DE3616706A1

DE3616706A1 - Antenna device of a nuclear magnetic resonance (NMR) apparatus for exciting and/or receiving radio-frequency fields

Info

Publication number: DE3616706A1
Application number: DE19863616706
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Duerr; Ralph Dr Oppelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1987-11-26

Abstract

The antenna device of a nuclear magnetic resonance apparatus contains for the purpose of exciting an at least largely homogeneous magnetic RF field and/or for receiving corresponding radio-frequency signals a hollow-cylindrical conductor sleeve which is sufficiently transmitting for low-frequency gradient fields. It contains, furthermore, inside the conductor sleeve a plurality of conductor groups made from a plurality of conductor elements which are connected in parallel and whose central axes lie on an imaginary lateral cylindrical surface concentric with the conductor sleeve, in addition means, reflecting the waves of the RF field, on the face ends of the device, as well as, finally, an external device for energy supply and/or signal processing. In this antenna device, the RF field is to be sufficiently homogeneous at least in the transverse direction. For this purpose, it is provided according to the invention that each conductor group (5, 6) contains conductor elements (8 to 17) of different conductor cross-section (q, q', q''). Inside each conductor group the conductor cross-sections of the conductor elements decrease at least substantially symmetrically when seen in the circumferential direction from the middle (plane S of symmetry) to the two edges. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenneneinrichtung einer Kernspintomographie-Apparatur zur Anregung eines mindestens weitgehend homogenen magnetischen Hoch frequenzfeldes und/oder zum Empfang von entsprechen den hochfrequenten SignalenThe invention relates to an antenna device a magnetic resonance imaging apparatus to excite a at least largely homogeneous magnetic high frequency field and / or for receiving the high-frequency signals

- With a hollow cylindrical conductor sheath, the sufficient permeability for low-frequency gradients fields is,
- With several, forming at least one pair of conductors Conductor groups from several Lei connected in parallel terelements that are located within the conductor sheath Extend the longitudinal direction of the device, its Center axes at least largely on a ge thought cylinder concentric to the conductor sheath lying surface,
- reflect the waves of the high-frequency field the means at the front ends of the device tung and
- With an external power supply and / or Signal processing device.

Eine entsprechende Antenneneinrichtung ist aus der DE-A-31 33 432 bekannt.A corresponding antenna device is from the DE-A-31 33 432 known.

Auf dem Gebiet der medizinischen Technik sind bildgeben de Diagnoseverfahren entwickelt worden, bei denen rech nerisch oder meßtechnisch integrale Resonanzsignale von Kernen eines bestimmten chemischen Elementes eines zu untersuchenden, insbesondere menschlichen Körperteiles analysiert werden. Aus der so zu gewinnenden räumlichen Spindichte- und/oder Relaxationszeitverteilung läßt sich dann ein Bild ähnlich einem Röntgentomogramm der Computertomographie konstruieren. Entsprechende Ver fahren sind unter der Bezeichnung "Kernspintomographie" (bzw. Nuclear Magnetic Resonance Tomography - NMR- Tomographie) oder "Zeugmatographie" bekannt.In the field of medical technology, imaging diagnostic methods have been developed, in which integral resonance signals are analyzed computationally or by measuring technology from nuclei of a certain chemical element of a part of the body to be examined, especially a human part. An image similar to an X-ray tomogram of computer tomography can then be constructed from the spatial spin density and / or relaxation time distribution to be obtained in this way. Corresponding processes are known under the name "magnetic resonance imaging" (or nuclear magnetic resonance tomography - NMR tomography) or "stuff matography".

