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Die Erfindung betrifft eine Sendeantenneneinrichtung sowie eine Magnetresonanztomographieanlage.
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In der Magnetresonanztomographie werden zur Anregung von Magnetresonanzen zirkular polarisierte Sendemagnetfelder benötigt. Magnetresonanztomographieanlagen weisen dazu regelmäßig Ganzkörper-Antennen auf. Diese erzeugen das zirkular polarisierte Sendemagnetfeld aber nicht nur im aktuellen Körpervolumen, das mittels MR untersucht werden soll, sondern in einem wesentlich größeren Volumenbereich des Körpers. Die dafür benötigte Gesamtleistung ist daher wesentlich größer als sie bei einer lokal begrenzten Anregung wäre. Damit verbunden ist auch die gesamte im Körper umgesetzte Verlustleistung höher als eigentlich nötig.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sendeantenneneinrichtung zu schaffen, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll die Sendeantenneneinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie ein lokal begrenztes Sendemagnetfeld erzeugt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Magnetresonanztomographieanlage zu schaffen, bei welcher eine Sendeantenneneinrichtung zur Erzeugung eines lokal begrenzten Sendemagnetfeldes ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einer Sendeantenneneinrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Magnetresonanztomographieanlage mit den in Anspruch 16 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Die erfindungsgemäße Sendeantenneneinrichtung ist zur Aussendung von Sendemagnetfeldern in Magnetresonanztomographieanlagen ausgebildet. Die erfindungsgemäße Sendeantenneneinrichtung umfasst eine oder mehrere Flachantennen. Die Flachantennen der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung sind folglich besonders raumsparend ausbildbar. Insbesondere können die Flachantennen in eine Patientenliege einer Magnetresonanztomographieanlage integriert werden. Auf diese Weise nehmen die Flachantennen der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung keinen zusätzlichen Raum in Anspruch.
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Vorteilhaft lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung, insbesondere gemäß den nachfolgend erläuterten Weiterbildungen, einfach ein lokal begrenztes Sendemagnetfeld erzeugen.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind bei der Sendeantenneneinrichtung die eine oder mehrere der Flachantennen als planare Antennen ausgebildet. Insbesondere planare Flachantennen sind extrem raumsparend ausbildbar und besonders einfach in eine Patientenliege einer Magnetresonanztomographieanlage integrierbar.
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In jeweils vorteilhaften Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung ist zumindest eine der Flachantennen als Schmetterlingsantenne und/oder ist zumindest eine der Flachantennen als Schleifenantenne ausgebildet. In diesen Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere in Kombination, lässt sich ein in Magnetresonanztomographieanlagen regelmäßig erforderliches zirkulares Sendemagnetfeld besonders leicht erzeugen. So lässt sich mittels einer Schleifenantenne ein Magnetfeld in einer von einer Schleife der Schleifenantenne umschlossenen Richtung leicht erzeugen. Mittels einer Schmetterlingsantenne hingegen lässt sich leicht ein Sendemagnetfeld erzeugen, welches in einer Richtung orientiert ist, welche von einem ersten Flügel einer Schmetterlingsform der Schmetterlingsantenne zu einem zweiten Flügel der Schmetterlingsform der Schmetterlingsantenne weist.
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Besonders zweckmäßig ist bei der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung sowohl zumindest eine der Flachantennen als Schmetterlingsantenne und zugleich zumindest eine der Flachantennen als Schleifenantenne ausgebildet. Idealerweise ist dabei die Schleifenantenne derart angeordnet, dass die Schleifenantenne eine Raumrichtung umschließt, welche von einem Berührungsbereich der beiden Flügel der Schmetterlingsform der Schmetterlingsantenne quer zu den Flügeln, insbesondere senkrecht zu planar ausgebildeten Flügeln, fortweist. Auf diese Weise lässt sich bei der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung mittels der Schleifenantenne und der Schmetterlingsantenne jeweils eine von zwei zueinander senkrechten Komponenten des Sendemagnetfeldes erzeugen. Geeigneterweise umfasst die erfindungsgemäße Sendeantenneneinrichtung ferner eine Speiseeinrichtung, welche zur Speisung von Schleifenantenne und Schmetterlingsantenne ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist die Speiseeinrichtung zur Speisung von Schleifenantenne und Schmetterlingsantenne mit einem Phasenunterschied von 90° ausgebildet. Somit lassen sich mittels Schleifenantenne und Schmetterlingsantenne um 90° phasenverschobene und zueinander senkrechte Sendemagnetfeldkomponenten erzeugen, welche zusammenwirkend ein zirkular polarisiertes Sendemagnetfeld ergeben.
