DE102005036513A1 - Magnetic resonance-antenna array e.g. head antenna, for examination of patient`s head, has antenna units, in which one units has conductor section and additional sections, where former section forms conductor loop with additional sections - Google Patents

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Abstract

The antenna array has array units (4) arranged in an area (3b) proximity to a patient, where the units are arranged in parallel. A helmet-shaped carrier (2) is provided with openings. Each unit has two antenna units (6, 8), where the antenna unit (6) is arranged with its conductors in the area. The antenna unit (8) has a conductor section that is arranged in the area and additional conductor sections that are arranged outside of the area. The former section forms a conductor loop with the additional sections, where the antenna units are formed in a linearly polarized manner.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanz-Antennenarray mit einem patientennahen Bereich, in dem eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Arrayelementen angeordnet ist, wobei jedes Arrayelement ein erstes und ein von dem ersten entkoppeltes zweites Antennenelement umfasst.The The invention relates to a magnetic resonance antenna array with a patient-near Area in which a plurality of juxtaposed array elements is arranged, each array element a first and a the first decoupled second antenna element comprises.

Ein dementsprechendes Magnetresonanz-Antennenarray mit einem patientennahen Bereich, in dem eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Arrayelementen angeordnet ist, ist aus der DE 195 05 062 A1 bekannt. Das dort beschriebene Magnetresonanz-Antennenarray ist helmartig ausgebildet und zur Untersuchung des Kopfes vorgesehen. Die Arrayelemente ermöglichen den Empfang von zirkular polarisierten Magnetresonanzsignalen. Die einzelnen Arrayelemente bestehen aus zwei Antennenelementen zum Empfang des linearen Anteils der zirkular polarisierten Magnetresonanzsignale. In einer ersten Ausführungsform ist ein erstes Antennenelement als einfache Leiterschleife und ein zweites Antennenelement als Butterfly-Antenne mit einer 8-förmigen Leiterstruktur ausgebildet. Eine zweite Ausführungsform des Arrayelements umfasst zwei Butterfly-Antennen, die um 90° verdreht zueinander angeordnet sind.A corresponding magnetic resonance antenna array with a region near the patient, in which a multiplicity of array elements arranged next to one another is arranged, is known from US Pat DE 195 05 062 A1 known. The magnetic resonance antenna array described there is designed like a helmet and intended to examine the head. The array elements enable the reception of circularly polarized magnetic resonance signals. The individual array elements consist of two antenna elements for receiving the linear portion of the circularly polarized magnetic resonance signals. In a first embodiment, a first antenna element is designed as a simple conductor loop and a second antenna element as a butterfly antenna with an 8-shaped conductor structure. A second embodiment of the array element comprises two butterfly antennas, which are arranged rotated by 90 ° to each other.

Aus der US 5,430,378 ist ein Magnetresonanz-Antennenarray bekannt, das zur Untersuchung der unteren Extremitäten des menschlichen Körpers ausgebildet ist. Das Magnetresonanz-Antennenarray umfasst zwei lineare Arrays. Das erste lineare Array ist in einer horizontalen Ebene und das zweite lineare Array ist in einer vertikalen Ebene angeordnet, die die horizontale Ebene schneidet. Jedes Antennenelement aus der horizontalen Ebene ist über ein Kombinationsnetzwerk mit einem Antennenelement aus der vertikalen Ebene verbunden, um die zirkular polarisierten Empfangssignale der beiden Antennenelemente phasenrichtig zu addieren.From the US 5,430,378 For example, a magnetic resonance antenna array is known that is designed to examine the lower extremities of the human body. The magnetic resonance antenna array comprises two linear arrays. The first linear array is in a horizontal plane and the second linear array is arranged in a vertical plane that intersects the horizontal plane. Each antenna element from the horizontal plane is connected via a combination network with an antenna element from the vertical plane to add the circularly polarized received signals of the two antenna elements in-phase.

