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    • 专利摘要:
    Vorgeschlagen wird eine Abbildungsvorrichtung zur Nutzung der kernmagnetischen Resonanz (KMR) unter Verwendung von Spulen (1), die dem Senden und/oder Empfangen der Frequenzsignale (Lamorfrequenz) dienen und die in Feldern (Arrays) zusammengefasst sind, wobei die einzelne Spule (1) aus einer Leiterbahn besteht, die eine Fläche (2) definiert, wobei zumindest in der Fläche (2) ein elektrischer Leiter (3) angebracht ist, der in Bezug auf die Spule (1) außerhalb oder innerhalb angeordnet ist, diese vollständig umläuft und in sich geschlossen ist.
    公开号:DE102004006322A1
    申请号:DE200410006322
    申请日:2004-02-10
    公开日:2005-11-10
    发明作者:Mark Griswold；Titus Lanz
    申请人:RAPID BIOMEDIZINISCHE GERAETE；Rapid Biomedizinische Gerate Rapid Biomedical GmbH；
    IPC主号:G01R33-3415
    专利说明:
    [0001] DieErfindung bezieht sich auf eine Abbildungsvorrichtung zur Nutzungder kernmagnetischen Resonanz (WMR) unter Verwendung von Spulen,die dem Senden und/oder Empfangen der Frequenzsignale (Lamorfrequenz)dienen und die in Feldern (Arrays) zusammengefasst sind, wobei dieeinzelne Spule aus einer Leiterbahn besteht, die eine Fläche definiert.
    [0002] DieNutzung der magnetischen Kernresonanz hat als ein wichtiges bildgebendesVerfahren weite Verbreitung gefunden. Hierbei wird der Effekt genutzt,dass Atome in einem homogenen magnetischen Feld bei Zuführung vonEnergie vermittels elektromagnetischer Wellen bestimmter Frequenzen aufgrundAbsorption eine Anregung erfahren. Die Frequenz bestimmt sich hierbeiaus der Stärkedes konstanten Magnetfeldes und den speziellen charakteristischenEigenschaften des Kernes. Nach kurzer Zeit kehren die angeregtenSpins in ihren Grundzustand, also den tiefsten Energiezustand zurück und emittierenein elektromagnetisches Signal, dass über Empfangsspulen erfasstund zur Konstruktion des Bildes genutzt wird. Grundsätzlich können diegleichen Spulenelemente zur Anregung (Senden eines Signals) alsauch zum Empfang genutzt werden. Hierzu wird eine größere Anzahlan Spulen in sog. Arrays zusammengefasst. Je größer die Dichte, also die Anzahlder einzelnen Spulen pro Flächeneinheit, umsobesser wird das Signal-/Rausch- Verhältnis. Hiermit kann z. B. dieAuflösungdes hieraus hergeleiteten Bildes erhöht werden. Entscheidender Vorzugist weiter die Möglichkeitder Nutzung parallelbildgebender Verfahren, die eine höhere Aufnahmegeschwindigkeitrealisierbar machen.
    [0003] Ausdem Stande der Technik (siehe beispielsweise die WO 02/315 22) sindsog. MTL-Spulen (Microstrip transmission line) bekannt, die in ihremeinfachsten Aufbau aus einem streifenförmigen Leiter bestehen, derauf einem Dielektrikum aufgebracht wird und an dessen gegenüberliegenderSeite sich eine leitfähigeGrundplatte befindet.
    [0004] DerErfindung liegt die zentrale Aufgabe zugrunde, das im wesentlichendie Leistungsfähigkeit bestimmterAuflösungsvermögen bildgebendeVerfahren nach dem NMR-Prinzip weiter zu verbessern.
    [0005] Gelöst wirddiese Aufgabe dadurch, dass zumindest in der Fläche ein elektrischer Leiterangebracht ist, der in Bezug auf die Spule außerhalb oder innerhalb angeordnetist, diese vollständigumläuft undin sich geschlossen ist.
