DE10211567C1 - Hochfrequenzantenne für eine Magnetresonanzanlage - Google Patents
Hochfrequenzantenne für eine MagnetresonanzanlageInfo
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Abstract
Die Antenne weist ein Grundelement (10 und 11) mit zwei Endringen (11) und einer Anzahl von Antennenstäben (10) und einen Hochfrequenzspiegel (13) auf. Die Endringe (11) sind konzentrisch zu einer Antennenachse (12) und axial gegeneinander versetzt angeordnet. Die Antennenstäbe (10) sind um die Antennenachse (12) herum angeordnet und verbinden die Endringe (11). Der Hochfrequenzspiegel (13) ist induktiv an die Endringe (11) und die Antennstäbe (10) angekoppelt. Er begrenzt axial einseitig ein von der Antenne gesendetes Magnetresonanzanregungssignal und/oder ein von der Antenne empfangenes Magnetresonanzsignal.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochfrequenzantenne
für eine Magnetresonanzanlage, mit einem Grundelement,
- - wobei das Grundelement zwei Endringe und eine Anzahl von Antennenstäben aufweist,
- - wobei die Endringe konzentrisch zu einer Antennenachse und axial gegeneinander versetzt angeordnet sind,
- - wobei die Antennenstäbe um die Antennenachse herum angeord net sind und die Endringe miteinander verbinden.
Derartige Hochfrequenzantennen sind allgemein als Birdcage-
Resonatoren bekannt. Bei ihnen sind in den Endringen und/oder
den Antennenstäben Kondensatoren angeordnet. Die Hochfre
quenzantenne ist derart abgestimmt, dass sie bei einer vorbe
stimmten bzw. vorbestimmbaren Betriebsfrequenz der Hochfre
quenzantenne einen resonanten Schwingkreis bildet.
Auch aus der englischsprachigen Zusammenfassung der
JP 01 075 951 A und der EP 1 085 337 A sind derartige Hoch
frequenzantennen bekannt. Bei der JP-Schrift sind an einem
Endring die Antennenstäbe durch weitere Antennenstäbe, die in
der Ebene des Endrings verlaufen, kurzgeschlossen, um das
Empfindlichkeitsprofil der Antenne an dieser Seite zu homoge
nisieren. Bei der EP-Schrift weist die Hochfrequenzantenne
eine mit einem Stimmkondensator versehene verschiebbare Lei
terschleife auf, welche die Antennenstäbe umgibt und induktiv
an die Endringe angekoppelt ist, um so die Frequenz der An
tenne abzustimmen.
Durch von der Hochfrequenzantenne abgestrahlte Magnetfelder
werden Kernspins eines Untersuchungsobjekts (oftmals eines
Menschen) zu Resonanzen angeregt. Die Resonanzen werden dann
erfasst und ausgewertet. Die Erfassung der Resonanzsignale
kann dabei gegebenenfalls mit der selben Antenne erfolgen.
Die Hochfrequenzantenne kann alternativ als Ganzkörper- oder
als Lokalspule für die Kopf- oder Extremitätenuntersuchung
eines Menschen ausgebildet sein. Lokalspulen werden verwen
det, um bei der Bildgebung ein deutlich besseres Signal-
Rausch-Verhältnis zu erzielen als mit einer Global- oder
Ganzkörperantenne.
Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu optimieren, sind die Hoch
frequenzantennen für die unterschiedlichen Körperbereiche in
Geometrie und Sende- bzw. Empfangsprofil optimiert. Es sollte
eine möglichst gute geometrische Anpassung an die Anatomie
des Patienten erfolgen. Ferner ist ein möglichst hoher Füll
faktor der Spule anzustreben.
Bezüglich der Optimierung des Sende- bzw. Empfangsprofils
sind bei Lokalspulen des Standes der Technik stets Kompromis
se erforderlich. Für eine optimale Bildgebung wäre eine sich
nach hinten verjüngende Hochfrequenzantenne (sogenannte Fass
form) anzustreben. Eine derartige Hochfrequenzantenne weist
aber den Nachteil auf, dass sie unveränderlich und einseitig
geschlossen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Hochfrequenzantenne derart auszugestalten, dass mit ihr auf
einfache Weise ein hoher Füllgrad erreichbar ist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hochfrequenzantenne
einen Hochfrequenzspiegel aufweist, der von den Endringen und
den Antennenstäben galvanisch getrennt, aber induktiv an sie
angekoppelt ist, so dass ein von der Hochfrequenzantenne ge
sendetes Magnetresonanzanregungssignal und/oder ein von der
Hochfrequenzantenne empfangenes Magnetresonanzsignal axial
einseitig begrenzt wird.
