DE19732783C1

DE19732783C1 - HF-Spulensystem für eine MR-Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE19732783C1
Application number: DE19732783A
Authority: DE
Inventors: Bertold Dipl Phys Knuettel
Original assignee: Bruker Medizintechnik GmbH
Current assignee: Bruker Biospin MRI GmbH
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1997-07-30
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2017-07-31
Also published as: US6060883A; GB2329474A; GB9816456D0; GB2329474B

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz(HF)-Spulensystem für eine Kernspinresonanz(MR)-Meßeinrichtung, insbesondere ei nen MR-Tomographen, die ein Magnetspulensystem zur Erzeu gung eines homogenen Magnetfelds längs einer z-Achse in ei nem Meßvolumen innerhalb der MR-Meßeinrichtung sowie ggf. ein Gradientenspulensystem zur Erzeugung von vorzugsweise linearen magnetischen Feldgradienten im Meßvolumen aufweist, wobei das HF-Spulensystem aus zwei Teilsystemen aufgebaut ist, die i. w. spiegelbildlich zu einer das Zentrum des Meß volumens enthaltenden Ebene z = 0 angeordnet sind und je weils einen Abstand von der Ebene z = 0 aufweisen.

Ein solches HF-Spulensystem für einen MR-Tomographen ist beispielsweise bekannt aus der DE 41 04 079 A1.

Herkömmliche HF-Spulensysteme, wie sie z. B. in der US 4,939,465 beschrieben sind, sind axial durchgängig aufge baut, so daß ein seitlicher Zugang durch das HF-Spulensystem zum Untersuchungsvolumen nur schwerlich möglich ist. Daher können mit solchen herkömmlichen HF-Spulensystemen bei spielsweise nur äußerst schwierig minimal-invasive Eingriffe bei einem Patienten in einem Tomographen von der Seite her vorgenommen werden, weil immer Hindernisse wie Stege, Stäbe und andere Spulenteile des HF-Spulensystems im Wege stehen. Ebenso ist es wünschenswert, Justierringe, Fixierringe oder Tragringe, die beispielsweise Biopsienadeln, Laservorrich tungen zum Koagulieren, chirurgisches Besteck und derglei chen tragen können oder die genaue Positionsbestimmung bzw. Positionierung des Untersuchungsobjekts in der MR-Meßein richtung ermöglichen, im HF-Spulensystem zu integrieren, so daß das HF-Spulensystem mit seinem minimalen radialen Ab stand von der z-Achse möglichst nahe an die Oberfläche des Meßobjekts heranreichen kann.

Eine zweigeteilte HF-Spulenanordnung mit seitlicher Zu griffsmöglichkeit ist beispielsweise aus der DE 44 08 761 A1 bekannt. Eine mit der in der eingangs zitierten DE 41 04 079 A1 beschriebenen Spulenanordnung vergleichbare Anordnung, die jeweils ebenfalls aus zwei axial getrennten Teilsystemen aufgebaut ist, ist auch der WO 91/00 528 A1 oder der DE 44 38 584 A1 zu entnehmen.

Sämtlichen bekannten HF-Spulenanordnungen mit seitlicher Zu griffsmöglichkeit ist jedoch gemein, daß sie durch die axia le Lücke zwischen den beiden Teilsystemen im Betrieb einen Feldabfall im Meßvolumen und damit eine beträchtliche Stö rung der Magnetfeldhomogenität hervorrufen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein HF-Spu lensystem der eingangs beschriebenen Art mit seitlicher Zu griffsmöglichkeit in radialer Richtung auf das Untersu chungsvolumen vorzustellen, bei dem der durch die axiale Lücke zwischen den Teilsystemen hervorgerufene Feldabfall im Untersuchungsvolumen homogenisiert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedes Teilsystem an seinem der Ebene z = 0 zugewandten axialen En de einen Kompensationsabschnitt zur Homogenisierung des durch die axiale Lücke zwischen den Teilsystemen gegenüber einem axial durchgehenden, ungeteilten HF-Spulensystem her vorgerufenen HF-Feldabfalls im Meßvolumen aufweist.

