DE202018002146U1

DE202018002146U1 - Magnetresonanzantenne

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Publication number: DE202018002146U1
Application number: DE202018002146.6U
Authority: DE
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2018-06-08
Anticipated expiration: 2028-04-28
Also published as: CN210864013U

Abstract

Magnetresonanzantenne (1)mit kapazitiven (C, C) und induktiven (F, F, F, F) Antennenschwingkreiselementen (C, C, F, F, F, F) , und mit mindestens einem Hochfrequenz-Schaltelement (T, T, T, T, TT, T), mit dem zumindest eines der die Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1) bestimmenden Antennenschwingkreiselemente (C, C, F, F, F, F) hochfrequenzmäßig zwischen einem durchlässigen Zustand und einem undurchlässigen Zustand schaltbar ist zur Veränderung der Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1),wobei das mindestens eine Hochfrequenz-Schaltelement (T, T, T, T, TT, T) mindestens ein Feldeffekttransistor und/oder mindestens ein mikroelektromechanisches System ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanzantenne.
Moderne Magnetresonanzanlagen arbeiten in der Regel mit mehreren verschiedenen Antennen (im Folgenden auch Spulen genannt) zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang der induzierten Magnetresonanzsignale. Üblicherweise besitzt eine Magnetresonanzanlage eine größere, in der Regel fest im Gerät eingebaute sogenannte Ganzkörperspule, auch Bodycoil oder BC genannt, sowie mehrere kleine Lokalspulen, auch Oberflächenspulen oder LC genannt. Die Lokalspulen dienen im Gegensatz zu der Ganzkörperspule üblicherweise dazu, detaillierte Abbildungen von Körperteilen bzw. Organen eines Patienten aufzunehmen, die sich verhältnismäßig nah an der Körperoberfläche befinden. Zu diesem Zweck werden die Lokalspulen direkt an der Stelle des Patienten appliziert, an der sich der zu untersuchende Bereich befindet. Bei einem Einsatz einer solchen Lokalspule wird in vielen Fällen mit der in der Magnetresonanzanlage fest eingebauten Ganzkörperspule (als Sendespule) gesendet und mit der Lokalspule (als Empfangsspule) werden die induzierten Magnetresonanzsignale empfangen. Damit die Spulen nicht miteinander wechselwirken, kann die Empfangsspule in der Sendephase und die Sendespule in der Empfangsphase verstimmt werden. Beim Verstimmen wird die Eigenresonanzfrequenz der jeweiligen Antenne verstellt.
Als Ganzkörperspule werden vielfach Magnetresonanzantennen verwendet, die eine sogenannte Birdcage-Struktur aufweisen. Eine solche Antenne weist in der Regel eine Mehrzahl von auf einer zylinderartigen Oberfläche angeordneten, parallel laufenden Antennen-Längsstäben auf, die endseitig jeweils durch Antennen-Endringe hochfrequenzmäßig untereinander verbunden sind. Die Antennen-Längsstäbe und Antennen-Endringe können prinzipiell in beliebiger Form ausgebildet sein. In vielen Fällen handelt es sich um Leiterbahnen, welche auf einer flexiblen Leiterbahnfolie aufgebracht sind, die zylinderförmig um den Messraum, in dem sich das Untersuchungsobjekt während der Untersuchung befindet, gewickelt sind. Bei einer Ganzkörperspule verläuft die Birdcage-Struktur üblicherweise um den Patientenaufnahmeraum, in welchem der Patient während der Messung gelagert wird. Bei Lokalspulen in Form einer Birdcage-Struktur dient der Messraum oftmals zur Aufnahme des Kopfes oder anderer Extremitäten eines Patienten, um genau diesen Bereich zu untersuchen.