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Besonders zweckmäßig umgibt die Schleife der Schleifenantenne in flächigen Erstreckungsrichtungen dieser Schleife einen Kreuzungspunkt der Schmetterlingsform der Schmetterlingsantenne.
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Alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Weiterbildungen der Erfindung ist zumindest eine der Flachantennen der Sendeantenneneinrichtung eine Schleifenantenne und die Sendeantenneneinrichtung umfasst zudem zumindest ein erstes und ein zweites Leiterstück, welche in flächigen Erstreckungsrichtungen der Schleife der Schleifenantenne zumindest zum Teil innerhalb der Schleife verlaufen. Unter flächigen Erstreckungsrichtung der Schleife sind im Falle einer planaren Schleifenantenne diejenigen Erstreckungsrichtungen zu verstehen, entlang welchen sich die von der Schleife der Schleifenantenne umschlossene Fläche erstreckt. Soweit die Schleifenantenne nicht vollständig planar ausgebildet ist, sind unter flächigen Erstreckungsrichtungen sämtliche Richtungen zu verstehen, entlang welchen sich Tangenten an die Schleife der Schleifenantenne erstrecken. Mittels erstem und zweitem Leiterstück lassen sich Sendemagnetfeldkomponenten erzeugen, welche sich in einer flächigen Erstreckungsrichtung der Schleife der Schleifenantenne erstrecken. Auf diese Weise können erstes und zweites Leiterstück eine Alternative zur Schmetterlingsantenne bilden. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung umfasst diese eine Massenfläche und/oder eine Speiseeinrichtung zur Speisung der Leiterstücke, wobei erstes und/oder zweites Leiterstück einerseits mit der Massenfläche und/oder andererseits mit der Speiseeinrichtung zur Speisung der Leiterstücke verbunden sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung umfasst diese zumindest eine erste, eine zweite sowie eine dritte jeweils als Schleifenantenne ausgebildete Flachantenne. In dieser Weiterbildung der Erfindung lassen sich die Leiterstücke mittels zweien der drei Schleifenantennen bilden. Zweckmäßigerweise erstrecken sich bei der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung die Schleifen von erster, zweiter und dritter Schleifenantenne mit ihren flächigen Erstreckungsrichtungen zueinander parallel, insbesondere nahezu komplanar. Zweckmäßigerweise sind bei der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung die erste Schleifenantenne in den flächigen Erstreckungsrichtungen der Schleife der zweiten Schleifenantenne einerseits der zweiten Schleifenantenne und die dritte Schleifenantenne in Richtung der flächigen Erstreckungsrichtung der zweiten Schleifenantenne andererseits der zweiten Schleifenantenne angeordnet. Geeigneterweise überlappen sich dabei die Schleifen der ersten Schleifenantenne und der zweiten Schleifenantenne und/oder die Schleifen der dritten Schleifenantenne und der zweiten Schleifenantenne in Richtung der flächigen Erstreckungsrichtungen der zweiten Schleifenantenne.
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Vorteilhaft weisen bei der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung zumindest die Schleifen zumindest der ersten und der dritten Schleifenantenne oder zumindest die Schleifen zumindest der ersten und zweiten und dritten Schleifenantenne untereinander eine identische Geometrie auf.
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Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäße Sendeantenneneinrichtung eine Speiseeinrichtung auf, welche zur gegensinnigen Speisung der ersten und der dritten Schleifenantenne ausgebildet ist.
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Insbesondere lässt sich der Strom in der oder den Schleifen von erster und dritter Schleifenantenne verglichen mit dem Strom der Schleife der zweiten Schleifenantenne als zusätzlicher Freiheitsgrad geeignet anpassen, um einen Bereich optimaler zirkularer Anregung einzujustieren. Beispielsweise kann bei der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung zur diesbezüglichen Stromverteilung ein unsymmetrischer 180°-Koppler sowie ein zusätzlicher Phasenschieber vorgesehen sein.
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In einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung umfassen zumindest zwei der Schleifenantennen einen oder mehrere gemeinsame Leiterabschnitte.
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In einer geeigneten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung weisen die erste und die dritte und/oder die zweite Schleifenantenne jeweils eine Schleife auf, welche polygonförmig, insbesondere dreieckförmig oder rechteckförmig verläuft.
