DE19859566A1

DE19859566A1 - Hochfrequenzspulenvorrichtung für ein Magnetresonanzsystem mit Lateralem B¶o¶-Feld

Info

Publication number: DE19859566A1
Application number: DE19859566A
Authority: DE
Inventors: Eddy B Boskamp; James Tropp
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-12-23
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 1999-06-24
Also published as: IL127578A0; US6008649A; CN1228291A; CN1287730C; JPH11285482A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ei ne Hochfrequenz-(RF-)Spulenanordnung zur Verwendung in einem Magnetresonanz-(MR-)Abbildungssystem in der Richtung des B₀-Feldes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine RF-Spulenanordnung des vorstehend angeführten Typs, die I- und Q-Quadraturkomponenten zur Erzeugung eines zirkular polari sierten RF-Feldes in dem Abbildungsraum erzeugt. Das heißt, die Erfindung bezieht sich auf eine RF-Spulenanordung, die insbesondere in Verbindung mit einem MR-System des vorstehend angeführten Typs bei Anwendungen wie einer Wirbelsäulenabbil dung zweckmäßig ist.

Wie bekannt, wird ein Patient in einem Ganzkörper-Bohrungs-MR-Ab bildungssystem in der Bohrung eines zylindrischen Haupt magneten plaziert. Das statische oder Haupt-B₀-Magnetfeld ist entlang der Bohrungsachse, und daher in einer sich zwischen dem Kopf und den Füßen des Patienten erstreckenden Richtung (die nachstehend als Oben-Unten-Richtung oder SI-Richtung be zeichnet wird) orientiert. Allerdings haben Erfinder auf dem MR-Gebiet in den vergangenen Jahren Interventions- oder MR-Abbildungssysteme mit offenem Magnet entwickelt und einge führt. Bei derartigen Systemen wird das DC- oder Haupt-B₀-Feld durch zwei beabstandete Magnetkomponenten erzeugt. Der Abbildungsraum, d. h. der Raum, in dem ein Patient oder ein anderes Objekt sich während des Abbildungsvorgangs befindet, befindet sich zwischen den Hauptmagnetkomponenten.

In einer Vielzahl derartiger Systeme, die als Seiteneinstieg systeme bekannt sind, betritt ein Patient den Abbildungsraum, indem er an den Hauptmagnetkomponenten vorübergeht und dann dazwischen sitzt, liegt oder steht. Somit weist das Haupt-B₀-Feld eine laterale Orientierung auf, d. h., es ist von einer Seite zur anderen (nachstehend als Links-Rechts- oder LR-Richtung bezeichnet) bezüglich eines Patienten orientiert. Des weiteren ist es bei derartigen Anordnungen sinnvoll, die zwei Hauptmagnetkomponenten ziemlich nahe aneinander zu posi tionieren. Dies kann ausgeführt werden, wenn die Beabstandung zwischen den zwei Komponenten lediglich die Dimension eines Patienten entlang der LR- oder Hinten-Vorne-(AP-)Richtung und nicht entlang der SI-Richtung eines Patienten aufnehmen muß.

Obwohl offensichtlich ist, daß offene Magnete des vorstehend angeführten Typs merkliche Vorteile gegenüber zylindrischen Ganzkörpermagneten aufweisen, stellen diese gewissen Forde rungen an Anwendungen, wie beispielsweise die große Bild feld-(FOV-)Wirbelsäulenabbildung. Bei der Wirbelsäulenabbildung ist es allgemein üblich, zwei RF-Quadraturkomponenten vorzu sehen, d. h., Komponenten mit einer 90°-Phasendifferenz dazwi schen, um ein zirkular polarisiertes RF-Feld zu erzeugen. Dies wurde zum Erreichen eines annehmbaren Signalrauschver hältnisses oder Empfindlichkeit bei der Wirbelsäulenabbildung durchgeführt. In der Vergangenheit wurde typischerweise eine Schmetterling-Schleifen-Kombinationsspule zur Erzeugung der RF-Komponenten angewendet. Eine derartige Kombination kann separate Einzelschleifen- und Schmetterlingsspulen oder al ternativ dazu eine Einfach-Resonanz-Spulenstruktur umfassen. Die Einzelschleife erzeugt eine RF-Komponente orthogonal zur Ebene der Spule (Vertikal-Modus), und die Schmetterlingsspule erzeugt eine RF-Komponente, die parallel zur Spulenebene (Horizontalmodus) ist. Wie bekannt ist, muß die Ebene des durch die zwei RF-Komponenten erzeugten zirkular polarisier ten Feldes orthogonal zur Richtung des B₀-Feldes sein.