Zur Verstimmung solcher Magnetresonanzantennen mit einer Birdcage-Struktur wird in US 8237442 B2 eine Verstimmung mittels Dioden vorgeschlagen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetresonanzantenne mit einer Birdcage-Struktur zu schaffen, deren Eigenresonanzfrequenz möglichst einfach, kostengünstig und effizient verstimmt werden kann. Die Verstimmung sollte insbesondere mit einer möglichst geringen elektrischen Leistung erfolgen. Außerdem soll ein entsprechendes Verfahren zur Verstimmung der Eigenresonanzfrequenz einer solchen Antenne angegeben werden.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Magnetresonanzantenne hierzu versehen mit kapazitiven und induktiven Antennenschwingkreiselementen und mit mindestens einem Hochfrequenz-Schaltelement, mit dem zumindest eines der die Eigenresonanzfrequenz der Antenne bestimmenden Antennenschwingkreiselemente hochfrequenzmäßig zwischen den Zuständen durchlässig oder undurchlässig schaltbar ist zur Veränderung der Eigenresonanzfrequenz der Antenne. Dabei ist das mindestens eine Hochfrequenz-Schaltelement mindestens ein Feldeffekttransistor (FET, engl. field-effect transistor) und/oder mindestens ein mikroelektromechanisches System (MEMS, engl. microelectromechanical system).
Erfindungsgemäß kann effizient eine Verstimmung für zu untersuchende Personen unterschiedlichen Gewichts oder um unterschiedliche Atomkerne anzuregen im Bodycoil vorgesehen werden. Die Verstimmung erfordert nur eine minimale elektrische Leistung. Feldeffekttransistoren und MEMS-Bauteile werden üblicherweise über eine Spannung gesteuert, wogegen Dioden eine Stromansteuerung benötigen. Bei einer Spannungsansteuerung bleiben die Schaltelemente kälter, so dass weniger Ansteuerleistung benötigt wird.
Geeignete Feldeffekttransistoren sind beispielsweise Sperrschichtfeldeffekttransistor (JFET) oder Isolierschichtfeldeffekttransistoren (IGFET, MISFET), insbesondere Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET). Sie werden vorteilhafterweise weitestgehend leistungs- bzw. verlustlos geschaltet.
Ein weiterer möglicher Vorteil der Erfindung liegt darin, die Funktion des Resonators an einer wechselnden Last optimal anzupassen. Dies gilt sowohl für einen Ganzkörperresonator als auch für eine Lokalspule.
Die abhängigen Ansprüche enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Hochfrequenz-Schaltelement parallel zu einer der Induktivitäten oder Kapazitäten angeordnet ist, was effizient und gezielt deren Überbrückung erlaubt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Hochfrequenz-Schaltelement in Serie zu einer der Induktivitäten oder Kapazitäten angeordnet, was gezielt erlaubt, diese zu einzuschalten oder abzuschalten. Induktivitäten oder Kapazitäten können auch nur ein Teil des Querschnitts eines Antennen-Endrings oder eines Antennen-Längsstabs sein; sie können beispielsweise in einer Ausnehmung der leitenden Fläche angeordnet sein.
Die Hochfrequenz-Schaltelemente können zum Teil auch Dioden sein, die einfach durch Gleichstrom schaltbar sind.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzantenne kann insbesondere verwendet werden zur Verstimmung der Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne, bei dem mittels des mindestens eines Hochfrequenz-Schaltelementes zumindest eines der Antennenschwingkreiselemente hochfrequenzmäßig geschaltet wird zur Veränderung der Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne von einer ersten Arbeits-Magnetresonanzfrequenz hin zu einer zweiten Arbeits-Magnetresonanzfrequenz.
Beispielsweise ist erste Arbeits-Magnetresonanzfrequenz die Frequenz zur Anregung von Wasserstoffkernen und die zweite Arbeits-Magnetresonanzfrequenz die Frequenz zur Anregung eines anderen Kerns als eines Wasserstoffkerns.
Insbesondere kann eine Arbeits-Magnetresonanzfrequenz auf eine Person anderen Gewichts abgestimmt sein als eine zweite Arbeits-Magnetresonanzfrequenz.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist durch jeweils ein Hochfrequenz-Schaltelement alleine zumindest eines der Antennenschwingkreiselemente hochfrequenzmäßig zwischen den Zuständen durchlässig oder undurchlässig schaltbar.
