DE102008006117B4

DE102008006117B4 - Magnetresonanzanlage, Antennensystem, Verfahren zum Aufbau einer Magnetresonanzanlage und Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen

Info

Publication number: DE102008006117B4
Application number: DE102008006117A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Nistler; Dr. Renz Wolfgang; Dr. Speckner Thorsten
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2028-01-26
Also published as: DE102008006117A1; US20090192382A1; US8362775B2

Abstract

Magnetresonanzanlage (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts mit – einem Untersuchungstunnel (T), – einer sich entlang einer Längsachse (L) zylinderartig um den Untersuchungstunnel (T) erstreckenden Ganzkörper-Antenne (2) mit zwei Anschlusspunkten (3, 4), – einer Hochfrequenzversorgungseinrichtung (20), um die Ganzkörper-Antenne (2) jeweils zur Aussendung eines Hochfrequenzfelds in den Untersuchungstunnel (T) mit Hochfrequenzsignalen zu versorgen, welche Hochfrequenzversorgungseinrichtung (20) einen Hochfrequenzgenerator (21) zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals (HF), einen Signalteiler (23), der ein vom Hochfrequenzgenerator (21) kommendes, auszusendendes Hochfrequenzsignal (HF) in zwei Teilsignale (HF1, HF2) aufteilt, die gegeneinander in ihrer Phase um 90° verschoben sind, und zwei mit den beiden Anschlusspunkten (3, 4) der Ganzkörper-Antenne (2) verbundene Hochfrequenz-Zuleitungen (28, 29) aufweist, über die die beiden Teilsignale (HF1, HF2) in die Ganzkörper-Antenne (2) eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) eine derartige intrinsische Sendecharakteristik aufweist, dass, wenn an den beiden Anschlusspunkten (3, 4) zwei identische in ihrer Phase um 90° verschobenen Teilsignale (HF1, HF2) eingespeist werden, von der Ganzkörper-Antenne (2) ein Hochfrequenzfeld ausgesendet wird, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels (T) in einer senkrecht zur Längsachse (L) liegenden Ebene derart in definierter Weise elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse (HA) unter einem Winkel (α) gegenüber der Horizontalen (H) gekippt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanzanlage mit einem Untersuchungstunnel und einer sich entlang einer Längsachse zylinderartig um den Untersuchungstunnel erstreckenden Ganzkörper-Antenne mit zwei Anschlusspunkten und einer Hochfrequenzversorgungseinrichtung, um die Ganzkörper-Antenne jeweils zur Aussendung eines Hochfrequenzfelds in den Untersuchungstunnel mit Hochfrequenzsignalen zu versorgen. Die Hochfrequenzversorgungseinrichtung weist dabei einen Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals, einen Signalteiler, der ein vom Hochfrequenzgeneratorkommendes, auszusendendes Hochfrequenzsignal in zwei Teilsignale aufteilt, die gegeneinander in ihrer Phase um 90° verschoben sind, und zwei mit den beiden Anschlusspunkten der Ganzkörper-Antenne verbundene Hochfrequenz-Zuleitungen auf, über die die beiden Teilsignale in die Ganzkörper-Antenne eingespeist werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Antennensystem für eine solche Magnetresonanzanlage, ein Verfahren zum Aufbau einer derartigen Magnetresonanzanlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen mit einer entsprechenden Magnetresonanzanlage.
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 möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten des Magnetresonanzsystems 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 so genannte „B₁-Feld”, in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Mittels dieser Hochfrequenzpulse werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass sie um einen so genannten „Anregungsflipwinkel” aus ihrer Gleichgewichtslage parallel zum Grundmagnetfeld ausgelenkt werden. Die Kernspins 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 Untersuchungstunnel weist der Tomograph üblicherweise eine fest im Gehäuse installierte Hochfrequenzantenne auf, die auch als „Ganzkörper-Antenne” oder „Body-Coil” bezeichnet wird. Typische Aufbauten für Ganzkörper-Antennen sind sog. „Käfigstrukturen” bzw. „Birdcage-Strukturen”, TEM oder Streifenantennen sowie Sattelspulen. In 1 ist schematisch eine solche Ganzkörper-Antenne mit einer Käfigstruktur gezeigt. Die Ganzkörper-Antenne 2' weist dabei parallel zur Längsachse L um den Untersuchungstunnel T an verschiedenen Umfangspositionen angeordnete Antennenstäbe 7' auf, die an den Stirnseiten jeweils durch Ringantennenelemente 5, 6 verbunden sind. Der Untersuchungstunnel wird dabei durch den von der Antenne umschlossenen Raum definiert. An zwei Anschlussstellen 3, 4, die an einem der Ringantennenelemente entlang des Umfangs unter 90° zueinander versetzt angeordnet sind, sind zwei Hochfrequenzzuleitungen 28, 29 einer Hochfrequenzversorgungseinrichtung 20 angeschlossen. 1 zeigt dabei den derzeit wohl am häufigsten verwendeten Aufbau einer solchen Hochfrequenzversorgungseinrichtung. Von einem Hochfrequenzgenerator 21, welcher ausgangsseitig einen geeigneten Hochfrequenzverstärker aufweist, wird ein Hochfrequenzsignal HF ausgesendet. Dieses wird in einen ersten Eingang 24 eines Signalteilers 23 eingespeist. Hierbei handelt es sich um einen sog. Hybridbaustein, der das Hochfrequenzsignal HF in zwei Teilsignale HF₁, HF₂ aufteilt, welche um 90° phasenverschoben, aber im Übrigen identisch sind. Diese beiden Teilsignale HF₁, HF₂ liegen an den Ausgängen 26, 27 des Signalteilers 23 an und werden dort auf die Hochfrequenzzuleitungen 28, 29 zu den Anschlusspunkten 3, 4 der Ganzkörper-Antenne 2' gegeben. Ein vierter Eingang 25 des Signalteilers 23 ist mit einem 50-Ω-Widerstand 22 abgeschlossen, um von der Ganzkörper-Antenne 2' reflektierte Leistungen aufzunehmen. Bei diesem Aufbau gibt es eine feste Gewichtung der Signale an den Eingängen der Antenne und die Antenne ist so aufgebaut, dass sie ein zirkular polarisiertes Hochfrequenzfeld aussendet, d. h. die Antenne kann in genau einer zirkularpolarisierten Mode M_CP senden, die in 1 symbolisch durch die Kreislinie dargestellt ist.
Klassisch wurde meist versucht, die Ganzkörper-Antenne so aufzubauen, dass ohne weitere Einflüsse ein möglichst gut zirkular polarisiertes Hochfrequenzfeld erzeugt wird. Jedoch wird z. B. in der EP 1 359 429 A2 ein nicht vollständig zirkular polarisiertes Feld wegen einer speziellen Ausbildung der z-Achsen-Gradientenspule billigend in Kauf genommen.