Die erfindungsgemäß in zwei Teilsysteme mit endlichem axia lem Abstand g voneinander aufgespaltene HF-Spule erlaubt so wohl einen ungehinderten radialen seitlichen Zugriff von au ßen auf das Untersuchungsvolumen im Inneren der Spule als auch die Integration von Bauteilen, insbesondere ringartigen Bauteilen innerhalb des Spaltes des HF-Spulensystems. Der jeweils dem Spalt zugewandte Kompensationsabschnitt an dem entsprechenden axialen Ende jedes Teilsystems sorgt für eine Homogenisierung der durch den Spalt zwischen den Teilsyste men hervorgerufenen Deformation des HF-Felds im Untersu chungsvolumen.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungs gemäßen HF-Spulensystems, bei der im Kompensationsabschnitt zumindest Teile des HF-Spulensystems einen größeren radialen Abstand von der z-Achse aufweisen als im Bereich außerhalb des Kompensationsabschnitts. Theoretische Rechnungen haben gezeigt, daß dadurch eine besonders gute Homogenisierung des durch den Spalt erzeugten Feldeffekts mit einfachen Mitteln erreicht werden kann.

Eine konstruktiv besonders einfache Weiterentwicklung dieser Ausführungsform enthält Teilsysteme, die im Bereich des je weiligen Kompensationsabschnitts radial nach außen abge kröpft sind.

Alternativ dazu kann bei einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen sein, daß die Teilsysteme im Bereich des jeweili gen Kompensationsabschnitts sich zur Ebene z = 0 hin stetig, vorzugsweise kegelförmig, radial nach außen öffnen. Diese Geometrie ist baulich nicht wesentlich komplizierter als nach außen radial abgekröpfte Kompensationsabschnitte, er weist sich jedoch als noch vorteilhafter im Hinblick auf die zu erzielende Homogenisierung des HF-Feldeffekts im Untersu chungsvolumen aufgrund des axialen Spaltes zwischen den Teilsystemen.

Die Teilsysteme können bei Ausführungsformen des erfindungs gemäßen HF-Spulensystem als durch den jeweiligen Kompensati onsabschnitt modifizierte Käfigresonatoren ausgeführt sein. Derartige durchgängige Käfigresonatoren ohne Spalt sind bei spielsweise aus US 4,939,465 an sich bekannt.

Alternativ können bei einer weiteren Ausführungsform die beiden Teilsysteme zusammen ein sattelförmig um die z-Achse angeordnetes, symmetrisch zur zy-Ebene, zur xy-Ebene und zur zx-Ebene eines kartesischen x-, y-, z-Koordinatensystems verlaufendes Spulensystem bilden. Sattelförmige HF-Spulensy steme für MR-Meßeinrichtungen sind beispielsweise aus S. C. Bushony, Magnetic Resonance Imaging, Mosby, S. 152, 1996 an sich bekannt, weisen jedoch nicht den erfindungsge mäßen axialen Spalt auf.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungs gemäßen HF-Spulensystems, bei der die beiden Teilsysteme trennbar sind, was einerseits die Montage erleichtert, ande rerseits auch für die Positionierung eines Meßobjekts von Vorteil sein kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die beiden Teilsy steme in axialer Richtung relativ zueinander beweglich. Auf diese Weise kann unter anderem eine optimale relative Stel lung der beiden Teilsysteme gegeneinander sowie auch relativ zu den umgebenden Teilen der MR-Meßeinrichtung durch ent sprechendes axiales Verschieben der beiden Teilsysteme ge funden werden.

Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der die Teil systeme aufklappbar sind, zumindest eines der beiden Teilsy steme. Dadurch kann beispielsweise das Untersuchungsobjekt bzw. ein zu untersuchender Patient leichter in das Untersu chungsvolumen eingebracht werden. Außerdem können gegebenen falls im erfindungsgemäßen HF-Spulensystem integrierte Ju stierringe, Fixierringe oder andere ringförmige Trageinrich tungen für während der MR-Messung benötigte Gerätschaften jederzeit leicht gegen andere ausgetauscht werden.

Eine Weiterbildung der beiden zuletzt genannten Ausführungs formen der Erfindung sieht vor, daß ein Teilsystem starr mit der MR-Meßeinrichtung verbunden ist, während das andere re lativ zur MR-Meßeinrichtung beweglich ist. Dies läßt sich baulich besonders einfach realisieren, da nur eines der bei den Teilsysteme beweglich ausgestaltet werden muß.

