DE19615184C2 - Antennensystem für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennensystem für ein diagnosti­ sches Magnetresonanzgerät mit einem in einem Basisteil ange­ ordneten ersten Leiterstück und einer Anzahl von unterschied­ lich langen Brückenteilen mit zweiten Leiterstücken, mit an den Enden des Basisteils und der Brückenteile angeordneten elektrischen Verbindungsmitteln, die jeweils mit den Enden der Leiterstücke elektrisch verbunden sind, wobei das Basisteil und eines der Brückenteile über die elektrischen Verbindungs­ mittel zu einer ein Abbildungsvolumen umschließenden Antenne zusammensetzbar sind, deren Umfangslänge jeweils der Größe des Abbildungsvolumens anpaßbar ist.

Ein Antennensystem der eingangs genannten Art ist aus der US 4 897 604 bekannt. Das Antennensystem besteht aus ei­ nem Basisteil und unterschiedlich langen Brückenteilen, die jeweils über Steckverbindungen mit dem Basisteil zu einer An­ tenne zusammensetzbar sind. Die Antenne umschließt dann das Abbildungsvolumen. Angestrebt wird ein hoher Füllfaktor der Antenne zur Erzielung eines hohen Signal-Rauschverhältnisses. Je dichter die Antenne das Abbildungsvolumen umschließt, desto höher ist der Füllfaktor. Zu dem Antennensystem gehört eine Abstimm- und Anpaßeinheit, womit die Antenne auf die Ar­ beitsfrequenz abgestimmt und an den Wellenwiderstand angepaßt wird. Damit der Einstellbereich der Abstimm- und Anpaßeinheit durch die Verwendung von verschieden langen Brückenteilen nicht vergrößert wird, ist in die Brückenteile jeweils eine Kompensationskapazität eingefügt, die die Induktivität des im Brückenteil angeordneten Antennenleiterstücks bei der Ar­ beitsfrequenz kompensiert. Der Einstellbereich ist damit wie bei nicht an die Größe des Abbildungsvolumens anpaßbaren An­ tennen nur noch durch einen unterschiedlichen Einfluß eines Patienten auf die Antenne bestimmt. Dies wird jedoch erkauft durch einen aufwendigen Aufbau der Brückenteile. Das Einfügen der Kapazität in das Leiterstück des Brückenteils erfordert zusätzliche Fertigungs- und Abgleichschritte.

