DE102009033084B3

DE102009033084B3 - Verstimmbare Wellenleiterantenne

Info

Publication number: DE102009033084B3
Application number: DE102009033084A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Renz; Karsten Dr. Wicklow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: US20110012810A1; US8436615B2

Abstract

Beschrieben wird eine vorzugsweise für einen Betrieb mit Lokalspulen verstimmbare Wellenleiterantenne für ein Magnetresonanztomographiegerät (1), wobei die Wellenleiterantenne mehrere Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) umfasst, wobei sich zwischen den Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D21, D31, D41) befinden, wobei Metallflächen in einem Zustand, in dem Dioden zwischen diesen Metallflächen durchgeschaltet sind, für HF-Signale über diese Dioden miteinander verbunden sind, wobei Metallflächen in einem Zustand, in dem Dioden zwischen den Metallflächen sperrend geschaltet sind, für HF-Signale miteinander unverbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenleiterantenne für ein Magnetresonanztomographiegerät.
Magnetresonanzgeräte zur Untersuchung insbesondere von Patienten durch Magnetresonanztomographie sind generell beispielsweise aus der Patentschrift DE 103 14 215 B4 bekannt. Aus US 4 667 160 und US 4 680 550 ist jeweils eine Wellenleiterantenne für ein MRT bekannt.
Moderne Magnetresonanzanlagen (auch MRI oder MRT genannt) arbeiten in der Regel mit mehreren verschiedenen Antennen zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang induzierter Magnetresonanzsignale. Häufig besitzt eine Magnetresonanzanlage eine größere, in der Regel fest im Gerät eingebaute, sogenannte Ganzkörperspule, auch Body Coil genannt, sowie mehrere kleine Oberflächenspulen, auch Lokalspulen oder Local Coil genannt. Oberflächenspulen dienen im Gegensatz zu einer Ganzkörperspule dazu, detaillierte Abbildungen von Körperteilen bzw. Organen eines Patienten aufzunehmen, die sich verhältnismäßig nahe an der Körperoberfläche befinden.
In einer Veröffentlichung von Pruessmann et al. wird eine Antenne für UHF-MRI beschrieben, die auf dem Prinzip der Wellenausbreitung in Hohlleitern basiert. Es wird dabei der Effekt ausgenutzt, dass ein Metallrohr, wie es in einer MR-Anlage z. B. durch einen standardmäßig vorhandenen HF-Schirm oder eine innere Metallwand des Magneten gebildet wird, ab einer bestimmt Grenzfrequenz als Wellenleiter funktioniert. Diese Grenzfrequenz kann bei MRT-Anlagen überschritten sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Einsetzbarkeit eines derartigen Hohlleiters zu optimieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung umfasst gemäß dem Patentanspruch 1 eine Wellenleiterantenne für ein Magnetresonanztomographiegerät, wobei die Wellenleiterantenne aus mehreren voneinander für HF-Signale unverbundenen Metallflächen besteht, wobei sich zwischen den Metallflächen Dioden befinden, wobei Metallflächen in einem Zustand, in dem Dioden zwischen diesen Metallflächen (leitend) durchgeschaltet sind, für HF-Signale (leitend) über diese Dioden miteinander verbundenen sind, wobei Metallflächen in einem Zustand, in dem Dioden zwischen diesen Metallflächen sperrend geschaltet (nicht durchgeschaltet) sind, für HF-Signale miteinander unverbundenen (voneinander getrennt) sind.
Beschrieben wird eine Lösung, bei der anstatt für HF durchgängigen Wellenleitern eine Wellenleiterantenne in (relativ kleine) Metallflächen unterteilt ist.
Diese Metallflächen werden vorzugsweise mit PIN-Dioden verbunden.
Wenn diese PIN-Dioden bestromt werden (also ein Strom in Durchlassrichtung durch sie fließt), stellen sie eine niederohmige Verbindung dar, die Wellenleiterantenne funktioniert also „normal” und lässt HF-Signale durch. Wenn die Dioden mit einer Sperrspannung beaufschlagt werden, können sie einen offenen Schalter darstellen.
Die Unterteilung der Wellenleiterantenne in Flächenstücke ist vorzugsweise so gewählt, dass die für die Wellenausbreitung erforderlichen Ströme in der Hohlleiterwand bei einer Sperrung von Dioden in deren räumlicher Umgebung (den ihnen benachbarten Metallplatten) maximal möglich gestört werden.
