DE102017216307A1

DE102017216307A1 - Abstimmbare Magnetresonanzspule

Info

Publication number: DE102017216307A1
Application number: DE102017216307.0A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Eberler; Razvan Lazar; Volker Matschl; Jürgen Nistler; Martin Schramm
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-03-14
Also published as: US11131730B2; CN109507620A; CN109507620B; US20190079153A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanzspule mit zumindest einer Abstimmvorrichtung zur Abstimmung der Magnetresonanzspule, eine Magnetresonanzvorrichtung und Verfahren zur Abstimmung einer Magnetresonanzspule. Die zumindest eine Abstimmvorrichtung umfasst mehrere Kondensatoren, die mechanisch miteinander gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanzspule mit zumindest einer Abstimmvorrichtung zur Abstimmung der Magnetresonanzspule, eine Magnetresonanzvorrichtung und Verfahren zur Abstimmung einer Magnetresonanzspule.
Die Magnetresonanztomographie (MRT; engl. Magnetic Resonance Imaging, MRI) ist eine bekannte Technik zum Erzeugen von Magnetresonanzabbildungen eines Patienten, die auf dem physikalischen Phänomen der Magnetresonanz (MR) beruht. Dazu werden während einer Magnetresonanzmessung zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen mit einer Magnetresonanzspule, beispielsweise einer Ganzkörperspule (engl. body coil), Anregungspulse in den Patienten eingestrahlt. Mit derselben und/oder einer oder mehreren anderen Magnetresonanzspulen, beispielsweise Lokalspulen (engl. local coils) werden die ausgelösten Magnetresonanzsignale empfangen. Magnetresonanzspulen sind beispielhaft in den Druckschriften US 20150054506 A1 , US 20150054506 A1 und US 9684046 B2 beschrieben.
Eine Magnetresonanzspule umfasst üblicherweise eine Verkettung von Kondensatoren und Induktivitäten, die im Falle einer Ganzkörperspule meist um ein zylindrisches Tragrohr angeordnet sind. Nach Einbau einer Ganzkörperspule in eine Magnetresonanzvorrichtung weicht das tatsächliche elektrische Verhalten der Ganzkörperspule meist von einem idealen Verhalten ab, insbesondere hinsichtlich der Homogenität der Kapazitätsverteilung.
Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann insbesondere angesehen werden, eine Abstimmvorrichtung anzugeben, durch die auf eine einfache Weise eine bessere, insbesondere homogenere. Kapazitätsverteilung der Magnetresonanzspule eingestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Demnach wird eine Magnetresonanzspule mit zumindest einer Abstimmvorrichtung zur Abstimmung der Magnetresonanzspule vorgeschlagen. Dabei umfasst jeder der zumindest einen Abstimmvorrichtung mehrere, insbesondere planare, Kondensatoren, die mechanisch miteinander gekoppelt sind. Insbesondere weist jede der mehreren Kondensatoren jeweils eine Kapazität auf, die durch die mechanische Kopplung gemeinsam veränderbar sind.
Da mehrere veränderliche Kondensatoren zur Verfügung stehen, kann die Magnetresonanzspule gezielter abgestimmt werden. Dadurch lassen sich insbesondere homogenere Kapazitätsverteilungen der Magnetresonanzspule erzielen.
Vorzugsweise umfasst jeder der zumindest einen Abstimmvorrichtung eine erste Schicht mit mehreren ersten Elektroden und eine zweite Schicht mit mehreren zweiten Elektroden. Dabei umfasst jeder der mehreren Kondensatoren zumindest eine der mehreren ersten Elektroden und zumindest eine der mehreren zweiten Elektroden. Vorteilhafterweise sind die erste Schicht und die zweite Schichte relativ zueinander verschiebbar. Insbesondere ist die zweite Schicht gegenüber der ersten Schicht verschiebbar. Dabei weisen die mehreren Kondensatoren jeweils eine Kapazität auf, die vorzugsweise durch eine relative Verschiebung der ersten und der zweiten Schicht veränderbar sind, z.B. indem die zweite Schicht gegenüber der ersten Schicht verschoben wird.
Durch eine Anordnung mehrerer Elektroden auf einer gemeinsamen Schicht sind die Elektroden einer Schicht mechanisch gekoppelt, wodurch insbesondere eine gemeinsame mechanische Führung, insbesondere Verschiebung, der Elektroden einer Schicht, ermöglicht wird. Somit kann mit einer Verschiebung der Schichten gegeneinander nicht nur ein, sondern gleich mehrere Kondensatoren gleichzeitig verändert werden.