    [0006] DerBegriff „vollständig umläuft undin sich geschlossen" meint,dass der Leiter eine geschlossene Schleife darstellt , die in ihremräumlichenVerlauf an der Leiterbahn der Spule orientiert ist, also in Nachbarschaft,im allgemeinsten Fall mit variablem Abstand und entlang der Leiterbahnverläuft.
    [0007] Dererfindungsgemäßen Lösung liegtdie Erkenntnis zugrunde, dass ein hohes Auflösungsvermögens dann erreicht wird, wenndas durch die einzelnen Spulen gebildete Array ein Maximum an Dichteaufweist, d.h. dass möglichstviele Spulen möglichstnahe beieinander liegen. Dieses Ziel erreicht man durch in ihrenAbmessungen kleinbauende Spulen, deren relativer Abstand möglichstgering gewählt wird.Die letzte Forderung hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dasswechselseitige Beeinflussungen und Kopplungen benachbarten Spulen,sei es beim Senden oder Empfangen, nicht auszuschließen sind.Ausgehend von diesen Erkenntnissen geht der erfindungsgemäße Lösungsvorschlagdahin, die aus einem streifenförmigenLeiter gebildete Spule, die im wesentlichen aus einer aus dem Standeder Technik bekannten Weise aus einer offenen Schleife bestehenkann, nach außenoder innen zu mit einem geschlossenen elektrischen Leiter zu umgeben.Er verläuftim wesentlichen in der durch die Spule beschriebenen Fläche. Allerdingssoll nicht ausgeschlossen werden, dass sich der geschlossene Leitersenkrecht zu der durch die Spule beschriebenen Ebene erstreckenkann. Eine größere Anzahldieser vorbeschriebenen einzelnen Spulen wird in bekannter Weisezu einem Array zusammengefasst.
    [0008] ImRahmen der Erfindung ist denkbar, den Leiter innerhalb oder ausserhalbder Leiterbahn der Spule anzubringen, weil die zur Kompensationim Leiter durch auftreffende Wellenfelder erzeugten Ladungsverschiebungenund Strömedie vom Leiter ausgehenden Felder vom Ort der Anbringung (innerhalboder ausserhalb der Spule) weitgehend unbeeinflusst bleiben. Vielmehrtritt die Abschirmeffekt bei beiden Anordnungen ein. Grundsätzlich bestehende Unterschiedebeider Anordnungen sind bei entweder großem Abstand zwischen Spuleund Leiter und/oder geringer Entfernung des Messpunktes feststellbar. DieUnterschiede werden bei geringem Abstand oder hinreichend großer Entfernungverschwindend gering.
    [0009] Ausdrücklich vomSchutz umfasst sind auch bauliche Anordnungen, in denen sich einLeiter innerhalb und ein weiterer Leiter außerhalb der Leiterbahn derSpule verläuft.
    [0010] DieWirkungsweise ist wie folgt: In an sich bekannter Weise sendetund/oder empfängtdie Spule die entsprechenden Radiofrequenzen im wesentlichen inRichtung senkrecht zu der durch die Spule beschriebenen Fläche. Derzusätzlichangebrachte, umlaufende und in sich geschlossenen Leiter wirkt alsAbschirmung sowohl von elektrischen als auch magnetischen Feldern.Die umgebenden elektrischen Felder enden an dem Leiter, der nachArt eines Faradayschen Käfigsdie elektrischen Felder abhält.Das Auftreffen der magnetische Wechselfelder bewirkt zudem die Ausbildungvon Wirbelströmen,die nach der Lenzschen Regel den die Wirbelströme erzeugenden magnetischenFelder entgegengerichtet sind und somit zu deren Kompensation beitragen.Im Ergebnis ergibt sich folglich eine elektrische als auch einemagnetische Abschirmung.
