DE10116802C1 - RF-Antenne für ein offenes MR-System - Google Patents

Abstract

HF-Sende/Empfangsantenne für ein offenes MR-System, bei dem der untere und der obere Pol des Grundfeldmagneten durch zwei Verbindungssäulen miteinander verbunden sind, wobei eine durch das Grundfeldmagnetsystem (1, 2) mit den Verbindungssäulen (3, 4), insbesondere deren Gehäusen, gebildete, den Patientenraum umgebende elektrisch leitende Verbindungsschleife (12) mit eingefügtem Verkürzungskondensator (13) als HF-Antenne ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine HF-Sende/Empfangsantenne für ein offenes MR-System, bei dem die unteren und oberen Pole des Grundfeldmagneten durch zwei Säulen miteinander ver­ bunden sind.

Ein offenes Magnetresonanz-System, bei dem die Pole des Grundfeldmagneten durch Säulen miteinander verbunden sind, ist beispielsweise in EP 0 314 262 A2 offenbart.

Aus der DE 44 34 951 A1 ist ein Kernspintomographie-Gerät be­ kannt, bei dem eine Gradientenspule auch als Hochfrequenz­ antenne betrieben ist. Nachteilig daran ist der große, für den HF-Betrieb nötige, zusätzliche Aufwand an der ohnehin hochkomplexen Gradientenspule.

Als HF-Sende/Empfangsantenne verwendet man bislang üblicher­ weise Antennen in Streifenleiterform, wie sie zum Beispiel in DE 42 32 884 C2 beschrieben sind. Die Antenne besteht dabei aus Streifenleitungen, die am Ende mit einem oder mehreren Resonanzkondensatoren gegen eine Masse- bzw. Schirmfläche verkürzt und damit auf Resonanz abgeglichen werden. Ein deutlicher Nachteil dieser Antennenstruktur ist der schlechte Wirkungsgrad aufgrund des geringen Abstandes zwi­ schen den eigentlichen Leitern und der Schirmfläche. Eine Erhöhung des Abstandes ist zwar denkbar, dadurch verringert sich aber dann auch der Platz für den Patienten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HF-Sende-/­ Empfangsantenne für ein offenes MR-System zu schaffen, das bei einfachem Aufbau und unter Aufrechterhaltung des größt­ möglichen Aufnahmeraums für den Patienten eine höhere Effek­ tivität als die bekannten Streifenleiter-Antennen besitzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine durch das Grundfeldmagnetsystem mit den Verbin­ dungssäulen gebildete, den Patientenraum umgebende, elektrisch leitende Verbindungsschleife mit eingefügtem Verkürzungskon­ densator als HF-Antenne ausgebildet ist.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass man den Magneten selbst mit in die Antenne integriert und seine metallische Oberfläche selbst als aktiven Leiter nutzt. Für eine Nutzung dieser Leiterschleife als MR-Antenne ist das Einfügen von Verkürzungskondensatoren erforderlich, wobei die Unterbrechung dieses Loops zum direkten Einsetzen solcher, Re­ sonanzkondensatoren eine, in der Praxis allerdings häufig nicht zweckmäßige Lösung darstellt. Beispielsweise kann die elektrisch leitende Verbindungsschleife an einer Stelle, ins­ besondere im Bereich einer Säule zur Einfügung des Verkür­ zungskondensators aufgetrennt sein.

Als zweckmäßiger hat sich eine Lösung herausgestellt, bei der an wenigstens einer der Verbindungssäulen ein Topfkreis mit einem Kondensator angebracht ist, sodass eine Kapazität in den Loop transformiert wird, womit die Abstimmung auf Reso­ nanz und eine Anpassung an den MR-Sender möglich wird. Die Effektivität der erfindungsgemäßen Resonantorantenne ist deutlich höher, als die der konventionellen Lösung mit Strei­ fenleitern. Ein weiterer Vorteil liegt in der Einsparung des für den bisherigen Bodyresonator benötigten vertikalen Raums.

