DE102007046082B4

DE102007046082B4 - Hochfrequenzsendesystem, Magnetresonanzanlage und Verfahren zur Steuerung einer Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102007046082B4
Application number: DE102007046082A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NISTLER; Wolfgang Dr. Renz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: CN101398471B; DE102007046082A1; CN101398471A; US7791344B2; US20090079428A1

Abstract

Hochfrequenzsendesystem (20) für eine Magnetresonanzanlage (1), mit
einem Hochfrequenzverstärker (21)
und einem Signalteiler (23) mit zwei Eingängen (24, 25) und zwei Ausgängen (26, 27), welcher so ausgebildet ist, dass die Leistung eines auf einen der beiden Eingänge (24, 25) gegebenen Hochfrequenzsignals auf die beiden Ausgänge (26, 27) aufgeteilt wird,
wobei ein erster Eingang (24) der beiden Eingänge (24, 25) des Signalteilers (23) mit dem Ausgang des Hochfrequenzverstärkers (21) gekoppelt ist und die beiden Ausgänge (26, 27) des Signalteilers (23) jeweils zum Anschluss an verschiedene Eingänge (16, 17) einer Sendeantenne (15) der Magnetresonanzanlage (1) dienen, um die im Betrieb an den beiden Ausgängen (26, 27) des Signalteilers (23) anliegenden Ausgangsignale in die Sendeantenne (15) einzuspeisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Eingang (25) des Signalteilers (23) mit einer Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30'') mit einem veränderbaren Reflexionsfaktor (R) abgeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzsendesystem für eine Magnetresonanzanlage, mit einem Hochfrequenzverstärker und einem Signalteiler mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen, welcher so ausgebildet ist, dass die Leistung eines auf einen beliebigen der beiden Eingänge gegebenen Hochfrequenzsignals auf die beiden Ausgänge aufgeteilt wird. Dabei ist ein erster Eingang der beiden Eingänge des Signalteilers mit dem Ausgang des Hochfrequenzverstärkers gekoppelt und die beiden Ausgänge des Signalteilers dienen jeweils zum Anschluss an verschiedene Eingänge einer Sendeantenne der Magnetresonanzanlage, um die im Betrieb an den beiden Ausgängen des Signalteilers anliegenden Ausgangsignale in die Sendeantenne einzuspeisen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzanlage mit einer Sendeantenne, welche zumindest zwei Eingänge zum Einspeisen von Hochfrequenzsignalen aufweist, und mit einem solchen Hochfrequenzsendesystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Magnetresonanzanlage zur Gewinnung von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts, bei dem zur Erzeugung eines Hochfrequenzfelds in einem Untersuchungsvolumen von einem Hochfrequenzverstärker mit einer bestimmten Signalleistung abgegebene Hochfrequenzsignale an einen Eingang eines Signalteilers geleitet werden, in welchem die Leistung des Hochfrequenzsignals in zwei an zwei Ausgänge des Signalteilers anliegende Ausgangssignale aufgeteilt wird, welche jeweils in verschiedene Eingänge einer Sendeantenne eingespeist werden.
Bei der Magnetresonanztomographie, auch Kernspintomographie genannt, handelt es sich um eine inzwischen weit verbreitete Technik zur Gewinnung von Bildern vom Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Um mit diesem Verfahren ein Bild zu gewinnen, muss zunächst der Körper bzw. der zu untersuchende Körperteil des Patienten oder Probanden einem mög lichst homogenen statischen Grundmagnetfeld ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten der Magnetresonanzanlage erzeugt wird. Diesem Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme der Magnetresonanzbilder schnell geschaltete Gradientenfelder zur Ortskodierung überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Außerdem werden mit Hochfrequenzantennen Hochfrequenzpulse einer definierten Feldstärke, das sogenannte „B₁-Feld", in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Mittels dieser Hochfrequenzpulse werden die Kernseins der Atome im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass sie um einen so genannten „Anregungsflipwinkel" aus ihrer Gleichgewichtslage parallel zum Grundmagnetfeld ausgelenkt werden. Die Kernseins präzedieren dann um die Richtung des Grundmagnetfelds. Die dadurch erzeugten Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Die Magnetresonanzbilder des Untersuchungsobjekts werden schließlich auf Basis der empfangenen Magnetresonanzsignale erstellt.
Zur Aussendung der benötigten Hochfrequenzpulse in den Patientenlagerungsbereich weist die Magnetresonanzanlage üblicherweise eine fest im Gehäuse eines „Scanners" installierte Antennenstruktur auf. Diese Hochfrequenz-Sendeantenne wird auch als „Body-Coil" bezeichnet. Sie besteht z. B. bei der häufig verwendeten „Birdcage-Struktur" aus einer Mehrzahl von um den Patientenraum angeordneten und parallel zur Hauptfeldrichtung verlaufenden Leiterstäben, welche an den Stirnseiten der Spule über Ringleiter miteinander verbunden sind. Alternativ hierzu gibt es aber auch andere fest im Gehäuse installierte Antennenstrukturen wie z. B. Sattelspulen. Darüber hinaus können auch Lokalspulen verwendet werden, die direkt am Körper des Patienten angeordnet werden. Bisher werden diese Spulen aber in der Regel nur als Empfangsspulen eingesetzt. Klassische Magnetresonanzanlagen haben im Wesentlichen nur einen Sendekanal zur Aussendung des B₁-Felds, d. h. es existiert nur eine Sendeleitung, die vom Hochfrequenzverstärker zur Sendeantenne führt. Sofern die Antenne, wie z. B. eine Birdcage-Antenne, so ausgebildet ist, dass ein zirkular polarisiertes Feld ausgesendet werden kann, wird das vom Hochfrequenzverstärker kommende Hochfrequenzsignal zunächst über einen Signalteiler in zwei Signale aufgeteilt. Üblicherweise wird hierzu ein sogenannter Hybrid-Baustein verwendet. Daher wird der Signalteiler im Folgenden auch kurz als „Hybrid" bezeichnet. Die Ausgangssignale weisen meist eine durch den verwendeten Signalteiler vorgegebene Phasendifferenz auf. Oftmals wird ein sogenannter π/2-Hybrid eingesetzt, bei dem die Ausgangssignale in ihrer Phase um 90° gegeneinander verschoben sind. Die beiden Signale werden dann über zwei Sendeleitungen an genau definierten Anschlusspunkten bzw. Eingängen in die Antennenstruktur eingespeist.
