DE102006046044B4

DE102006046044B4 - Hochfrequenzsendeanordnung einer Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102006046044B4
Application number: DE102006046044A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NISTLER; Wilfried Dr. Schnell
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: CN101153897A; CN101153897B; DE102006046044A1; US20080079430A1; US7683622B2

Abstract

Hochfrequenzsendeanordnung einer MR-Anlage (10) zur Erzeugung eines resultierenden B1-Feldes, welche aufweist:
– eine erste Antennenvorrichtung, die einen ersten Anteil des resultierenden B1-Feldes erzeugt,
– zumindest einen Antenneneinschub (14), der einen zweiten Anteil des resultierenden B1-Feldes erzeugt, so dass das resultierende B1-Feld von der ersten Antennenvorrichtung und dem zumindest einen Antenneneinschub (14) erzeugt wird,
wobei die Hochfrequenzsendeanordnung eine Vielzahl N von Moden erzeugt, wobei die erste Antennenvorrichtung einen Grundmode erzeugt, und der Antenneneinschub die restlichen N – 1 Moden erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antennenvorrichtung die in die MR-Anlage (10) integrierte Ganzkörperantenne (13) ist, und dass der von der ersten Antennenvorrichtung erzeugte Mode orthogonal zu den von dem Antenneneinschub (14) erzeugten Moden ist, so dass eine Kopplung zwischen der ersten Antennenvorrichtung und dem Antenneneinschub (14) verringert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochfrequenzsendeanordnung einer Magnetresonanzanlage sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines B1-Feldes.
Mit Hilfe der Magnetresonanztomographie ist es möglich in beliebigen Ebenen Schnittbilder des menschlichen Körpers zu erzeugen, indem die Magnetisierung des Untersuchungsobjekts in einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld, auch als B0-Feld bezeichnet, angeregt werden. Zur Anregung der von den Kernspins resultierenden Magnetisierung werden mit Hochfrequenzantennen Hochfrequenzpulse in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die magnetische Flussdichte dieser Hochfrequenzpulse wird üblicherweise als B1-Feld bezeichnet. Zumeist wird die Information der für die Kernresonanzanregung benötigten Hochfrequenzpulse digital als Folge von komplexen Zahlen von einer Steuerelektronik bereitgestellt. Diese werden von einem Modulator und einem HF-Leistungsverstärker an eine Sendeantenne übertragen.
Konventionelle Magnetresonanzanlagen besitzen nur eine Ganzkörperantenne, die ein möglichst homogenes B1-Feld erzeugen soll. Da das Gewebe der in der MR-Anlage untersuchten Person leitfähig ist, verändern die induzierten Ströme die an sich homogene B1-Feldverteilung. Zeitliche und räumliche Schwankungen in der Feldstärke des anregenden B1-Feldes führen jedoch zu Änderungen in dem empfangenen MR-Signal, was zu ungewünschten Änderungen der Bildintensität im dargestellten MR-Bild führt. Beispielsweise führt eine inhomogene räumliche Verteilung der Amplitude des B1-Feldes zu einer nicht erwünschten Abhängigkeit des Bildkontrastes von der Position. Aus diesem Grund sind Sendeanlagen mit mehreren Kanälen wünschenswert, die jeweils verschiedene Feldverteilungen aufweisen, so dass durch Überlagerung der verschiedenen Felder ein im Wesentlichen homogenes B1-Feld erzeugt werden kann. Die DE 10 2004 053 777 A1 beschreibt eine derartige Sendeanordnung mit mehreren Kanälen.
Weiterhin wurden neue Aufnahmetechniken entwickelt, bei denen gleichzeitig unterschiedliche B1-Feldprofile die von mehreren Antennen erzeugt werden, benutzt werden. Auch aus diesem Grund ist es wünschenswert eine Hochfrequenzsendeanordnung zu verwenden, die verschiedene Feldverteilungen erzeugen kann.