Ein Nachteil der herkömmlichen Schmetterling-Schleifen-Spulen besteht darin, daß derartige Spulen zur Erzeugung von RF-Feldern mit hellen Stellen an unterschiedlichen Orten in der zirkular polarisierten Ebene tendieren. Dies ist besonders lästig, wenn das B₀-Feld in der LR-Richtung ausgerichtet ist, und helle Stellen bestimmte Wirbel gegenüber anderen favori sieren. Helle Stellen sind Orte, an denen die RF-Feld intensität merklich größer als an angrenzenden umgebenden Orten ist. Demnach führen helle Stellen Ungleichmäßigkeiten oder Inhomogenitäten in das RF-Feld zwischen unterschiedli chen Positionen in einer Ebene orthogonal zu dem Haupt-B₀-Feld ein. Bei vorausgehenden Wirbelsäulenabbildungsvorgängen, die in Verbindung mit einer MR-Abbildungsanordnung vom Boh rungstyp oder dergleichen ausgeführt wurden, stellen helle RF-Stellen im allgemeinen kein ernstes Problem dar. Der Grund dafür ist, daß die Wirbelsäule eines Patienten bei einer der artigen Abbildungsanordnung entlang des B₀-Feldes ausgerich tet ist, und nicht durch RF-Inhomogenitäten zwischen ver schiedenen Punkten entlang einer Geraden senkrecht zum B₀-Feld beeinflußt wird. Tatsächlich kann es von Vorteil sein, die Wirbelsäule mit einer hellen RF-Feldstelle auszurichten, die sich auf ähnliche Weise entlang des B₀-Feldes erstreckt. Allerdings muß bei den vorstehend beschriebenen offenen Ma gnetsystemen die Wirbelsäulenabbildung bei einer LR-Orientierung des B₀-Feldes bezüglich des Patienten ausgeführt werden. Somit liegt die Wirbelsäule in der Ebene des zirkular polarisierten RF-Feldes, und erfaßte Wirbelsäulenbilder kön nen durch die hellen Stellen merklich beeinflußt sein, wenn eine herkömmliche Schmetterlings-Schleifen-Spule zur Erzeu gung des RF-Feldes verwendet wird. Beispielsweise kann ein oder können zwei Wirbel der Wirbelsäule mit einer hellen RF-Stelle übereinstimmen, während die verbleibenden Wirbel sich an sehr verschiedenen RF-Intensitäten befinden. Demnach ist es erforderlich, eine alternative RF-Spulenstruktur auszubil den, die ein zirkular polarisiertes RF-Feld erzeugen kann, aus dem die Inhomogenitäten bezüglich der hellen Stellen des Standes der Technik beseitigt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbes serte RF-Quadraturspule für eine MR-Abbildung auszugestalten.

Ferner soll eine RF-Spule des vorstehend angeführten Typs zur Abbildung einer gestreckten Struktur wie der Wirbelsäule ei nes Patienten ausgebildet werden, die in einer Ebene orthogo nal zu dem B₀-Feld eines zugehörigen MR-Abbildungssystems liegt.

Des weiteren soll eine RF-Spule des vorstehend angeführten Typs ausgebildet werden, die die RF-Feldhomogenität signifi kant verbessert und helle Stellen in dem RF-Feld in einer Ebene orthogonal zu dem B₀-Feld beseitigt oder merklich ver ringert.

Außerdem soll ein zirkular polarisiertes RF-Feld in einer Ebene senkrecht zu dem B₀-Feld erzeugt werden.

Zusätzlich soll eine RF-Spule des vorstehend angeführten Typs für Anwendungen wie eine große FOV-Wirbelsäulenabbildung aus gebildet werden.