In 1 ist grob schematisch ein solcher „klassischer" Aufbau dargestellt. Ausgehend von einem Hochfrequenzsignalgenerator 11 werden die Hochfrequenzsignale in dem Hochfrequenzverstärker 21 verstärkt, damit sie eine ausreichende Sendeleistung aufweisen. In dem Hybrid 23 erfolgt die Verteilung der Sendeleistung auf zwei Sendekanäle an den beiden Ausgängen 26, 27 des Hybrids 23. Die beiden Signalanteile werden an zwei Eingänge 16, 17 der Sendeantenne 15 weitergeleitet und dort eingespeist. Bei dem verwendeten Hybrid 23 handelt es sich in der Regel um einen 4-Tor-Hybrid mit einem weiteren Eingang 25. Dieser wird üblicherweise mit einem entsprechenden Abschlusswiderstand 28, üblicherweise 50 Ω, abgeschlossen, welcher als „Sumpf" für von der Antenne 15 zurückreflektierte oder durch Überkopplungen zwischen den Antenneneingängen 16, 17 zurückkommende Sendeleistung dient. Das genaue Leitungs- und Reflexionsverhalten eines solchen Aufbaus wird später noch genauer diskutiert.
Die Verteilung des B₁-Felds ist bei diesem Aufbau durch die Aufteilung auf die beiden Sendekanäle mit den Phasen von 0° und 90° fest eingefroren und kann nicht an die aktuellen Gegebenheiten der anstehenden Messung angepasst werden.
Ein solcher Einsatz eines 4-Tor-Hybrids an einer Birdcage-Antenne wird beispielsweise in der US 4 638 4253 beschrieben. In der dort gezeigten Konstruktion befindet sich zwischen dem Abschlusswiderstand und dem Hybrid-Eingang noch ein Sende-/Empfangsumschalter. Über diesen Umschalter kann der betreffende Eingang des Hybrids im Sendefall, d. h. wenn die Antenne für die Aussendung von Hochfrequenzsignalen genutzt werden soll, mit dem Abschlusswiderstand verbunden werden und im Empfangsfall, d. h. wenn die Antenne für einen Empfang von Magnetresonanz-Antwortsignalen genutzt werden soll, mit einem Empfangsverstärker verbunden werden.
Weiterhin wird in der DE 43 22 352 A1 ein 4-Tor-Hybrid mit einem an einem der Eingänge angeschlossenen Abschlusswiderstand u. a. in einer Lokalspule eingesetzt, wobei der auf derselben Seite liegende weitere Eingang des Hybrids mit einem Reflexionsverstärker und die beiden gegenüberliegenden Eingänge mit zwei verschiedenen Antennenschleifen der Lokalspule verbunden sind. Durch diese Konstruktion kann die Lokalspule ein MR-Signal empfangen und ein entsprechendes, verstärktes Signal wieder aussenden, welches dann von einer äußeren Antenne, beispielsweise einer Body-Coil, empfangen und einer Empfangseinrichtung zur Weiterverarbeitung zugeführt werden kann. Die Lokalspule braucht somit keine Kabelverbindung zur Empfangseinrichtung.
Insbesondere bei neuartigen Magnetresonanzsystemen mit Grundmagnetfeldstärken größer als drei Tesla werden im Patienten bei der Einstrahlung der Hochfrequenzpulse häufig beträchtliche Wirbelströme induziert. Als Folge davon wird das eigentlich homogen eingestrahlte B₁-Feld im Untersuchungsvolumen mehr oder minder stark verzerrt. Der Einfluss des Patientenkörpers auf das B₁-Feld ist dabei u. a. stark von der Statur des Patienten und den Anteilen der einzelnen Gewebearten abhängig. So wird z. B. bei einem sehr korpulenten Patienten ein zirkular polarisiertes Magnetfeld stark zu einem elliptischen Feld verzerrt. Bei dünneren Patienten ist diese Verzerrung dagegen nicht so stark. In Einzelfällen kann dies dazu führen, dass in bestimmten Körperregionen des Patienten eine Magnetresonanzmessung unzuverlässig ist und unbrauchbare Ergebnisse liefert.
Um die Struktur des eingestrahlten Magnetfelds in geeigneter Weise in allen Bereichen des Untersuchungsvolumens möglichst detailliert beeinflussen zu können und insbesondere durch eine Kompensation der möglichen Verzerrungen eine möglichst gute Homogenität des B₁-Feldes in einem Untersuchungsvolumen zu erzielen, wurden bisher lokale Feldkorrekturen durch den Einsatz von z. B. dielektrischen Kissen durchgeführt.
Als weiterer zukunftsträchtiger Ansatz zur Homogenisierung des B₁-Feldes werden derzeit individuelle Einstellungen der Amplituden- und der Phasenwerte des von jedem Sendekanal ausgesendeten Hochfrequenzpulses diskutiert. Dabei kann auf die räumliche Verteilung des B₁-Felds Einfluss genommen werden, mit dem Ziel, im Untersuchungsobjekt bzw. im Untersuchungsvolumen unter Berücksichtigung der zu erwartenden Feldverzerrungen ein möglichst homogenes Hochfrequenzfeld zu generieren. Eine Ausbildung des vorstehend genannten Ansatzes ist die Nutzung mehrerer separat ansteuerbarer Antennenelemente. Ein Beispiel hierfür wird in der DE 101 24 465 A1 erläutert, die eine Antenne mit einer Vielzahl von separat ansteuerbaren Antennenelementen beschreibt. D. h. hier weist jeder Sendekanal ein separates Antennenelement auf. Alternativ können aber auch verschiedene an einer gemeinsamen Antennenstruktur angeschlossene Zuleitungen über individuell ansteuerbare Sendekanäle versorgt werden.