    [0011] Durchdie Anordnung des Leiters in der Fläche der Spule wird eine Abschirmungim wesentlichen in dieser Richtung bewirkt, sodass die Sende- und/oderEmpfangssignale, die im wesentlichen senkrecht zu der durch dieSpule definierten Ebene abgegeben und/oder empfangen werden, ungehindertbleiben. In Richtung der benachbarten Spulen, die sich im wesentlichenin der durch den Leiter definierten Fläche anschließen, erfolgteine nahezu vollständigeAbschirmung sowohl elektrischer als auch magnetischer Wechselfelder.Somit sind die benachbarten Spulen weitgehend voneinander unabhängig undkönnensomit im geringstem Abstand zueinander und unter Ausschluss gegenseitigerBeeinflussung arbeiten (senden und/oder empfangen). Der vorgeschlageneSpulenaufbau erlaubt eine wesentliche Verbesserung des Signal-/Rausch-Verhältnisses. Damitkönnendas Auflösungsvermögen unddie Aufnahmegeschwindigkeit erhöhtwerden.
    [0012] DieräumlicheAnordnung der Verlauf des die Spule bildenden Mikrostrips ist inder durch die Spule definierten Fläche im allgemeinsten Fallebeliebig. Bevorzugt ist die Form eines Kreises, eines Rechteckes,eines Sechseckes oder eines Polygons zu wählen. Gerade diese Formen erlaubenaus räumlichenGründeneine dichte Anordnung der benachbarten Spulen, die mit ihren jeweilszugeordneten Flächenseitlich aneinander anschließen.
    [0013] Imallgemeinsten Fall beliebig ist das Krümmungsverhalten der durch dieSpule definierten Fläche.Im speziellen Falle bevorzugt ist, aus Gründen der Praktikabilität der Herstellungeine Ebene zu wählen.
    [0014] Derdie Spule umgebende und die Abschirmung darstellende Leiter hatzur zwingenden Voraussetzung der Wirksamkeit eine Anordnung außerhalbder Spule im wesentlichen in der durch die Spule definierten Fläche sowiezusätzlichdie Notwendigkeit in sich geschlossen zu sein. Andernfalls wären diezu Kompensation der elektrischen und magnetischen Felder erforderlichenAusgleichsströmeund Spannungen innerhalb der Abschirmung behindert. Der Abstandzwischen Spule und dem die Abschirmung bildenden Leiter kann imallgemeinsten Fall unterschiedlich gewählt werden. In spezieller Ausgestaltungbevorzugt ist, dass der Abstand zwischen der Spule sowie dem vomMittelpunkt aus gesehen außerhalbliegenden und die Abschirmung bildenden Leiter über den Umfang unterschiedlichgewähltwerden kann. Bevorzugt ist jedoch eine Äquidistanz d.h. ein über demgesamten Umfang konstanter Abstand zwischen Spule und Leiter.
    [0015] DieEigenfrequenzen der Spulen sind abzustellen auf die Resonanzfrequenzder Atome. Die gesamte, aus Spule und Abschirmung bestehende Anordnungweist durch den konstruktiven Aufbau bedingte Induktivitäten undKapazitätenauf. Zur Abstimmung auf die Resonanzfrequenz des magnetischen Momentesdes Kernes ist die Anbringung zusätzlicher Induktivitäten und/oderKapazitätenin vielen Fällenaus der Notwendigkeit der Abstimmung erforderlich.
    [0016] Imspeziellen wird vorgeschlagen, die Kapazitiäten zwischen der Spule undder Abschirmung anzubringen; die Kapazitäten weisen somit ausgehend vomMittelpunkt etwa in radiale Richtung.
    [0017] Inihrer allgemeinsten Anspruchsfassung ist gefordert, dass der dieAbschirmung bildende Leiter in der durch die Spule definierten Fläche zu positionierenist. Ausdrücklichwerden auch jene Ausführungsformenunter Schutz gestellt, bei denen sich der die Abschirmung bildendeLeiter ein – oderbeidseitig überdie Flächeheraus und zwar im wesentlichen senkrecht hierzu erstreckt. Im Falleder Verwendung bandförmigerLeiter als Abschirmung ist die Erstreckung über die durch die Spule definierteEbene hinaus unvermeidbar und führtin der Regel zu einer Verbesserung der Abschirmungseigenschaften.
