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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetresonanzanlage mit einer
Sendeantenne und einer Hochfrequenzquelle,
- – wobei
mittels der Sendeantenne ein in einem Untersuchungsvolumen angeordnetes
Untersuchungsobjekt mit einer Anregungsfrequenz zu Magnetresonanzen
anregbar ist,
- – wobei
die Hochfrequenzquelle im Untersuchungsvolumen oder in dessen Umgebung
anordenbar bzw. angeordnet ist,
- – wobei
mittels der Hochfrequenzquelle ein mit der Anregungsfrequenz oszilierendes
elektrisches Feld erzeugbar ist.
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Derartige
Magnetresonanzanlagen sind allgemein bekannt.
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Sendeantennen
von Magnetresonanzanlagen sollen in einem Untersuchungsobjekt (meistens einem
Menschen) ein magnetisches Anregungsfeld erzeugen, anhand dessen
im Untersuchungsobjekt Magnetresonanzen angeregt werden. Dadurch
ist es nach der Anregung der Magnetresonanzen möglich, diese Magnetresonanzen
mittels entsprechender Empfangsantennen zu empfangen. Gegebenenfalls kann
dabei die Sendeantenne selbst zum Empfang herangezogen werden.
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Mit
der Erzeugung des magnetischen Anregungsfeldes sind stets Wirbelströme verbunden,
welche zu einer unerwünschten
Erwärmung
des Untersuchungsobjekts führen.
Diese Wirbelströme
können aber
nicht vermieden werden. Zusätzlich
zu diesen unvermeidbaren Wirbelströmen werden aber auch quellenartige
Ströme
erzeugt, deren elektrische Felder kapazitiv in das Untersuchungsobjekt
einkoppeln und dort zusätzlich
zu einer weiteren Erwärmung
des Untersuchungsobjekts führen.
Solche kapazitiven Einkopplungen treten insbesondere an den Leitern der
Sendeantenne auf. Sie können,
wenn auch in geringerem Umfang, aber auch an lokalen Empfangsspulen
oder an Kabeln auftreten, soweit diese sich im Einwirkungsbereich
der Sendeantenne befin den. Alle diese Elemente (Sendeantenne, Lokalspule,
Kabel) können
somit als (unerwünschte)
Hochfrequenzquelle wirken, deren elektrische Felder möglichst
vom Untersuchungsobjekt ferngehalten werden sollten.
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Ein
sich sofort und ohne weiteres aufdrängender Ansatz besteht darin,
den Abstand der Hochfrequenzquelle vom Untersuchungsobjekt möglichst groß zu wählen. Dies
führt aber
z. B. bei Ganzkörper-Sendeantennen
entweder zu überdimensionierten
Sendeantennen oder aber zu einer Verringerung der ohnehin beengten
räumlichen
Verhältnisse
im Untersuchungsvolumen. Auch führt
ein vergrößerter Abstand
im Empfangsfall – auch
bei Lokalspulen – zu einer
verringerten Sensitivität.
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Ferner
wäre es
möglich,
bei Sende- und/oder Empfangsantennen die Resonanzkondensatoren aufzuteilen
(sogenannte „mehrfache
Verkürzung"). Dies führt aber
zu erhöhten
Kondensatorverlusten und außerdem
einem zusätzlichen
fertigungstechnischen Aufwand. Weiterhin ist diese Lösung nicht
in allen Fällen
anwendbar.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Möglichkeit
zu schaffen, unerwünschte
kapazitive Einkopplungen von der Hochfrequenzquelle in das Untersuchungsobjekt
zu unterdrücken
und dabei zugleich die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
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Die
Aufgabe wird bei einer Magnetresonanzanlage der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
- – dass
die Magnetresonanzanlage eine Barriere aufweist,
- – dass
die Barriere zwischen der Hochfrequenzquelle und dem Untersuchungsvolumen
angeordnet ist,
- – dass
die Barriere bei der Anregungsfrequenz resonant ist und
- – dass
mittels der Barriere das Untersuchungsvolumen gegenüber dem
von der Hochfrequenzquelle erzeugten elektrischen Feld abgeschirmt ist.
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Denn
dadurch wird erreicht, dass in der Barriere Ströme auftreten, die den durch
die Hochfrequenzquelle im Untersuchungsobjekt hervorgerufenen Verschiebestrom
kompensieren.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Hochfrequenzquelle in der Regel mit der Sendeantenne identisch. Es
ist im Einzelfall aber auch möglich,
dass die Hochfrequenzquelle als Lokalspule zum Empfangen vom im
Untersuchungsobjekt angeregten Magnetresonanzen oder als Kabel ausgebildet
ist.
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Die
Barriere besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Einzelresonatoren,
die jeweils für
sich bei der Anregungsfrequenz resonant sind. Denn dann ist die
Barriere besonders wirksam. Die Einzelresonatoren können dabei
alternativ gegeneinander isoliert oder elektrisch miteinander verbunden
sein. Auch Mischformen sind möglich.