Üblicherweise weist die Magnetresonanzspule zumindest einen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Leiterabschnitt auf. Der zumindest eine Leiterabschnitt kann insbesondere als Abschnitt einer Leiterbahn aufgefasst werden. Der zumindest eine Leiterabschnitt ist üblicherweise ein Teil einer Antenne zum Senden und/oder Empfangen von hochfrequenten Signalen. Vorzugsweise weist der zumindest eine Leiterabschnitt zumindest eine Unterbrechung auf, die durch den zumindest einen der mehreren Kondensatoren überbrückt, insbesondere kapazitiv gekoppelt und/oder verbunden, wird. Insbesondere weist der zumindest eine Leiterabschnitt mehrere Teilabschnitt auf, die durch die zumindest eine Unterbrechung voneinander getrennt sind. Vorzugsweise ist zumindest eine der mehreren ersten Elektroden mit einem ersten der mehreren Teilabschnitte und zumindest eine der mehreren zweiten Elektroden mit einem weiteren der mehreren Teilabschnitte verbunden. Dadurch kann beispielsweise eine Parallelschaltung oder Serienschaltung der durch die Elektroden gebildeten Kondensatoren ausgebildet werden. Durch die veränderliche Kapazitäten der mehreren Kondensatoren kann auf einfache Weise die Kapazitätsverteilung der Magnetresonanzspule beeinflusst werden.
Unter einer Schicht ist vorzugsweise ein flächiges Gebilde zu verstehen. Eine Schicht ist insbesondere ein Gebilde, dessen Ausdehnung in einer Raumrichtung, d.h. einer Richtung einer Normalen senkrecht zur Oberfläche der Schicht, wesentlich geringer ist als in den Raumrichtungen senkrecht dazu. Die Schichten können Oberflächen aufweisen, die eben oder auch gekrümmt ausgebildet sind.
Die Schichten, also insbesondere die erste Schicht und die zweite Schicht, dienen vorzugsweise als Trägerschichten für die jeweiligen Elektroden, also insbesondere für die mehreren ersten Elektroden und die für die mehreren zweiten Elektroden. Vorzugsweise sind die Elektroden an, insbesondere auf, den Oberflächen der Schichten angeordnet. Die Elektroden sind vorzugsweise auch flächige Gebilde, die der Form der Oberfläche der Schichten folgen, an denen sie angeordnet sind.
Die Elektroden sind vorzugsweise elektrisch leitfähig. Sie umfassen vorzugsweise elektrisch leitfähiges Material, insbesondere Metall wie z.B. Kupfer, das flächig auf den Oberflächen der Schichten angeordnet ist.
Die erste Schicht, und damit insbesondere auch die mehreren ersten Elektroden, ist vorzugsweise gegenüberliegend zur zweiten Schicht, und damit insbesondere auch zu den mehreren zweiten Elektroden, angeordnet. Insbesondere ist die Normale der Oberfläche der ersten Schicht parallel zur Normalen der Oberfläche der zweiten Schicht orientiert, d.h. die Schichten verlaufen parallel zueinander.
Im Falle einer Ganzkörperspule sind die erste Schicht und die zweite Schicht entsprechend des Tragsrohrs der Magnetresonanzvorrichtung vorzugweise gekrümmt. Insbesondere verlaufen die Oberflächen der Schichten parallel zu einer Oberfläche, insbesondere zur Innenoberfläche, des Tragsrohrs. Vorzugsweise sind die Schichten koaxial zu einer Zentralachse, insbesondere Längsachse, des Tragsrohrs angeordnet. Insbesondere können die Schichten zueinander in radialer Richtung versetzt angeordnet sein, d.h. die Schichten sind zur Zentralachse des Tragsrohrs unterschiedlich beabstandet.
Vorzugsweise sind die erste Schicht und die zweite Schicht relativ zueinander in einer Richtung senkrecht zur Oberflächennormalen der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht verschiebbar. Insbesondere ist zweite Schicht gegenüber der ersten Schicht in einer Richtung senkrecht zur Normalen der Oberfläche der zweiten Schicht verschiebbar. Bei einer solchen lateralen Verschiebung bleibt vorzugsweise der Abstand zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht konstant. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders flache und damit raumsparende Bauweise der Abstimmvorrichtung.
Es ist aber auch denkbar, dass die erste Schicht und die zweite Schicht relativ zueinander in einer Richtung parallel zur Normalen der Oberfläche der erstem Schicht und/oder der zweiten Schicht verschiebbar ist, so dass sich der Abstand zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht bei einer Verschiebung ändert.
Ferner ist denkbar, dass die relative Verschiebung der zweiten Schicht gegenüber der ersten Schicht sowohl eine laterale Komponente als auch eine senkrechte Komponente aufweist.
