DE102017207500A1

DE102017207500A1 - Spulenanordnung zum Senden von Hochfrequenzstrahlung

Info

Publication number: DE102017207500A1
Application number: DE102017207500.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber; Markus Vester
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2017-05-04
Publication date: 2018-11-08
Also published as: US20180321340A1; CN108802640B; US11105870B2; CN108802640A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spulenanordnung zum Senden von Hochfrequenzstrahlung, umfassend eine flächig ausgebildete Sendespule und eine passive, röhrenförmig ausgebildete Teilkörperspule. Die Teilkörperspule ist hierbei dazu ausgebildet, ein Untersuchungsvolumen bezüglich einer Vorzugsrichtung radial zu umschließen, wobei das Untersuchungsvolumen einen Körperteil eines Patienten umfasst. Weiterhin sind die Teilkörperspule und die Sendespule galvanisch entkoppelt, gleichzeitig sind die Teilkörperspule und die Sendespule induktiv gekoppelt. Die Sendespule ist dazu ausgebildet, mittels einer emittierten ersten Hochfrequenzstrahlung die Teilkörperspule induktiv zu einer erzwungenen Elektromagnetischen Schwingung anzuregen. Hierbei emittiert die Teilkörperspule bei einer erzwungenen elektromagnetischen Schwingung zweite Hochfrequenzstrahlung. Die erfindungsgemäße Spulenanordnung kann in einer Magnetresonanzeinheit ohne integrierte Hochfrequenzeinheit eingesetzt werden.

Description

Für die Magnetresonanzbildgebung (kurz MR-Bildgebung) werden zur Anregung von Spins der Atomkerne sehr starke Hochfrequenz-Magnetfelder benötigt, die im Untersuchungsvolumen möglichst homogen sein sollen, und gleichzeitig außerhalb des Untersuchungsvolumens möglichst schwach sein sollen, um die Belastung des Patienten durch Erwärmung möglichst klein zu halten.
Es ist bekannt, zum Senden von Hochfrequenzstrahlung Ganzkörperantennen (ein Synonym ist „Ganzkörperspule“, ein englischer Fachbegriff ist „Body Coil“) zu verwenden, die fest in die Magneteinheit integriert sind, wobei sich die Körperantennen zwischen der Gradientenspuleneinheit und dem Untersuchungsvolumen befindet. Hierbei bildet die Tragestruktur der Ganzkörperantennen oftmals gleichzeitig die zylinderförmige Wand des Patiententunnels. Da das Hochfrequenz-Magnetfeld zwischen der Körperantenne und der Gradientenspuleneinheit in einem Feldrückflussraumes zurückgeführt werden muss, und die Größe dieses Feldrückflussraumes den Abstand der Hochfrequenzspiegelströme und damit den Wirkungsgrad der Körperantenne bestimmt, kann der Feldrückflussraum nicht beliebig klein gewählt werden (üblicherweise beträgt der Querschnitt 2 cm bis 4 cm). Hierdurch müssen der Hauptmagnet und die Gradientenspuleneinheit besonders groß gebaut werden, was durch höheren Material- und Kühlbedarf zu hohen Kosten führt. Weiterhin hinaus sind die Strukturen der Ganzkörperantenne in der Herstellung kostenintensiv, da die Gankörperantenne in einem präzisen Abstand zum Hochfrequenzschirm der Gradientenspuleneinheit angeordnet werden muss, gleichzeitig aber das Gewicht des Patienten tragen muss. Außerdem wird für die großvolumige Anregung mit einer Ganzkörperantenne relativ viel Sendeleistung benötigt, was die Verwendung von leistungsstarken und kühlungsintensiven Hochfrequenzverstärkern bedingt. Weiterhin ist das Hochfrequenzfeld einer solchen Ganzkörperantenne auch sehr groß, und insbesondere auch außerhalb des Untersuchungsvolumens vorhanden. Daher werden große Teile eines untersuchten Patienten erwärmt, und die maximale Leistung der Ganzkörperantenne wird durch Grenzwerte für die Wärmebelastung beschränkt.
Weiterhin ist es bekannt, lokale Hochfrequenzantennen zu verwenden, die ein kleineres Volumen umfassen, beispielsweise nur das Knie eines Patienten. Zur Ansteuerung dieser lokalen Hochfrequenzantennen benötigt man aber einen lokalen Senderausgang, der zusätzlichen technischen Aufwand und Kosten für die Leistungselektronik des Magnetresonanztomographen impliziert. Weiterhin müssen die Anschlussleitungen mit großem Aufwand bei jeder Untersuchung so verlegt werden, dass sie nicht durch induktive Erhitzung eine Gefahr für den Patienten darstellen.
In der Patentschrift US 4,680,549 A1 wird beschrieben, dass eine lokale Hochfrequenzantenne resonant durch eine in der Magneteinheit verbauten Ganzkörperantenne angeregt werden kann, und so mit der lokalen Hochfrequenzantenne größere Feldstärken erreicht werden können. Dadurch kann zwar die Sendeleistung erhöht werden, ohne den Patienten großvolumig zu erwärmen, die anderen erwähnten Nachteile einer Ganzkörperspule bleiben aber erhalten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, mit dem günstiger und patientenschonender eine Hochfrequenzstrahlung in einem Untersuchungsvolumen erzeugt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Spulenanordnung zum Senden von Hochfrequenzstrahlung nach Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung der Spulenanordnung nach Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowohl in Bezug auf die beanspruchte Spulenanordnung als auch in Bezug auf die beanspruchte Verwendung beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf eine Spulenanordnung gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einer Verwendung beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale oder der Verwendung werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
Die Erfindung betrifft ein Spulenanordnung zum Senden von Hochfrequenzstrahlung, umfassend eine flächig ausgebildete Sendespule und eine passive, röhrenförmig ausgebildete Teilkörperspule. Die Teilkörperspule ist hierbei dazu ausgebildet, ein Untersuchungsvolumen bezüglich einer Vorzugsrichtung radial zu umschließen, wobei das Untersuchungsvolumen einen Körperteil eines Patienten umfasst. Weiterhin sind die Teilkörperspule und die Sendespule galvanisch entkoppelt, gleichzeitig sind die Teilkörperspule und die Sendespule induktiv gekoppelt. Die Sendespule ist dazu ausgebildet, mittels einer emittierten ersten Hochfrequenzstrahlung die Teilkörperspule induktiv zu einer erzwungenen Elektromagnetischen Schwingung anzuregen. Hierbei emittiert die Teilkörperspule bei einer erzwungenen elektromagnetischen Schwingung zweite Hochfrequenzstrahlung.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung einer derartigen Spulenanordnung die Ganzkörperantenne des Magnetresonanzgerätes entfallen kann. Hierdurch können insbesondere der Hauptmagnet und die Gradientenspuleneinheit näher am Patienten positioniert werden, und können daher insbesondere kleiner ausgebildet sein. Hierdurch kann sowohl bei dem Hauptmagneten als auch bei der Gradientenspuleneinheit elektrisch leitfähiges Material, Kühlmittel und Isolierung eingespart werden. Gleichzeitig sinkt der Kühlaufwand. Hierdurch kann das gesamte Magnetresonanzgerät kostengünstiger realisiert werden. Durch die Verwendung einer rein induktiven Kopplung zwischen der Teilkörperspule und der Sendespule ist es weiterhin nicht notwendig, die Teilkörperspule mittels eines Kabels mit dem Magnetresonanzgerät zu verbinden. Dies beschleunigt und vereinfacht die Handhabung der Teilkörperspule, gleichzeitig verringert dies die Verletzungsgefahr von Patienten durch Kabel, die durch Induktion aufgeheizt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Sendespule außerhalb des Untersuchungsvolumens angeordnet. Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine derartige Ausbildung das Untersuchungsvolumen besonders klein gewählt werden kann und somit die Teilkörperspule besonders eng an einem Körperteil des Patienten platziert werden kann. Hierdurch können besonders einfach und kostengünstig hohe Feldstärken erreicht werden, gleichzeitig sinkt die Wärmebelastung des Patienten außerhalb des Untersuchungsvolumens.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Teilkörperspule und die Sendespule dazu ausgebildet, derart angeordnet zu werden, dass der Ankopplungswirkungsgrad der Sendespule und der Teilkörperspule größer ist als 0,5, insbesondere größer als 0,8, insbesondere größer 0,9, insbesondere größer als 0,99. Ein englischer Fachbegriff für Ankopplungswirkungsgrad ist „coupling efficiency“. Die Erfinder haben erkannt, dass durch einen derartigen Ankopplungswirkungsgrad die Sendeleistung der Sendespule möglichst gering gewählt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine möglichst kleine Erwärmung des Patienten außerhalb des Untersuchungsvolumens. Hierdurch können insbesondere größere Feldstärken im Untersuchungsvolumen gewählt werden, ohne Grenzwerte zur Patientenerwärmung zu überschreiten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Sendespule dazu ausgebildet, im Untersuchungsvolumen ein Magnetfeld parallel zu einer ersten Magnetfeldrichtung zu erzeugen, wenn die Sendespule und die Teilkörperspule derart angeordnet sind, dass der Ankopplungswirkungsgrad der Sendespule und der Teilkörperspule größer ist als 0,5, insbesondere größer als 0,8, insbesondere größer als 0,9, insbesondere größer als 0,99, wobei die erste Magnetfeldrichtung senkrecht zu der Vorzugsrichtung ist. Insbesondere ist die Sendespule ebenfalls dazu ausgebildet, im Untersuchungsvolumen ein Magnetfeld parallel zu einer zweiten Magnetfeldrichtung zu erzeugen, wenn die Sendespule und die Teilkörperspule derart angeordnet sind, dass der Ankopplungswirkungsgrad der Sendespule und der Teilkörperspule größer ist als 0,5, insbesondere größer als 0,8, insbesondere größer als 0,9, insbesondere größer als 0,99, wobei die zweite Magnetfeldrichtung senkrecht zu der Vorzugsrichtung ist, und wobei die zweite Magnetfeldrichtung senkrecht zu der ersten Magnetfeldrichtung ist. Die Erfinder haben erkannt, dass durch ein derartiges Magnetfeld im Untersuchungsvolumen eine besonders gute Magnetresonanzbildgebung möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sind eine Kapazität und eine Induktivität der Teilkörperspule derart ausgebildet, dass die Resonanzfrequenz der Teilkörperspule der Frequenz der ersten Hochfrequenzstrahlung entspricht. Ein anderes Wort für Resonanzfrequenz ist Eigenfrequenz. Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine derartige Wahl der Resonanzfrequenz eine besonders gute Kopplung der Teilkörperspule und der Sendespule erreicht werden können. In diesem Fall ist also eine besonders niedrige Sendeleistung der Sendespule notwendig.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Teilkörperspule dazu ausgebildet, einen Kernspin im Untersuchungsvolumen zu einer Präzession um die Achse eines Hauptmagnetfeldes anzuregen, wenn die Teilkörperspule in dem Hauptmagnetfeld derart angeordnet ist, dass die Vorzugsrichtung und die Achse des Hauptmagnetfeldes parallel sind. Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine derart ausgebildete Teilkörperspule eine besonders gute Magnetresonanzbildgebung möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung entspricht die Frequenz der zweiten Hochfrequenzstrahlung der Larmorfrequenz eines Atomkerns im Untersuchungsvolumen bezüglich des Hauptmagnetfeldes. Insbesondere kann auch die Frequenz der ersten Hochfrequenzstrahlung dieser Larmorfrequenz entsprechen. Insbesondere entspricht auch die Resonanzfrequenz der Teilkörperspule der Frequenz der zweiten Hochfrequenzstrahlung und damit dieser Larmorfrequenz. Bei einem Atomkern kann es sich insbesondere um einen Wasserstoffkern handeln. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Wahl der Larmorfrequenz eine besonders effektive Anregung eines Atomkerns im Untersuchungsvolumen möglich ist, und daher die Sendeleistung der Sendespule und/oder die Sendeleistung der Teilkörperspule möglichst gering gewählt werden können.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die zweite Hochfrequenzstrahlung zirkular um die Achse des Hauptmagnetfelds polarisiert. Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine zirkulare Polarisierung der Kernspin besonders gut zu einer Präzision um die Achse des Hauptmagnetfeldes anregbar ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Sendespule als Teil einer Patientenlagerungsvorrichtung ausgebildet und simultan mit der Patientenlagerungsvorrichtung bewegbar. Die Erfinder haben erkannt, dass hierdurch eine besonders einfache und kostengünstige Kabelführung für die Sendespule möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Sendespule als Teil einer Magneteinheit ausgebildet, wobei die relative Position zwischen der Sendespule und einer Patientenlagerungsvorrichtung veränderbar ist. Die Erfinder haben erkannt, dass die Sendespule hierdurch besonders exakt in einem Hauptmagnetfeld der Magneteinheit positioniert werden kann. Hierdurch kann die Sendespule insbesondere so angeordnet sein, dass die Teilkörperspule bei großem Ankopplungswirkungsgrad bei einer Position mit einer hohen Homogenität des Hauptmagnetfeldes angeordnet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Sendespule als Loop-Butterfly-Spule ausgebildet. Eine deutsche Übersetzung für Loop-Butterfly-Spule ist Schleifen-Schmetterlings-Spule. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung jeweils eines Teils der Loop-Butterfly-Spule innerhalb der Teilkörperspule ein erstes Magnetfeld senkrecht zur Vorzugsrichtung und ein zweites Magnetfeld senkrecht zur Vorzugsrichtung und senkrecht zum ersten Magnetfeld erzeugt werden kann. Durch dieses magnetische Wechselfeld ist eine besonders gute und selektive Anregung der Teilkörperspule möglich, insbesondere so dass diese ein zirkular polarisiertes magnetisches Wechselfeld erzeugt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Teilkörperspule als Birdcage-Spule ausgebildet. Eine deutsche Übersetzung für Birdcage-Spule ist Vogelkäfig-Spule. Die Erfinder haben erkannt, dass mittels einer Birdcage-Spule besonders gut zur Anregung eines Kernspins geeignete zweite Hochfrequenzstrahlung erzeugt werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Teilkörperspule weiterhin zum Empfangen von dritter Hochfrequenzstrahlung ausgebildet. Bei der dritten Hochfrequenzstrahlung handelt es sich insbesondere um Relaxationsstrahlung von angeregten Kernspins. Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine derartig ausgestaltete Teilkörperspule keine separate Empfangsspule verwendet werden muss. Dies ist also kostengünstiger als die separate Verwendung einer Empfangsspule, weiterhin kann eine Kabelverbindung zwischen der Empfangsspule und der Magnetresonanzeinheit eingespart werden, wenn die Teilkörperspule über die Sendespule ausgelesen wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Sendespule weiterhin dazu ausgebildet, ohne induktive Kopplung mit der Teilkörperspule einen Kernspin zu einer Präzession um die Achse eines Hauptmagnetfeldes anzuregen. Insbesondere kann die Sendespule weiterhin dazu ausgebildet sein, Relaxationsstrahlung von dem angeregten Kernspin zu empfangen. Die Erfinder haben erkannt, dass es hierdurch möglich ist, die Spulenanordnung flexibler und für mehr Arten von Untersuchungen einzusetzen.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung oder einer Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung in einer Magnetresonanzeinheit zur Bestimmung eines Magnetresonanzdatensatzes eines Untersuchungsvolumens. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Verwendung der Spulenanordnung eine besonders schnelle und damit kostengünstige Bestimmung eines Magnetresonanzdatensatzes möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Teilkörperspule basierend auf einer Markierung der Patientenlagerungsvorrichtung auf der Patientenlagerungsvorrichtung platziert. Die Erfinder haben erkannt, dass hierdurch besonders einfach ein hoher Ankopplungswirkungsgrad zwischen Teilkörperspule und Sendespule erreicht werden kann, insbesondere wenn die Sendespule fest mit der Patientenlagerungsvorrichtung verbunden ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung sendet die Sendespule Hochfrequenzstrahlung aus. Weiterhin wird die Teilkörperspule basierend auf einen Vergleich einer ersten Messung und einer zweiten Messung einer elektrischen Größe der Sendespule platziert, wobei die Teilkörperspule bei der ersten Messung eine erste Position relativ zur Sendespule aufweist, und wobei die Teilkörperspule bei der zweiten Messung eine zweite Position relativ zur Sendespule aufweist. Die Erfinder haben erkannt, dass durch ein derartiges Verfahren die Teilkörperspule derart relativ zur Sendespule platziert werden kann, dass der Ankopplungswirkungsgrad besonders groß wird. Dadurch kann insbesondere die Sendeleistung der Sendespule besonders klein gewählt werden.
Eine Sendespule wird auch dann als flächig ausgebildet bezeichnet, wenn sie bezüglich einer Achse gekrümmt ist, die Sendespule kann also insbesondere auch halbröhrenförmig ausgebildet sein. Eine Sendespule kann auch dann als flächig ausgebildet bezeichnet werden, wenn sie bezüglich mehr als einer Achse gekrümmt ist.
Hochfrequenzstrahlung ist insbesondere elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 3 Hz und 3 THz (wobei „Hz“ die Abkürzung der Einheit Hertz ist, die in SI-Einheiten als inverse Sekunden definiert ist), insbesondere zwischen 4 MHz und 4 GHz, insbesondere zwischen 8 MHz und 500 MHz, insbesondere mit einer Frequenz von 63 MHz oder 123 MHz. Insbesondere wird auch ein Hochfrequenzwechselfeld als Hochfrequenzstrahlung bezeichnet, insbesondere ein elektromagnetisches Hochfrequenzwechselfeld als elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung. Bei elektromagnetischer Hochfrequenzstrahlung handelt es sich um gleichzeitig vorliegende elektrische und magnetische Wechselfelder. Hierbei sind die Richtungen des elektrischen Feldes und des Magnetfeldes insbesondere immer orthogonal und spannen die Polarisationsebene auf. Elektromagnetische Hochfrequenzstrahlung kann insbesondere linear oder zirkular polarisiert sein. Bei linearer Polarisation ist insbesondere die jeweilige Richtung des Magnetfeldes konstant, während sich die Stärke des Magnetfeldes mit der Zeit ändert. Bei zirkularer Polarisation ist insbesondere die Stärke des Magnetfeldes konstant, während die Richtung des Magnetfeldes gleichförmig in der Polarisationsebene rotiert. Die Verwendung des Begriffes Hochfrequenzstrahlung impliziert insbesondere nicht zwangsläufig, dass Energie nach außerhalb der Spulenanordnung abgestrahlt wird, insbesondere wird Energie nur zwischen der Teilkörperspule und der Sendespule übertragen.
Im Folgenden wird Hochfrequenzstrahlung insbesondere über das Magnetfeld beschrieben. Es versteht sich, dass bei einem veränderlichen Magnetfeld auch immer ein elektrisches Feld vorhanden ist, auf dessen Beschreibung aber verzichtet wird. Weiterhin werden im Folgenden auch statische Magnetfelder beschrieben. Dies ist so zu verstehen, dass die statischen Magnetfelder insbesondere Momentaufnahmen eines magnetischen Wechselfeldes sein können.
Eine erste Frequenz und eine zweite Frequenz entsprechen einander, wenn die prozentuale Abweichung der ersten Frequenz von der zweiten Frequenz weniger ist als 50 %, insbesondere weniger als 20 %, insbesondere weniger als 10 %, insbesondere weniger als 5 %, insbesondere weniger als 1 %, insbesondere weniger als 0,1 %. Die Abweichung einer ersten Frequenz und einer zweiten Frequenz berechnet sich insbesondere, indem man den Betrag der Differenz der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz durch die erste Frequenz teilt, oder indem man den Betrag der Differenz der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz durch die zweite Frequenz teilt. Die prozentuale Abweichung ist insbesondere die in Prozent angegebene Abweichung.
Eine erste Richtung und eine zweite Richtung sind parallel, wenn der kleinste Winkel zwischen dem ersten Richtungsvektor der ersten Richtung und dem zweiten Richtungsvektor der zweiten Richtung kleiner ist als 10° oder größer als 170°, insbesondere kleiner als 5° oder größer als 175°, insbesondere kleiner als 1° oder größer als 179°.
Der Ankopplungswirkungsgrad η zweier Spulen oder Leiterschleifen ist definiert als $η = 1 - \frac{1}{k \cdot Q_{1} \cdot Q_{2}},$
wobei k der Koppelfaktor zwischen den beiden Spulen oder Leiterschleifen ist, wobei Q₁ die Güte der ersten Spule oder der ersten Leiterschleife ist und wobei Q₂ die Güte der zweiten Spule oder der zweiten Leiterschleife ist. Die Güte Q = X_L / R einer Spule oder einer Leiterschleife ist als Quotient des Blindwiderstandes X_L und des Wirkwiderstandes R der Spule oder der Leiterschleife definiert. Der Koppelfaktor k zwischen den beiden Spulen oder den beiden Leiterschleifen ist als Verhältnis des magnetischen Flusses der ersten Spule oder der ersten Leiterschleife durch die zweite Spule oder die zweite Leiterschleife zum magnetischen Fluss der ersten Spule definiert.