Weitere mögliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Dort zeigen:

1 eine perspektivische schematische Darstellung eines dreidimensionalen Drahtmodells einer bekannten Antenne mit einer Birdcage-Struktur mit acht Längsstäben,
2 als schematisches Schaltbild ein Beispiel einer erfindungsmäßen Schaltung,
3 als schematisches Schaltbild ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Schaltelements in einem offenen Schaltzustand,
4 als schematisches Schaltbild ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Schaltelements in einem geschlossenen Schaltzustand.

1 zeigt in Form eines einfachen dreidimensionalen Drahtmodells einen typischen Aufbau einer Birdcage-Struktur. Eine solche Birdcage-Struktur besteht hier aus einer Anzahl von auf einer zylinderartigen Oberfläche angeordneten, äquidistanten, parallel laufenden Antennen-Längsstäben. Diese Längsstäbe sind endseitig jeweils durch Antennen-Endringe 3, 4 hochfrequenzmäßig untereinander verbunden. „Hochfrequenzmäßig verbunden“ heißt in diesem Zusammenhang, dass nicht zwingend eine galvanische Verbindung, sondern lediglich eine für Hochfrequenzströme transparente Verbindung bestehen muss. Wie in 1 dargestellt - und wie dies üblicherweise bei Magnetresonanzantennen nach der Birdcage-Struktur der Fall ist - befinden sich in den Antennen-Endringen jeweils zwischen zwei Anschlussstellen benachbarter Antennen-Längsstäbe 2 Resonanzkondensatoren 5. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind hier sämtliche Strukturen nur von der Außenseite eines imaginären Zylinders, um welchen sich das Drahtmodell erstreckt, gezeigt.
In dem in 1 dargestellten bekannten Beispiel sind die Endringe 3, 4 jeweils rund. Alternativ könnten die Endringe 3, 4 aber auch aus jeweils zwischen zwei Antennen-Längsstäben 2 verlaufenden, geraden Abschnitten bestehen. Die Antenne würde dann beispielsweise bei einem Ausführungsbeispiel mit acht Längsstäben einen achteckigen Querschnitt aufweisen.
Eine solche Birdcage-Struktur kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von Längsstäben 2 aufweisen. So kann eine kleinere Antenne beispielsweise nur 6 Längsstäbe aufweisen. Bei einem derzeit entwickelten, in den Figuren der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Birdcage-Struktur 16 Längsstäbe auf.
Die Magnetresonanzantenne 1 ist über Speiseleitungen 6 an einen Hochfrequenzpulsgenerator 7 angeschlossen. Die Speiseleitungen 6 sind dabei jeweils rechts und links neben einem Resonanzkondensator 5 an einem der Endringe 4 angeschlossen. Über diese Speiseleitung 6 erfolgt nicht nur die Einspeisung der Hochfrequenzpulse im Sendebetrieb, sondern auch der Abgriff der aufgefangenen Magnetresonanzsignale im Empfangsbetrieb.
Bei diesem Aufbau handelt es sich um eine linear polarisierte HF-Speisung, d. h. dass das von den Hochfrequenzpulsen erzeugte Hochfrequenzfeld (auch B₁-Feld genannt) innerhalb der Magnetresonanzantenne 1 linear polarisiert ist. Die Anordnung ist aber unabhängig von der Einspeisung und kann bei beliebigen Polarisationen des B₁-Felds eingesetzt werden. So ist beispielsweise auch eine Speisung möglich, bei der eine Speiseleitung an einen Resonanzkondensator und eine weitere an ein Masseschild angeschlossen ist.
Die Bodycoil in der Birdcage-Ausführung besteht beispielsweise aus einer Anzahl von HF-Strom durchflossenen, flach gestreckten Leiterbahnen, die zusammen mit Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität ein elektrisches Netzwerk darstellen. Das dadurch resultierende Netzwerk hat üblicherweise eine oder mehrere Resonanzfrequenzen, bei denen die applizierte Hochfrequenz mit maximalem Wirkungsgrad in für eine Magnetresonanz (MR) wirksame Anregung umgesetzt werden kann. Nach außen hin, gesehen durch die Hochfrequenz führenden Speisepunkte der Magnetresonanzantenne 1, stellt sich das System im Zustand der Resonanz idealerweise als eine rein ohmsche Last dar.