Für die Kernspintomographie ist ein von einem soge nannten Grundfeldmagneten erzeugtes starkes Magnetfeld Voraussetzung, das in einem Abbildungs- bzw. Unter suchungsbereich hinreichend homogen sein muß. In diesen Bereich ist der zu untersuchende Körper längs einer Achse, die im allgemeinen mit der Orientierungsachse des magnetischen Grundfeldes übereinstimmt, einzu bringen. Dieses Grundfeld ist ferner von stationären und/oder gepulsten, sogenannten Gradientenfeldern über lagert. Zur Anregung der einzelnen Atomkerne in dem Körper zu einer Präzessionsbewegung ist außerdem eine besondere Antenneneinrichtung erforderlich, mit der kurzzeitig ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld (HF-Feld) hinreichender Homogenität angeregt werden kann. Gegebenenfalls läßt sich diese Antenneneinrich tung auch zum Empfang der so hervorgerufenen hoch frequenten Signale vorsehen.For magnetic resonance imaging, one of a so-called called basic field magnets generated strong magnetic field Prerequisite that in an illustration or sub search area must be sufficiently homogeneous. In these Area is the body to be examined along one Axis, generally with the orientation axis of the basic magnetic field agrees bring. This basic field is also of stationary and / or pulsed, so-called gradient fields stores. To excite the individual atomic nuclei in the Body for precession movement is also one special antenna device required with the briefly a high-frequency alternating magnetic field (HF field) of sufficient homogeneity can. If necessary, this antenna device also to receive the so-called high provide frequency signals.

Mit der in der eingangs genannten DE-A beschriebenen HF-Antenneneinrichtung können HF-Felder mit hohen Frequenzen von 20 MHz und höher angeregt bzw. empfangen werden. Hierzu enthält die bekannte Antenneneinrichtung einen äußeren, hohlzylinderförmigen Antennenteil aus elektrisch gut leitendem, nicht-magnetischem Material. With the DE-A described in the introduction RF antenna device can RF fields with high Frequencies of 20 MHz and higher excited or received will. For this purpose, the known antenna device contains an outer, hollow cylindrical antenna part highly electrically conductive, non-magnetic material.

Dieser Antennenteil ist dabei so ausgeführt, daß er zu mindest weitgehend niederfrequenzdurchlässig ist, damit sich in dem Untersuchungsvolumen die niederfrequenten Gradientenfelder entsprechend ungehindert ausbreiten können. Dabei stellt dieser Antennenteil eine Leiter hülle um mehrere, mindestens ein Leiterpaar bildende, diametral gegenüberliegende Leitergruppen dar. Diese Leitergruppen bestehen jeweils aus mehreren parallelge schalteten identischen Leiterelementen, deren Mitten achsen auf einer gedachten Zylindermantelfläche liegen, um welche die Leiterhülle konzentrisch in vorbestimmtem Abstand angeordnet ist. Auf diesen mindestens zwei im sogenannten Gegentaktmode betriebenen Leitergruppen und der Leiterhülle werden dann für eine Wellenausbreitung mit der geforderten hohen Frequenz λ/2-Resonanzver hältnisse eingestellt, wobei im gesamten interessieren den Untersuchungsvolumen gleichphasig schwingende HF- Felder in Form von auf den Leitern stehenden Wellen ausgebildet werden. Hierzu sind Anfang und Ende der beiden Leitergruppen jeweils durch die Wellen des HF- Feldes reflektierende Mittel symmetrisch elektrisch verkürzt. Diese Mittel können insbesondere die Lei terhülle mit den jeweiligen Leitergruppen bzw. Lei terelementen verbindende Kapazitäten vorbestimmter Größe sein.This antenna part is designed in such a way that it is at least largely low-frequency transmissive, so that the low-frequency gradient fields can spread unhindered in the examination volume. This antenna part represents a conductor sleeve around several, at least one conductor pair forming, diametrically opposite conductor groups. These conductor groups each consist of a plurality of identical conductor elements connected in parallel, the center axes of which lie on an imaginary cylindrical surface, around which the conductor sleeve is arranged concentrically at a predetermined distance . On these at least two conductor groups operated in the so-called push-pull mode and the conductor sheath, λ / 2-Resonance conditions are then set for wave propagation with the required high frequency, with the interest of the entire investigation volume forming in-phase oscillating HF fields in the form of waves standing on the conductors will. For this purpose, the beginning and end of the two conductor groups are each shortened symmetrically and electrically by means of the waves of the HF field. These means can in particular be the conductor sheath with the respective conductor groups or conductor elements connecting capacitances of a predetermined size.