Üblicherweise ist in konventionellen Magnetresonanzanlagen nur eine Ganzkörperantenne eingebaut, die nur eine, vorzugsweise homogene, Feldverteilung erzeugen kann. Damit Anwender mit MR-Anlagen mit eingebauten Ganzkörperantennen die Applikationen mit mehreren Sendekanälen nutzen können, müssten also Hochfrequenzsendeanordnungen mit mehreren Kanälen nachgerüstet werden. Dies ist sehr kosten- und zeitintensiv.
Die Druckschrift DE 101 09 489 A1 offenbart ein Spinresonanzmessgerät mit einem statischen Magnetfeld und einer Vorrichtung zur Erzeugung dazu senkrechter magnetischer Wechselfelder bei zwei Resonanzfrequenzen. Eine derartige Vorrichtung wird dadurch erhalten, dass zwei Spinresonanzmessgeräte ineinander eingeführt werden, wobei das erste Spinresonanzgerät zwei zueinander orthogonale elektromagnetische Eigenschwingungen besitzt, und wobei bei dem zweiten Spinresonanzgerät eine Eigenschwingung unterbunden ist, so dass die verbleibende Eigenschwingung gleichphasig mit dem ersten Spinresonanzgerät schwingt. Dabei koppeln die beiden einander umschließenden Resonatoren induktiv über ihre magnetischen und kapazitiv über ihre elektrischen Wechselfelder, wobei eine kombinierte Eigenschwingung entsteht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochfrequenzsendeantennenanordnung bereitzustellen, mit der auf einfache Weise unterschiedliche Feldverteilungen bzw. Moden erzeugt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Hochfrequenzsendeanordnung in einer MR-Anlage bereitgestellt, die ein resultierendes B1-Feld erzeugt. Die Sendeanordnung weist eine erste Antennenvorrichtung auf, die einen ersten Anteil des resultierenden B1-Feldes erzeugt. Weiterhin ist ein Antenneneinschub vorgesehen, der den zweiten Anteil des resultierenden B1-Feldes erzeugt, so dass das resultierende B1-Feld von der ersten Antennenvorrichtung und dem zumindest einen Antenneneinschub erzeugt wird. Die erste Antennenvorrichtung ist dabei erfindungsgemäß die in der Magnetresonanzanlage integrierte Ganzkörperantenne. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die in der MR-Anlage bereits eingebaute Ganzkörperantenne einen Teil einer mehrkanaligen Sendeantenne darstellen. Diese Antennenvorrichtung kann eine einkanalige Antenne sein.
Erfindungsgemäß erzeugt die Hochfrequenzanordnung eine Vielzahl N von Moden. Hierbei erzeugt die Ganzkörperantenne den Grundmode, wobei der Antenneneinschub die restlichen N – 1 Moden erzeugt. Dabei ist der von der Ganzkörperantenne erzeugte Mode orthogonal zu den von dem Antenneneinschub erzeugen Moden, so dass eine Kopplung zwischen der ersten Antennenvorrichtung und dem Antenneneinschub verringert wird.
In der vorliegenden Anmeldung ist unter einem Mode allgemein eine räumliche Magnetfeldverteilung eines mit einer Antenneneinheit eingestrahlten Magnetfeldes zu verstehen, welches durch die Amplitude und Phase des Magnetfeldes an jedem Ort in dem Sendevolumen bestimmt ist. Vorzugsweise hat dabei jeder Mode eine unterschiedliche räumliche Feldverteilung. Der von der Ganzkörperantenne eingestrahlte Grundmode kann beispielsweise eine im Wesentlichen räumlich homogene Feldverteilung mit einer einheitlichen Polarisation sein.