In der JP 07-222 729 A wird vorgeschlagen, den Schulterbereich der Ganzkörper-Antenne im Verhältnis breiter zu machen, d. h. die Ganzkörper-Antenne so aufzubauen, dass sie breiter als höher ist, um bei einer weiteren Verkleinerung des Geräts dafür zu sorgen, dass der Patient noch genügend Raum hat. Wenn eine Hochfrequenzabschirmung mit einem kreisförmigen Querschnitt gewählt wird, um oben und unten einen größeren Abstand zwischen dem Hochfrequenzabschirmfeld und der Hochfrequenzspule zu erzielen und somit die Sendeeffizienz der Hochfrequenzspule zu erhöhen, führt dies dazu, dass ein elliptisch polarisiertes Feld ausgebildet wird. Dabei liegt das elliptisch polarisierte Feld so, dass die Hauptachse der Ellipse parallel zur Horizontalen liegt.
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.
Um die durch die Feldverzerrungen verursachten Probleme in den Griff zu bekommen, gibt es derzeit hardwaremäßig folgende Ansätze:
Zum einen können lokale Feldkorrekturen durch dielektrische Kissen oder ähnliche das HF-Feld beeinflussende Elemente, die am Patienten angelegt werden, erreicht werden.
Eine zweite Möglichkeit wird in 2 gezeigt. Hierbei handelt es sich um einen ähnlichen Aufbau wie bei dem Aufbau in 1, jedoch sind zusätzlich in die Hochfrequenzzuleitungen 28, 29 hinter den Ausgängen 26, 27 des Signalteilers 23 jeweils Amplituden- und/oder Phasensteller 30, 31 zwischengeschaltet, mit denen die Amplituden und/oder Phasen der Teilsignale HF₁, HF₂ beliebig variiert werden können. Es werden dementsprechend veränderte Teilsignale HF₁', HF₂' an den Anschlusspunkten 3, 4 in die in der üblichen Weise aufgebaute Ganzkörper-Antenne 2' eingespeist. Durch eine geeignete Phasen- und Amplitudenverschiebung der beiden Teilsignale HF₁', HF₂' lassen sich in der Ganzkörper-Antenne 2' verschiedene Hochfrequenzmoden anregen. In 2 sind hiervon nur zwei Moden, nämlich die zirkularpolarisierte Mode M_CP und eine elliptisch polarisierte Mode M_EP, symbolisch dargestellt. Bei der elliptisch polarisierten Mode M_EP wird ein Hochfrequenzfeld ausgesendet, welches in einer senkrecht zur Längsachse L liegenden Ebene elliptisch und nicht, wie das übliche zirkularpolarisierte Feld, kreisförmig polarisiert ist. Welche Mode M_CP, M_EP ausgesendet wird, hängt davon ab, welches Amplitudenverhältnis und welche Phasenverschiebung die beiden Teilsignale HF₁', HF₂' zueinander haben. Sind die Amplituden gleich und die Phasenverschiebung 90°, so wird, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, ein zirkularpolarisiertes Feld ausgesendet. Ein Nachteil dieser Anlage besteht darin, dass zusätzliche Komponenten 30, 31 benötigt werden, um das Feld in der gewünschten Weise zu beeinflussen. Diese Komponenten 30, 31 müssen hochpräzise sein. Zudem ist eine entsprechende Steuerungstechnik erforderlich, um die Komponenten 30, 31 genauestens ansteuern zu können.
In ähnlicher Weise wird in der nachveröffentlichten DE 10 2008 005 994 A1 vorgeschlagen, dass das Hochfrequenzfeld elliptisch polarisiert wird und dabei eine an einen Patienten angepasste Ellipsenform bzw. -lage durch die unterschiedlichen Phasenverhältnisse der beiden Teilsignale und durch die Wahl der Lage der beiden Antenneneinspeisepunkte eingestellt wird.
Als weiterer zukunftsträchtiger Ansatz zur Homogenisierung des B₁-Feldes werden derzeit individuelle Einstellungen der Amplituden- und der Phasenwerte einer Vielzahl von von verschiedenen separaten Sendekanälen ausgesendeten Hochfrequenzpulsen diskutiert. Ein Beispiel hierfür wird in der DE 101 24 465 A1 erläutert. Auch derartige Aufbauten sind naturgemäß relativ aufwändig und teuer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetresonanzanlage, ein Antennensystem, ein Verfahren zum Aufbau einer Magnetresonanzanlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen anzugeben, mit denen mit möglichst geringem Aufwand eine verbesserte Feldverteilung in einer Ganzkörper-Antenne der Magnetresonanzanlage erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Magnetresonanzanlage gemäß Patentanspruch 1, ein Antennensystem gemäß Patentanspruch 14, ein Verfahren zum Aufbau einer Magnetresonanzanlage gemäß Patentanspruch 16 sowie durch ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage weist also eine herkömmliche Hochfrequenzversorgungseinrichtung auf, bei der das von einem Hochfrequenzgenerator erzeugte Hochfrequenzsignal in einem üblichen Signalteiler in zwei identische Teilsignale aufgeteilt wird, die gegeneinander in ihrer Phase um 90° verschoben sind und dann an den beiden Anschlusspunkten der Ganzkörper-Antenne in die Ganzkörper-Antenne eingespeist werden. Dabei ist jedoch die Ganzkörper-Antenne bewusst so ausgebildet, dass sie eine derartige intrinsische Sendecharakteristik aufweist, dass von der Ganzkörper-Antenne durch die Überlagerung der beiden um 90° verschobenen, ansonsten identischen Teilsignale ein Hochfrequenzfeld ausgesendet wird, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels in einer senkrecht zur Längsachse liegenden Ebene in definierter Weise derart elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse unter einem Winkel gegenüber der Horizontalen gekippt ist.
In einer Vielzahl von Versuchen hat sich gezeigt, dass eine elliptische Polarisation grundsätzlich zu einer besseren B₁-Homogenität im Patienten führt, wenn die elliptische Polarisation so gewählt ist, dass die Hauptachse der Ellipse einen Winkel zur Horizontalen bildet, d. h. dass die Hauptachse der Ellipse gerade nicht auf der Horizontalen liegt. Dies liegt daran, dass in der Regel durch die Wirbelströme im Körper des Patienten ein zirkularpolarisiertes Feld elliptisch verzerrt wird. Wird also ein elliptisch polarisiertes Feld im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels, d. h. ohne einen Patienten im Untersuchungstunnel, ausgesendet, so kann – wenn für eine entsprechend geeignete Lage der Hauptachse der Ellipse gesorgt ist – erreicht werden, dass nach der Beladung des Patiententunnels mit einem Patientenkörper das gewünschte homogenisierte Hochfrequenzfeld erreicht wird. Es sind dabei keinerlei Veränderungen oder zusätzliche Aufbauten an der Hochfrequenzversorgungseinrichtung nötig, sondern es können die herkömmlichen Hochfrequenzversorgungseinrichtungen weiterverwendet werden, welche üblicherweise zur Einstellung von zirkularpolarisierten Feldern verwendet werden. Wie später noch anhand von Ausführungsbeispielen gezeigt wird, gibt es verschiedene sehr einfache Lösungen, die intrinsische Sendecharakteristik der Ganzkörper-Antenne entsprechend einzustellen.