Insbesondere sind die mehreren Kondensatoren Plattenkondensatoren. Dabei können die Elektroden der Plattenkondensatoren eben oder gekrümmt ausgebildet sein. Vereinfachend kann für die Kapazität eines Plattenkondensators insbesondere folgender Zusammenhang angegeben werden: C ∝ ε_r A/d. Dabei sind ε_r die relative Permittivität, A die überlappende Fläche und d der Abstand der Elektroden, also insbesondere der zumindest einen ersten Elektrode und der zumindest einen zweiten Elektrode. Vorzugsweise beträgt der Abstand d zwischen 0,01 und 5 mm, insbesondere zwischen 0,05 und 1 mm. Die Fläche A beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 100 cm², insbesondere zwischen 3 und 30 cm². Die relative Permittivität ε_r, auch Permittivitäts- oder Dielektrizitätszahl genannt, ist eine Eigenschaft des Mediums, insbesondere des Dielektrikums, zwischen den Elektroden. Vorzugsweise wird ein festes Dielektrikum verwendet, beispielsweise FR4, Teflon, Keramik, Kunststofffolie und/oder kommerzielles Leiterplattenmaterial. Dadurch kann eine hohe Spannungsfestigkeit erzielt und ein definierter Abstand d sichergestellt werden. Durch eine relative laterale Verschiebung der Schichten sind somit insbesondere die überlappende Fläche A und damit die Kapazität C veränderbar. Zudem ist auch denkbar, dass durch eine senkrechte Verschiebung der Abstand d geändert wird, wodurch ebenfalls die Kapazität verändert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Magnetresonanzspule werden bei einer relativen Verschiebung der Schichten alle Kondensatoren um einen gleichen Kapazitätswert verändert. Es ist aber auch denkbar, dass sich die Kondensatoren um unterschiedliche Kapazitätswerte verändern.
Vorzugsweise weist zumindest ein Teil der mehreren ersten Elektroden und/oder der mehreren zweiten Elektroden eine Form auf, deren Ausdehnung senkrecht zur Richtung der Verschiebung sich verändert. Insbesondere ist somit auch eine nichtlineare Relation zwischen einem Weg der Verschiebung einer Schicht und der Kapazität des Kondensators möglich.
Es ist denkbar, dass die Magnetresonanzspule nicht nur zwei, sondern mehr als zwei Schichten aufweist. So kann die zumindest eine Abstimmvorrichtung beispielsweise zumindest eine weitere, insbesondere eine dritte, Schicht mit jeweils zumindest einer weiteren, insbesondere zumindest einer dritten, Elektrode umfassen, wobei die jeweils eine weitere, insbesondere die zumindest eine dritte, Elektrode zusammen mit zumindest einer der mehreren ersten Elektroden und/oder der zumindest einer der mehreren zweiten Elektroden einen Teil zumindest eines weiteren Kondensators bilden. Dabei kann die zumindest eine weitere, insbesondere die dritte, Schicht relativ zur ersten Schicht und/oder zur zweiten Schicht verschiebbar sein. Vorzugsweise weist der zumindest eine weitere Kondensator eine Kapazität auf, die durch eine relative Verschiebung der dritten Schicht zur ersten Schicht und/oder zur zweiten Schicht veränderbar ist.
Durch den Einsatz von mehreren Schichten ist die Kapazitätsverteilung der Magnetresonanzspule noch vielfältiger einstellbar.
Vorzugsweise sind die Schichten, insbesondere die zweite Schicht und die dritte Schicht, in unterschiedlichen Richtungen verschiebbar. Insbesondere sind die unterschiedlichen Richtungen zueinander senkrecht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Magnetresonanzspule eine Ganzkörperspule, die üblicherweise ausgebildet ist, fest in eine Magnetresonanzvorrichtung eingebaut zu werden. (Davon zu unterscheiden wären etwa Lokalspulen, die meist für jede einzelne Untersuchung neu angeordnet werden.) Beispielsweise kann somit eine imperfekte geometrische Form des Tragrohrs ausgeglichen werden. Insbesondere nach einem Einbau des Tragsrohrs in eine Magnetresonanzvorrichtung ist oftmals eine Feinabstimmung notwendig, die vorteilhaft mit der vorgeschlagenen Abstimmvorrichtung durchgeführt werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Magnetresonanzspule ein Tragrohr mit einer Oberfläche, insbesondere einer Innenoberfläche, wobei die Verschiebung der ersten Schicht und/oder zweiten Schicht parallel zur Oberfläche, insbesondere zur Innenoberfläche, des Tragrohrs erfolgt. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Integration der Abstimmvorrichtung in die Ganzkörperspule.
Vorzugsweise ist die Magnetresonanzspule eine Birdcage-Spule. Birdcage-Spulen weisen in der Regel mehrere Antennenstäbe auf, durch die zwei Endringe, insbesondere speichenförmig, miteinander verbunden sind. Dabei sind die mehreren Antennenstäbe üblicherweise um eine Zentralachse herum in einer Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Birdcage-Spulen werden üblicherweise in Lokalspulen, aber vor allem aber auch in Ganzkörperspulen eingesetzt.
