DE4414371A1 - Diagnostisches Magnetresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein diagnostisches Magnetresonanzgerät mit einem Untersuchungsraum, der zur Aufnahme wenigstens eines Teils eines Patienten geeignet ist, mit einer Hochfre­ quenzantenne zum Senden von Anregungsimpulsen in den Unter­ suchungsraum und/oder zum Empfang von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum, mit einem Gradientenspulensystem zum Erzeugen von magnetischen Gradientenfeldern im Untersu­ chungsraum, wobei die Hochfrequenzantenne näher am Unter­ suchungsraum angeordnet ist als das Gradientenspulensystem, und einem zwischen der Hochfrequenzantenne und dem Gradien­ tenspulensystem angeordneten Hochfrequenzschirm, der eine erste und dazu gegenüberliegend angeordnet eine zweite elek­ trisch leitfähige Schichtanordnung umfaßt, die durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind, wobei die Schicht­ anordnungen nebeneinander angeordnete Leiterbahnen umfassen, die voneinander durch elektrisch isolierende Schlitze ge­ trennt sind, und wobei die Schlitze in der ersten Schicht­ anordnung gegenüber den Schlitzen in der zweiten Schichtan­ ordnung versetzt angeordnet sind.

Ein diagnostisches Magnetresonanzgerät der eingangs genannten Art ist aus der PCT-Veröffentlichung WO 91/19994 bekannt. Zwischen einer Hochfrequenzantenne, die Anregungsimpulse in ein Untersuchungsgebiet sendet und Magnetresonanzsignale aus dem Untersuchungsgebiet empfängt, und einem Gradientenspulen­ system ist zur Entkopplung ein Hochfrequenzschirm angeordnet. Der Hochfrequenzschirm ist so ausgebildet, daß er für die vom Gradientenspulensystem erzeugten Signale im Niederfrequenz­ bereich durchlässig und für die von der Antenne erzeugten Signale im Hochfrequenzbereich undurchlässig ist. Ein derar­ tiges Frequenzverhalten wird durch Maßnahmen erreicht, wie sie auch schon in der EP-A-0 151 726 beschrieben sind. Der Hochfrequenzschirm ist geschlitzt, damit die im Hochfrequenz­ schirm vom Gradientenspulensystem erzeugten Wirbelströme ge­ ring sind. Die Schlitze reduzieren jedoch die Abschirmeigen­ schaft für die von der Antenne abgestrahlten hochfrequenten Signale. Daher umfaßt der Hochfrequenzschirm eine zweite, ebenfallsgeschlitzte Schichtanordnung, deren Schlitze ge­ genüber den Schlitzen in der ersten Schichtanordnung versetzt sind. Der von der Antenne erzeugte Hochfrequenzstrom kann sich nun über die so gebildeten Kapazitäten schließen. Auf­ grund von dielektrischen Verlusten im Hochfrequenzschirm ver­ ringert sich jedoch die Eigengüte der Antennen. Besonders die Ganzkörperantenne ist wegen der räumlichen Nähe zum Hochfre­ quenzschirm davon betroffen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein diagnosti­ sches Magnetresonanzgerät anzugeben, bei dem die dielek­ trischen Verluste im Hochfrequenzschirm verringert sind, um die Eigengüte der Antennen zu erhöhen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in mindestens einer Schichtanordnung benachbarte Leiterbahnen über hochfrequente Ströme leitende Brücken miteinander verbunden sind, wobei die Brücken so angeordnet sind, daß von der Hochfrequenzantenne in der Schichtanordnung induzierte Ströme zwischen den be­ nachbarten Leiterbahnen im wesentlichen über die Brücken fließen. Es hat sich herausgestellt, daß durch die zusätz­ lichen Brücken die Durchlässigkeit des Hochfrequenzschirms für die Gradientenfelder nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Andererseits bewirken die Brücken, daß ein großer Teil der induzierten hochfrequenten Ströme von einer Leiterbahn zur benachbarten nicht mehr über das Dielektrikum fließt. Die dielektrischen Verluste sind entsprechend verringert. Bei der Anordnung der Brücken ist darauf zu achten, daß keine Ring­ ströme über mehrere Leiterbahnen induziert werden können, deren Resonanzfrequenz im Bereich der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts liegt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Brücken durch Metallfolienstücke gebildet sind. Damit sind ausgehend von einer geschlitzten Grundausführung die Schichtanordnungen auf verschiedene Antennenausführungen und Antennenformen anpaßbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest ein Teil der Brücken durch Kondensatoren gebildet ist. Die Kondensatoren sind so bemessen, daß sie für Arbeitsfrequenzen des Gradientenspulensystems einen erheb­ lichen Widerstand besitzen, während ihr Widerstand für Ar­ beitsfrequenzen der Hochfrequenzantenne vernachlässigbar ist. Damit ist verhindert, daß sich für die Gradientenfelder im Hochfrequenzschirm geschlossene Stromkreise über mehrere Leiterbahnen bilden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Teil der Brücken über Lötverbindungen mit den Leiter­ bahnen verbunden. Damit lassen sich die Schichtanordnungen leicht an die verwendeten Antennenformen anpassen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schichtanordnungen mit dem Dielektrikum als mindestens eine gedruckte Leiterplatte ausgeführt, wobei zumindest ein Teil der Brücken einstückig mit den Leiterbahnen ausgeführt ist. Die Berücksichtigung der Brücken im Leiterplatten-Layout er­ gibt eine kostengünstige Ausführung.