Es zeigen

1 eine Loop-Butterfly-Spule als Sendespule,
2 ein erstes Magnetfeld einer Loop-Butterfly-Spule,
3 ein zweites Magnetfeld einer Loop-Butterfly-Spule,
4 eine erste Ausführungsform einer Birdcage-Spule als Teilkörperspule,
5 eine zweite Ausführungsform einer Birdcage-Spule als Teilkörperspule,
6 eine Magnetresonanzeinheit umfassend eine Sendespule und eine Teilkörperspule,
7 eine Magnetresonanzeinheit umfassend eine flache Sendespule und eine Teilkörperspule,
8 eine Magnetresonanzeinheit umfassend eine gekrümmte Sendespule und eine Teilkörperspule.

1 zeigt eine Loop-Butterfly-Spule als Sendespule 100. Die Loop-Butterfly-Spule umfasst eine erste Leiterschleife 101 und eine zweite Leiterschleife 102, wobei sowohl die erste Leiterschleife 101 als auch die zweite Leiterschleife 102 dazu ausgebildet sind, Strom zu leiten. Die erste Leiterschleife 101 ist kreisförmig ausgebildet, die zweite Leiterschleife 102 ist in Form einer Acht ausgebildet. Der Mittelpunkt der ersten Leiterschleife 101 befindet sich über oder unter dem Punkt, an dem die zweite Leiterschleife 102 mit sich selbst überlappt. Die zweite Leiterschleife 102 kann auch als eine Anordnung von zwei ungefähr kreisförmigen Teilleiterschleifen 102.1, 102.2 beschrieben werden, wobei der Umlaufsinn des Stroms in der ersten kreisförmigen Teilleiterschleife 102.1 immer gegensinnig zum Strom in der zweiten kreisförmigen Teilleiterschleife 102.2 ist.
Die erste Leiterschleife 101 und die zweite Leiterschleife 102 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet, Strom zu leiten, indem sie ein stromleitendes Material, insbesondere Kupfer, umfassen. Die erste Leiterschleife 101 und/oder die zweite Leiterschleifen 102 können insbesondere einen stromleitenden Draht umfassen, der gemäß der Form der jeweiligen Leiterschleife 101, 102 geformt ist. Die erste Leiterschleife 101 und/oder die zweite Leiterschleife 102 können weiterhin eine Isolierung des Drahtes umfassen, die Isolierung kann insbesondere den Draht bis auf Anschlusspunkte vollständig umschließen. Als Isolierungsmaterialien sind Polyethylen, Polyurethan und Polyvinylchlorid bekannt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Leiterschleife 101 und die zweite Leiterschleife 102 als Kupferdrähte ausgeführt, die mit Polyurethan ummantelt sind.
Die erste Leiterschleife 101 ist in diesem Ausführungsbeispiel bezüglich einer ersten Achse X und einer dritten Achse Z flächig ausgebildet, die zweite Leiterschleife 102 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls bezüglich einer ersten Achse X und einer dritten Achse Z flächig ausgebildet. Die erste Achse X bildet hier mit einer zweiten Achse Y und der dritten Achse Z ein rechtsweisendes karthesisches Koordinatensystem. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die zweite Leiterschleife 102 bezüglich einer zur dritten Achse Z parallelen Achse gekrümmt sein, insbesondere kann die zweite Leiterschleife 102 halbröhrenförmig um eine zur dritten Achse Z parallele Achse gekrümmt sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Leiterschleife 101 eine erste regelbare Kapazität C₁, die zweite Leiterschleife 102 umfasst eine zweite regelbare Kapazität C₂104. Die erste regelbare Kapazität und die zweite regelbare Kapazität sind in der dargestellten Ausführungsform als Drehkondensator 103, 104 ausgeführt. Verschiedene Ausführungsformen von Drehkondensatoren 103, 104 sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter erläutert. Alternativ ist es auch möglich, statt der ersten regelbaren Kapazität eine erste konstante Kapazität vorzusehen, weiterhin ist es auch möglich, statt der zweiten regelbaren Kapazität eine zweite konstante Kapazität vorzusehen. Eine erste konstante Kapazität oder eine zweite konstante Kapazität können in Form eines Kondensators ausgeführt sein.
Die erste Leiterschleife 101 bildet durch ihre geometrische Form eine erste Induktivität L₁ aus, die zweite Leiterschleife 102 bildet durch ihre geometrische Form eine zweite Induktivität L₂ aus. Für die Induktivität L einer kreisförmigen Leiterschleife ist die Formel $L = μ_{0} \frac{d_{s}}{2} log (\frac{d_{s}}{d_{d}})$
bekannt, wobei µ₀ die magnetische Feldkonstante, d_s der Durchmesser der Leiterschleife und d_d der Durchmesser des Drahtes ist. Eine vom konstanten Strom I durchflossene kreisförmige Leiterschleife erzeugt bezüglich der Symmetrieachse der Leiterschleife ein Magnetfeld B, welches durch das Biot-Savart-Gesetz als $B (y) = \frac{μ_{0} I}{2} \cdot \frac{d_{s}^{2}}{{(d_{s}^{2} + y^{2})}^{3 / 2}}$
gegeben ist. Im großen Abstand von der Leiterschleife ist das Magnetfeld B ein Dipolfeld. Dass Magnetfeld ist parallel oder antiparallel zur Symmetrieachse der Leiterschleife ausgerichtet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Symmetrieachse der ersten Leiterschleife 101 parallel zur zweiten Richtung Y und verläuft durch den Mittelpunkt der ersten Leiterschleife 101. Die zweite Induktivität L₂ der zweiten Leiterschleife 102 kann unter Vernachlässigung der Selbstinduktion als Summe der Induktivität der ersten Teilleiterschleife 102.1 und der Induktivität der zweiten Teilleiterschleife 102.2 berechnet werden. Alternativ kann die zweite Induktivität L₂ auch unter Verwendung des Biot-Savart-Gesetzes bestimmt werden.
Die Eigenkreisfrequenz ω₁ der ersten Leiterschleife 101 ist gegeben durch ω₁ = (L₁·C₁)^-1/2, die Eigenkreisfrequenz ω₂ der zweiten Leiterschleife 102 ist gegeben durch ω₂ = (L₂ · C₂)^-1/2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden C₁ und C₂ so gewählt, dass ω₁ = ω₂. Die Eigenfrequenz f einer Leiterschleife ist gegeben als ω/2π. Als ein anderes Wort für Eigenfrequenz wird auch Resonanzfrequenz verwendet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden C₁ und C₂ so gewählt, dass die Eigenfrequenzen f₁ und f₂ jeweils der Frequenz der Teilkörperspule 400, 500 entsprechen.