Eine Ausführungsform der Magnetresonanzspule sieht vor, dass die Magnetresonanzspule zumindest einen Leiterabschnitt aufweist, der um eine Zentralachse in einer Umfangsrichtung herum verläuft, wobei der zumindest eine Leiterabschnitt zumindest eine Unterbrechung aufweist, die durch zumindest einen der mehreren Kondensatoren überbrückt wird. Insbesondere wird durch die Unterbrechung der zumindest eine Leiterabschnitt in zwei Teilabschnitte unterteilt, die über zumindest einen der mehreren Kondensatoren, insbesondere elektrisch, miteinander verbunden sind. Dabei ist vorzugsweise der zumindest eine Leiterabschnitt ein Endring einer Birdcage-Spule. Es ist insbesondere denkbar, dass jeder Endring der Birdcage-Spule eine oder mehrere Abstimmvorrichtungen aufweist.
Vorzugsweise umfasst der Endring einen oder mehrere variable Kondensatoren, insbesondere Plattenkondensatoren, die mit einer oder mehreren gemeinsam beweglichen Elektroden parallel zur Zentralachse und/oder gemeinsam beweglichen Elektroden in Umfangsrichtung ausgestattet sind.
Bevorzugt ist die zweite Schicht um die Zentralachse in Umfangsrichtung und/oder parallel zur Zentralachse verschiebbar. Dies ermöglicht insbesondere eine besonders einfache und platzsparende Integration der Abstimmvorrichtung in die Magnetresonanzspule.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Magnetresonanzspule weist die Abstimmvorrichtung eine dritte Schicht mit zumindest einer dritten Elektrode auf, wobei die mehreren ersten Elektrode zusammen mit der zumindest einen dritten Elektrode einen Teil zumindest eines weiteren Kondensators bilden. Dabei ist die dritte Schicht gegenüber der ersten Schicht vorzugsweise parallel zur Zentralachse und/oder in Umfangsrichtung verschiebbar, wobei der zumindest eine weitere Kondensator eine Kapazität aufweist, die durch eine Verschiebung der dritten Schicht gegenüber der ersten Schicht veränderbar ist. Durch die Verwendung von drei Schichten ist insbesondere eine noch höhere Einstellgenauigkeit der Kapazität erzielbar.
Eine weitere Ausführungsform der Magnetresonanzspule sieht vor, dass die mehreren ersten Elektroden in der Umfangsrichtung und/oder parallel zur Zentralachse nacheinander angeordnet sind, und/oder die mehreren zweiten Elektroden in der Umfangsrichtung und/oder parallel zur Zentralachse nacheinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die mehreren ersten Elektroden und die mehreren zweiten Elektroden in der Umfangsrichtung nacheinander angeordnet. Die Elektroden können also insbesondere über den Umfang verteilt angeordnet sein.
Insbesondere weisen die Elektroden einer Schicht einen Abstand, insbesondere eine lichte Weite, auf. Der Abstand der Elektroden kann von Elektrode zu Elektrode konstant oder variabel sein. Dadurch können insbesondere unterschiedliche Einstellmechanismen realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Magnetresonanzspule sieht vor, dass der zumindest eine Leiterabschnitt in der Umfangsrichtung in mehrere Segmente eingeteilt ist, wobei in jedem der der Segmente jeweils eine Abstimmvorrichtung angeordnet ist.
An den besagten Unterbrechungen können also insbesondere durch Verschiebung zumindest einer Schicht eine Kapazität verändert werden. Dadurch dass in jedem Segment eine solche Einstellmöglichkeit gegeben ist, kann insbesondere eine eventuelle geometrische Unrundheit des Leiterabschnitts, insbesondere des Endrings, kompensiert werden.
Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Segmente zwischen 2 und 6, insbesondere zwischen 2 und 5, insbesondere 4. Mit einer solchen Anzahl kann eine Abstimmung besonders effizient erfolgen.
Es ist aber auch denkbar, dass die Abstimmvorrichtung über den gesamten Umfang des zumindest einen Leiterabschnitts, insbesondere eines Endrings einer Birdcage-Spule verläuft. Dadurch könnte insbesondere die Resonanzfrequenz der Birdcage-Spule eingestellt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Magnetresonanzspule weist zumindest ein Teil der mehreren ersten Elektroden und/oder der mehreren zweiten Elektrode eine Form auf, deren Ausdehnung parallel zur Zentralachse sich in Umfangsrichtung verändert und/oder deren Ausdehnung in Umfangsrichtung sich parallel zur Zentralachse verändert. Dadurch kann insbesondere die Überlappung der Elektroden der verschiedenen Schichten, und damit die Kapazität der Kondensatoren, noch gezielter eingestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die erste Schicht und/oder die zweite Schicht eine Zahnung umfasst, wobei die Abstimmvorrichtung ein Zahnrad umfasst, dessen Zähne in die Zahnung der ersten Schicht und/oder zweiten Schicht eingreift.
Vorteilhafterweise wird durch eine Drehung des Zahnrades die Verschiebung der ersten und/oder zweiten Schicht bewirkt. Dies ermöglicht insbesondere einen einfachen Verschiebemechanismus.