Eine besonders einfache Variante hierzu ist in 2 gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine übliche 2-Port-Antenne, wie sie auch in dem Aufbau gemäß 1 verwendet wird. Ebenso wird wie bisher ein von einem Hochfrequenzsignalgenerator 11 erzeugtes Hochfrequenzsignal in einem Hochfrequenzleistungsverstärker 21 verstärkt und über einen Hybrid 23 auf die beiden Antenneneingänge 16, 17 aufgeteilt. Ein Unterschied zu dem Aufbau gemäß 1 besteht jedoch nun darin, dass an den zweiten Eingang 25 des 4-Tor-Hybrids 23 der Ausgang eines zweiten Hochfrequenzleistungsverstärkers 21' angeschlossen ist. Dieser wird ebenfalls mit den Signalen des Hochfrequenzsignalgenerators 11 versorgt. Ebenso kann auch ein zweiter, unabhängiger Hochfrequenzsignalgenerator für die Versorgung des zweiten Hochfrequenzleistungsverstärkers 21 verwendet werden. Bei diesem Aufbau ist eine beliebige Gewichtung der an den zwei Eingängen 16, 17 in die Sendeantenne 15 eingespeisten Signale möglich, indem eine unterschiedliche Verstärkung durch die beiden Hochfrequenzverstärker 21, 21' erfolgt. Dabei kann beispielsweise der erste Verstärker 21 wie bisher den Hauptteil der Sendeleistung liefern. Vom zweiten Verstärker 21' kommt dann nur ein zusätzlicher Anteil, um die Feldverteilung wie gewünscht einzustellen und insbesondere die Feldhomogenität zumindest in dem interessierenden Bereich im Patienten zu verbessern. Für diesen Aufbau ist jedoch ein zweiter Hochfrequenzverstärker erforderlich, was zu erheblichen zusätzlichen Kosten führt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere Alternative zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Hochfrequenzsendesystem gemäß Patentanspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Patentanspruch 7 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Für ein erfindungsgemäßes Hochfrequenzsendesystem wird wie bei den bisher üblichen Systemen ein „normaler" 4-Tor-Signal teiler mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen eingesetzt, welcher entsprechend ausgebildet ist, dass die Leistung eines an einem beliebigen der beiden Eingänge eingehenden Hochfrequenzsignals auf die beiden Ausgänge aufgeteilt wird. Die Aufteilung erfolgt dabei vorzugsweise symmetrisch. Ebenso ist wie bei dem herkömmlichen Aufbau ein Eingang des Signalteilers mit dem Ausgang des Hochfrequenzverstärkers gekoppelt und die beiden Ausgänge des Signalteilers dienen jeweils zum Anschluss an die Antenneneingänge. Dabei kann, z. B. entsprechend der Position der Antenneneingänge innerhalb der Struktur der Sendeantenne, der Signalteiler so ausgebildet sein, dass die Ausgangssignale des Signalteilers entsprechend den Antenneneingängen um eine definierte Phase zueinander verschoben sind, beispielsweise um 90°.
Gemäß der Erfindung ist nun jedoch der zweite Eingang des Signalteilers nicht einfach mit einem Abschlusswiderstand, beispielsweise von 50 Ω, abgeschlossen, welcher einen möglichst geringen Reflexionsfaktor aufweist, um die von der Antenne zurückkommende Leistung abzufangen. Stattdessen wird, im Gegensatz zum üblichen Aufbau, der zweite Eingang des Signalteilers mit einer Abschlusswiderstandsanordnung mit einem veränderbaren Reflexionsfaktor abgeschlossen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Reflexionsfaktor der Abschlusswiderstandsanordnung so eingestellt, dass ein am zweiten Eingang des Signalteilers aufgrund der Reflexion an den Antenneneingängen ausgehender Signalanteil zumindest zu einem wesentlichen Teil durch die Abschlusswiderstandsanordnung wieder zu den Eingängen der Sendeantenne zurückreflektiert wird, so dass das von der Sendeantenne abgestrahlte Hochfrequenzfeld eine vorgegebene Feldverteilung aufweist. Unter einem wesentlichen Anteil ist hier zu verstehen, dass bewusst ein ausreichender Anteil zurückreflektiert wird, um eine gewünschte Feldverteilung zu erzielen und nicht nur unbeabsichtigt geringfügige Signalanteile, weil z. B. ein eigentlich gewünschter Reflexionsfaktor von 0 aus techni schen Gründen nicht über den kompletten Frequenzbereich gewährleistet werden kann.
Wie später noch genauer gezeigt wird, kann durch die Einstellung des Abschlusswiderstands auf einen bestimmten Reflexionsfaktor dafür gesorgt werden, dass ein definierbarer Signalanteil, welcher zunächst an den Antenneneingängen reflektiert wird, wieder zur Antenne zurückreflektiert wird und sich mit den durch die Aufteilung des am ersten Eingang des Signalteilers erzeugten Signalanteilen des Originalsignals überlagert. Dadurch lässt sich eine in gewissen Grenzen relativ beliebige Feldverteilung, z. B. eine bestimmte Mode, des ausgesendeten Hochfrequenzfelds erzielen, in ähnlicher Weise, wie dies bisher nur durch eine Beschaltung des zweiten Eingangs des Hybrids mit einem zweiten Hochfrequenzverstärker möglich war.
Im Verhältnis zu den konventionellen Lösungen mit nur einem Hochfrequenzverstärker kann so die Homogenität des B₁-Felds erheblich verbessert werden. Dabei ist jedoch nur ein sehr geringer zusätzlicher Hardwareaufwand nötig, nämlich für den Aufbau einer geeigneten Abschlusswiderstandsanordnung. Auf einen zweiten relativ teuren Hochfrequenzverstärker kann verzichtet werden. Daher können auch bereits bestehende Magnetresonanzanlagen leicht nachgerüstet werden, da eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage neben einer üblichen Sendeantenne mit zumindest zwei Eingängen zum Einspeisen der Hochfrequenzsignale nur ein erfindungsgemäßes Hochfrequenzsendesystem aufweisen muss, welches sich ja lediglich durch die einstellbare Abschlusswiderstandsanordnung auszeichnet.
Die abhängigen Ansprüche und die weitere Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage und das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Magnetresonanzanlage auch analog zu den Merkmalen der abhängigen Ansprüche des Hochfrequenzsendesystems weitergebildet sein können und umgekehrt.
Für die Einstellung des Abschlusswiderstands auf unterschiedliche Reflexionsfaktoren gibt es verschiedene Möglichkeiten. So kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Abschlusswiderstandsanordnung verschiedene Abschlusswiderstände und einen Umschalter, z. B. ein Koaxialrelais oder dergleichen, aufweisen. Mittels des Umschalters kann der zweite Eingang des Signalteilers wahlweise mit den verschiedenen Abschlusswiderständen verbunden werden. Dabei können beliebige Arten von Abschlusswiderständen eingesetzt werden, welche unterschiedliche Reflexionsfaktoren aufweisen, beispielsweise eine Anzahl von einfachen Ohm'schen Widerständen, aber auch komplexe, aus Induktivitäten und/oder Kapazitäten aufgebaute Impedanzen.
Eine Alternative zu einer solchen Abschlusswiderstandsanordnung mit einem Umschalter besteht darin, dass die Abschlusswiderstandsanordnung ein Set von verschiedenen Abschlusswiderständen beinhaltet, welche jeweils mit einem Anschlusselement eines ersten Anschlusselementtyps verbunden sind. Der zweite Eingang des Signalteilers sollte dann mit einem Anschlusselement eines zum ersten Anschlußelementtyps kompatiblen zweiten Anschlusselementtyps verbunden sein, so dass wahlweise vom Bedienpersonal die verschiedenen Abschlusswiderstände des Sets an den zweiten Eingang des Signalteilers anschließbar sind. Eine solche Abschlusswiderstandsanordnung ist zwar sehr kostengünstig, aber erheblich umständlicher zu bedienen, so dass eine einstellbare oder umschaltbare Abschlusswiderstandsanordnung bevorzugt ist.