Die Einspeisung kann direkt an den Topfkreisen an den Säulen in unmittelbarer Nähe des für die Anpasseinheiten vorgesehe­ nen Platzes erfolgen. Bei einem gekippten Magnet(wie z. B. dem sogenannten "Double-Donut") kann dieses erfindungsgemäße Prinzip des Aufbaus der HF-Antenne mit einem den Patienten­ aufnahmeraum umgebenden Loop selbstverständlich ebenfalls an­ gewendet werden, wobei der Aufbau so gestaltet werden könnte, dass die obere Strebe eine kapazitive Impedanz enthält, die durch einen Sperrkreis realisiert werden kann. In diesem Fall wäre oben auch eine Teilung des Vakuumgefäßes möglich, sodass überhaupt kein Sperrtopf mehr erforderlich wäre, was einen wesentlichen Gewinn an Bandbreite und Wirkungsgrad mit sich brächte.

Ein geringer Nachteil des erfindungsgemäßen Aufbaus der HF- Antenne ist das große Anregungsvolumen der Antenne, die durch die Form des Magnetgehäuses vorgegeben wird. Um dabei Mehr­ deutigkeitsartefakte der MR-Bilder zu reduzieren, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass seitlich an der Gradientenspule ein Gegenfeld erzeugende Hilfsresonatoren zur räumlichen Begrenzung des HF-Feldes im Bereich der Patientenentenachse angeordnet sind. Diese Hilfs­ resonatoren, die als beidseitig verkürzte Streifenleitungen aufgebaut sein können, und die über die induktive Koppelung mit dem Hauptresonator angeregt werden können, erzeugen ein B-Feld, das dem Hauptfeld entgegengerichtet ist und das Feld im Außenraum kompensiert. Dadurch erfolgt ein schneller Feld­ abfall in der Patientenrichtung und der Mehrdeutigkeitsarte­ fakt wird verringert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh­ rungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Ansicht eines offenen MR-Systems, bei dem die HF-Antenne unter Ausnutzung der metal­ lischen Oberfläche des Magnetsystems einen Loop um den Patienten bildet, wobei gestrichelt zwei her­ kömmliche Streifenleiterantennen mit eingezeichnet sind,

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines MR- Systems bei einem "Double-Donut" mit der erfin­ dungsgemäßen Antennenausbildung,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein abgewandeltes offenes MR- System in der Mittelebene zwischen den Verbindungs­ schollen, wobei zusätzlich zum Antennen-Loop Hilfs­ resonatoren zur Vermeidung von Mehrdeutigkeitsarte­ fakten vorgesehen sind und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