Bevorzugt umfasst die Abstimmvorrichtung eine Stange, die, insbesondere mittig, an dem Zahnrad angeordnet ist, so dass insbesondere durch eine Drehung der Stange eine Drehung des Zahnrads bewirkt wird.
Insbesondere ist ein Ende der Stange an dem Zahnrad angeordnet. Vorteilhafterweise kann durch eine Krafteinleitung am anderen Ende der Stange die Stange und das damit verbundene Zahnrad in Rotation versetzt werden. Über die Zähne des Zahnrads kann die eingeleitete Kraft auf die zweite Schicht übertragen werden, so dass diese verschoben wird.
Ferner wird eine Magnetresonanzvorrichtung mit einer vorab beschriebenen Magnetresonanzspule vorgeschlagen. Insbesondere wird eine Magnetresonanzvorrichtung, bei der die besagte Magnetresonanzspule eine Ganzkörperspule ist vorgeschlagen, wobei die Magnetresonanzspule eine vorab beschriebene Stange umfasst. Vorteilhafterweise ist ein Ende der Stange an einem Ende des Tragsrohrs angeordnet, so dass die relative Verschiebung der Schichten, beispielsweise die Verschiebung der zweiten Schicht, von außerhalb des Tragrohrs bewirkt werden kann. Bevorzugt ist Stange dabei parallel zur Zentralachse ausgerichtet, um insbesondere eine besonders effektive Kraftübertragung auf die zweite Schicht zu ermöglichen.
Ferner wird ein Verfahren zur Abstimmung einer Magnetresonanzspule vorgeschlagen. Dabei weist die Magnetresonanzspule mehrere mechanisch miteinander gekoppelte Kondensatoren auf, deren Kapazitäten gleichzeitig verändert werden.
Die Vorteile und Merkmale der vorab beschriebenen Magnetresonanzspule können auf das vorgeschlagene Verfahren übertragen werden und umgekehrt.
Das Verfahren kann beispielsweise für eine Anpassung einer Ganzkörperspule an einen nicht perfekt runden Hochfrequenzschirm einer Gradientenspuleneinheit, insbesondere bei einer Inbetriebnahme oder Reparatur, z.B. Austausch eines Ersatzteils. Dadurch könnte man beispielsweise eine Resonanzfrequenz und/oder eine Entkopplung der Ganzkörperspule an den Hochfrequenzschirm der Gradientenspuleneinheit anpassen, indem man gleichzeitig durch Betätigung nur eines Stellgliedes die Kapazität mehrere Kondensatoren auf einmal verschiebt.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt des Verfahrens sieht vor, dass die Magnetresonanzspule eine Birdcage-Spule ist, deren Endring in Umfangsrichtung in mehrere Segmente eingeteilt ist, wobei die Kondensatoren eines Segments mechanisch miteinander gekoppelt sind, wobei die Abstimmung der Magnetresonanzspule entsprechend der Segmente erfolgt.
Die mechanische Verkopplung der Kondensatoren kann entweder für eine Hälfte, für ein Drittel, für ein Viertel oder eine beliebige andere Aufteilung des Umfangs des Endrings erfolgen. Mit der Möglichkeit die Kapazitäten segmentweise zu verändern, könnte man einen Abgleich erreichen, ohne lokal übermäßige Kapazitätswerte zu erhalten. Es ist insbesondere eine homogenere Kapazitätsverteilung in den Endringen erzielbar. Dadurch könnte insbesondere die Resonanzfrequenz der Magnetresonanzspule einfacher unter Beibehaltung einer guten Entkopplung etwaiger Speiseports fren eingestellt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzvorrichtung mit einer Ganzkörperspule als Magnetresonanzspule in einer schematischen Darstellung,
2 eine perspektivische Detaildarstellung einer beispielhaften Magnetresonanzspule mit segmentweise verteilten Abstimmvorrichtungen,
3 zwei Schichten mit mehreren Elektroden einer Abstimmvorrichtung,
4-6 verschiedene mögliche Elektrodenüberlappungen abhängig von der Verschiebung der Schichten,
7 verschiedene Formen und Anordnungen der Elektroden,
8 eine Ausführungsform einer Abstimmvorrichtung mit drei Schichten.

In 1 ist eine Magnetresonanzvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzvorrichtung 10 umfasst eine Magneteinheit 11, die einen Hauptmagneten 12 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere zeitlich konstanten Hauptmagnetfelds 13 aufweist. Zudem umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 einen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Patienten 15. Der Patientenaufnahmebereich 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zylinderförmig um eine Zentralachse ausgebildet und in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 11 zylinderförmig umgeben. Grundsätzlich ist jedoch eine davon abweichende Ausbildung des Patientenaufnahmebereichs 14 jederzeit denkbar. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 der Magnetresonanzvorrichtung 10 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen innerhalb des Patientenaufnahmebereichs 14 bewegbar ausgestalteten Patiententisch 17 auf.
