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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetresonanzantenne, welche in einer Birdcage-Struktur angeordnete, parallel verlaufende Antennenlängsstäbe und die Antennenlängsstäbe endseitig hochfrequenzmäßig verbindende Antennenendringe aufweist, mit einer Mehrzahl von Hochfrequenzschaltelementen, um zumindest einen Teil der Antennenlängsstäbe zu einer Verstimmung einer Eigenresonanzfrequenz gegenüber einer Arbeitsmagnetresonanzfrequenz hochfrequenzmäßig zu unterbrechen.
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Moderne Magnetresonanzgeräte arbeiten in der Regel mit mehreren verschiedenen Antennen, die als Spulen bezeichnet werden, zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang der induzierten Magnetresonanzsignale. Üblicherweise weist ein Magnetresonanzgerät eine größere, fest eingebaute sogenannte Ganzkörperspule, sowie mehrere kleine Lokalspulen, auch Oberflächenspulen genannt, auf. Die Lokalspulen dienen im Gegensatz zu der Ganzkörperspule zu einer detaillierten Abbildung von Körperteilen und/oder Organen eines Patienten, die sich verhältnismäßig nah an der Körperoberfläche befinden. Hierzu werden die Lokalspulen direkt an einer Stelle des zu untersuchenden Bereichs des Patienten appliziert.
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Bei einem Einsatz einer solchen Lokalspule werden oftmals mit der in dem Magnetresonanzgerät fest eingebauten Ganzkörperspule Hochfrequenzpulse gesendet und mit der Lokalspule die induzierten Magnetresonanzsignale empfangen. Damit die eine Wechselwirkung zwischen den einzelnen Spulen unterdrückt werden kann, ist es notwendig, die Empfangsspule in der Sendephase und die Sendespule in der Empfangsphase zu verstimmen. Beim Verstimmen wird eine Eigenresonanzfrequenz der jeweiligen Spule bzw. Antenne derart verstellt, dass sie außerhalb eines Bereichs einer Arbeitsmagnetresonanzfrequenz liegt. Eine auf diese Art verstimmte Spule verhält sich im Idealfall neutral, so dass sie für die von der anderen Spule ausgesandten Hochfrequenzpulse und/oder für die induzierten Magnetresonanzsignale transparent ist.
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Als Ganzkörperspule werden vielfach Magnetresonanzantennen verwendet, die eine sogenannte Birdcage-Struktur aufweisen. Eine solche Antenne weist eine Mehrzahl von auf einer zylinderartigen Oberfläche angeordneten, parallel laufenden Antennenlängsstäben auf, die endseitig jeweils durch Antennenendringe hochfrequenzmäßig miteinander verbunden sind. Die Antennenlängsstäbe und Antennenendringe können prinzipiell in beliebiger Form ausgebildet sein, beispielsweise können diese Antennenlängsstäbe und Antennenendringen von Leiterbahnen gebildet sein, welche auf einer flexiblen Leiterbahnfolie aufgebracht werden können, die zylinderförmig um einen Messraum, in dem sich ein Untersuchungsobjekt während einer Untersuchung befindet, angeordnet sind. Bei einer Ganzkörperspule verläuft beispielsweise die Birdcage-Struktur um einen Patientenaufnahmeraum, in welchem ein Patient während einer Messung gelagert ist.
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Zur Verstimmung einer Antenne mit einer Birdcage-Struktur kann dies entweder dadurch geschehen, dass die Antennenendringe oder die Antennenlängsstäbe oder beides verstimmt werden. Bei einer solchen Verstimmung wird beispielsweise mittels eines geeigneten Hochfrequenzschaltelements eine resonante Induktivität unterbrochen oder eine resonante Kapazität überbrückt und/oder kurzgeschlossen.
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Aus der
US 6,943,551 ist es bekannt, dass zur Verstimmung von Hochfrequenzschaltelemente innerhalb einer Magnetresonanzantenne Hochfrequenzschaltelemente verwendet werden, wobei die Hochfrequenzschaltelemente im Bereich einer geometrischen Mitte entlang einer Länge von Antennenlängsstäben der Magnetresonanzantenne angeordnet sind.
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Des Weiteren ist es bekannt, dass zur Verstimmung der Eigenresonanz der Magnetresonanzantenne eine Transformation eines Kurzschlusses über Hochfrequenzspeisekabel an einen Antennenendring erfolgt.