    [0018] Ausder Theorie der Abschirmung elektrischer Felder mit Hilfe FaradayscherKäfigeist dessen Erdung bekannt. Aufgrund des symmetrischen Aufbaues vonSpule und Abschirmung treten im Hinblick auf die in der Abschirmungsich ausbildenden elektrischen Ladungsverschiebungen und/oder Wirbelströme symmetrischeVerhältnisseauf, d.h., dass innerhalb der Abschirmung bei integraler Betrachtungeine Kompensation eintritt. Eine Erdung der Abschirmung ist dahernicht zwingend erforderlich, weil die Abschirmung auf gleichem Potentialverbleibt. Dennoch wird in einer zweckmäßigen Weiterbildung die Erdungder Abschirmung vorgeschlagen.
    [0019] DerSpulenkreis ist nach außen über eine Versorgung(beim Senden) oder übereine Auswerteeinheit (beim Empfangen) angeschlossen. Bei bestimmtenBetriebsmoden ist man daran interessiert, bestimmte Spulen wirkungsloszu schalten, z.B. dann, wenn eine Spule nur zum Senden oder nur zumEmpfangen eingesetzt werden soll oder auch dann, wenn nur mit einzelnenSpulen gearbeitet werden soll. Hierfür wird vorgeschlagen, die Spule über einePIN – Diodekurzzuschließen.Der Name PIN leitet sich aus den drei Bereichen der Diode ab (Positiv, Intrinsic,Negativ) und ist eine von außenschaltbare Diode, die im Arbeitszustand geöffnet ist und bei Kurzschließen dieSpule wirkungslos schaltet. Durch die Ansteuerung lässt sichdie Wirkung der Spule problemlos zu- und abschalten.
    [0020] Ineiner vorteilhaften Weiterbildung ist der als Abschirmung wirkendeLeiter ebenfalls übereinen Schalter temporär öffenbar.Mit Öffnungwird die Abschirmwirkung weggeschaltet; bei einem geschlossenenLeiter hingegen ist die Abschirmung zugeschaltet. Bei bestimmtenBetriebszuständen,so z.B. beim Senden, empfiehlt sich zur Vermeidung von Energieverlustendie Abschirmung wirkungslos zu machen, in dem sie bespielsweisein vorbeschriebener Weise weggeschaltet wird. Ein weiterer Vorteilbesteht darin, dass im nicht aktiven Betriebszustand, d.h. bei weggeschalteterSpule eine weitere Wegschaltung auf der Abschirmung den entscheidenden Vorteilbietet, dass Verzerrungen des Magnetfeldes vermieden werden. Diebauliche Konkretisierung des temporären Öffnens oder Schließens desLeiters steht dem Rahmen der Erfindung grundsätzlich frei. Ähnlich wiebei der Spule kann eine schaltbare Diode zur Überbrückung eingesetzt werden, diedas Zu- und Wegschalten durch Öffnenund Schließender Diode in Durchlassrichtung vornimmt. Eine Ansteuerung ist möglich durchVerwendung von PIN-Dioden.
    [0021] WeitereAusgestaltungen, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sichdem nachfolgendem Beschreibungsteil entnehmen, indem anhand der Zeichnungein Ausführungsbeispielder Erfindung nähererläutertwird. Es zeigt:
    [0022] 1.den Aufbau einer erfindungsgemäßen Spulein prinzipienhafter Darstellung in Draufsicht.
    [0023] 2 bis 9 stellenverschieden bauliche Lösungendes erfindungsgemäßen Gedankensdar.