Um eine sehr hohe Homogenität des HF-Feldes erreichen zu können, muß auch die transversale Feldhomogenität, d.h. die Homogenität innerhalb einer Querschnitts ebene eines zylindrischen Objektvolumens, optimiert werden. In diesem Zusammenhang ist allgemein bekannt, daß ein Magnetfeld im Inneren eines (theoretisch) un endlich langen Zylinders völlig homogen ist, wenn dessen Mantelfläche mit axial verlaufenden Strom fäden belegt ist, welche eine über den Zylinderumfang kosinusförmige Stromgewichtung aufweisen. Für eine hinreichend gute Approximation einer solchen azimutal kosinusförmigen Stromgewichtung gibt es eine Reihe von Resonatorstrukturen, die z.B. in der Veröffent lichung "American Association of Physicists in Medicine - 1985 Summer School" (The University of Portland, Portland-Oregon - USA, August 4-9, 1985), mit dem Titel: "NMR in Medicine: The Instrumentation and Clinical Application", Kapitel "Radio Frequency Coils", Seiten 143 bis 165 beschrieben sind. Bei koaxialen λ/2-Resonatoren, wie sie aus der eingangs genannten DE-A bekannt sind, kann beispielsweise die azimutale Stromgewichtung durch die Verwendung mehrerer, zu einer Leitergruppe zusammengefaßter Leiterelemente im Inneren der Leiterhülle optimiert werden, wobei die Anzahl der Leiterelemente sowie ihre azimutale Position auf der fiktiven Zylindermantelfläche variiert wird. Werden nun, wie es bei der bekannten Antenneneinrichtung der Fall ist, die gleichartigen Leiterelemente einer Lei tergruppe an den stirnseitigen Enden elektrisch parallelgeschaltet, so fließen stets annähernd gleich große Ströme in jedem Leiterelement. Eine extern ein geprägte Stromgewichtung durch individuelle Energie einspeisung in jedes einzelne Leiterelement würde nämlich einen ganz erheblichen technischen Aufwand bedeuten. D.h., bei der bekannten Antenneneinrichtung ist eine Stromgewichtung innerhalb der einzelnen Leitergruppen nicht vorgesehen. Dies bedingt jedoch eine entsprechende Inhomogenität des erzeugten HF- Feldes.In order to be able to achieve a very high homogeneity of the HF field, the transverse field homogeneity, ie the homogeneity within a cross-sectional plane of a cylindrical object volume, must also be optimized. In this context, it is generally known that a magnetic field inside a (theoretically) un finally long cylinder is completely homogeneous if its outer surface is covered with axially extending current threads, which have a cosine-shaped current weighting over the cylinder circumference. For a sufficiently good approximation of such an azimuthally cosine-shaped current weighting, there are a number of resonator structures which are described, for example, in the publication "American Association of Physicists in Medicine - 1985 Summer School" (The University of Portland, Portland-Oregon - USA, August 4- 9, 1985), with the title: "NMR in Medicine: The Instrumentation and Clinical Application", chapter "Radio Frequency Coils", pages 143 to 165. In the case of coaxial λ / 2 resonators, as are known from DE-A mentioned at the outset, the azimuthal current weighting can be optimized, for example, by using a plurality of conductor elements combined to form a conductor group in the interior of the conductor sleeve, the number of conductor elements and their azimuthal one Position on the fictitious cylinder surface is varied. If, as is the case with the known antenna device, the similar conductor elements of a conductor group are electrically connected in parallel at the front ends, then approximately equal currents always flow in each conductor element. An externally shaped current weighting by feeding individual energy into each individual conductor element would in fact mean a very considerable technical effort. That is, in the known antenna device, current weighting within the individual conductor groups is not provided. However, this requires a corresponding inhomogeneity of the generated RF field.