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Jedoch sind die bekannten Maßnahmen zur Verstimmung einer Magnetresonanzantenne ungeeignet bei einer Verstimmung der Magnetresonanzantenne in der Hochfeldbildgebung mit einem Magnetfeld von größer gleich 3 Tesla und/oder bei einer Kombination eines Magnetresonanzgerätes mit einer PET-Vorrichtung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine effektive Verstimmung einer Magnetresonanzantenne für eine Hochfeldbildgebung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung geht aus von einer Magnetresonanzantenne, welche in einer Birdcage-Struktur angeordnete, parallel verlaufende Antennenlängsstäbe und die Antennenlängsstäbe endseitig hochfrequenzmäßig verbindende Antennenendringe aufweist, mit einer Mehrzahl von Hochfrequenzschaltelementen, um zumindest einen Teil der Antennenlängsstäbe zu einer Verstimmung einer Eigenresonanzfrequenz gegenüber einer Arbeitsmagnetresonanzfrequenz hochfrequenzmäßig zu unterbrechen.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Hochfrequenzschaltelemente zumindest teilweise an Endbereichen der Antennenlängsstäbe angeordnet sind. In diesem Zusammenhang soll unter einem Endbereich der Antennenlängsstäbe insbesondere ein den Antennenendringen zugewandter Bereich der Antennenlängsstäbe verstanden werden. Unter Hochfrequenzmäßig verbunden soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine für Hochfrequenzströme transparente Verbindung, insbesondere zwischen den Antennenendringen und den Antennenlängsstäben und/oder zwischen den einzelnen Antennenendstäben, besteht. Diese für Hochfrequenzströme transparente Verbindung kann bezüglich eines elektrischen Stroms isolierend und/oder nichtleitend ausgelegt sein kann, beispielsweise durch eine nicht-galvanische Verbindung, oder leitend ausgelegt sein. Vorzugsweise ist das Hochfrequenzschaltelement von einer Pin-Diode gebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft ein zwischen Endbereichen entlang einer Längsrichtung der Antennenlängsstäbe angeordneter Bereich frei von Bauteilen gehalten werden und somit dieser Bereich frei von Strömen gehalten werden, die ein anliegendes Hauptmagnetfeld beeinträchtigen könnten. Dies wirkt sich vorteilhaft bei einer Kombination einer Magnetresonanzbildgebung mit einem PET-System aus, da hierdurch Bauteile, die einen störenden Einfluss auf die PET-Anwendung haben können, wie insbesondere eine unerwünschte Dämpfung von PET-Signalen, außerhalb eines Bildwinkels bzw. eines Field of View des PET-Systems angeordnet sind. Zudem ist es für eine Hochfeldbildgebung in einem Magnetfeldbereich von größer und/oder gleich 3 Tesla aus Platz- und/oder Symmetriegründen erforderlich, die zur Verstimmung an den Antennenlängsstäben angeordneten Hochfrequenzschaltelemente an den Endbereichen der Antennenlängsstäbe anzuordnen, da bei der Hochfeldbildgebung die Birdcage-Struktur wegen sehr hoher Frequenzen in einer Bandpassstruktur angeordnet werden muss. Hierbei werden die Antennenlängsstäbe vorzugsweise mehrmals mittels Schaltelementen unterbrochen, beispielsweise mittels Kondensatoren, die zumindest teilweise in einem mittleren Bereich der Antennenlängsstäbe angeordnet werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Antennenlängsstäbe jeweils zumindest zwei parallel verlaufende Leiterelemente aufweisen, wodurch besonders vorteilhaft zumindest teilweise durch Gradientenfelder entstehende Wirbelströme innerhalb der Antennenlängsstäbe unterdrückt und/oder gedämpft werden können. Unter parallel verlaufenden Leiterelementen soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Leiterelemente entlang einer Längsrichtung der Antennenlängsstäbe parallel zueinander verlaufen. Die Antennenlängsstäbe können hierzu beispielsweise aus einem Kupferblech gebildet sein, das zumindest einen Schlitz und besonders vorteilhaft mehrere Schlitze aufweist, die sich entlang der Längserstreckung erstrecken und derart die Antennenlängsstäbe in zumindest zwei parallel verlaufende Leiterelemente unterteilen.
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Besonders vorteilhaft sind zumindest teilweise die Hochfrequenzschaltelemente an Endbereichen der parallel verlaufenden Leiterelemente angeordnet, wodurch eine exakte Ansteuerung der einzelnen Hochfrequenzschaltelemente erreicht werden kann. Dabei ist es zur Verstimmung der Eigenfrequenzen in den Antennenlängsstäben ausreichend, dass nicht alle der parallel verlaufenden Leiterelemente eines Antennenlängsstabs mit Hochfrequenzschaltelementen an den Endbereichen versehen sind, beispielsweise können nur 2 von 4 parallel verlaufenden Leiterelementen eines Antennenlängsstabs mit den Hochfrequenzschaltelementen versehen sein. Hierdurch wird ein verbleibender Stabquerschnitt signifikant verändert, so dass eine daraus resultierende Induktivitätsänderung der Antennenlängsstäbe genügt, um eine Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne von der Arbeitsmagnetresonanzfrequenz wirksam zu separieren.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Hochfrequenzschaltelementen an jeweils nur einem Endbereich der Antennenlängsstäbe angeordnet sind und diese Endbereiche einem ersten Antennenendring zugewandt an den Antennenlängsstäben angeordnet sind. Es kann vorteilhafterweise eine platzsparende Anordnung und insbesondere eine platzsparende Ansteuerung der Hochfrequenzschaltelemente innerhalb der Antennenlängsstäbe bzw. innerhalb der Magnetresonanzantenne erreicht werden.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Magnetresonanzantenne zumindest eine gemeinsame Versorgungseinheit aufweist, die zu einer Versorgung und/oder Ansteuerung der Hochfrequenzschaltelemente von zumindest zwei Antennenlängsstäben vorgesehen ist. Es kann hierdurch eine besonders kompakte und platzsparende Versorgung und/oder Ansteuerung der unterschiedlichen Antennenlängsstäbe erreicht werden. Vorzugsweise ist die Versorgungseinheit außerhalb eines zwischen den beiden Antennenendringen angeordneten Bereichs der Magnetresonanzantenne angeordnet. Zudem kann die Versorgungseinheit in einem Bereich angeordnet sein, in dem auch eine Hochfrequenzzuleitungseinheit der Magnetresonanzantenne angeordnet ist, so dass eine besonders platzsparende und kompakte Anordnung der Versorgungseinheit innerhalb der Magnetresonanzantenne erreicht werden kann. Die Versorgungseinheit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung im Wesentlichen parallel zu zumindest einem der Antennenendringe angeordnet.
