DE4326516A1 - Hochfrequenz-Sonde für kernmagnetische resonanzabbildende (MRI) Vorrichtungen - Google Patents
Hochfrequenz-Sonde für kernmagnetische resonanzabbildende (MRI) VorrichtungenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Sonde für
kernmagnetische resonanzabbildende (MRI) Vorrichtungen.
Vor kurzem wurde ein Echo-Planar-Verfahren bei vielen Herstellern und
Laboratorien studiert, das eine Bildaufnahme mit besonders hoher Ge
schwindigkeit bereitstellt. Ein Magnetfeld mit starkem Gradienten ist
zum Ausführen dieses Verfahrens erforderlich, so daß eine Gradienten
magnetfeldspule, die bei normaler Bildaufnahme verwendet wird, zum
Ausführen dieses Verfahrens nicht verwendbar ist. Somit ist ein Ver
fahren vorgeschlagen worden, bei dem eine starke kleine Gradienenten
magnetfeldspule separat innerhalb einer normalen Gradientenmagnetfeld
spule gesetzt wird, nur wenn eine Bildaufnahme bei besonders hoher
Geschwindigkeit bzw. eine Höchstgeschwindigkeitsbildaufnahme gemacht
wird. Eine Hochfrequenz-Sonde, die nur für eine Bildaufnahme bei
besonders hoher Frequenz verwendet wird, wird weiterhin innerhalb des
kleinen Gradientenmagnetfeldes in der MRI-Vorrichtung dieser Kon
struktion verwendet.
Eine Hochfrequenz-Sonde, die allgemein und weit verbreitet verwendet
wird, ist eine Sattelspule, ein geschlitzter Tubusresonator (STR, slotted
tube resonator) und ein Vielfachelement-Resonator (MER, multiple
element resonator), der auch als Vogelkäfig-Resonator bezeichnet wird.
Ein QD-Verfahren (Queranteilserfassung, Quadrature Detection) ist
weithin verwendet worden, um die Empfindlichkeit einer Aufnahme und
die Übertragungswirksamkeit einer solchen Spule zu verbessern. Bei
diesen Verfahren werden zwei orthogonale lineare Magnetfelder erzeugt,
deren Phasen um 90° außer Phase voneinander sind, so daß ein syn
tetisches Rotationsmagnetfeld erzeugt wird oder es werden zwei empfan
gene orthogonale lineare Magnetfelder veranlaßt, um 90° außer Phase
voneinander abzuweichen, und dann synthetisiert werden, um ein Hoch
frequenz-Rotationsmagnetfeld mit hoher Empfindlichkeit zu erfassen. Da
ein Empfang und eine Übertragung im elektrisch und elektromagnetisch
umgekehrten Verhältnis stehen, wird ein Empfang oder eine Übertragung
unten im erforderlichen Umfang beschrieben.
Gemäß dem QD-Verfahren wird, wenn die Intensitäten von Signalen von
zwei orthogonalen Spulen zueinander gleich sind, eine Empfindlichkeit
idealerweise um das 1,4fache verbessert, verglichen mit einer einzelnen
linearen Magnetfelderfassung. Ein anderes Mittel zum Verbessern der
Erfassungsempfindlichkeit ist eine Vielfachspulentechnik, die auch als eine
Technik mit phasengesteuerter Anordnung (phased array) bezeichnet wird,
die für Oberflächenspulen verwendet wird. Dies ist eine Technik, bei
der viele relativ kleine Oberflächenspulen, die eine hohe Empfindlichkeit
haben, an einem zu erfassenden Objekt angeordnet sind, um dadurch ein
Gesichtsfeld bzw. Erkennungsfeld zu vergrößern, wobei eine hohe Emp
findlichkeit aufrecht erhalten wird. In diesem Fall ist es erforderlich, auf
ausgefeilte Weise ein magnetisches Koppeln und damit Interferenz zwi
schen den Spulen zu eliminieren, um einen Abfall in der Erfassungs
empfindlichkeit zu verhindern, die anderweitig aufgrund solcher Inter
ferenz auftreten würde. Verschiedene solche Verfahren sind vorgeschla
gen worden. Das QD-Verfahren ist z. B. in JP-A-4-17837 offenbart, der
MER ist z. B. in US-PS 4,825,163, JP-A-60-132547 und -61-95234 offen
bart. Die Vielfachspulen als Oberflächenspulen sind z. B. in der Ver
öffentlichung der Übersetzung interner Patentanmeldungen Nr.
1990/500,175, JP-B-2-13432 und W-A-3-68342 offenbart.
Eine Hochfrequenz-Sonde mit einer Hochfrequenz-Abschirmung ist z. B.
in JP-A-58-39939 offenbart. Ein Beispiel einer Hochfrequenz-Sonde, die
mit einem kleinen Gradientenmagnetfeld verwendet wird, ist in Radiolo
gy; Band 181, Seiten 393 bis 397 offenbart.
Herkömmlicherweise ist die Leistungsfähigkeit dieser Hochfrequenz-Son
den nicht notwendigerweise optimiert worden und sie sind nicht notwen
digerweise geeignet zur Anwendung bei klinischer Diagnose, weil ihre
Leistungsfähigkeit nicht gut ist und sie unbequem in der Verwendung
sind.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Technik zum
Eliminieren von Interferenzen zwischen den Spulen bereitzustellen, um
dadurch die Empfindlichkeit eines hohlen zylindrischen Resonators weiter
zu verbessern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Verschlechte
rung im Abbild bei der Verwendung einer Vielzahl allgemeiner Sonden
oder Doppelabstimm-Sonden für eine Bildaufnahme bei besonders hoher
Geschwindigkeit bzw. bei Höchstgeschwindigkeitsbildaufnahme und für
eine Gehirnfunktionsmessung zu verhindern, und um die Zweckmäßigkeit
der Verwendung solcher Sonden zu verbessern.