Alternativ dazu können aber auch beide Teilsysteme relativ zur MR-Meßeinrichtung beweglich ausgestaltet sein, um grö ßere Freiheitsgrade bei der Montage, Justage und sonstigen Handhabung des erfindungsgemäßen HF-Spulensystems zu eröff nen.

Theoretische Berechnungen haben ergeben, daß es vorteilhaft, aber nicht zwingend ist, wenn bei einem erfindungsgemäßen HF-Spulensystem für das Verhältnis des axialen Abstandes g der beiden Teilsysteme des HF-Spulensystems voneinander zur jeweiligen axialen Länge l jedes der beiden Teilsysteme gilt: 1/4 ≦ g/l ≦ 1/2, vorzugsweise g/l ≈ 1/3.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn für das Verhältnis des mini malen radialen Abstands r_min der Teilsysteme des HF-Spulen systems von der z-Achse zum maximalen radialen Abstand r_max gilt: 0,7 ≦ r_min/r_max≦ 0,9, vorzugsweise r_min/r_max ≈ 0,8.

Weiterhin hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn für das Verhältnis der axialen Länge l₁ eines Teilsysstems des HF- Spulensystem im Bereich außerhalb des Kompensationsab schnitts zur axialen Länge l₂ des Kompensationsabschnitts gilt: 5 ≦ l₁/l₂≦ 10, vorzugsweise l₁/l₂ ≈ 7.

Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen HF-Spulensystems sind die beiden Teilsysteme des HF-Spulen systems jeweils radial von einer Abschirmung umgeben. Da durch wird der Resonator mathematisch präzise definiert und der Außenraum praktisch HF-feldfrei.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Aus führungsform umfassen die Abschirmungen an ihrem der axialen Lücke zugewandten Ende einen Kompensationsabschnitt, der zu mindest teilweise einen größeren radialen Abstand von der z-Achse aufweist als die jeweilige Abschirmung im Bereich außerhalb des Kompensationsabschnitts. Durch die Angleichung der Geometrie der Abschirmungen an die Geometrie der beiden Teilsysteme des HF-Spulensystems kann die Abschirmwirkung optimiert werden.

Vorteilhafterweise gilt für das Verhältnis des axialen Ab stands G der beiden Abschirmungen voneinander zur jeweiligen axialen Länge L jeder der beiden Abschirmungen: 1/5 ≦ G/L ≦ 1/3, vorzugsweise G/L ≈ 1/4.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn für das Verhältnis des mini malen radialen Abstands R_min einer Abschirmung von der z-Achse zum maximalen radialen Abstand R_max gilt: 0,7 ≦ R_min/R_max ≦ 0,9, vorzugsweise R_min/R_max ≈ 0,85.

Bei einer Abschirmung mit Kompensationsabschnitt hat sich für das Verhältnis der axialen Länge L₁ der Abschirmung im Bereich außerhalb des Kompensationsabschnitts zur axialen Länge L₂ des Kompensationsabschnitts ein Bereich 7 ≦ L₁/L₂ ≦ 15, vorzugsweise L₁/L₂ ≈ 11 als günstig heraus gestellt.

Für das Verhältnis des minimalen radialen Abstands R_min ei ner Abschirmung von der z-Achse zum minimalen radialen Ab stand r_min des abgeschirmten Teilsystems des erfindungsgemä ßen HF-Spulensystems von der z-Achse sollten günstigerweise Werte im Bereich 1,1 ≦ R_min/r_min ≦ 1,2, vorzugsweise R_min/r_min ≈ 1,15 gewählt werden.

Vorteilhaft ist es auch, wenn für das Verhältnis der axialen Länge l eines Teilsystems des HF-Spulensystems zur axialen Länge L einer Abschirmung gilt: 0,5 ≦ l/L ≦ 0,9, vorzugswei se l/L ≈ 2/3.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindunsgemä ßen HF-Spulensystems zeichnet sich dadurch aus, daß in der axialen Lücke zwischen den beiden Teilsystemen ein Tragring mit einem oder mehreren Manipulatoren, beispielsweise einer Sonde, einem Katheder, einer Biopsienadel, einem chirurgi schen Besteck für minimalinvasive Eingriffe, einer Laservor richtung zum Koagulieren von Gewebe etc., vorgesehen ist, mit denen Manipulationen im Meßvolumen von außerhalb gesteu ert werden können.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform enthält der Tragring eine Einrichtung zum Fixieren des zu untersuchenden Meßobjekts.