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Weist zudem die Versorgungseinheit eine Platine mit zumindest zwei leitenden Lagen auf, können zudem für die unterschiedlichen Antenennlängsstäbe eine Zuführung von Strom, insbesondere Gleichstrom, zur Ansteuerung und/oder Versorgung der Hochfrequenzschaltelemente und eine Rückführung von Strom getrennt voneinander erfolgen. Vorzugswiese ist ein Querschnitt der Platine derart ausgelegt, dass Leitungen für die Zuführung bzw. Rückführung aller von der Versorgungseinheit versorgten und/oder an diese angeschlossenen Antennenlängsstäbe gewährleistet werden kann.
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Eine vorteilhafte Ansteuerung der Hochfrequenzschaltelemente in den einzelnen Antennenlängsstäben kann erreicht werden, wenn die Versorgungseinheit für eine Ansteuerung und/oder Versorgung zumindest einer Hochfrequenzschalteinheit zumindest ein induktives Schaltelement aufweist. Besonders vorteilhaft weist die Versorgungseinheit zu einer Ansteuerung und/oder Versorgung einer Hochfrequenzschalteinheit zwei induktive Schaltelemente auf, wobei mittels einem der induktiven Schaltelemente eine Zuführung von Strom zur Ansteuerung und/oder Versorgung der Hochfrequenzschaltelemente und mittels des weiteren der beiden induktiven Schaltelemente eine Rückführung von Strom von den Hochfrequenzschaltelementen vorgesehen ist. Sind zudem für jedes der Hochfrequenzschaltelemente der Magnetresonanzantenne zumindest ein und bevorzugt zwei induktive Schaltelemente zur Ansteuerung und/oder Versorgung der Hochfrequenzschaltelemente vorgesehen, kann des Weiteren aufgrund eines hohen ohmschen Widerstands der induktiven Schaltelementen von ca. 1 Ω bis 3 Ω eine im Wesentlichen gleichmäßige Stromaufteilung auf die Hochfrequenzschaltelemente vorteilhaft erreicht werden. Zudem kann mittels der induktiven Schaltelemente eine thermische Verschiebung von Halbleiterbauelementen reduziert werden. Vorzugsweise ist das induktive Schaltelement von einer Drosselspule gebildet. Alternativ oder zusätzlich zu einer Ausbildung des induktiven Schaltelements als Drosselspule sind zudem weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltungen und/oder Ausbildungen der induktiven Schaltelemente jederzeit möglich.