Schließlich soll eine RF-Spule des vorstehend angeführten Typs ausgebildet werden, die zur Verwendung in Verbindung mit einem Interventions-MR-System oder einem MR-System mit offe nem Magnet angeordnet ist, wobei das B₀-Feld des Systems sich in einer LR-Orientierung bezüglich eines Patienten befindet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine RF-Spulen vorrichtung zur Verwendung in einem MR-Abbildungssystem gelöst. Die RF-Spule befindet sich in ausgewählter Beziehung zu dem B₀-Feld und umfaßt ein symmetrisches Netzwerk, das ein Paar gestreckter Spuleneinheiten in beabstandeter paralleler Beziehung und ferner eine ausgewählte Anzahl lateraler Spu leneinheiten enthält, die entlang der gestreckten Spulenein heiten in beabstandeter paralleler Beziehung zueinander posi tioniert sind. Jede laterale Spuleneinheit ist mit beiden ge streckten Spuleneinheiten elektrisch verbunden, um das symme trische Netzwerk oder die Spulenstruktur auszubilden. Die RF-Spulenvorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Anregungssignals an das symmetrische Netzwerk zur Erzeugung eines ersten RF-Magnetfeldes entlang einer er sten Achse, die orthogonal zu dem B₀-Feld ist. Eine weitere Einrichtung ist zum Anlegen eines zweiten Anregungssignals an das symmetrische Netzwerk zur Erzeugung eines zweiten RF-Magnetfeldes entlang einer zweiten Achse in orthogonaler Be ziehung sowohl zu dem B₀-Feld als auch der ersten Achse vor gesehen. Eine Anzahl erster kapazitiver Elemente jeweils mit einer Kapazität C_H ist selektiv entlang der gestreckten Spu leneinheiten verteilt. Ein zweites kapazitives Element ist in jede laterale Spuleneinheit geschaltet und weist jeweils eine Kapazität C_L auf. Die Frequenzen der ersten und zweiten RF-Felder hängen von den Kapazitäten C_L und C_H und insbesondere von dem Verhältnis C_L/C_H ab. Erfindungsgemäß sind C_L und C_H jeweils derart gewählt, daß die Frequenzen des ersten und zweiten RF-Feldes gleich sind. Es ist auch eine Einrichtung zur Ausbildung einer 90°-Phasenverschiebung zwischen dem er sten und zweiten RF-Feld vorgesehen. Demnach umfassen die zwei Felder I- und Q-Quadraturfeldkomponenten, die gemeinsam ein zirkular polarisiertes RF-Magnetfeld für das MR-Ab bildungssystem erzeugen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die lateralen Spuleneinheiten jeweils parallel zu der Richtung des B₀-Magnetfeldes ausgerichtet, und die gestreck ten Einheiten stehen senkrecht darauf. Jede gestreckte Spu leneinheit umfaßt eine Anzahl leitender Segmente, die mitein ander über entsprechende erste kapazitive Elemente mit linea rer Beziehung verbunden sind. Jede laterale Spuleneinheit um faßt ein Paar lateraler leitender Segmente, wobei jedes Paar über das entsprechende zweite kapazitive Element mit linearer Beziehung miteinander verbunden ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Einrichtungen zum Anlegen des ersten und zweiten Anregungs signals jeweils erste und zweite kapazitive Kopplungsnetzwer ke. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein oder sind beide Anregungssignale mit dem symmetrischen Netzwerk induk tiv gekoppelt. Es ist ersichtlich, daß ein Ausführungsbei spiel der Erfindung in Verbindung mit einem MR-Ab bildungssystem zur Ausbildung großer FOV-Wirbelsäulenbilder zweckmäßig angewendet werden kann, wobei das MR-System ein laterales B₀-Feld aufweist, d. h., das B₀-Feld hat eine LR-Orientierung bezüglich eines Patienten in Richtung des B₀-Magnetfelds des Systems. Allerdings ist die Erfindung nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei spiels der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung einer zirkularen Polarisation in Ver bindung mit dem durch das Ausführungsbeispiel in Fig. 1 er zeugten RF-Feld,

Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Aus führungsbeispiels in Fig. 1, das bei einem MR-System mit ei nem lateralen oder LR-B₀-Feld verwendet wird,

Fig. 4 eine Kopplungsanordnung zum Betreiben eines zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Symme trie/Unsymmetrie-Netzwerks für das Ausführungsbeispiel in Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Kombinationsnetz werks für die Ausführungsbeispiele in Fig. 1 und 4,

Fig. 7 eine vereinfachte Darstellung einer induktiven Kopp lungsanordnung für ein Ausführungsbeispiel mit einer ungera den Anzahl lateraler Spuleneinheiten und

Fig. 8 eine vereinfachte Darstellung einer induktiven Kopp lungsanordnung für ein Ausführungsbeispiel mit einer gerad zahligen Anzahl lateraler Spuleneinheiten.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße RF-Spulenstruktur 10. Die Spule 10 umfaßt zwei lineare gestreckte Spuleneinheiten 12 und 14, die in beabstandeter paralleler Beziehung zueinander stehen und sich entlang der X-Achse eines rechtwinkligen Ko ordinatensystems für ein MR-Abbildungssystem erstrecken. Die gestreckte Spuleneinheit 12 umfaßt eine Anzahl linearer lei tender Segmente 12a, die miteinander in linearer Beziehung durch Kondensatoren 16 verbunden sind, d. h. derart, daß sie entlang einer zur X-Achse parallelen Geraden liegen. Glei chermaßen umfaßt die gestreckte Spuleneinheit 14 eine Anzahl linearer leitender Segmente 14a, die gleichermaßen mit linea rer Beziehung durch die Kondensatoren 16 verbunden sind. Je der Kondensator 16 weist eine Kapazität C_H (C_x in Fig. 1) auf.

Fig. 1 zeigt ferner die RF-Spule 10 mit einer Anzahl latera ler Spuleneinheiten 18, die jeweils zwei laterale leitende Segmente 18a und 18b aufweisen, die miteinander in linearer Beziehung über einen Kondensator 20 mit einer Kapazität C_L (C_z in Fig. 1) verbunden sind. Die lateralen Spuleneinheiten 18 sind entlang der gestreckten Spuleneinheiten 12 und 14 mit gleichermaßen beabstandeter paralleler Beziehung zueinander und mit paralleler Beziehung bezüglich der Z-Achse des Koor dinatensystems positioniert. Jedes laterale leitende Segment 18a und 18b ist jeweils mit einem leitenden Segment 12a und 14a zur Ausbildung der Spulenstruktur 10 als symmetrisches Netzwerk elektrisch verbunden. Es ist ersichtlich, daß die Spulenstruktur 10 eine ungerade Anzahl lateraler Spulenein heiten 18 aufweist.