Denn dadurch ist eine Variation der Positionierung des Hoch
frequenzspiegels möglich.
Bei verschiedenen Anwendungen, z. B. der Stereotaxie, wech
seln Untersuchungs- mit Behandlungsschritten ab. In diesem
Fall ist eine geschlossene Spulenform nicht möglich, da in
diesem Fall bei angelegter Spule kein Zugang zum Patienten
möglich ist.
Wenn der Hochfrequenzspiegel mechanisch lösbar mit dem Grund
element verbindbar ist, ist mit der Hochfrequenzantenne al
ternativ eine nahezu optimale Bildgebung oder ein freier Zu
gang zum Patienten erreichbar.
Denn bei mit dem Grundelement verbundenem Hochfrequenzspiegel
weist die Hochfrequenzantenne ein Sende- bzw. Empfangsprofil
auf, das fast das Profil der optimalen Fassform erreicht. Bei
entferntem Hochfrequenzspiegel hingegen bleibt der Zugang zum
Patienten erhalten.
Wenn der Hochfrequenzspiegel in mehreren Axialpositionen mit
dem Grundelement verbindbar ist, ist eine noch weitere Opti
mierung durch einen höheren Spulenausnutzungsgrad möglich.
Wenn der Hochfrequenzspiegel axial verschieblich mit dem
Grundelement verbindbar ist, ist sogar eine stufenlose Ver
stellung möglich.
Wenn die Antennenstäbe parallel zur Antennenachse verlaufen,
ist der Abstand des Hochfrequenzspiegels von den Antennenstä
ben unabhängig von seiner Axialpositionierung.
Die Anzahl von Antennenstäben beträgt bei der erfindungsgemä
ßen Hochfrequenzantenne typischerweise zwischen vier und
sechzehn. Meist ist sie auch gerade.
Der Hochfrequenzspiegel kann im einfachsten Fall als quer zur
Antennenachse verlaufende metallische Platte bzw. Schicht
ausgebildet sein. Wenn der Hochfrequenzspiegel als quer zur
Antennenachse verlaufendes System konzentrisch zur Antennen
achse verlaufender, galvanisch voneinander getrennter Leiter
bahnen ausgebildet ist, ergeben sich aber geringere nieder
frequente Wirbelströme.
Wenn im letztgenannten Fall die Leiterbahnen galvanisch un
terbrochen und durch Kondensatoren gebrückt sind und/oder die
Leiterbahnen untereinander mit Kondensatoren gebrückt sind,
werden die niederfrequenten Wirbelströme nach wie vor redu
ziert, obwohl die Leiterbahnen hochfrequenzmäßig kurzge
schlossen sind.
Im optimalen Fall ist der Hochfrequenzspiegel als um die An
tennenachse spiralförmig umlaufende Leiterbahn ausgebildet.
Auch bei dieser Ausgestaltung kann die Leiterbahn mit Konden
satoren radial gebrückt sein.
Aus Gründen der mechanischen Stabilität ist der Hochfrequenz
spiegel in der Regel auf einem elektrisch nicht leitenden
Träger angeordnet. Der Träger kann beispielsweise als Leiter
platte ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Hochfrequenzantenne ist vorzugsweise als
Kopfspule ausgebildet. In diesem Fall weist sie ein im we
sentlichen zylinderförmiges Untersuchungsvolumen mit einem
Durchmesser von 18 bis 30 cm und einer Länge von ebenfalls 18
bis 30 cm auf. Sie kann aber auch als Ganzkörperspule mit ei
nem Durchmesser von 50 bis 80 cm und einer Länge von 30 bis
150 cm ausgebildet sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin
dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
Fig. 1 eine Magnetresonanzanlage,
Fig. 2 eine Hochfrequenzantenne mit einem Hochfrequenz
spiegel in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 die Hochfrequenzantenne von Fig. 2 ohne Hochfre
quenzspiegel in der Seitenansicht und
Fig. 4-6 verschiedene Hochfrequenzspiegel.
Gemäß Fig. 1 weist eine Magnetresonanzanlage einen Untersu
chungsraum 1 auf. Mittels einer Patientenliege 2 ist ein
Mensch bzw. Patient 3 (allgemein: ein Untersuchungsobjekt 3)
in den Untersuchungsraum 1 einfahrbar.