Wenn mehrere Hochfrequenzsendeanordnungen in räumlicher Nähe zueinander verwendet werden, kann das Problem auftreten, dass sie sich durch Induktionsphänomene miteinander verkoppeln, so dass sie sich gegenseitig erhebliche Leistungen zuspielen. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von orthogonalen Moden wird dieses Problem weitgehend behoben. Es gibt dementsprechend fast keine Verkopplung zwischen der Ganzkörperantenne und dem Antenneneinschub. Die Verwendung von orthogonalen Moden ist detaillierter in der Offenlegungsschrift DE 10 2004 053 777 A1 beschrieben. Für die Bereitstellung von derartigen orthogonalen Moden wird explizit auf diese Offenlegungsschrift Bezug genommen.
Ein Vorteil der Verwendung von orthogonalen Moden ist auch, dass eventuell anfallende Abgleicharbeiten beim Einbau des Antenneneinschubs entfallen können. Diese Abgleicharbeiten wären notwendig, um beim Einbau des Antenneneinschubs und bei Verwendung der bereits vorhandenen Ganzkörperantenne eine Wechselwirkung zwischen den beiden Sendeanordnungen zu verringern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Antenneneinschub auch lösbar mit der MR-Anlage gekoppelt sein und nicht fest in die MR-Anlage eingebaut sein. Bei einer lösbaren Anbringung des Antenneneinschubs kann dieser beispielsweise mit der Patientenliege lösbar verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform würde der Antenneneinschub dann mit der Patientenliege in die MR-Anlage bewegt werden. Diese lösbare Verbindung mit der Patientenliege ist insbesondere möglich, wenn wie vorher erklärt, orthogonale Moden verwendet werden, da in diesem Fall ein Abstimmen der einzelnen Sendevorrichtungen aufeinander nicht notwendig ist, so dass der Antenneneinschub einfach in die MR-Anlage eingeschoben werden kann, ohne dass es zu einer verstärkten Wechselwirkung der Ganzkörperantenne mit dem Antenneneinschub kommt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Antenneneinschub für jeden Mode eine Speiseleitung auf, durch die der Antenneneinschub mit dem notwenigen HF-Puls versorgt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines resultierenden B1-Feldes einer Magnetresonanzanlage durch eine Hochfrequenzsendeanordnung mit mehreren Kanälen bereitgestellt, wobei ein erster Anteil des B1-Feldes durch die einkanalige Ganzkörperantenne der Magnetresonanzanlage erzeugt wird. Ein weiterer zweiter Anteil des B1-Feldes wird durch den Antenneneinschub erzeugt, so dass das resultierende B1-Feld durch die Ganzkörperantenne und den Antenneneinschub erzeugt wird. Die Hochfrequenzsendeanordnung erzeugt erfindungsgemäß eine Vielzahl N von Moden, wobei die Ganzkörperantenne einen Grundmode erzeugt und der Antenneneinschub die restlichen N – 1 Moden erzeugt. Der von der Ganzkörperantenne erzeugte Mode ist orthogonal zu den von dem Antenneneinschub erzeugten Moden, so dass eine Kopplung zwischen der Ganzkörperantenne und dem Antenneneinschub verringert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine MR-Anlage mit einer integrierten Ganzkörperantenne,
2 eine Ganzkörperantenne mit darin befindlichem Antenneneinschub in einer Seitenansicht,
3 eine Ansicht von vorne der Hochfrequenzsendeanordnung bestehend aus Ganzkörperantenne und Antenneneinschub, und
4 eine perspektivische Ansicht einer MR-Anlage, wobei der Antenneneinschub mit der Patientenliege bewegt wird.