2 zeigt die Feldlinien eines ersten Magnetfelds 105.1 der als Loop-Butterfly-Spule ausgebildeten Sendespule 100, 3 zeigt die Feldlinien eines zweiten Magnetfeldes 105.2 der als Loop-Butterfly-Spule ausgebildeten Sendespule 100. Zum Erzeugen des in 2 dargestellten ersten Magnetfeldes 105.1 wird die erste Leiterschleife 101 durch einen Strom durchflossen, während durch die zweite Leiterschleife 102 kein Strom fließt. Zum Erzeugen des in 3 dargestellten zweiten Magnetfeldes 105.2 fließt durch die erste Leiterschleife 101 kein Strom, während die zweite Leiterschleife 102 durch einen Strom durchflossen wird.
Die erste Leiterschleife 101 ist dazu ausgebildet, ein erstes Magnetfeld 105.1 parallel oder antiparallel zur zweiten Achse Y zu erzeugen, wenn sie von einem Strom durchflossen wird. Sowohl die erste Teilleiterschleife 102.1 und die zweite Teilleiterschleife 102.2 der zweiten Leiterschleife 102 sind ebenfalls dazu ausgebildet, innerhalb des durch die jeweilige Teilleiterschleife 102.1, 102.2 gebildeten Kreises ein zweites Magnetfeld 105.2 parallel oder antiparallel zur zweiten Achse Y zu erzeugen, wenn sie von einem Strom durchflossen werden. Hierbei ist das zweite Magnetfeld 105.2 innerhalb des von der ersten Teilleiterschleife 102.1 gebildeten Kreises parallel zur zweiten Achse Y und das zweite Magnetfeld 105.2 innerhalb des von der zweiten Teilleiterschleife 102.2 gebildeten Kreises antiparallel zur zweiten Achse Y, oder das zweite Magnetfeld 105.2 innerhalb des von der ersten Teilleiterschleife 102.1 gebildeten Kreises ist antiparallel zur zweiten Achse Y und das zweite Magnetfeld 105.2 innerhalb des von der zweiten Teilleiterschleife 102.2 gebildeten Kreises ist parallel zur zweiten Achse Y. Hierdurch ergibt sich ein Bereich oberhalb und ein Bereich unterhalb der ersten Leiterschleife 101 mit einem Magnetfeld parallel oder antiparallel zur ersten Achse X.
In 2 und in 3 ist ein Bereich 106 abgebildet, in dem die Teilkörperspule 400, 500 positionierbar ist. Wenn wie in der 2 dargestellt die erste Leiterschleife 101 von einem Strom durchflossen wird, ergibt sich im Bereich 106 ein erstes effektives Magnetfeld 107.1, wobei das erste effektive Magnetfeld eine Komponente parallel zur zweiten Achse Y aufweist. Wenn wie in 3 dargestellt die zweite Leiterschleife 102 von einem Strom durchflossen wird, ergibt sich im Bereich 106 ein zweites effektives Magnetfeld 107.2, wobei das zweite effektive Magnetfeld eine Komponente parallel zur ersten Achse X aufweist.
Wenn in der ersten Leiterschleife 101 ein erster Wechselstrom mit der ersten Eigenfrequenz f₁ fließt, und wenn in der zweiten Leiterschleife 102 ein zweiter mit der zweiten Eigenfrequenz f₂ = f₁ fließt, wobei der erste Wechselstrom und der zweite Wechselstrom einen Phasenversatz von n/2 aufweisen, dann kann im Bereich 106 ein zirkular polarisiertes effektives Wechselmagnetfeld erzeugt werden, wobei die Polarisationsebene parallel zur ersten Achse X und parallel zur zweiten Achse Y ist. Gleichzeitig wird ein zirkular polarisiertes elektrisches Wechselfeld erzeugt, so dass im Bereich 106 eine zirkular polarisierte Hochfrequenzstrahlung erzeugt werden kann, wobei die Polarisationsebene parallel zur ersten Achse X und parallel zur zweiten Achse Y ist. Die Frequenz der Wechselstrahlung entspricht der Eigenfrequenz f₂ = f₁ der ersten Leiterschleife 101 und der zweiten Leiterschleife 102.
4 und 5 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von Teilkörperspulen 400, 500. In beiden Ausführungsbeispielen umfassen die Teilkörperspulen 400, 500 zwei kreisförmige Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2, welche durch eine gerade Anzahl von geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 verbunden sind, so dass die Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2 und die geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 als gerade Strecken in einer Mantelfläche eines Zylinders aufgefasst werden können, wobei der Zylinder symmetrisch bezüglich einer Vorzugsrichtung 411, 511 der Teilkörperspule 400, 500 ist. In der abgebildeten Orientierung sind die kreisförmige Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2 orthogonal zur Vorzugsrichtung 411, 511 ausgebildet, und die geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 sind parallel zu der Vorzugsrichtung 411, 511 ausgebildet. Die Vorzugsrichtung ist in der Darstellung parallel zur dritten Achse Z.
Die Vorzugsrichtung 411, 511 schneidet die erste der kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 501.1 im Mittelpunkt 411.1, 511.1 des Kreises, weiterhin schneidet die Vorzugsrichtung 411, 511 die zweite der kreisförmigen Leiterschleifen 401.2, 501.2 im Mittelpunkt 411.2, 511.2 des Kreises. Der Mittelpunkt 411.3, 511.3 der Vorzugsrichtung 411, 511 liegt symmetrisch zwischen den Kreismittelpunkten 411.1, 411.2, 511.1, 511.2.
In dem in 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer Teilkörperspule 400 weist die erste Leiterschleife 401.1 eine Menge von ersten Kapazitäten 403.1, 403.2, 403.3 auf, die hier als Kondensatoren realisiert sind. Dabei ist jeweils eine der Kapazitäten 403.1, 403.2, 403.3 auf der ersten Leiterschleife zwischen zwei benachbarten Kontaktpunkten der geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3 ausgebildet. Analog weist die zweite Leiterschleife 401.2 eine Menge von ersten Kapazitäten 404.1, 404.2, 404.3 auf, die hier als Kondensatoren realisiert sind. Dabei ist jeweils eine der Kapazitäten 404.1, 404.2, 404.3 auf der ersten Leiterschleife zwischen zwei benachbarten Kontaktpunkten der geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3 ausgebildet.
In dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer Teilkörperspule 500 weisen die geraden Leiter 502.1, 502.2, 502.3 jeweils eine Kapazität 503.1, 503.2, 503.4 auf, die ebenfalls als Kondensator ausgebildet sind.