Der Untersuchungsraum 1 ist von verschiedenen Magneten und
Magnetsystemen umgeben. Es handelt sich hierbei zunächst um
einen Grundmagneten 4. Der Grundmagnet 4 dient zur Erzeugung
eines homogenen Grundmagnetfeldes. Ferner ist ein Gradienten
magnetsystem 5 vorhanden. Mittels des Gradientenmagnetsystems
5 werden Gradientenfelder erzeugt, die zum Erzeugen sinnvoll
auswertbarer Magnetresonanzsignale erforderlich sind. Dann
weist das Magnetsystem noch eine Ganzkörperspule 6 auf. Die
Ganzkörperspule 6 ist als Hochfrequenzantenne ausgebildet.
Sie dient bei Betrieb als Sendeantenne zum Anregen von Mag
netresonanzsignalen im Untersuchungsobjekt 3. Bei Betrieb als
Empfangsantenne dient sie zum Empfang von zuvor angeregten
Magnetresonanzsignalen des Untersuchungsobjekts 3.
In das Innere des Untersuchungsraums 1 ist in der Regel noch
mindestens eine Lokalspule 7 einbringbar. Sie ist ebenfalls
als Hochfrequenzantenne ausgebildet. Sie dient in der Regel
zum lokalen Empfang von Magnetresonanzsignalen, die zuvor
mittels der Ganzkörperspule 6 angeregt wurden. Die Lokalspule
7 kann im Einzelfall aber ebenso wie die Ganzkörperspule 6
auch als Sendeantenne betrieben werden.
Der Grundmagnet 4, das Gradientenmagnetsystem 5 und die Spu
len 6, 7 sind schließlich noch von einem Schirmmagnet 8 umge
ben.
Das Gradientenmagnetsystem 5, und die Spulen 6, 7 sind mit
einer Steuer- und Auswerteeinheit 9 verbunden. Diese bewirkt
in bekannter Weise die geeignete Ansteuerung des Gradienten
magnetsystems 5 und der Spulen 6, 7, um Magnetresonanzsignale
anzuregen, zu empfangen und auszuwerten.
Gemäß Fig. 2 weist die Lokal-Hochfrequenzantenne 7 eine Anzahl
von Antennenstäben 10 sowie zwei Endringe 11 auf. Die Anten
nenstäbe 10 sind dabei gemäß Fig. 2 als Flachleiter mit einer
Breite zwischen 2 und 7 cm und eine Dicke zwischen 15 und 100 µm
ausgebildet. Sie sind in der Regel als auf Leiterplatten
angeordnete Leiterbahnen ausgebildet.
In den Antennenstäben 10 und/oder den Endringen 11 sind fer
ner Kondensatoren C angeordnet, mittels derer die Hochfre
quenzantenne 7 auf eine bestimmte Betriebsfrequenz abgestimmt
ist. Diese Kondensatoren C sind gemäß Fig. 2 in den Antennen
stäben 10 angeordnet. Dies ist im Rahmen der vorliegenden Er
findung aber von sekundärer Bedeutung.
Die Endringe 11 sind konzentrisch zu einer Antennenachse 12
angeordnet. Sie sind ersichtlich relativ zur Antennenachse 12
axial gegeneinander versetzt.
Die Antennenstäbe 10 verlaufen parallel zur Antennenachse 12.
Sie sind gleichmäßig verteilt um die Antennenachse 12 herum
angeordnet. Sie verbinden die Endringe 11 miteinander.
Gemäß Fig. 2 weist die Hochfrequenzantenne 7 ferner einen
Hochfrequenzspiegel 13 auf. Der Hochfrequenzspiegel 13 ist,
wie in Fig. 2 mittels eines Doppelpfeils 14 angedeutet ist,
relativ zu einem Grundelement, das aus den Endringen 11 und
den Antennenstäben 10 besteht, parallel zur Antennenachse 12
kontinuierlich (bzw. stufenlos) axial verschiebbar. In jeder
dieser Axialpositionen ist der Hochfrequenzspiegel 13 mit dem
Grundelement mechanisch verbindbar.
Mittels des Hochfrequenzspiegels 13 wird ein Hochfrequenz
feld, das normalerweise aus der Hochfrequenzantenne 7 heraus
quillt, wieder phasenrichtig in die Hochfrequenzantenne 7 zu
rückgedrückt. Das Sende- bzw. Empfangsprofil der Lokalspule 7
wird dadurch deutlich homogenisiert. Ein von der Hochfre
quenzantenne 7 gesendetes Magnetresonanzanregungssignal bzw.
ein von der Hochfrequenzantenne 7 empfangenes Magnetresonanz
signal wird also mittels des Hochfrequenzspiegels 13 axial
einseitig begrenzt.