Ein entsprechendes Antennensystem für eine Magnetresonanzanlage muss dementsprechend eine erfindungsgemäße Ganzkörper-Antenne mit einer solchen intrinsischen Sendecharakteristik aufweisen, so dass sie, wenn an den beiden Anschlusspunkten zwei in ihrer Phase um 90° verschobene identische Teilsignale eingespeist werden, ein Hochfrequenzfeld aussendet, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels in einer senkrecht zur Längsachse liegenden Ebene derart in definierter Weise elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse unter einem Winkel gegenüber der Horizontälen gekippt ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbau einer solchen Magnetresonanzanlage müssen u. a. zumindest folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Es muss eine sich entlang einer Längsachse zylinderartig um einen Untersuchungstunnel erstreckende Ganzkörper-Antenne aufgebaut werden. Des Weiteren muss ein Hochfrequenzgenerator zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals an einen Signalteiler, welcher ein vom Hochfrequenzsignalgenerator kommendes Hochfrequenzsignal in zwei an zwei Signalausgängen des Signalteilers ausgegebene, gegeneinander in ihrer Phase um 90° verschobene Teilsignale aufteilt, angeschlossen werden. Dann muss eine Verbindung der beiden Signalausgänge des Signalteilers über zwei Zuleitungen mit zwei Anschlusspunkten an der Ganzkörper-Antenne erfolgen. Dabei muss die Ganzkörper-Antenne so aufgebaut werden, dass sie die spezielle intrinsische Sendecharakteristik aufweist, um zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels ein derart in definierter Weise elliptisch polarisiertes Feld auszusenden, dass die Ellipsen-Hauptachse unter einem Winkel gegenüber der Horizontalen gekippt ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen wird wie üblich ein Hochfrequenzsignal in zwei identische, aber um 90° phasenverschobene Teilsignale aufgeteilt und diese Teilsignale werden an zwei Anschlusspunkten in eine sich entlang einer Längsachse zylinderartig um den Untersuchungstunnel erstreckenden Ganzkörper-Antenne eingespeist, welche daraufhin ein Hochfrequenzfeld aussendet. Das Verfahren ist dabei erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine zuvor genannte erfindungsgemäße Ganzkörper-Antenne verwendet wird, die eine intrinsische Sendecharakteristik aufweist, um im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels ein derart elliptisch polarisiertes Feld auszusenden, dass die Ellipsen-Hauptachse unter einem Winkel gegenüber der Horizontalen gekippt ist.
Die abhängigen Ansprüche und die weitere Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere die Ansprüche einer Kategorie auch analog den abhängigen Ansprüchen einer der anderen Kategorien weitergebildet sein kann.
Wie bereits erläutert, sind übliche Ganzkörper-Antennen so aufgebaut, dass diese bei einer Einspeisung von identischen, 90° phasenverschobenen Signalen an zwei Anschlusspunkten ein im Wesentlichen (d. h. abgesehen von üblichen bauartbedingten Toleranzen) zirkularpolarisiertes Feld aussenden. Im Gegensatz dazu ist die intrinsische Sendecharakteristik der erfindungsgemäßen Ganzkörper-Antenne so gewählt, dass sie unter diesen Bedingungen ein elliptisch polarisiertes Hochfrequenzfeld aussendet. Dabei ist besonders bevorzugt das Antennensystem so ausgebildet, dass sich ein elliptisch polarisiertes Hochfrequenzfeld ausbildet, bei dem das Verhältnis der Ellipsen-Hauptachse zur Ellipsen-Nebenachse ca. zwischen 1,5 und 10, besonders bevorzugt ca. zwischen 2 und 5 liegt. Das heißt, es ist eine deutliche elliptische Form bevorzugt, welche nicht nur geringfügig von einer Kreisform abweicht.
Erfindungsgemäß ist das Antennensystem so ausgebildet, dass sich ein elliptisch polarisiertes Hochfrequenzfeld ausbildet, bei dem die Ellipsen-Hauptachse unter einem Winkel α gegenüber der horizontalen gekippt ist. Das heißt, das elliptisch polarisierte Hochfrequenzfeld liegt quer im Raum. Bei einer Vielzahl von Testmessungen hat sich herausgestellt, dass es optimal ist, wenn das Antennensystem so ausgebildet wird, dass von einer Kopfseite des Untersuchungstunnels aus betrachtet der Winkel, um den die Ellipsen-Hauptachse gegenüber der Horizontalen im Uhrzeigersinn gekippt ist, zwischen ca. einschließlich 15° und ca. einschließlich 70°, besonders bevorzugt zwischen ca. einschließlich 22° und ca. einschließlich 50° liegt. Als Kopfseite des Untersuchungstunnels wird dabei die sogenannte „Serviceseite” des Magnetresonanzscanners gesehen, an der sich in der Regel die Anschlüsse zu den weiteren Komponenten der Magnetresonanzanlage befinden. Dies ist die Seite, die der Untersuchungstisch-Einschubseite gegenüberliegt, an welcher der Untersuchungstisch in den Untersuchungstunnel ein- und ausgefahren wird. Üblicherweise ist das auch die Seite, an der sich der Kopf des Patienten befindet. Es hat sich aber herausgestellt, dass bei einer Rückenlage des Patienten, unabhängig davon, ob er mit dem Kopf oder den Füßen zuerst in den Untersuchungstunnel gefahren wird, das elliptisch polarisierte Hochfrequenzfeld insbesondere für Aufnahmen vom Bauchbereich des Patienten optimal ist, wenn die Ellipsen-Hauptachse in dem genannten Winkelbereich liegt.
Um ein elliptisch verzerrtes Hochfrequenzfeld in der Ganzkörper-Antenne zu erzielen, reicht es im Prinzip aus, die Anschlusspunkte so zu verändern, dass sie nicht unter einem Winkel von 90° zueinander entlang des Umfangs der Antenne liegen. Werden an diesen Anschlusspunkten dann zwei Teilsignale eingespeist, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, bildet sich bereits zwangsläufig ein nicht-zirkularpolarisiertes Feld aus. Andererseits führt eine Einspeisung der Teilsignale unter einem Winkel von ≠90° in eine übliche Antenne zu einer erhöhten Reflektion an den Antenneneingängen. Dies erhöht die Verlustleistung. Daher wird vorzugsweise die Antennenstruktur intern so ausgebildet, dass das gewünschte elliptisch polarisierte Feld entsteht.