Ist nur eine Schichtanordnung mit Brücken versehen, lassen sich die dielektrischen Verluste besonders gering halten, wenn diese Schichtanordnung der Hochfrequenzantenne zugewandt ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand von vier Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines diagnostischen Magnetre­ sonanzgerätes,

Fig. 2 in einer Seitenansicht einen Ausschnitt einer Hoch­ frequenzabschirmung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Innenseite der Hochfrequenz­ abschirmung mit Brücken und

Fig. 4 eine weitere Ausführung des Hochfrequenzschirms mit verschieden ausgeführten Brücken.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau eines diagnostischen Magnetresonanzgeräts sind mit 1, 2, 3 und 4 Spulen bezeich­ net, die ein magnetisches Grundfeld B₀ in einem Untersu­ chungsraum erzeugen, in welchem sich bei Anwendung zur medi­ zinischen Diagnostik der zu untersuchende Körper 5 eines Patienten befindet. Dem Untersuchungsraum sind außerdem Gradientenspulen zugeordnet, die zur Erzeugung unabhängiger, zueinander senkrechter Magnetfeldgradienten der Richtungen x, y, z gemäß einem Koordinatenkreuz 6 vorgesehen sind. In Fig. 1 sind der Übersichtlichkeit halber nur die Gradientenspulen 7 und 8 bezeichnet, die zusammen mit einem Paar gegenüberlie­ gender gleichartiger Gradientenspulen zur Erzeugung eines x- Gradienten dienen. Die gleichartigen, nicht gezeichneten y- Gradientenspulen liegen parallel zum Körper und oberhalb sowie unterhalb von ihm. Die Gradientenspulen zur Erzeugung des z-Gradientenfeldes sind quer zu Längsachse am Fuß- und Kopfende angeordnet. Die Anordnung enthält außerdem noch eine zur Erzeugung und/oder zum Empfang der Kernresonanzsignale dienende Ganzkörper-Antenne 9 sowie eine nur zum Empfang von Kernresonanzsignalen vorgesehene Lokalantenne 19.

Die von einer strichpunktierten Linie 10 umgrenzten Spulen 1, 2, 3, 4, 7, 8 ,9 stellen das eigentliche Untersuchungs­ instrument dar. Es wird von einer elektrischen Anordnung aus betrieben, die ein Netzgerät 11 zum Betrieb der Spulen 1 bis 4 sowie eine Gradientenstromversorgung 12, an welcher die Gradientenspule 7 und 8 sowie die weiteren Gradientenspulen liegen, umfaßt. Ein von einem Prozeßrechner 17 gesteuerter Hochfrequenzsender 14 ist mit der Ganzkörper-Antenne 9 ver­ bunden. Die beiden Antennen 9, 19 sind über einen Signalver­ stärker 15 an einen Prozeßrechner 17 gekoppelt, an dem zur Ausgabe eines Schnittbildes ein Bildschirmgerät 18 ange­ schlossen ist. Die Komponenten 14 und 15 bilden eine Hoch­ frequenzeinrichtung 16 zur Signalerzeugung und -aufnahme. Zur Entkopplung der Hochfrequenzantennen 9 und 19 von dem Gra­ dientenspulensystem 7, 8 ist ein Hochfrequenzschirm 20 vor­ gesehen, der hier zylindermantelförmig ausgebildet ist, und zwischen den Hochfrequenzantennen 9, 19 und dem Gradienten­ spulensystem 7, 8 angeordnet ist. Der Hochfrequenzschirm 20 ist so aufgebaut, daß er im wesentlichen nur für die von den Antennen erzeugten Hochfrequenzfelder im Megahertz-Bereich als Abschirmung wirkt. Dagegen soll er durchlässig sein, für die von den Gradientenspulen 7, 8 erzeugten niederfrequenten Gradientenfelder.