In der US 6,317,091 ist eine Anordnung beschrieben, mit der ein Magnetresonanzsignal örtlich verstärkt in eine davon räumlich entfernte Empfangsantenne magnetisch eingekoppelt werden kann. Eine der dort beschriebenen Ausführungsformen ist zur Anwendung auf der Oberfläche eines Untersuchungsobjekts ausgebildet. Die Ausführungsform umfasst ein Butterfly-Antennenelement, das in der Auflagefläche der Anordnung angeordnet ist. Senkrecht zur Auflagefläche und symmetrisch zum Butterfly-Antennenelement ist als weiteres Antennenelement eine Leiterschleife angeordnet. Die beiden Antennenelemente sind elektrisch voneinander getrennt. Sie sind jedoch so zueinander angeordnet, dass sie jedoch eine starke magnetische Kopplung zueinander besitzen.In the US 6,317,091 an arrangement is described with which a magnetic resonance signal locally amplified in a spatially remote receiving antenna can be magnetically coupled. One of the embodiments described therein is designed for application on the surface of an examination subject. The embodiment includes a butterfly antenna element disposed in the support surface of the assembly. Perpendicular to the support surface and symmetrical to the butterfly antenna element is arranged as a further antenna element, a conductor loop. The two antenna elements are electrically separated from each other. However, they are arranged to each other, but they have a strong magnetic coupling to each other.

Mit Hilfe von Array-Antennen lässt sich bei der Magnetresosananzbildgebung das Signal-Rauschverhältnis und damit die Bildqualität erhöhen. Dabei gilt es, den mit der Erhöhung der Anzahl der Arrayelemente erzielbaren Signalgewinn dem dann notwendigen Aufwand, z.B. für die Hochfrequenz-Empfangskanäle und für den Bildrechner sowie für die benötigte Rekonstruktionszeit, gegenüber zu stellen, um ein Optimum zu erzielen. Zusätzlich muss dabei berücksichtigt noch werden, dass mit der Erhöhung der Anzahl der Arrayelemente auch die Antennenverluste im Vergleich zu den Patientenverlusten steigen. Experimente haben ergeben, dass für eine Ganzkörperbildgebung ein Optimum bei circa 50 Arrayelementen liegt. Dies bedeutet zum Beispiel, dass für eine Kopfantenne ein Optimum bei ca. 10 bis 15 einzelnen Arrayelementen liegt, die auf der Kopfoberfläche verteilt anzuordnen sind. Wird eine derartige Kopfantenne aus linearen Arrayelementen mit zum Beispiel Leiterschleifen aufgebaut, dann besitzen diese eine maximale Empfindlichkeit nur für Signale mit magnetischen Flussänderungen, die senkrecht durch die Leiterschleifenfläche gehen. Ist die magnetische Komponente des Magnetresonanzsignals schräg zur Leiterschleifenfläche ausgerichtet, vermindert sich das Empfangssignal und damit das Signal-Rauschverhältnis entsprechend.With Help of array antennas leaves in the magnetic resonance imaging, the signal-to-noise ratio and thus the picture quality increase. It applies, with the increase the number of array elements achievable signal gain then necessary Effort, e.g. For the radio frequency reception channels and for the image calculator as well as for the needed Reconstruction time, opposite to to achieve optimum results. In addition, it must be considered still be that with the increase the number of array elements and the antenna losses in comparison to increase patient losses. Experiments have shown that for one Whole body imaging an optimum is about 50 array elements. This means for Example that for a head antenna an optimum at about 10 to 15 individual array elements lies on the head surface are to be arranged distributed. If such a head antenna from linear Array elements constructed with, for example, conductor loops, then These have a maximum sensitivity only for signals with magnetic flux changes, which go vertically through the conductor loop surface. Is the magnetic Component of the magnetic resonance signal aligned obliquely to the conductor loop surface, reduced the received signal and thus the signal-to-noise ratio accordingly.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Magnetresonanz-Antennenarray anzugeben, bei dem das Signal-Rauschverhältnis weiter verbessert ist.Of the The invention is based on the object, a magnetic resonance antenna array specify where the signal-to-noise ratio continues is improved.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.These The object is solved by the subject matter of claim 1.