Um die intrinsische Sendecharakteristik der Ganzkörper-Antenne zur Aussendung eines in definierter Weise elliptisch polarisierten Feldes zu erreichen, weist die Ganzkörper-Antenne daher vorzugsweise ringförmig um den Untersuchungstunnel herum verteilt angeordnete Antennenelemente auf und ist so ausgebildet und/oder so relativ zu einer die Ganzkörper-Antenne zylinderartig umgebenden Hochfrequenzabschirmung angeordnet, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel befindende Antennenelemente eine unterschiedliche Impedanz aufweisen. Unter „Antennenelemente” können hierbei verschiedenste Teilkomponenten der Antenne zu verstehen sein, wie beispielsweise bei einer Käfigantenne die parallel zur Längsachse jeweils verlaufenden Leiterstäbe oder Segmente der die Antennenstäbe stirnseitig jeweils miteinander hochfrequenztechnisch verkoppelnden Antennenringelemente. Bei einer TEM bzw. Streifenantenne können dies ebenfalls die parallel zur Längsachse jeweils verlaufenden Leiterstäbe sein, die – anstatt einer Verbindung über die Endringe, endseitig jeweils kapazitiv mit einer Hochfrequenzabschirmung des Antennensystems bzw. die kapazitiven Elemente zur Verbindung der Antennenstäbe mit der Hochfrequenzabschirmung gekoppelt sind. Weist ein Antennenelement eine höhere Impedanz auf, so fließt durch dieses Antennenelement ein geringerer Hochfrequenzstrom. Eine kleinere Impedanz ist dagegen mit einem höheren Hochfrequenzstrom verbunden. Je nach Einstellung der Impedanzen der verschiedenen Antennenelemente wird also eine unterschiedliche HF-Feldverteilung erzeugt. Die Impedanz der Antennenelemente lässt sich dabei durch die Variation der Induktivität und/oder der Kapazität und/oder des Ohm'schen Widerstands verändern.
Zu einem Antennensystem mit einer solchen Ganzkörper-Antenne gehört üblicherweise auch eine Hochfrequenzabschirmung, welche die Hochfrequenzantenne nach außen hin zu den weiteren Komponenten im Magnetresonanz-Scanner abschirmt. Nicht nur die Ausbildung der einzelnen Antennenelemente, sondern auch deren Lage relativ zur Hochfrequenzabschirmung hat Einfluss auf die Impedanzen der jeweiligen Antennenelemente. Die Hochfrequenzabschirmung liegt auf einem festen Potential, üblicherweise auf Massepotential, und durch den Abstand der Antennenelemente zur Hochfrequenzabschirmung werden die Streukapazitäten der Antennenelemente gegenüber diesem Potential beeinflusst. Zudem wird bei einer Verringerung des Abstands der Antennenelemente zur Hochfrequenzabschirmung auch die Induktivität des jeweiligen Antennenelements verringert. Daher sind bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Ganzkörper-Antenne und die Hochfrequenzabschirmung so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass sich ein radialer Abstand zwischen der Ganzkörper-Antenne und der Hochfrequenzabschirmung entlang des Umfangs ändert.
Dies lässt sich sehr einfach erreichen, wenn die Ganzkörper-Antenne und/oder die Hochfrequenzabschirmung so ausgebildet sind, dass sie in einer senkrecht zur Längsachse liegenden Ebene einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Das heißt, es kann beispielsweise die Ganzkörper-Antenne einen elliptischen und die Hochfrequenzabschirmung einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen oder umgekehrt. In beiden Fällen ändert sich entlang des Umfangs der radiale Abstand zwischen der Ganzkörper-Antenne und der Hochfrequenzabschirmung. Die Mittelachsen der Ganzkörper-Antenne und der Hochfrequenzabschirmung sind dabei wie bei herkömmlichen Systemen koaxial angeordnet. Ebenso ist es auch möglich, dass sowohl die Ganzkörper-Antenne als auch die Hochfrequenzabschirmung einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Um hier die größtmöglichen Unterschiede im radialen Abstand der beiden Elemente zueinander zu erreichen, ist es sinnvoll, wenn die Hauptachsen der beiden Ellipsen senkrecht zueinander liegen. Grundsätzlich wird aber immer eine Abstandsänderung erreicht, sofern nicht die beiden Hauptachsen der Ellipsen in gleicher Richtung verlaufen, d. h. wenn die Hauptachsen der elliptischen Querschnitte der Ganzkörper-Antenne und der Hochfrequenzabschirmung gegeneinander verkippt sind.
Vorzugsweise weist die Ganzkörper-Antenne, wie z. B. eine Käfigantenne oder eien Streifen- bzw. TEM-Antenne, eine Mehrzahl von parallel zur Längsachse verlaufenden Antennenstäben auf und zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel befindende Antennenstäbe weisen eine unterschiedliche Impedanz auf.
Wie bereits eingangs erläutert, kann die Ganzkörper-Antenne vorzugsweise eine Käfigstruktur aufweisen, bei der die Mehrzahl von parallel zur Längsachse verlaufenden Antennenstäben stirnseitig durch Antennenringelemente, zumindest hochfrequenztechnisch, untereinander verkoppelt sind. Diese Ringelemente können jeweils kreisförmig, aber auch elliptisch ausgebildet sein. Die Kopplung kann grundsätzlich eine durchgehende Leiterverbindung sein. In der Regel handelt es sich aber um Antennenringelemente, die aus mehreren, jeweils den einzelnen Antennenstäben zugeordneten, kapazitiv untereinander gekoppelten Ringsegmenten zusammengesetzt sind. Vorzugsweise ist beim Einsatz einer solchen Antenne dafür gesorgt, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel befindende Antennenstäbe und/oder Ringsegmente der Antennenringelemente eine unterschiedliche Impedanz aufweisen.
Unterschiedliche Impedanzen in den einzelnen Antennenelementen sind außer durch die bereits oben erläuterten Möglichkeit einer Variation der Abstände der einzelnen Antennenelemente zu einer Hochfrequenzabschirmung durch verschiedenste weitere Maßnahmen realisierbar.
Bei einer sehr einfachen Variante ist die Antenne so ausgebildet, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen befindende Antennenstäbe unterschiedliche Leitungsquerschnitte aufweisen. Üblicherweise sind die Antennenstäbe in Form von gedruckten Leiterbahnen ausgebildet, die direkt auf eine Rohrwand des Untersuchungstunnels aufgebracht sind. Um eine Ganzkörper-Antenne mit der gewünschten elliptisch polarisierten Sendecharakteristik aufzubauen, ist lediglich dafür zu sorgen, dass die Leiterbahnen, vorzugsweise nach einem bestimmten Muster, unterschiedlich breit sind. Da u. a. der Leitungsquerschnitt maßgeblich für die Induktivität und somit die Impedanz des jeweiligen Antennenstabs ist, ist auf diese Weise eine sehr einfache Variation der Impedanzen der einzelnen Antennenstäbe möglich.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit ist der Einsatz von unterschiedlichen Kapazitäten der an den unterschiedlichen Umfangspositionen befindlichen Antennenstäbe und/oder Ringsegmente. Beispielsweise können die Antennenstäbe aus Teilstäben bzw. Teilleiterbahnen bestehen, die jeweils mit Kapazitäten untereinander verbunden sind. Durch Einbau unterschiedlicher Bauelemente lassen sich so die gewünschten Kapazitätsunterschiede erreichen. Typische Kapazitätswerte solcher Antennenstäbe liegen bei einer 3-Tesla-Ganzkörper-Antenne zwischen 10 und 30 pF. Beispielsweise können dann bestimmte Antennenstäbe so ausgebildet sein, dass sie 30 pF aufweisen, wogegen andere nur 10 pF aufweisen.