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Wenn
jeder Einzelresonator zwei Kondensatorflächen aufweist, von denen je
eine der Hochfrequenzquelle und dem Untersuchungsvolumen zugewandt
ist und die über
eine Spule elektrisch leitend miteinander verbunden sind, sowie
die der Hochfrequenzquelle zugewandten Kondensatorflächen und/oder
die dem Untersuchungsvolumen zugewandten Kondensatorflächen nicht
unmittelbar elektrisch leitend miteinander verbunden sind, sind
die Einzelresonatoren besonders einfach und wirksam.
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Die
Kondensatorflächen
sind mit den Spulen über
Anschlusspunkte verbunden. Vorzugsweise erstrecken die Kondensatorflächen sich
im Wesentlichen in einer Ebene und weisen, bezogen auf die Anschlusspunkte,
sich radial in der Ebene erstreckende Ausläufer auf. Denn dadurch können in
den Kondensatorflächen
nur sehr geringe Wirbelströme
auftreten. Die Kondensatorflächen
können
dabei insbesondere sternförmig
ausgebildet sein.
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Die
Einzelresonatoren können
alternativ unregelmäßig oder
regelmäßig verteilt
angeordnet sein. Im letzteren Fall können die Einzelresonatoren
beispielsweise ein rechteckiges oder ein hexagonales Muster definieren.
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In
der Regel ist zwischen den Kondensatorflächen ein Dielektrikum angeordnet.
In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass das Dielektrikum als
Tragstruktur für
die Kondensatorflächen
und die Spulen ausgebildet ist. Es sollte sich vorzugsweise über mehrere
Einzelresonatoren erstrecken.
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Ebenso
kann sich zwischen den Kondensatorflächen der Einzelresonatoren
im Wesentlichen aber auch nur Luft befinden. Beispielsweise können stellenweise
zwischen den Kondensatorflächen
Abstandhalter vorgesehen sein oder eine Tragstruktur für die Einzelresonatoren
ist als Schaumfolie ausgebildet.
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In
der Regel strahlt die Hochfrequenzquelle auch ein magnetisches Wechselfeld
ab. In diesem Fall sind die Spulen vorzugsweise derart orientiert, dass
das magnetische Wechselfeld in ihnen keine Ströme induziert. Alternativ können die
Spulen der Einzelresonatoren auch derart ausgebildet sein, dass vom
magnetischen Wechselfeld in den Spulen induzierte Ströme sich
gegenseitig kompensierende Induktionsspannungen generieren.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 schematisch
eine Magnetresonanzanlage,
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2 ein
Ersatzschaltbild,
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3 eine
Barriere,
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4 bis 6 Einzelresonatoren,
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7 bis 9 Anordnungen
von Einzelresonatoren sowie
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10 und 11 alternative
Ausgestaltungen der in 2 dargestellten Barriere.
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Gemäß 1 weist
eine Magnetresonanzanlage verschiedene Magnetsysteme 1 und
mindestens eine Sendeantenne 2 – hier in Form einer Ganzkörperantenne 2 – auf. Die
Sendeantenne 2 de finiert ein Untersuchungsvolumen 3,
das in der Regel im Wesentlichen zylindrisch ist. In das Untersuchungsvolumen 3 ist
mittels einer Patientenliege 4 ein Untersuchungsobjekt 5 – in der
Regel ein Mensch 5 – einführbar. An
dem Untersuchungsobjekt 5 kann dabei eine Lokalspule 6 angeordnet
sein, die über
ein Kabel 7 mit einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 verbunden
ist.
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Die
Sendeantenne 2 ist – siehe 2 – in der
Lage, im Untersuchungsvolumen 3 ein magnetisches Wechselfeld
B zu erzeugen, das eine Anregungsfrequenz, nämlich die Larmorfrequenz, aufweist.
Wenn das Untersuchungsobjekt 5 in das Untersuchungsvolumen 3 eingeführt (= dort
temporär angeordnet)
ist, werden daher im Untersuchungsobjekt 5 mit der Anregungsfrequenz
Magnetresonanzen angeregt. Diese angeregten Magnetresonanzen sind dann
mittels der Ganzkörperantenne 2 (im
Empfangsbetrieb) und/oder mittels der Lokalspule 6 empfangbar.
Die empfangenen Magnetresonanzen werden der Steuer- und Auswerteeinrichtung 8 zugeführt und
von dieser in üblicher,
an sich bekannter Weise ausgewertet.