Im Zustand der Resonanz sind vorteilhafterweise die Verluste bei der HF-Energieübertragung durch die Speisekabel wegen fehlender Reflexion minimal, der Wirkungsgrad bei der Umsetzung der HF-Leistung in MR-wirksame Arbeit (insbesondere zur Spin-Anregung) maximal und nicht zuletzt die Homogenität der HF-Leistungsverteilung im Resonator optimal.
In der Praxis hängt aber die Resonanzfrequenz nicht nur von den intrinsischen Eigenschaften des Resonators ab, sondern auch von dessen Beladung. Die Last eines (Ganz-)Körperresonators besteht in der Regel aus dem zu untersuchenden menschlichen Körper. Im Idealfall ist der Resonator (umfassend insbesondere die Magnetresonanzantenne 1 und den Patienten darin) so voreingestellt, dass er bei maximaler Beladung seine natürliche Resonanz erreicht und in diesem Zustand optimal arbeitet, dies entspricht je nach System und Definition z.B. einem 80 oder 120kg schweren Patienten in Bauchlage, mit dem Kopf voraus in der Magnetresonanzantenne 1. Für alle anderen Lastsituationen ist der Resonator mehr oder weniger fehlangepasst.
Im Prinzip könnte man eine durch die Last bedingte Fehlanpassung am Fußpunkt der Antenne nach dem früher üblichen Konzept einer externen „Body-Tune-Box“ reaktiv kompensieren und auf 500hm transformieren. Dies würde zwar die Probleme der Effizienz der Leistungserzeugung und des Leistungstransportes entlang der Speiseleitungen abmildern, die Homogenität der Leistungsverteilung innerhalb des Resonators 1 würde aber nach wie vor durch die Last gestört bleiben.
Mit der hier beschriebenen Magnetresonanzantenne ist es möglich, einen Resonator für Patienten unterschiedlichen Gewichts und/ oder unterschiedliche Kerne ferngesteuert anzupassen. Durch die Anpassung kann zum einen eine gute Impedanzanpassung seines Speisepunktes erreicht werden, zum anderen soll die Stromverteilung entlang der elektrischen Strukturen des Resonators in gewissen Grenzen der jeweiligen Messsituation angepasst werden.
Eine erfindungsgemäße von außen, auf elektrischem Wege einstellbare Abstimmung des Resonators kann für Zwecke der Optimierung der Homogenität oder eventuell auch um das Antennenprofil gezielt für eine spezielle Aufgabe anzupassen verwendet werden.
Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, durch geschaltete Halbleiterelemente die Geometrie und die Struktur des Resonators dynamisch anzupassen und auf dieser Weise seine Resonanzfrequenz bzw. Stromverteilung zu beeinflussen.
Insbesondere folgende in 2 ersichtliche Varianten sind möglich:
„Geschaltete Kapazität(en)“:
Z.B. kann (mindestens) ein Kondensator C_ER-a in Serie mit einem Schaltelement T_ER ¹-a geschaltet werden.
In einer offenen, d.h. nichtleitenden, Schaltstellung des Schalterelements T_ER ¹-a ist der Einfluss des geschalteten Kondensators auf die Resonanzfrequenz und auf die lokale Stromverteilung minimal. Die Resonanzfrequenz des (Gesamt-)Systems wird nach oben, zu höheren Frequenzen hin verschoben. Der Stromfluss an dieser Stelle wird eingeengt und die Phase des Stromes wird verschoben.
In einer geschlossenen, d.h. leitenden, Schaltstellung des Schalterelements T_ER ¹-a ist der Einfluss des geschalteten Kondensators C_ER-a auf die Resonanzfrequenz und auf die lokale Stromverteilung maximal. Die Resonanzfrequenz des (Gesamt-)Systems 1 wird nach unten, zu niedrigeren Frequenzen hin verschoben, entsprechend der nun voll wirksamen Kapazität des zugeschalteten Kondensators C_ER-a. Die Strombahn wird an dieser Stelle breiter. Der Phasensprung des Stromes ist geringer, entsprechend der nun kleineren wirksamen Reaktanz.