In 1 ist schematisch in einem Querschnitt eine MR-Anlage 10 dargestellt. Wie allgemein bekannt weist diese MR-Anlage 10 eine Öffnung 11 auf, in die eine Patientenliege 12 mit einer daraufliegenden (nicht dargestellten) Untersuchungsperson hineingeschoben werden kann. Die Funktionsweise von MR-Anlage 10 ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Zur Anregung der Magnetisierung ist in 1 weiterhin eine Ganzkörperantenne 13 vorgesehen, die fest in der MR-Anlage 10 integriert ist und die ein homogenes B1-Feld im Untersuchungsraum erzeugt. Der Begriff „Ganzkörperantenne” bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass es sich hierbei um die üblicherweise in einer MR-Anlage 10 eingebaute Antenne handelt. Diese Ganzkörperantenne 13 kann eine homogene Feldverteilung erzeugen. Soll in der in 1 gezeigten MR-Anlage 10 eine mehrkanalige Sendeanordnung erzeugt werden, so müsste diese Ganzkörperantenne 13 ausgetauscht werden. Erfindungsgemäß ist es jedoch möglich diese Ganzkörperantenne 13, die auch in 2 dargestellt ist, zusammen mit einem in 2 dargestellten Antenneneinschub 14 zu verwenden. Dieser Antenneneinschub 14 weist mehrere einzeln ansteuerbare Antennenelemente 15 auf. In dem dargestellten Fall ist der Antenneneinschub 14 als so genannter Birdcage-Resonator dargestellt, der zum Beispiel acht Antennenelemente 15 aufweist, welche um ei ne Symmetrieachse herum parallel zueinander angeordnet sind und ein Sendevolumen umschließen. Selbstverständlich kann der Antenneneinschub 14 auch mehr oder weniger Antennenelemente 15 aufweisen. Durch die Ansteuerung der einzelnen Antennenelemente 15 mit bestimmten Amplituden und Phasen eines B1-Feldes können verschiedene Moden bzw. Feldverläufe durch den Antenneneinschub erzeugt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das B1-Feld, das von der Ganzkörperantenne 13 erzeugt wird orthogonal zu dem Anteil des B1-Feldes, der durch die Antennenelemente 15 erzeugt wird, so dass eine Kopplung zwischen den beiden Antennenteilen 13 und 14 weitgehend vermieden wird.
In 3 sind die beiden Anteile der Hochfrequenzsendeanordnung in einer Vorderansicht dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass beide Antennenanteile, die Ganzkörperantenne 13 und der Antenneneinschub 14 konzentrisch zum Untersuchungszentrum 16 angeordnet. Der Antenneneinschub 14 und die Ganzkörperantenne 13 können nun beispielsweise derart verwendet werden, dass auch bei Anwesenheit einer Untersuchungsperson im Bereich innerhalb der Sendeanordnung ein möglichst homogenes B1-Feld erzeugt wird. Hierzu kann beispielsweise der Antenneneinschub 14 derart gesteuert werden, dass die von der Ganzkörperantenne im Untersuchungsbereich resultierenden B1-Feldhomogenitäten durch die von den Antennenelementen 15 erzeugten B1-Felder möglichst ausgeglichen werden. Wie eine möglichst homogene B1-Feldverteilung mit einer Multimodenantenne erreicht werden kann ist beispielsweise in der oben genannten DE 10 2004 053 777 A1 im Detail beschrieben, wobei hierauf Bezug genommen wird.
In einer Ausführungsform weist der Antenneneinschub 14 für jedes Antennenelement 15 einen Speisekanal auf, wobei ein nicht gezeigter Verstärker die Amplituden- und Phasenwerte in den jeweiligen Speisekanal einspeist.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Antenneneinschub fest in der MR-Anlage 10 integriert sein.
Andererseits, wie in 4 gezeigt, kann der Antenneneinschub 14 nicht fest in der MR-Anlage 10 integriert sein. Wenn die beiden Teile der Antenne durch Verwendung von orthogonalen Moden entkoppelt sind, kann der Antenneneinschub 14 auch beweglich mit der MR-Anlage 10 gekoppelt werden. Beispielsweise kann der Antenneneinschub 14 in Form eines Einschubes, der an der Patientenliege 12 angebracht ist, in die Öffnung 11 der MR-Anlage 10 angebracht werden. Wenn ein nicht gezeigter Patient mit der Patientenliege 12 in das Magnetzentrum bewegt wird, kann auf einfache Weise eine MR-Anlage 10, die nur eine Ganzkörperantenne 13 aufweist, als mehrkanalige Hochfrequenzsendeanordnung verwendet werden, ohne dass hierfür aufwändige Einbaumaßnahmen notwendig wären.