Um die obigen Ziele zu erreichen, ist in der vorliegenden Erfindung
eine Vielzahl von Resonatoren axial daran angeordnet, so daß die
jeweiligen Achsen der Resonatoren im wesentlichen ausgerichtet sind, z. B.
in der z-Achsenrichtung von dreidimensionalen orthogonalen Achsen. Ein
Satz von Entkopplungsvorrichtungen ist bereitgestellt, der ein Koppeln
zwischen einer x- und y-Achsenrichtung orthogonaler magneto-elektrischer
Hochfrequenz-Feldkomponenten in einer Ebene senkrecht zur z-Achse
eliminiert. Die Entkopplungsvorrichtungen sind separat einstellbare
Magnetfluß-Kompensationsspulen, wobei ihre Achsen orthogonal sind.
Die Vielzahl von Resonatoren ist daran axial angeordnet, so daß die
jeweiligen Achsen der Resonatoren im wesentlichen ausgerichtet sind und
so daß die benachbarten Resonatoren unterschiedliche Durchmesser
haben und sich überlappen.
Wenn die Hochfrequenzspule eine erste Spule mit einem breiteren
Magnetfeld-Erzeugungsbereich und eine zweite Spule mit einem engeren
Magnetfeld-Erzeugungsbereich aufweist, ist eine elektromagnetische Ab
schirmung, die ein Erdpotential für Hochfrequenzen bereitstellt, zwischen
der ersten und zweiten Spule bereitgestellt. In diesem Fall ist die
zweite Spule in einem erdfreien Zustand bezüglich einer Hochfrequenz.
Eine solche Konstruktion eliminiert vollständig und sicher eine gegen
seitige magnetische Störung zwischen den hohlen zylindrischen Resonato
ren, selbst in einem Rotationsmagnetfeld. Ein Koppeln zwischen der
Vielzahl konzentrisch angeordneter Hochfrequenzspulen ist eliminiert, um
dadurch die Empfindlichkeiten von Hochfrequenz-Sonden zu verbessern,
z. B. zur Bildaufnahme bei besonders hoher Geschwindigkeit und zur
Gehirnfunktionsmessung.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen
den Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeich
nung zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Hochfrequenz-Sonde gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 schematisch einen herkömmlichen Resonator;
Fig. 3 die Erzeugung eines Magnetfeldes in einer Ebene, wobei y =
0, in der Hochfrequenz-Sonde von Fig. 1;
Fig. 4 die Erzeugung eines Magnetfeldes in einer Ebene, wobei x =
0, in der Hochfrequenz-Sonde von Fig. 1;
Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfinderischen Hochfre
quenz-Sonde;
Fig. 6 noch ein anderes Ausführungsbeispiel der erfinderischen Hoch
frequenz-Sonde;
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfinderischen Hochfre
quenz-Sonde;
Fig. 8 ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der erfinderischen Hoch
frequenz-Sonde.
Die vorliegende Erfindung wird unten beschrieben werden bezüglich
einem Ausführungsbeispiel von Fig. 1, die eine Perspektivansicht einer
bevorzugten Radiofrequenz- bzw. Hochfrequenz-Sonde 1 ist. Diese Sonde
weist ein Paar von Resonatoren 11 und 12 auf, die die gleiche Gestalt
haben, wohingegen eine herkömmliche Hochfrequenz-Sonde nur einen
einzelnen Resonator verwendet. Die Resonatoren 11 und 12 sind jeder
z. B. ein MER, der, wie gezeigt in Fig. 2, ein Paar von beabstandeten
leitfähigen Schleifen 51, 52 aufweist, die sich eine gemeinsame Achse,
eine Vielzahl von axial leitfähigen Segmenten (Sprossen) 53, die die
Schleifen elektrisch untereinander verbinden, und eine Vielzahl von
Kondensatoren 54, die in jeder Schleife oder jedem Segment angeordnet
sind, teilen. Der MER des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist von
einem Hochpaßtyp, wobei eine Vielzahl von Kondensatoren 54 in den
jeweiligen Schleifen angeordnet ist. Eine Einspeisung/ein Empfang eines
Hochfrequenz-Leistungssignals in den/von dem Resonator 11 ist in einem
QD-System durch induktives Koppeln durch Aufnehmerspulen 31, 32
vorgenommen. In der x-Achsenrichtung ist eine Einspeisung/ein Empfang
eines Hochfrequenz-Leistungssignals in einen/von einem Anschluß 111
vorgenommen, wohingegen in der y-Achsenrichtung eine Einspeisung/ein
Empfang eines Hochfrequenz-Leistungssignals in einen/von einem An
schluß 112 vorgenommen ist.
