DE102009003865A1

DE102009003865A1 - Modulares Empfangsspulen-Array mit verbesserter räumlicher Abdeckung

Info

Publication number: DE102009003865A1
Application number: DE102009003865A
Authority: DE
Inventors: Christopher Judson Hardy; Kenneth William Rohling; Randy Giaquinto
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-11-05
Also published as: US20090273347A1; JP2009268898A; US7612564B1; JP5358259B2

Abstract

Es wird eine Phasenspulenanordnung (70) für eine Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungsvorrichtung vorgeschlagen, die enthält: mehrere Empfangsspulen (72), die angeordnet sind, um ein versetztes hexagonales Spulen-Array zu bilden, wobei das hexagonale Spulen-Array von rechteckiger Gestalt ist. In den mehreren Empfangsspulen (72) sind enthalten: mehrere Steren Gestalt von der der Standardspulen (88) verschieden ist. Die Gestalt der Füll-Spulen (90) ist derart, dass nicht mehr als eine vernachlässigbare d allen angrenzenden überlappenden Standardspulen (88) vorhanden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein medizinische Bildgebungssysteme und insbesondere ein Hochfrequenz-(HF)-Empfangsspulen-Array für ein Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem.
Wenn eine Substanz, wie beispielsweise menschliches Gewebe, einem gleichförmigen Magnetfeld (polarisierendes Magnetfeld B₀) ausgesetzt wird, versuchen die individuellen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe sich nach dem polarisieren Feld auszurichten, wobei aber um diese in zufälliger Ausrichtung mit ihrer charakteristischen Larmorfrequenz präzedieren. Wenn die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (anregendes Magnetfeld B₁) ausgesetzt wird, das in der x-y-Ebene liegt, und das nahe der Larmorfrequenz liegt, ist das resultierende oder Netto-Moment oder die ”longitudinale Magnetisierung” M_z in die x-y-Ebene gedreht oder ”gekippt”, um ein resultierendes transversales magnetisches Moment M_t zu erzeugen. Nachdem das Anregungssignal B₁ beendet wurde, wird ein Signal durch die angeregten Spins ausgesendet und dieses Signal kann empfangen und weiterverarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen.
Wenn diese Signale verwendet werden, um Bilder zu erzeugen, werden typischerweise die magnetischen Feldgradienten (G_x, G_y und Gz) verwendet. Typischerweise wird der bildgebend darzustellende Bereich durch eine Sequenz oder Folge von Messzyklen gescannt oder abgetastet, in denen diese Gradienten entsprechend der spezifischen Lokalisationsmethode variieren, die verwendet wird. Der resultierende Satz der Kernmagnetresonanz-(NMR)-Signale wird durch ein HF-Spulen-Array empfangen und nachfolgend digitalisiert und weiter bearbeitet, um das Bild unter Nutzung einer der vielen bekannten Rekonstruktionstechniken zu rekonstruieren. Bezogen auf das HF-Spulen-Array, können MR-Systeme oftmals ein dediziertes Empfangsspulen-Array enthalten, das in einen Patiententisch integriert ist, oder das eine separate Oberflächen-Spule bildet, wobei das Empfangsspulen-Array ein zweidimensionales Array aufweist, das aus mehreren Spulen gebildet ist.
Um die Kopplung zwischen den Elementen, die im Sinne der Erfindung als Inter-Element-Kopplung bezeichnet wird, zwischen den einzelnen Empfangsspulen zu minimieren, sind die HF-Empfangsspulen-Arrays typischerweise derart überlappend angeordnet, dass jedes Spurenelement zu den am nächsten benachbarten Spulenelementen eine vernachlässigbare Gegeninduktivität aufweist. In einer bekannten Anordnung, die in 1 gezeigt ist, ist ein Array 102 von Spulenelementen 104 in einem rechteckigen Muster angeordnet. In einer derartigen Anordnung, ist die Kopplung zwischen jedem Spulenelement 104 und solchen Spulenelementen, die auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und den Spulenelementen, die darüber und darunter angeordnet sind, minimiert. Jedoch weist in der Anordnung von 1 jedes Spurenelement 102 eine wesentliche Kopplung mit benachbarten Spulenelementen auf, die diagonal von diesen angeordnet sind, wodurch eine nicht optimale Anordnungen geschaffen ist.
Um diese Nachteile zu überwinden, haben überlappende Arrays, wie beispielsweise Array 106 von 2, typischerweise alternierende Spalten 108 (oder Zeilen) von Spulenelementen 110, die mit einer Hälfte der Elementbreite versetzt sind. Die Überlappung zwischen den Spurenelementen 110 ist derart, dass ein hexagonales Gitter erzeugt wird, in dem jedes Spurenelement 110 optimal überlappt ist, um eine Kopplung von Null oder eine vernachlässigbar kleine Kopplung mit sechs benachbarten Spurenelementen zu erzeugen. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, dass das Versetzten zwischen alternierenden Spalten/Zeilen zu Löchern 112 in dem Spulen-Array an den Ecken des Arrays führt. In jedem dieser Löcher 112, ist das Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to-noise-ratio: SNR) verringert, was in diesen Bereichen oder Flächen zu einer Verschlechterung der Bildqualität in einem rekonstruierten Bild führt.