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Mittels
der Sendeantenne 2 wird aber nicht nur das erwünschte hochfrequente
Magnetfeld erzeugt und abgestrahlt, sondern auch ein elektrisches Feld,
das mit der Anregungsfrequenz oszilliert und in 2 mit
dem Bezugszeichen E versehen ist. Die Sendeantenne 2 – die logischerweise
in der Umgebung des Untersuchungsvolumens 3 angeordnet
ist – ist
also zugleich auch eine Hochfrequenzquelle, mittels derer das elektrische
Feld E erzeugbar ist. Dieses elektrische Feld E würde in das
Untersuchungsobjekt 5 kapazitiv eingekoppelt, wenn keine
Gegenmaßnahmen
ergriffen werden. Die Abschirmung dieses elektrischen Feldes E ist
Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Zur
Abschirmung des elektrischen Feldes E weist die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage eine
Barriere 9 auf. Die Barriere 9 ist ersichtlich
zwischen der Hochfrequenzquelle 2 und dem Untersuchungsvolumen 3 angeordnet.
Mittels der Barriere 9 wird also das Untersuchungsvolumen 3 gegenüber dem von
der Hochfrequenzquelle 2 erzeugten elektrischen Feld E
abgeschirmt. Die Barriere 9 besteht daher gemäß den 2 und 3 aus
einer Vielzahl von Einzelresonatoren 10.
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Gemäß den 2 und 3 weist
jeder Einzelresonator 10 zwei Kondensatorflächen 11, 12 sowie
eine Spule 13 auf. Je eine der Kondensatorflächen 11, 12 ist
der Hochfrequenzquelle 2 bzw. dem Untersuchungsvolumen 3 zugewandt.
Sie sind über die
Spule 13 elektrisch leitend miteinander verbunden. Gemäß den 2 und 3 sind
dabei sowohl die der Hochfrequenzquelle 2 zugewandten Kondensatorflächen 11 als
auch die dem Untersuchungsvolumen 3 zugewandten Kondensatorflächen 12 untereinander
nicht unmittelbar elektrisch leitend miteinander verbunden.
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Die
Kondensatorflächen
11,
12 sind
um eine Barrierendicke d voneinander beabstandet und weisen ein
wirksames Flächenmaß A auf.
Sie bilden somit einen Plattenkondensator mit einer Kapazität C, die
durch die allgemein bekannte Formel
bestimmt ist. ε
0 ist
dabei die absolute Dielektrizitätskonstante, ε
r ist
die relative Dielektrizitätskonstante des
Mediums, aus dem die Barriere
9 beseht.
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Um
ihre Schirmungsfunktion optimal erfüllen zu können, sollte die Barriere
9 als
solche bei der Anregungsfrequenz (= der Larmorfrequenz) resonant sein.
Jeder Einzelresonator
10 sollte daher bei der Anregungsfrequenz
resonant sein. Die Spulen
13 sollten somit eine Induktivität L aufweisen,
die der Bedingung
genügt. ω ist dabei die mit dem Faktor
2π multiplizierte
Anregungsfrequenz.
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Die
Einzelresonatoren 10 sind gemäß den 2 und 3 vollständig elektrisch
voneinander getrennt. Sie könnten
aber auch – z.
B. auf Seiten der Hochfrequenzquelle 2 oder des Untersuchungsvolumens 3 – elektrisch
leitend miteinander verbunden sein.
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Gemäß 3,
welche die einfachste Ausgestaltung der Einzelresonatoren 10 zeigt,
sind die Kondensatorflächen 11, 12 als
einfache rechteckige (alternativ z. B. wabenförmige oder kreisrunde) Flächen 11, 12 ausgebildet.
Weiterhin weisen die Spulen 13 Spulenachsen 15 auf,
die im Wesentlichen senkrecht auf den Kondensatorflächen 11, 12 stehen.
Diese Ausgestaltung der Einzelresonatoren 10 ist zwar möglich und
sehr einfach, bezüglich
ihrer Schirmungswirkung aber noch nicht optimal. In den nachstehend
beschriebenen 4 bis 6 sind daher Ausgestaltungen
von Einzelresonatoren 10 gezeigt, die bezüglich ihrer
Wirkung optimiert sind. Die nachstehend in Verbindung mit den 4 bis 6 beschriebenen
Variationen sind dabei unabhängig
voneinander realisierbar und auch miteinander kombinierbar, soweit
sie sich nicht im Einzelfall gegenseitig widersprechen.
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Gemäß 4 sind
die Kondensatorflächen 11, 12 mit
den Spulen 13 über
Anschlusspunkte 16, 17 verbunden. Die Kondensatorflächen 11, 12 erstrecken
sich – eben
weil sie „Flächen" sind – im Wesentlichen
in einer Ebene. Sie weisen dabei, bezogen auf die Anschlusspunkte 16, 17,
Ausläufer 18 auf,
die sich radial in der Ebene erstrecken, also von den Anschlusspunkten 16, 17 weg.