Demgemäß ist vorgesehen, dass die ersten Antennenelemente mit ihren Leitern in dem Bereich angeordnet sind, dass die zweiten Antennenelemente jeweils einen ersten Leiterabschnitt umfassen, der in dem Bereich angeordnet ist, dass die zweiten Antennenelemente jeweils weitere Leiterabschnitte umfassen, die vom Patienten weg außerhalb des Bereichs angeordnet sind, und dass jeweils die ersten mit den weiteren Leiterabschnitten eine Leiterschleife bilden.Accordingly, it is provided that the first antenna elements are arranged with their conductors in the area in that the second antenna elements each have a first conductor section arranged in the region that the second antenna elements each include additional conductor sections away from the patient outside of the area are arranged, and that in each case the first with the further conductor sections form a conductor loop.

Die vorliegende Erfindung geht von der Tatsache aus, dass ein linear polarisierendes Arrayelement nur Komponenten von Flussänderungen detektieren kann, die senkrecht durch das Arrayelement treten. Durch die Kombination mit einem weiteren Antennenelement analog zur klassischen zirkular polarisierenden Antennenanordnung ist jedes Arrayelement nun auch in der Lage, Komponenten von Flussänderungen zu detektieren, die nicht senkrecht zum ersten Antennenelement ausgerichtet sind.The present invention is based on the fact that a linearly polarizing array element can only detect components of flux changes that pass vertically through the array element. By combining with another antenna element analogous to the classic circular polarizing antenna arrangement, each array element is now also able to detect components of flux changes that are not perpendicular to the first antenna element are aligned.

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von zwei Figuren erläutert. Es zeigen:The under claims give advantageous embodiments the invention again. Hereinafter will be an embodiment of the invention explained with reference to two figures. Show it:

1 in einer Seitenansicht ein Magnetresonanz-Antennenarray, das als Kopfantenne ausgebildet ist und auf einem helmartigen Träger angeordnet ist, 1 in a side view, a magnetic resonance antenna array, which is designed as a head antenna and is arranged on a helmet-like carrier,

2 in einer Draufsicht die Leiteranordnung eines Arrayelements der Magnetresonanz-Arrayantenne nach 1 und 2 in a plan view of the conductor arrangement of an array element of the magnetic resonance array antenna after 1 and

3 eine Seitenansicht des Arrayelements nach 2. 3 a side view of the array element after 2 ,

Die in 1 dargestellte Ausführungsform des Magnetresonanz-Antennenarrays ist für Kopfuntersuchungen vorgesehen und umfasst einen helmartigen Träger 2. Der Träger 2 ist hier nur schematisch dargestellt. Er kann mit Öffnungen versehen sein, um den Patientenkomfort zu erhöhen und um gegebenenfalls eine bessere Zugänglichkeit des Arztes zu dem Untersuchungsgebiet zu gewährleisten. Der Träger 2 besteht aus einem magnetresonanzkompatiblen Material. Auf einer äußeren Oberfläche 3a des helmartigen Trägers 2 ist eine Vielzahl von Arrayelementen 4 angeordnet. In 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur 8 Arrayelemente 4 angeordnet, ein Optimum liegt bei 10 bis 15 Arrayelementen 4. Jedes Arrayelement 4 besteht aus einem ersten Antennenelement 6 und einem zweiten Antennenelement 8. Die ersten und zweiten Antennenelemente 6 und 8 sind im Wesentlichen als Leiterschleifen ausgebildet.In the 1 illustrated embodiment of the magnetic resonance antenna array is provided for head examinations and comprises a helmet-like carrier 2 , The carrier 2 is shown here only schematically. It may be apertured to increase patient comfort and, where appropriate, to ensure better accessibility of the physician to the study area. The carrier 2 consists of a magnetic resonance compatible material. On an outer surface 3a the helmet-like wearer 2 is a variety of array elements 4 arranged. In 1 are for clarity only 8 array elements 4 arranged, an optimum is 10 to 15 array elements 4 , Each array element 4 consists of a first antenna element 6 and a second antenna element 8th , The first and second antenna elements 6 and 8th are essentially designed as conductor loops.