Eine Einspeisung/ein Empfang eines Hochfrequenz-Leistungssignals in
den/von dem Resonator 12 ist ebenso in einem QD-System durch induk
tives Koppeln durch Aufnehmerspulen 41, 42 vorgenommen. In der x-
Achsenrichtung ist eine Einspeisung/ein Empfang eines Hochfrequenz-
Leistungssignals in einen/von einem Anschluß 121 vorgenommen, wohin
gegen in der y-Achsenrichtung eine Einspeisung/ein Empfang eines
Hochfrequenz-Leistungssignals in einen/von einem Anschluß 122 vor
genommen ist. Eine Schleifenkompensationsspule 13, die eine Störung
durch ein Magnetfeld in der x-Achsenrichtung kompensiert, ist in einer
Ebene senkrecht zur x-Achsenrichtung des magnetischen Feldes bereitge
stellt. Eine Schleifenkompensationsspule 14, die eine Störung durch ein
Magnetfeld in der y-Richtung kompensiert, ist in einer Ebene senkrecht
zu der y-Achsenrichtung des Magnetfeldes bereitgestellt. Die Kompensa
tionsspulen 13 und 14 nehmen jeweils die Form einer "8" an und sind
so angeordnet, um auf den Resonatoren 11 und 12 anzuliegen, und zwar
nahe der inneren oder äußeren Oberfläche der hohlen zylindrischen
Sonde. Kondensatoren können mit jeder der Spulen 13 und 14 ver
schaltet sein, je nach Anforderung, um keine Last an dem Gradienten
magnetfeld zu sein. Die Kapazität dieser Kondensatoren ist auf einen
Wert (z. B. 1000 pF) gewählt, was eine genügend kleine Impedanz für
eine Hochfrequenz (64 MHz bei 1,5 T) bereitstellt, wobei dies eine
Magnetresonanzfrequenz ist, und was eine genügend hohe Impedanz bei
einer niedrigen Frequenz bereitstellt, die die Hauptkomponente des
Gradientenmagnetfeldes ist.
Der Betrieb der Hochfrequenz-Sonden wird unten mit Bezug auf Fig. 3
und 4 beschrieben werden. Fig. 3 zeigt eine Erzeugung eines Magnetfel
des von der Hochfrequenz-Sonde in einer x-z-Ebene, wobei y = 0. Die
x-Achsenrichtung des Magnetfeldes wird mit Bezug auf Fig. 3 erklärt
werden. Der Resonator 11 erzeugt ein Hochfrequenz-Magnetfeld 114 in
einer x-Achsenrichtung in einem Bereich 113. Dann überlappt ein
Empfindlichkeitsbereich 123 des Resonators 12, wobei der Resonator 12
fähig ist, das Magnetfeld zu erfassen, mit dem Bereich 113 eines Ma
gnetfeldes 114, das von dem Resonator 11 erzeugt ist, so daß ohne die
Spule 13 ein Induktionsstrom in dem Resonator 12 auftritt und damit
ein Signal an einem Anschluß 121 von Fig. 1 erzeugt ist. Somit tritt
eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Resonatoren 11 und 12 auf.
Die Kompensationsspule 13 ist nahe dem äußeren Umfang der Resonato
ren 11 und 12 angeordnet, und ihr Querschnitt überlappt mit jedem der
Bereiche in dem jeweiligen Resonator, wo die Magnetfelder erzeugt sind
(Empfindlichkeitsbereiche), so daß die Spule 13 magnetisch mit den
Resonatoren 11 und 12 gekoppelt ist. Wie oben erwähnt, nimmt die
Spule 13 die Form einer "8" an, welche einen ersten Schleifenabschnitt
13A und einen zweiten Schleifenabschnitt 13B hat, so daß ein Teil eines
Magnetflusses 114 invertiert ist, und der resultierende Fluß an den
Resonator 12 übertragen wird. Somit ist der Induktionsstrom ausgegli
chen. Der Grad dieser Kompensation ist bestimmt, und zwar abhängig
von den jeweiligen Magnetflüssen, die von den Resonatoren erzeugt sind
und die Kompensationsspule durchlaufen. Dieses optimale Entkoppeln
wird durch Feineinstellen der Abstände zwischen den jeweiligen Resona
toren 11, 12 und der Spule 13 in der Richtung eines Pfeils in Fig. 3
erreicht, so daß die gegenseitige Beeinflussung zwischen den Resonatoren
minimiert ist.
Wenn der Resonator 12 ein Hochfrequenzsignal überträgt, wird das
Signal, das in dem Resonator 11 induziert ist, in ähnlicher Weise auf
der Grundlage des Prinzips der Reversibilität eines Ereignisses kom
pensiert.
Fig. 4 zeigt eine Erzeugung eines Magnetfeldes in einer y-z-Ebene, wobei
x = 0, in der Hochfrequenz-Sonde von Fig. 1.
Das Magnetfeld in der y-Achsenrichtung wird in ähnlicher Weise mit
Bezug auf Fig. 4 erklärt werden. Der Resonator 11 erzeugt ein Hoch
frequenz-Magnetfeld 116 in der y-Achsenrichtung in einem Bereich 115.
Dann überlappt der Bereich 115 des Hochfrequenz-Magnetfelds 116, das
von dem Resonator 11 erzeugt ist, mit dem Empfindlichkeitsbereich 125
des Resonators 12. Somit würde ohne die Kompensationsspule 14 ein
Induktionsstrom in dem Resonator 12 erzeugt werden, und ein Signal
würde an dem Anschluß 122 von Fig. 1 erzeugt werden.
Somit tritt eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Resonatoren 11
und 12 auf. Sie ist eliminiert auf eine Weise ähnlich zu jener, die oben
erwähnt ist, und zwar durch die Kompensationsspule 14 (Spulen 14A,
14B entsprechen den Spulen 13A, 13B von Fig. 3), die in einer Ebene
senkrecht zum Magnetfeld in der y-Achsenrichtung bereitgestellt ist.