Es wäre deshalb wünschenswert, ein Spulen-Array zu haben, in dem leere Flächen in dem Array, die frei von einer Spulenabdeckungen sind, eliminiert sind. Es wäre ebenfalls wünschenswert, dass ein derartiges Spulen-Array eine minimale Kopplung zwischen den am nächsten benachbarten Spurenelementen aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft ein Hochfrequenz-(HF)-Empfangsspulen-Array für ein Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungssystem. Das Empfangsspulen-Array weist mehrere Empfangsspulen auf, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass in dem Array leere Bereiche oder Flächen eliminiert sind, die frei von einer Spulen-Abdeckung sind. Die mehreren Empfangsspulen in dem Array sind ebenfalls derart angeordnet und ausgebildet, dass eine vernachlässigbare Kopplung zwischen den am nächsten benachbarten Spurenelementen erreicht wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Phasenspulenanordnung (auch „Phasenanordnung”, Phased-Array) für eine Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungs-Vorrichtung mehrere Emp fangsspulen, die angeordnet sind, um ein versetztes hexagonales Spulen-Array zu bilden, wobei das versetze Spulen-Array von einer rechteckigen Gestalt ist. Die mehreren Empfangsspulen enthalten ferner mehrere Standardspulen und mehrere Füll-Spulen, die sich in der Gestalt von den Standard-Spulen unterscheiden, worin die Gestalt der Füll-Spulen nicht mehr als eine vernachlässigbare Gegeninduktivität zwischen den Füll-Spulen und allen benachbarten überlappenden Standard-Spulen schafft.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält eine Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-Vorrichtung mehrere Gradientenspulen, die um eine Apertur oder Bohrung eines Magneten angeordnet sind, und ein HF-Empfangs-System und einen HF-Schalter, der durch ein Puls-Modul gesteuert wird, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu übertragen, um MR-Bilder zu akquirieren. Die HF-Spulenanordnung enthält mehrere Empfangsspulen, die in mehreren Zeilen angeordnet sind, wobei jede der mehreren Zeilen ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, und worin jede Zeile von den benachbarten Zeilen derart verschoben ist, dass die mehreren Empfängerspulen angeordnet sind, um ein im allgemeinen versetztes Überlapp-Muster zu bilden. Die mehreren Empfängerspulen enthalten eine Anzahl von Standardspulen und eine Anzahl von Füll-Spulen, die sich in der Gestalt von den Standardspulen unterscheiden, wobei die Standardspulen und die Füll-Spulen einen Perimeter der HF-Spulenanordnung derart bilden, dass das erste Ende der mehreren Zeilen linearer nach einer ersten Seite der HF-Spulenanordnung ausgerichtet ist, und derart, dass das zweite Ende der mehreren Zeilen linearer nach einer zweiten Seite der HF-Spulenanordnung ausgerichtet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung enthält eine Phasenspulenanordnung für eine Magnetresonanz-(MR)-Bildge bungsvorrichtung eine erste Zeile von Empfangsspulen, die entlang einer ersten Achse angeordnet ist, und eine zweite Zeile von Empfangsspulen, die entlang der ersten Achse angeordnet ist, und von der ersten Zeile der Empfangsspulen entlang der ersten Achse versetzt ist, und entlang einer zweiten Achse, die senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist, wobei der Versatz entlang der ersten und der zweiten Achse derart kleiner ist, als eine Breite und eine Höhe einer Empfangsspule, dass die erste Zeile der Empfangsspulen mit der zweiten Zeile der Empfangsspulen überlappt. Die Phasenspulenanordnung enthält ebenfalls eine dritte Zeile von Empfangsspulen, die entlang der ersten Achse angeordnet sind, und die von der ersten und der zweiten Zeile der Empfangsspulen entlang der zweiten Achse versetzt ist, und nach der ersten Zeile der Empfangsspulen entlang der ersten Achse ausgerichtet ist, wobei die dritte Zeile der Empfangsspulen mit der zweiten Zeile der Empfangsspulen überlappend ist. Jede der ersten, zweiten und dritten Zeilen der Empfangsspulen enthält eine End-Spule, die entlang der ersten Achse derart gestreckt ist, dass die Enden jeder der ersten, zweiten und dritten Zeilen der Empfangsspulen entlang der zweiten Achse ausgerichtet sind.
Verschiedene andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden genaueren Beschreibung und der Zeichnung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Zeichnung stellt bevorzugte Ausführungsformen dar, die gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung bevorzugt werden.
In der Zeichnung ist:
1 eine ebene Draufsicht eines HF-Empfangsspulen-Arrays nach dem Stand der Technik.
2 eine ebene Draufsicht eine HF-Empfangsspulen-Arrays nach dem Stand der Technik.
3 ein schematisches Blockdiagramm eines MR-Bildgebungssystems, das die vorliegende Erfindung enthält.