Der Tragring kann auch eine Einrichtung zum Justieren eines oder mehrerer Manipulatoren relativ zum Meßobjekt aufweisen.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein HF- Spulensystem der erfindungsgemäßen Art, bei dem in der axia len Lücke zwischen den beiden Teilsystemen ein Detektorring für die Positron-Emissions-Tomographie (PET) vorgesehen ist. Einrichtungen für kombinierte MR- und PET-Messungen sind beispielsweise in der US 4,939,464 beschrieben. Allerdings umgibt bei der bekannten Apparatur der PET-Ring die HF-Spu le, was einerseits zu einem schlechten Füllfaktor der PET- Einheit, andererseits zu einer Behinderung der PET-Messung durch den HF-Resonator führt. Das erfindungsgemäße HF-Spu lensystem erlaubt eine funktionelle MRI-Messung simultan mit einer PET-Messung aufgrund des in den Spalt zwischen den beiden Teilsystemen des HF-Spulensystems eingebauten Minia tur-PET-Detektorrings erlaubt. Dadurch können die beiden konkurrierenden Komplementärtechniken ihre gegenseitigen Nachteile ausgleichen, während ihre Vorteile voll zum Tragen kommen.

Ganz besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen HF-Spulensystems bei der das Magnetspulen system und ggf. das Gradientenspulensystem im Betriebszu stand sowohl einen axialen als auch einen radialen bzw. schrägen Zugang zum Meßvolumen in einem Winkelbereich um ei ne Achse senkrecht zur z-Achse offen läßt. Dadurch wird ins besondere ein durchgängiger Zugang von außerhalb der MR- Meßeinrichtung bis zum Untersuchungsvolumen freigelassen, der beispielsweise minimal-invasive Eingriffe simultan zur MR-Tomographie eines zu behandelnden Patienten ermöglicht.

MR-Magnetsysteme, insbesondere für die MR-Tomographie, die einen ausreichenden seitlichen Zugang zum Untersuchungsvolu men von außen her zulassen, sind beispielsweise aus US 5,168,211, US 5,463,364 oder US 5,545,997 an sich be kannt. Gradientenspulensysteme, die ebenfalls einen ausrei chenden transversalen Zugang zum Untersuchungsvolumen frei lassen, sind aus der US 5,414,360 bekannt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaf ten Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird an hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen HF-Spu lensystems als Käfigresonator in räumlicher Dar stellung;

Fig. 2 das HF-Spulensystem nach Fig. 1 von der Seite mit Blickrichtung auf die zx-Ebene;

Fig. 3 eine schematische räumliche Darstellung einer Aus führungsform des erfindungsgemäßen HF-Spulensystems als Sattelspulen (linearer Resonator);

Fig. 4 eine berechnete Darstellung der H-Feldvektoren der Sattelspulenanordnung von Fig. 3 in der Ebene z = 0;

Fig. 5 eine berechnete Darstellung des H-Feldverlaufs in der Ebene y = 0;

Fig. 6 eine räumliche Darstellung einer Abschirmungsanord nung zum erfindungsgemäßen HF-Spulensystem; und

Fig. 7 eine Seitenansicht der Abschirmungsanordnung nach Fig. 6 in der Ebene y = 0.

Das Hochfrequenz(HF)-Spulensystem 1 in Fig. 1 umfaßt zwei Teilsysteme 2, 2', die nach Art von sogenannten Birdcage-Re sonatoren aufgebaut sind und im wesentlichen spiegelbildlich zu einer das Zentrum eines Meßvolumens enthaltenden Ebene z = 0 angeordnet sind. Jedes der Teilsysteme 2, 2' hat einen axialen Abstand g/2 von der Ebene z = 0. An ihrem der Ebene z = 0 zugewandten axialen Ende weisen die Teilsysteme 2, 2' jeweils einen Kompensationsabschnitt 3 bzw. 3' auf, der zur Homogenisierung des durch die axiale Lücke zwischen den Teilsystemen 2, 2' gegenüber einem axial durchgehenden unge teilten HF-Spulensystem hervorgerufenen Abfalls des HF-Fel des im Meßvolumen dient.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten gespaltenen Birdcage-Resona torsystem 1 sind schematisch jeweils an den Abschlußringen des Birdcages die üblichen Kondensatoren angedeutet, die al ternativ oder zusätzlich auch in den Stäben des Birdcages integriert sein können.