In Fig. 1 ist des weiteren ein kapazitives Kopplungsnetzwerk 22 gezeigt, das mit der Spulenstruktur 10 verbunden ist, um ein Spulenerregungssignal e_I von einer koaxialen Verbindungs einrichtung 24 anzulegen, wenn die RF-Spule 10 in einem Sen demodus arbeitet. Das Netzwerk 22 ist auch zur Kopplung emp fangener MR-Signalkomponenten e'_I von der Spule 10 zu der Verbindungseinrichtung 24 betreibbar, wenn die Spule 10 im Empfangsmodus arbeitet, wie es nachstehend näher beschrieben ist. Fig. 1 zeigt das Netzwerk 22, das über die zwei Konden satoren 16 angeschlossen ist, die jeweils mit dem zentralen linearen leitenden Segment 12a' verbunden sind. Das Netzwerk 22 ist mit Kondensatoren 26 versehen, die jeweils die gesamte mit einem Patienten geladene Spulenstruktur auf 50 Ohm in diesem Modus anpassen. Das Netzwerk 22 enthält auch einen 180°-Phasenschieber 28, der zwischen die Kondensatoren 26 und Erde 32 geschaltet ist. Der äußere Leiter der koaxialen Ver bindungseinrichtung 24 ist auch mit Erde 32 verbunden.

Fig. 1 zeigt ferner ein kapazitives Kopplungsnetzwerk 30, das über einen Kondensator 20a angeschlossen ist, der zusammen mit einem daran angeschlossenen Kondensator 20b die Kapazität C_L zwischen den lateralen leitenden Segmenten 18a' und 18b', den leitenden Segmenten der zentralen lateralen Spuleneinheit 18, herstellt. Das Netzwerk 30 ist zur Kopplung eines Spu lenerregungssignals e_Q an den Kondensator 20a von einer koa xialen Verbindungseinrichtung 34 angeordnet, wenn die RF-Spule 10 im Sendemodus arbeitet. Das Netzwerk 30 kann auch empfangene MR-Signalkomponenten e_Q' von der Spule 10 der koa xialen Verbindungseinrichtung 34 zuführen, wenn die Spule 10 im Empfangsmodus arbeitet. Das Netzwerk 30 ist mit einem Kon densator 36 versehen, der die mit einem Patienten geladene gesamte Struktur auf 50 Ohm für diesen Modus anpaßt. Die koa xiale Verbindungseinrichtung 34 ist mit Erde 38 verbunden, die von der mit dem Netzwerk 22 verbundenen Erdung 32 iso liert bleiben muß. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Netz werke 22 und 30 beide symmetrisch bezüglich der zentralen la teralen Spuleneinheit 18 der Spulenstruktur 10 gekoppelt sind.

Durch Erzeugung der Signale e_I und e_Q derart, daß eine 90°-Phasendifferenz zwischen ihnen liegt, betreiben diese die Spule 10 jeweils zur Erzeugung von RF-Feldkomponenten, die gleichermaßen 90°-phasenverschoben und jeweils entlang der Y- und X-Achse orientiert sind. Derartige Feldkomponenten können somit jeweils als I- und Q-Quadraturkomponenten für ein zir kular polarisiertes RF-Signal dienen. Ferner werden die emp fangenen Signale e'_I und e'_Q in der Spule 10 durch die jewei ligen I- und Q-RF-Komponenten induziert und demnach 90°-phasenverschoben sein. Der 180°-Phasenschieber 28 ist zur Si cherstellung der Isolierung zwischen den Signalen e_I und e_Q und auch zwischen den Signalen e'_I und e'_Q vorgesehen.

Für eine bessere Homogenität in der SI-Richtung sind mehrere Leiter in der LR-Richtung erforderlich, die RF-Magnetfelder senkrecht zu dem B₀-Magnetfeld erzeugen. Somit kann die in Fig. 1 als symmetrisches Netzwerk oder Flach-Bandpaß-Käfig (birdcage) gezeigte Spule als offenes Stück einer Übertra gungsleitung betrachtet werden. In einem ersten oder einem Basismodus (Modus 1) kann die Spule 10 eine halbe Wellenlänge entsprechend eines Stromdichtemusters in den Leitern 18a und 18b enthalten, das dem einer Einzelschleife gleicht. Bei ei ner unbegrenzten Anzahl von Leitern 18a und 18b gleicht das Stromdichtemuster dem eines Sinus einer halben Wellenlänge. Die Signale e_I und e'_I gehören zu dem Modus 1. Der nächsthö herer Modus (Modus 2) stellt eine Stromdichteverteilung in den Leitern 18a und 18b ein, die einer vollen Wellenlänge des Sinus und somit einem Schmetterlingsmuster gleicht. Die Si gnale e_Q und e'_Q gehören zum Modus 2. Im Fall des flachen Kä figs treten die zwei in Frage kommenden Moden, die Moden 1 und 2, bei der gleichen Frequenz für ein bestimmtes Verhält nis C_L/C_H auf.