Die Magneteinheit 11 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 18 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 18 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 19 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gesteuert. Die Magneteinheit 11 umfasst weiterhin eine Magnetresonanzspule, hier in Form einer Ganzkörperspule 20, welche fest in die Magnetresonanzvorrichtung 10 integriert ist. Die Ganzkörperspule 20 ist zu einer Anregung von Atomkernen, die sich in dem von dem Hauptmagneten 12 erzeugten Hauptmagnetfeld 13 einstellt, ausgelegt. Die Ganzkörperspule 20 wird von einer Hochfrequenzsteuereinheit 21 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanzsequenzen in einen Untersuchungsraum ein, der im Wesentlichen von einem Patientenaufnahmebereich 14 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gebildet ist. Die Ganzkörperspule 20 umfasst ein Tragrohr mit einer Innenoberfläche S, das den Patientenaufnahmebereich 14 - abgesehen von etwaigen Verkleidungen der Ganzkörperspule 20 - begrenzt. Die Ganzkörperspule 20 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanzsignalen ausgebildet.
Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 12, der Gradientensteuereinheit 19 und zur Steuerung der Hochfrequenzsteuereinheit 21 weist die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine Systemsteuereinheit 22 auf. Die Systemsteuereinheit 22 steuert zentral die Magnetresonanzvorrichtung 10, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Zudem umfasst die Systemsteuereinheit 22 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zu einer Auswertung von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Des Weiteren umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine Benutzerschnittstelle 23, die mit der Systemsteuereinheit 22 verbunden ist. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 24, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, der Benutzerschnittstelle 23 für ein medizinisches Bedienpersonal angezeigt werden. Weiterhin weist die Benutzerschnittstelle 23 eine Eingabeeinheit 25 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von dem medizinischen Bedienpersonal eingegeben werden können.
In 2 ist die Magnetresonanzspule beispielhaft als Ganzkörperspule 20 im Detail dargestellt. Die Ganzkörperspule 20 weist hier die Form einer Bildcage-Spule auf. Sie ist an einem Tragrohr 20 angeordnet. Die Ganzkörperspule 20 umfasst zwei Leiterabschnitte 110, 111, der um eine Zentralachse Z in einer Umfangsrichtung U herum verläuft. Die zwei Leiterabschnitte 110, 111 sind hier Endringe der Bildcage-Spule.
Die zwei Leiterabschnitte 110, 111 sind durch Antennenstäbe 115 miteinander verbunden. Die Ganzkörperspule 20 umfasst ferner Abstimmvorrichtungen 100 mit Kondensatoren, durch die die Ganzkörperspule 20 abgestimmt werden kann.
Die Leiterabschnitte 110, 111 sind in der Umfangsrichtung U in vier Segmente I, II, III, IV eingeteilt, wobei der zumindest eine Leiterabschnitt 110, 111 innerhalb jedes der Segmente I, II, III, IV eine jeweils eine Abstimmvorrichtung 100 angeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, dass sich nur eine Abstimmvorrichtung über den gesamten Umfang eines Endrings erstreckt.
In 3 ist eine Abstimmvorrichtung 100 perspektivisch dargestellt. Sie umfasst eine erste Schicht 101 mit mehreren Elektroden 103a, 103b, 103c, 103d, 103e und eine zweite Schicht 102 mit mehreren Elektroden 104a, 104b, 104c, 104d, 104e. Dabei sind die erste Schicht 101 und die zweite Schicht 102 parallel zueinander angeordnet. Ferner ist die erste Schicht 101 zur zweiten Schicht 102 in, insbesondere radialer, Richtung R versetzt angeordnet. Die Richtung R ist senkrecht zur Umfangsrichtung U und zur Richtung der Zentralachse Z. Die mehreren erste Elektroden 103a, 103b, 103c, 103d, 103e und die mehreren zweiten Elektroden 104a, 104b, 104c, 104d, 104e sind hier in der Umfangsrichtung U nacheinander angeordnet.
Die mehreren Elektroden 103a, 103b, 103c, 103d, 103e bilden zusammen mit den mit mehreren Elektroden 104a, 104b, 104c, 104d, 104e einen Teil mehrerer Kondensatoren mit den Kapazitäten C_a, C_b, C_c, C_d, C_e die durch eine Verschiebung der zweiten Schicht 102 gegenüber der ersten Schicht veränderbar sind.
Für einen Plattenkondensator gilt folgender Zusammenhang: C ∝ A/d. Dabei sind A die überlappende Fläche und d der Abstand der Elektroden 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 104a, 104b, 104c, 104d, 104e. Durch eine Verschiebung der zweiten Schicht gegenüber der ersten Schicht, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Oberflächennormalen der zweiten Schicht, kann die überlappende Fläche A verändert werden, wie in 4-6 gezeigt wird. Gegenüber dem Zustand von 4 sind die Elektroden 104a, 104b, 104c, 104d, 104e der zweiten Schicht 102 in 5 in Umfangsrichtung U und in 6 parallel zur Zentralachse Z verschoben. Dadurch ändern sich die überlappenden Flächen Aa, Ab, Ac, Ad, Ae und damit auch die Kapazitäten Ca, Cb, Cd, Ce, Ce. Auch eine Kombination aus einer Verschiebung in Umfangsrichtung U und parallel zur Zentralachse Z ist möglich. Hinsichtlich des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels kann die Verschiebung der zweiten Schicht 102 insbesondere parallel zur Innenoberfläche S des Tragrohrs 120 erfolgen.