Fig. 2 zeigt nun einen Teil des Hochfrequenzschirm 20 im Quer­ schnitt. Träger des Hochfrequenzschirms 20 ist ein zylinder­ mantelförmiges Dielektrikum 22, z. B. aus mit Glasfasergewebe verstärktem Epoxid- oder Teflonmaterial (GFK- bzw. PTFE- Material). Auf der Innen- und Außenseite des Dielektrikums 22 ist jeweils eine Schichtanordnung 24 bzw. 26 aus Kupfer auf­ gebracht. Die Schichtanordnungen 24, 26 umfassen gleichbrei­ te, parallel angeordnete und axial ausgerichtete Leiterbahnen 28, die voneinander durch isolierende Schlitze 30 getrennt sind. Die Leiterbahnen 28 und Schlitze 30 in der ersten Schichtanordnung 24 sind gegenüber den Leiterbahnen 28 und Schlitzen 30 der zweiten Schichtanordnung 26 versetzt ange­ ordnet.

Fig. 3 zeigt nun in einer Draufsicht die erste Schichtanord­ nung 24, also die Innenseite des Hochfrequenzschirms 20 in einem Bereich, in dem die Lokalantenne 19 angeordnet ist. Die Lokalantenne 19 ist als Leiterschleife ausgebildet und kann z. B. zur Untersuchung der Wirbelsäule verwendet werden. Im Bereich der Lokalantenne 19 sind benachbarte Leiterbahnen 28 über hochfrequente Ströme leitende Brücken 32 miteinander verbunden. Dabei sind die Brücken 32 so angeordnet, daß von der Hochfrequenzantenne 19 in der Schichtanordnung 24 indu­ zierte Ströme - hier durch die Pfeile 34 veranschaulicht - zwischen benachbarten Leiterbahnen 28 im wesentlichen über die Brücken 32 fließen können. Die induzierten Ströme 34 fließen entgegengesetzt zum Strom in der Antenne 19. Die Stromrichtung in der Antenne 19 ist durch einen Pfeil 36 veranschaulicht. Ein Teil der Brücken 32 ist aus Metallfolie hergestellt, die jeweils auf benachbarte Leiterbahnen 28 auf­ gelötet sind. Damit die von den Gradientenspulen 7, 8 in der ersten Schichtanordnung 24 induzierten Ströme keine geschlos­ senen Strompfade über mehrere Leiterbahnen 28 finden, sind einige Brücken 32 als Keramikkondensatoren 33 ausgeführt. Die Größe der Kapazität ist so gewählt, daß die Kondensatoren 33 für den hochfrequenten von der Antennen induzierten Strom 34 einen vernachlässigbaren Widerstand bieten, während der kapazitive Widerstand für die von den Gradientenspulen 7, 8 induzierten Ströme sehr hoch ist.

Bei der Anordnung der Brücken 32, 33 ist darauf geachtet, daß keine Ringströme über mehrere Leiterbahnen 28 fließen können, deren Resonanzfrequenz im Bereich der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts liegt. So liegt die Resonanzfrequenz des durch die gestrichelte Linie angedeuteten Kreisstromes 52 wegen der niedrigen Induktivität des Stromkreises 52 wesent­ lich unter der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts. Da­ gegen liegt die Resonanzfrequenz des durch die gestrichelte Linie 54 angedeuteten Stromkreises wegen seiner größeren In­ duktivität wesentlich über der Arbeitsfrequenz.