Insbesondere können die Frequenzen des Modus-1- und Modus-2-Be triebs der RF-Spule 10 mittels des folgenden Ausdrucks gleichgemacht werden:

wobei J der Modusindex, ω_a√2 die äquivalente Tief paß-Einfachmaschenfrequenz (die durch Kurzschließen des Kondensa tors C_H erhalten wird), C_L/C_H das Verhältnis der Tiefpaß- /Hochpaßkapazität und ξ ein Koeffizient der magnetischen Kopplung zwischen benachbarten Zellen ist. N ist die Anzahl von Zellen in dem symmetrischen Netzwerk, wobei N=10 für die Spule 10 in Fig. 1 ist. Es ist ersichtlich, daß Gleichung (1) zur Berechnung eines Verhältnisses C_L/C_H derart verwendet werden kann, daß die Modus-1-Frequenz ω₁ gleich der Modus-2-Frequenz ω₂ ist. Die jeweiligen Kapazitäten C_L und C_H werden zur Ausbildung dieses Verhältnisses gewählt. Die allgemeine Bedingung der Gleichheit der Modusfrequenzen 1 und 2 ist tat sächlich ein spezielles Beispiel einer allgemeineren Gleich förmigkeit (oder Entartung, um den Fachausdruck zu verwenden) unter den Frequenzen mehrerer Resonanzmoden der Spule. Diese Entartung liegt genau innerhalb der Grenzen des vorhandenen Schaltungsmodells, das einen einzelnen Koeffizienten der ma gnetischen Kopplung verwendet. Allerdings können bei einem Modell, bei dem zusätzliche Koeffizienten erwiesenermaßen si gnifikant sind, weitere Verfeinerungen der Schaltung zur Er zeugung der gewünschten Entartung erforderlich sein, bei spielsweise die Einführung von Kondensatoren, die abwechseln de Maschen des symmetrischen Netzwerks verbinden. Abwandlun gen können vom Fachmann ins Auge gefaßt werden, und es wird daher betont, daß der Schlüssel der Erfindung nicht nur in einer speziellen Einrichtung zur Erzeugung der Entartung ei nes gewünschten Modenpaars sondern vielmehr im allgemeinen Prinzip liegt, daß symmetrische Netzwerke (und andere flache Netzwerke) zur Ausbildung entarteter Resonanzmoden entwickelt werden können, die für den vorstehend angeführten Zweck ver wendet werden können.

In Fig. 2 sind Quadratur-RF-Komponenten I und Q gezeigt, die Modus-1- und Modus-2-Signale umfassen und sich jeweils bezüg lich der Y- und X-Achse sinusförmig ändern. Wenn sie sich än dern, bilden die Komponenten ein resultierendes zirkular po larisiertes RF-Magnetfeld S aus. Es wurde herausgefunden, daß derartige Quadraturfeldmuster, die entsprechend der Gleichung 1 erzeugt werden, in der Wirbelsäulenrichtung stark homogen sind.

In Fig. 3 ist ein offenes Magnet-MR-System 40 mit lateralem B₀-Feld gezeigt. Das System 4 ist mit nahe beabstandeten Ma gnetkomponenten 42a und 42b versehen, und ein Patient 44 ist zum Sitzen oder Stehen zwischen diesen Komponenten positio niert. Das entlang der Z-Achse und der LR-Orientierung bezüg lich des Patienten 44 gerichtete statische B₀-Feld wird durch Magnete 42a und 42b erzeugt. Die Spule 10 ist im System 40 zur Erzeugung eines zirkular polarisierten RF-Feldes in der X-Y-Ebene orthogonal zu dem B₀-Feld zur Ausbildung des B₁-Feldes enthalten. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung kann zur Abbildung der Wirbelsäule 46 des Patienten 44 zweckmäßig ver wendet werden, wobei die Wirbelsäule in der X-Y-Ebene ausge richtet ist. Die Kapazitäten C_H und C_L der Spule 10 können zur Ausbildung einer RF-Frequenz gewählt werden, die die Lar morfrequenz zur MR-Abbildung trifft, sowie zum Gleichmachen der Frequenzen für die orthogonalen Moden 1 und 2.

In Fig. 4 ist ein Abschnitt einer Spule 10a gezeigt, die im wesentlichen identisch mit der Spule 10 ist, abgesehen davon, daß sie eine geradzahlige Anzahl lateraler Spuleneinheiten 18 wie beispielsweise 12 anstelle einer ungeradzahligen Anzahl aufweist. Eine derartige Spule enthält somit zwei zentrale laterale Spuleneinheiten 18, die jeweils laterale leitende Segmente 18a' und 18b' aufweisen, anstelle einer zentralen Einheit, wie sie in der Spule 10 gezeigt ist. Es ist ersicht lich, daß es in der teilweise gezeigten Spule 10a die gleiche Anzahl lateraler Spuleneinheiten 18 auf der linken und der rechten Seite der zwei zentralen Einheiten 18 in Fig. 4 gibt. Demnach müssen kapazitive Kopplungsnetzwerke 48 und 50, die jeweils zum Betreiben der Spule 10a ausgebildet sind, zum Aufrechterhalten der Symmetrie beide zwischen die zwei zen tralen Einheiten 18 angeschlossen werden.