Der Hochfrequenzspiegel 13 ist aber nicht nur relativ zum
Grundelement axial verschiebbar, er ist sogar von diesem me
chanisch lösbar. Er kann also abgenommen werden, so dass -
bei abgenommenem Hochfrequenzspiegel 13 - die Zugänglichkeit
auf das Spuleninnere erhalten bleibt.
Gemäß Fig. 2 weist die Hochfrequenzantenne 7 vier Antennenstä
be 10 auf. Die Anzahl von Antennenstäben 10 ist also gerade.
Die Hochfrequenzantenne 7 könnte aber auch mehr als vier An
tennenstäbe 10 aufweisen. Bei einer Lokalspule 7 beträgt die
Anzahl von Antennenstäben üblicherweise aber nicht mehr als
sechzehn. Vorzugsweise beträgt sie vier, acht oder zwölf.
Gemäß den Fig. 2 und 3 weist die Hochfrequenzantenne 7 (dort mit acht
Antennenstäben 10) ein im wesentlichen zylinderförmiges Un
tersuchungsvolumen V mit einer Länge l und einem Durchmesser
d auf. Je nach Zweckbestimmung der Lokalspule 7 weist sie da
bei eine typische Länge l und einen typischen Durchmesser d
auf.
Wenn die Lokalspule 7 als Kopfspule ausgebildet ist, liegen
die Länge l und der Durchmesser d in der selben Größenord
nung. Typisch sind Werte von l = 18. . .30 cm und d = 18. . .30 cm.
Meist gilt sogar, dass die Länge l und der Durchmesser d
gleich sind.
Bei einer Ganzkörperspule hingegen ist der Durchmesser d
deutlich größer. Sie weist beispielsweise typisch einen
Durchmesser d von 50. . .80 cm und eine Länge l von 30. . .150 cm
auf.
Gemäß Fig. 4 ist der Hochfrequenzspiegel 13 als quer zur An
tennenachse 12 verlaufende metallische Platte bzw. Schicht
ausgebildet. Er ist auf einer Leiterplatte 15 angeordnet, die
als elektrisch nicht leitender Träger 15 für den Hochfre
quenzspiegel 13 dient. Der Träger 15 steht dabei über den
Hochfrequenzspiegel 13 über. Der Hochfrequenzspiegel 13 ist
dadurch nur induktiv an die Endringe 11 und die Antennenstä
be 10 angekoppelt. Galvanisch ist er von ihnen getrennt. Der
Hochfrequenzspiegel 13 gemäß Fig. 4 ist einfach aufgebaut,
weist aber noch relativ hohe niederfrequente Wirbelströme
auf.
Auch der Hochfrequenzspiegel gemäß Fig. 5 ist auf einer Lei
terplatte 15 als elektrisch nicht leitender Träger 15 ange
ordnet. Der Hochfrequenzspiegel 13 von Fig. 5 ist aber als
System von Leiterbahnen 16 ausgebildet. Das System von Lei
terbahnen 16 verläuft quer zur Antennenachse 12. Die Leiter
bahnen 16 verlaufen konzentrisch zur Antennenachse 12. Sie
sind galvanisch voneinander getrennt. Ersichtlich sind die
Leiterbahnen 16 in sich galvanisch unterbrochen und an den
Unterbrechungsstellen durch Kondensatoren 17 überbrückt. Auch
sind die Leiterbahnen 16 untereinander mit Kondensatoren 18
gebrückt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 bewirkt bereits ei
ne recht gute Unterdrückung niederfrequenter Wirbelströme.
Die optimale Unterdrückung wird mit der Ausführungsform gemäß
Fig. 6 erreicht. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Hoch
frequenzspiegel 13 auf der Leiterplatte 15 angeordnet. Gemäß
Fig. 6 ist der Hochfrequenzspiegel 13 als einzige Leiterbahn
19 ausgebildet, die spiralförmig um die Antennenachse 12 um
läuft. Die einzelnen Windungen der Leiterbahn 19 sind dabei
mit Kondensatoren 20 radial gebrückt.
Der Hochfrequenzspiegel 13 und der Träger 15 bilden ein Zu
satzelement. Zum Verschieben und/oder Lösen des Hochfrequenz
spiegels 13 reicht es somit aus, das Zusatzelement als Ein
heit relativ zum Grundelement zu verschieben bzw. von ihm zu
lösen. Eine eventuell mögliche Demontage des Zusatzelements
ist nicht erforderlich. Auch kann sowohl das Verschieben als
auch das Lösen des Zusatzelements werkzeugfrei erfolgen. Der
Hochfrequenzspiegel 13 bzw. das Zusatzelement ist somit auch
ohne Demontage des Grundelements relativ zum Grundelement
verschiebbar bzw. vom ihm lösbar.
