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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetresonanzanlage.
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Magnetresonanzanlagen
sind allgemein bekannt. Bei ihnen ist ein Grundmagnetsystem vorhanden,
das ein Untersuchungsvolumen ringartig umgibt. Radial innerhalb
des Grundmagnetsystems ist ein Gradientensystem angeordnet. Radial
innerhalb des Gradientensystems ist ein Hochfrequenzschirm angeordnet.
Radial innerhalb des Hochfrequenzschirms ist eine Ganzkörperspule
angeordnet. Das Gradientensystem ist in der Regel im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet,
so dass das Gradientensystem eine Gradientensystemachse definiert.
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Bei
Magnetresonanzanlagen ist man bestrebt, die verschiedenen Magnetsysteme
(Grundmagnetsystem, Gradientensystem, Ganzkörperspule) möglichst
klein zu dimensionieren und dennoch eine möglichst große Öffnung für den Patiententunnel zu erreichen.
Zum Erreichen dieses Ziels werden im Stand der Technik das Grundmagnetsystem,
das Gradientensystem und die Ganzkörperspule in der Regel gleichartig
ausgebildet – beispielsweise
kreisförmig
oder elliptisch – und
konzentrisch ineinander verschachtelt.
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Aus
dem Fachaufsatz „A
high-efficiency asymmetric Gradient Coil" von J. A. Overweg und J. Weizenecker,
erschienen in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 11 (2003), Seite
744, ist eine Magnetresonanzanlage bekannt, bei der ein
Gradientensystem radial innerhalb eines Grundmagnetsystems angeordnet
ist. Das Gradientensystem weist einen Querschnitt auf, der aus zwei
zueinander komplementären
Abschnitten besteht. Der eine Abschnitt ist als Kreisbogen ausgebildet,
der einen ersten Radius und einen auf den Mittelpunkt des Kreisbogens
bezogenen Überdeckungswinkel
von mehr als 180° aufweist.
Der zweite Abschnitt ist ebenfalls als Kreisbogen ausgebildet. Er
weist jedoch einen erheblich größeren Krümmungsradius
und, bezogen auf seinen Mittelpunkt, einen erheblich kleineren Überdeckungswinkel
auf.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Magnetresonanzanlage
zu schaffen, die bei kostengünstigem
und einfachem Design eine große Öffnung für den Patiententunnel
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch eine Magnetresonanzanlage mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein
Grundmagnetsystem vorhanden, das ein Untersuchungsvolumen ringartig
umgibt. Radial innerhalb des Grundmagnetsystems ist ein Gradientensystem
angeordnet. Radial innerhalb des Gradientensystems ist ein Hochfrequenzschirm
angeordnet. Radial innerhalb des Hochfrequenzschirms ist eine Ganzkörperspule
angeordnet. Das Gradientensystem ist im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet,
so dass das Gradientensystem eine Gradientensystemachse definiert.
Die Ganzkörperspule
weist, bezogen auf einen vollständigen
Umlauf um die Gradientensystemachse, einen ersten Abschnitt und
einen zum ersten Abschnitt komplementären zweiten Abschnitt auf.
Der erste Abschnitt überdeckt
bezüglich
der Gradientensystemachse einen Winkelbereich von mehr als 180°. Die Ganzkörperspule
weist im ersten Abschnitt einen konstanten Krümmungsradius auf und ist im
zweiten Abschnitt schwächer
gekrümmt
als im ersten Abschnitt.
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Vorzugsweise
liegt der Hochfrequenzschirm radial innen am Gradientensystem an.
Durch diese Maßnahme
kann die Ausgestaltung der Magnetresonanzanlage noch weiter optimiert
werden.
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Vorzugsweise
ist die Ganzkörperspule
im Gradientensystem derart angeordnet, dass ein in der Mitte des
ersten Abschnitts möglicher
hochfrequenter Feldrückfluss
und ein in der Mitte des zweiten Abschnitts möglicher hochfrequenter Feldrückfluss
zumindest in etwa gleich groß sind.
Durch diese Maßnahme
kann die Effizienz der Ganzkörperspule
optimiert werden. Insbesondere ergibt sich durch diese Maßnahme in
Verbindung mit dem erheblich geringeren seitlichen Abstand eine
Verstärkung
der horizontalen Magnetfeldpolarisation gegenüber der vertikalen Magnetfeldpolarisation.