4 eine ebene Draufsicht eines HF-Empfangsspulen-Arrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 eine ebene Draufsicht eines Bereiches eines HF-Empfangsspulen-Arrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6 eine ebene Draufsicht einer oktagonal oder achteckig geformten HF-Empfangsspule gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 eine ebene Draufsicht eines Bereiches eines HF-Empfangsspulen-Arrays gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
GENAUERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezug nehmend auf 1 sind die Hauptkomponenten eines bevorzugten Magnetresonanz-Bildgebungs-(MR-Bildgebungs)-Systems 10 gezeigt, die die vorliegende Erfindung einschließen. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedien-Konsole 12 gesteuert, die eine Tastatur oder eine andere Eingabe-Einrichtung 13, ein Steuerpult 14 und eine Darstellungs-Einrichtung oder Bildschirm 16 aufweist. Die Konsole 12 kommuniziert durch eine Verbindung 18 mit einem separaten Computersystem 20, das es einem Bediener ermöglicht, die Erzeugung und Darstellung von Bildern auf der Darstellungs-Einrichtung 16 zu steuern. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, die miteinander durch eine „backplane” d. h. Rückebene 20a kommunizieren. Diese enthält ein Bildprozessor-Modul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speicher-Modul 26, das im Stand der Technik als ein Frame-Buffer zum Speichern von Bildern und Daten bekannt ist. Das Computersystem 20 ist mit einer separaten Systemsteuerung 32 verbunden und kommuniziert mit dieser durch eine serielle Hochgeschwindigkeits-Verbindung 34. Die Eingabe-Einrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen berührungsempfindlichen Bildschirm, eine Lichtwand, eine Stimm-Eingabe und andere ähnliche oder äquivalente Eingabe-Einrichtungen aufweisen, und kann zur interaktiven Geometrieeingabe verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die miteinander durch eine Backplane oder Rückwand 32a verbunden sind. Diese enthalten ein CPU-Modul 36 und ein Impulsgenerator-Modul 38, die mit der Bedienkonsole 12 durch eine serielle Verbindung 40 verbunden sind. Durch die serielle Verbindung 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Befehle von dem Bediener, um die Scan-Sequenz anzuzeigen, die durchgeführt werden soll. Das Impulsgenerator-Modul 38 betreibt die Systemkomponenten, um die gewünschte Scan-Sequenz auszuführen, und um Daten zu erzeugen, die das Timing, die Stärke und Gestalt der erzeugten HF-Impulse auszuführen, und das Timing und die Länge des Datenakquisitionsfenster. Das Impulsgenerator-Modul 38 verbindet einen Satz von Gradientenverstärkern 42, um das Timing und die Gestalt der Gradientenimpulse anzuzeigen, die während des Scans erzeugt werden. Das Impulsgenerator-Modul 38 kann ebenfalls Patientendaten von einem physiologischen Akquisition-Controller 44 empfangen, der Signale von einer Anzahl von verschiedenen Sensoren empfängt, die mit dem Patienten verbunden sind, wie beispielsweise EKG-Signale von Elektroden, die an dem Patienten angebracht sind. Und letztendlich ist das Impulsgenerator-Modul 38 mit einer Scan-Raum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden, die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die mit dem Zustand des Patienten und des Magnetsystems assoziiert sind. Durch die Scan-Raum-Schnittstellenschaltung 46 empfängt eine Patientenpositionierungs-Einrichtung 48 Befehle, um den Patienten in die gewünschte Position zum Scannen zu bewegen.
Die Gradienten-Kurvenformen, die durch das Impulsgenerator-Modul 38 erzeugt werden, werden an die Gradientenverstärker-Einrichtung 42 gegben, die Gx-, G_y-, G_z-Verstärker aufweist. Jeder der Gradienten-Verstärker regt eine zugehörige physikalische Gradientenspule in einer Gradienten-Spulenanordnung an, die allgemein mit 50 bezeichnet wird, um die Magnetfeld-Gradienten zu erzeugen, die für eine räumliche Kodierung der akquirierten Signale verwendet werden. Die Gradienten-Spulenanordnung 50 bildet einen Teil der Magnetanordnung 52, die einen polarisierenden Magneten 54 und eine Ganzkörper-HF Spule 56 enthält. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die HF-Spule 56 eine Vielkanal-Spule. Ein Transceiver- oder Sende-/Empfänger-Modul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Impulse, die durch einen HF-Verstärker 60 verstärkt werden, und das mit der HF-Spule 56 durch einen Sende-/Empfangs-Schalter 62 verbunden oder gekoppelt ist. Die resultierenden Signale, die durch die angeregten Kerne in dem Patienten emittiert werden, können durch dieselbe HF-Spule 56 detektiert und durch den Sende-/Empfangs-Schalter 62 an einen Vorverstärker 64 gegeben werden. Die verstärkten MR-Signale werden in dem Empfangsabschnitt des Empfängers 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangs-Schalter 62 wird durch ein Signal aus dem Impulsgenerator-Modul 38 gesteuert, um den HF-Verstärker 60 mit der Spule 56 während des Übertragungs- oder Sende-Modus elektrisch zu verbinden, und um während des Empfangs-Modus den Vorverstärker 64 mit der Spule 56 zu verbinden. Es sollte bemerkt werden, dass die HF-Spule 56 die Gestalt einer der dedizierten Empfangsspule aufweisen kann, die in einem Patiententisch 65 integriert ist. Alternativ sollte ebenfalls festgehalten werden, dass durch den Sende-/Empfangs-Schalter 62 eine separate HF-Spule (beispielsweise eine Oberflächen-Spule) aktiviert werden kann und dass diese zusätzlich zu oder an Stelle der HF-Spule 56 verwendet werden.