Bei der Einstellung des Abschlusswiderstands bzw. der Abschlusswiderstandsanordnung zum Erreichen eines bestimmten Reflexionsfaktors ist zu berücksichtigen, dass der Reflexionsfaktor auch von der Frequenz der jeweiligen Hochfrequenzsignale abhängt. Sofern – wie derzeit meist üblich – mit einer festen Frequenz gearbeitet wird, ist dies unproblematisch, da jeder zur Verfügung stehende Abschlusswiderstand einen bezüglich dieser Frequenz bestimmten Reflexionsfaktor aufweist. Sofern aber Messungen mit verschiedenen Frequenzen zur Anregung unterschiedlicher Metabolismen durchgeführt werden sollen, ist eine flexiblere Einstellung des Reflexionsfaktors wünschenswert.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Abschlusswiderstandsanordnung so ausgebildet ist, dass der Reflexionsfaktor der Abschlusswiderstandsanordnung zumindest über einen bestimmten Einstellbereich auch kontinuierlich, d. h. stufenlos, einstellbar ist.
Ein besonders einfacher Aufbau einer einstellbaren Abschlusswiderstandsanordnung besteht darin, dass der zweite Eingang des Signalteilers über einen einstellbaren Phasenschieber abgeschlossen, z. B. kurzgeschlossen, ist. Das heißt, die Abschlusswiderstandsanordnung wird aus einem einstellbaren Phasenschieber, welcher an den zweiten Eingang des Signalteilers angeschlossenen ist, und einem am anderen Anschluss des Phasenschiebers angeschlossenen Kurzschluss gebildet.
Ein solcher Phasenschieber kann beispielsweise ein einfaches einstellbares Verzögerungsglied sein, beispielsweise eine in der Länge verstellbare HF-Leitung. Auch hierbei ist es möglich, mit Umschaltern und Leitungen mit definierten unterschiedlichen Längen zu arbeiten.
Eine stufenlos einstellbare Abschlusswiderstandsanordnung lässt sich im Übrigen hiermit einfach realisieren, indem der Phasenschieber zumindest über einen bestimmten Einstellbereich stufenlos einstellbar ist, d. h. beispielsweise eine in der Länge verstellbare HF-Leitung aufweist. Derartige Leitungen sind im Handel erhältlich.
Üblicherweise sind die Sendeantennen in Magnetresonanzanlagen so abgestimmt, dass die Reflexionsfaktoren an den beiden Eingängen möglichst gering, d. h. nahe Null, sind. Um das erfindungsgemäße Konzept zu verstärken, könnte jedoch vorzugsweise die Sendeantenne so ausgebildet sein, dass an den An tenneneingängen die Reflexionsfaktoren um ein bestimmtes Mindestmaß von Null abweichen, so dass wenigstens ein vorgegebener Mindestanteil des zur Antenne übermittelten Hochfrequenzsignals an den Antenneneingängen reflektiert wird. D. h. es sollte dann ein zwar nicht unbedingt sehr hoher, aber dennoch wesentlicher Anteil der Signalleistung zum Hybrid zurückreflektiert wird. Beispielsweise könnte der Betrag des Reflexionsfaktors an den Antenneneingängen mindestens 0,2 betragen. Vorzugsweise sollte der Reflexionsfaktor beider Eingänge gleich sein.
Besonders bevorzugt ist die Sendeantenne so ausgebildet, dass die Reflexionsfaktoren an den Antenneneingängen ebenfalls, vorzugsweise automatisch, einstellbar sind. Diese Einstellung der Reflexionsfaktoren kann beispielsweise mittels einer Variation geeigneter Bauelemente wie z. B. Kondensatoren in der Sendeantenne erfolgen. Hierdurch können zusätzliche Freiheitsgrade bei der Einstellung der Feldverteilung erreicht werden.
Vorzugsweise weist die Magnetresonanzanlage auch eine geeignete Steuereinrichtung auf, beispielsweise eine spezielle Antennensteuereinrichtung, um die Abschlusswiderstandsanordnung so einzustellen, dass ein am zweiten Eingang des Signalteilers ausgehender Signalanteil durch die Abschlusswiderstandsanordnung so zu den Eingängen der Sendeantenne zurückreflektiert wird, dass das von der Sendeantenne abgestrahlte Hochfrequenzfeld eine vorgegebene Feldverteilung aufweist.
In den meisten Anwendungsfällen wird gewünscht, dass zumindest in einem bestimmten Teilbereich des Untersuchungsobjekts das Hochfrequenzfeld homogenisiert wird. Wie eingangs erläutert, kann durch den Körper des Patienten ein an sich homogen eingestrahltes Hochfrequenzfeld verzerrt werden, beispielsweise so, dass ein zirkular polarisiertes Feld durch einen Patienten/Probanden zu einem elliptischen Feld verzerrt werden kann, wobei dieser Effekt umso stärker auftritt, je größer die Körpermasse des Patienten/Probanden ist. Dem kann entgegengewirkt werden, indem ein entsprechend entgegengesetzt vorverzerrtes elliptisches Feld von der Antenne ausgestrahlt wird, so dass sich insgesamt wieder ein zirkular polarisiertes homogenes Feld ergibt.
Im konkreten Einzelfall stellt sich daher die Frage, wie der Reflexionsfaktor einzustellen ist, um eine bestimmte Feldverteilung zu erreichen. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Reflexionsfaktors auf Basis von gegebenen Untersuchungssituationsdaten. Zu diesen Untersuchungssituationsdaten gehören beispielsweise Daten über den Patienten, insbesondere über dessen Statur etc., aber auch über den zu untersuchenden Bereich und somit die Angaben, in welchem Bereich des Tomographen ein besonders homogenes Hochfrequenzfeld vorzuliegen hat. Die Einstellung kann vorzugsweise automatisch erfolgen.
Beispielsweise können in einem besonders einfachen Fall verschiedene Untersuchungssituationsklassen vorgegeben sein, und auf Basis der Untersuchungssituationsdaten wird dann die aktuelle Untersuchungssituation einer dieser Klassen zugeordnet. Für jede dieser Untersuchungssituationsklassen sind dann in einem Messprotokoll bestimmte Reflexionsfaktoren hinterlegt, so dass von der Magnetresonanzanlage bzw. der Steuereinrichtung automatisch der richtige Reflexionsfaktor eingestellt wird.