Der Veröffentlichung "Magnetic Resonance in Medicine", Vol. 2, 1985, Seiten 20 bis 28 ist eine weitere HF-An tenneneinrichtung für eine NMR-Apparatur zu entnehmen. Diese Einrichtung enthält einen äußeren rohrförmigen Leiterschirm, innerhalb dessen konzentrisch ein ge schlitzter Hohlzylinder aus zwei sich diametral gegen überliegenden Leiterbändern angeordnet ist. Zur Ver besserung der Homogenität des damit zu erzeugenden HF- Feldes bzw. zur Beeinflussung der Stromverteilung ist in der Veröffentlichung lediglich allgemein erwähnt, diese Leiterbänder gegebenenfalls in einzelne unter einander beabstandete, rohrförmige Leiterelemente auf zulösen und deren gegenseitigen Abstände oder deren Durchmesser zu ändern. Angaben für eine entsprechende konkrete Gestaltung fehlen jedoch.The publication "Magnetic Resonance in Medicine", Vol. 2, 1985, pages 20 to 28 is another HF-An Tenneneinrichtung for an NMR apparatus to be removed. This device contains an outer tubular Conductor screen, within which a ge slotted hollow cylinder made of two diametrically opposed overlying conductor tapes is arranged. Ver improvement of the homogeneity of the HF Field or to influence the current distribution is just mentioned in the publication in general these conductor tapes, if necessary, into individual below spaced apart tubular conductor elements resolve and their mutual distances or their Change diameter. Information for a corresponding however, concrete design is missing.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die konkret bekannte Antenneneinrichtung der eingangs ge nannten Art dahingehend zu verbessern, daß die erwähnte Inhomogenität des HF-Feldes zumindest teilweise zu beseitigen ist.The object of the present invention is therefore that specifically known antenna device of the ge mentioned kind to improve in that the mentioned Inhomogeneity of the RF field at least partially eliminate it.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kenn zeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen ge löst. Dabei wird unter dem Leiterquerschnitt eines Leiterelementes sein Querschnitt an elektrisch lei tendem (stromführendem) Material verstanden.This object is achieved with the in the Kenn Measures specified in the main claim solves. Here is one under the conductor cross section Conductor element its cross-section at electrically lei understanding (current-carrying) material.

Die mit dieser Ausgestaltung der jeweils aus mehreren parallelgeschalteten Leiterelementen bestehenden Lei tergruppen verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß mit der besonderen Graduierung der ein zelnen Leiterquerschnitte auf einfache Weise der Wellenwiderstand zwischen den Leiterelementen und der sie umgebenden hohlzylindrischen Leiterhülle entspre chend zu variieren und so eine zumindest annähernd azimutal-kosinusförmige Stromgewichtung innerhalb der einzelnen Leitergruppen zu erreichen ist. Auf diese Weise läßt sich die transversale Homogenität des er zeugten HF-Feldes dementsprechend verbessern.Those with this configuration, each of several existing Lei parallel conductor elements Inter-related benefits are particularly in it to see that with the special graduation of one individual conductor cross sections in a simple manner Characteristic impedance between the conductor elements and the correspond to the surrounding hollow cylindrical conductor sleeve to vary accordingly and so at least approximately azimuthal-cosine current weighting within the individual leader groups can be reached. To this The transversal homogeneity of the er generated RF field accordingly.

Besonders vorteilhaft ist es für eine solche erfin dungsgemäße Antenneneinrichtung, wenn die Leiter elemente jeweils einen elektrisch leitenden Querschnitt aufweisen, der von der axialen Mitte nach den stirn seitigen Enden hin abnimmt. Mit dieser Maßnahme läßt sich auch eine Verbesserung der longitudinalen Feld homogenität erreichen.It is particularly advantageous for such an inventor inventive antenna device when the conductor elements each have an electrically conductive cross section have from the axial center to the forehead side ends decreases. With this measure lets there is also an improvement in the longitudinal field achieve homogeneity.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsge mäßen Antenneneinrichtung gehen aus den restlichen Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the fiction moderate antenna device go from the rest Sub-claims emerge.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Antenneneinrichtungen veranschaulicht sind. Aus Fig. 3 ist eine zusätzliche Gestaltungsmöglichkeit der in Fig. 1 gezeigten Leiterelemente der Antenneneinrich tung ersichtlich. In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.To further explain the invention, reference is made below to the drawing, in which FIGS. 1 and 2 two exemplary embodiments of antenna devices according to the invention are illustrated. From Fig. 3, an additional design option of the conductor elements shown in FIG. 1 of the antenna device can be seen. In the figures, the same parts are provided with the same reference symbols.