Dies ist auf Grund des typischen Querschnitts von Untersuchungspatienten von
Vorteil für
den Leistungsbedarf, der benötigt
wird, um im Patienten einen gewünschten
Anregungsflipwinkel zu erreichen. Im Empfangsbetrieb ermöglicht diese
Vorgehensweise ein etwas höheres
Signal-Rausch-Verhältnis
als bei einer symmetrischen zirkularen Polarisation.
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Für die Ausgestaltung
des zweiten Abschnitts gibt es mehrere Möglichkeiten. So ist es beispielsweise
möglich,
dass der zweite Abschnitt als gerader Abschnitt oder als Kreisbogen
ausgebildet ist. Bevorzugt ist jedoch, dass der zweite Abschnitt als
glatte Kurve mit variabler Krümmung
ausgebildet ist, beispielsweise als Ellipse oder als Oval. Durch
die letztgenannte Maßnahme
ist es insbesondere möglich,
dass der erste und der zweite Abschnitt tangentengleich aneinander
angrenzen.
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Vorzugsweise
ist der erste Abschnitt als Mantelabschnitt eines Zylinders ausgebildet,
der im Querschnitt quer zur Gradientensystemachse gesehen einen
Kreisbogen von mindestens 180° überdeckt.
Auf Grund dieser Maßnahme
ist der Patientenraum oberhalb einer typischerweise vorhandenen Patientenliege
im Wesentlichen unverändert.
Für den Patienten
ergibt sich daher das gleiche „look
and feel" wie bei
einer Magnetresonanzanlage des Standes der Technik.
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In
der Regel weist die Ganzkörperspule
um die Gradientensystemachse umlaufende Endringe und die Endringe
verbindende Antennenstäbe
auf, wobei die Antennenstäbe
um die Gradientensystemachse herum verteilt angeordnet sind. Die
Ganzkörperspule
ist somit in der Regel als Birdcage-Resonator ausgebildet. Bei einem
derartigen Birdcage-Resonator kann die Feldverteilung dadurch optimiert
werden, dass die Antennenstäbe, bezogen
auf das Bogenmaß,
im ersten und im zweiten Abschnitt abschnittweise in etwa äquidistant
angeordnet sind.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 schematisch
eine Magnetresonanzanlage von der Seite,
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2 einen
Schnitt durch die Magnetresonanzanlage von 1,
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3 und 4 alternative
Ausgestaltungen der Magnetresonanzanlage der 1 und 2,
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5 eine
schematische perspektivische Darstellung einer typischen Ganzkörperspule
und
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6 einen
Schnitt durch die Ganzkörperspule
von 5.
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Gemäß den 1 und 2 weist
eine Magnetresonanzanlage ein Grundmagnetsystem 1, ein Gradientensystem 2,
einen Hochfrequenzschirm 3 und eine Ganzkörperspule 4 auf.
Das Grundmagnetsystem 1 umgibt ein Untersuchungsvolumen 5 ringartig,
in der Regel kreisförmig
oder zumindest im Wesentlichen kreisförmig. Das Gradientensystem 2 ist
radial innerhalb des Grundmagnetsystems 1 angeordnet. Es
ist in der Regel ebenfalls kreisförmig oder zumindest im Wesentlichen
kreisförmig
ausgebildet. Es ist in der Regel konzentrisch zum Grundmagnetsystem 1 angeordnet.
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Das
Gradientensystem 2 definiert auf Grund seiner zumindest
im Wesentlichen kreisförmigen Ausgestaltung
eine Gradientensystemachse 6, um die das Grundmagnetsystem 1 und
das Gradientensystem 2 umlaufen. Der Begriff „radial" bezieht sich daher
auf die Gradientensystemachse 6. Er bezeichnet eine Richtung
senkrecht zur Gradientensystemachse 6, und zwar auf die
Gradientensystemachse 6 zu bzw. von ihr weg. Im Gegensatz
hierzu stehen die Begriffe „tangential" und „axial". Der Begriff „tangential" bezeichnet ebenfalls
eine Richtung senkrecht zur Gradientensystemachse 6, aber
nicht auf die Gradientensystemachse 6 zu bzw. von ihr weg,
sondern um sie herum. Der Begriff „axial" bezeichnet eine Richtung parallel zur
Gradientensystemachse 6.
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Das
Gradientensystem 2 weist mindestens eine Gradientenspule
auf. In der Regel sind sogar drei Gradientenspulen für die drei
Richtungen eines rechtwinkligen, kartesischen Koordinatensystems vorhanden.