In Fig. 2 ist die axial gespaltene "Doppel-Birdcage-Anord nung" aus Fig. 1 von der Seite in Richtung der y-Achse dar gestellt. Man erkennt, daß die Kompensationsabschnitte 3, 3' einen größeren radialen Abstand von der z-Achse aufweisen als die HF-Spulensysteme in ihren übrigen Teilen. Insbeson dere sind bei der hier dargestellten Ausführungsform die Kompensationsabschnitte 3, 3' kegelförmig und öffnen sich zur Ebene z = 0 hin stetig radial nach außen. Bei in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsformen können die Kompensationsabschnitte aber auch einfach radial nach außen abgekröpft sein.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel eines HF-Spulensystems 1 in Form eines gespaltenen Birdcage-Resonators beträgt die axia le Länge l eines jeden der beiden Teilsysteme 2, 2' l = 150 mm, wobei die axiale Länge l₁ eines Teilsystems 2, 2' im Bereich außerhalb des Kompensationsabschnittes 3, 3' l₁= 130 mm und die axiale Länge l₂ des jeweiligen Kompensa tionsabschnittes 3, 3' l₂ = 20 mm beträgt. Der axiale Ab stand g zwischen den beiden Teilsystemen 2, 2' ist hier g = 55 mm. Der minimale radiale Abstand eines Teilsystems 2, 2' von der z-Achse beträgt r_min = 137 mm, der maximale ra diale Abstand r_max = 167 mm.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfin dungsgemäßen geteilten HF-Spulensystems 31, bei dem die bei den Teilsysteme 32, 32' mit ihren jeweiligen Kompensations abschnitten 33, 33' als sattelförmig um die z-Achse angeord nete, symmetrisch zur zy-Ebene, zur xy-Ebene und zur zx-Ebe ne eines kartesischen x-, y-, z-Koordinatensystems verlau fende Spulen ausgeführt sind.

In Fig. 4 ist in einem Schnitt in der xy-Ebene (z = 0) der Feldlinienverlauf in der Spaltebene des von dem in Fig. 3 dargestellten gespaltenen Sattelspulensystems 31 erzeugten HF-Feldes bei einer Frequenz von ungefähr 23 MHz darge stellt. Im Bereich eines Untersuchungsvolumens 35 ergibt sich eine recht hohe Homogenität des erzeugten HF-Feldes. Die radiale Ausdehnung des HF-Spulensystems 31 im Bereich von r_min sowie eine dieses umgebende Abschirmung 61 sind ebenfalls schematisch eingezeichnet, um die Größenverhält nisse deutlich zu machen, obgleich sich in der Ebene z = 0 gerade der Spalt zwischen den beiden Teilsystemen 32, 32' bzw. 62, 62' befindet.

Fig. 5 stellt den Verlauf der HF-Feldvektoren in der zx-Ebe ne (y = 0) des in Fig. 3 gezeigten HF-Spulensystems 31 dar, der im Bereich innerhalb des Untersuchungsvolumens 35 wie derum eine hohe Homogenität aufweist. Weiterhin erkennt man, daß im Bereich außerhalb einer Abschirmung 61 nur geringe Anteile des erzeugten HF-Feldes radial nach außen dringen.

Wie bereits oben erwähnt, können die erfindungsgemäßen HF- Spulensysteme 1, 31 radial von Abschirmeinrichtungen umgeben sein. Fig. 6 zeigt ein System von zwei derartigen Abschir mungen 62, 62', die an ihrem der axialen Lücke zugewandten Ende jeweils einen Kompensationsabschnitt 63 bzw. 63' umfas sen, der einen größeren radialen Abstand von der z-Achse aufweist als die übrigen Teile der Abschirmung 62, 62'.

Fig. 7 schließlich stellt eine Seitenansicht auf die Ab schirmungen 62, 62' von Fig. 6 mit Blickrichtung auf die zx-Ebene dar. Die axiale Länge L der beiden Abschirmungen 62, 62' beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils L = 220 mm, wobei die axiale Ausdehnung L₂ des Kompensati onsabschnittes 63, 63' L₂= 20 mm einnimmt, während die axiale Länge L₁ der restlichen Abschirmung L₁ = 200 mm be trägt. Der minimale radiale Abstand R_min der Abschirmungen 63, 63' von der z-Achse ist im gezeigten Ausführungsbeispiel R_min = 157 mm, der maximale radiale Abstand R_max im Bereich der Kompensationsabschnitte 63, 63' beträgt jeweils R_max = 187 mm. Der axiale Abstand G zwischen den beiden Ab schirmungen 62, 62' schließlich beträgt G = 50 mm.