In Fig. 4 ist das Kopplungsnetzwerk 48 mit Kondensatoren 52a und 52b gezeigt, die jeweils die Struktur der Spule 10 des Modus 1 auf 50 Ohm zwischen den zentralen lateralen Spulen einheiten 18 anpassen. Die Kapazitäten der Kondensatoren 16a und 16b bilden gemeinsam eine Kapazität C_H aus. Der Anpas sungskondensator 52b ist direkt mit dem inneren Leiter eines Koaxialkabels 54 verbunden, und der Kondensator 52a ist daran über zwei 90°-Phasenschieber 56a und 56b angeschlossen. Die Phasenschieber dienen zur Isolation des Signals e_I von dem Signal e_Q, wie vorstehend beschrieben. Fig. 4 zeigt ferner ein Netzwerk 50, das mit Kondensatoren 64 versehen ist, die die Spulenstruktur des Modus 2 jeweils auf 50 Ohm anpassen.

Zur Beseitigung der in den Schirmen der Koaxialkabel 54 und 60 induzierten stehenden Wellen sind jeweils Symme trie/Unsymmetrie-Netzwerke bzw. Symmetrieübertragernetzwerke 66 daran angeschlossen. In Fig. 5 ist das Symmetrieübertra gernetzwerk 66 mit der Länge eines Koaxialkabels 68 gezeigt, wobei ein Kondensator 70 über dessen Enden angeschlossen ist, um einen hochohmigen abgeschirmten Übertragungsweg auszubil den. Die Symmetrieübertragernetzwerke 66 dienen zur Isolie rung der mit den Abschirmungen der Kabel 54 und 60 assoziier ten Erdungen voneinander. Dies ist sehr wichtig, da die zwei Moden keine gemeinsamen Erdungen haben.

Es ist ersichtlich, daß die Spule 10 bzw. 10a typischerweise nur als Empfangsspule verwendet wird. In einer derartigen An ordnung, wird die RF-Körperspule zur Anregung verwendet. Des weiteren ist kein Sende-/Empfangsschalter vorhanden, da es nicht erforderlich ist, die Spule in einen Sendemodus zu ver setzen. Demnach ist es erforderlich, die Spule 10 oder 10a mit herkömmlichen Entkopplungsnetzwerken (nicht gezeigt) zu versehen, um sicherzustellen, daß die Spule von der Sendespu le während der Sendephase der Abbildungsfolge entkoppelt ist.

In einer alternativen Anordnung kann die Spule 10 bzw. 10a zum Senden sowie zum Empfangen von I- und Q-RF-Feld komponenten verwendet werden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt, wobei die Koaxialkabel 54 und 60 je weils zum Empfangen von I- und Q-Kanalerregungssignalen e_I und e_Q angeordnet sind. Die Anregungssignale werden durch ein 90°-Kombinationsnetzwerk 72 zugeführt, wenn sich ein daran angeschlossener Sende-/Empfangs-(T/R-)Schalter 74 im Sendemo dus befindet. Das heißt, während einer MR-Impulsfolge des as soziierten MR-Systems liefert ein Sendeverstärker 76 ein RF-Signal e_T. Synchron dazu wird der TR-Schalter 74 zur Verbin dung des RF-Signals mit dem Kombinationsnetzwerk 72 und da durch mit dem Koaxialkabel 54 und dem Kopplungsnetzwerk 48 als Erregungssignal e_I betrieben. Gleichzeitig verzögert das Kopplungsnetzwerk 72 das Signal e_T um 90°, um das Erregungs signal e_Q auszubilden, das dem Koaxialkabel 60 und dem Kopp lungsnetzwerk 50 zugeführt wird. Somit umfassen das Kabel 54 und das Netzwerk 48 den I-Kanal und das Kabel 60 und das Netzwerk 50 den Q-Kanal.

Während der Erfassungsphase der MR-Impulsfolge werden die empfangenen MR-Signalkomponenten e'_I und e'_Q jeweils durch die gleichen Komponenten der RF-Spule der Erfindung erfaßt, die die RF-Anregungskomponenten in der Y-Richtung und der X-Richtung wie vorstehend beschrieben erzeugen. Die erfaßten e_I- und e'_Q-Signale werden zum Kombinationsnetzwerk 72 je weils über die Koaxialkabel 54 und 60 rückgekoppelt. Das Kom binationsnetzwerk 72 verarbeitet die e'_I- und e'_Q-Signale zur Erzeugung eines resultierenden empfangenen MR-Signals e_R, das dem T/R-Schalter 74 zugeführt wird. Während dieser Erfas sungsphase arbeitet der Schalter 74 zur Verbindung des MR-Signals e_R mit einem Empfangsverstärker 78.

Das Kombinationsnetzwerk 72 umfaßt eine herkömmliche Einrich tung, wobei ein Beispiel dieser Einrichtung in Fig. 6 gezeigt ist. Zugehörige kapazitive Elemente 80 bis 90 sind jeweils mit induktiven Elementen 92 und 94 verbunden, wie dargestellt ist.

In Fig. 7 ist eine erfindungsgemäße Spule wie beispielsweise die Spule 10 mit einer ungeradzahligen Anzahl lateraler Spu leneinheiten 18 gezeigt. Allerdings wird in Fig. 7 anstelle der vorstehend beschriebenen kapazitiven Anordnung eine in duktive Kopplungsanordnung zur Kopplung der RF-Quadratur signalkomponenten zu und von der Spule verwendet. I-Kanal-Komponenten werden mittels einer Einzelschleifenspule 96 gesendet und empfangen, während Q-Kanal-Komponenten mit tels einer Schmetterlingsspule 98 gesendet und empfangen wer den. Die Spulen 96 und 98 sind jeweils symmetrisch bezüglich der zentralen lateralen Spuleneinheit 18c der Spule 10 in Fig. 7 positioniert. Die zentrale Anordnung der induktiven Spulen 96 und 98 stellt eine Isolierung zwischen diesen si cher.