Diese Magnetfelder in der x- und y-Achsenrichtung können fein einge
stellt werden, und zwar unabhängig auf der Grundlage der Orthogonalität
dieser Magnetfelder. Es wird erkannt, daß, wenn der Resonator 12 ein
Hochfrequenzsignal überträgt, ein Signal, das in dem Resonator 11
induziert ist, auf ähnliche Weise auf der Grundlage der Prinzipien der
Reversibilität eines Ereignisses kompensiert ist. Somit wird gesehen
werden, daß, da es keine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Reso
natoren 11 und 12 gibt, diese Resonatoren einen Empfang mit hoher
Empfindlichkeit vornehmen können.
Eine spezifizierte Gestalt der Resonatoren 11 und 12 wird unten be
schrieben werden. Zum Beispiel hat eine Kopfbild-Aufnahmesonde einen
Durchmesser von 300 mm und eine Länge von 200 mm und ist aus 16
Elementen aufgebaut. Die Resonatoren sind z. B. aus einem Kupferrohr
mit einem Durchmesser von 3 mm. Jeder Kondensator in jeder der
Schleifen hat eine Kapazität von etwa 40-100 pF. Das Energiever
sorgungssystem ist von einem Typ induktiven Koppelns, wobei eine
Aufnehmerspule verwendet ist. Die Resonanzfrequenz der Resonatoren
11 und 12 kann fein auf die gewünschte MRI-Frequenz, z. B. von 63,8
MHz bei 1,5 T für irgendeinen der Anschlüsse eingestellt werden.
Magnetisches Koppeln zwischen den Aufnehmerspulen und den entspre
chenden Resonanzkörpern kann eingestellt werden, indem ihre relative
Position geändert wird, um einen gewünschten Impedanzwert, z. B. 50
Ohm, bereitzustellen. Die Kompensationsspulen 13, 14 können z. B. aus
einem Kupferrohr mit einem Durchinesser von 3 mm hergestellt sein.
Die Kompensationsspulen können Einrichtungen zur Steuerung ihres
Induktionsstroms, wie einen Stellwiderstand oder eine Einfangschaltung
(nicht gezeigt) aufweisen.
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfinderischen Hochfre
quenz-Sonde, bei der ein Koppeln zwischen den Magnetfeldern des Reso
nators in der x- oder y-Achsenrichtung (211, 221) durch eine Überlap
pung der benachbarten Enden der Resonatoren 15, 16 eliminiert ist.
Somit sind keine Kompensationsspulen erforderlich. In diesem Fall ist
es wünschenswert, eine kapazitive Kopplung zwischen den Resonatoren 15
und 16 zu minimieren. Diese Struktur stellt im wesentlichen Null
Magnetkopplung zwischen den Resonatoren bereit, wodurch eine gegen
seitige Beeinflussung in den Resonatoren minimiert ist, obwohl sich ihre
Empfindlichkeitsbereiche 212 und 222 überlappen.
Eine Einspeisung/ein Empfang eines Hochfrequenz-Leistungssignals in
die/von den Resonatoren 15 und 16 ist durch Aufnehmerspulen (nicht
gezeigt) vorgenommen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel kann einen Entkopplungsmechanismus
aufweisen, der aus einer Rückkopplungsschaltung aufgebaut ist, die eine
Vielzahl von Kondensatoren, z. B. wie offenbart in JP-A-3-68342, aufweist.
Diese Strukturen sind auf eine Ganzkörpersonde oder auf eine Lokalkör
personde, wie eine Kniesonde und eine Genicksonde, anwendbar.
Während die obige Beschreibung über den Betrieb der Hochfrequenz-
Sonde in dem Fall des statischen Magnetfeldes in der z-Achsenrichtung
gemacht worden ist, kann die vorliegende Erfindung ebenso wirksam in
der Eliminierung einer gegenseitigen Beeinflussung einer elektromagneti
schen Hochfrequenzwelle in dem Fall eines statischen Magnetfeldes in
einer unterschiedlichen Richtung sein. Die vorliegende Erfindung ist
ebenso anwendbar auf verschiedene Sonden vom Typ mit vertikalem
Magnetfeld. Das Sende- und Empfangssystem der Resonatoren ist nicht
notwendigerweise auf den QD-Typ beschränkt. Eine Einspeisung/ein
Empfang von Hochfrequenz-Leistungssignalen in die/von den Resonatoren
muß nicht vom Typ induktiven Koppelns sein, sondern kann vom Typ
eines kapazitiven Koppelns sein, wobei keine Aufnehmerspule verwendet
ist und welcher direkt in dem Hochfrequenz-Leistungssignalanschluß des
Resonatorkörpers bereitgestellt ist.
Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfinderischen Hochfre
quenz-Sonde und ist ebenso eine schematische Querschnittansicht eines
Magnetfeld-Generators der MRI-Vorrichtung. Ein Magnet 2 eines stati
schen Magnetfeldes ist ein supraleitender Magnet, der ein Magnetfeld mit
einer Stärke von 1,5 T in der z-Achsenrichtung erzeugt. In einer Boh
rung 21 in dem Magnet ist eine erste Gradientenmagnetfeldspule 3
bereitgestellt, die ein Gradientenmagnetfeld mit einer Stärke von 10
mT/m in der x-, y- und der z-Achsenrichtung eines dreidimensionalen
orthogonalen Koordinatensystems erzeugt.