Ebenso können die Ringsegmente mit verschiedenen Kapazitäten entlang des Umfangs zu den Antennenringelementen verkoppelt sein.
Bei einer Streifen- oder TEM-Antenne können unterschiedliche Impedanzen der einzelnen Antennenstäbe beispielsweise auch durch unterschiedliche Kapazitäten und/oder Induktivitäten in der Kopplung der Antennenstäbe mit der Hochfrequenzabschirmung realisiert werden.
Um ein möglichst symmetrisches elliptisches Feld zu erreichen, können vorzugsweise jeweils zwei sich an gegenüberliegenden Umfangspositionen befindende Antennenelemente – innerhalb der üblichen Toleranzen – die gleiche Impedanz aufweisen. Beispielsweise können zwei erste sich an gegenüberliegenden Umfangspositionen befindende Antennenelemente eine maximale Impedanz aufweisen, und zwei sich unter jeweils 90° zu den ersten Antennenelementen befindende zweite Antennenelemente weisen eine minimale Impedanz auf. Die ersten Antennenelemente, welche die maximale Impedanz aufweisen, definieren dann die Richtung der Ellipsen-Hauptachse, und die beiden zweiten Antennenelemente, welche die minimale Impedanz aufweisen, definieren die Richtung der Ellipsen-Nebenachse.
Zur Erzeugung einer möglichst gleichmäßigen Ellipsenform liegt die Impedanz von sich jeweils zwischen den ersten und den zweiten Antennenelementen befindlichen Antennenelementen zwischen den Impedanzen der ersten und der zweiten Antennenelemente und ist jeweils so gewählt, dass die Impedanz von den ersten Antennenelementen zu den zweiten Antennenelementen hin abnimmt.
Insgesamt gibt es also eine Vielzahl von verschiedensten Möglichkeiten, die Ganzkörper-Antenne so auszubilden, dass sie die gewünschte intrinsische Sendecharakteristik zur Aussendung eines elliptisch polarisiertes Feldes aufweist, wobei mit den obigen Ausführungen lediglich einige bevorzugte Varianten genannt sind. Insbesondere ist es auch möglich, die verschiedensten Möglichkeiten in Kombination einzusetzen, um gezielt den gewünschten Effekt mit möglichst wenig Aufwand optimal zu erreichen.
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 Prinzipblockschaltbild des Sendesystems einer Magnetresonanzanlage nach dem Stand der Technik,
2 ein Prinzipblockschaltbild eines erweiterten Sendesystems einer Magnetresonanzanlage nach dem Stand der Technik,
3 ein Prinzipblockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Sendesystems einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
4 ein Diagramm zur Erläuterung der Lage der Ellipse des elliptisch polarisierten Hochfrequenzfeldes,
5 ein schematisches Bild einer Abwicklung einer halben 16-Stab-Ganzkörper-Antenne nach dem Stand der Technik,
6 ein schematisches Bild einer Abwicklung eines Ausführungsbeispiels einer halben erfindungsgemäßen 16-Stab-Ganzkörper-Antenne,
7 ein schematischer Querschnitt senkrecht zur Antennenlängsrichtung durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennensystems mit einer kreisförmigen Antenne und einer elliptischen Hochfrequenzabschirmung,
8 einen schematischen Querschnitt senkrecht zur Antennenlängsrichtung durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennensystems mit einer elliptischen Antenne und einer kreisförmigen Hochfrequenzabschirmung,
9 einen schematischen Querschnitt senkrecht zur Antennenlängsrichtung durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antennensystems mit einer elliptischen Antenne und einer elliptischen Hochfrequenzabschirmung.
Die 1 und 2 wurden bereits eingangs ausführlich anhand des Stands der Technik erläutert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 handelt es sich um eine typische, heutzutage verwendete Ganzkörper-Antenne mit einer Käfigstruktur, welche von einer üblichen Hochfrequenzversorgungseinrichtung 20 versorgt wird. Diese Hochfrequenzversorgungseinrichtung 20 ist so ausgebildet, dass das Phasenverhältnis zwischen den Teilsignalen HF₁, HF₂ exakt bei 90° festliegt und die Amplituden im Rahmen der üblichen Toleranzen gleich sind. Mit diesem Sendesystem wird im unbeladenen Zustand der Ganzkörper-Antenne 2' immer nur ein zirkularpolarisiertes Hochfrequenzfeld ausgesendet.
2 zeigt ein variableres Ausführungsbeispiel für ein Sendesystem, bei dem mittels Amplituden- und/oder Phasenstellern 30, 31 das Verhältnis der Amplituden und/oder Phasen der beiden Teilsignale HF₁', HF₂' zueinander frei einstellbar ist, wodurch unterschiedliche Sendemoden M_CP, M_EP in der Ganzkörper-Antenne 2' ausgesendet werden können.
3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel für ein Sendesystem einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 1. Diese Magnetresonanzanlage 1 weist neben dem Sendesystem selbstverständlich auch alle weiteren üblichen Komponenten einer Magnetresonanzanlage auf, wie z. B. ein Magnetsystem, ein Gradientensystem, ein Empfangssystem, eine Steuerung etc. Diese Komponenten sind dem Fachmann hinreichend bekannt und brauchen daher hier nicht erläutert zu werden. Sie sind somit in 1 der besseren Übersichtlichkeit wegen auch nicht dargestellt.
Bei der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 1 kann eine übliche Frequenzversorgungseinrichtung 20 eingesetzt werden, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet wird. Das heißt, es sind hier keine weiteren Komponenten zur Einstellung der Phasen und/oder Amplituden der Hochfrequenzteilsignale HF₁, HF₂ zueinander nötig. Die von der Hochfrequenzversorgungseinrichtung 20 an den Ausgängen 26, 27 des Hybridbausteins 23 über die HF-Zuleitung 28, 29 kommenden Teilsignale HF₁, HF₂ sind bis auf eine fixe Phasenverschiebung um 90° identisch.
Als erfindungsgemäße Antenne 2 wird auch hier eine Käfigantenne 2 mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse L der Ganzkörper-Antenne 2 um einen Untersuchungstunnel T verlaufenden Leiterstäben 7 eingesetzt, welche jeweils stirnseitig durch Antennenringelemente 5, 6 untereinander gekoppelt sind. In dem schematischen Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind nur acht Leiterstäbe 7 der Antenne 2 dargestellt. Üblicherweise weist eine solche Käfigantenne aber eine höhere Anzahl, beispielsweise sechzehn oder mehr Leiterstäbe auf. Durch geeignete konstruktive Maßnahmen ist hier dafür gesorgt, dass die Ganzkörper-Antenne 2 eine intrinsische Sendecharakteristik aufweist, so dass – obwohl an den üblichen Anschlussstellen 3, 4, die unter 90° zueinander an einem der Antennenringelemente 5 liegen, jeweils um 90° phasenverschobene identische Teilsignale eingespeist werden – sich innerhalb des Untersuchungstunnels T ein elliptisch polarisiertes Feld ausbildet, d. h. die elliptisch polarisierte Sendemode M_EP angeregt wird. In 3 ist diese Mode M_EP so dargestellt, dass sich die Hauptachse der Ellipse parallel zur Horizontalen befindet, d. h. parallel zur Oberfläche des Liegenbretts, auf dem der Patient gelagert und in den Untersuchungstunnel T gefahren wird.