Aus der US 4,733,190 ist eine Lokalantenne bekannt, die zwei zueinander axial beabstandete Antennenmodule umfaßt. Das Abbildungsvolumen befindet sich zwischen den beiden Antennen­ modulen. Die Antennenmodule können in verschiedenen Abständen zueinander auf ein Basisteil gesteckt werden. Dazu besitzt das Basisteil eine Anzahl von Steckbuchsen, die mit Kondensa­ toren verbunden sind. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren sind so gewählt, das sie Verschiebungen der Resonanzfrequenz, die von den verschiedenen Abständen der Antennenmodule her­ rühren, kompensieren. Es können auch verschieden große Anten­ nenmodule in das Basisteil eingesetzt werden, vorausgesetzt die Antennenmodule selbst sind auf dieselbe Resonanzfrequenz abgestimmt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Antennen­ system anzugeben, bei dem die Länge durch verschieden lange und einfach aufgebaute Brückenteile an die Größe des Unter­ suchungsgebiets anpaßbar ist, wobei der Einstellbereich der Abstimm- und Anpaßschaltung unabhängig von der Länge der ein­ setzbaren Brückenteile bleibt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das mit einem ersten En­ de des Basisteils verbundene elektrische Verbindungsmittel eine Anzahl von Kontakten aufweist, die der Anzahl der unter­ schiedlichen Brückenteile entspricht, wobei jedem der unter­ schiedlichen Brückenteile einer der Kontakte zugewiesen ist, daß zwischen dem ersten Ende des ersten Leiterstücks und den Kontakten ein Netzwerk aus kapazitiven Elementen angeordnet ist und daß das Netzwerk so ausgebildet ist, daß eine von den beiden Leiterstücken und dem Netzwerk gebildete Gesamtimpe­ danz für alle Brückenteile im wesentlichen gleich groß ist. Damit lassen sich die Brückenteile ohne zusätzliche Bearbei­ tungsschritte bei der Fertigung kostengünstig herstellen. Zu­ dem ist der elektrische Antennenabgleich unkritisch und für eine Serienproduktion gut geeignet. Aufgrund des einfachen Brückenaufbaus sind fertigungsbedingte Toleranzen so gering, daß keine Nachjustage im Prüffeld erforderlich ist. Wegen des einfachen Aufbaus sind die Brückenteile zudem gut handhabbar und robust.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Abstimm- und Anpaßeinheit am Basisteil angeordnet ist und daß das Netzwerk mit der Abstimm- und Anpaßeinheit eine bauliche Einheit bildet. Damit sind alle zusätzlich zu den Leiterstücken benötigten elektrischen Bauteile in einer Einheit angeordnet, die als Ganzes gefertigt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß im Basisteil weitere Leiterstücke angeordnet sind, deren Enden jeweils mit weiteren Kontakten der elektrischen Verbindungsmittel verbunden sind, daß in weiteren Brückentei­ len jeweils eine unterschiedliche Anzahl von weiteren Leiter­ stücken angeordnet ist, deren Enden jeweils mit weiteren Kontakten der elektrischen Verbindungselemente verbunden sind und die jeweils mit einem im Basisteil angeordneten Leiter­ stück eine weitere Windung der Antenne bilden, und daß in den im Basisteil angeordneten Leiterstücken jeweils ein kapaziti­ ves Element eingefügt ist zur weitgehenden Kompensation des durch die Windung gebildeten Anteils an der Gesamtimpedanz der Antenne. Der Durchmesser der das Abbildungsvolumen um­ schließenden Antenne zusammen mit der Anzahl der Windungen hat einen großen Einfluß auf das magnetische Feld und die Gü­ te der Antenne und somit auch auf die Bildqualität. So wird bei einem kleinen Durchmesser eine größere Anzahl von Windun­ gen zur Erzielung der bestmöglichen Bildqualität benötigt als bei einem großen Spulendurchmesser. Im Basisteil ist jeweils ein Teil der Windung als Leiterstück angeordnet, das in Ab­ hängigkeit von der Länge des Brückenteils durch eine im Brückenteil angeordnete Anzahl von weiteren Teilen der Windung zu vollständigen Windungen ergänzt wird. Die nicht benötigten Leiterstücke im Basisteil sind nicht angeschlossen und stören das Bildgebungsverhalten der Antenne nicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vier Figuren er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Antennensystems mit varia­ blen Durchmesser,

Fig. 2 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung das ein Antennensystem mit einem kurzen und im Vergleich dazu ein Antennensystem mit einem langen Brückenteil,

Fig. 3 in einer Draufsicht ein kurzes und ein langes Brücken­ teil mit symmetrischem und gegen Vertausch sicherem Aufbau

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild eines Antennensystems mit zusätz­ lich anpaßbaren Windungszahlen.

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild des erfindungsge­ mäßen Antennensystems zeigt ein Basisteil 2 mit drei ver­ schieden langen Brückenteilen 4, 6, 8. Das Basisteil 2 und die Brückenteile 4, 6, 8 sind zumindest teilweise flexibel ausge­ bildet. Ein im Basisteil als Teil der Antenne angeordnetes erstes Leiterstück 10 ist durch eine gleichwirkende Indukti­ vität L dargestellt. In den Brückenteilen 4, 6, 8 sind als wei­ teres Teil der Antenne jeweils unterschiedlich lange, zweite Leiterstücke 12, 14, 16 angeordnet, die durch entsprechende In­ duktivitäten L_B1, L_B2 und L_B3 dargestellt sind. An den Enden des Basisteils 2 sind stiftförmige elektrische Verbindungsmittel 18 und an den Enden der Brückenteile 4, 6, 8 sind entsprechende buchsenförmige Verbindungsmittel 20 angeordnet, so daß das Basisteil mit jeweils einem Brückenteil 4, 6 oder 8 über die Steckverbindungen 18, 20 zu einer Antenne zusammengesetzt wer­ den kann, die ein Abbildungsvolumen umschließt. Die Umfangs­ länge der Antenne ist durch Auswahl eines der Brückenteile 4, 6, 8 an die Größe des Abbildungsvolumens anpaßbar.