Aufgrund der Lösbarkeit des Hochfrequenzspiegels 13 ist die
erfindungsgemäße Hochfrequenzantenne 7 also wahlweise mit
oder ohne Hochfrequenzspiegel 13 betreibbar. Somit kann die
Hochfrequenzantenne 7 sowohl bei Anwendungsfällen eingesetzt
werden, bei denen es auf eine hohe Bildqualität ankommt, als
auch bei Anwendungsfällen, bei denen es auf eine freie Zu
gänglichkeit des Untersuchungsvolumens V ankommt.
Claims (16)
1. Hochfrequenzantenne für eine Magnetresonanzanlage, mit ei
nem Grundelement (10 + 11) und einem Hochfrequenzspiegel (13),
wobei das Grundelement (10 + 11) zwei Endringe (11) und eine Anzahl von Antennenstäben (10) aufweist,
wobei die Endringe (11) konzentrisch zu einer Antennenachse (12) und axial gegeneinander versetzt angeordnet sind,
wobei die Antennenstäbe (10) um die Antennenachse (12) her um angeordnet sind und die Endringe (11) miteinander ver binden,
wobei der Hochfrequenzspiegel (13) von den Endringen (11) und den Antennenstäben (10) galvanisch getrennt, aber in duktiv an sie angekoppelt ist, so dass ein von der Hochfre quenzantenne gesendetes Magnetresonanzanregungssignal und/oder ein von der Hochfrequenzantenne empfangenes Mag netresonanzsignal axial einseitig begrenzt wird.
wobei das Grundelement (10 + 11) zwei Endringe (11) und eine Anzahl von Antennenstäben (10) aufweist,
wobei die Endringe (11) konzentrisch zu einer Antennenachse (12) und axial gegeneinander versetzt angeordnet sind,
wobei die Antennenstäbe (10) um die Antennenachse (12) her um angeordnet sind und die Endringe (11) miteinander ver binden,
wobei der Hochfrequenzspiegel (13) von den Endringen (11) und den Antennenstäben (10) galvanisch getrennt, aber in duktiv an sie angekoppelt ist, so dass ein von der Hochfre quenzantenne gesendetes Magnetresonanzanregungssignal und/oder ein von der Hochfrequenzantenne empfangenes Mag netresonanzsignal axial einseitig begrenzt wird.
2. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) mechanisch lösbar mit dem
Grundelement (10 + 11) verbindbar ist.
3. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) in mehreren Axialpositionen
mit dem Grundelement (10 + 11) verbindbar ist.
4. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) axial verschieblich mit dem
Grundelement (10 + 11) verbindbar ist.
5. Hochfrequenzantenne nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antennenstäbe (10) parallel zur Antennenachse (12)
verlaufen.
6. Hochfrequenzantenne nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzahl von Antennenstäben (10) zwischen vier und
sechzehn beträgt.
7. Hochfrequenzantenne nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzahl von Antennenstäben (10) gerade ist.
8. Hochfrequenzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) als quer zur Antennenachse
(12) verlaufende metallische Platte (13) bzw. Schicht ausge
bildet ist.
9. Hochfrequenzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) als quer zur Antennenachse
(12) verlaufendes System konzentrisch zur Antennenachse (12)
verlaufender, galvanisch voneinander getrennter Leiterbahnen
(16) ausgebildet ist.
10. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterbahnen (16) galvanisch unterbrochen und durch
Kondensatoren (17) gebrückt sind.
11. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterbahnen (16) untereinander mit Kondensatoren
(18) gebrückt sind.
12. Hochfrequenzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) als um die Antennenachse
(12) spiralförmig umlaufende Leiterbahn (19) ausgebildet ist.
13. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leiterbahn (19) mit Kondensatoren (20) radial ge
brückt ist.
14. Hochfrequenzantenne nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hochfrequenzspiegel (13) auf einem elektrisch nicht
leitenden Träger (15) angeordnet ist.
15. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass der elektrisch nicht leitende Träger (15) als Leiter
platte (15) ausgebildet ist.
16. Hochfrequenzantenne nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie ein im wesentlichen zylinderförmiges Untersuchungs
volumen (V) aufweist und dass das Untersuchungsvolumen (V)
einen Durchmesser (d) von 50 bis 80 cm und eine Länge (l) von
30 bis 150 cm oder einen Durchmesser (d) von 18 bis 30 cm und
eine Länge (l) von 18 bis 30 cm aufweist.
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