Die MR-Signale, die durch die HF-Spule 56 aufgenommen sind, werden durch das Transceiver-Modul 58 digitalisiert und an ein Speicher-Modul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Ein Scan ist vervollständigt, wenn eine Array von k-Raum-Rohdaten in dem Speicher-Modul 66 akquiriert worden ist. Die k-Raum-Rohdaten werden in einem separaten k-Raum-Daten-Array für jedes zu rekonstruierende Bild neu angeordnet und jedes dieser Arrays wird an einen Array-Prozessor 68 eingegeben, der arbeitet, um die Daten in einem Array von Bilddaten mittels einer Fourier-Transformation zu transformieren. Diese Daten werden durch den seriellen Link 34 an das Computersystem 20 weitergegeben, wo diese in dem Speicher gespeichert werden, wie beispielsweise einem Plattenspeicher 28. Als Reaktion auf Befehle von der Bedienkonsole 12 können diese Bilddaten in einem permanenten Speicher gespeichert oder weiter durch den Bildprozessor 22 bearbeitet und an die Bedienkonsole 12 weitergeleitet sowie auf dem Bildschirm 16 dargestellt werden.
Bezug nehmend auf 4 ist eine Phasenspulenanordnung von HF-Empfangsspulen 70 (beispielsweise eine HF-Spulenanordnung) entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die in dem MR-Bildgebungssystem 10 von 3 enthalten ist. Die Phasenspulenanordnung 70 weist mehrere Empfangsspulen 72 auf, die ein Oberflächen-Spulen-Array bilden können, oder ein Array, das in einem Patiententisch 65 (3) integriert ist. Wie dies in 4 gezeigt ist, sind die mehreren Empfangsspulen 72 in mehreren Zeilen oder Reihen 74 angeordnet; wobei es jedoch klar sein sollte, dass die Empfangsspulen 72 ebenso in mehreren Spalten anstatt in Zeilen angeordnet sein können. Obwohl die Phasenspulenanordnung 70 mit acht Reihen 74 gezeigt ist, wobei jede der Reihen vier Empfangsspulen 72 (beispielsweise ein 8 × 4 Array) enthalten, ist es selbstverständlich, dass die Phasenspulenanordnung 70 eine größere oder eine kleinere Anzahl von Reihen (oder Spalten) enthalten kann und dass jede Reihe eine größere oder kleinere Anzahl von Empfangsspulen enthalten kann.
Wie dies in 4 gezeigt ist, sind die Empfangsspulen 72 derart angeordnet, dass diese ein versetztes hexagonales Spulen-Array bilden. Das bedeutet, dass die Empfangsspulen 72 angeordnet sind, um ein im Wesentlichen hexagonales Überlappungs-Muster zu bilden, wobei die Empfangsspulen 72 in einem inneren Bereich der Phasenspulenanordnung 70 mit sechs aneinander angrenzend oder benachbart angeordneten Empfangsspulen 72 überlappen. Die mehreren Empfangsspulen 72 sind als im Wesentlichen in einem hexagonalen Überlappungs-Muster angeordnet beschrieben, wobei festgehalten werden soll, dass die Spulen, die entlang eines Umfangs 76 der Phasenspulenanordnung 70 angeordnet sind, sechs angrenzende Spulen nicht überlappen würden, aber stattdessen nur drei, vier oder fünf angrenzende Empfangsspulen 72 überlappen könnten.
Um das hexagonale Überlappungs-Muster in der Phasenspulenanordnung 70 zu bilden, ist jede der mehreren Reihen 74 der Empfangsspulen 72 im Vergleich zu den angrenzenden Reihen der Empfangsspulen verschoben oder versetzt. Insbesondere sind die Empfangsspulen 72 von jeder der mehreren Reihen 74 in einer ersten Richtung 78 (beispielsweise eine horizontalen Rich tung) bezogen auf die Empfangsspulen 72 der benachbarten Reihen 74 von Empfangsspulen verschoben oder versetzt. Wie dies in 4 gezeigt ist, ist der Versatz der Empfangsspulen 72 in der ersten Richtung 78 zwischen einer ersten Reihe 80 und einer angrenzenden zweiten Reihe 82 durch einen Versatz von beispielsweise ungefähr einer Hälfte der Breite einer Empfangsspulen 72 gebildet. Wie dies ferner in 4 gezeigt ist, ist eine dritte Reihe 84 nach der ersten Reihe 80 in der ersten Richtung 78 ausgerichtet, ebenso wie jede zweite ganzzahlige Reihe von Empfangsspulen 72 in der Phasenspulenanordnung 70. Zusätzlich sind jede der ersten Reihen 80, der zweiten Reihe 82 und der dritten Reihe 84 in einer zweiten Richtung 86 im Vergleich zu den benachbarten Reihen der Empfangsspulen 72 verschoben oder versetzt (beispielsweise einer vertikalen Richtung). Die Verschiebung in die zweite Richtung 86 ist derart, dass eine Überlappung 87 zwischen benachbarten Reihen 74 erreicht wird. Beispielsweise überlappen die zweite Reihe 82 mit der ersten Reihe 80 und der dritten Reihe 84. Folglich führt die Kombination des Verschiebens/Versetzens von Reihen 74 der Empfangsspulen 72 in die ersten Richtung 78 und in die zweite Richtung 86 zu einem versetzten hexagonalen Überlappungs-Muster zwischen angrenzenden Empfangsspulen 72 in der Phasenspulenanordnung 70.