Eine hohlzylindrische elektromagnetische Kupferabschirmung 4 ist in
nerhalb der Gradientenmagnetfeldspule bereitgestellt, um so einer elek
tromagnetischen Welle mit niedriger Frequenz zu erlauben, durch die
Abschirmung von der Innenseite der Abschirmung in Richtung auf die
Außenseite und umgekehrt hindurchzutreten, um jedoch einer elekroma
gnetischen Welle einer Hochfrequenz nicht zu erlauben, dadurch hin
durchzutreten.
Innerhalb der Abschirmung 4 ist eine erste hohlzylindrische Hochfre
quenzspule 5 festgemacht, die zum Senden/Empfang verwendet wird, und
die elektrisch mit einem Entkopplungsschalter (nicht gezeigt), wie erfor
derlich, geöffnet/geschlossen wird. Wenn das Abbild eines Objekts 8 auf
eine normale Weise aufgenommen wird, werden die Gradientenmagnet
feldspule 3 und die Hochfrequenzspule 5 verwendet.
Da ein starkes Gradientenmagnetfeld für eine Bildaufnahme bei beson
ders hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, ist eine zweite Gradientenma
gnetfeldspule 6 von Fig. 6 innerhalb der Ganzkörper-Hochfrequenzspule
5 bereitgestellt, so daß die Spule 6 entnehmbar mit Stützen 61 an der
Wand der Bohrung 21 oder der ersten Hochfrequenzspule 5 festgemacht
ist. Die Gradientenmagnetfeldspule 6 nimmt die Form eines elliptischen
hohlen Zylinders an, der so bemessen ist, um einen menschlichen Körper
darin aufzunehmen, und hat eine Länge von etwa 1 m. Innerhalb der
Spule 6 ist eine zweite Hochfrequenzspule 7 bereitgestellt. Wenn das
Objekt 8 z. B. der Kopf eines Menschen ist, ist die Radiofrequenzspule
7 eine Kopfbild-Aufnehmerspule zum Senden/Empfang. Sie nimmt die
Form eines hohlen Zylinders mit einem Durchmesser von 25 cm und
einer Länge von 25 cm an. Die grundsätzliche Struktur der Spule 7 ist
ein 16-Element-MER, der für STR oder eine induktiv koppelnde Ener
gieversorgung geeignet ist. Die letztere stellt einen erdfreien Zustand für
eine Hochfrequenz bereit, so daß sie weniger durch die Umgebung
beeinflußt ist als die erstere und stabil sogar bei einer 64 MHz MR-
Frequenz ist. Einspeisen/Empfangen eines Hochfrequenz-Leistungssignals
durch induktives Koppeln wird durch Aufnehmerspulen 73 in zwei or
thogonalen Richtungen in einer x-y-Ebene zum QD-Senden/Empfangen
bewirkt.
Ein Spulengehäuse 71 ist aus einem isolierenden Material, wie Acrylharz
oder irgendein anderes herkömmliches Isolierharz, hergestellt. Eine
elektromagnetische Abschirmung 72 ist mit der äußeren Wand des
Gehäuses verbunden und ist aus einer Kupfermasche, einem Kupferstanz
blech oder einer porösen Kupferfolie hergestellt. Sie ist über das Ge
häuse der MRI-Vorrichtung bezüglich Hochfrequenz geerdet. Die grund
sätzliche Struktur der Abschirmung 72 ist ein hohler Zylinder mit einem
Durchmesser von 30 cm und einer Länge von 30 cm. Die Abschirmung
72 ist mit der Hochfrequenzspule 7 ausgerichtet. Da die Abschirmung
72 und die Hochfrequenzspule 7 bei Erdpegel bzw. auf einem erdfreien
Pegel sind, ist ein statisches Koppeln zwischen der Spule und der Ab
schirmung niedrig, und die Hochfrequenz-Charakteristik der Spule wird
stabilisiert. Das Vorhandensein der Abschirmung 72 verhindert eine
gegenseitige Beeinflussung der Hochfrequenzspule 7 mit der externen
Hochfrequenzsonde 5 und der Gradientenmagnetfeldspule 6 und schützt
die Hochfrequenzspule 7 vom Einfluß eines möglichen Rauschens, das
durch die Spulen 5 und 6 erzeugt wird.
Es ist allgemein bekannt, daß, wenn der Durchmesser der Abschirmung
72 abnimmt, die Empfindlichkeit der Hochfrequenzspule 7 abnimmt. Die
Erfinder haben herausgefunden, daß die Empfindlichkeit der Hochfre
quenzspule 7 stark abnimmt, wenn die Abschirmung 12 nahe der Auf
nehmerspule 73 ist. Um diese Situation zu vermeiden, ist eine andere
Abschirmung 72 verwendet worden, die nach außen gerichtete Vorsprünge
aufweist, die nur in der Nähe der Aufnehmerspulen 73 bereitgestellt sind.
Wie genauer in Fig. 6 gezeigt, hat die Abschirmung eine symmetrische
vierpolige Struktur mit vier radial nach außen gerichteten Vorsprüngen,
die mit Intervallen von 90° entlang des äußeren Umfangs der Abschir
mung 72 beabstandet sind, wobei die Vorsprünge ebenensymmetrisch
bezüglich der Ebenen 75 und 76 sind, und wobei jede sich senkrecht
bezüglich der Aufnehmerspulen 73 schneidet, um die gleiche Gestalt zu
jeder Zeit zu zeigen, wenn die Abschirmung 22 um 90° gedreht wird.