Fig. 4 zeigt in einer Abwicklung einen Teil eines zylinderman­ telförmigen Hochfrequenzschirms 20, der aus mehreren elek­ trisch miteinander verbundenen Leiterplatten 38 aufgebaut ist. Dargestellt ist eine Draufsicht auf die der Hochfre­ quenzantenne 9 zugewandten ersten Schichtanordnung 24. Insge­ samt werden acht rechteckige Leiterplatten 38 über Metall­ folienstreifen 40 miteinander verbunden. Die Leiterbahnen 28 sind wiederum in Längsrichtung (in z-Richtung des Koordina­ tenkreuzes 6) auf dem Hochfrequenzschirm 20 angeordnet. Eine Schmalseite 42 einer Leiterplatte 38 deckt somit 90° des Zylindermantelumfangs ab. Die Anordnung der Brücken 32 ist hier an eine Ganzkörperantenne 9 angepaßt, wie sie aus der US-PS 4 506 224 bekannt ist. Die Ganzkörperantenne 9 ist gebildet aus vier flachen Teilantennen 44, die um 90° gegen­ einander versetzt im Innenraum des Hochfrequenzschirms 20 angeordnet sind. Der Umriß einer Teilantenne 44 ist in Fig. 4 gestrichelt gezeichnet. Die flächigen Teilantennen 44 können ebenfalls wie der Hochfrequenzschirm 20 zur Vermeidung von vom Gradientenspulensystem induzierten Wirbelströmen in Längsrichtung geschlitzt sein, was hier jedoch nicht darge­ stellt ist. Die die Teilantennen 44 bildenden Leiterbahnen sind dann an den Enden in der Nähe der Einspeisepunkte 46, 47 mit Brücken, vorzugsweise aus Kondensatoren miteinander ver­ bunden, damit der Antennenstrom möglichst ungehindert zwi­ schen den Leiterbahnen der Teilantennen 44 fließen kann. Der Antennenstrom in den Teilantennen 44 schließt sich über den Hochfrequenzschirm 20. Er fließt im Hochfrequenzschirm 20 in entgegengesetzter Richtung wie in den Teilantennen 44, z. B. vom Anschlußpunkt 46 zum Anschlußpunkt 47. Die Brücken 32 sind auch hier so angeordnet, daß sowohl der im Hochfrequenz­ schirm 20 von den Teilantennen 44 induzierte Spiegelstrom als auch der im Hochfrequenzschirm 20 fließende Antennenrückstrom nicht über das Dielektrikum 22, sondern direkt entlang den Leiterbahnen 28 fließen kann. Auch hier sind Kondensatoren 33 als Brücken verwendet, um eine bessere Wirbelstromunter­ drückung für die niederfrequenten Gradientenströme zu bewir­ ken. Ein Teil der Brücken 32, in Fig. 4 als Unterbrechung 48 des Schlitzes 30 zu erkennen, ist einstückig mit den Leiter­ bahnen 28 ausgeführt. Sie können somit gleich im Leiter­ platten-Layout vorgesehen werden. Weitere Brücken sind über als Kreise dargestellte Schraubbolzen 50 ausgeführt. Die Anordnung der Brücken 32, 33, 48, 50 ist optimiert im Hin­ blick auf die Antennengeometrie und die Geometrie des Gra­ dientenspulensystems.

Claims (7)

1. Diagnostisches Magnetresonanzgerät mit einem Untersu­ chungsraum, der zur Aufnahme wenigstens eines Teils eines Patienten (5) geeignet ist, mit einer Hochfrequenzantenne (9, 19) zum Senden von Anregungsimpulsen in den Untersuchungs­ raum und/oder zum Empfang von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum, mit einem Gradientenspulensystem (7, 8) zum Erzeugen von magnetischen Gradientenfeldern im Untersu­ chungsraum, wobei die Hochfrequenzantenne (9, 19) näher am Untersuchungsraum angeordnet ist als das Gradientenspulen­ system (7, 8), und einem zwischen der Hochfrequenzantenne (9, 19) und dem Gradientenspulensystem (7, 8) angeordneten Hochfrequenzschirm (20), der eine erste und dazu gegenüber­ liegend angeordnet eine zweite elektrisch leitfähige Schicht­ anordnung (24 bzw. 26) umfaßt, die durch ein Dielektrikum (22) voneinander getrennt sind, wobei die Schichtanordnungen (24, 26) nebeneinander angeordnete Leiterbahnen (28) umfassen, die voneinander durch elektrisch isolierende Schlitze (30) getrennt sind, und wobei die Schlitze (30) in der ersten Schichtanordnung (24) gegenüber den Schlitzen (30) in der zweiten Schichtanordnung (26) versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Schichtanordnung (24) benachbarte Leiter­ bahnen (28) über hochfrequente Ströme leitende Brücken (32, 33, 48, 50) miteinander verbunden sind, wobei die Brücken (32, 33, 48, 50) so angeordnet sind, daß von der Hochfrequenz­ antenne (9, 19) in der Schichtanordnung (24) induzierte Ströme (34) zwischen den benachbarten Leiterbahnen (28) im wesentlichen über die Brücken (32, 33, 48, 50) fließen können.

2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Brücken (32) durch Metallfolienstücke gebildet sind.

3. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Brücken (32) durch Kondensatoren (33) gebildet ist.

4. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest ein Teil der Brücken (32, 33) über Lötverbindungen mit den Leiterbahnen (28) verbunden ist.

5. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnungen (24, 26) mit dem Dielektrikum (22) als min­ destens eine gedruckte Leiterplatte (38) ausgeführt sind und daß zumindest ein Teil der Brücken (32) einstückig (37) mit den Leiterbahnen (28) ausgeführt ist.

6. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (28) parallel angeordnet sind.

7. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Schichtanordnung (24) mit Brücken (32, 33, 48, 50) versehen ist und daß diese Schichtanordnung (24) der Hochfrequenzantenne (9, 19) zugewandt ist.