Dadurch, dass auf zumindest einer Schicht nicht nur eine, sondern mehrere Elektroden angeordnet sind, können mit der Verschiebung der Schichten 101, 102 gegeneinander gleichzeitig mehrere Kapazitäten geändert werden.
Es sind noch weitere Ausführungsformen der Elektroden möglich, wie beispielhaft in 7 gezeigt wird. So weist die Elektrode 104a mit einer Dreiecksform eine Form aufweist, deren Ausdehnung senkrecht zur Richtung der Verschiebung sich verändert. Insbesondere verändert sich deren Ausdehnung parallel zur Zentralachse Z sich in Umfangsrichtung U und deren Ausdehnung in Umfangsrichtung U sich parallel zur Zentralachse Z.
Ferner können die Elektroden unterschiedlich stark voneinander beabstandet sein. So ist beispielsweise der Abstand l₁ der Elektrode 104b zur Elektrode 104c größer als der Abstand l₂ der Elektrode 104c zur Elektrode 104d.
In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Erfindungsgedanke auf mehr als zwei Schichten ausgedehnt. Die Abstimmvorrichtung umfasst hier eine dritte Schicht 105 mit mehreren dritten Elektroden 106a, 106b, 107c, 108d, 108e. Dabei bilden die mehreren dritten Elektroden 106a, 106b, 107c, 108d, 108e mit den mehreren ersten Elektroden 103a, 103b, 103c, 103d, 103e einen Teil mehrerer weiterer Kondensatoren. Durch eine Verschiebung der dritten Schicht gegenüber der ersten Schicht sind die Kapazitäten der weiteren Kondensatoren veränderbar.
Insbesondere können die zweite Schicht 102 und die dritte Schicht 105 in unterschiedliche Richtungen verschoben werden. Beispielsweise kann die dritte Schicht parallel zur Zentralachse Z und die zweite Schicht in Umfangsrichtung U verschoben werden.
Die zweite Schicht 102, die in 3 dargestellt ist, umfasst eine Zahnung 107. Vorteilhafterweise umfasst die Abstimmvorrichtung 100 eine hier nicht weiter dargestelltes Zahnrad, dessen Zähne in die Zahnung 107 der zweiten Schicht 102 eingreift. Durch Drehung des Zahnrads kann die zweite Schicht in Umfangsrichtung U verschoben werden.
Ferner umfasst die Abstimmvorrichtung 100 in 2 eine Stange 108, die an dem Zahnrad angeordnet ist, wobei ein Ende der Stange 108 an einem Ende des Tragsrohrs 120 angeordnet ist. Dadurch kann das Zahnrad auch noch in einem fest eingebauten Zustand der Ganzkörperspule 20 in der Magnetresonanzvorrichtung 10 gedreht werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebene Magnetresonanzspule und Magnetresonanzvorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20150054506 A1 [0002]
US 9684046 B2 [0002]

Claims

Magnetresonanzspule mit zumindest einer Abstimmvorrichtung zur Abstimmung der Magnetresonanzspule, wobei jede der zumindest einen Abstimmvorrichtung mehrere Kondensatoren umfasst, die mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Magnetresonanzspule nach Anspruch 1, wobei die Magnetresonanzspule eine Ganzkörperspule ist, die ausgebildet ist, fest in eine Magnetresonanzvorrichtung eingebaut zu werden.
Magnetresonanzspule nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnetresonanzspule eine Birdcage-Spule ist.
Magnetresonanzspule nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Magnetresonanzspule zumindest einen Leiterabschnitt, insbesondere zumindest einen Endring einer Birdcage-Spule, aufweist, der um eine Zentralachse in einer Umfangsrichtung herum verläuft, wobei der zumindest eine Leiterabschnitt zumindest eine Unterbrechung aufweist, die durch die mehreren Kondensatoren überbrückt wird.
Magnetresonanzspule nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der zumindest einen Abstimmvorrichtung ferner umfasst: eine erste Schicht mit mehreren ersten Elektroden, eine zweite Schicht mit mehreren zweiten Elektroden, wobei jeder der mehreren Kondensatoren zumindest eine der mehreren ersten Elektroden und zumindest eine der mehreren zweiten Elektroden umfasst, wobei die erste Schicht und die zweite Schichte relativ zueinander verschiebbar sind, wobei die mehreren Kondensatoren jeweils eine Kapazität aufweisen, die durch eine relative Verschiebung der ersten und der zweiten Schicht veränderbar sind.