Die Gradientenspulen sind in den FIG nicht dargestellt, um die FIG
nicht zu überfrachten.
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Der
Hochfrequenzschirm 3 ist radial innerhalb des Gradientensystems 2 angeordnet.
In der Regel liegt er, wie aus 2 ersichtlich
ist, radial innen am Gradientensystem 2 an.
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Die
Ganzkörperspule 4 ist
radial innerhalb des Hochfrequenzschirms 3 angeordnet.
Sie weist, bezogen auf einen (1) vollständigen Umlauf um die Gradientensystemachse 6,
eine ersten Abschnitt 7 und einen zweiten Abschnitt 8 auf.
Der zweite Abschnitt 8 ist zum ersten Abschnitt 7 komplementär, das heißt, dass
der erste und der zweite Abschnitt 7, 8 zusammen
den einen (1) vollständigen
Umlauf um die Gradientensystemachse 6 ergeben. Die Ganzkörperspule 4 ist
radial innen in der Regel mit einer Verkleidung versehen. Die Verkleidung
kann, je nach Ausgestaltung der Magnetresonanzanlage, zugleich eine
Tragstruktur für
die Ganzkörperspule 4 sein.
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Der
erste Abschnitt 7 überdeckt
bezüglich der
Gradientensystemachse 6 einen Winkelbereich α von mehr
als 180°.
Im ersten Abschnitt 7 weist die Ganzkörperspule 4 einen
konstanten Krümmungsradius
r auf. Der erste Abschnitt 7 definiert daher eine Ganzkörperachse 9.
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Der
erste Abschnitt 7 ist auf Grund seines konstanten Krümmungsradius
r als Mantelabschnitt eines Zylinders ausgebildet. Er überdeckt
im Querschnitt quer zur Gradientensystemachse 6 gesehen einen
Kreisbogen. Der Kreisbogen weist – bezogen auf die Ganzkörperachse 9 – einen Überdeckungswinkel β auf, der
gemäß 2 exakt
180° beträgt. Der Überdeckungswinkel β könnte jedoch
alternativ kleiner oder – vorzugsweise – größer als
180° sein.
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Im
zweiten Abschnitt 8 ist die Ganzkörperspule 4 schwächer gekrümmt als
im ersten Abschnitt 7. Gemäß 2 ist der
zweite Abschnitt 8 beispielsweise als glatte Kurve ausgebildet,
die eine variable Krümmung
aufweist. Insbesondere kann der zweite Abschnitt 8 als
Ellipse oder als Oval ausgebildet sein.
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Der
erste Abschnitt 7 weist eine Mitte 10 auf, der
zweite Abschnitt 8 eine Mitte 11. Die Mitte 10 des ersten
Abschnitts 7 weist vom Gradientensystem 2 einen
ersten Abstand a auf. Die Mitte 11 des zweiten Abschnitts 8 weist
vom Gradientensystem 2 einen zweiten Abstand b auf. Die
Abstände
a, b sind in etwa gleich groß.
Dadurch wird erreicht, dass ein in der Mitte 10 des ersten
Abschnitts 7 möglicher
hochfrequenter Feldrückfluss
und ein in der Mitte 11 des zweiten Abschnitts 8 möglicher
hochfrequenter Feldrückfluss
zumindest in etwa gleich groß sind.
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Gemäß 2 grenzen
der erste und der zweite Abschnitt 7, 8 tangentengleich
aneinander an. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt, aber nicht zwingend
erforderlich. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit den 3 und 4 erläutert.
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Die
Ausgestaltungen der 3 und 4 entsprechen
im Wesentlichen der Ausgestaltung von 2. Nachfolgend
wird daher nur auf die Unterschiede eingegangen. Die wesentlichen
Unterschiede der 3 und 4 zur 2 sind
die Größe des Überdeckungswinkels β des Kreisbogens
des ersten Abschnitts 7 und die Ausgestaltung des zweiten
Abschnitts 8.
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Gemäß den 3 und 4 ist
der Überdeckungswinkel β des Kreisbogens
des ersten Abschnitts 7 größer als 180°. Diese Ausgestaltung des ersten
Abschnitts 7 ist auch in Verbindung mit der obigen Ausgestaltung
von 2 realisierbar. Weiterhin ist es auch bei den
Ausgestaltungen der 3 und 4 nicht
zwingend erforderlich, dass der Überdeckungswinkel β größer als
180° ist.
Er könnte alternativ
180° betragen
oder kleiner als 180° sein.