Bei der in Fig. 1 schematisch als Querschnitt gezeig ten, allgemein mit 2 bezeichneten HF-Antenneneinrich tung wird von der HF-Sende-/Empfangs-Antenne ausgegan gen, wie sie aus der DE-A-31 33 432 bekannt ist. Die erfindungsgemäße Antenneneinrichtung enthält vorzugs weise auch die bekannte Leiterhülle 3 aus elektrisch leitendem, nicht-magnetischem Material, die bezüglich einer Zylinderachse 4 hohlzylindrisch ausgebildet und für magnetische Gradientenfelder niederfrequenzdurch lässig ist. Diese äußere Leiterhülle umschließt mehrere, mindestens ein Leiterpaar bildende Leiter gruppen aus mehreren parallelgeschalteten Leiterelemen ten, die sich innerhalb der Leiterhülle 3 in axialer Richtung erstrecken. Gemäß dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel sollen zwei sich diametral gegenüberlie gende Leitergruppen 5 und 6 mit jeweils fünf Leiter elementen 8 bis 12 bzw. 13 bis 17 vorgesehen sein. Diese etwa stabförmig ausgebildeten Leiterelemente 8 bis 17 liegen zumindest annähernd mit ihren Mitten achsen 19 auf einer gedachten, die Zylinderachse 4 konzentrisch umschließenden Zylindermantelfläche 20. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur nur die Mittenachsen 19 der beiden Leiterelemente 10 und 11 veranschaulicht. Der Abstand zwischen der gedachten Zylindermantelfläche 20 und der Leiterhülle 3 ist mit a bezeichnet.In the schematically shown in Fig. 1 as a cross-section th, generally designated 2 HF antennas device is from the HF transmit / receive antenna, as is known from DE-A-31 33 432. The antenna device according to the invention preferably contains the known conductor sheath 3 made of electrically conductive, non-magnetic material, which is hollow cylindrical with respect to a cylinder axis 4 and is permeable to low frequency through magnetic gradient fields. This outer conductor sleeve encloses several, at least one pair of conductors forming conductor groups from several parallel-connected Leiterelemen th, which extend within the conductor sleeve 3 in the axial direction. According to the illustrated embodiment, two diametrically opposed conductor groups 5 and 6 , each with five conductor elements 8 to 12 and 13 to 17, should be provided. These approximately rod-shaped conductor elements 8 to 17 lie at least approximately with their center axes 19 on an imaginary cylinder jacket surface 20 concentrically surrounding the cylinder axis 4 . For the sake of clarity, only the central axes 19 of the two conductor elements 10 and 11 are illustrated in the figure. The distance between the imaginary cylindrical surface 20 and the conductor sleeve 3 is designated by a.

Innerhalb jeder Leitergruppe sind die Leiterelemente vorteilhaft so untereinander beabstandet angeordnet, daß ihre Mittenachsen 19 zumindest annähernd die glei chen Mittelpunktswinkel α an der Zylinderachse 4 einschließen. Es ergibt sich so eine symmetrische An ordnung bezüglich einer durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Symmetrieebene S. Diese Symmetrieebene verläuft gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiel mit fünf Leiterelementen pro Leitergruppe jeweils durch das mittlere Leiterelement 10 bzw. 15.Within each conductor group, the conductor elements are advantageously spaced apart such that their central axes 19 include at least approximately the same central angle α on the cylinder axis 4 . This results in a symmetrical arrangement with respect to a plane of symmetry S indicated by a dashed line. According to the selected exemplary embodiment, this plane of symmetry with five conductor elements per conductor group runs through the middle conductor element 10 or 15 .

Nach der Erfindung ist nun innerhalb der einzelnen Lei terelemente einer Leitergruppe eine besondere Stromge wichtung unter Beibehaltung der Parallelschaltung vor gesehen, indem die Leiterelemente zusammen mit der äuße ren Leiterhülle 3 Leitungen unterschiedlichen Wellen widerstandes darstellen. Zur Erzielung einer vorzugs weise zumindest weitgehend azimutal-kosinusförmigen Stromgewichtung sind deshalb die Leiterelemente einer Leitergruppe so ausgeführt, daß sie zu den längssei tigen Rändern der Leitergruppe hin mit der Leiterhülle Leitungen kleiner werdender Wellenwiderstände bilden, so daß diese insbesondere reziprok zu einer Kosinus funktion sind. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel mit stabförmigen Leiterelementen sind dementsprechend die Leiterdurchmesser q innerhalb der Mitte im Bereich der Symmetrieebene S am größten, während sie zu dem jeweiligen Rand hin abnehmen. So hat z.B. innerhalb der Leitergruppe 5 das mittlere Leiter element 10 den größten Querschnitt q, während seine zu ihm benachbarten Leiterelemente 9 und 11 kleinere Quer schnitte q′ aufweisen. Die die Längsseiten dieser Lei tergruppe 5 ausmachenden Leiterelemente 8 und 12 haben dann die kleinsten Querschnitte q′′. Die Leiterquer schnitte der Leiterelemente 13 bis 17 der gegenüber liegenden Leitergruppe 6 sind entsprechend graduiert.According to the invention is now seen in the individual Lei terelemente a conductor group a special Stromge weight while maintaining the parallel connection before seen by the conductor elements together with the outer conductor sheath 3 lines represent different waves resistance. In order to achieve a preferred, at least largely azimuthal-cosine-shaped current weighting, the conductor elements of a conductor group are therefore designed such that they form lines with the conductor sheath towards the longitudinal edges of the conductor group, so that wave impedances become smaller, so that they are in particular reciprocal to a cosine function. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1 with rod-shaped conductor elements, the conductor diameters q are accordingly greatest within the center in the region of the plane of symmetry S , while decreasing towards the respective edge. For example, within the conductor group 5, the middle conductor element 10 has the largest cross section q , while its adjacent conductor elements 9 and 11 have smaller cross sections q '. The long sides of this Lei tergruppe 5 constituting conductor elements 8 and 12 then have the smallest cross sections q ''. The conductor cross sections of the conductor elements 13 to 17 of the opposite conductor group 6 are graduated accordingly.

