabdeckung für die HF-Spulenanordnung 200 bildet. Die Abdeckung 260 ist zweckmäßigerweise aus einem flexiblen Schaumstoff gebildet, um die Handhabung durch den Benutzer des MRI-Systems beim Auflegen und Anlegen der HF-Spulenanordnung 200 auf bzw. rings um den Patienten zu erleichtern. Die Abdeckung 260 weist darüberhinaus zweckmäßigerweise eine Außenabdeckung über dem Schaumstoff aus, um alle Komponenten der HF-Spulenanordnung 200 zu schützen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform beträgt die Länge der HF-Spulenanordnung 200 im endgültigen Zustand zweckmäßigerweise 42 cm um so dem Field-of-View eines gebräuchlichen MRI-Bildgebungssystems zu entsprechen.
Wie oben beschrieben, ist eine HF-Spulenanordnung 200 zur Torsobildgebung in einem Mehrempfängerkanal MRI-System (d.h. 32 Kanäle) geeignet. Bei anderen bildgebenden Anwendungen oder Anforderungen an das Field-of-View kann die Länge der HF-Spulenanordnung 200 so abgewandelt werden, dass sie dem jeweils gewünschten Field-of-View angepasst ist. Alternativ können die Zahl und/oder die Größe der das Array bildenden Spulen modifiziert werden.
Bezugnehmend nun auf 3 ist dort eine mehrwindige Elementspule 210 veranschaulicht. Wie vorstehend, im Zusammenhang mit der beispielhaften Ausführungsform beschrieben, sind 32 Mehrwindungsspulenelemente 210 vorhanden. Jedes mehrwindige Spulenelement 210 ist zweckmäßigerweise eine mehrgängige Schleife eines zur Verwendung in einem MRI-System geeigneten leitfähigen Materials, z.B. Kupfer Cu. Andere zur Verwendung in MRI-Systemen geeignete Materialien können verwendet werden, doch wurde Kupfer für diese Ausführungsform mit Rücksicht auf seine leichte Verarbeitbarkeit und aus Kostengründen gewählt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Doppelschleife verwendet, wie sie in 3 dargestellt ist. Jede Elementenspule 210 weist eine Abmessung von 11,9 cm × 10,7 cm (Messung zwischen den Schleifen) auf, wobei die Abmessungen im Hinblick auf die jeweils gewünschte Anwendung auf Torsobildgebung und damit auf ein 42 cm Field-of-View und die Anzahl Empfängerkanäle (32) gewählt sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Größe der Spulen so gewählt, dass eine Gesamtzahl von 16 Spulen 210 auf ein Substrat passt, das die 42 cm Field-of-View Forderung eines gebräuchlichen MRI-Scanners nicht überschreitet. Andere Anwendungen würden naturgemäß eine entsprechende Anpassung des Field-of-View erfordern und sodann auch der Zahl von Empfängerkanälen, um die Zahl, Größe und Windungszahl der erforderlichen Spulenelemente zu bestimmen. Bezugnehmend nochmals auf 3 ist dort das Spulenelement 210 mit einer Doppelschleife veranschaulicht. Bei der beispielhaften Ausführungsform wurde jedes mehrwindige Spulenelement unter Verwendung einer rechnergestützten Konstruktionstechnik (CAD) auf eine 6 oz, 0,0021 inch Schaltungsplatine eingeätzt, wobei an dem Kreuzungspunkt 290 eine Schleife erhalten wird. Jede Spule 210 wurde individuell hergestellt und abgestimmt, wobei sodann jede Subanordnung 300 (2) in der Weise konstruiert wird, dass Spulenelemente 210 in einander überlappender Weise aufgeklebt werden, um so den zur Verwendung als Mehrspulenarray in dem MRI-System jeweils gewünschten Kopplungsfaktor zu erzielen. Die Spulenelemente 210 weisen außerdem eine Vielzahl von Kontaktstellen 280 zur Verwendung beim Anschluss von Kondensatoren (wie sie bei 230 in 2 dargestellt sind), auf. Bezugnehmend wiederum auf 3 ist der das Spulenelement 210 umschließende Leiter in Achteck-Gestalt veranschaulicht. Es versteht sich, dass diese Gestalt lediglich beispielhaft veranschaulicht ist und dass viele andere Gestaltungen im Rahmen der Erfindung möglich sind, einschließlich insbesondere kreisförmige Schleifen, quadratische Schleifen, rechteckige Schleifen und n-seitige Polygone, wobei n ≥ 3 ist.
Im Betrieb weist die in den 1, 2 dargestellte beispielhafte Ausführungsform einen Lastfaktor im Bereich von 2–3:1 auf. Jedes mehrwindige Spulenelement 210 wurde so abgestimmt, dass die Spulenkopplung in dem Zustand, in dem die HF-Spulenanordnung 200 um den Patienten herumgebogen ist, auf ein Minimum reduziert ist. Angestrebt wird, dass die Abstimmung gegenüber einem Verbiegen der HF-Spulenanordnung unempfindlich ist, so dass die HF-Spulenanordnung für eine Vielzahl von Körpergrößen einsetzbar ist.
Wenngleich lediglich gewissen Merkmale der Erfindung hier veranschaulicht und beschrieben wurden, so versteht sich für den Fachmann doch, dass viele Abwandlungen und Veränderungen möglich sind. Demgemäß sollen die beigefügten Patentansprüche alle diese Abwandlungen und Veränderungen mit umfassen, die im Schutzbereich der Patentansprüche liegen.