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Eine unerwünschte Beeinträchtigung einer Anwendung, insbesondere einer PET-Anwendung, beispielsweise in Form einer unerwünschten Dämpfung von PET-Signalen, kann vorteilhaft verhindert werden, wenn das zumindest eine induktive Schaltelement außerhalb eines zwischen den beiden Antennendringen angeordneten Bereichs angeordnet ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Versorgungseinheit zumindest eine Leitung aufweist, die von dem zumindest einem induktiven Schaltelement zum Antennenlängsstab über und/oder unter zumindest einem der Antennenendringe geführt ist. Es kann hierbei eine Ansteuerung und/oder Versorgung der Hochfrequenzschaltelemente erreicht werden, die insbesondere unabhängig von einer Verbindung zwischen den Antennenlängsstäben und den Antennenendringen, insbesondere einer Verbindung zwischen einzelnen Leiterelementen der Antennenlängsstäbe und den Antennenendringen, ausgelegt ist. Beispielsweise kann hierbei trotz einer Unterbrechung einer Strom leitenden Verbindung innerhalb der Antennenlängsstäbe bzw. der Leiterelemente, beispielsweise indem zusätzliche Schaltelemente, wie Kondensatoren, an den Leiterelementen angeordnet sind, eine Ansteuerung und/oder Versorgung der Hochfrequenzschaltelemente erreicht werden, indem beispielsweise diese Leitung diese Unterbrechung überbrücken und erst in einem Bereich nach dieser Unterbrechung an die Antennenlängsstäben koppeln. In diesem Zusammenhang soll unter über und/oder unter dem Antennenendring geführt insbesondere verstanden werden, dass die Leitungen für die Hochfrequenzschaltelemente an dem Antennenendring vorbeigeführt werden ohne dabei mit diesem in elektrisch leitenden Kontakt zu sein.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Versorgungseinheit zumindest eine Leitung aufweist, die von dem zumindest einem induktiven Schaltelement durch zumindest einen zumindest teilweise galvanisch mit dem Antennenlängsstab verbundenen Antennenendring zum Antennenlängsstab verläuft. Es kann unter Einsparung weiterer Bauteile eine direkte Leitung über den Antennenendring und dem Antennenlängsstab, insbesondere den einzelnen Leiterelementen, bis hin zu den Hochfrequenzschaltelementen erreicht werden. In diesem Zusammenhang soll unter einer galvanischen Verbindung insbesondere eine Strom leitende Verbindung verstanden werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Magnetresonanzantenne zumindest zwei Versorgungseinheiten aufweist zu einer Versorgung und/oder Ansteuerung von allen an den Antennenlängsstäben angeordneten Hochfrequenzschaltelementen. Es kann hierdurch eine Unterbrechung einer außerhalb der Antennenendringe angeordnete, ringförmige Versorgung für die Hochfrequenzschaltelemente erreicht werden und diese Unterbrechung zu einer Hochfrequenzversorgung der Magnetresonanzantenne, insbesondere der Antennenendringe und/oder der Antennenlängsstäbe, vorteilhaft genutzt werden. Zudem können die Vorsorgungseinheiten zur Versorgung und/oder Ansteuerung der Hochfrequenzschaltelemente zusammen mit der Hochfrequenzversorgung der Magnetresonanzantenne besonders platzsparend und kompakt angeordnet werden.
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Weisen die zumindest zwei Versorgungseinheiten eine gemeinsame Anschlusseinheit für einen Spannungsanschluss auf, kann vorteilhaft erreicht werden, dass eine Anzahl an Anschlüssen und/oder Anschlussleitungen, die insbesondere in einer Nähe von ein Hochfrequenzfeld aussendenden Bauteilen der Magnetresonanzantenne angeordnet sind, vorteilhaft minimiert werden kann, so dass eine insbesondere negative Beeinträchtigung des Hochfrequenzfelds und/oder eines Hauptmagnetfelds unterdrückt werden kann. Besonders vorteilhaft kann sich dies in der Multikernspektroskopie auswirken.
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Es wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die Anschlusseinheit zumindest ein Drosselelement aufweist, wodurch ein Einkoppeln von Hochfrequenzsignalen, insbesondere auf die das Hochfrequenzfeld aussendenden Bauteile der Magnetresonanzantenne, vorteilhaft reduziert und/oder unterdrückt werden kann und zudem gleichzeitig ein Gleichstromsignal zur Versorgung und/oder Ansteuerung der Hochfrequenzschaltelemente vorteilhaft das Drosselelement passieren kann. In diesem Zusammenhang soll unter einem Drosselelement insbesondere ein Element verstanden werden, das von einem induktiven, insbesondere passiven, Bauelement und/oder Schaltelement, insbesondere einer Drosselspule, gebildet ist und/oder eine Funktion einer Drosselspule aufweist, wie beispielsweise eine Mantelwellensperre und/oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauelemente und/oder Schaltelemente.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird zudem vorgeschlagen, dass zumindest einer der Antennenlängsstäbe wenigstens ein weiteres Schaltelement aufweist, so dass vorteilhaft innerhalb der Antennenlängsstäbe induzierte Wirbelströme reduziert oder besonders vorteilhaft nahezu vollständig unterdrückt werden können. Vorzugsweise sind das wenigstens eine Schaltelement an einem Leiterelement oder mehrere Schaltelemente des Antennenlängsstab an jeweils einem Leiterelement des Antennenlängsstabs angeordnet. Das zumindest eine weitere Schaltelement ist vorzugsweise von einem kapazitiven Element, insbesondere von einem Kondensator, gebildet.
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Eine besonders platzsparende Anordnung innerhalb der Antennenlängsstäbe kann erreicht werden, wenn das zumindest eine weitere Schaltelement und die Hochfrequenzschaltelemente an unterschiedlichen Endbereichen des Antennenlängsstabs angeordnet sind.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Leitung innerhalb der Antennenlängsstäben vor dem Endbereich mit den weiteren Schaltelementen zu der Versorgungseinheit abzweigt. Es kann vorteilhaft eine aufgrund des weiteren Schaltelements hervorgerufene Unterbrechung der Antennenlängsstäbe, insbesondere der einzelnen Leiterelemente, vorteilhaft zu einer Ansteuerung und/oder Versorgung der Hochfrequenzschalteinheiten überbrückt werden.