Falls als Wellenleiterantenne ein in einer MR-Anlage zwischen Gradientenspule und HF-Spulen vorhandener HF-Schirm genutzt wird, so kann es vorteilhaft berücksichtigt werden, wenn dieser HF-Schirm bereits segmentiert strukturiert ist, um Gradientenwirbelströme zu unterdrücken. Zur Verbesserung der HF-Eigenschaften dieses Schirmes werden die Unterbrechungen dieses Schirmes häufig mit Kondensatoren HF-mäßig kurzgeschlossen. Vorzugsweise werden diese Kondensatoren durch PIN-Dioden ersetzt und somit gezielt die HF-Eigenschaften des Schirmes im Hinblick auf das Ziel der Deaktivierung der Wellenleiterantenne beeinflussbar gemacht.
Das Ziel einer gezielten lokalen oder kompletten Verschlechterung der Wellenleitereigenschaften einer Wellenleiterantenne kann dadurch unterstützt werden, dass außerhalb der Wellenleiterantenne HF-dämpfendes Material angeordnet wird.
Im Falle einer Wellenleiterantenne in Form eines HF-Schirmes innerhalb einer Gradientenspule können die in Gradientenspulen üblicherweise verwendeten Materialien eine gute HF-Dämpfung darstellen.
Im Falle einer separaten Wellenleiterantenne z. B. zur Verlängerung der Wellenleiterantenne in z-Richtung über eine Gradientenspule hinaus ist es vorteilhaft, den Bereich außerhalb der Wellenleiterantenne z. B. mit Kohleschaum auszufüllen.
Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 schematisch ein Ganzkörper-MRT und
2 eine Skizze einer Wellenleiterantenne aus mehreren Metallflächen, die mit ihnen benachbarten Metallflächen über Dioden verbindbar sind.
1 zeigt ein Magnetresonanzgerät MRT 1 mit einer Ganzkörpergradientenspule 2 (deren Innenwand z. B. eine nachfolgend beschriebene Wellenleiterantenne sein kann) mit einem Rohr-förmigen Raum 3 in welchen eine Patientenliege 4 mit z. B. einem Untersuchungsobjekt oder Patienten 5 und einer Lokalspulenanordnung 6 in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um Aufnahmen des Patienten 5 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier ein Lokalspulenarray 6 (mit mehreren Lokalspulen und Kanälen für Signale von den Lokalspulen) aufgelegt, mit welchem in einem lokalen Bereich gute Aufnahmen ermöglicht werden, und dessen Signale von einer an sich bekannten, über Koaxialkabel etc anschließbaren Auswerteeinrichtung ausgewertet (in Bilder umgesetzt usw.) werden können.
2 zeigt eine Wellenleiterantenne aus mehreren selbst nicht miteinander für HF-Signale verbundenen Metallflächen M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41 usw., die mit ihnen in Umfangsrichtung und/oder in axialer Längsrichtung der Wellenleiterantenne benachbarten Metallflächen M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41 über Dioden D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41 verbunden sind, wobei die Dioden leitend oder nicht leitend in eine oder zweckmäßig beide Richtungen geschaltet werden können.
Z. B. ist die Metallfläche M2 in 1 über die Diode D1 mit der Metallfläche M1 und über die Diode D2 mit der Metallfläche M3 verbunden, und wie 2 zeigt ist z. B. die Metallfläche M1 über die Diode D11 auch mit der Metallfläche M21 verbunden.
Die Dioden können jeweils entweder leitend oder nicht leitend (gesperrt) für HF-Signale geschaltet werden, um so optimal segmentweise die Wellenleiterantenne 2 zu verstimmen, insbesondere wenn (auch) eine oder mehrere Lokalspulen verwendet werden die so weniger gestört werden sollen.
In einem Zustand, in dem Dioden durchgeschaltet sind, sind die mit ihnen verbundenen Metallflächen für HF-Signale über die Dioden miteinander verbundenen, während in einem Zustand, in dem Dioden nicht durchgeschaltet sondern sperrend geschaltet sind, die mit diesen Dioden verbundenen Metallflächen für HF-Signale über diese Dioden nicht miteinander verbundenen sind.
Eine erfindungsgemäße Wellenleiterantenne kann ein Metallrohr aus zylindermantelabschnittsförmigen Segmenten in Form von Metallflächen sein.
Eine erfindungsgemäße Wellenleiterantenne kann ein HF-Schirm eines Magnetresonanztomographiegerätes, insbesondere ein HF-Schirm einer Ganzkörpergradientenspule eines Magnetresonanztomographiegerätes sein.
Eine erfindungsgemäße Wellenleiterantenne kann eine innere Metallwand eines Körperspulen-Magneten eines Magnetresonanztomographiegerätes sein.
Eine erfindungsgemäße Wellenleiterantenne kann eine Antenne für ein UHF-Magnetresonanztomographiegerät sein.