Alternativ kann der Reflexionsfaktor auch individuell für die jeweilige Untersuchungssituation genau kalkuliert oder anhand von Simulationen ermittelt werden. Ebenso ist es bei einer bevorzugten Variante möglich, den optimalen Reflexionsfaktor basierend auf Messergebnissen vorhergehender Magnetresonanzmessungen, beispielsweise auf Basis von Justagemessungen, vorhergehenden Untersuchungen desselben Patienten bzw. Untersuchungsobjekts, Testmessungen an Phantomen oder Patienten bzw. Probanden mit ähnlicher Körperstruktur zu bestimmen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
Es zeigen:
1 ein Prinzip-Blockschaltbild eines an eine Sendeantenne angeschlossenen Hochfrequenzsendesystems nach dem Stand der Technik mit nur einem Sendekanal,
2 ein Prinzip-Blockschaltbild eines an eine Sendeantenne angeschlossenen Hochfrequenzsendesystems nach dem Stand der Technik mit zwei Sendekanälen,
3 ein Prinzip-Blockschaltbild einer Sendeantenne mit einem Hochfrequenzsendesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Abschlusswiderstandsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für ein Hochfrequenzsendesystem gemäß 3,
5 eine Abschlusswiderstandsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für ein Hochfrequenzsendesystem gemäß 3,
6 ein Prinzip-Blockschaltbild einer Magnetresonanzanlage mit dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Hochfrequenzsendesystems gemäß 3.
Die in 1 dargestellte konventionelle Ansteuerung einer 2-Port-Antenne mittels eines Hochfrequenzsignalgenerators 11 und eines Hochfrequenzverstärkers 21, dessen Leistung in einem Signalteiler 23 bzw. Hybrid 23 auf die beiden Kanäle zu den Eingängen 16, 17 der Antenne 15 aufgeteilt wird, wurde eingangs bereits kurz erläutert. Im Folgenden wird dieser Aufbau als Ausgangspunkt zur Betrachtung der auf den Sendekanälen an den Eingängen 16, 17 der Antenne 15 jeweils anlie genden Hochfrequenzsignale genutzt. Dabei erfolgt die Betrachtung in Form von Wellengrößen A, wobei gilt, dass die Sendeleistung P proportional zum Quadrat der Wellengröße ist, d. h. P ≈ A². Eine genauere Erläuterung zu Berechnungen mit solchen Wellengrößen findet sich beispielsweise in „Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" von Meinke und Gundlach, Hrsg. K. Lange und K.-H. Löcherer, Springer-Verlag, 1992, 1. Band, 5. Auflage, Kapitel 3, Seiten C9 bis C10.
Für die von den beiden Ausgängen 26, 27 des Hybrids 23 zu den Antenneneingängen 16, 17 ausgehenden Wellen A1, A2 gilt dann:
Dabei repräsentiert A0 die vom Hochfrequenzverstärker 21 kommende Welle. Für das Verhältnis der Signale folgt daraus:
Die Abhängigkeit der ausgehenden Wellen A1, A2 an den Ausgängen 26, 27 des Hybrids 23 von der vom Hochfrequenzverstärker 21 ausgesendeten, am Eingang 24 des Hybrids eingehenden Welle A0 ist dadurch bedingt, dass die Leistung auf beide Ausgänge 26, 27 symmetrisch verteilt wird. Der imaginäre Faktor j ergibt sich dadurch, dass das Signal am zweiten Eingang 17 der Antenne um 90° phasenversetzt gegenüber dem ersten Eingang 16 ist.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem hier verwendeten Hybrid 23 um einen symmetrischen Baustein handelt, d. h. dass die als Ausgänge 26, 27 genutzten Tore 26, 27 ebenso auch als Eingänge dienen können und ein an einem dieser Tore 26, 27 eingehendes Signal auf die beiden in 1 als Eingänge genutzten Tore 24, 25 aufgeteilt wird.
Wie bereits erläutert, weist die Antenne 15 an ihren Eingängen immer eine bestimmte Rest-Reflexion auf, welche durch die Reflexionsfaktoren R1, R2 beschrieben werden kann. Außerdem ist es nahezu unvermeidlich, dass es auch zu geringen Überkopplungen zwischen den Eingängen 16, 17 der Antenne 15 kommt, was durch den Transmissionsfaktor T beschrieben werden kann. In der Regel versucht man, die Antenne so zu optimieren, dass die Reflexionsfaktoren R1, R2 und der Transmissionsfaktor T möglichst klein, d. h. nahe Null, sind. In der Realität ist dies aber oft nicht möglich, da diese Faktoren u. a. auch von der Belastung der Antenne abhängen.
Die rückgekoppelten Signalanteile, welche hier nicht dargestellt sind, führen über den Hybrid 23 dazu, dass auch am vierten Tor 25, d. h. dem ungenutzten zweiten Eingang 25 des Hybrids 23, ein Signal A4 ausgeht. Aus diesem Grund ist das vierte Tor üblicherweise mit einem geeigneten Abschlusswiderstand 28 abgeschlossen, welcher einen Reflexionsfaktor von möglichst Null aufweist, damit keinerlei Sendeleistung von dort wieder zurückgelangt. Bei den bisher üblichen Anlagen wird ein 50 Ω – Widerstand verwendet. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen Ohm'schen Widerstand zwischen Innen- und Außenleiter. Sofern über einen großen Frequenzbereich eine Impedanz von 50 Ω garantiert werden soll, kann dieser Abschlusswiderstand auch durch mehrere kleine Widerstände und/oder Kapazitäten und/oder induktive Elemente realisiert sein.
2 zeigt die aus dem Stand der Technik ebenfalls bereits bekannte Variante, bei der auch an das vierte Tor 25, d. h. den zweiten Eingang 25 des Hybrids 23, ein eigener Hochfrequenzverstärker 21' angeschlossen ist. Mit solchen zwei Hochfrequenzverstärkern 21, 21' können die Tore 16, 17 der Antenne quasi „frei" angesteuert werden mit dem Ziel, innerhalb eines bestimmten Untersuchungsbereichs im Patienten oder Probanden eine möglichst homogene Feldverteilung zu erreichen.
Wird nun davon ausgegangen, dass an beiden Eingängen 24, 25 das gleiche Signal auf den Hybrid 23 gegeben werden soll, jedoch mit unterschiedlicher Verstärkung, so gilt für die an den Verstärkern 21, 21' ausgehenden Signale: A01 = A0 (2a) A02 = k·A01 = k·A0 (2b)k ist dabei ein frei einstellbarer Faktor ≤ 1, welcher die Verstärkung durch den zweiten Hochfrequenzverstärker 21' im Verhältnis zur Verstärkung durch den ersten Hochfrequenzverstärker 21 angibt.