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Ferner geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät mit einer Magnetresonanzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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Weiterhin geht die Erfindung aus von einer Kombination von einem PET-System mit einem Magnetresonanzgerät, das eine Magnetresonanzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzantenne in einer aufgeschnittenen schematischen Darstellung,
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2 eine weitere Darstellung der Magnetresonanzantenne,
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3 eine weitere Darstellung der Magnetresonanzantenne in einem Bereich von Versorgungseinheiten und
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4 eine Magnetresonanzvorrichtung mit einer Magnetresonanzantenne in einer schematischen Darstellung.
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In den 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Magnetresonanzantenne 10 dargestellt. Die Magnetresonanzantenne 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel von einer zylinderförmigen Ganzkörperantenne gebildet und in 1 in einer aufgeschnittenen Draufsicht dargestellt. Grundsätzlich kann die Magnetresonanzantenne 10 in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch von einer Lokalantenne gebildet sein.
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Die Magnetresonanzantenne 10 weist eine Vielzahl Antennenlängsstäbe 11 und zwei Antennenendringe 12, 13 auf, die in einer Birdcage-Struktur 14 der Magnetresonanzantenne 10 angeordnet sind. Die Magnetresonanzantenne 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel 16 Antennenlängsstäbe 11 auf, wobei eine Anzahl der Antennenlängsstäbe 11 je nach Ausgestaltung der Magnetresonanzantenne 10 variieren kann. Die Antennenlängsstäbe 11 sind beispielsweise von 18 μm dicken Kupferleiterstreifen gebildet, die beiden Antennenendringe 12, 13 dagegen weisen ebenfalls Kupferleitstreifen auf, die auf einer flexiblen Leiterbahnfolie aufgebracht sind, die zylinderförmig um einen Untersuchungsraum zur Aufnahme eines Patienten angeordnet sind. Dabei sind die Antennenlängsstäbe 11 äquidistant und parallel zueinander ausgebildet, wobei die die Antennenlängsstäbe 11 auf einem zylinderförmigen Trägerelement 15, das beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff gebildet ist, angeordnet sind (2 und 3). Zudem sind die Antennenlängsstäbe 11 beidseitig, entlang ihrer Längserstreckung 16 endseitig hochfrequenzmäßig mittels der beiden Antennenendringe 12, 13 miteinander verbunden.
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Zwischen jeweils einzelnen Anschlussstellen direkt zueinander benachbarter Antennenlängsstäbe 11 weisen die beiden Antennenendringe 12, 13 jeweils Kondensatoren 17 auf, die als Resonanzkondensatoren ausgebildet sind. Des Weiteren weist einer der beiden Antennenendringe 12 zwei Anschlusselemente 18, 19 auf, mittels der die Magnetresonanzantenne 10 über Speiseleitungen 20, 21 an einen nicht näher dargestellten Hochfrequenzpulsgenerator angeschlossen ist. Die beiden Speiseleitungen 20, 21 sind dabei jeweils rechts und links neben einem der Resonanzkondensatoren 17 angeschlossen. Über diese Speiseleitungen 20, 21 erfolgt nicht nur eine Einspeisung von Hochfrequenzpulsen in einem Sendebetrieb der Magnetresonanzantenne 10, sondern auch ein Abgriff von Magnetresonanzsignalen in einem Empfangsbetrieb. Drei der Resonanzkondensatoren 22 sind zudem einstellbar ausgeführt zu einer Feinjustage einer Resonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne 10. Diese drei Resonanzkondensatoren 22 sind an dem die Anschlusselementen 18, 19 aufweisenden Antennenendring 13 angeordnet.
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Zu einer Verstimmung einer Eigenresonanzfrequenz gegenüber einer Arbeitsmagnetresonanzfrequenz weist die Magnetresonanzantenne 10 eine Vielzahl an Hochfrequenzschaltelementen 23 auf, die jeweils von einer Pin-Diode 30 gebildet sind. Diese Pin-Dioden 30 sind jeweils an einem Endbereich 24 der Antennenlängsstäbe 11 angeordnet, wobei alle Pin-Dioden 30 an dem dem ersten Antennenendring 13 zugewandten Endbreichen 24, der dem Antennenendring 12 mit den Anschlusselementen 18, 19 abgewandt ist, der Antennenlängsstäbe 11 angeordnet sind. Zudem weisen die Antennenlängsstäbe 11 zu einer Unterdrückung von in den Antennenlängsstäbe 11 induzierten Wirbelströmen jeweils Leiterelemente 25, 26 auf, die parallel entlang der Längsrichtung 16 der Antennenlängsstäbe 11 zueinander angeordnet sind. Die Leiterelemente 25, 26 sind beispielsweise aufgrund von in dem Kupferleiterelement angeordneten, schlitzförmigen Ausnehmungen 27 gebildet, so dass die einzelnen Leiterelemente 25, 26 durch diese schlitzförmigen Ausnehmungen 27 voneinander getrennt sind. Jeder der Antennelängsstäbe 11 weist vier Leiterelemente 25, 26 auf, wobei an jeweils zwei der vier Leiterelemente 25 jeweils eine Pin-Diode 30 an einem Endbereich 28 der Leiterelemente 25 angeordnet ist. Die Pin-Dioden 30 sind zudem an den jeweils zwei äußeren der vier, nebeneinander angeordneten Leiterelemente 25 angeordnet.