Wie dies in 4 gezeigt ist, enthält jede der mehreren Reihen 74 der Empfangsspulen 72 mehrere Standardspulen 88 und eine Füll-Spule 90, die an einem Ende der Reihe 74 positioniert ist. In einer Ausführungsform sind die Standardspulen 88 in Größe und Gestalt identisch miteinander und bilden rechteckige Spulen, obwohl es klar sein sollte, dass die Breiten der Standardspulen variieren können. Die Füll-Spule 90 ist in Gestalt von der Standardspulen 88 verschieden und ist in ihrer Gestalt nicht rechteckig, wie dies in 4 gezeigt ist. Wie dies vorstehend im Detail dargelegt wurde, ist jede der Reihen 74 der Empfangsspulen 72 bezogen auf die benachbarte Reihe von Spulen versetzt. Wenn folglich alle Empfangsspulen 72 in einer Reihe Standardspulen mit identischer Gestalt 88 wären, wären die resultierenden Reihen in der Phasenspulenanordnung 70 versetzt und es würden Löcher oder leere Bereiche in der Phasenspulenanordnung 70 auftreten, ähnlich zu der der Phasenspulenanordnung 106 im Stand der Technik, wie dies in 2 gezeigt ist. Deshalb ist in jeder Reihe eine Füll-Spule 90 enthalten, die in der ersten Richtung 78 gestreckt ist, um derartige Löcher oder leere Gebiete in der Phasenspulenanordnung zu vermeiden. Wie dies in 4 gezeigt ist, ist eine Füll-Spule 90 an einem Ende von jeder der mehreren Reihen 74 in der Phasenspulenanordnung angeordnet. Die Position der Füll-Spule 90 ist zwischen dem gegenüber liegenden ersten und zweiten Ende 92, 94 von jeder Reihe 74 alternierend, wenn man sich von Reihe zu Reihe der Phasenspulenanordnung 70 bewegt. Das bedeutet, wenn eine Reihe 74 die Füll-Spule 90 an ihrem ersten Ende 92 aufweist, ist die Füll-Spule 90 der benachbarten Reihe an ihrem zweiten Ende 94 angeordnet. Das alternieren der Anordnungen der Füll-Spule 90 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 92, 94 in aufeinander folgenden Reihen 74 führt zu einer Phasenspulenanordnung 70, die eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt aufweist, wie dies in 4 gezeigt ist, wobei das erste Ende 92 der mehreren Reihen 74 linear nach einer ersten Seite 96 der Phasenspulenanordnung 70 ausgerichtet und das zweite Ende 94 der mehreren Reihen 74 linear nach einer zweiten Seite 98 der Phasenspulenanordnung 70 ausgerichtet ist.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 5 ist ein Teil der Phasenspulenanordnung 70 gezeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform hat die Füll-Spule 90 eine gestufte Konfiguration. Ein erster Bereich 120 der Füll-Spule 90 hat eine größere Dimension in der zweiten Richtung 86 (beispielsweise Höhe), als ein zweiter Bereich 122 der Füll-Spule. Wie dies in 5 gezeigt ist, ist der schmälere zweite Bereich 122 der Füll-Spule 90 in Richtung des Perimeters 76 der Phasenspulenanordnung 70 angeordnet, und enthält den Bereich der Füll-Spule 90, der in die erste Richtung 78 ”gestreckt” ist. Wie dies im Stand der Technik von Phasenspulenanordnungs-Spulen bekannt ist, ist es wünschenswert, dass ein Kopplung zwischen angrenzenden/benachbarten Spulen (beispielsweise Inter-Spulenkopplung) minimiert ist, wozu die Spulen derart überlappen, dass benachbarte Spulen eine vernachlässigbare Gegeninduktivität aufweisen (beispielsweise –0.1% bis 0.1), oder idealerweise eine Gegeninduktivität von „Null” aufweisen. Zwischen Standardspulen 88 wird eine derartige Gegeninduktivität, die „Null” oder vernachlässigbar ist, leicht durch Festlegen des Vesatzes der Reihen 74 der Empfangsspulen in der ersten und der zweiten Richtung 78, 86 erreicht. Jedoch kann das Einfügen von Füll-Spulen 90, die andere Gestalt als Standardspulen 88 aufweisen, dazu führen, dass eine Zwischen-Spulenkopplung oder Inter-Spulenkopplung auftritt. Folglich ist es bedeutsam, dass die Füll-Spulen 90 der Erfindung derart konfigurierte sind, dass diese eine Gegeninduktivität zwischen benachbarten überlappenden Standardspulen 88 hervorruft, die „Null” oder vernachlässigbar ist. Um zu erreichen, dass einen „Null”- oder vernachlässigbare Gegennduktivität zwischen den Füll-Spulen 90 und benachbarten Standardspulen 88 auftritt, werden die Dimensionen der Füll-Spulen entsprechend festgelegt oder angepasst.