„Geschaltete Induktivität“:
Alternativ oder zusätzlich zu einer oder mehreren geschalteten Kapazitäten C_ER-a kann an einer, vorzugsweise aber an mehreren Stellen im Resonator mindestens ein Teil seiner stromleitenden Struktur streifenförmig, parallel zur Hauptflussrichtung des HF-Stromes geschlitzt werden. Die dadurch entstandenen Streifen können an geeigneter Stelle quer zur Stromrichtung unterbrochen werden. In die Unterbrechungen kann man Schaltelemente T_ER ² umfassend T_ER ²-d, T_ER ²-e, T_ER ²-f positionieren, die einzeln von außen elektrisch ein- und ausgeschaltet werden können.
In einer offenen, d.h. nichtleitenden, Schaltstellung mindestens eines der Schaltelemente T_ER ²-d, T_ER ²-e, T_ER ²-f wird dadurch, dass ein Streifen der Strombahn durch das offene Schaltelement unterbrochen wird, an der jeweiligen Stelle die Fläche, die dem HF-Strom zur Verfügung steht, verringert. Das entspricht einer lokalen Erhöhung der Induktivität. Demzufolge ändert sich lokal die Amplitude und Phase des HF-Stromes und global die Resonanzfrequenz des Resonators, die zu geringeren Werten hin verschoben wird.
In einer geschlossenen, d.h. leitenden, Schaltstellung mindestens eines der Schaltelemente T_ER ² (umfassend T_ER ²-d, T_ER ²-e, T_ER ²-f) ist ein Schalterelement geschlossen, somit kann ihn der HF-Strom ungehindert passieren. Dadurch wird die Gesamtinduktivität des Streifens reduziert, die Stromstärke ist maximal und die Resonanzfrequenz des (Gesamt-) Systems steigt.
Ebenfalls denkbar ist die Verschaltung eines Schalterelements nicht seriell, sondern parallel zu den jeweiligen Reaktanzen, zu einer diskreten Kapazität oder zu einem Teil der induktiven Leiterbahn des Resonators. Dadurch ergeben sich entsprechend spiegelverkehrte Verhältnisse im Vergleich zu den bereits geschilderten.
In 2 ist der Anwendungsfall an einem Birdcage-Resonator in Bandpassstruktur beispielhaft dargestellt. Die Zeichnung zeigt nur einen Teil eines Birdcage-Resonators, nämlich einen Stab 2 (von mehreren üblicherweise vorhandenen) in der Mitte und links und rechts vertikal verlaufend Ausschnitte aus der Endringstruktur 3 und 4.
Die Grundidee der elektrisch variablen Geometrie kann an einer jeglichen HF-Struktur Anwendung finden, z.B. bei einem Aldeman-Grant-Resonator, bei einem TEM-Resonator, oder bei einer einfachen HF-Loop, unabhängig davon, ob es sich dabei um ein Ganzkörper- oder Lokalresonator handelt.
In 2 deuten die Flächen (F1, F2, F3 usw.) mit den Kondensatoren die Grundstruktur eines Birdcage-Resonators an.
Die Feldeffekttransistoren T_D ^K, T_ST ^K, T_ER ^K und die Feldeffekttransistoren T_ER ¹-a/T_ER ¹-b/T_ER ¹-c, T_ER ²-d/T_ER ²-e/T_ER ²-f, T_ST ³-g/ T_ST ³-h/T_ST ³-i der Schaltgruppen T_ER ¹, T_ER ², T_ST ¹, T_ST ², T_St ³ können einzeln von außen ein- und/oder ausgeschaltet werden gemäß 3 und 4. Statt Feldeffekttransistoren können auch hier nicht dargestellte mikroelektromechanische Systeme verwendet werden, d.h. die Feldeffekttransistoren können ganz oder teilweise durch mikroelektromechanische Systeme ersetzt werden. Teilweise können auch beliebige andere Schaltelemente, wie beispielsweise Dioden, verwendet werden, welche aber möglicherweise nicht zu allen erfindungsgemäßen Vorteilen beitragen.
In 3 ist eine Spannung U_o an ein Schaltelement 8 angelegt, die den Schalter öffnet, d.h. das Schaltelement 8 ist nicht durchlässig für HF-Ströme (also hochfrequenzmäßig undurchlässig).