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Die erfindungsgemäße Magnetresonanztomographieanlage weist eine erfindungsgemäße Sendeantenneneinrichtung wie zuvor beschrieben auf. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographieanlage weist diese eine Patientenliege mit der Sendeantenneneinrichtung auf.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
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1 eine als Schmetterlingsantenne ausgebildete Flachantenne sowie eine als Schleifenantenne ausgebildete Flachantenne einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung schematisch in einer Draufsicht,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel von Flachantennen einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung umfassend drei Schleifenantennen schematisch in einer Draufsicht,
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel von Flachantennen einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung umfassend drei Schleifenantennen mit polygonförmigen Schleifen schematisch in einer Draufsicht,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel von Flachantennen einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung, welche gemeinsame Leiterabschnitte aufweisen, schematisch in einer Draufsicht,
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5 eine Kombination von zwei Leiterstücken mit einer Schleifenantenne einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung schematisch in einer perspektivischen Darstellung,
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Flachantenne einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung in Gestalt einer Schleifenantenne schematisch in einer perspektivischen Darstellung,
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7 ein weiteres Ausführungsbeispiel von Flachantennen einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung, welche als Schleifenantenne mit konzentrisch angeordneten Schleifen ausgebildet sind, schematisch in einer Draufsicht sowie
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8 eine erfindungsgemäße Magnetresonanztomographieanlage mit einer Sendeantenneneinrichtung mit einer Anordnung von Flachantennen gemäß einer der 1 bis 7 schematisch im Querschnitt.
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Die in 1 dargestellten Flachantennen bilden Flachantennen einer erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung.
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Die Flachantennen umfassen gem. 1 zum einen eine als Schmetterlingsantenne 5 ausgebildete Flachantenne sowie eine Schleifenantenne 10. Sowohl die Schmetterlingsantenne 5 als auch die Schleifenantenne 10 sind jeweils flach und eben ausgebildet, d.h. die Antenne erstreckt sich jeweils entlang einer Ebene. Die Ebene der Schmetterlingsantenne 5 sowie die Ebene der Schleifenantenne 10 verlaufen zueinander parallel. Die Schmetterlingsantenne 5 ist dabei flächig mit der Schleifenantenne 10 in Anlage (in 1 sind in der Schleifenebene der Schleifenantenne versetzt gezeigt, um die Gestalt der Flachantennen im Einzelnen zu zeigen), wobei Schmetterlingsantenne 5 und Schleifenantenne 10 gegeneinander elektrisch isoliert sind.
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Wird die Schmetterlingsantenne 5 mit einem Strom Ibutterfly bestromt, so resultiert im Bereich des Kreuzungspunkts 15 ein Magnetfeld in x-Richtung (s. Koordinatensystem 20 in 1). Die Schleifenantenne 10 hingegen wird mit einem Strom Iloop bestromt, wobei aufgrund der Gestalt der Schleifenantenne ein Magnetfeld in y-Richtung (also senkrecht zur Zeichnenebene) resultiert.
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Schleifenantenne 10 und Schmetterlingsantenne 5 werden mit einem Phasenversatz von 90° zueinander angesteuert, sodass ein zirkulares Feld in x-y-Ebene resultiert.
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Anstelle einer Schmetterlingsantennne 5 mit einem Kreuzungspunkt 15 zur Erzeugung eines Magnetfeldes in x-Richtung lassen sich wie in 2 dargestellt auch zwei zueinander parallele Leiterstücke 25, 30 heranziehen, welche ein sich in x-Richtung erstreckendes Magnetfeld hervorrufen. Die beiden parallelen Leiterstücke 25, 30 sind jeweils Teil einer dreieckförmigen Schleifenantenne 35, 40 und bilden zueinander parallele Kanten der Dreiecksform der Schleifenantennen 35, 40. Es sind somit neben der zentralen Schleifenantenne 10 zusätzlich zwei weitere Schleifenantennen 35, 40 vorhanden, welche an die Stelle der Schmetterlingsantenne 5 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels treten. Der Abstand der dreieckförmigen Schleifenantennen bestimmt die Stärke der Felderzeugung im Bereich der Schleife der zentralen Schleifenantenne 10.
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Die überwiegenden Teile der Leiterstücke 25, 30 sind jeweils in flächigen Erstreckungsrichtungen innerhalb der Leiterschliefe der Schleifenantenne 10 befindlich. Die dreieckförmigen Leiterschleifen der Schleifenantennen 35, 40 werden jeweils gegensinnig jeweils mit dem Strom I3 bestromt, sodass der Strom I3 durch die parallelen Leiterstücke 25, 30 in dieselbe Richtung fließt. Der Stromfluss durch die beiden parallelen Leiterstücke 25, 30 resultiert somit im Bereich des Mittelpunkts des von der Schleife der Schleifenantenne 10 einbeschriebenen Kreises in einem in x-Richtung orientierten Magnetfeld.