Die dargestellten Teilkörperspulen 400, 500 umschließen ein Untersuchungsvolumen 410, 510 radial bezüglich einer Vorzugsrichtung 411, 511, wobei hier die Vorzugsrichtung 411, 511 parallel zur dritten Achse Z ist. Das Untersuchungsvolumen 410, 510 ist in diesen Ausführungsbeispielen zylinderförmig ausgebildet, es sind aber alternativ auch andere Volumina als Untersuchungsvolumen denkbar, insbesondere der Zylinderform ähnliche Untersuchungsvolumina, wobei ein Untersuchungsvolumen einem Zylinder ähnlich ist, wenn jeder Schnitt orthogonal zur Vorzugsrichtung 411, 511 eine Kreisfläche oder eine Ellipsenfläche oder eine konvexe Fläche ist. Hierbei ist umschließen also so zu verstehen, dass die dargestellten Teilkörperspulen 400, 500 das Untersuchungsvolumen 410, 510 trotz der vorhandenen Lücken zwischen den geraden Leitern 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 umschließen.
Die dargestellten Teilkörperspulen 400, 500 sind dazu ausgebildet, in ihrem inneren ein Magnetfeld mit einer Ausrichtung parallel zu einer Ebene, die von der ersten Achse X und der zweiten Achse Y aufgespannt wird, zu erzeugen. In 4 bilden beispielsweise die geraden Leiter 402.2 und 402.3 zusammen mit den dazwischen liegenden Abschnitten der kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 401.2 eine erste effektive Leiterschleife, in 5 bilden beispielsweise die geraden Leiter 502.2 und 502.3 mit den dazwischen liegenden Abschnitten der kreisförmigen Leiterschleifen 501.1, 501.2 eine erste effektive Leiterschleife. Diese erste effektive Leiterschleife weist eine Induktivität auf, wobei die Induktivität aus der Geometrie der ersten effektiven Leiterschleife berechnet werden kann. Weiterhin weißt die erste effektive Leiterschleife eine Kapazität auf, die im Wesentlichen durch den Kehrwert der Summe der inversen Kapazitäten 403.2 und 404.2 bzw. 503.2 und 503.3 gegeben ist. Aus der Induktivität und der Kapazität der ersten effektiven Leiterschleife kann die Eigenkreisfrequenz ω_BC oder die Eigenfrequenz f_BC der ersten effektiven Leiterschleife berechnet werden. Die Eigenkreisfrequenz ω_BC oder die Eigenfrequenz f_BC entsprechen dann einer der Eigenkreisfrequenzen oder einer der Eigenfrequenzen der Teilkörperspule 400, 500, wenn die Wechselwirkungen der effektiven Leiterschleifen untereinander vernachlässigbar klein sind. Insbesondere wenn alle effektiven Leiterschleifen der Teilkörperspule 400, 500 gleichartig aufgebaut sind und die gleiche Eigenkreisfrequenz ω_BC oder die Eigenfrequenz f_BC aufweisen, entspricht die Eigenkreisfrequenz ω_BC oder die Eigenfrequenz f_BC der Eigenkreisfrequenz oder der Eigenfrequenz der Teilkörperspule 400, 500, wenn die Wechselwirkungen der effektiven Leiterschleifen untereinander vernachlässigbar klein sind. Sind die Wechselwirkungen der effektiven Leiterschleifen untereinander nicht vernachlässigbar klein, so verschiebt sich die Eigenfrequenz der Teilkörperspule 400, 500 durch die Wechselwirkung.
Unter Vernachlässigung der Krümmung der kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 401.2 bzw. 501.1, 501.2 ist die erste effektive Leiterschleife orthogonal zur zweiten Achse Y ausgebildet. Durch Anregung und resonante Verstärkung kann die erste effektive Leiterschleife im Inneren der Teilkörperspule 400, 500 also ein Magnetfeld erzeugen, welches parallel oder antiparallel zur zweiten Achse Y ausgebildet ist. Die erste effektive Leiterschleife kann insbesondere mit der ihr in der Teilkörperspule 400, 500 bezüglich der Vorzugsrichtung 411, 511 gegenüberliegenden effektiven Leiterschleife zusammenwirken, um ein zur zweiten Achse Y paralleles oder antiparalleles Magnetfeld zu erzeugen.
Insgesamt umfassen die dargestellte Teilkörperspule 400, 500 acht effektive Leiterschleifen, es sind alternativ auch andere Zahlen von effektiven Leiterschleifen möglich. Insbesondere sind Teilkörperspulen mit 16 oder mit 32 effektiven Leiterschleifen bekannt. Im Folgenden bezeichnet die zweite effektive Leiterschleife eine der beiden benachbarten effektiven Leiterschleifen der ersten effektiven Leiterschleife, sowie N die Zahl der effektiven Leiterschleifen in der Teilkörperspule (in der dargestellten Teilkörperspule 400 ist N = 8). Die zweite effektive Leiterschleife kann bei Anregung und resonanter Verstärkung ein Magnetfeld erzeugen, welches um 360° / N oder um 180° - (360° / N) gegenüber dem Magnetfeld der ersten effektiven Leiterschleife rotiert ist. Durch eine geeignete resonante Anregung kann also die Teilkörperspule 400, 500 in ihrem Inneren zirkular polarisierte elektromagnetische Strahlung erzeugen, wobei die Polarisationsebene parallel zur ersten Achse X und parallel zur zweiten Achse Y ist.
Die kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2 und die geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 der Teilkörperspule 400, 500 sind in den dargestellten Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, Strom zu leiten, indem sie ein stromleitendes Material, insbesondere Kupfer, umfassen. Die kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2 und/oder die geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 können insbesondere einen stromleitenden Draht umfassen, der gemäß der Form der jeweiligen Leiterschleife bzw. des jeweiligen Leiters geformt ist. Die kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2 und/oder die geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 können weiterhin eine Isolierung des Drahtes umfassen, die Isolierung kann insbesondere den Draht vollständig umschließen. Als Isolierungsmaterialien sind Polyethylen, Polyurethan und Polyvinylchlorid bekannt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die kreisförmigen Leiterschleifen 401.1, 401.2, 501.1, 501.2 und die geraden Leiter 402.1, 402.2, 402.3, 502.1, 502.2, 502.3 als Kupferdrähte ausgeführt, die mit Polyurethan ummantelt sind.
In 6 ist eine Magnetresonanzeinheit 600 umfassend eine Sendespule 100, eine Teilkörperspule 400 und eine Magneteinheit 601 schematisch anhand eines Schnitts orthogonal zur zweiten Achse Y dargestellt. Die Magneteinheit 601 umschließt eine Untersuchungsöffnung 602 zu einer Aufnahme eines Patienten 603. Die Untersuchungsöffnung 602 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet und in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 601 hohlzylinderförmig umgeben. Grundsätzlich ist jedoch eine davon abweichende Ausbildung der Untersuchungsöffnung 602 jederzeit denkbar. Der Patient 603 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 604 in die Untersuchungsöffnung 602 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 604 weist hierzu einen innerhalb der Untersuchungsöffnung 602 bewegbar ausgestalteten Patiententisch auf. Die Magneteinheit 601 umfasst eine Hauptmagneteinheit 605 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere homogenen Hauptmagnetfelds 606 innerhalb der Untersuchungsöffnung 602. Die Magneteinheit 601 ist mittels eines Gehäuses 609 nach außen abgeschirmt.