In 4 ist eine Spannung U_g an das Schaltelement 8 angelegt, die den Schalter schließt, d.h. das Schaltelement 8 ist durchlässig für HF-Ströme (also hochfrequenzmäßig durchlässig) .
Die Spannungen U_o und U_g können insbesondere als Eingangsspannung zwischen Gate und Source (Gate-Source-Spannung) des Feldeffekttransistors aufgefasst werden. Zum Schalten geeignete Werte für die Spannungen U_o und U_g, insbesondere deren Richtung (Vorzeichen) und Stärke (Betrag), können üblicherweise aus dem Feldeffekttransistoren zugeordneten Strom-Spannungs-Kennlinien abgeleitet werden. Insbesondere können diese aus einer Schwellenspannung (engl. threshold voltage) des Feldeffekttransistors abgeleitet werden. Die Schwellenspannung ist hier üblicherweise die Gate-Source-Spannung eines Feldeffekttransistors bei der im Verhältnis zu einem maximalen Kollektor- bzw. Drainstrom ein nennenswerter Strom fließt.
Im Gegensatz zu Dioden fließt hier beim Öffnen und Schließen des Schalters kein Strom (bis auf etwaige vernachlässigbare Ströme zur Umladung der Elektroden des Feldeffekttransistors), sondern die Ansteuerung erfolgt nur über die Spannung U_o bzw. U_g.
Durch Schalten z.B. der Feldeffekttransistoren T_D ^K und der Feldeffekttransistoren T_ER ¹-a bis T_ER ¹-c der Schaltgruppe T_er ¹ können Kondensatoren aus einem oder beiden Endringen 3, 4 ein- und ausgeschaltet werden.
Durch das Schalten der Feldeffekttransistoren der Schaltgruppe T_ST ¹ können die Kondensatoren C_ST aus einem oder mehreren der Stäbe 2 ein- und ausgeschaltet werden.
Dabei wird im gezeigten Beispiel beim Schalten eines Kondensators auch die gesamte für den HF-Strom zur Verfügung stehende Fläche geändert. In einer weiteren möglichen Ausführung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, könnten an einer Kondensatorposition mehrere, parallel verbundene Kondensatoren zusammen mit den dazugehörigen Schaltelementen diskret, eng aneinander angeordnet sein. Bei der Schaltung einer solchen Kombination mehrerer eng beisammen liegenden Kondensatoren würde man explizit nur die Gesamtkapazität der Anordnung ändern, ohne die Stromfläche (F2 oder F5) neben den Kondensatoren C_ST beim Schalten implizit zu verändern.
Die Feldeffekttransistoren T_ER ²-d und T_ER ²-e und T_ER ²-f der Schaltgruppe R_ER ² würden dagegen nur die Fläche der HF-Strombahn F₁ beeinflussen. Dies würde eine Erhöhung der Induktivität des Resonators bedeuten. Dadurch würde zum einen die Resonanzfrequenz global verändert werden, zum anderen würde die Magnitude (Höhe) und Phase des HF-Stromes lokal beeinflusst werden.
Die Feldeffekttransistoren T_ST ² und T_ST ³ verändern lokal die Breite (für T_ST ² die Breite zwischen F₂ und F₃) einer Fläche des Stabes 2 mit der Konsequenz, dass auf dieser Weise die Induktivität des Stabes gesteuert werden kann. Dies bedeutet, dass zum einen die Resonanzfrequenz des Resonators verändert wird, zum anderen verändert sich dadurch die lokale Stromstärke und -phase, was wiederum ein Einfluss auf die bildgebende Eigenschaft des Resonators hat.
Vollständigkeitshalber soll wiederholt werden, dass die Schaltelemente nicht nur seriell mit den Reaktanzen des Resonators verbunden, sondern auch parallel zu diesen geschaltet werden können.
Beispielhaft sind im rechten Teil der Skizze die Feldeffekttransistoren T_ST ^K, T_D ^K und T_ER ^K eingezeichnet. Der Feldeffekttransistor T_D ^K ersetzt im geschlossenen Zustand den Kondensator C_ER mit ihrer (kleinen) Induktivität, die sich aus der Schleife ergibt, die das Schaltelement zusammen mit seiner Zuleitung selbst darstellt.