Magnetresonanzspule nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht parallel zueinander angeordnet sind.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht relativ zueinander in einer Richtung senkrecht zur Oberflächennormalen der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht verschiebbar sind.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zumindest ein Teil der mehreren ersten Elektroden und/oder der mehreren zweiten Elektrode eine Form aufweist, deren Ausdehnung senkrecht zur Richtung der Verschiebung sich verändert.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei zumindest eine der zumindest einen Abstimmvorrichtung zumindest eine dritte Schicht mit jeweils zumindest einer dritten Elektrode umfasst, wobei die zumindest eine dritte Elektrode zusammen mit den mehreren ersten Elektroden und/oder den mehreren zweiten Elektrode einen Teil zumindest eines weiteren Kondensators bilden, wobei die dritte Schicht relativ zur ersten Schicht und/oder zur zweiten Schicht verschiebbar ist, wobei der zumindest eine weitere Kondensator eine Kapazität aufweist, die durch eine relative Verschiebung der dritten Schicht zur ersten Schicht und/oder zur zweiten Schicht veränderbar ist.
Magnetresonanzspule nach Anspruch 9, wobei die erste Schicht und/oder die zweite Schicht und/oder die die dritte Schicht in unterschiedlichen Richtungen verschiebbar sind.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Magnetresonanzspule eine Ganzkörperspule ist, die ausgebildet ist, fest in eine Magnetresonanzvorrichtung eingebaut zu werden, wobei die Magnetresonanzspule ein Tragrohr mit einer Oberfläche umfasst, wobei die erste Schicht und/oder die zweiten Schicht parallel zu der Oberfläche des Tragrohrs verschiebbar ist.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Magnetresonanzspule zumindest einen Leiterabschnitt, insbesondere zumindest einen Endring einer Birdcage-Spule, aufweist, der um eine Zentralachse in einer Umfangsrichtung herum verläuft, wobei der zumindest eine Leiterabschnitt zumindest eine Unterbrechung aufweist, die durch die mehreren Kondensatoren überbrückt wird, wobei die zweite Schicht um die Zentralachse in Umfangsrichtung und/oder parallel zur Zentralachse verschiebbar ist.
Magnetresonanzspule nach Anspruch 12, wobei zumindest eine der zumindest einen Abstimmvorrichtung eine dritte Schicht mit zumindest einer dritten Elektrode aufweist, wobei die mehreren ersten Elektroden zusammen mit der zumindest einen dritten Elektrode einen Teil zumindest eines weiteren Kondensators bilden, wobei die dritte Schicht gegenüber der ersten Schicht parallel zur Zentralachse und/oder in Umfangsrichtung verschiebbar ist, wobei der zumindest eine weitere Kondensator eine Kapazität aufweist, die durch eine Verschiebung der dritten Schicht gegenüber der ersten Schicht veränderbar ist.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die mehreren ersten Elektroden in der Umfangsrichtung und/oder parallel zur Zentralachse nacheinander angeordnet sind, und/oder die mehreren zweiten Elektroden in der Umfangsrichtung und/oder parallel zur Zentralachse nacheinander angeordnet sind.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der zumindest eine Leiterabschnitt in der Umfangsrichtung in mehrere, insbesondere 2 bis 6, Segmente eingeteilt ist, wobei in jedem der Segmente jeweils eine Abstimmvorrichtung angeordnet ist.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei zumindest ein Teil der mehreren ersten Elektroden und/oder der mehreren zweiten Elektroden eine Form aufweist, deren Ausdehnung parallel zur Zentralachse sich in Umfangsrichtung verändert und/oder deren Ausdehnung in Umfangsrichtung sich parallel zur Zentralachse verändert.
Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 5 bis 16, wobei die erste Schicht und/oder zweite Schicht eine Zahnung umfassen, wobei die Abstimmvorrichtung ein Zahnrad umfasst, dessen Zähne in die Zahnung der ersten Schicht und/oder der zweiten Schicht eingreift.
Magnetresonanzspule nach Anspruch 17, wobei die Abstimmvorrichtung eine Stange umfasst, die an dem Zahnrad angeordnet ist.
Magnetresonanzvorrichtung mit einer Magnetresonanzspule nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Magnetresonanzvorrichtung mit einer Magnetresonanzspule nach Anspruch 18, wobei die Magnetresonanzspule ein Tragrohr umfasst, wobei ein Ende der Stange an einem Ende des Tragrohrs angeordnet ist.
Verfahren zur Abstimmung einer Magnetresonanzspule, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Magnetresonanzspule mehrere mechanisch miteinander gekoppelte Kondensatoren aufweist, deren Kapazitäten gleichzeitig verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Magnetresonanzspule eine Birdcage-Spule ist, wobei die Birdcage-Spule zumindest einen Endring umfasst, der in Umfangsrichtung in mehrere Segmente eingeteilt ist, wobei die Magnetresonanzspule entsprechend der Segmente segmentweise abgestimmt wird.