Neben der gemäß Fig. 1 angenommenen stangenförmigen Gestalt der einzelnen Leiterelemente können ebensogut auch andere Leiterformen gewählt werden, um die er findungsgemäße Graduierung des Leiterquerschnittes innerhalb einer Leitergruppe in Umfangsrichtung zu er reichen. So sind bei dem in Fig. 2 schematisch ge zeigten Querschnitt durch eine HF-Antenneneinrichtung 22 zwei Leitergruppen 23 und 24 innerhalb einer äußeren Leiterhülle 3 mit jeweils fünf streifenförmigen Leiter elementen 26 bis 30 bzw. 31 bis 35 gezeigt. Dabei haben innerhalb der Leitergruppe 23 von den wiederum symme trisch bezüglich einer Symmetrieebene S angeordneten fünf Leiterelementen die beiden äußersten Elemente 26 und 30 die kleinste Leiterbreite, während das mittlere Leiterelement 28 die größte Leiterbreite aufweist. In entsprechender Weise sind auch die Leiterbreiten der Leiterelemente 31 bis 35 der Leitergruppe 24 graduiert. Die jeweilige Leiterbreite und die Stärke (Dicke) der Streifen legen dabei den Leiterquerschnitt fest.In addition to the rod-like shape of the individual conductor elements assumed in accordance with FIG. 1, other conductor shapes can also be selected in order to achieve the graduation of the conductor cross section according to the invention within a conductor group in the circumferential direction. Thus, in the cross section shown schematically in FIG. 2 through an HF antenna device 22, two conductor groups 23 and 24 are shown within an outer conductor sleeve 3 , each with five strip-shaped conductor elements 26 to 30 and 31 to 35 , respectively. Here, within the conductor group 23 of the five conductor elements arranged symmetrically with respect to a symmetry plane S , the two outermost elements 26 and 30 have the smallest conductor width, while the middle conductor element 28 has the largest conductor width. The conductor widths of the conductor elements 31 to 35 of the conductor group 24 are also graduated in a corresponding manner. The respective conductor width and the thickness of the strips determine the conductor cross-section.

Obwohl gemäß den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine ungerade Zahl von Leiterelementen inner halb einer Leitergruppe angenommen wurde, können die Leitergruppen ebensogut jeweils auch aus einer geraden Anzahl von parallelgeschalteten Leiterelementen zu sammengesetzt sein.Although according to the illustrated embodiments each an odd number of conductor elements inside half of a leader group, the Leader groups just as well each from a straight line Number of conductor elements connected in parallel be composed.

Außerdem ist es gegebenenfalls auch noch zusätzlich möglich, die Abstände zwischen den Mittenachsen von be nachbarten Leiterelementen symmetrisch bzgl. der Symme trieachse S zu variieren.In addition, it is possibly also additionally possible to vary the distances between the center axes of adjacent conductor elements symmetrically with respect to the symmetry axis S.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man die erfindungs gemäßen Maßnahmen zur Verbesserung der transversalen Homogenität des mit der Antenneneinrichtung zu er zeugenden HF-Feldes noch mit Maßnahmen zur Verbesse rung der longitudinalen Feldhomogenität kombiniert.It is particularly advantageous if the invention appropriate measures to improve the transverse Homogeneity of the antenna device to he generating RF field with measures for improvement longitudinal field homogeneity combined.