Die Feldeffekttransistoren T_ST ^K und T_ER ^K schalten eine Parallelinduktivität der Leiterbahninduktivität hinzu und verkleinern die Gesamtreaktanz der Strecke entsprechend. Dadurch erfährt der durchfließende HF-Strom eine Verbreiterung seines Pfades wodurch seine Amplitude und Phase beeinflusst werden.
Durch beliebige Kombinationen der seriellen und parallelen Anschlussmöglichkeit der Schaltelemente zu den Reaktanzen kann eine größtmögliche Flexibilität der elektrischen Einstellbarkeit eines Resonators erreicht werden, wodurch allerdings auch die Komplexität des Aufbaus zunehmen kann.
Ferner soll angemerkt werden, dass die hier angemeldeten Möglichkeiten, die zur Fernsteuerung der internen Parameter einer MR-Antenne dienen, sich auch für eine sehr effektive Verstimmung eines Resonators eignen, Verstimmung die für das Zusammenspiel und für die Wechselwirkung einzelner Elemente untereinander in einem MR- Antennenverbund von großer Bedeutung ist. Für spektroskopische Anwendungen im Speziellen und bei hohen und sehr hohen Feldstärken im Allgemeinen ist es vorteilhaft, die resonanten Strukturen einzelner Antennen wirksam und gezielt verstimmen zu können. Zu diesem Zweck eignet sich die hier dargelegte Verstimmung durch Steuerung der „elektrischen Geometrie“, also der Gesamtanordnung 1 durch Schalten ihrer Kapazitäten und/oder Induktivitäten gut.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8237442 B2 [0004]

Claims

Magnetresonanzantenne (1) mit kapazitiven (C_ER , C_ST) und induktiven (F₁ , F₂ , F₃, F₄) Antennenschwingkreiselementen (C_ER , C_ST , F₁ , F₂ , F₃, F₄) , und mit mindestens einem Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹ , T_ST ¹ , T_ER ² , T_ST ³ , T_ST ² T_ST ^K, T_ER ^K), mit dem zumindest eines der die Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1) bestimmenden Antennenschwingkreiselemente (C_ER , C_ST , F₁ , F₂ , F₃, F₄) hochfrequenzmäßig zwischen einem durchlässigen Zustand und einem undurchlässigen Zustand schaltbar ist zur Veränderung der Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1), wobei das mindestens eine Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹ , T_ST ¹ , T_ER ² , T_ST ³ , T_ST ² T_ST ^K, T_ER ^K) mindestens ein Feldeffekttransistor und/oder mindestens ein mikroelektromechanisches System ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antennenschwingkreiselement eine Induktivität (F₁, F₂, F₃, F₄) ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antennenschwingkreiselement eine Kapazität (C_ER-a-c) ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ST ^K) parallel zu einer der Induktivitäten (F₄) angeordnet ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_D ^K) parallel zu einer der Kapazitäten (C_ER) angeordnet ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ST ³ , T_ST ²) in Serie zu einer der Induktivitäten (F₂ , F₃) angeordnet ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹ , T_ST ¹) in Serie zu einer der Kapazitäten (C_ER , C_ST ) angeordnet ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Antennen-Endringe (3) der Magnetresonanzantenne (1) Hochfrequenz-Schaltelemente so geschaltet werden, dass die gleiche Kapazität in den beiden Antennen-Endringen (3, 4) vorliegt.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zueinander parallele Kapazitäten (C_ER-a-c) in einem Antennen-Endring (3, 4) oder Antennen-Längsstab (2) durch jeweils ein jeweils zu jeder von ihnen in Serie geschaltetes Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹ a-c) jeweils einzeln voneinander unabhängig schaltbar sind.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer leitenden Fläche (F₁) in einem Antennen-Endring (3) in Längsrichtung des Antennen-Endrings (3, 4) mehrere Hochfrequenz-Schaltelemente (T_ER ²-d-f) in einer Ausnehmung der leitenden Fläche angeordnet sind.