In Fig. 8 ist eine induktive Kopplungsanordnung für eine Spu le wie eine Spule 10a gezeigt, d. h. eine erfindungsgemäße RF-Spule mit einer geradzahligen Anzahl lateraler Spuleneinhei ten 18. Eine derartige Spule enthält zwei zentrale Spulenein heiten, die in Fig. 8 jeweils als Einheiten 18d und 18e dar gestellt sind. Die induktive Kopplungsanordnung in Fig. 8 um faßt eine Einzelschleifenspule 100 und eine Schmetter lingsspule 102, wobei beide Spulen 100 und 102 symmetrisch bezüglich der zentralen lateralen Spuleneinheiten 18d und 18e angeordnet sind. Gleichermaßen wie in der Anordnung in Fig. 7 stellt die Verwendung zentral positionierter induktiver Spu len 100 und 102 eine Isolation zwischen den zwei Modi des Spulenbetriebs sicher.

Es ist ersichtlich, daß eine kombinierte Kopplungsanordnung bezüglich der Spule 10 verwendet werden kann. Beispielsweise kann die I-Kanal-Komponente mit der Spule 10 induktiv gekop pelt sein, und die Q-Kanal-Komponente kann kapazitiv mit der Spule 10 gekoppelt sein. Eine derartige Anordnung erzielt gleichermaßen eine gute Isolation zwischen den Moden 1 und 2.

Erfindungsgemäß ist eine RF-Spulenvorrichtung zur Verwendung in einem MR-Abbildungssystem offenbart, bei dem das B₀-Feld in einer bestimmten Richtung orientiert ist. Die Vorrichtung umfaßt eine in ausgewählter Beziehung zu dem B₀-Feld positio nierte Spulenstruktur, die ein Paar gestreckter Spuleneinhei ten in beabstandeter paralleler Beziehung und eine ausgewähl te Anzahl lateraler Spuleneinheiten aufweist, die entlang der gestreckten Spuleneinheiten in beabstandeter paralleler Be ziehung zueinander positioniert sind. Eine Anzahl erster ka pazitiver Elemente jeweils einer ersten Kapazität sind wahl weise entlang der gestreckten Spuleneinheiten positioniert, und ein zweites kapazitives Element ist in jeder lateralen Spuleneinheit enthalten, wobei jedes zweite kapazitive Ele ment eine zweite Kapazität aufweist. Ein erstes Kopplungs netzwerk betreibt die Spulenstruktur zum wahlweisen Senden und Empfangen einer ersten RF-Feldkomponente, die entlang ei ner ersten Achse gerichtet ist, die orthogonal zu der B₀-Feldrichtung ist, wobei das erste RF-Feld eine durch eine be stimmte Beziehung zwischen der ersten und zweiten Kapazität bestimmte Frequenz aufweist. Gleichermaßen betreibt ein zwei tes Kopplungsnetzwerk die Spulenstruktur zum wahlweisen Sen den und Empfangen einer zweiten RF-Feldkomponente, die ent lang einer zweiten Achse gerichtet ist, die sowohl orthogonal zur B₀-Feldrichtung als auch zu der ersten Achse ist, wobei die zweite RF-Feldkomponente eine gleichermaßen durch die Be ziehung zwischen der ersten und zweiten Kapazität bestimmte Frequenz aufweist, und die erste und zweite Kapazität jeweils derart ausgewählt ist, daß die zugehörigen Frequenzen gleich sind.