Mit dem in 4 gezeigten Beispiel ist es möglich, in Abhängigkeit von der Notwendigkeit einer mehrkanaligen Sendeanordnung einen Antenneneinschub 14 zu verwenden, der einfach mit in das Grundmagnetfeld geschoben wird. Auf eine zeitaufwändige Entkopplung der beiden Antennen kann verzichtet werden, wenn die beiden Antennen orthogonale Moden verwenden. Wie die vorliegende Anmeldung zeigt, kann eine bereits in einer MR-Anlage 10 eingebaute Ganzkörperantenne 12 einen Teil einer mehrka naligen Sendeanordnung bilden, wobei die weiteren Kanäle durch den so genannten Antenneneinschub 14 hinzugefügt werden.
Die Ersetzung der bestehenden Antenne durch eine extra ausgebildete Mehrkanalantenne ist nicht notwendig, was die Aufrüstung einer MR-Anlage 10 zu einer Anlage mit Mehrkanalsendeanordnung erheblich verbilligt.

Claims

Hochfrequenzsendeanordnung einer MR-Anlage (10) zur Erzeugung eines resultierenden B1-Feldes, welche aufweist: – eine erste Antennenvorrichtung, die einen ersten Anteil des resultierenden B1-Feldes erzeugt, – zumindest einen Antenneneinschub (14), der einen zweiten Anteil des resultierenden B1-Feldes erzeugt, so dass das resultierende B1-Feld von der ersten Antennenvorrichtung und dem zumindest einen Antenneneinschub (14) erzeugt wird, wobei die Hochfrequenzsendeanordnung eine Vielzahl N von Moden erzeugt, wobei die erste Antennenvorrichtung einen Grundmode erzeugt, und der Antenneneinschub die restlichen N – 1 Moden erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antennenvorrichtung die in die MR-Anlage (10) integrierte Ganzkörperantenne (13) ist, und dass der von der ersten Antennenvorrichtung erzeugte Mode orthogonal zu den von dem Antenneneinschub (14) erzeugten Moden ist, so dass eine Kopplung zwischen der ersten Antennenvorrichtung und dem Antenneneinschub (14) verringert wird.
Hochfrequenzsendeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antenneneinschub (14) fest in der MR-Anlage (10) integriert ist.
Hochfrequenzsendeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antenneneinschub (14) lösbar mit der MR-Anlage (10) gekoppelt ist.
Hochfrequenzsendeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antenneneinschub (14) lösbar an der Patientenliege (12) angebracht ist und mit der Patientenliege (12) in die MR-Anlage (10) bewegt wird.
Hochfrequenzsendeanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antenneneinschub (14) für jeden Mode eine Speiseleitung aufweist.
Verfahren zur Erzeugung eines resultierenden B1-Feldes einer MR-Anlage (10) durch eine Hochfrequenzsendeanordnung mit mehreren Kanälen, mit den folgenden Schritten: – Erzeugen eines ersten Anteils des B1-Feldes durch eine erste Ganzkörperantenne (13) der MR-Anlage (10), – Erzeugen eines zweiten Anteils des B1-Feldes durch einen Antenneneinschub (14), so dass das resultierende B1-Feld durch die Ganzkörperantenne (13) und den Antenneneinschub (14) gebildet wird, wobei die Hochfrequenzsendeanordnung eine Vielzahl N von Moden erzeugt, wobei die Ganzkörperantenne (13) einen Grundmode erzeugt, und der Antenneneinschub (14) die restlichen N – 1 Moden erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Ganzkörperantenne (13) erzeugte Mode orthogonal zu den von dem Antenneneinschub (14) erzeugten Moden ist, so dass eine Kopplung zwischen der Ganzkörperantenne (13) und dem Antenneneinschub (14) verringert wird.