100: MRI-System
200: HF-Spulenanordnung
210: mehrwindige Elementspulen
220: Symmetrieblöcke
230: Kondensatoren
240: Kabel
250: Folie/Substrat (LEXAN)
260: Abdeckung und Schaumstoff
270: Schläuche für Kabel
280: Kontaktstellen
290: Kreuzungsstelle
300: Subanordnung (Spulen, Kondensatoren, Kabel)-Paddles

Claims

Hochfrequenz(HF)-Spulenanordnung zur Verwendung in einem Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-System, die aufweist: Eine Anzahl mehrwindiger Spulenelemente zum Empfang von HF-Signalen während der Bildgebung, wobei die mehrwindigen Spulenelemente zum Anschluss an eine entsprechende Anzahl Empfangskanäle in dem MRI-System geeignet sind, die mit Frequenzen von mehr als 30 MHz arbeiten.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei der die mehrwindigen Spulenelemente elektrisch und mechanisch so angeordnet sind, dass ein HF-Spulenarray ausgebildet ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei der die mehreren mehrwindigen Spulenelemente und die mehreren Empfangskanäle zahlenmäßig einander entsprechen.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 3, bei der die mehreren mehrwindigen Spulenelemente so angeordnet sind, dass sich mit jeweils anschließenden mehrwindigen Spulenelementen überlappen und bei denen die mehrwindigen Elemente so angeordnet sind, dass sie einem jeweils gewünschten Field-of-View (Gesichtsfeld) in dem MRI-System entsprechen.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei der die mehrwindigen Spulenelemente leitfähiges Material enthalten, das zur Verwendung in dem MRI-System geeignet ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 1, die außerdem eine entsprechende Anzahl von Symmetriereinrichtungen (baluns) und eine entsprechende Anzahl verteilter Kondensatoren aufweist, die selektiv rings um jedes der mehreren mehrwindigen Spulenelemente angeordnet sind.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 6, bei der die mehreren mehrwindigen Spulenelemente sich einander so überlappen, dass die elektromagnetische Kopplung zwischen Spulenelementen zur Verwendung in dem MRI-System minimiert ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 7, bei der die mehrwindigen Spulenelemente über die verteilten Kapazitäten so abgestimmt sind, dass jedes einzelne und alle Spulenelemente bei einer Frequenz ihre Resonanz aufweisen, die im Wesentlichen der MRI-Frequenz des MRI-Systems entspricht, wenn die Anordnung mit einem abzubildenden Subjekt belastet ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 1, bei der jedes der mehrwindigen Elemente wenigstens eine mehrfach geschlungene Schleife aus einem zur Verwendung in dem MRI-System geeigneten leitfähigen Material aufweist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 9, bei der die mehrwindigen Elemente unter Verwendung von computerunterstützten Konstruktionstechniken (CAD) hergestellt sind.
Hochfrequenz(HF)-Spulenanordnung zur Verwendung bei der Magnetresonanzbildgebung (MRI), die aufweist: Wenigstens ein HF-Spulenarray, wobei das HF-Spulenarray eine Anzahl mehrwindiger Spulenelemente zum Empfang von HF-Signalen während der Bildgebung aufweist und wobei die mehrwindigen Spulenelemente zum Anschluss an eine entsprechende Anzahl mehrerer Empfangskanäle in dem MRI-System geeignet sind, die bei Frequenzen von höher als 30 MHz arbeiten.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 11, bei der wenigstens ein HF-Spulenarray ein flexibles Substrat zur Aufnahme der mehreren mehrwindigen Elemente aufweist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 11, bei der die mehreren mehrwindigen Spulenelemente und die mehreren Empfangskanäle zahlenmäßig einander entsprechen.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 13, bei der die mehreren mehrwindigen Spulenelemente so angeordnet sind, dass sie sich mit jeweils angrenzenden mehrwindigen Spulenelementen überlappen, wobei die mehreren mehrwindigen Elemente so angeordnet sind, dass sie einem jeweils gewünschten Field-of-View (Gesichtsfeld) in dem MRI-System entsprechen.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 11, bei der die mehrwindigen Spulenelemente leitfähiges Material aufweisen, das zur Verwendung in dem MRI-System geeignet ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 11, die außerdem eine entsprechende Anzahl Symmetriereinrichtungen (baluns) und eine entsprechende Anzahl verteilter Kondensatoren aufweist, die selektiv um jedes der mehrwindigen Spulenelemente herum angeordnet sind.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 14, bei der das Maß der Überlappung so eingestellt ist, dass die elektromagnetische Kopplung zwischen mehrwindigen Elementen zur Verwendung in dem MRI-System minimiert ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 16, bei der die entsprechenden Werte der verteilten Kondensatoren so eingestellt sind, dass jedes einzelne und alle mehrwindigen Spulenelemente bei einer Frequenz ihre Resonanz aufweisen, die im Wesentlichen der MRI-Frequenz des MRI-Systems entspricht, wenn die Anordnung mit einem abzubildenden Subjekt belastet ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 10, bei der die HF-Spulenanordnung mechanisch an ein Substrat angekoppelt ist und bei der das Substrat um ein abzubildendes Subjekt herumlegbar ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 10, bei der jedes der mehrwindigen Elemente wenigstens eine in mehrere Windungen gelegte Schleife aus einem zur Verwendung in dem MRI-System geeigneten leitfähigem Material aufweist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 19, bei der das Substrat der wenigstens einen Spulenanordnung flexibel und an die Gestalt des abzubildenden Subjekts im Wesentlichen anpassbar ist.
HF-Spulenanordnung nach Anspruch 21, die wenigstens zwei verformbare Spulenanordnungen aufweist, wobei jede Spulenanordnung an einen unterschiedlichen Teil des abzugbildenden Subjekts angepasst ist.