Die Struktur stabilisiert die Sondencharakteristik und reduziert eine
Abnahme in dem Signal/Rausch-Verhältnis. Demzufolge ist, selbst wenn
der Durchmesser der Abschirmung 72 klein ist, der zweckmäßigerweise
der Durchmesser eines einbeschriebenen Kreises für die Abschirmung 72
ist, die Empfindlichkeit der Hochfrequenzspule 7 im wesentlichen nicht
reduziert.
Da in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hochfrequenzspule 7 ein
integraler Bestandteil der elektromagnetischen Abschirmung 72 ist, ist
eine Installationsfähigkeit, die für eine klinische Diagnose wichtig ist,
verbessert. Die Hochfrequenzspule 7 ist entnehmbar mit den Stützen 74
an der Gradientenmagnetfeldspule 6 angebracht. Vorzugsweise erleichtert
die Bereitstellung eines Gleitmechanismus, der die Hochfrequenzspule 6
oder die Gradientenmagnetfeldspule 5 gleitbar auf einem Bett (nicht
gezeigt) lagert, das Einstellen der Spule, um dadurch die Zeit zur Vor
bereitung der klinischen Diagnose zu reduzieren und die Notwendigkeit
einer Bewegung des Objekts in wünschenswerter Weise zu eliminieren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das auf ein
Magnetfelderzeugungssystem einer vielfachabstimmenden MRI-Vorrichtung
gerichtet ist, wird unten mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben werden. Das
Ausführungsbeispiel ist unterschiedlich von jenem von Fig. 6 darin, daß
es keine Spule, wie die zweite Magnetfeldspule 6 von Fig. 6, hat. Das
gleiche Bezugszeichen ist verwendet, um das gleiche Element in den Fig.
7 und 6 zu identifizieren. Der Betrieb und die Merkmale des vorliegen
den Systems werden beschrieben. Die erste Hochfrequenzspule 5 ist
eine Protonen-abbildende Hochfrequenzspule, die bei etwa 64 MHz
resoniert. Normales Abbilden wird durch Einstellen eines Objekts 8
innerhalb der Hochfrequenzspule ausgeführt. Phosphor (P) mit einer
Massezahl von 31 wird durch Einstellen einer zweiten Hochfrequenzspule
7, die bei etwa 26 MHz resoniert, abgebildet. Die zweite Hochfre
quenzspule 7 hat eine elektromagnetische Abschirmung 72, so daß sie
nicht mit der äußeren Protonen-abbildenden Hochfrequenzspule 5 inter
feriert, und ist nicht von Rauschen beeinflußt, und das Magnetfeld der
zweiten Hochfrequenzspule 7 ist nicht gestört. Wünschenswerterweise
erlaubt die Bereitstellung eines Gleitmechanismus in der Radionfrequenz
spule 7, der die zweite Hochfrequenzspule 7 so einstellt, daß die Spule
7 gleitbar auf einem Bett (nicht gezeigt) gelagert ist, wobei das Objekt
8 auf dem Bett angeordnet ist, ein Einstellen der Hochfrequenzspule 7
ohne Bewegung des Objekts 8, um dadurch eine Zeit zur Vorbereitung
einer klinischen Diagnose zu reduzieren und die Notwendigkeit einer
Bewegung des Objekts 8 zu eliminieren.
In der vorliegenden Struktur kann eine Doppelabstimmspule als eine
erste oder eine zweite Hochfrequenzspule verwendet werden, die zwei
Frequenzen mit einer einzelnen Sonde erfassen kann. Zum Beispiel
kann die erste Hochfrequenzspule 5 mit der kernmagnetischen Resonanz
frequenz von Phosphor mit einem Proton und einer Massezahl von 31
resonieren. Die zweite Hochfrequenzspule 7 kann mit einer kernmagne
tischen Resonanzfrequenz von Kohlenstoff (C) mit einer Massezahl von
13 und von Natrium (Na) mit einer Massezahl von 23 resonieren. Dies
stellt eine zweckmäßige praktische, vierfach abstimmbare Sonde bereit.
Ein Verfahren zum Doppelabstimmen der jeweiligen Spulen kann eine
wohlbekannte Technik sein, die von verschiedenen Herstellern und
Laboratorien studiert und berichtet wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig.
8 gezeigt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Hochfre
quenzspule 7 von Fig. 6 mit einem QD-MER ersetzt, der eine Vielfach
spule von Fig. 1 aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Empfindlichkeit der Sonde durch die Verwendung der Vielfachspule
und der QD verbessert, und ein Rauschen ist durch eine Hochfrequenz
abschirmung begrenzt, so daß das Signal/Rausch-Verhältnis weiter verbes
sert wird.
Die Hochfrequenzspule 7 von Fig. 7 kann durch den QD-MER von Fig.
1 ersetzt sein. Während die MRI-Vorrichtung unter Verwendung eines
supraleitenden Magneten in der obigen Beschreibung veranschaulicht
worden ist, ist die vorliegende Erfindung auf MRI-Vorrichtungen unter
Verwendung eines Permanentmagneten anwendbar. Während die Hoch
frequenzspule als eine hohlzylindrische Spule veranschaulicht worden ist,
können andere Formen von Spulen ebenso Vorteile ähnlich denen her
vorbringen, die von der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt hervor
gebracht sind. Die Formen der elektromagnetischen Abschirmungen sind
innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung veränderbar.
Die in den Ausführungsbeispielen veränderte Gradientenmagnetfeldspule
ist nur veranschaulichend und kann durch eine mit einer anderen Form
und einer anderen Charakteristik ersetzt werden.