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Verglichen mit der in 1 dargestellten Antennenkonfiguration erlaubt der Aufbau gem. 2 überdies ein homogeneres Feld.
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Anstelle einer Schleifenantenne 10 mit kreisförmiger Schleife kann auch – wie in 3 dargestellt – eine Schleifenantenne 110 mit rechteckigförmiger Schleife herangezogen werden. Dabei verlaufen zwei Seiten der Rechtecksform der Schleifenantenne 110 parallel zu den zueinander parallelen Leiterstücken 25, 30 der dreieckförmigen Schleifen der Schleifenantennen 35, 40. In diesem Falle sind die Flachantennen deutlich einfacher kaskadierbar.
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In der in 4 dargestellten weiter verbesserten Ausführung der Flachantennen der erfindungsgemäßen Sendeantenneneinrichtung sind die parallelen Leiterstücke 25, 30 Teil sowohl der dreieckförmigen Schleifenantennen 35, 40 als auch Teil der mittigen Schleifenantenne 110‘ (im Übrigen entspricht die Sendeantenneneinrichtung gem. 4 derjenigen gem. 3).
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Durch ein geeignetes Verhältnis von Strom der zentralen Schleifenantenne Iloop und Strom der dreieckförmigen Schleifenantenne I3 kann der Bereich optimaler zirkularer Anregung zusätzlich justiert werden. In der Praxis kann diese unsymmetrische Stromverteilung z.B. mittels unsymmetrischer 180°-Koppler und zusätzlicher Phasenschieber realisiert werden.
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Anstelle der Ausbildung der beiden Leiterstücke 25, 30 als Teil zusätzlicher Schleifenantennen 35, 40 lassen sich die Leiterstücke 25, 30 auch als parallele Leiterstücke 25, 30 ausbilden, welche einerseits gemeinsam elektrisch an eine Speisung 45 angebunden sind und von dieser gespeist werden und andererseits mit einer Massenfläche 50 verbunden sind, mittels welcher der Strom zur Speisung zurückführbar ist (5).
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Der Abstand der Leiterstücke 25, 30 bestimmt die Felderzeugung im Bereich der Schleife der mitteleren Schleifenantenne 10.
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Grundsätzlich lässt sich auch mittels einer einzigen Schleifenantenne 10‘, welche beispielsweise eine kreisförmige Fläche einschließt, ein zirkulares Feld erzeugen: So ist die Schleifenantenne gem. 6 im Gleich- und im Gegentakt an einer Seite anregbar und andererseits an eine Massenfläche 50 zur Rückspeisung des Stromes angebunden.
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In Gegentaktanregung (grün) wird ein überwiegend in y-Richtung orientiertes Feld hervorgerufen, während in Gleichtaktanregung (schwarz) ein Feld vorwiegend in X-Richtung hervorgerufen wird. Durch Kombination einer der Schleifenantennen 10, welche eine Kreisfläche einschließt wie zuvor beschriebenen, mit jeweils einer zweiten Schleifenantenne 11 kleineren Durchmessers, welche von einem, gegenüber dem Strom Ih der Schleifenantenne 10 um 180° phasenversetzten, Strom Ik durchflossen wird, kann der Abfall des Magnetfeldes entlang der Spulensymmetrieachse, d.h. derjenigen Normalen auf die Schleifenebene, welche zentral innerhalb der Schleife gelegen ist, reduziert werden (7). In der Nähe der Schleife kann dadurch ein nahezu ideal flacher Verlauf erzeugt werden. Verwendet man mehrere einander umschließende Schleifen, so kann der Homogenitätsbereich der Schleifenantennen 10 wie zuvor beschrieben verbreitert werden.
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Das in 8 dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanztomoographieanlage 130 umfasst eine Patientenliege 140. In die Patientenliege 140 ist eine erfindungsgemäße Sendeantenneneinrichtung S (wie zuvor anhand von 1 bis 7 erläutert) integriert. Die Sendeantenneneinrichtung S ist dabei mit ihren flächigen Erstreckungsrichtungen parallel zu den Flachseiten der Patientenliege orientiert. Die Patientenliege 140 ist zur Belegung mit einem Patienten 145 vorgesehen. Die Sendeantenneneinrichtung ist zur Beaufschlagung des Wirbelsäulenbereichs 150 mit einem Sendemagnetfeld ausgebildet und angeordnet.
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Durch die Optimierung der Geometrie für planare zirkular polarisierte Antennen können diese auch im Hinblick auf Sendefeld-Homogenität und SAR-Belastung (SAR = „Spezifische Absorptionsrate“) sinnvoll als Sendeantennen eingesetzt werden.