    [0024] DieSpule (1) besteht in gezeigtem Ausführungsbeispiel aus einem einzigenstreifenförmigen Leiter,der etwa rechteckförmigin seinem Verlauf angeordnet und auf einer Grundplatte befestigtist. Nicht dargestellt sind die Verbindungen zu einer Stromversorgungim Fall des Betriebes als Sendespule oder einem Frequenzdecoderbeim Betrieb als Empfangsspule, die mit Hilfe eines Koaxialkabelsoder anderer Verbindungen hergestellt werden kann. Derartige auseinem aus einem einzigen Streifen aufgebaute Spulen (1)sind unter der englischen Bezeichnung microstrip transmission line(MTL) aus dem Stande der Technik bekannt.
    [0025] Dieerfindungsgemäß vorgeschlageneWeiterbildung besteht darin, dass die Spule (1) auf der durchdiese definierten Fläche(2) ein Leiter (3) angebracht ist, der in sichgeschlossen ist und die Spule (1) umgibt. Eine Erdung istim allgemeinsten Fall nicht zwingend erforderlich.
    [0026] Dieserumgebende Leiter (3) hat die Funktion einer Abschirmungvon sowohl elektrischen als auch magnetischen Feldern, wobei dieAbschirmung der elektrischen Felder im wesentlichen nach dem Prinzipdes Faradayschen Käfigsund die der magnetischen Wechselfelder durch Induktion von Wirbelströmen erfolgt,die zu einer Kompensation der auftreffenden magnetischen Felderführen.
    [0027] AlsErgebnis erhältman eine weitgehende Abschirmung der Spule (1) von denim wesentlichen in Richtung der Fläche (2) einwirkendenStörfelder (eshandelt sich hierbei um die Richtung in der sich die benachbartenSpulen des Arrays angeordnet sind) aber auch der Reduzierung derBeeinflussung benachbarter Spulen durch die betrachtete. Eine Beeinflussungvon Senden und/oder Empfangen von Signalen, die im wesentlichensenkrecht zu der Fläche(2) und damit senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, findetnicht statt.
    [0028] Inden nachfolgenden Zeichnungen werden in prinzipienhafter Darstellungunterschiedliche Lösungendes erfindungsgemäßen Gedankenswiedergegeben.
    [0029] 2 zeigteine Lösungbei welcher die Spule 1 über einen Kondensator 4 überbrückt ist,hingegen der Leiter 3 in sich geschlossen, koaxial verlaufendund nach außenbeabstandet ist.
    [0030] Einevergleichbare Lösungzeigt 3 mit dem Unterschied, dass zusätzlich zu Überbrückung desKondensators 4 eine schaltbare Diode 5 eingesetztist. Durch Kurzschließendes Kondensator ergibt sich ein Schließen der Spule 1.
    [0031] 4 zeigteine zu vorgenannter Figur vergleichbare Anordnung mit dem Unterschied,dass in Reihe zur Diode 5 eine Induktivität 7 geschaltetist. Das Schwingungsverhalten lässtsich bekanntlich durch entsprechende Wahl des Kondensators 4 als auchder Induktivität 7 inder gewünschtenWeise abstimmen.
    [0032] 5 zeigteine Anordnung, bei welcher die überden Kondensator 4 geöffneteSpule 1 von einem Leiter 3 umgeben ist, in welchemdie schaltbare Diode 5 Anordnung findet. Die Abschirmwirkungdes Leiters 3 kann durch Zu/Abschalten der Diode 5 inseine Wirkung beeinflusst werden.
    [0033] Einevon den vorbeschriebenen Anordnungen grundlegend abweichende Realisierungdes erfindungsgemäßen Gedankensfindet sich in 6. Hierbei ist die Spule 1 offen.Nicht nur auf der Außenseite,sondern auch auf der Innenseite verläuft koaxial jeweils ein insich geschlossener und der Abschirmung dienender Leiter 3.Im Unterschied zu oben kann eine Anbringung des Leiters 3 auch(zusätzlich) innerhalbder Spule 1 erfolgen.