Immer noch Bezug nehmend auf 5 sind in einem Beispiel die Dimensionen der Füll-Spulen 90 derart angepasst, dass eine „Null”- oder vernachlässigbare Gegeninduktivität zu angrenzenden überlappenden Standardspulen 88 erzeugt wird. Um die Kopplung zwischen Füll-Spule 90 und einer ersten Standardspulen 124 zu minimieren, ist die Höhe des zweiten Bereichs 122 der Füll-Spule 90 in der zweiten Richtung 86 ungefähr um 20% verringert. Um die Kopplung zwischen Füll-Spule 90 und einer zweiten Standardspulen 126 zu minimieren, ist die Höhe des ersten Bereiches 120 der Füll-Spule in einer zweiten Richtung 86 um ungefähr 3% verringert. Um die Kopplung zwischen Füll-Spule 90 und einer dritten Standardspulen 128 zu minimieren, ist der erste Bereich 120 der Füll-Spule 90 in der ersten Richtung 78 um ungefähr 1% der Spulenbreite in Richtung des Inneren der Phasenspulenanordnung 70 verringert. Wegen der Symmetrie zwischen den Standardspulen 88 führen die vorstehend aufgeführten Anpassungen der Dimensionen der Füll-Spule 90 zu korrespondierenden Änderungen in der Kopplung zwischen Füll-Spule und den vierten oder fünften Standardspulen 130, 132.
Es wird angemerkt, dass jede Anpassung einer Dimensionen der Füll-Spule 90 die Kopplung zwischen der Füll-Spule und den ausgewählten benachbarten Standardspulen 88 stört. Folglich werden die Dimensionen für die Füll-Spule 90 solange über einen interaktiven Prozess ausgewählt, bis die Gegeninduktivität der Standardspulen 88 „Null” oder vernachlässigbar ist. Deshalb ist in einer endgültigen Geometrie für das vorstehende Beispiel, in dem alle benachbarten Standardspulen 88 eine Kopplung mit der Füll-Spule 90 zeigen, die „Null” oder vernachlässigbar ist, die Höhe (beispielsweise in der zweiten Richtung 86) des ersten Bereiches 120 der Füll-Spule 90 um 2.8% verringert, die Breite (beispielsweise in der ersten Richtung 78) des zweiten Bereiches 122 um das 0,45-fache der Füllspulenbreite verringert, die Höhe des zweiten Bereiches 122 wird um 23% verringert und der erste Bereich 120 der Füll-Spule 90 wird in der ersten Richtung 78 um 1% der Spulenbreite erhöht. Die vorstehend genannten Werte sind lediglich zum Zwecke des Beispiels aufgeführt und es sollte so verstanden werden, dass die Werte auf der Basis der Dimensionen und Gestalt der Empfängerspulen 72 in einer bestimmten Phasenspulenanordnung 70 modifiziert werden können. Es wird ange merkt, dass nicht alle Füll-Spulen 90 in der Phasenspulenanordnung 70 von identischer Gestalt sind, insofern als die Füll-Spulen an zwei Ecken der Phasenspulenanordnung in ihren Dimensionen so angepasst sind, wie dies benötigt wird, um eine Gegeninduktivität zu den drei am nächsten benachbarten Empfangsspulen zu erreichen, die „Null” oder vernachlässigbar ist, wie dies in 4 gezeigt ist.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 6 ist in einer anderen Ausführungsform der Erfindung eine Standardspule 136, die Teil der Phasenspulenanordnung 70 (4) ist, im Wesentlichen von oktagonaler oder achtkantiger Gestalt. Das bedeutet, dass die Ecken 138 von jeder Standardspulen 136 einen Winkel oder einen Radius derart aufweisen, dass an der Spule acht gesonderte Seiten 140 ausgebildet werden. Ähnlich zu der vorstehenden Ausführungsform, bei der die Standardspulen 88 rechteckig sind (4 und 5), würden die Standardspulen 136 von 6 mit benachbarten Spulen im Wesentlichen in einem hexagonalen Überlappungs-Muster angeordnet sein. Es wird angemerkt, dass die nicht dargestellten Füll-Spulen in der Ausführungsform von 6 in der Phasenspulenanordnung 70 nicht von oktagonal sein müssen, sondern andere geeignete Formen annehmen können, die eine Gegeninduktivität zwischen der Füll-Spule und den benachbarten Standardspulen 136 hervorrufen, die „Null” oder vernachlässigbar ist.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 7, ist in einem anderen Beispiel der Erfindung eine Füll-Spule 142 dargestellt, die einen Teil der Phasenspulenanordnung 144 (4) bildet, die eher mit einer geneigten oberen und unteren Fläche 146 gebildet ist, als mit einer gestufte Konfiguration. Die Füll-Spule 142 hat folglich eine Höhe, die als eine kontinuierliche Funktion der horizontalen Position geändert wird. Auf ähnliche Art und Weise wird bezogen auf die Füll-Spule 90, die in 5 gezeigt ist, fortgefahren, wobei die Dimensionen der Füll-Spule 142 durch einen iterativen Prozess derart ausgewählt sind, dass sich eine Gegeninduktivität zwischen der Füll-Spule 142 und benachbarten überlappenden Standardspulen 148 von „Null” ergibt.