Allgemein gilt für die erfindungsgemäßen HF-Spulensysteme 1, 31, daß die jeweiligen Teilsysteme 2, 2' bzw. 32, 32' trenn bar, insbesondere in axialer Richtung relativ zueinander be weglich und/oder aufklappbar sind. Dabei können entweder beide Teilsysteme 2, 2' bzw. 32, 32' relativ zu einer sie umgebenden MR-Meßeinrichtung beweglich ausgeführt sein. Al ternativ kann eines der beiden Teilsysteme starr mit der MR-Meßeinrichtung verbunden sein, während das andere rela tiv zu ihr beweglich ist.

Bei einer in der Zeichnung nicht dargestellten Quadraturver sion des erfindungsgemäßen HF-Spulensystems 31 kommt jeweils zu den beiden Teilsystemen 32, 32' noch ein weiteres, um die z-Achse um 90° gedrehtes identisches Sattelspulensystem hin zu, welches jeweils eine Anregung bzw. einen Empfang von HF- Impulsen der linear unabhängigen x- und y-Komponenten er laubt, wie aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist.

Ein möglicher Stromverlauf durch ein erfindungsgemäßes HF- Spulensystem soll anhand der in Fig. 3 dargestellten Teil spule 32 diskutiert werden: Die beiden Sättel links und rechts in der Zeichnung sind elektrisch parallel geschaltet. Der Strom wird am vorderen Einspeisepunkt zugeführt (HF-Pha se = 0°), teilt sich dann nach links und rechts auf, umläuft jeweils die Sättel in einer oder mehreren Windungen und wird über den hinteren Einspeisepunkt (HF-Phase = 180°) abge führt. Das obere Teilsystem 32 wiederum ist parallel oder in Serie geschaltet mit dem an der xy-Ebene (z = 0) gespiegel ten Teilsystem 32'. Bei Verwendung eines Quadraturspulensy stems wird die Gesamtanordnung gegenüber Fig. 3 verdoppelt, wobei die neu hinzukommenden Sattelspulen um 90° um die z-Achse gedreht sind und die eingespeiste HF-Phase ebenfalls um 90° verschoben ist. Im Bereich der Sättel umläuft der Strom jeweils einen oder mehrere Schleifen. Die Kondensato ren können irgendwo im HF-Schwingkreis angeordnet sein, bei spielsweise auch im Bereich der Sättel.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße HF-Spulensy stem 1 bzw. 31 in MR-Tomographen eingesetzt, deren Magnet spulensystem und Gradientenspulensystem so aufgebaut sind, daß sie nicht nur einen axialen Zugang in Richtung der z-Achse, sondern auch einen radialen Zugang zum Meßvolumen in einem nennenswerten Winkelbereich um eine Achse senkrecht zur z-Achse offenlassen. Dadurch kann beispielsweise ein Operateur durch den Spalt zwischen den beiden Teilsystemen 2, 2' bzw. 32, 32' körperlichen Kontakt mit einem Patienten aufnehmen, um Untersuchungen und/oder minimal-invasive Ein griffe vorzunehmen.

Ebenso kann das erfindungsgemäße HF-Spulensystem 1, 31 aber auch in konventionellen MR-Tomographen eingesetzt werden, die keinen radialen Zugang zum Untersuchungsvolumen erlau ben, die aber groß genug sind, um einen radialen Abstand zu den radial außen gelegenen Bereichen des HF-Spulensystems freizulassen, so daß im Innern des MR-Tomographen durch das gespaltene HF-Spulensystem hindurch wiederum ein radialer Zugang zum Untersuchungsvolumen besteht.

Beispielsweise kann (in der Zeichnung nicht dargestellt) die axiale Lücke zwischen den beiden Teilsystemen 2, 2'; 32, 32' einen Tragring aufnehmen, welcher etwa Manipulatoren wie Sonden, Katheder, Biopsienadel oder chirurgische Bestecke für minimal-invasive Eingriffe, Laservorrichtungen und der gleichen enthalten kann. Damit können Manipulationen im Un tersuchungsvolumen von außerhalb des Tomographen gesteuert werden.