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Die Anordnung der Pin-Dioden 30 an zwei von den vier Leiterelementen 25 der Antennenlängsstäbe 11 bewirkt eine Induktivitätsänderung in den Antennenlängsstäben 11 aufgrund einer Änderungen eines wirksamen Stabquerschnitts. Hierdurch ändert sich auch eine Eigenresonanzfrequenz der Antennenlängsstäbe 11, so dass diese von einer Arbeitsmagnetresonanzfrequenz entkoppelt und/oder separiert werden kann. Zudem kann durch die Anordnung der Pin-Dioden 30 an den Endbereichen 24 ein Zentralbereich der Birdcage-Struktur 14 frei von elektrischen Strömen sein und somit eine unerwünschte Beeinträchtigung eines Hauptmagnetfelds, in dem die Magnetresonanzantenne 10 angeordnet ist, verhindert werden.
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An den Antennenlängsstäben 11 sind zudem weitere Schaltelemente 29 der Magnetresonanzantenne 10 angeordnet. Diese weiteren Schaltelemente 29 sind von Kondensatoren gebildet, die als Blockkondensatoren 31 ausgebildet sind. An jedem der Antennenlängsstäbe 11 sind jeweils zwei Blockkondensatoren 31 angeordnet, wobei die Blockkondensatoren 31 an jeweils einem den Pin-Dioden 30 abgewandten Endbereich 32 der Leiterelemente 25 angeordnet sind. Zudem sind die Blockkondensatoren 31 an jeweils den äußeren Leiterelementen 25 der Antennenlängsstäbe 11 angeordnet. Mittels dieser Blockkondensatoren 31 sind die Leiterelemente 25 unterbrochen, so dass auch eine galvanische Verbindung von den beiden Leiterelementen 25 zu dem Antennenendring 12 unterbrochen ist. Mittels dieser Unterbrechungen der Leiterelemente 25 bzw. mittels der Blockkondensatoren 31 können innerhalb der Antennenlängsstäbe 11 induzierte Wirbelströme vorteilhaft reduziert und/oder unterdrückt werden.
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Die Magnetresonanzantenne 10 weist zu einer Versorgung und/oder Ansteuerung der Pin-Dioden 20 vier Versorgungseinheiten 33, 34 auf, wobei mittels einer Versorgungseinheit 33, 34 eine Versorgung und/oder Ansteuerung jeweils aller an vier, nebeneinander angeordneten Antennenlängsstäben 11 angeordneten Pin-Dioden 31 erfolgt. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann Anzahl der Versorgungseinheiten 33, 34 variieren und/oder an eine geänderte Ausgestaltung der Birdcage-Struktur 14 angepasst werden. Zudem kann auch eine Anzahl an Pin-Dioden 31, die von einer Versorgungseinheit 33, 34 angesteuert und/oder versorgt werden, variiert werden. Vorteilhafterweise weist die Magnetresonanzantenne 10 jedoch mindestens zwei Versorgungseinheiten 33, 34 auf, so dass ein Platz zwischen diesen Versorgungseinheiten 33, 34 für die Speiseleitungen 20, 21 zu dem Antennenendringen 12 genutzt werden kann.
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Die Versorgungseinheiten 33, 34 sind außerhalb des zwischen den beiden Antennenendringen 12, 13 umschlossenen Bereichs angeordnet und platzsparend an einer den Speiseleitungen 20, 21 zugewandten Seite der Birdcage-Struktur 14 neben dieser angeordnet. Die Speiseleitungen 20, 21 werden dabei jeweils in einem Bereich zwischen zwei Versorgungseinheiten 33, 34 bis zu dem Antennenendring 12 geführt.
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Diese Versorgungseinheiten 33, 34 weisen jeweils eine Platine 35 mit zumindest zwei leitenden Lagen auf, wobei jeweils eine erste leitenden Lage der Platine 35 für eine Zuführung von Gleichstrom zur Versorgung und/oder Ansteuerung der Pin-Dioden 30 und eine zweite leitenden Lage der Platine 35 für eine Rückführung von Gleichstrom ausgelegt ist. Des Weiteren weisen diese Versorgungseinheiten 33, 34 für jede Pin-Diode 30, die von dieser Versorgungseinheit 33, 34 angesteuert und/oder versorgt wird, zwei induktive Schaltelemente 36 auf, die jeweils von einer Drosselspule 37 gebildet sind. Über eine erste der beiden Drosselspulen 37 erfolgt die Zuführung des Gleichstroms zu der Pin-Diode 30 und über eine zweite der beiden Drosselspulen 37 erfolgt die Rückführung des Gleichstroms. Für die beiden an einem Antennenlängsstab 11 angeordneten Pin-Dioden 20 stehen somit im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Drosselspulen 37 zur Verfügung. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es zudem denkbar, dass eine Drosselspule 37 für die Zuführung und/oder Rückführung von Gleichstrom von zumindest zwei Pin-Dioden 30 ausgelegt ist.