Die äußere Oberfläche 3a des helmartigen Trägers 2 begrenzt einen patientennahen Bereich 3b des Antennenarrays, also des Bereichs des Antennenarrays, der bei der Bildgebung dem Patienten am nächsten liegt. Die ersten Antennenelemente 6 sind mit ihren Leitern in dem patientennahen Bereich 3b angeordnet. Damit besitzen die ersten Antennenelemente 6 ihre maximale Empfindlichkeit für Magnetresonanzsignale, deren magnetische Komponente senkrecht zur Fläche ausgerichtet ist, die von den Leitern der ersten Antennenelemente umschlossen ist. Dies ist in 1 durch die Pfeile 10 symbolisiert.The outer surface 3a the helmet-like wearer 2 limits a patient-near area 3b of the antenna array, that is the area of the antenna array closest to the patient during imaging. The first antenna elements 6 are with their ladders in the near-patient area 3b arranged. Thus have the first antenna elements 6 their maximum sensitivity to magnetic resonance signals whose magnetic component is oriented perpendicular to the surface enclosed by the conductors of the first antenna elements. This is in 1 through the arrows 10 symbolizes.

Die zweiten Antennenelemente 8 sind derart angeordnet, dass sie im Wesentlichen Signale aus demselben Gebiet empfangen wie die Antennenelemente 6. Des Weiteren sind die Antennenelemente 8 magnetisch von den Antennenelementen 6 entkoppelt, was hier durch eine symmetrische Anordnung der beiden Antennenelemente 6 und 8 zueinander erreicht wird. Restkopplungen können mit herkömmlichen Mitteln durch zusätzliche Kapazitäten noch kompensiert werden. Die Antennenelemente 8 besitzen ihre maximale Empfindlichkeit für Signale, die im Wesentlichen parallel zur Fläche der ersten Antennenelemente 6 ausge richtet sind, also parallel zur Oberfläche 3a des Trägers 2. Dies ist in 1 durch Pfeile 12 symbolisiert.The second antenna elements 8th are arranged to substantially receive signals from the same area as the antenna elements 6 , Furthermore, the antenna elements 8th magnetic from the antenna elements 6 decoupled, which here by a symmetrical arrangement of the two antenna elements 6 and 8th is achieved to each other. Restkopplungen can be compensated by conventional means by additional capacity. The antenna elements 8th have their maximum sensitivity to signals substantially parallel to the surface of the first antenna elements 6 are aligned, ie parallel to the surface 3a of the carrier 2 , This is in 1 through arrows 12 symbolizes.

Die ersten und zweiten Antennenelemente 6, 8 sind jeweils mit einer Signalkombinationsschaltung 14 elektrisch verbunden, mit dem die Signale nach einer Phasendrehung eines der Signale um 90° zu einem einzigen Signal kombiniert werden. Der Aufbau der Signalkombinationsschaltung 14 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau eines herkömmlichen Kombinationsnetzwerks für zirkular polarisierte Antennen. Da die beiden Antennenelemente 6, 8 unterschiedliche Empfindlichkeiten besitzen können, ist im Signalpfad von zumindest einem der Antennenelemente 6, 8 eine Gewichtungsstufe 15 vorgesehen. Hier sind in den beiden Signalpfaden Gewichtungsstufen 15 vorgesehen. Den Gewichtungsstufen 15 folgt dann die eigentliche Kombinationsstufe 16 der Signalkombinationsschaltung 14.The first and second antenna elements 6 . 8th are each with a signal combination circuit 14 electrically connected, with which the signals are combined after a phase rotation of one of the signals by 90 ° to a single signal. The structure of the signal combination circuit 14 is essentially the same as a conventional combination network for circularly polarized antennas. Because the two antenna elements 6 . 8th may have different sensitivities is in the signal path of at least one of the antenna elements 6 . 8th a weighting level 15 intended. Here are weighting levels in the two signal paths 15 intended. The weighting levels 15 then follows the actual combination stage 16 the signal combination circuit 14 ,