Zur Definition einer optimalen Lage der Hauptachse HA der elliptischen Polarisation wird auf 4 verwiesen. Aufgetragen ist hier jeweils die Lage der Spitze des sich im kartesischen Koordinatensystem um den Ursprung drehenden Hochfrequenz-Feld-Vektors (Die Einheiten der Koordinatenachsen sind dabei willkürlich gewählt). Der Kreis charakterisiert hier zum Vergleich die zirkularpolarisierte Mode M_CP, welche in einer normalen Antenne nach dem Stand der Technik durch die zwei unter 90° mit einer Phasenverschiebung von 90° eingespeisten Teilsignale erreicht würde. Die Amplitude des Hochfrequenzfelds ändert sich dabei über einen Umlauf nicht. Die Linie LP₁ stellt das linear polarisierte Hochfrequenzfeld dar, welches durch das an dem einen Anschlusspunkt der Ganzkörperantenne eingespeiste HF-Teilsignal in der Antennen erzeugt würde, und die Linie LP₂ stellt das linear polarisierte Hochfrequenzfeld dar, welches durch das an dem anderen Anschlusspunkt der Ganzkörper-Antenne eingespeiste HF-Teilsignal erzeugt würde. Die zirkularpolarisierte Mode M_CP entsteht durch die Überlagerung der beiden linear polarisierten Felder.
Vorzugsweise ist die Antenne 2 so ausgebildet, dass eine elliptische Sendemode M_EP erzeugt wird, d. h. die Amplitude des Hochfrequenzfelds ändert sich dabei über einen Umlauf. Durch das Verhältnis der Hauptachse HA und der Nebenachse NA wird die Form der Ellipse bestimmt. Diese liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 10, besonders bevorzugt zwischen 2 und 5.
Die elliptische Sendemode M_EP ist dabei bevorzugt so ausgebildet, dass die Hauptachse HA des elliptisch polarisierten Feldes unter einem Winkel α zwischen mindestens 15° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 22° und 50°, im Uhrzeigersinn der angezeigten Horizontalen H gekippt ist. Die in 4 dargestellte Lage gilt jeweils von einer Betrachtung vom so genannten „Serviceende” des Magnetresonanz-Scanners aus, d. h. von dem Kopfende, welches dem Ende gegenüberliegt, an dem der Untersuchungstisch in den Magnetresonanz-Scanner ein- und ausgefahren wird.
In 4 ist die Form und Lage der Polarisationsellipse dargestellt, die für eine optimale Homogenität im Bauchbereich des Patienten erforderlich ist. Hier liegt das Verhältnis der Hauptachse zur Nebenachse bei 3 und der Verkippungswinkel α zur Horizontalen bei 22°.
Anhand der 5 und 6 wird nun eine sehr einfache Möglichkeit erläutert, eine Ganzkörper-Antenne mit einer intrinsischen Sendecharakteristik zur Aussendung eines elliptisch polarisierten Feldes zu realisieren.
5 zeigt eine Abwicklung einer halben 16-Stab-Antenne nach dem Stand der Technik. Die einzelnen Leiterstäbe 7', bei denen es sich in der Regel um auf der Außenseite einer Untersuchungstunnelröhre aufgebrachte Kupferleiterbahnen handelt, sind hier alle gleich breit gewählt. An den Enden sind die einzelnen Leiterstäbe 7' jeweils mit quer zu den Leiterstäben verlaufenden Ringsegmenten 5a, 6a verbunden bzw. die Leiterbahnen sind so ausgebildet, dass diese Ringsegmente 5a, 6a jeweils T-artige Endstücke der Leiterstäbe 7 bilden. Zwischen den einzelnen Ringsegmenten 5a, 6a befinden sich jeweils Freiräume 8, welche durch Kondensatorelemente überbrückt werden, um die einzelnen Leiterstäbe 7' kapazitiv miteinander zu koppeln. Dadurch, dass alle Leiterstäbe 7' gleich ausgebildet sind und zur Kopplung der einzelnen Ringsegmente 5a, 6a untereinander jeweils die gleichen Kapazitäten verwendet werden, ist die Antenne vollkommen symmetrisch und sendet bei dem in 1 dargestellten Aufbau ein zirkularpolarisiertes Feld aus.
6 zeigt eine einfache Variante, die Sendecharakteristik der Antenne 2 so zu verändern, dass sie ein elliptisch polarisiertes Feld aussendet. Hierbei ist lediglich dafür gesorgt, dass die Leiterstäbe 7 bzw. Kupferleiterbahnen unterschiedlich breit ausgebildet sind. Durch die unterschiedlichen Leitungsquerschnitte haben die einzelnen Leiterstäbe 7 unterschiedliche Induktivitäten, was zu einer unterschiedlichen Stromverteilung auf den einzelnen Antennenstäben 7 führt. Zudem wird, was aber bei Hochfrequenzsignalen eine geringere Rolle spielt, durch die unterschiedliche Leiterbahnbreite auch der Ohm'sche Widerstand verändert. Alternativ oder zusätzlich kann auch dafür gesorgt werden, dass die Kapazitäten der Antennenstäbe 7 unterschiedlich sind. Ebenso kann für unterschiedliche Kapazitäten zwischen den einzelnen Ringsegmenten 5a, 6a gesorgt werden. Da 6 nur acht der sechzehn Antennenstäbe der Ganzkörper-Antenne zeigt, ist klar, dass bei einer kompletten Ganzkörper-Antenne die jeweils gegenüberliegenden Antennenstäbe 7 die gleiche Breite und somit die gleiche Impedanz aufweisen.
Es zeigt sich hier auch, dass der Abstand der Impedanzen zwischen den senkrecht zueinander liegenden Antennenstäben am größten ist und dass die Impedanz bei den Antennenstäben, die zwischen den Antennenstäben mit der geringsten Impedanz (in 6 die beiden äußersten Antennenstäbe) und den Antennenstäben mit der kleinsten Impedanz (in 6 die mittleren Antennenstäbe) kontinuierlich stufenweise zunimmt, um so eine besonders gleichmäßige elliptische Form zu erreichen.