Claims

Wellenleiterantenne für ein Magnetresonanztomographiegerät (1), wobei die Wellenleiterantenne mehrere Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) umfasst, wobei sich zwischen den Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) befinden, wobei Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) in einem Zustand, in dem Dioden zwischen diesen Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) durchgeschaltet sind, für HF-Signale über diese Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) miteinander verbunden sind, wobei Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) in einem Zustand, in dem Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) zwischen diesen Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) sperrend geschaltet sind, für HF-Signale miteinander unverbunden sind.
Wellenleiterantenne nach Anspruch 1, wobei die Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) zur Verstimmung für einen Betrieb der Wellenleiterantenne gleichzeitig mit einer oder mehreren Lokalspulen (6) verwendbar sind.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) PIN-Dioden sind.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterantenne ein Metallrohr aus Segmenten in Form von Metallfläche (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) ist.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterantenne ein HF-Schirm eines Magnetresonanztomographiegerätes, insbesondere ein HF-Schirm einer Ganzkörpergradientenspule (2) eines Magnetresonanztomographiegerätes (1) ist.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine oder mehrere oder alle Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) der Wellenleiterantenne in einem verstimmten Zustand sind, um Wechselwirkungen der Lokalspule und der Wellenleiterantenne zu vermeiden.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) nur eine durchgehende kapazitive Kopplung für HF-Signale vorhanden ist, wenn sie in einem durch die Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) für HF-Signale verbundenen Zustand sind.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) in einem für HF-Signale niederohmig durchlässigen verbundenen Zustand sind, wenn Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) zwischen diesen Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) in Durchlassrichtung bestromt werden.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) in einem für HF-Signale unverbundenen Zustand sind, wenn die Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) mit einer Sperrspannung beaufschlagt sind.
Wellenleiterantenne nach Anspruch 9, wobei die Unterteilung der Wellenleiterantenne in flächige Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) so gewählt ist, dass die für die Wellenausbreitung erforderlichen Ströme in diesen Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) maximal möglich gestört werden, wenn die Dioden (D1, D2, D3, D4, D5, D6, D11, D21, D31, D41) mit einer Sperrspannung beaufschlagt sind.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterantenne ein in einem Magnetresonanztomographiesystem (1) zwischen einer Gradientenspule (2) und einer oder mehreren HF-Spulen vorhandener HF-Schirm ist.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Verschlechterung der Wellenleitereigenschaften außerhalb der Wellenleiterantenne HF-dämpfendes Material angeordnet ist.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bereich außerhalb der Wellenleiterantenne ausgefüllt ist, insbesondere mit Kohleschaum ausgefüllt ist.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterantenne entlang des Umfangs der Wellenleiterantenne mindestens drei, vorzugsweise mindestens sechs, insbesondere mindestens acht oder mindestens sechzehn Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) umfasst.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterantenne entlang der Länge der Wellenleiterantenne mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier, insbesondere mindestens acht oder sechzehn Metallflächen (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M21, M31, M41) umfasst.
Wellenleiterantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterantenne (2) eine Magnetresonanztomographie-Sendesystem-Wellenleiterantenne ist.