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Gemäß 3 ist
der zweite Abschnitt 8 gerade ausgebildet. In der alternativen
Ausgestaltung der 4 ist der zweite Abschnitt 8 als
Kreisbogen um einen Bogenmittelpunkt 12 ausgebildet. Ein
auf den Bogenmittelpunkt 12 bezogener Überdeckungswinkel γ des zweiten
Abschnitts 8 ist – im
Gegensatz zum ersten Abschnitt 7 – jedoch kleiner als 180°, in der
Regel sogar erheblich kleiner.
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Die
Ganzkörperspule 4 ist
gemäß den 5 und 6 in
der Regel als Birdcage-Resonator ausgebildet. Der Birdcage-Resonator 4 weist – wie üblich – zwei Endringe 13, 14 sowie
Antennenstäbe 15 auf. Die
Endringe 13, 14 laufen – entsprechend der Ausgestaltung
der Ganzkörperspule 4 – um die
Gradientensystemachse 6 um. Die Antennenstäbe 15 verbinden
die Endringe 13, 14 miteinander. Sie sind um die Gradientensystemachse 6 herum
verteilt angeordnet.
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Bei
einer konventionellen Ausgestaltung der Magnetresonanzanlage sind
die Endringe 13, 14 in der Regel kreisförmig oder
elliptisch ausgebildet und konzentrisch zur Gradientensystemachse 6 ausgebildet.
Die Antennenstäbe 15 können bei
der konventionellen Ausgestaltung der Magnetresonanzanlage daher
sowohl bezüglich
eines Bogenmaßes
s als auch bezüglich
eines Winkelabstands der Antennenstäbe 15 voneinander
gleichmäßig verteilt
voneinander angeordnet sein. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
hingegen sind die Endringe 13, 14 weder kreisförmig ausgebildet
noch symmetrisch zur Gradientensystemachse 6 oder zur Ganzkörperachse 9 angeordnet.
Eine gleichmäßige Verteilung
der Antennenstäbe 15 kann
daher maxi mal bezüglich
eines einzigen der Kriterien Bogenmaß s – Winkelabstand von Antennenstab 15 zu
Antennenstab 15, bezogen auf die Gradientensystemachse 6 – Winkelabstand 6 von
Antennenstab 15 zu Antennenstab 15, bezogen auf
die Ganzkörperachse 9 erreicht
werden. Im allgemeinsten Fall besteht bezüglich keines einzigen der drei
oben genannten Kriterien eine gleichmäßige Verteilung der Antennenstäbe 15.
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Gemäß 6 sind
die Antennenstäbe 15, bezogen
auf das Bogenmaß s,
innerhalb des ersten Abschnitts 7 und innerhalb des zweiten
Abschnitts 8 zumindest in etwa äquidistant angeordnet. Unabhängig davon,
ob der Abstand der Antennenstäbe 15 im ersten
Abschnitt 7 gleich dem Abstand der Antennenstäbe 15 im
zweiten Abschnitt 8 ist oder nicht, sollte die Verteilung
der Antennenstäbe 15 jedoch
derart gewählt
sein, dass die resultierende magnetresonanz-wirksame Hochfrequenzfeldkomponente
zumindest in etwa homogen ist. Bei geeigneter Verteilung von Kapazitäten auf
die Antennenstäbe 15 und die
Endringe 13, 14 ist es sogar möglich, mehrere Moden des Birdcage-Resonators 4 auf
dieselbe Resonanzfrequenz zu bringen. Bei dieser Ausgestaltung ist
es ebenso wie im Stand der Technik möglich, die Ganzkörperspule 4 als
Array-Antenne mit mehreren unabhängig
gespeisten Teilantennen zu betreiben.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der
Magnetresonanzanlage kann – im
Vergleich zu einer konventionell ausgestalteten Magnetresonanzanlage – der Raum,
der einem auf einer Patientenliege 16 liegenden Patienten 17 zur
Verfügung
steht, unverändert
beibehalten werden. Gleichzeitig kann der Innendurchmesser d des
Gradientensystems 2 um ca. 5 bis 10 % verringert werden,
ohne die Qualität
des Hochfrequenzfeldes der Ganzkörperspule 4 zu
beeinträchtigen.
Dennoch ist die erfindungsgemäß ausgestaltete
Magnetresonanzanlage einfach und kostengünstig herstellbar.
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Die
obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung
der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
soll hingegen ausschließlich
durch die beigefügten
Ansprüche bestimmt
sein.