Zur Kompensation der durch die unterschiedlichen Längen gege­ benen Induktivitäten L_B1, L_B2 und L_B3 der Brückenteile 12, 14, 16 ist am Basisteil 2 ein aus kapazitiven Elementen C_V1, C_V2, C_V3 gebildetes Netzwerk 21 angeordnet. Das Netzwerk 21 ist zwi­ schen einem Ende des im Basisteil 2 angeordneten Leiterstücks 10 und jeweils einem Kontaktstift 18.1, 18.2, 18.3 geschal­ tet. Die Anzahl der Kontaktstifte stimmt mit der Anzahl der Brückenteile 4, 6, 8 überein, wobei jedem Kontaktstift ein Brückenteil zugeordnet ist. An dem Kontaktstift 18.1 wird über eine entsprechende Kontaktbuchse 20.1 das erste Brücken­ teil 4 angeschlossen, an dem Kontaktstift 18.2 wird über eine entsprechende Kontaktbuchse 20.2 das zweite Brückenteil 6 an­ geschlossen, und an dem Kontaktstift 18.3 wird über eine ent­ sprechende Kontaktbuchse 20.3 das Brückenteil 8 angeschlos­ sen. Das Netzwerk 21. ist hier so aufgebaut, daß von dem Ende des Leiterstücks 10 jeweils ein unabhängiger Strompfad zu ei­ nem der Kontaktstifte 18.1, 18.2, 18.3 führt. Die im Strom­ kreis der Brückenteile 4, 6, 8 jeweils liegende Kapazität C_V1, C_V2, C_V3 ist so bemessen, daß eine an Signalanschlüssen 22 der Antenne wirksame Gesamtimpedanz für alle mit dem Basis­ teil 2 verbundenen Brückenteile 4, 6, 8 im wesentlichen gleich groß ist. Damit können die Abstimmelemente einer Abstimm- und Anpaßschaltung 24, bestehend aus Kondensatoren C_S, C_P11, C_P12 und C_P2 so bemessen werden, daß nur durch Patienten bedingte Ab­ weichungen von den Nennwerten ausgeglichen werden müssen. Die unterschiedlichen Längen der Leiterstücke 12, 14, 16 in den Brückenteilen 4, 6, 8 haben keinen Einfluß auf den Einstellbe­ reich der Abstimm- und Anpaßschaltung 24.

Damit die Brückenteile 4, 6, 8 beliebig an das Basisteil 2 ge­ steckt werden können, ist das andere Ende des Leiterstücks 10 ebenfalls an gleich angeordnete Kontaktstifte 18.1, 18.2, 18.3 angeschlossen. Die Leiterstücke 12, 14, 16 in den Brücken­ teilen 4, 6, 8 sind beidseitig jeweils mit gleich angeordneten Buchsenkontakten verbunden, z. B. ist im Brückenteil 4 das Leiterstück 12 beidseitig an Kontaktbuchsen 20.1 angeschlos­ sen, usw.

In Fig. 1 ist das Antennensystem mit drei Brückenteilen 4, 6, 8 dargestellt. Das dabei benutzte Prinzip läßt sich jedoch - bei gleichem Einstellbereich der Abstimm- und Anpaßschal­ tung - auch auf weitere Brückenteile unterschiedlicher Länge übertragen.

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht in axialer Richtung das erfindungsgemäße Antennensystem mit einem kurzen Brückenteil 4 und einem längeren Brückenteil 6. Die von dem Basisteil 2 und dem kurzen Brückenteil 4 gebildete Antenne umschließt ein kleines Abbildungsvolumen 26, während die vom Basisteil 2 und dem größeren Brückenteil 6 gebildete Antenne ein größeres Ab­ bildungsvolumen umschließt. Das Netzwerk 21 aus kapazitiven Elementen ist in unmittelbarer Nähe der stiftförmigen elek­ trischen Verbindungselemente 18 in der Abstimm- und Anpaß­ einheit 24 an Basisteil 2 angeordnet.

Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungsform des kleinen Brückenteils 4 und des großen Brückenteils 8. Auf beiden Brückenteilen 4, 8 ist das Leiterstück 12 bzw. 16 als Bandleiter ausgebildet, dessen Enden jeweils mit den Verbin­ dungselementen 20 elektrisch verbunden ist. Im kurzen Brückenteil 4 ist das Leiterstück 12 mit den Kontakten 20.1 ver­ bunden, im langen Brückenteil 8 ist das lange Leiterstück 16 mit den Kontakten 20.3 verbunden.