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung eines Antennen-Längsstabs (2) gesehen in Serie zu mindestens einer leitenden Fläche (F₂, F₃) in dem Antennen-Längsstab (2) mehrere Hochfrequenz-Schaltelemente (T_ST ³-g-i) nebeneinander mit Verbindung zur leitenden Fläche (F₂, F₃) angeordnet sind.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Leitungsrichtung parallel zu einer leitenden Fläche (F₄) in einem Antennen-Längsstab (2) in dessen Längsrichtung ein Hochfrequenz-Schaltelemente (T_ST ^K) zur Überbrückung der leitenden Fläche (F₄) angeordnet ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Hochfrequenz-Schaltelemente Dioden sind.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hochfrequenz-Schaltelemente (8) durch die Stärke und/oder Richtung an sie angelegter Spannung (U_o, U_g) für sie durchfließenden hochfrequenten Strom offen oder geschlossen sind.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Arbeits-Magnetresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1) die Frequenz zur Anregung von Wasserstoffkernen ist und dass eine zweite Arbeits-Magnetresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1) die Frequenz zur Anregung von eines anderen Kerns als eines Wasserstoffkerns ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Arbeits-Magnetresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1) auf eine Person anderen Gewichts abgestimmt ist als eine zweite Arbeits-Magnetresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1).
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine erste Arbeits-Magnetresonanzfrequenz und eine zweite Arbeits-Magnetresonanzfrequenz einstellbar ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben einer ersten Arbeits-Magnetresonanzfrequenz und einer zweiten Arbeits-Magnetresonanzfrequenz mindestens noch eine weitere Arbeits-Magnetresonanzfrequenz einstellbar ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Hochfrequenz-Schaltelementen (T_ER ¹, T_ST ¹, T_ER ², T_ST ³, T_ST ², T_ST ^K, T_ER ^K) vorgesehen ist, um zumindest eines der die Eigenresonanzfrequenz der Magnetresonanzantenne (1) bestimmenden Antennenschwingkreiselemente (C_ER, C_ST, F₁ , F₂ , F₃, F₄) zur Veränderung der Eigenresonanzfrequenz der Antenne hochfrequenzmäßig zu unterbrechen.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen-Längsstäbe (2) und die Antennen-Längsstäbe (2) endseitig hochfrequenzmäßig verbindende Antennen-Endringen (3) in einer Birdcage-Struktur angeordnet sind.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen-Längsstäbe (2) zueinander parallel verlaufen.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Antennen-Längsstäbe (2) und die Antennen-Längsstäbe (2) endseitig hochfrequenzmäßig verbindende Antennen-Endringe (3) aufweist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch jeweils ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹, T_ST ¹, T_ER ², T_ST ³, T_ST ², T_ST ^K, T_ER ^K) alleine zumindest eines der Antennenschwingkreiselemente (C_ER, C_ST, F₁ , F₂ , F₃, F₄) hochfrequenzmäßig zwischen den Zuständen durchlässig oder undurchlässig schaltbar ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils durch ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹, T_ST ¹, T_ER ², T_ST ³, T_ST ², T_ST ^K, T_ER ^K) ein Antennenschwingkreiselement (C_ER, C_ST, F₁ , F₂ , F₃, F₄) einzeln schaltbar ist, welches Antennenschwingkreiselement (C_ER, C_ST, F₁ , F₂ , F₃, F₄) Teil eines Antennen-Längsstabs (2) oder Teil eines Antennen-Endrings (3, 4) ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch jeweils ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹, T_ST ¹, T_ER ², T_ST ³, T_ST ², T_ST ^K, T_ER)^K schaltbares Antennenschwingkreiselement (C_ER, C_ST, F₁ , F₂ , F₃, F₄) in einem Antennen-Längsstab (2) angeordnet ist.
Magnetresonanzantenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch jeweils ein Hochfrequenz-Schaltelement (T_ER ¹, T_ST ¹, T_ER ², T_ST ³, T_ST ², T_ST ^K, T_ER ^K) schaltbares Antennenschwingkreiselement (C_ER, C_ST, F₁ , F₂ , F₃, F₄) in einem Antennen-Endring (3) angeordnet ist.