Die Magneteinheit 601 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 607 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 607 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 612 der MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 gesteuert. Die Sendespule 100 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel unter der Patientenlagerungsvorrichtung 604 angeordnet und nicht mit der Patientenlagerungsvorrichtung 604 bewegbar. Die Sendespule 100 und die mit der Sendespule 100 induktiv gekoppelte Teilkörperspule 400 werden von einer Hochfrequenzantennensteuereinheit 611 der MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 gesteuert und strahlen hochfrequente Wechselfelder wenigstens in das von der Teilkörperspule 400 umschlossene Untersuchungsvolumen ein. Die Teilkörperspule 400 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanzsignalen ausgebildet, diese können durch induktive Kopplung an die Sendespule 100 und damit an die Hochfrequenzantennensteuereinheit 611 der MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 übertragen werden.
Die Gradientenspuleneinheit 607 kann insbesondere Magnetfelder mit einem Gradienten in Richtung der ersten Achse X, in Richtung der zweiten Achse Y oder in Richtung der dritten Achse Z erzeugen. Die Gradientenspuleneinheit 607 umfasst hierfür in diesem Ausführungsbeispiel drei Gradientenspulenteileinheiten, die jeweils ein Magnetfeld mit einem Gradienten in Richtung einer der Achsen X, Y, Z erzeugen können.
Zu einer Steuerung und/oder Überwachung des Hauptmagneten 605 und der Gradientenspuleneinheit 607 ist die Magneteinheit 601 mit einer MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 verbunden. Die MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 steuert zentral die Magneteinheit 601 und die Sendespule 100, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Dabei erfolgt die Steuerung über eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 611 und eine Gradientensteuereinheit 612. Zudem umfasst die MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zu einer Auswertung von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Des Weiteren umfasst die MR-Steuer- und Auswerteeinheit 610 eine nicht näher dargestellte Benutzerschnittstelle, diese ist mit einer Anzeigeeinheit 613 und einet Eingabeeinheit 614 verbunden. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf der Anzeigeeinheit 613, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, für ein medizinisches Bedienpersonal angezeigt werden. Mittels der Eingabeeinheit 614 können Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von dem medizinischen Bedienpersonal eingegeben werde.
7 zeigt einen Schnitt orthogonal zur dritten Achse Y durch eine Magnetresonanzeinheit 600, umfassend eine flache Sendespule 100 und eine Teilkörperspule 400 (oder 500), 8 zeigt einen Schnitt orthogonal zur dritten Achse Y durch eine Magnetresonanzeinheit 600, umfassend eine gekrümmte Sendespule 100 und eine Teilkörperspule 400 (oder 500). Sowohl in der 7 als auch in der 8 ist die Sendespule 100 flächig ausgebildet. 7 und 8 unterscheiden sich nur durch die Krümmung der Sendespule 100, zur Vereinfachung der Darstellung beschränken sich beide Figuren auf die Darstellung der wesentlicher Elemente.
Sowohl in der 7 als auch in der 8 ist die Ausdehnung der Sendespule 100 bezüglich der ersten Achse X größer als die Ausdehnung der Teilkörperspule 400, 500 bezüglich einer zur Vorzugsrichtung 411, 511 orthogonalen Achse. Insbesondere kann die Sendespule 100 also nicht innerhalb des Untersuchungsvolumens 410, 510 angeordnet werden.
Sowohl in der 7 als auch in der 8 kann ein besonders hoher Ankopplungswirkungsgrad zwischen der Sendespule 100 und der Teilkörperspule 400, 500 erreicht werden, wenn die Vorzugsrichtung 411, 511 der Teilkörperspule 400, 500 parallel zur dritten Achse Z und damit parallel zum Hauptmagnetfeld 606 ausgerichtet ist, und wenn der Mittelpunkt 411.3, 511.3 der Vorzugsrichtung 411, 511 der Teilkörperspule 400, 500 bezüglich der ersten Achse X und bezüglich der dritten Achse Z die gleichen Koordinaten aufweist wie der Punkt der Selbstüberlappung der zweiten Leiterschleife 102. Mit anderen Worten liegt der Mittelpunkt 411.3, 511.3 der Vorzugsrichtung 411, 511 bezüglich der zweiten Achse über dem Punkt der Selbstüberlappung. In anderen Worten heißt dies, dass die Sendespule 100 bezüglich der zweiten Achse Y oberhalb der Teilkörperspule 400, 500 angeordnet ist. Die Stärke der Kopplung kann in dieser Anordnung mit dem Abstand der Teilkörperspule 400, 500 von der Sendespule 100 variieren.
In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Sendespule 100 insbesondere als Teil der Patientenlagerungsvorrichtung 604 ausgeführt sein. Optional kann dann die Sendespule mit der Patientenlagerungsvorrichtung 604 verschiebbar sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sendespule 100 auf der vom Patienten 603 abgewandten Seite der Patientenlagerungsvorrichtung 604 angeordnet. Alternativ kann die Sendespule 100 auch auf der dem Patienten 603 zugewandten Seite der Patientenlagerungsvorrichtung 604 angeordnet sein, weiterhin kann die Sendespule 100 alternativ auch innerhalb der Patientenlagerungsvorrichtung 604 angeordnet sein.
In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Patientenlagerungsvorrichtung 604 weiterhin Markierungen zur Platzierung einer Teilkörperspule 400, 500, um die Teilkörperspule 400, 500 möglichst einfach derart anzuordnen, dass die Teilkörperspule 400, 500 und die Sendespule 100 einen möglichst großen Ankopplungswirkungsgrad aufweisen. Bei einer Markierung kann es sich um eine farblich abgesetzte Stelle oder um ein Muster handeln, alternativ kann auch die Patientenlagerungsvorrichtung 604 durch ihre Form eine Markierung ausbilden, indem beispielsweise eine Erhöhung oder eine Vertiefung in der Patientenlagerungsvorrichtung ausgebildet ist. Alternativ kann die Patientenlagerungsvorrichtung 604 und/oder die Teilkörperspule 400, 500 dazu ausgebildet sein, lösbar miteinander verbunden zu werden.
In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Sendespule 100 insbesondere als Teil der Magneteinheit 601 innerhalb des Gehäuses 609 angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, die Sendespule 100 innerhalb der Untersuchungsöffnung 602 auf der vom Patienten 603 abgewandten Seite der Patientenlagerungsvorrichtung 604 anzuordnen. Ist die Sendespule 100 wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gekrümmt ausgebildet, so kann der zur Verfügung stehende Raum in der Untersuchungsöffnung 602 unterhalb der Patientenlagerungsvorrichtung 604 optimal ausgenutzt werden und die Sendespule 100 möglichst groß ausgebildet werden.
In dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine Anordnung der Teilkörperspule 400, 500 und der Sendespule 100 erreicht werden, indem die Sendespule 100 erste Hochfrequenzstrahlung aussendet, und die Patientenlagerungsvorrichtung 604 mit der Teilkörperspule 400, 500 bewegt wird, und bei mehreren Positionen der Patientenlagerungsvorrichtung 604 und damit bei mehreren Positionen der Teilkörperspule 400, 500 eine elektrische Größe der Sendespule 100 gemessen wird, insbesondere kann eine erste Messung der elektrischen Größe bei einer ersten Position der Teilkörperspule 400, 500 und eine zweite Messung der elektrischen Größe bei einer zweiten Position der Teilkörperspule 400, 500 durchgeführt werden. Hierbei resultiert die erste Messung der elektrischen Größe in einem ersten Messwert der elektrischen Größe, und die zweite Messung der elektrischen Größe resultiert in einem zweiten Messwert der elektrischen Größe. Bei der elektrischen Größe kann es sich insbesondere um den Amplitudenwert des Stroms oder der Spannung an einem Punkt oder zwischen zwei Punkten der Sendespule 100 handeln. Alternativ kann die elektrische Größe auch den Reflexionsfaktor oder die Impedanz der Sendespule 100 betreffen.
Basierend auf dem ersten Messwert der elektrischen Größe und dem zweiten Messwert der elektrischen Größe kann der Ankopplungswirkungsgrad qualitativ bestimmt werden, insbesondere kann bestimmt werden, ob der Ankopplungswirkungsgrad in der ersten Position größer, gleich oder kleiner dem Ankopplungswirkungsgrad der zweiten Position ist. Insbesondere kann für die Verwendung der Spulenanordnung diejenige Position verwendet werden, bei welcher der Ankopplungswirkungsgrad größer ist. Es ist optional auch möglich, zusätzliche Messungen der elektrischen Größe an weiteren Positionen durchzuführen, um einen möglichst großen Ankopplungswirkungsgrad zwischen der Sendespule 100 und der Teilkörperspule 400, 500 zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4680549 A1 [0004]

Claims

Spulenanordnung zum Senden von Hochfrequenzstrahlung, umfassend eine flächig ausgebildete Sendespule (100) und eine passive, röhrenförmig ausgebildete Teilkörperspule (400, 500), - wobei die Teilkörperspule dazu ausgebildet ist ein Untersuchungsvolumen (410, 510) bezüglich einer Vorzugsrichtung (411, 511) radial zu umschließen, wobei das Untersuchungsvolumen (410, 510) einen Körperteil eines Patienten umfasst, - wobei die Teilkörperspule (400, 500) und die Sendespule (100) galvanisch entkoppelt sind, und wobei die Teilkörperspule (400, 500) und die Sendespule (100) induktiv gekoppelt sind, - wobei die Sendespule (100) dazu ausgebildet ist, mittels einer emittierten ersten Hochfrequenzstrahlung die Teilkörperspule (400, 500) induktiv zu einer erzwungenen elektromagnetischen Schwingung anzuregen, - und wobei die Teilkörperspule (400, 500) bei einer erzwungenen elektromagnetischen Schwingung zweite Hochfrequenzstrahlung emittiert.
Spulenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Sendespule (100) außerhalb des Untersuchungsvolumens (410, 510) angeordnet ist.
Spulenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sendespule (100) und die Teilkörperspule (400, 500) dazu ausgebildet sind derart angeordnet zu werden, dass der Ankopplungswirkungsgrad der Sendespule (100) und der Teilkörperspule (400, 500) größer ist als 0,5, insbesondere größer als 0,8, insbesondere größer als 0,9, insbesondere größer als 0, 99.
Spulenanordnung nach Anspruch 3, wobei die Sendespule (100) dazu ausgebildet ist, im Untersuchungsvolumen (410, 510) ein Magnetfeld parallel zu einer ersten Magnetfeldrichtung zu erzeugen, wenn die Sendespule (100) und die Teilkörperspule (400, 500) derart angeordnet sind, dass der Ankopplungswirkungsgrad der Sendespule (100) und der Teilkörperspule (400, 500) größer ist als 0.5, insbesondere größer als 0.8, insbesondere größer als 0.9, insbesondere größer als 0,99, wobei die erste Magnetfeldrichtung senkrecht zu der Vorzugsrichtung (411, 511) ist.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Kapazität (403.1, 403.2, 403.3, 404.1, 404.2, 404.3, 503.1, 503.2, 503.3) und eine Induktivität der Teilkörperspule (400, 500) derart ausgebildet sind, dass die Resonanzfrequenz der Teilkörperspule (400, 500) der Frequenz der ersten Hochfrequenzstrahlung entspricht.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Teilkörperspule (400, 500) dazu ausgebildet ist, einen Kernspin im Untersuchungsvolumen (410, 510) zu einer Präzession um die Achse eines Hauptmagnetfeldes (606) anzuregen, wenn die Teilkörperspule (400, 500) in dem Hauptmagnetfeld (606) derart angeordnet ist, dass die Vorzugsrichtung (411, 511) und die Achse des Hauptmagnetfeldes (606) parallel sind.
Spulenanordnung nach Anspruch 6, wobei die Frequenz der zweiten Hochfrequenzstrahlung jeweils der Larmorfrequenz eines Atomkerns im Untersuchungsvolumen (410, 510) bezüglich des Hauptmagnetfeldes (606) entspricht.
Spulenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die zweite Hochfrequenzstrahlung zirkular um die Achse des Hauptmagnetfeldes (606) polarisiert ist.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sendespule (100) als Teil einer Patientenlagerungsvorrichtung (604) ausgebildet ist und simultan mit der Patientenlagerungsvorrichtung (604) bewegbar ist.
Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sendespule (100) als Teil einer Magneteinheit (601) ausgebildet ist, und wobei die relative Position zwischen der Sendespule (100) und einer Patientenlagerungsvorrichtung (604) veränderbar ist.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sendespule (100) als Loop-Butterfly-Spule ausgebildet ist.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Teilkörperspule (400, 500) als Birdcage-Spule ausgebildet ist.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Teilkörperspule (400, 500) weiterhin zum Empfangen von dritter Hochfrequenzstrahlung ausgebildet ist.
Spulenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sendespule (100) dazu ausgebildet ist, ohne induktive Kopplung mit der Teilkörperspule (400, 500) einen Kernspin zu einer Präzession um die Achse eines Hauptmagnetfeldes (606) anzuregen.
Verwendung einer Spulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einer Magnetresonanzeinheit (600) zur Bestimmung eines Magnetresonanzdatensatzes eines Untersuchungsvolumens (410, 510).
Verwendung nach Anspruch 15, wobei die Teilkörperspule (400, 500) basierend auf einer Markierung der Patientenlagerungsvorrichtung (604) auf der Patientenlagerungsvorrichtung (604) platziert wird.
Verwendung nach Anspruch 15, wobei die Sendespule (100) Hochfrequenzstrahlung aussendet, wobei die Teilkörperspule (400, 500) basierend auf einem Vergleich einer ersten Messungen und einer zweiten Messung einer elektrischen Größe der Sendespule (100) platziert wird, wobei die Teilkörperspule (400, 500) bei der ersten Messung eine erste Position relativ zur Sendespule (100) aufweist, und wobei die Teilkörperspule (400, 500) bei der zweiten Messung eine zweite Position relativ zur Sendespule (100) aufweist.