Die 7, 8 und 9 zeigen drei Varianten, wie sich ein elliptisch polarisiertes Feld bzw. eine entsprechende Sendecharakteristik der Ganzkörperantenne 2 des Antennensystems durch geeignete Form der Ganzkörper-Antenne 2 und einer die Ganzkörper-Antenne 2 umgebenden Hochfrequenzabschirmung erreichen lässt. Diese Hochfrequenzabschirmung 11 ist üblicherweise mit einem Massepotential verbunden und sorgt für eine Abschirmung der Antenne 2 gegenüber den außerhalb der Antenne 2 liegenden weiteren Komponenten im Magnetresonanz-Scanner. Durch den Abstand der Ganzkörper-Antenne 2 bzw. deren einzelner Antennenstäbe 7 zur Hochfrequenzabschirmung 11 bestimmt sich auch deren Induktivität und Streukapazität gegenüber der Hochfrequenzabschirmung 11. Daher beeinflusst auch der radiale Abstand r, d. h. der in radialer Richtung verlaufende Abstand zwischen der Antenne 2 und der Hochfrequenzabschirmung 11, jeweils die Impedanz in dem betreffenden Teil der Ganzkörper-Antenne 2. Ist der radiale Abstand r relativ klein, so ist eine hohe Kapazität und eine kleine Induktivität und somit auch eine hohe Impedanz der Antenne 2 in diesem Bereich gegeben. Ist dagegen der Abstand r relativ groß, so ist auch die Streukapazität gering und die Induktivität und somit die Impedanz an dieser Stelle höher. 7 zeigt dabei eine erste Variante, bei der eine übliche Ganzkörper-Antenne 2 mit einem kreisrunden Querschnitt eingesetzt wird und eine leicht elliptische Form der Hochfrequenzabschirmung 11 gewählt wird. 8 zeigt eine Variante, bei der eine Hochfrequenzabschirmung 11 mit einem kreisförmigen Querschnitt eingesetzt wird, aber die Ganzkörper-Antenne 2 einen elliptischen Querschnitt hat. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die Ganzkörper-Antenne 2 als auch die Hochfrequenzabschirmung 11 einen elliptischen Querschnitt aufweisen, wobei die Hauptachsen der Ellipsen um 90° zueinander verkippt sind. Dargestellt ist jeweils die Lage der Ellipsen der beiden Bauelemente 2, 11, um einen bestimmten Winkel α zwischen der Hauptachse HA der Ellipsenform des ausgesendeten elliptisch polarisierten Hochfrequenzfeldes und der Horizontalen H zu erreichen, wie dies anhand von 4 erläutert wurde.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele zeigen, wie mit einfachen Mitteln eine Ganzkörper-Antenne realisiert werden kann, mit einer intrinsischen Sendecharakteristik, so dass ein elliptisch polarisiertes Feld ausgesendet wird. Somit kann auf einfache Weise ein Feld mit verbesserter B₁-Homogenität erreicht werden, wobei bis auf die geringfügigen, oben beschriebenen Maßnahmen kein zusätzlicher Hardwareaufwand nötig ist. Diese Maßnahmen sind jedoch erheblich günstiger als die Realisierung von zwei oder mehreren Sendekanälen von insbesondere einer entsprechenden Anzahl von Sendeverstärkern. Bei bestehenden Systemen kann durch einen einfachen Tausch der Sendeantenne oder der Hochfrequenzabschirmung kostengünstig eine Umrüstung erfolgen.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend beschriebenen Verfahren sowie bei den dargestellten Magnetresonanzanlagen oder Antennensystemen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere können die verschiedenen Maßnahmen zur Veränderung der Impedanzen auch kombiniert werden, und viele der anhand einer Käfigantenne beschriebenen Maßnahmen können ebenso auch an einer Streifenantenne eingesetzt werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanzanlage
2: Ganzkörper-Antenne
2': Ganzkörper-Antenne
3: Anschluss
4: Anschluss
5: Ringantennenelement
5a: Ringsegment
6: Ringantennenelement
6a: Ringsegment
7: Antennenstab
7': Antennenstab
8: Freiräume
10: Antennensystem
11: Hochfrequenzabschirmung
20: Hochfrequenzversorgungseinrichtung
21: Hochfrequenzgenerator
22: Abschlusswiderstand
23: Signalteiler
24: Eingang
25: Eingang
26: Ausgang
27: Ausgang
28: Hochfrequenzzuleitung
29: Hochfrequenzzuleitung
30: Amplituden- und/oder Phasensteller
31: Amplituden- und/oder Phasensteller
HF: Hochfrequenzsignal
HF₁: Teilsignal
HF₂: Teilsignal
HF₁': Teilsignal
HF₂': Teilsignal
L: Längsachse
T: Untersuchungstunnel
M_CP: zirkularpolarisierte Mode
M_EP: elliptisch polarisierte Mode

Claims

Magnetresonanzanlage (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts mit – einem Untersuchungstunnel (T), – einer sich entlang einer Längsachse (L) zylinderartig um den Untersuchungstunnel (T) erstreckenden Ganzkörper-Antenne (2) mit zwei Anschlusspunkten (3, 4), – einer Hochfrequenzversorgungseinrichtung (20), um die Ganzkörper-Antenne (2) jeweils zur Aussendung eines Hochfrequenzfelds in den Untersuchungstunnel (T) mit Hochfrequenzsignalen zu versorgen, welche Hochfrequenzversorgungseinrichtung (20) einen Hochfrequenzgenerator (21) zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals (HF), einen Signalteiler (23), der ein vom Hochfrequenzgenerator (21) kommendes, auszusendendes Hochfrequenzsignal (HF) in zwei Teilsignale (HF₁, HF₂) aufteilt, die gegeneinander in ihrer Phase um 90° verschoben sind, und zwei mit den beiden Anschlusspunkten (3, 4) der Ganzkörper-Antenne (2) verbundene Hochfrequenz-Zuleitungen (28, 29) aufweist, über die die beiden Teilsignale (HF₁, HF₂) in die Ganzkörper-Antenne (2) eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) eine derartige intrinsische Sendecharakteristik aufweist, dass, wenn an den beiden Anschlusspunkten (3, 4) zwei identische in ihrer Phase um 90° verschobenen Teilsignale (HF₁, HF₂) eingespeist werden, von der Ganzkörper-Antenne (2) ein Hochfrequenzfeld ausgesendet wird, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels (T) in einer senkrecht zur Längsachse (L) liegenden Ebene derart in definierter Weise elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse (HA) unter einem Winkel (α) gegenüber der Horizontalen (H) gekippt ist.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elliptisch polarisierte Hochfrequenzfeld so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Ellipsen-Hauptachse (HA) zur Ellipsen-Nebenachse (NA) zwischen 1,5 und 10, vorzugsweise zwischen 2 und 5, liegt.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Kopfseite des Untersuchungstunnels (T) aus betrachtet, welcher einer Untersuchungstischeinschubseite gegenüberliegt liegt, der Winkel (α), um den die Ellipsen-Hauptachse (HA) gegenüber der Horizontalen (H) im Uhrzeigersinn gekippt ist, zwischen einschließlich 15° und einschließlich 70°, vorzugsweise zwischen einschließlich 22° und einschließlich 50°, liegt.