Fig. 3 läßt auch erkennen, daß die Enden der Brückenteile 4, 6, 8 beliebig an das Basisteil 2 angesteckt werden können, ohne die eine richtige Zuordnung zu den entsprechenden Kom­ pensationskondensatoren C_V1, C_V2, C_V3 zu beeinträchtigen.

Die Leiterstücke 12, 14, 16 selbst sind flexibel ausgebildet und auf einem flexiblen Träger 28 aus Kunststoffmaterial an­ geordnet.

Fig. 4 zeigt das Prinzipschaltbild eines Antennensystems, bei dem zusätzlich zum Durchmesser der Antenne auch die Windungs­ zahl entsprechend an die Größe des Abbildungsvolumens 26 an­ gepaßt werden kann. Sowohl der Spulendurchmesser als auch die Anzahl der elektrischen Windungen hat großen Einfluß auf das magnetische Feld und die Güte der Antenne und somit auch auf die Bildqualität. Als wichtigstes Kriterium für die Wahl der Windungszahl der Antenne dient die Antennengüte. Es gibt je­ doch Übergangsbereiche des Durchmessers der Antenne, bei de­ nen zwei verschiedene Windungszahlen einen gleichen Gütewert liefern. Dann können andere Parameter für die Auswahl heran­ gezogen werden. Beispielsweise kann bei gleichem Durchmesser der Antenne durch unterschiedliche Windungszahlen die Form des Abbildungsvolumens beeinflußt werden. Eine größere Anzahl von Windungen bedeutet eine größere Ausdehnung des Abbil­ dungsvolumens in axialer Richtung der Antenne.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Antennensystem mit variabler Windungszahl sind in einem Basisteil 2A parallel zum Leiter­ stück 10 weitere Leiterstücke 10.1, 10.2 und 10.3 angeordnet. Die Anzahl der weiteren Leiterstücke 10.1, 10.2, 10.3 ist durch die maximale Windungszahl der Antenne vorgegeben. Die Leiterstücke 10.1, 10.2, 10.3 sind endseitig jeweils mit ei­ nem Kontaktstift 18.4, 18.5, 18.6 der elektrischen Verbin­ dungselemente 18 verbunden. Zusätzlich zu den schon anhand von Fig. 1 beschriebenen Brückenteilen 4, 6, 8 sind weitere Brückenteile 4.1, 4.2 mit gleicher Länge wie das Brückenteil 4 und ein weiteres Brückenteil 6.1 mit gleicher Länge wie das Brückenteil 6 an das Basisteil 2A anschließbar. Die Brücken­ teile 4.1, 4.2, 6.1 umfassen weitere Leiterstücke 12.1, 12.2, 14.1, die parallel zu den Leiterstücken 12 bzw. 14 angeordnet sind.

In den Brückenteilen 4.1, 4.2, 6.1 sind die Leiterstücke 12, 12.1, 12.2 und 6, 6.1 so mit den Kontaktbuchsen 20 verbunden, daß sie mit den zusätzlichen Leiterstücken 10.1, 10.2, 10.3 weitere Windungen bilden. Beispielsweise bildet das Brücken­ teil 4.1 mit dem Basisteil 2A eine Antenne mit zwei Windun­ gen, wobei die erste Windung vom Leiterstück 12 mit dem Lei­ terstück 10.1 und die zweite Windung vom Leiterstück 12.1 mit dem Leiterstück 10 gebildet wird. Mit dem Brückenteil 4.2 wird eine Antenne mit drei Windungen gebildet. Mit dem Brückenteil 6.1 läßt sich eine größere Antenne mit zwei Windungen bilden. Auch hier ist die Belegung der Kontakte in den Ver­ bindungsmitteln 18, 20 so, daß die Brücken 4.1, 4.2, 6.1 be­ liebig auf das Basisteil gesteckt werden können.

Der Einfluß der zusätzlichen Windungen oder der Leiterstücke 10.1, 10.2, 10.3, 12.1, 12.2, 14.1 auf das elektrische Ver­ halten der Antenne wird durch in der Abstimm- und Anpaßschal­ tung 24 angeordnete, und in Reihe mit den Leiterstücken 10.1, 10.2, 10.3 geschaltete Kapazitäten C₁, C₂, C₃ im wesentlichen kompensiert. Der Einstellbereich der Abstimmelemente in der Abstimm- und Anpaßschaltung 24 bleibt daher auch bei variab­ len windungszahlen im wesentlichen gleich.