Betrachtet man nämlich die sich längs der Leiter elemente bei einer gewünschten λ/2-Resonanz einstellen de Stromverteilung, so ist eine allmähliche, bezüglich der axialen Leitermitte symmetrische Abnahme des Stromes zu den stirnseitigen Leiterenden hin festzu stellen. Um diesen unerwünschten Effekt zumindest teil weise zu kompensieren, kann man auch die einzelnen Lei terelemente in axialer Richtung hinsichtlich ihres Querschnittes an elektrisch leitendem Material graduieren. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel geht aus dem in Fig. 3 gezeigten schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Antenneneinrichtung hervor.If you look at the current distribution along the conductor elements at a desired λ / 2 resonance, a gradual, symmetrical decrease with respect to the axial conductor center of the current towards the end of the conductor ends can be found. To at least partially compensate for this undesirable effect, one can also graduate the individual Lei terelemente in the axial direction with respect to their cross-section of electrically conductive material. A corresponding embodiment is shown in the schematic longitudinal section shown in FIG. 3 through an antenna device according to the invention.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Antenneneinrichtung kann es sich beispielsweise um die Antenneneinrichtung 2 nach Fig. 1 handeln. Der Längsschnitt ist dabei z.B. durch die sich diametral gegenüberliegenden mittleren Leiterelemente 10 und 15 der Leitergruppen 5 und 6 gelegt. Diese Leiterelemente, deren Mittenachsen 19 auf der gedachten Zylindermantelfläche 20 liegen und sich parallel zu der in z-Koordinatenrichtung weisenden Zylinderachse 4 erstrecken, haben etwa die gleiche axiale Länge 2 L wie die sie umschließende äußere Lei terhülle 3. Sie sind an ihren stirnseitigen Enden, die bei z = +L und z = -L liegen, mit Kapazitäten, insbe sondere Kondensatoren der vorbestimmten Größe C, an die Leiterhülle 3 angekoppelt. Es ergibt sich so ein be züglich der axialen Mitte M bei z=0 symmetrisch kapazitiv verkürzter λ/2-Resonator der Länge 2 L. Die Leiterelemente sollen nun vorteilhaft jeweils einen elektrisch leitenden Querschnitt q(z) aufweisen, der sich von der axialen Mitte M der Antenneneinrichtung zu deren beiden stirnseitigen Enden hin zumindest an nähernd symmetrisch verjüngt. Es ergeben sich in diesem Fall Leiterelemente mit einer leicht doppelkegel förmigen Gestalt. Ebensogut können jedoch auch andere Leiterformen gewählt werden, bei denen eine kontinuier liche oder auch in diskreten Abstufungen vorgenommene axiale Abnahme des Querschnittes an elektrisch lei tendem Material gewährleistet ist. Im Falle der Ver wendung von Streifenleitern als Leiterelemente kann beispielsweise die Breite dieser Leiter in entspre chender Weise nach den stirnseitigen Enden hin ab nehmen. The antenna device shown in FIG. 3 can be, for example, the antenna device 2 according to FIG. 1. The longitudinal section is made, for example, through the diametrically opposite central conductor elements 10 and 15 of the conductor groups 5 and 6 . These conductor elements, the center axes 19 of which lie on the imaginary cylindrical surface 20 and extend parallel to the cylinder axis 4 pointing in the z coordinate direction, have approximately the same axial length 2 L as the outer sleeve 3 surrounding them . They are coupled at their front ends, which are at z = + L and z = - L , to capacitors, in particular special capacitors of the predetermined size C , to the conductor sheath 3 . This results in a λ / 2 resonator of length 2 L that is symmetrically capacitively shortened with respect to the axial center M at z = 0. The conductor elements should now advantageously each have an electrically conductive cross section q (z) , which tapers at least approximately symmetrically from the axial center M of the antenna device to its two front ends. In this case, there are conductor elements with a slightly double-conical shape. However, other conductor shapes can also be selected, in which a continuous union or also in discrete gradations, an axial decrease in the cross section of electrically conductive material is ensured. In the case of the use of strip conductors as conductor elements, for example, the width of these conductors can decrease accordingly in accordance with the front ends.