Claims (32)
1. Hochfrequenz-Sonde, die aufweist:
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (11, 12), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind;
Einrichtungen (31, 32, 41, 42) zum Einspeisen einer Hochfrequenz leistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonatoren; und
Entkopplungseinrichtungen (13, 14), die so angeordnet sind, um über zwei benachbarten Resonatoren zu liegen, zum Eliminieren einer Hochfrequenzkopplung zwischen den Resonatoren aufgrund von magneto-elektrischen Hochfrequenzfeldern in zwei orthogonalen Richtungen in einer Ebene senkrecht zu den Achsen.
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (11, 12), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind;
Einrichtungen (31, 32, 41, 42) zum Einspeisen einer Hochfrequenz leistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonatoren; und
Entkopplungseinrichtungen (13, 14), die so angeordnet sind, um über zwei benachbarten Resonatoren zu liegen, zum Eliminieren einer Hochfrequenzkopplung zwischen den Resonatoren aufgrund von magneto-elektrischen Hochfrequenzfeldern in zwei orthogonalen Richtungen in einer Ebene senkrecht zu den Achsen.
2. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 1, wobei die Entkopplungsein
richtungen einen Satz von Schleifenspulen aufweisen, die in zwei
orthogonalen Richtungen angeordnet sind.
3. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 2, wobei die den Satz bildenden
Schleifenspulen die Form einer "8" annehmen.
4. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 1, wobei jeder der Resonatoren
einen Vielfachelement-Resonator aufweist.
5. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 1, wobei jeder der Resonatoren
einen geschlitzten Tubusresonator aufweist.
6. Hochfrequenz-Sonde (Fig. 5), die aufweist:
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (15, 16), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei sich zwei benachbarte Resonatoren an benachbarten Enden überlappen; und
eine Einrichtung zum Einspeisen einer Hochfrequenzleistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonato ren.
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (15, 16), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei sich zwei benachbarte Resonatoren an benachbarten Enden überlappen; und
eine Einrichtung zum Einspeisen einer Hochfrequenzleistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonato ren.
7. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 6, wobei jeder der Resonatoren
einen Vielfachelement-Resonator aufweist.
8. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 6, wobei jeder der Resonatoren
einen geschlitzten Tubusresonator aufweist.
9. Hochfrequenz-Sonde (Fig. 6), die aufweist:
eine Vielzahl von Hochfrequenzspulen mit unterschiedlichen Durch messern (5, 7); und
eine elektromagnetische Abschirmung (72), die zwischen zwei benach barten Hochfrequenzspulen angeordnet ist und bezüglich Hochfre quenz geerdet ist.
eine Vielzahl von Hochfrequenzspulen mit unterschiedlichen Durch messern (5, 7); und
eine elektromagnetische Abschirmung (72), die zwischen zwei benach barten Hochfrequenzspulen angeordnet ist und bezüglich Hochfre quenz geerdet ist.
10. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Hoch
frequenzspulen eine erste Hochfrequenzspule (5) mit einem breiteren
Magnetfeld-Erzeugungsbereich und eine zweite Hochfrequenzspule (7)
mit einem engeren Magnetfeld-Erzeugungsbereich aufweist, wobei die
Abschirmung an einem Gehäuse (71) der zweiten Hochfrequenzspule
bereitgestellt ist.
11. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 9, wobei jede der Hochfrequenz
spulen eine unterschiedliche Resonanzfrequenz hat.
12. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 10, wobei die zweite Hochfre
quenzspule in einem erdfreien Zustand bezüglich Hochfrequenz ist.
13. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 10, wobei die zweite Hochfre
quenzspule einen Vielfachelement-Resonator aufweist.
14. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 10, wobei die zweite Hochfre
quenzspule einen geschlitzten Tubusresonator aufweist.
15. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 9, wobei die Abschirmung eine
hohlzylindrische Struktur hat.
16. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 9, wobei die Abschirmung eine
nicht-hohlzylindrische Struktur mit einer Vierpol-Symmetrie hat.
17. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 10, wobei die zweite Hochfre
quenzsonde aufweist:
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (11, 12), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Mittelachsen der Resonatoren im wesentlichen ausgerichtet sind;
Einrichtungen (31, 32, 41, 42) zum Einspeisen einer Hochfrequenz leistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonatoren; und
Entkopplungseinrichtungen (13, 14), die so angeordnet sind, um über zwei benachbarten Resonatoren zu liegen, zum separaten Eliminieren einer Hochfrequenzkopplung zwischen den Resonatoren aufgrund magneto-elektrischer Hochfrequenzfelder in zwei orthogonalen Rich tungen in einer Ebene senkrecht zu den Achsen.
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (11, 12), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Mittelachsen der Resonatoren im wesentlichen ausgerichtet sind;
Einrichtungen (31, 32, 41, 42) zum Einspeisen einer Hochfrequenz leistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonatoren; und
Entkopplungseinrichtungen (13, 14), die so angeordnet sind, um über zwei benachbarten Resonatoren zu liegen, zum separaten Eliminieren einer Hochfrequenzkopplung zwischen den Resonatoren aufgrund magneto-elektrischer Hochfrequenzfelder in zwei orthogonalen Rich tungen in einer Ebene senkrecht zu den Achsen.
18. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 17, wobei die Entkopplungsein
richtung einen Satz von Schleifenspulen aufweist, die in den zwei
orthogonalen Richtungen angeordnet sind.
19. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 18, wobei die den Satz bilden
den Schleifenspulen die Form einer "8" annehmen.