Deshalb enthält gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Phasenspulenanordnung eine Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungs-Vorrichtung mehrere Empfangsspulen, die so angeordnet sind, dass sie ein versetztes hexagonales Spulen-Array zu bilden, wobei das versetzte hexagonale Spulen-Array von rechteckiger Gestalt ist. Die Empfängerspulen enthalten ferner mehrere Standardspulen und mehrere Füll-Spulen, die eine andere Gestalt als die Standardspulen aufweisen, worin die Gestalt der Füll-Spulen nicht mehr als eine vernachlässigbare Gegeninduktivität zwischen den Füllspulen und allen angrenzenden überlappenden Standardspulen bildet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält eine Magnetresonanz-Bildgebungs-(MR-Bildgebungs)-Vorrichtung mehrere Gradientenspulen, die um eine Appertur eines Magneten angeordnet sind, und ein HF-Empfängersystem und einen HF-Schalter, der durch ein Impuls-Modul gesteuert wird, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu übertragen, um MR-Bilder zu akquirieren. Die HF-Spulenanordnung enthält mehrere Empfangsspulen, die in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede der mehreren Reihen ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, und worin jede Reihe von den benachbarten Reihen derart verschoben ist, dass die mehreren Empfangsspulen angeordnet sind, um im allgemeinen ein versetztes hexagonales Überlappungs-Muster zu bilden. Die mehreren Empfangsspulen enthalten eine Anzahl von Standardspulen und eine Anzahl von Füll-Spulen, die eine andere Gestalt haben als die Standardspulen, wobei die Standardspulen und die Füll-Spulen einen Um fang der HF-Spulenanordnung derart bilden, dass das erste Ende der mehreren Reihen linearer nach einer ersten Seite der HF-Spulenanordnung ausgerichtet ist und dass das zweite Ende der mehreren Reihen linearer zu einer zweiten Seite der HF-Spulenanordnung ausgerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält eine Phasenspulenanordnung für eine Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungsvorrichtung eine erste Reihe von Empfangsspulen, die entlang einer ersten Achse angeordnet sind, und eine zweite Reihe von Empfangsspulen, die entlang einer zweiten Achse angeordnet und gegen die erste Reihe der Empfangsspulen entlang der ersten Achse sowie entlang einer zweiten Achse senkrecht zu der ersten Achse versetzt sind, wobei der Versatz entlang der ersten und der zweiten Achse kleiner ist als eine Breite und eine Höhe der Empfangsspule, so dass die erste Reihe von Empfangsspulen die zweite Reihe von Empfangsspulen überlappen. Die Phasenspulenanordnung enthält eine dritte Reihe Empfangsspulen, die entlang der ersten Achse angeordnet ist, und die von der ersten und der zweiten Reihe der Empfangsspulen entlang der zweiten Achse versetzt sind, und die nach der ersten Reihe der Empfangsspulen entlang der ersten Achse ausgerichtet sind, wobei sich die dritte Reihe der Empfangsspulen und die zweite Reihe der Empfangsspulen überlappen. Jede der erste zweiten und dritten Reihe der Empfangsspulen enthält eine End-Spule, die entlang der ersten Achse derart gestreckt ist, dass die Enden von jeder der ersten, zweiten und dritten Reihen der Empfangsspulen entlang der zweiten Achse ausgerichtet sind.
Die vorliegende Erfindung wurde in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, und es ist klar, dass Äquivalente, Alternativen und Modifikationen neben den aus drücklich dargestellten möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs der nachfolgenden Ansprüche liegen.
Es wird eine Phasenspulenanordnung 70 für eine Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungsvorrichtung vorgeschlagen, die enthält: mehrere Empfangsspulen 72, die angeordnet sind, um ein versetztes hexagonales Spulen-Array zu bilden, wobei das hexagonale Spulen-Array von rechteckiger Gestalt ist. In den mehreren Empfangsspulen 72 sind enthalten: mehrere Standardspulen 88; und mehrere Füll-Spulen 90, deren Gestalt von der Gestalt der Standardspulen 88 verschieden ist. Die Gestalt der Füll-Spulen 90 ist derart, dass nicht mehr als eine vernachlässigbare Gegeninduktivität zwischen den Füll-Spulen 90 und allen angrenzenden überlappenden Standardspulen 88 vorhanden ist.