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) ringförmig um den Untersuchungstunnel (T) herum verteilt angeordnete Antennenelemente (7, 5a, 6a) aufweist und so ausgebildet und/oder so relativ zu einer die Ganzkörper-Antenne (2) zylinderartig umgebenden Hochfrequenzabschirmung (11) angeordnet ist, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel (T) befindende Antennenelemente (7, 5a, 6a) eine unterschiedliche Impedanz aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) und die Hochfrequenzabschirmung (11) so ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass sich ein radialer Abstand (r) zwischen der Ganzkörper-Antenne (2) und der Hochfrequenzabschirmung (11) entlang des Umfangs ändert.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer senkrecht zur Längsachse (L) liegenden Ebene die Ganzkörper-Antenne (2) einen kreisförmigen und/oder die Hochfrequenzabschirmung (11) einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) eine Mehrzahl von parallel zur Längsachse (L) verlaufenden Antennenstäben (7) aufweist und zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel befindende Antennenstäbe (7) eine unterschiedliche Impedanz aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) eine Käfigstruktur aufweist, wobei die parallel zur Längsachse (L) verlaufenden Antennenstäbe (7) durch Antennen-Ringelemente (5, 6) untereinander gekoppelt sind, und zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel befindende Ringsegmente (5a, 6a) der Antennen-Ringelemente (5, 6) eine unterschiedliche Impedanz aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen befindende Antennenstäbe (7) unterschiedliche Leitungsquerschnitte aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen befindende Antennenstäbe (7) und/oder Ringsegmente (5a, 6a) unterschiedliche Kapazitäten aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei sich an gegenüberliegenden Umfangsposition befindende Antennenelemente (7, 5a, 6a) die gleiche Impedanz aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste sich an gegenüberliegenden Umfangsposition befindende Antennenelemente (7, 5a, 6a) eine maximale Impedanz und zumindest zwei sich unter jeweils 90° zu den ersten Antennenelementen (7, 5a, 6a) befindende zweite Antennenelemente (7, 5a, 6a) eine minimale Impedanz aufweisen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz von sich jeweils zwischen den ersten und den zweiten Antennenelementen (7, 5a, 6a) befindenden Antennenelementen (7, 5a, 6a) zwischen den Impedanzen der ersten und der zweiten Antennenelemente (7, 5a, 6a) liegt und von den ersten Antennenelementen (7, 5a, 6a) zu den zweiten Antennenelemente (7, 5a, 6a) hin abnimmt.
Antennensystem (10) für eine Magnetresonanzanlage (1) mit einer sich entlang einer Längsachse (L) zylinderartig um einen Untersuchungstunnel (T) der Magnetresonanzanlage (1) erstreckenden Ganzkörper-Antenne (2) mit zwei Anschlusspunkten (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) eine derartige intrinsische Sendecharakteristik aufweist, dass sie, wenn an den beiden Anschlusspunkten (3, 4) zwei identische in ihrer Phase um 90° verschobene identische Teilsignale (HF₁, HF₂) eingespeist werden, ein Hochfrequenzfeld aussendet, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels (T) in einer senkrecht zur Längsachse (L) liegenden Ebene derart in definierter Weise elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse (HA) unter einem Winkel (α) gegenüber der Horizontalen (H) gekippt ist.
Antennensystem nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) ringförmig um den Untersuchungstunnel (T) herum verteilt angeordnete Antennenelemente (7, 5a, 6a) aufweist und so ausgebildet und/oder so relativ zu einer die Ganzkörper-Antenne (2) zylinderartig umgebenden Hochfrequenzabschirmung (11) des Antennensystems (10) angeordnet ist, dass zumindest zwei sich an unterschiedlichen Umfangspositionen um den Untersuchungstunnel (T) befindende Antennenelemente (7, 5a, 6a) eine unterschiedliche Impedanz aufweisen.
Verfahren zum Aufbau einer Magnetresonanzanlage (1) mit einem Untersuchungstunnel (T) zur Aufnahme eines Untersuchungsobjekts mit folgenden Verfahrensschritten: – Aufbau einer sich entlang einer Längsachse (L) zylinderartig um den Untersuchungstunnel (T) erstreckenden Ganzkörper-Antenne (2)) mit zwei Anschlusspunkten (3, 4), – Anschluss eines Hochfrequenzgenerators (21) zur Erzeugung eines Hochfrequenzsignals (HF) an einen Signalteiler (23), der ein vom Hochfrequenzgenerator (21) kommendes, auszusendendes Hochfrequenzsignal (HF) in zwei identische an zwei Signalausgängen (26, 27) des Signalteilers (23) ausgegebene Teilsignale (HF₁, HF₂) aufteilt, die gegeneinander in ihrer Phase um 90° verschoben sind, – Verbindung der beiden Signalausgänge (26, 27) des Signalteilers (23) mit den beiden Anschlusspunkten (3, 4) der Ganzkörper-Antenne (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Ganzkörper-Antenne (2) so aufgebaut wird, dass sie eine derartige intrinsische Sendecharakteristik aufweist, dass, wenn an den beiden Anschlusspunkten (3, 4) die beiden identischen in ihrer Phase um 90° verschobenen Teilsignale (HF₁, HF₂) eingespeist werden, von der Ganzkörper-Antenne (2) ein Hochfrequenzfeld ausgesendet wird, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels (T) in einer senkrecht zur Längsachse (L) liegenden Ebene derart in definierter Weise elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse (HA) unter einem Winkel (α) gegenüber der Horizontalen (H) gekippt ist.
Verfahren (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines in einem Untersuchungstunnel (T) der Magnetresonanzanlage (1) befindlichen Untersuchungsobjekts, bei dem ein Hochfrequenzsignal über eine sich entlang einer Längsachse (L) zylinderartig um den Untersuchungstunnel (T) erstreckenden Ganzkörper-Antenne (2) ausgesendet wird und hierzu ein von einer Hochfrequenzversorgungseinrichtung (20) erzeugtes Hochfrequenzsignal (HF) in zwei identische, um 90° phasenverschobene Teilsignale (HF₁, HF₂) aufgeteilt wird, die an zwei Anschlusspunkten (3, 4) in die Ganzkörper-Antenne (2) eingespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ganzkörper-Antenne (2) verwendet wird, die eine derartige intrinsische Sendecharakteristik aufweist, dass, wenn an den beiden Anschlusspunkten (3, 4) die beiden identischen in ihrer Phase um 90° verschobenen Teilsignale (HF₁, HF₂) eingespeist werden, von der Ganzkörper-Antenne (2) ein Hochfrequenzfeld ausgesendet wird, welches zumindest im unbeladenen Zustand des Untersuchungstunnels (T) in einer senkrecht zur Längsachse (L) liegenden Ebene derart in definierter Weise elliptisch polarisiert ist, dass die Ellipsen-Hauptachse (HA) unter einem Winkel (α) gegenüber der Horizontalen (H) gekippt ist.