20. Hochfrequenz-Sonde nach Anspruch 10, wobei die zweite Hochfre
quenzspule aufweist:
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (15, 16), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei sich zwei benachbarte Resonatoren an benachbarten Enden überlappen; und
eine Einrichtung zum Einspeisen einer Hochfrequenzleistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonato ren.
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (15, 16), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei sich zwei benachbarte Resonatoren an benachbarten Enden überlappen; und
eine Einrichtung zum Einspeisen einer Hochfrequenzleistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonato ren.
21. Magnetfeldgenerator (Fig. 7) für eine MRI-Vorrichtung, der aufweist:
eine Einrichtung (2) zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes;
eine Einrichtung (3) zum Erzeugen eines ersten Gradientenmagnet feldes, die ein Gradientenmagnetfeld erzeugt;
eine erste Hochfrequenzspule (5), die innerhalb der ersten Gradien tenmagnetfeld-erzeugenden Einrichtung angeordnet ist, zum Senden und Empfangen eines Signals mit einer ersten kernmagnetischen Resonanzfrequenz;
eine zweite Hochfrequenzspule (7), die innerhalb der ersten Gra dientenmagnetfeld-erzeugenden Einrichtung bereitgestellt ist, zum Senden und Empfangen eines Signals mit einer zweiten kernmag netischen Resonanzfrequenz; und
eine elektromagnetische Abschirmung (72), die zwischen der ersten und der zweiten Hochfrequenzspule bereitgestellt und bezüglich Hochfrequenz geerdet ist.
eine Einrichtung (2) zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes;
eine Einrichtung (3) zum Erzeugen eines ersten Gradientenmagnet feldes, die ein Gradientenmagnetfeld erzeugt;
eine erste Hochfrequenzspule (5), die innerhalb der ersten Gradien tenmagnetfeld-erzeugenden Einrichtung angeordnet ist, zum Senden und Empfangen eines Signals mit einer ersten kernmagnetischen Resonanzfrequenz;
eine zweite Hochfrequenzspule (7), die innerhalb der ersten Gra dientenmagnetfeld-erzeugenden Einrichtung bereitgestellt ist, zum Senden und Empfangen eines Signals mit einer zweiten kernmag netischen Resonanzfrequenz; und
eine elektromagnetische Abschirmung (72), die zwischen der ersten und der zweiten Hochfrequenzspule bereitgestellt und bezüglich Hochfrequenz geerdet ist.
22. Magnetfeldgenerator (Fig. 6) nach Anspruch 21, der weiterhin eine
zweite Gradientenmagnetfeld-erzeugende Einrichtung (6) zum Erzeu
gen eines Gradientenmagnetfeldes zwischen der ersten und der
zweiten Hochfrequenzspule aufweist.
23. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die Abschirmung an
einem Gehäuse (71) der zweiten Hochfrequenzspule bereitgestellt ist.
24. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die zweite Hochfre
quenz-Sonde aufweist:
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (11, 12), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind;
Einrichtungen (31, 32, 41, 42) zum Einspeisen einer Hochfrequenz leistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonatoren; und
Entkopplungseinrichtungen (13, 14), die so angeordnet sind, um über zwei benachbarten Resonatoren zu liegen, zum separaten Eliminieren einer Hochfrequenzkopplung zwischen den Resonatoren aufgrund magneto-elektrischer Hochfrequenzfelder in zwei orthogonalen Rich tungen in einer Ebene senkrecht zu den Achsen.
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren (11, 12), die in Reihe angeordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonato ren im wesentlichen ausgerichtet sind;
Einrichtungen (31, 32, 41, 42) zum Einspeisen einer Hochfrequenz leistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonatoren; und
Entkopplungseinrichtungen (13, 14), die so angeordnet sind, um über zwei benachbarten Resonatoren zu liegen, zum separaten Eliminieren einer Hochfrequenzkopplung zwischen den Resonatoren aufgrund magneto-elektrischer Hochfrequenzfelder in zwei orthogonalen Rich tungen in einer Ebene senkrecht zu den Achsen.
25. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 24, wobei die Entkopplungsein
richtung einen Satz von Schleifenspulen aufweist, die in zwei or
thogonalen Richtungen angeordnet sind.
26. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 25, wobei die den Satz bilden
den Schleifenspulen die Form einer "8" annehmen.
27. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die zweite Hochfre
quenzspule aufweist:
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren, die in Reihe an geordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonatoren im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei sich zwei benachbarte Resona toren an benachbarten Enden überlappen; und
eine Einrichtung zum Einspeisen einer Hochfrequenzleistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonato ren.
eine Vielzahl von hohlzylindrischen Resonatoren, die in Reihe an geordnet sind, so daß die jeweiligen Achsen der Resonatoren im wesentlichen ausgerichtet sind, wobei sich zwei benachbarte Resona toren an benachbarten Enden überlappen; und
eine Einrichtung zum Einspeisen einer Hochfrequenzleistung in die Resonatoren und zum Empfangen eines Signals von den Resonato ren.
28. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die zweite Hochfre
quenzspule in einem erdfreien Zustand bezüglich Hochfrequenz ist.
29. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die zweite Hochfre
quenzspule einen Vielfachelement-Resonator aufweist.
30. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die zweite Hochfre
quenzspule einen geschlitzten Tubusresonator aufweist.
31. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die Abschirmung eine
hohlzylindrische Struktur hat.
32. Magnetfeldgenerator nach Anspruch 21, wobei die Abschirmung eine
nicht-hohlzylindrische Struktur mit einer Vierpol-Symmetrie hat.
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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