Für die an den Ausgängen 26, 27 des Hybrids 23 ausgehenden, zu den Antennenports 16, 17 gelangenden Signale gilt dann:
Für das Verhältnis der Wellenzahlen A1, A2 folgt dann:
3 zeigt im Vergleich hierzu ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz-Sendesystem 20, bei dem auf den zweiten Hochfrequenzverstärker 21' verzichtet und stattdessen eine variable Abschlusswiderstandsanordnung 30 an das vierte Tor 25 des Hybrids 23 angeschlossen wird, dessen Reflexionsfaktor R über ein Steuersignal S_R einstellbar ist. Es lässt sich zei gen, dass dann analog zu den Gleichungen (3a) und (3b) für die zu den Ports 16, 17 der Antenne 15 laufenden Wellen A1, A2 gilt:
Hierbei sind R1 und R2 wieder die Reflexionsfaktoren an den Eingängen 16, 17 der Antenne 15 und T der Kopplungsfaktor (Transmissionsfaktor) zwischen den Antenneneingängen 16, 17.
Für den Sonderfall, dass eine möglichst gute Entkopplung der Antenne erreicht ist, d. h. dass T = 0 gilt, ergibt sich für das Verhältnis der beiden Wellenzahlen:
Durch einen Vergleich von Gleichung (4c) mit Gleichung (3c) kann man sehen, dass mit Hilfe der variablen Abschlusswiderstandsanordnung mit einem einstellbaren Reflexionsfaktor R letztlich die gleiche Gewichtung A2/A1 eingestellt werden kann wie bei einer Verwendung von zwei Hochfrequenzverstärkern. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Reflexionsfaktor R der Abschlusswiderstandsanordnung auch komplex und negativ werden kann. Die einzige Bedingung ist, dass die Reflexionsfaktoren R1 und R2 an den Antenneneingängen 16, 17 in etwa gleich sind und ungleich Null sind.
Um den Effekt etwas zu verstärken, kann – anders als bei herkömmlichen Anlagen – darauf geachtet werden, dass die Reflex ionsfaktoren R1, R2 an den Antenneneingängen 16, 17 gezielt vergrößert werden. Der Transmissionsfaktor T sollte jedoch nach wie vor möglichst nahe bei Null liegen.
Die 4 zeigt eine besonders einfache Variante einer über einen bestimmten Bereich kontinuierlich einstellbaren Abschlusswiderstandsanordnung 30', wie sie beispielsweise in dem Hochfrequenzsendesystem 20 gemäß 3 eingesetzt werden kann. Diese Abschlusswiderstandsanordnung 30' besteht aus einem variablen Phasenschieber 31, der sehr einfach durch eine in der Länge variierbare Leitung realisiert werden kann. Dieser Phasenschieber 31 ist an einer Seite an das vierte Tor 25 des Hybrids angeschlossen und das andere Ende des Phasenschiebers 31 ist einfach mit einem Kurzschluss 32 versehen.
Für die Impedanz Z_i einer solchen Abschlusswiderstandsanordnung 30', bestehend aus einem Kurzschluss und einer in der Länge variablen Leitung, gilt:
Dabei ist l die Länge der Leitung, Z_l die Impedanz der Leitung und λ die Wellenlänge der Hochfrequenzsignale. Bei einer üblichen Frequenz von 120 mHz zur Anregung der Kernseins von Wasserprotonen beträgt die Wellenlänge in Luft ca. 2,5 m. Gleichung (5) zeigt, dass sich die Impedanz Z_in der gesamten Abschlusswiderstandsanordnung 30' durch Variation der Länge l über einen weiten Bereich variieren lässt, wobei sowohl induktive als auch kapazitive Abschlusswiderstände realisierbar sind und sich somit beliebige Reflexionsfaktoren R einstellen lassen. Z. B. ist für l < λ/4 die Gesamtimpedanz Z_in induktiv. Bei einer Länge der Leitung l = λ/4 ist der Abschlusswiderstand offen, so dass sich ein Reflexionsfaktor R = 1 ergibt. Für den Bereich λ/4 < l < λ/2 liegt eine kapazitive Impedanz Z_in vor. Bei einer Leitungslänge l = λ/2 liegt ein Kurzschluss vor, welcher ebenfalls eine hohe Reflexionhat, nämlich einen Reflexionsfaktor R = –1.
5 zeigt eine weitere Variante einer geeigneten Abschlusswiderstandsanordnung 30''. Diese weist einen Umschalter 38 auf, dessen Eingang mit dem vierten Tor 25 des Hybrids verbunden ist. Drei Ausgänge, auf die von dem Eingang des Umschalters 38 mittels eines Schaltsignals S_R' umgeschaltet werden kann, sind jeweils mit unterschiedlichen Abschlusswiderständen 36, 37 bzw. der Abschlusswiderstandsanordnung 35 versehen. Eine erste Abschlusswiderstandsanordnung 35 entspricht der Abschlusswiderstandsanordnung 30' gemäß 4 und erlaubt eine variable Einstellung des Abschlusswiderstands bzw. des Reflexionsfaktors in einem bestimmten Bereich. Die weiteren Abschlusswiderstände 36, 37 sind feste Abschlusswiderstände, beispielsweise ein Widerstand 26 mit den üblichen 50 Ω und eine komplexe Impedanz 37, welche aus mehreren Widerständen, Spulen, Kondensatoren etc. aufgebaut sein kann. Es ist klar, dass über einen solchen Umschalter 38 eine beliebige Anzahl von Abschlusswiderständen ausgewählt werden können, sofern der Umschalter 38 entsprechend viele Schaltausgänge aufweist. Insbesondere ist es auch möglich, an jedem der Ausgänge variable Widerstände bzw. Widerstandsanordnungen, die in unterschiedlichen Bereichen verstellbar sind, anzukoppeln, um so beispielsweise über einen sehr großen Frequenzbereich beliebige Reflexionsfaktoren zu erreichen.
6 zeigt ein Prinzip-Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel einer Magnetresonanzanlage 1 mit einer entsprechend ausgestatteten Hochfrequenzsendeeinrichtung 20.
Kernstück dieser Magnetresonanzanlage 1 ist ein Tomograph 13, auch Scanner 13 genannt, in welchem ein Patient P auf einer Liege 18 in einem zylinderförmigen Untersuchungsraum 14 positioniert ist. Innerhalb des Tomographen 13 befindet sich eine den Untersuchungsraum 14 ringförmig umgebende Sendeantenne 15 zur Aussendung von Hochfrequenzpulsen. Es kann sich hierbei z. B. um einen allgemein bekannten Tomographen 13 handeln, welcher selbst für das erfindungsgemäße Verfahren keine besonderen zusätzlichen Anforderungen erfüllen muss.