Bei beliebig ausgerichteten Magnetresonanzsignalen werden sowohl von dem ersten Antennenelement 6 wie auch von dem zweiten Antennenelement 8 entsprechende Komponenten der Signale empfangen, die dann im Kombinationsnetzwerk 14 zu einem Gesamtsignal phasenrichtig addiert werden. Damit ist ein linear polarisierter Empfang unabhängig von der Richtung des Magnetresonanzsignals möglich.In arbitrarily aligned magnetic resonance signals are from both the first antenna element 6 as well as the second antenna element 8th receive corresponding components of the signals, which are then in the combination network 14 be added in phase to a total signal. Thus, a linearly polarized reception is possible regardless of the direction of the magnetic resonance signal.

2 zeigt in einer Draufsicht Einzelheiten eines Arrayelements 4 des Antennenarrays. Das erste Antennenelement 6 besitzt eine kreisförmige Leiterführung. Das zweite Antennenelement 8 ist bezüglich des ersten Antennenelements 6 symmetrisch angeordnet. Damit sind die beiden Antennenelemente 6, 8 voneinander magnetisch entkoppelt. Der Leiter des Antennenelements 6 ist an einer geeigneten Stelle unterbrochen, die wiederum von einen Abstimmkondensator 18 überbrückt wird. Mit dem Abstimmkondensator 18 sind auch Signalanschlüsse 20 des Antennenelements 6 verbunden. 2 shows in plan view details of an array element 4 of the antenna array. The first antenna element 6 has a circular conductor guide. The second antenna element 8th is with respect to the first antenna element 6 arranged symmetrically. So that's the two antenna elements 6 . 8th Magnetically decoupled from each other. The conductor of the antenna element 6 is interrupted at a suitable location, in turn, by a tuning capacitor 18 is bridged. With the tuning capacitor 18 are also signal connections 20 of the antenna element 6 connected.

3 zeigt das Antennenarray 4 der 2 in einer Seitenansicht. Zu erkennen ist hier, dass ein erster Leiterab schnitt 22 des zweiten Antennenelements in dem patientennahen Bereich 3b angeordnet ist. Der patientennahe Bereich 3b ist in 3 symbolisch durch eine gestrichelte Linie 26 begrenzt. Der erste Leiterabschnitt 22 ist gerade ausgebildet und an den Enden mit einem weiteren Leiterabschnitt 24, der halbkreisförmig ausgebildet ist, zu einer geschlossenen Leiterschleife verbunden. Die zweiten Leiterabschnitte 24 sind vom Patienten weg außerhalb des patientennahen Bereichs 3b angeordnet. Das zweite Antennenelement 8 besitzt ebenfalls eine Unterbrechung in der Leiterstruktur, die mit einem Kondensator 18' überbrückt ist. Der Kondensator 18' ist analog wie bei dem ersten Antennenelement 6 mit Signalanschlüssen 20' verbunden. 3 shows the antenna array 4 of the 2 in a side view. It can be seen here that a first Leiterab cut 22 of the second antenna element in the near-patient area 3b is arranged. The patient-near area 3b is in 3 symbolically by a dashed line 26 limited. The first ladder section 22 is straight and at the ends with another ladder section 24 , which is semicircular, connected to a closed conductor loop. The second conductor sections 24 are away from the patient's area near the patient 3b arranged. The second antenna element 8th also has an interruption in the conductor structure, with a capacitor 18 ' is bridged. The capacitor 18 ' is analogous to the first antenna element 6 with signal connections 20 ' connected.