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Die Drosselspulen 37 zur Zuführung des Gleichstroms sind mit der ersten Lage der jeweiligen Platine 35 und die Drosselspule 37 zur Rückführung des Gleichstroms sind mit der zweiten Lage der jeweiligen Platine 35 verbunden. Die vier Drosselspulen 37 für die Versorgung und/oder Ansteuerung der an einem Antennenlängsstab 11 angeordneten Pin-Dioden 20 sind parallel zueinander außerhalb der Birdcage-Struktur 14 bzw. außerhalb des zwischen den beiden Antennenendringen 12, 13 angeordneten Bereichs angeordnet. Die Drosselspulen 37 bewirken aufgrund ihres hohen ohmschen Widerstands, der in einem Bereich von ca. 1 Ω bis 3 Ω angeordnet sein kann, in einem Betrieb der Magnetresonanzantenne 10, dass der von den Versorgungseinheiten 33, 34 in Richtung der Pin-Dioden 30 geführte Gleichstrom gleichmäßig verteilt wird, so dass an allen Pin-Dioden 30 im Wesentlichen ein gleicher Gleichstrom ist. Zudem wirken die Pin-Dioden 30 als Tiefpassfilter, so dass eine hochfrequente Verbindung zwischen den Antennenlängsstäben 11 und/oder dem Antennenendring 12 und den Versorgungseinheiten 33, 34 unterbunden ist. Das sowohl die Zuführung als auch die Rückführung von Gleichstrom zu bzw. von den Pin-Dioden 30 durch die Drosselspulen 37 erfolgt, wird im Betrieb der Magnetresonanzantenne 10 eine hochfrequenter Einfluss der Gleichstromvorsorgung der Pin-Dioden 30 auf eine Resonanzstruktur bzw. auf die Birdcage-Struktur 14 der Magnetresonanzantenne 10 minimiert und die Gleichstromversorgung der Pin-Dioden 30 ist nahezu entkoppelt von der Resonanzstruktur.
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Eine Zuführung und Rückführung des Gleichstroms von den Drosselspulen 37 zu den Antennenlängsstäben 11 und zurück erfolgt über Leitungen 40, 41 der Versorgungseinheiten 33, 34. Für die Zuführung erfolgt die Leitung 40 über den Antennenendring 12, wobei dieser galvanisch mit den beiden mittleren Leiterelementen 26 der Antennenlängsstäbe 11 verbunden ist. Die für die Rückführung vorgesehenen Leitungen 41 sind direkt mit den zwei äußeren Leiterelementen 25 der Antennenlängsstäbe 11 verbunden, wobei ein Anschlusspunkt entlang einer Richtung von den Pin-Dioden 30 zu den Blockkondensatoren 31 vor den Blockkondensatoren 31 erfolgt, so dass zwischen den Anschlusspunkten und den Pin-Dioden 30 keine weitere Unterbrechung der Leiterelemente 26 vorliegt. Im Betrieb der Magnetresonanzantenne 10 wird somit für jede der Pin-Dioden 30 ein Gleichstrom über die für die Zuführung vorgesehene Drosselspule 37 und von dieser über den Antennenendring 12 und einem der mittleren Leiterelemente 25 des jeweiligen Antennenlängsstabs 11 auf die Pin-Diode 30 geleitet, wobei hierzu die Leiterelemente 25, 26 der Antennenlängsstäbe 11 an dem die Pin-Diode 30 aufweisenden Endbereich 28 leitend bzw. galvanisch miteinander verbunden sind. Von der Pin-Diode 30 erfolgt eine Rückführung des Gleichstroms entlang der äußeren, die Pin-Diode 30 aufweisende Leiterelemente 26 in Richtung des Anschlusspunktes und von diesem über die Leitung 41 zu der Drosselspule 37.
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Die vier Versorgungseinheiten 33, 34 weisen eine gemeinsame Anschlusseinheit 42 für einen Spannungsanschluss auf. Hierzu ist eine der vier Versorgungseinheiten 33 mit den beiden benachbarten Versorgungseinheiten 34 Strom leitend bzw. galvanisch mittels Gleichspannungsleitungen 47, 48 verbunden. Eine vierte der Versorgungseinheiten 33 und eine der drei Versorgungseinheiten 33 sind jeweils an der gemeinsamen Anschlusseinheit 42 angeschlossen. Die Anschlusseinheit 42 weist Drosselelemente 43 auf, die ebenfalls eine Funktion, ein Einkoppeln von Hochfrequenzsignale zu unterdrücken, aufweisen. An diesen Drosselelementen 34 werden zwei Gleichspannungsleitungen 44 zur Zuführung des Gleichstroms zusammengeführt und die beiden Gleichspannungsleitungen 45 zur Rückführung des Gleichstroms zusammengeführt. Zwischen jeder der beiden Versorgungseinheiten 33 und einer Zusammenführung der Gleichspannungsleitungen 44, 45 ist jeweils ein weiteres Schaltelement angeordnet, das von einer Mantelwellensperre 46 gebildet ist. Diese Mantelwellensperren 46 weisen eine Funktionsweise von Drosselelementen auf, so dass mittels dieser Mantelwellensperren 46 ein Einkoppeln von Hochfrequenzsignalen verhindert ist.