In Fig. 1 erkennt man eine Stirnansicht in Richtung der Pati­ enteneinschubachse eines offenen MR-Systems, umfassend einen oberen Grundfeldmagneten 1 und einen unteren Grundfeldmagne­ ten 2, die durch Verbindungssäulen 3 und 4 miteinander verbunden sind. Anstelle der üblichen, gestrichelt eingezeichne­ ten HF-Antennen 5 und 6 in Streifenleiterform, bei der Strei­ fenleitungen 7, die auf einer Tragplatte 8 angeordnet sind, über Resonanzkondensatoren 9 und 10 gegen eine Masse- bzw. Schirmfläche 11 auf Resonanz abgeglichen werden, ist erfin­ dungsgemäß der Magnet selbst mit in die Antenne integriert, indem man die metallische Oberfläche des Magnetsystems selbst als aktiven Leiter benutzt. Bei dem gezeigten offenen System mit den beiden Verbindungssäulen 3 und 4 zur Verbindung des unteren Pols 2 mit dem oberen Pol 1 erhält man dann eine An­ tenne, die einen Loop 12 um den Patienten bildet. Für eine Nutzung dieser Leiterschleife als MR-Antenne ist die Einfü­ gung von Verkürzungskondensatoren 13 erforderlich, was neben einem Auftrennen der elektrischen Verbindungen einer der Säu­ len und der direkten Einfügung eines solchen Verkürzungskon­ densators 13 in der Praxis zweckmäßigerweise in der Weise er­ folgt, dass - wie in Fig. 1 gezeigt ist - an der Säule 3 ein Topf kreis 14 angebracht ist, der eine Kapazität 15 als Ver­ kürzungskondensator 13 in den Loop 12 transformiert, womit die Abstimmung auf Resonanz und eine Anpassung an den MR- Sender möglich wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Antenne ergibt sich unter Wegfall der Streifenleiter- Antennen 5 und 6 ein wesentlich größerer Platz für den Pati­ enten 16.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Verwendung der Antenne bei einem "Double-Donut". Die obere Strebe 4' enthält kapazitiv eine Impedanz, die durch einen Sperrkreis realisiert werden kann. Gegebenenfalls wäre in diesem Fall oben auch eine Tei­ lung des Vakuumgefäßes möglich, sodass überhaupt kein Sperr­ topf nötig ist, wodurch sich ein wesentlicher Gewinn an Band­ breite und Wirkungsgrad einstellen würde.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten abgewandelten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung, das grundsätzlich so aufge­ baut ist, wie die Anordnung nach Fig. 1, erkennt man die Hochfrequenzströme der Hauptresonanz, also des Loops 12 in Fig. 1, wobei zusätzlich in den Fig. 3 und 4 auch noch die Gradientenspulen 17 und 18 schematisch mit angedeutet sind. Der wesentliche Unterschied der Anordnung nach den Fig. 3 und 4 gegenüber der nach Fig. 1 besteht in der Anordnung zusätz­ licher Hilfsresonatoren 19 und 20 seitlich neben den Gradien­ tenspulen 17 und 18. Diese Hilfsresonatoren dienen zur räum­ lichen Begrenzung des HF-Feldes in Richtung der Patienten­ längsachse. Sie sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als in­ duktiv gekoppelte Streifenleitungsresonatoren ausgebildet, die im Außenbereich ein Gegenfeld zum Haupt-HF-Feld erzeu­ gen. Dadurch erfolgt ein schneller Feldabfall in der Patien­ tenrichtung (vgl. die gestrichelte Feldlinie 21 in Fig. 3) und Mehrdeutigkeitsartefakte werden verringert.

Claims (5)

1. HF-Sende/Empfangsantenne für ein offenes MR-System, bei dem der untere und der obere Pol des Grundfeldmagneten durch zwei Verbindungssäulen miteinander verbunden sind, da­ durch gekennzeichnet, dass eine durch das Grundfeldmagnetsystem (1, 2) mit den Verbindungs­ säulen (3, 4), insbesondere deren Gehäusen, gebildete, den Patientenraum umgebende elektrisch leitende Verbindungs­ schleife (12) mit eingefügtem Verkürzungskondensator (13) als HF-Antenne ausgebildet ist.

2. HF-Sende/Empfangsantenne nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass die e­ lektrisch leitende Verbindungsschleife (12) an einer Stelle, insbesondere im Bereich einer Verbindungssäule (3, 4), zur Einfügung des Verkürzungskondenstors (13) aufgetrennt ist.

3. HF-Sende/Empfangsantenne nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, dass an we­ nigstens einer der Verbindungssäulen (3, 4) ein Topfkreis (14) mit einem Kondensator (15) zu dessen Transformierung in die Verbindungsschleife (12) angebracht ist.

4. HF-Sende/Empfangsantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich an den Gradientenspulen ein Gegenfeld erzeugen­ de Hilfsresonatoren (19, 20) zur räumlichen Begrenzung des HF-Feldes im Bereich der Patientenachse angeordnet sind.

5. HF-Sende/Empfangsantenne nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, dass die Hilfsresonatoren (19, 20) beidseitig verkürzte Streifenlei­ tungen umfassen, die durch induktive Kopplung mit dem Hauptresonator angeregt werden.