Angesteuert wird der Tomograph 13 von einer Systemsteuerung 2. An die Systemsteuerung 2 ist über eine Terminalschnittstelle 4 ein Terminal 3 (bzw. Bedienerkonsole) angeschlossen, über das ein Bediener die Systemsteuerung 2 und damit den Tomographen 13 bedient. Die Systemsteuerung 2 ist über eine Tomographen-Steuerschnittstelle 7 und eine Bildakquisitions-Schnittstelle 8 mit dem Tomographen 13 verbunden. Über die Tomographen-Steuerschnittstelle 7 werden die entsprechenden Steuerbefehle an den Tomographen 13 und das erfindungsgemäße Hochfrequenzsendesystem 20 ausgegeben, damit die gewünschten Pulssequenzen – d. h. die Hochfrequenzpulse und die Gradientenpulse – ausgesendet werden. Über die Bilddatenakquisitions-Schnittstelle 8 werden die Rohdaten RD akquiriert, d. h. die empfangenen Signale ausgelesen.
Eine zentrale Komponente in der Systemsteuerung 2 ist ein Prozessor 5, in dem verschiedene Steuerkomponenten in Form von Software realisiert sind. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine solche Systemsteuerung 2 selbstverständlich auch eine Vielzahl von miteinander vernetzten Prozessoren aufweisen kann, auf denen die verschiedenen Steuerungskomponenten z. B. in Form von Programmmodulen realisiert sind.
Eine solche Komponente ist eine Mess-Steuereinheit 9, mit der der Bediener über das Terminal 3 kommunizieren kann. Diese Mess-Steuereinheit 9 steuert den Tomographen 13 über die Tomographenschnittstelle 7 an und sorgt so für die Aussendung der gewünschten Hochfrequenzpulssequenzen durch die Sendeantenne 15 und weiterhin dafür, dass die Gradienten in geeigneter Weise geschaltet werden, um die gewünschten Messungen durchzuführen. Die Vorgaben für die Aussendung der Hochfrequenzpulssequenzen und der Gradientenpulssequenzen erhält die Mess-Steuereinheit 9 in üblicher Weise in Form von Messprotokollen, die z. B. in einem Speicher 6 hinterlegt sind und vom Bediener veränderbar sind.
Die über die Bildakquisitions-Schnittstelle 8 akquirierten Rohdaten RD werden auf eine weitere auf dem Prozessor 5 realisierte Komponente, eine Bildrekonstruktionseinheit 10, geleitet, welche die Rohdaten RD entsprechend bearbeitet. Die Bildrekonstruktionseinheit 10 sorgt für eine Fouriertransformation der Rohdaten RD und für eine Rekonstruktion von Bildern. Die erzeugten Bilddaten können beispielsweise in dem Speicher 9 der Systemsteuerung 13 hinterlegt werden und/oder auf dem Bildschirm des Terminals 3 für den Bediener ausgegeben werden.
Sowohl die Systemsteuerung 2 als auch das Terminal 3 können auch integraler Bestandteil des Tomographen 2 sein. Die gesamte Magnetresonanzanlage 1 weist darüber hinaus auch alle weiteren üblichen Komponenten bzw. Merkmale auf, wie z. B. Schnittstellen zum Anschluss an ein Kommunikationsnetz, das beispielsweise mit einem Bildinformationssystem (PACS, Picture Archiving and Communication System) verbunden ist oder Anschlussmöglichkeiten für externe Datenspeichern bietet. Diese Komponenten sind jedoch der besseren Übersichtlichkeit wegen in 6 nicht alle dargestellt.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 weist hier als eine erfindungsgemäße zusätzliche Komponente ein spezielles Hochfrequenzsendesystem 20, wie in 3 dargestellt, auf. An einem Hochfrequenzsignalgenerator 11, welcher hier als Teil der Tomographenschnittstelle 7 dargestellt ist, aber auch ein separater Teil sein kann, wird normalerweise das Hochfrequenzsignal zur Aussendung über die Sendeantenne 15 erzeugt. Die Vorgaben hierzu werden, wie bereits erwähnt, durch die Mess-Steuereinheit 9 auf Basis von Messprotokollen gegeben. Diese Hochfrequenzsignale, welche, da sie noch relativ kleine Amplituden aufweisen, auch als „Kleinsignale" bezeichnet werden, werden dann in dem Hochfrequenzverstärker 21 verstärkt. Dieser kann ebenfalls von der Tomographen schnittstelle 7 zumindest insoweit angesteuert werden, dass von der Tomographenschnittstelle 7 aus die Verstärkung vorgegeben wird. Das Ausgangssignal gelangt dann zu einem Hybrid 23 und wird auf zwei Sendekanälen zu den Toren 16, 17 der Sendeantenne 15 gesandt. Am vierten Tor dieses Hybrids 23 ist erfindungsgemäß, wie auch in 3 dargestellt, eine einstellbare Abschlusswiderstandsanordnung 30 angeschlossen. Diese erhält von einer speziellen Steuereinheit 12, welche beispielsweise ebenfalls Teil der Tomographenschnittstelle 7 sein kann, ein Steuersignal S_R, so dass der passende Reflexionsfaktor R für die jeweilige Messung eingestellt wird und so genau die gewünschte Feldverteilung im Untersuchungsraum 14 erzielt wird.
Der dritte von der Tomographenschnittstelle 7 zum Tomographen 13 führende Pfeil soll lediglich die weiteren Steuerbefehle für die Ansteuerung der Liege 18, der Gradientenspulen etc. symbolisieren.
Insgesamt kann also über die Mess-Steuereinheit 9 mit Hilfe der Ansteuerung des Hochfrequenzverstärkers 21 und der Ansteuerung der einstellbaren Abschlusswiderstandsanordnung 30 eine beliebige Hochfrequenzverteilung eingestellt werden, wobei sinnvollerweise die Hochfrequenzverteilung so eingestellt wird, dass sie möglichst homogen ist.