    [0034] Eineaus einer offenen und innen angeordneten Spule 1 und einemkoaxial nach außenzu angeordneten und als Abschirmung dienenden Leiter 3 bestehendeAnordnung ist in der 7 wiedergegeben. Charakteristischfür dieseAnordnung ist die Anbringung zusätzlicherKapazitätenzwischen Leiter und Spule. Durch entsprechende Wahl von Anzahl undGröße der Kapazitäten undder Tatsache, dass elektrische Leiter im Rahmen hoher FrequenzbereicheInduktivitätenaufweisen, lässtsich das Schwingungsverhalten und insbesondere die Resonanzfrequenzbeeinflussen und einstellen.
    [0035] In 8 wurdeanstelle der Diode ein Kondensator 4 eingebaut, der eine Öffnung derSpule für Gleichstromund eine Überbrückung entsprechenden Widerstandes,die frequenzabhängigist, fürWechselstrom darstellt.
    [0036] 9 zeigteine hierzu vergleichbare Anordnung mit dem Unterschied, dass dieSpule übereine schaltbare Diode 5 überbrückt ist. Ein Kurzschließen derSpule ist somit von Außenher unproblematisch möglich.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Abbildungsvorrichtung zur Nutzung der kernmagnetischenResonanz (KMR) unter Verwendung von Spulen (1), die demSenden und/oder Empfangen der Frequenzsignale (Lamorfrequenz) dienen unddie in Feldern (Arrays) zusammengefasst sind, wobei die einzelneSpule (1) aus einer Leiterbahn besteht, die eine Fläche (2)definiert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in derFläche(2) ein elektrischer Leiter (3) angebracht ist,der in Bezug auf die Spule (1) außerhalb oder innerhalb angeordnetist, diese vollständigumläuftund in sich geschlossen ist.
    [2] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass jeweils mindestens ein Leiter (3) innerhalb und ausserhalbder Spule (1) angeordnet ist.
    [3] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass der räumlicheVerlauf von Spule (1) und/oder Leiter (3) einKreis, ein Rechteck, ein Sechs- oder Achteck oder ein Polygonzugist.
    [4] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Fläche(2) eine Ebene ist.
    [5] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnetdurch eine Äquidistanzzwischen Spule (1) und dem umlaufenden Leiter (3).
    [6] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlicheInduktivitätenund/oder Kapazitätenin Spule (1) und/oder Leiter (3) eingebaut sind.
    [7] Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Kapazitätenzwischen Spule (1) und Leiter (3) angeordnet sind.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass der die Abschirmung bildende Leiter (3) sich ein-oder beidseitig senkrecht überdie Fläche(2) hinaus erstreckt.
    [9] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass der Leiter (3) der Abschirmung geerdet ist.
    [10] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Spule (1) über eineschaltbare Diode, insbesondere eine PIN-Diode, kurzschließbar ist.
    [11] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Leiter (3) über einenSchalter, z. B. eine schaltbare Diode, insbesondere PIN-Diode, temporär geöffnet werdenkann.
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    2005-11-10| OM8| Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2011-02-10| 8110| Request for examination paragraph 44|
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    2017-09-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410006322|DE102004006322B4|2004-02-10|2004-02-10|Abbildungsvorrichtung zur Nutzung der kernmagnetischen Resonanz|DE200410006322| DE102004006322B4|2004-02-10|2004-02-10|Abbildungsvorrichtung zur Nutzung der kernmagnetischen Resonanz|
    EP20050714956| EP1714162A1|2004-02-10|2005-02-10|Spulenarray für die bildgebende magnetische resonanz mit ver ringerter kopplung zwischen benachbarten spulen|
    US10/597,777| US7417431B2|2004-02-10|2005-02-10|Coil array for magnetic resonance imaging with reduced coupling between adjacent coils|
    PCT/DE2005/000232| WO2005076029A1|2004-02-10|2005-02-10|Spulenarray für die bildgebende magnetische resonanz mit verringerter kopplung zwischen benachbarten spulen|
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