10: Magnetresonanz-Bildgebungs-(MR-Bildgebungs-System
12: Bedienkonsole
13: Tastatur oder andere Eingabeeinrichtung
14: Steuerpanel
16: Bildschirmeinrichtung oder Display
18: Verbindung
20: separates Computersystem
20a: Backplane
22: Bildprozessor-Modul
24: CPU-Modul
26: Speicher-Modul
32: separate Computersteuerung
34: Hochgeschwindigkeits-Verbindung
32a: Rückwand
36: CPU-Modul
38: Impusgenerator-Modul
40: serielle Verbindung
42: Satz von Gradientenverstärkern
44: physiologischer Akquisitionscontroler
46: Scanraum-Schnittstellenschaltung
48: Patientenpositionierungssystem
50: Gradientenspulenanordnung, die allgemein ausgelegt ist
52: Magnetanordnung
54: Polarisierender Magnet
56: Ganzkörper-HF-Spule
58: Transeiver-Modul oder Sende-/Empfangs-Modul
60: HF-Verstärker
62: Übertrager-/Empfänger-Schalter
64: Vorverstärker
65: Patiententisch
66: Speichermodul
68: Array-Prozessor
70: Phasenspulenanordnung oder „Phased Array” der HF-Empfangs- spulen
72: mehrere Empfangsspulen
74: mehrere Zeilen oder Reihen
76: Peimeter oder Umfang
78: erste Richtung
80: erste Zeile oder Reihe
82: zweite Zeile oder Reihe
84: dritte Zeile oder Reihe
86: zweite Richtung
87: Überlapp
88: Standardspulen
90: Füll-Spule
106: Phasenspulenanordnung oder „Phased Array”
92: erstes Ende
94: zweites Ende
96: erste Seite
98: zweite Seite
102: Spulen-Array
104: Spulenelement
106: Überlappende Arrays
108: Spalten
110: Spulenelemente
112: Löcher oder freie Bereiche
120: erster Bereich
122: zweiter Bereich
124: erste Standardspule
126: zweite Standardspule
128: dritte Standardspule
130: vierte Standardspule
132: fünfte Standardspule
136: Standardspule
138: Ecken
140: Seiten
142: Füllspule
144: Pasenspulenanordnung oder „Phased Array”
146: abfallende obere und untere Flächen
148: überlappende Standardspulen

Claims

Phasenspulenanordnung (70) für eine Magnetresonanz-(MR)-Bildgebungsvorrichtung, die aufweist: mehrere Empfangsspulen (72), die angeordnet sind, um ein versetztes hexagonales Spulen-Array zu bilden, wobei das hexagonale Spulen-Array von rechteckiger Gestalt ist; worin die mehreren Empfangsspulen (72) aufweisen: mehrere Standardspulen (88); und mehrere Füll-Spulen (90), deren Gestalt von der Gestalt der Standardspulen (88) verschieden ist, worin die Gestalt der Füll-Spulen (90) nicht mehr als eine vernachlässigbare Gegeninduktivität zwischen den Füll-Spulen (90) und allen angrenzenden überlappenden Standardspulen (88) aufweist.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 1, worin die mehreren Empfangsspulen (72) in mehreren Zeilen (74) angeordnet sind, wobei jede der mehreren Zeilen (74) eine Anzahl von Standardspulen (88) und eine einzige Füll-Spule (90) enthält.
Phasen-Array (70) gemäß Anspruch 2, worin die Füll-Spule (90) an einem Ende (92, 94) der Zeile (74) der Empfangsspulen (72) angeordnet ist und worin die Füll-Spule (90) an einem ersten Ende (92) der Zeile (74) in einer ersten Zeile der Empfangsspulen angeordnet und die Füll-Spule (90) an einem zweiten Ende (94) der Zeile (74) in einer angrenzenden Zeile der Empfangsspulen angeordnet ist.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 4, worin die Empfangsspulen (72) in jeder der mehreren Zeilen (74) versetzt bezogen auf die Empfangsspulen (72) in den benachbarten Zeilen (74) sind.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 4, worin die Empfangsspulen (72) in benachbarten Zeilen (74) um die halbe Breite der Empfangsspulen versetzt ist.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 1, worin jeder der mehreren Füll-Spulen (90) eine gestufte Konfiguration aufweist.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 1, worin jede der mehreren Füll-Spulen (90) eine Höhe aufweist, die als eine abfallende Funktion der horizontalen Position von einem Ende der Füll-Spule (90) zu einem zweiten Ende der Füll-Spule (90) variiert wird.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 1, worin eine Breite der Füll-Spule (90) größer ist als eine Breite der Standardspulen (88).
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 1, worin die Standardspulen (88) von rechteckiger Gestalt sind.
Phasenspulenanordnung (70) gemäß Anspruch 1, worin Ecken (138) in den Standardspulen (88) einem Radius oder Winkel derart aufweisen, dass die Standardspulen (88) von oktagonaler Gestalt sind.