Da die Feldverzerrung, welche durch den Patienten P im Untersuchungsraum 14 verursacht wird, u. a. stark von der Statur des Patienten, aber auch von anderen Parametern der jeweiligen Untersuchungssituation abhängig sein kann, kann hierzu jeweils eine Justagemessung durchgeführt werden. Allerdings wird auch bereits eine deutliche Verbesserung der B₁-Feldverteilung im Untersuchungsobjekt erreicht, wenn für bestimmte Klassen von Untersuchungssituationen, d. h. zum Beispiel für bestimmte Arten von Untersuchungen mit bestimmten Typen von Patienten, jeweils vorab bestimmte Parametersätze festgelegt werden. Diese können beispielsweise in den Messprotokollen vorgegeben werden bzw. kann der Bediener die Messprotokolle bezüglich dieser Parameter auch noch durch entsprechende Eingaben am Terminal verändern. Es kann dann eine Messung mit den passenden Parametern durchgeführt werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei den dargestellten Hochfrequenzsendesystemen bzw. Abschlusswiderstandanordnungen und der dargestellten Magnetresonanzanlage lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

1: Magnetresonanzanlage
2: Systemsteuerung
3: Terminal
4: Terminalschnittstelle
5: Prozessor
6: Speicher
7: Tomographenschnittstelle
8: Bildakquisitions-Schnittstelle
9: Mess-Steuereinheit
10: Bildrekonstruktionseinheit
11: Hochfrequenzsignalgenerator
12: Steuereinheit
13: Scanner/Tomograph
14: Untersuchungsraum
15: Sendeantenne
16: Antenneneingang
17: Antenneneingang
18: Liege
20: Hochfrequenzsendesystem
20': Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
21: Hochfrequenzverstärker
23: Signalteiler/Hybrid
24: Eingang/Tor
25: Eingang/Tor
26: Ausgang/Tor
27: Ausgang/Tor
28: Abschlusswiderstand
30: Abschlusswiderstandsanordnung
30': Abschlusswiderstandsanordnung
30'': Abschlusswiderstandsanordnung
31: Phasenschieber/variable Leitung
32: Kurzschluss
33: Phasenschieber/variable Leitung
34: Kurzschluss
35: Abschlusswiderstandsanordnung
36: Abschlusswiderstand
37: Abschlusswiderstand
38: Umschalter
P: Patient
T: Transmissionsfaktor
RD: Rohdaten
A0, A1, A2, A4, A01, A02: Wellengrößen
R, R1, R2: Reflexionsfaktoren
S_R: Steuersignal
S_R': Schaltsignals

Claims

Hochfrequenzsendesystem (20) für eine Magnetresonanzanlage (1), mit einem Hochfrequenzverstärker (21) und einem Signalteiler (23) mit zwei Eingängen (24, 25) und zwei Ausgängen (26, 27), welcher so ausgebildet ist, dass die Leistung eines auf einen der beiden Eingänge (24, 25) gegebenen Hochfrequenzsignals auf die beiden Ausgänge (26, 27) aufgeteilt wird, wobei ein erster Eingang (24) der beiden Eingänge (24, 25) des Signalteilers (23) mit dem Ausgang des Hochfrequenzverstärkers (21) gekoppelt ist und die beiden Ausgänge (26, 27) des Signalteilers (23) jeweils zum Anschluss an verschiedene Eingänge (16, 17) einer Sendeantenne (15) der Magnetresonanzanlage (1) dienen, um die im Betrieb an den beiden Ausgängen (26, 27) des Signalteilers (23) anliegenden Ausgangsignale in die Sendeantenne (15) einzuspeisen, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingang (25) des Signalteilers (23) mit einer Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30'') mit einem veränderbaren Reflexionsfaktor (R) abgeschlossen ist.
Hochfrequenzsendesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusswiderstandsanordnung (30') verschiedene Abschlusswiderstände (35, 36, 37) und einen Umschalter (38) aufweist, um den zweiten Eingang (25) des Signalteilers (23) wahlweise mit den verschiedenen Abschlusswiderständen (35, 36, 37) zu verbinden.
Hochfrequenzsendesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsfaktor (R) der Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30'') zumindest über einen bestimmten Einstellbereich stufenlos einstellbar ist.
Hochfrequenzsendesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Eingang (25) des Sig nalteilers (23) über einen einstellbaren Phasenschieber (31, 33) abgeschlossen ist.
Hochfrequenzsendesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber (31, 33) zumindest über einen bestimmten Einstellbereich stufenlos einstellbar ist.
Hochfrequenzsendesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalteiler (23) so ausgebildet ist, dass die Ausgangssignale des Signalteilers (23) eine definierte Phasendifferenz zueinander aufweisen.
Magnetresonanzanlage (1) mit einer Sendeantenne (15), welche zumindest zwei Eingänge (16, 17) zum Einspeisen von Hochfrequenzsignalen aufweist, und mit einem Hochfrequenzsendesystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeantenne (15) so ausgebildet ist, dass an den Antenneneingängen (16, 17) vorliegende Reflexionsfaktoren (R1, R2) einstellbar sind.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (12), um die Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30') so einzustellen, dass ein am zweiten Eingang (25) des Signalteilers (23) ausgehender Signalanteil durch die Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30'') so zu den Eingängen (16, 17) der Sendeantenne (15) zurückreflektiert wird, dass das von der Sendeantenne (15) abgestrahlte Hochfrequenzfeld eine vorgegebene Feldverteilung aufweist.
Verfahren zur Steuerung einer Magnetresonanzanlage (1) zur Gewinnung von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts (P), bei dem zur Erzeugung eines Hochfrequenzfelds in einem Untersuchungsvolumen von einem Hochfrequenzverstärker (21) mit einer bestimmten Signalleistung abgegebene Hochfrequenzsignale an einen Eingang (24) eines Signalteilers (23) geleitet werden, in welchem die Leistung des Hochfrequenzsignals in zwei an zwei Ausgängen (26, 27) des Signalteilers (23) anliegende Ausgangssignale aufgeteilt wird, welche jeweils in verschiedene Eingänge (16, 17) einer Sendeantenne (15) eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflexionsfaktor (R) einer an einem zweiten Eingang (25) des Signalteilers (23) angeschlossenen Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30'') so eingestellt wird, dass ein am zweiten Eingang (25) des Signalteilers (23) ausgehender Signalanteil durch die Abschlusswiderstandsanordnung (30, 30', 30'') zumindest zu einem wesentlichen Teil so zu den Eingängen (16, 17) der Sendeantenne (15) zurückreflektiert wird, dass das von der Sendeantenne (15) abgestrahlte Hochfrequenzfeld eine vorgegebene Feldverteilung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflexionsfaktor (R) so eingestellt wird, dass zumindest in einem bestimmten Teilbereich des Untersuchungsobjekts (P) das Hochfrequenzfeld homogenisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzustellender Reflexionsfaktor (R) auf Basis von Untersuchungssituationsdaten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein einzustellender Reflexionsfaktor (R) basierend auf Messergebnissen vorhergehender Magnetresonanzmessungen bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Bauelemente der Sendeantenne (15) so eingestellt werden, dass zumindest ein vorgegebener Mindestanteil des zur Sendeantenne (15) übermittelten Hochfrequenzsignals an den Antenneneingängen (16, 17) reflektiert wird.