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Die Gleichspannungsleitungen 44, 45, 47, 48 für die Zuführung und die Rückführung von Gleichstrom sind zudem nahe beieinander angeordnet, um unerwünschte Verzerrungen eines statischen Hauptmagnetfelds innerhalb eines Untersuchungsbereichs bzw. eines Field of View der Magnetresonanzantenne 10 zu unterdrücken. Die Gleichspannungsleitungen 44, 45, 47, 48 für die Zuführung und die Rückführung von Gleichstrom erzeugen im Betrieb der Magnetresonanzantenne 10 jeweils ein Magnetfeld, wobei die beiden Magnetfelder der Leitungen für die Zuführung und die Rückführung zueinander entgegengerichtet sind. Je näher die beiden Gleichstromleitungen 44, 45, 47, 48 an dem Untersuchungsbereich bzw. dem Field of View innerhalb der Magnetresonanzantenne 10 angeordnet sind, desto stärker wirken sich deren Magnetfelder auf das Hauptmagnetfeld aus und können dort zu unerwünschten Verzerrungen führen. Diesem Effekt kann zumindest teilweise entgegengewirkt werden, indem die beiden Gleichstromleitungen 44, 45, 47, 48 zur Zuführung und Rückführung von Gleichstrom möglichst nahe beieinander angeordnet werden und die beiden Magnetfelder sich zumindest teilweise kompensieren. Ein Abstand zwischen den beiden Gleichspannungsleitungen 44, 45, 47, 48 zur Zuführung und zur Rückführung von Gleichstrom beträgt dabei maximal 2 bis 3 cm, besonders vorteilhaft jedoch ist der Abstand der beiden Gleichstromleitungen 44, 45, 47, 48 kleiner als 1 cm. Zudem können die beiden Gleichstromleitungen 44, 45, 47, 48 zur Zuführung und zur Rückführung von Gleichstrom auch miteinander verdrillt sein, wie dies in den 2 und 3 dargestellt ist, so dass sich die beiden durch die beiden Gleichstromleitungen 44, 45, 47, 48 induzierten Magnetfelder im Wesentlichen kompensieren und/oder zu einem geringen Restmagnetfeld führen. Dies betrifft sowohl die Gleichspannungsleitungen 47, 48 zwischen den einzelnen Versorgungseinheiten 33, 34 als auch die Gleichspannungsleitungen 44, 45 zwischen den Versorgungseinheiten 33 und der gemeinsamen Anschlusseinheit 43.
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Die vorliegende Erfindung bietet eine in ihrer Funktion äußerst wirksame und in der Herstellung kosteneffiziente Lösung der Verstimmproblematik einer in einer Birdcage-Struktur 14 aufgebauten Magnetresonanzantenne 10 bei höheren Magnetfeldstärken. Die Führung der für die Verstimmung notwendigen Gleichstromsignale durch einen hochfrequenzaktiven Bereich der Birdcage-Struktur 14 findet ohne eine Störung der Hochfrequenzfunktionalität statt.
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Zudem ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können in einer alternativen Ausgestaltung alle Leiterelementen 25, 26 mit jeweils einem Hochfrequenzschaltelement 23 versehen sein. Obwohl die Erfindung überwiegend am Beispiel von Magnetresonanzgeräten im medizinischen Bereich beschrieben wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann ebenso auch in wissenschaftlichen und/oder industriellen Anlagen genutzt werden.
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In 4 ist ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 100 dargestellt, das die Magnetresonanzantenne 10 umfasst. Das Magnetresonanzgerät 100 umfasst eine Hauptmagneten 101 zu einer Erzeugung eines Hauptmagnetfelds 102. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 100 einen zylinderförmigen Aufnahmebereich 103 auf zu einer Aufnahme eines Patienten, wobei der Hauptmagnet 101 zylinderförmig um den Aufnahmebereich 103 angeordnet ist. Zwischen dem Aufnahmebereich 103 und dem Hauptmagneten 101 sind zudem Gradientenspulen 105 des Magnetresonanzgerätes 100 angeordnet, die zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten vorgesehen sind. Des Weiteren ist zwischen dem Aufnahmebereich 103 und den Gradientenspulen 105 die Magnetresonanzantenne 10 angeordnet zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 101 erzeugten Hauptmagnetfeld 102 einstellt.
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Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 101, der Gradienteneinheit 105 und der Magnetresonanzantenne 10 weist das Magnetresonanzgerät 100 eine Steuereinheit 106 auf. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 107 des Magnetresonanzgerätes 100 angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 100 eine Eingabeeinheit 108 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von einem Bediener eingegeben werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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