Ebenfalls nicht in der Zeichnung dargestellt ist eine Anwen dung des erfindungsgemäßen HF-Spulensystems, bei der der Tragring eine Einrichtung zum Fixieren und/oder Justieren des zu untersuchenden Meßobjekts, beispielsweise des Kopfes eines Patienten bei Gehirnuntersuchungen oder -operationen aufweist.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Anwendung des erfindungs gemäßen HF-Spulensystems, bei der in der axialen Lücke zwi schen den beiden Teilsystemen 2, 2' bzw. 32, 32' ein Detek torring für die Positron-Emissions-Tomographie (PET) vorge sehen ist. Gegenüber herkömmlichen PET-Detektorringen muß dieser allerdings dann entsprechend miniaturisiert sein. Da mit läßt sich die hohe Empfindlichkeit von PET-Messungen mit der hohen Auflösung und dem begrenzten technischen Aufwand von MR-Messungen vereinigen.

Claims

1. Hochfrequenz(HF)-Spulensystem (1; 31) für eine Kern spinresonanz(MR)-Meßeinrichtung, insbesondere einen MR-Tomographen, die ein Magnetspulensystem zur Er zeugung eines homogenen Magnetfelds längs einer z-Achse in einem Meßvolumen innerhalb der MR-Meß einrichtung sowie ggf. ein Gradientenspulensystem zur Erzeugung von vorzugsweise linearen magnetischen Feldgradienten im Meßvolumen aufweist, wobei das HF- Spulensystem (1; 31) aus zwei Teilsystemen (2, 2'; 32, 32') aufgebaut ist, die i. w. spiegelbildlich zu einer das Zentrum des Meßvolumens enthaltenden Ebene z = 0 angeordnet sind und jeweils einen Abstand von der Ebene z = 0 aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilsystem (2, 2'; 32, 32') an seinem der Ebene z = 0 zugewandten axialen Ende einen Kompensa tionsabschnitt (3, 3'; 33, 33') zur Homogenisierung des durch die axiale Lücke zwischen den Teilsystemen (2, 2'; 32, 32') gegenüber einem axial durchgehenden, ungeteilten HF-Spulensystem hervorgerufenen HF-Feldabfalls im Meßvolumen aufweist.

2. HF-Spulensystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß im Kompensationsabschnitt (3, 3'; 33, 33') zumindest Teile des HF-Spulensystems (1; 31) einen größeren radialen Abstand von der z-Achse aufweisen als im Bereich außerhalb des Kom pensationsabschnitts (3, 3'; 33, 33').

3. HF-Spulensystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') im Bereich des jewei ligen Kompensationsabschnitts (3, 3'; 33, 33') radial nach außen ab gekröpft sind.

4. HF-Spulensystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') im Bereich des jeweiligen Kompensationsabschnitts (3, 3'; 33, 33') sich zur Ebene z = 0 hin stetig, vor zugsweise kegelförmig, radial nach außen öffnen.

5. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilsysteme (2, 2') als durch den jeweiligen Kompensationsab schnitt (3, 3') modifizierte Käfigresonatoren ausge führt sind.

6. HF-Spulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilsysteme (2, 2') zusammen ein sattelförmig um die z-Achse an geordnetes, symmetrisch zur zy-Ebene, zur xy-Ebene und zur zx-Ebene eines kartesischen x-, y-, z-Koor dinatensystems verlaufendes HF-Spulensystem (31) bilden.

7. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') trennbar sind.

8. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') in axialer Richtung re lativ zueinander beweglich sind.

9. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') aufklappbar sind.

10. HF-Spulensystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Teilsystem starr mit der MR- Meßeinrichtung verbunden ist, während das andere re lativ zur MR-Meßeinrichtung beweglich ist.

11. HF-Spulensystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß beide Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') relativ zur MR-Meßeinrichtung beweglich sind.

12. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ver hältnis des axialen Abstandes g der beiden Teilsy steme (2, 2'; 32, 32')des HF-Spulensystems (1; 31) voneinander zur jeweiligen axialen Länge l jedes der beiden Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') gilt: 1/4 ≦ g/l ≦ 1/2, vorzugsweise g/l ≈ 1/3.

13. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ver hältnis des minimalen radialen Abstands r_min der Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') des HF-Spulensystems (1; 31) von der z-Achse zum maximalen radialen Ab stand r_max gilt: 0,7 ≦ r_min/r_max ≦ 0,9, vorzugsweise r_min/r_max ≈ 0,8.

14. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ver hältnis der axialen Länge l₁ eines Teilsysstems (2, 2'; 32, 32') des HF-Spulensystem (1; 31) im Be reich außerhalb des Kompensationsabschnitts (3, 3'; 33, 33') zur axialen Länge l₂ des Kompensationsab schnitts (3, 3'; 33, 33') gilt: 5 ≦ l₁/l₂ ≦ 10, vor zugsweise l₁/l₂≈7.

15. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilsysteme (2, 2'; 32, 32') des HF-Spulensystems (1; 31) jeweils radial von einer Abschirmung (62; 62') umgeben sind.

16. HF-Spulensystem nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschirmungen (62, 62') an ihrem der axialen Lücke zugewandten Ende einen Kompensati onsabschnitt (63, 63') umfassen, der zumindest teil weise einen größeren radialen Abstand von der z-Ach se aufweist als die jeweilige Abschirmung (62, 62') im Bereich außerhalb des Kompensationsabschnitts (63, 63').

17. HF-Spulensystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des axialen Abstands G der beiden Abschirmungen (62, 62') von einander zur jeweiligen axialen Länge L jeder der beiden Abschirmungen (62, 62') gilt: 1/5 ≦ G/L ≦ 1/3, vorzugsweise G/L ≈ 1/4.

18. HF-Spulensystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des minimalen radialen Abstands R_min einer Abschirmung (62, 62') von der z-Achse zum maximalen radialen Ab stand R_max gilt: 0,7 ≦ R_min/R_max ≦ 0,9, vorzugsweise R_min/R_max ≈ 0,85.

19. HF-Spulensystem nach Anspruch 16 und ggf. einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der axialen Länge L₁ einer Ab schirmung (62, 62') im Bereich außerhalb des Kompen sationsabschnitts (63, 63') zur axialen Länge L₂ des Kompensationsabschnitts (63, 63') der Abschirmung (62, 62') gilt: 7 ≦ L₁/L₂ ≦ 15, vorzugsweise L₁/L₂ ≈ 11.

20. HF-Spulensystem nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis des minimalen radialen Abstands R_min einer Abschirmung (62, 62') von der z-Achse zum minimalen radialen Ab stand r_min eines Teilsystems (2, 2; 32; 32') des HF- Spulensystems (1; 31) von der z-Achse gilt: 1,1 ≦ R_min/r_min ≦ 1,2, vorzugsweise R_min/r_min ≈ 1,15.

21. HF-Spulensystem nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der axialen Länge l eines Teilsystems (2, 2'; 32, 32') des HF-Spulensystems (1; 31) zur axialen Länge L ei ner Abschirmung (62; 62') gilt: 0,5 ≦ l/L ≦ 0,9, vorzugsweise l/L ≈ 2/3.

22. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der axialen Lücke zwischen den beiden Teilsystemen (2, 2'; 32, 32') ein Tragring mit einem oder mehreren Manipula toren, beispielsweise einer Sonde, einem Katheder, einer Biopsienadel, einem chirurgischen Besteck für minimalinvasive Eingriffe, einer Laservorrichtung zum Koagulieren von Gewebe etc., vorgesehen ist, mit denen Manipulationen im Meßvolumen von außerhalb ge steuert werden können.

23. HF-Spulensystem nach Anspruch 22, dadurch gekenn zeichnet, daß der Tragring eine Einrichtung zum Fi xieren des zu untersuchenden Meßobjekts aufweist.

24. HF-Spulensystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring eine Einrichtung zum Justieren eines oder mehrerer Manipulatoren re lativ zum Meßobjekt aufweist.

25. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der axialen Lücke zwischen den beiden Teilsystemen (2, 2'; 32, 32') ein Detektorring für die Positron-Emissions-To mographie (PET) vorgesehen ist.

26. HF-Spulensystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetspu lensystem und ggf. das Gradientenspulensystem im Be triebszustand sowohl einen axialen als auch einen radialen bzw. schrägen Zugang zum Meßvolumen in ei nem Winkelbereich um eine Achse senkrecht zur z-Ach se offen läßt.