Mit dieser zusätzlichen Maßnahme wird vorteilhaft er reicht, daß der Wellenwiderstand zwischen dem einzel nen Leiterelement und der es umgebenden äußeren Lei terhülle nach den stirnseitigen Enden hin zunimmt. Die Stromabnahme längs der Leiterelemente zu diesen Enden hin wird damit entsprechend geringer; d.h. die lon gitudinale Feldhomogenität läßt sich so verbessern.With this additional measure, it becomes advantageous is enough that the wave resistance between the individual NEN conductor element and the outer Lei surrounding it terhülle increases towards the front ends. The Current draw along the conductor elements to these ends towards it becomes correspondingly lower; i.e. the lon longitudinal field homogeneity can be improved in this way.

Statt oder zusätzlich zu der Querschnittsvariation der Leiterelemente in axialer Richtung kann auch eine Ab standsvariation vorgenommen werden, wie sie aus der DE-A-33 47 597 (Fig. 15) bekannt ist. Durch ein tonnenförmiges Verbiegen der Leiterelemente ist nämlich eine entsprechende Variation des Wellenwiderstandes ebenfalls möglich.Instead of or in addition to the cross-sectional variation of the conductor elements in the axial direction, a distance variation can also be made, as is known from DE-A-33 47 597 ( FIG. 15). A corresponding variation of the characteristic impedance is also possible by barrel-shaped bending of the conductor elements.

Claims

1. Antenna device of a magnetic resonance imaging apparatus for the excitation of an at least largely homogeneous magnetic high-frequency field and / or for the reception of corresponding high-frequency signals

with a hollow cylindrical conductor sheath that is sufficiently permeable to low-frequency gradient fields,
- With several, at least one pair of conductors forming conductor groups from a plurality of parallel Lei terelements which extend within the conductor sleeve in the longitudinal direction of the device, their center axes being at least largely on an imaginary, concentric to the conductor sleeve cylindrical outer surface,
- With the waves of the high-frequency field reflect the means at the front ends of the device and device
- With an external power supply and / or signal processing device, characterized in that each conductor group ( 5 , 6 ; 23 , 24 ) contains conductor elements ( 8 to 17 ; 26 to 35 ) with different conductor cross sections ( q , q ', q '') , Within each conductor group, the conductor cross-sections of the conductor elements, seen in the circumferential direction, decrease at least largely symmetrically from the center (plane of symmetry S) towards the two edges.

2. Antenna device according to claim 1, characterized in that for an at least largely azimuthal-cosine-shaped current weighting within the individual conductor groups ( 5 , 6 , 23 , 24 ), the conductor cross sections ( q , q ', q '') of their Leiterelemen te ( 8 to 17 ; 26 to 35 ) are selected so that their wave resistances are reciprocal to a cosine function.

3. Antenna device according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor elements ( 8 to 17 or 26 to 35 ) are rod-shaped or strip-shaped.

4. Antenna device according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least some of the conductor elements ( 8 to 17 ; 26 to 35 ) have a conductor cross section ( q ) which from the axial center ( z = 0) to the front ends ( z = + L or z = - L) decreases.

5. Antenna device according to claim 4, characterized in that a continuous or gradual decrease in the conductor cross-section ( q ) of the conductor elements is provided.

6. Antenna device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conductor elements ( 8 to 17 ; 26 to 35 ) in an at least approximately constant distance ( a ) of their center axes ( 19 ) with respect to the conductor sleeve ( 3 ) are arranged .

7. Antenna device according to one of claims 1 to 5, characterized by conductor elements te, the center axes of which in the area of the axial center ( z = 0) of the device ( 2 , 22 ) have a smaller distance from the conductor sleeve ( 3 ) than in the regions their front ends ( z = + L or z = - L) .

8. Antenna device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the conductor elements ( 8 to 17 ; 26 to 35 ) are arranged within their respective conductor group ( 5 , 6 ; 23 , 24 ) so that the center axes ( 19th ) define at least approximately the same center angle ( α ) for adjacent conductor elements.

9. Antenna device according to one of claims 1 to 7, characterized, that the gaps between at least a few other adjacent conductor elements of a conductor group are different sizes.