DE10211567C1

DE10211567C1 - Hochfrequenzantenne für eine Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE10211567C1
Application number: DE10211567A
Authority: DE
Inventors: Helmut Greim
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-03-16
Also published as: CN1445558A; JP2003265438A; CN100449328C; NL1022936A1; US6795037B2; JP4347586B2; NL1022936C2; US20030222832A1

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

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.

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.