Die Ausläufer 18 sind daher
nicht unmittelbar, sondern nur über
einen Kernbereich 19 der jeweiligen Kontaktfläche 11, 12,
elektrisch leitend miteinander verbunden. Durch diese Ausgestaltung
der Kondensatorflächen 11, 12 können Wirbelströme, die
in den Kondensatorflächen 11, 12 induziert
werden, auf ein Minimum reduziert werden.
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Die
Größe der Kernbereiche 19 kann
sehr gering sein. Im Extremfall ist es möglich, dass die Kernbereiche 19 mit
den An schlusspunkten 16, 17 identisch sind. In
diesem Fall sind somit die Kontaktflächen 11, 12 sternförmig ausgebildet.
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Gemäß 4 ist
weiterhin die Spule 13 derart orientiert, dass ihre Spulenachse 15 senkrecht
zu einer Drehebene ist, innerhalb derer das Magnetfeld B oszilliert.
Dadurch wird erreicht, dass in der Spule 13 durch die Hochfrequenzquelle 2 kein
Strom induziert werden kann, obwohl die Hochfrequenzquelle 2 auch
das magnetische Feld B abstrahlt.
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Es
sind auch Fälle
möglich,
in denen die in 4 dargestellte Anordnung der
Spulen 13 nicht möglich
ist. Beispielsweise ist nicht in allen Fällen die Orientierung eines
Kabels 7 bzw. einer Lokalspule 6 vorbekannt. Trotz
der Abstrahlung eines magnetischen Wechselfeldes B durch die Hochfrequenzquelle 2 soll
es aber auch in diesen Fällen
möglich
sein, einen Einfluss der Hochfrequenzquelle 2 auf die Spulen 13 der
Einzelresonatoren 10 auszuschließen. Dies kann durch entsprechende
Ausgestaltung der Spulen 13 erreicht werden. Hierzu sind
die Spulen 13 derart ausgebildet, dass Ströme, die
vom magnetischen Wechselfeld B in den Spulen 13 induziert
werden, Induktionsspannungen generieren, die sich gegenseitig kompensieren.
Eine entsprechende Ausgestaltung der Spulen 13 kann beispielsweise
darin bestehen, dass die Spulen 13 – siehe 5 – in zwei antiparallel
zueinander geschaltete Teilspulen 20 aufgeteilt sind. Alternativ
könnten
die Spulen 13 gemäß 6 auch
als Toroide 13 ausgebildet sein.
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Die
Einzelresonatoren 10 können
innerhalb der Barriere 9 prinzipiell beliebig verteilt
angeordnet sein. Gemäß 7 können sie
beispielsweise unregelmäßig verteilt
angeordnet sein. Wie in den 8 und 9 dargestellt
ist, können
sie aber auch regelmäßig verteilt
angeordnet sein. 8 zeigt dabei, dass die Einzelresonatoren 10 ein
rechteckiges Muster definieren. 9 zeigt,
dass die Einzelresonatoren 10 ein hexagonales Muster definieren.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, ist zwischen den Kondensatorflächen 11, 12 der
Einzelresonatoren 10 ein Dielektrikum 21 angeordnet.
Es erstreckt sich vorzugsweise über
mehrere Einzelresonatoren 10 und ist entsprechend der Darstellung
von 2 als Tragstruktur 21 für die Kondensatorflächen 11, 12 und
die Spulen 13 ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass
sich zwischen den Kondensatorflächen 11, 12 der
Einzelresonatoren 10 im Wesentlichen nur Luft befindet.
Beispielsweise ist es möglich, gemäß 10 Abstandhalter 22 vorzusehen.
Auch könnte
entsprechend 11 eine Tragstruktur 23 verwendet
werden, die als Schaumstoff ausgebildet ist, so dass die Tragstruktur 23 selbst
im Wesentlichen aus Luft besteht.
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Die
vorliegende Erfindung wurde obenstehend im Wesentlichen in Verbindung
mit einer Sendeantenne 2 erläutert. Dies stellt auch den
häufigsten und
wichtigsten Anwendungsfall dar. Die vorliegende Erfindung ist aber
nicht auf die Anwendung bei einer Sendeantenne 2 beschränkt. Sie
könnte
im Einzelfall auch angewendet werden, wenn die Hochfrequenzquelle
mit der Lokalspule 6 identisch ist, die lediglich zum Empfangen
von im Untersuchungsobjekt 5 angeregten Magnetresonanzen
ausgebildet ist. Es ist sogar möglich,
das Kabel 7 zur Lokalspule 6 mit einer erfindungsgemäßen Barriere 9 zu
versehen. In jedem dieser Fälle
ist eine wirksame Abschirmung des Untersuchungsvolumens 3 gegen
eine kapazitive Einkopplung von elektrischen Feldern gegeben, die von
der jeweiligen Hochfrequenzquelle 2, 6, 7 erzeugt
werden.