Claims (8)

1. Antennensystem für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät mit einem in einem Basisteil (2, 2A) angeordneten ersten Lei­ terstück (10) und einer Anzahl von unterschiedlich langen Brückenteilen (4, 6, 8) mit zweiten Leiterstücken (12, 14, 16), mit an den Enden des Basisteils (2, 2A) und der Brückenteile (4, 6, 8) angeordneten elektrischen Verbindungsmitteln (18 bzw. 20), die jeweils mit den Enden der Leiterstücke (10, 12, 14, 16) elektrisch verbunden sind, wobei das Basisteil (2, 2A) und ei­ nes der Brückenteile (4, 6, 8) über die elektrischen Verbin­ dungsmittel (18, 20) zu einer ein Abbildungsvolumen (26) um­ schließenden Antenne zusammensetzbar sind, deren Umfangslänge jeweils der Größe des Abbildungsvolumens (26) anpaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem ersten Ende des Basisteils (2, 2A) verbundene elektri­ sche Verbindungsmittel (18) eine Anzahl von Kontakten (18.1, 18.2, 18.3) aufweist, die der Anzahl der unterschiedlichen Brückenteile (4, 6, 8) entspricht, wobei jedem der unterschied­ lichen Brückenteile (4, 6, 8) einer der Kontakte (18.1, 18.2, 18.3) zugewiesen ist, daß zwischen dem ersten Ende des ersten Leiterstücks (10) und den Kontakten (18.1, 18.2, 18.3) ein Netzwerk (21) aus kapazitiven Elementen angeordnet ist und daß das Netzwerk (21) so ausgebildet ist, daß eine von den beiden Leiterstücken (10; 12, 14, 16) und dem Netzwerk (21) ge­ bildete Gesamtimpedanz für alle Brückenteile (4, 6, 8) im we­ sentlichen gleich groß ist.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungs­ mittel (18, 20) als Steckverbindungen ausgebildet sind.

3. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elek­ trischen Verbindungsmittel (18, 20) an beiden Enden des Basis­ teils (2, 2A) und entsprechend an beiden Enden der Brückentei­ le (4, 6, 8) eine gleiche Anzahl von Kontakten aufweisen und daß die Enden der zweiten Leiterstücke (12, 14, 16) entsprech­ end der Zuordnung zum Netzwerk (21) in den beiden Verbin­ dungsmitteln (18, 20) gleich verbunden sind.

4. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Signalan­ schlüsse (22) der Antenne am Basisteil (2, 2A) angeordnet sind.

5. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ab­ stimm- und Anpaßeinheit (24) am Basisteil (2, 2A) angeordnet ist und daß das Netzwerk (21) mit der Abstimm- und Anpaßein­ heit (24) eine bauliche Einheit bildet.

6. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Basis­ teil (2A) weitere Leiterstücke (10.1, 10.2, 10.3) angeordnet sind, deren Enden jeweils mit weiteren Kontakten (18.4, 18.5, 18.6) der elektrischen Verbindungsmittel verbunden sind, daß in weiteren Brückenteilen (4.1, 4.2, 6.1) jeweils eine unter­ schiedliche Anzahl von weiteren Leiterstücken (12.1, 12.2, 14.1) angeordnet ist, deren Enden jeweils mit weiteren Kon­ takten (20.4, 20.5) der elektrischen Verbindungselemente (20) verbunden sind und die jeweils mit einem der im Basisteil (2A) angeordneten Leiterstücke (10, 10.1, 10.2, 10.3) eine weitere Windung der Antenne bilden, und daß in den im Basis­ teil (2A) angeordneten Leiterstücken jeweils ein kapazitives Element eingefügt ist zur weitgehenden Kompensation des durch die Windung oder Windungen gebildeten Anteils an der Gesamt­ impedanz der Antenne.

7. Antennensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Elemente mit der Abstimm- und Anpaßeinheit (24) eine bauliche Einheit bil­ den.

8. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Basis­ teil (2, 2A) und die Brückenteile (4, 4.1, 4.2, 6, 6.1, 8) zu­ mindest teilweise flexibel ausgebildet sind.