Claims

1. RF-Spulenvorrichtung zur Verwendung in einem MR-Abbildungssystem, wobei das B₀-Magnetfeld des Systems in ei ner bestimmten Richtung orientiert ist, mit
einer in ausgewählter Beziehung zu dem B₀-Feld positio nierten Spulenstruktur (10), wobei die Spulenstruktur ein Paar gestreckter Spuleneinheiten (12, 14) in beabstandeter paralleler Beziehung und ferner eine ausgewählte Anzahl late raler Spuleneinheiten (18) aufweist, die entlang der ge streckten Spuleneinheiten in beabstandeter paralleler Bezie hung zueinander positioniert sind, und wobei jede laterale Spuleneinheit mit beiden gestreckten Spuleneinheiten zur Aus bildung der Spulenstruktur verbunden ist,
einer Anzahl erster kapazitiver Elemente (16), die je weils eine erste Kapazität aufweisen und wahlweise entlang der gestreckten Spuleneinheiten positioniert sind,
einem zweiten kapazitiven Element (20), das in jeder la teralen Spuleneinheit enthalten ist, wobei jedes zweite kapa zitive Element eine zweite Kapazität aufweist,
einer ersten Kopplungseinrichtung (22) zum Betreiben der Spulenstruktur zum wahlweisen Senden und Empfangen einer er sten RF-Feldkomponente, die entlang einer ersten Achse ge richtet ist, die orthogonal zu der B₀-Feldrichtung ist, wobei das erste RF-Feld eine durch eine bestimmte Beziehung zwi schen der ersten und zweiten Kapazität bestimmte Frequenz aufweist, und
einer zweiten Kopplungseinrichtung (30) zum Betreiben der Spulenstruktur zum wahlweisen Senden und Empfangen einer zweiten RF-Feldkomponente, die entlang einer zweiten Achse gerichtet ist, die orthogonal sowohl zur B₀-Feldrichtung als auch der ersten Achse ist, wobei die zweite RF-Feldkomponente eine gleichermaßen durch die Beziehung zwischen der ersten und zweiten Kapazität bestimmte Frequenz aufweist, wobei die erste und zweite Kapazität jeweils derart ausgewählt ist, daß die Frequenzen der ersten und zweiten RF-Feldkomponenten gleich sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die lateralen Spu leneinheiten jeweils in paralleler Beziehung zu der Richtung des B₀-Magnetfeldes ausgerichtet sind, und die gestreckten Einheiten in orthogonaler Beziehung dazu ausgerichtet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die ersten und zweiten RF-Feldkomponenten Quadratur-Magnetfeldkomponenten umfassen, die zusammen ein zirkular polarisiertes RF-Magnetfeld für das Abbildungssystem erzeugen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die bestimmte Be ziehung zwischen der ersten und zweiten Kapazität das Ver hältnis der zweiten Kapazität zur ersten Kapazität umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste und zweite Kopplungseinrichtung jeweils ein erstes und zweites Kopplungsnetzwerk aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das erste und zweite Kopplungsnetzwerk (22, 30) jeweils ein erstes und zweites kapazitives Kopplungsnetzwerk umfaßt, das jeweils mit einer Erdverbindung (32, 38) versehen ist, und
die Vorrichtung eine Einrichtung (66) zur Beibehaltung der Isolation zwischen den Erdverbindungen aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei jedes Kopplungs netzwerk ein induktives Kopplungsnetzwerk (96, 98) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eines der Kopp lungsnetzwerke ein kapazitives Kopplungsnetzwerk und das an dere der Kopplungsnetzwerke ein induktives Kopplungsnetzwerk umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Spulenstruktur eine ungeradzahlige Anzahl der lateralen Spuleneinheiten um faßt, wobei eine der lateralen Einheiten eine zentrale Ein heit umfaßt, und
jedes der Kopplungsnetzwerke mit der zentralen Einheit verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Spulenstruk tur (10a) eine geradzahlige Anzahl der lateralen Spulenein heiten aufweist, wobei zwei der lateralen Einheiten zentrale Einheiten umfassen, und
jedes der Kopplungsnetzwerke (48, 50) zwischen die zen tralen Einheiten geschaltet ist.

11. RF-Spulenvorrichtung für eine MR-Abbildung mit
einer ausgewählten Anzahl induktiver Elemente (12, 14, 18),
einer ausgewählten Anzahl an Kondensatoren (16, 20), die wahlweise mit den induktiven Elementen zur Ausbildung eines flachen Netzwerks (10) verbunden sind, und
einer Einrichtung (22, 30) zur Verbindung des Netzwerks mit bestimmten mit einem MR-System assoziierten Schaltungs komponenten zum Betreiben des Netzwerks zur Erzeugung eines Paars entarteter Resonanzmoden, wobei beide entarteten Moden die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen, und zum weiteren wahlweisen Betreiben des Netzwerks in Sende- und Empfangsmo di, wobei die entarteten Moden, wenn das Netzwerk im Sendemo dus betrieben wird, jeweils ein RF-Magnetfeld erzeugen, wobei die RF-Felder orthogonal zueinander in einigen Bereichen des Raums sind und zusammen ein zirkular polarisiertes RF-Feld zum Anregen eines MR-Signals erzeugen, und wobei die entarte ten Moden, wenn das Netzwerk im Empfangsmodus arbeitet, zum Empfangen eines MR-Signals angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die induktiven Elemente zur Ausbildung einer symmetrischen Struktur angeord net sind, wobei Lücken an ausgewählten Orten in der symmetri schen Struktur vorgesehen sind, und
einer der Kondensatoren (16, 20) in jeder Lücke plaziert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die induktiven Elemente zur Ausbildung eines Arrays geschlossener Schleifen angeordnet sind, die voneinander getrennt und verschieden sind, wobei Lücken an ausgewählten Orten in den Schleifen vorgesehen sind, und
einer der Kondensatoren in jeder Lücke plaziert ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Kopplungs einrichtung zwei Kopplungsnetzwerke (22, 30) umfaßt, die je weils mit einem der Entartungsmoden gekoppelt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei jedes der Kopp lungsnetzwerke ein kapazitives Kopplungsnetzwerk umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei jedes der Kopp lungsnetzwerke ein induktives Kopplungsnetzwerk (22, 30) um faßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei eines der Kopp lungsnetzwerke ein kapazitives Netzwerk und das andere der Kopplungsnetzwerke ein induktives Netzwerk (96, 98) umfaßt.