Claims (8)

Magnetresonanz-Antennenarray mit einem patientennahen Bereich (3b), in dem eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Arrayelementen (4) angeordnet ist, wobei jedes Arrayelement (4) ein erstes und ein von dem ersten entkoppeltes zweites Antennenelement (6 bzw. 8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Antennenelemente (6) mit ihren Leitern in dem Bereich (3b) angeordnet sind, dass die zweiten Antennenelemente (8) jeweils einen ersten Leiterabschnitt (22) umfassen, die in dem Bereich (3b) angeordnet ist, dass die zweiten Antennenelemente (8) jeweils weitere Leiterabschnitte (24) umfassen, die vom Patienten weg außerhalb des Bereichs (3b) angeordnet sind, und dass jeweils die ersten mit den weiteren Leiterabschnitten (22, 24) eine Leiterschleife bilden.Magnetic resonance antenna array with a region near the patient ( 3b ), in which a plurality of juxtaposed array elements ( 4 ), each array element ( 4 ) a first and a second decoupled from the first second antenna element ( 6 respectively. 8th ), characterized in that the first antenna elements ( 6 ) with their leaders in the field ( 3b ) are arranged such that the second antenna elements ( 8th ) each have a first conductor section ( 22 ) in the area ( 3b ) is arranged such that the second antenna elements ( 8th ) each further conductor sections ( 24 ) away from the patient ( 3b ) are arranged, and that in each case the first with the other conductor sections ( 22 . 24 ) form a conductor loop. Magnetresonanz-Antennenarray nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Antennenelemente (6) linear polarisierend ausgebildet sind.Magnetic resonance antenna array according to claim 1, characterized in that the first antenna elements ( 6 ) are formed linearly polarizing. Magnetresonanz-Antennenarray nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter der ersten Antennenelemente (6) einen kreisringförmig ausgebildet sind.Magnetic resonance antenna array according to claim 2, characterized in that the conductors of the first antenna elements ( 6 ) are formed a circular ring. Magnetresonanz-Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Antennenelemente (8) linear polarisierend ausgebildet sind.Magnetic resonance antenna array according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the second antenna elements ( 8th ) are formed linearly polarizing. Magnetresonanz-Antennenarray nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Leiterabschnitte (24) der zweiten Arrayelemente (8) einen Halbring (24) bilden, deren Enden mit dem ersten Leiterabschnitt (22) verbunden sind.Magnetic resonance antenna array according to claim 4, characterized in that the further conductor sections ( 24 ) of the second array elements ( 8th ) a half-ring ( 24 ) whose ends are connected to the first conductor section ( 22 ) are connected. Magnetresonanz-Antennenarray nach einem Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Array-Elemente mit einer Signalkombinationsschaltung () verbunden sind.Magnetic resonance antenna array according to one of claims 1 to 5, characterized in that the array elements with a signal combination circuit () are connected. Magnetresonanz-Antennenarray nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet die Signalkombinationsschaltung (14) eine Gewichtungsstufe (15) und eine Kombinationsstufe (16) umfasst und dass die Gewichtungsstufe (15) vor der Kombinationsstufe (16) angeordnet ist.Magnetic resonance antenna array according to claim 6, characterized in that the signal combination circuit ( 14 ) a weighting level ( 15 ) and a combination stage ( 16 ) and that the weighting level ( 15 ) before the combination step ( 16 ) is arranged. Magnetresonanz-Antennenarray nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arrayelement (6, 8) auf einem Träger (2) angeordnet sind, der Kopfform eines Patienten angepasst ist.Magnetic resonance antenna array according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the array elements ( 6 . 8th ) on a support ( 2 ) are arranged, the head shape of a patient is adjusted.
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