DE19536531C2

DE19536531C2 - Antennenanordnung für ein Magnetresonanzgerät

Info

Publication number: DE19536531C2
Application number: DE19536531A
Authority: DE
Inventors: Jianmin Dr Ing Wang; Axel Dipl Ing Friedrich
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: JPH09127223A; DE19536531A1; US5708361A

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Magnet resonanzgerät mit mindestens zwei benachbarten Einzelanten nen, welche Einzelantennen jeweils einen Signalanschluß be sitzen und mindestens eine Leiterschleife umfassen.

Bei Antennenanordnungen mit mehreren Einzelantennen kann ein Hochfrequenzstrom in einer Einzelantenne eine Spannung in ei ner benachbarten Einzelantenne induzieren, was als Verkopp lung bezeichnet wird. Die Verkopplung kann sowohl in zirkular polarisierenden Antennenanordnungen, wo zwei Antennensysteme senkrecht zueinander ausgerichtet sind, als auch in Antennen arrays, worin die Einzelantennen im allgemeinen gleiche Aus richtung besitzen, vorhanden sein. Verkopplungen verschlech tern den Signal-Rauschabstand (S/N-Verhältnis). Zudem ist der Aufwand für die Prüfung von verkoppelten Einzelantennen grö ßer als für die Prüfung von nichtverkoppelten Einzelantennen. Ziel ist deshalb, eine Verkopplung von Einzelantennen zu ver meiden.

So ist in der US 5,216,368 eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art beschrieben. Die Antennenanordnung um faßt zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Antennensysteme. Bei exakter Ausrichtung sind die beiden Antennensysteme al lein durch ihre Anordnung voneinander entkoppelt. Unsymme trien verursachen jedoch Verkopplungen der beiden Antennen systeme, die durch einen Kondensator, der die beiden Anten nensysteme verbindet, kompensiert werden.

In der DE 40 38 106 A1 ist eine Lokalantenne für ein Magnet resonanzgerät beschrieben, die als zirkular polarisierende Antennenanordnung ausgebildet ist. Zwei Teilsysteme sind so angeordnet, daß deren Magnetfelder senkrecht aufeinander stehen. Jedes Teilsystem stellt eine einzige Einzelantenne dar. Die Stromschleifen besitzen ein gemeinsames Leiterstück, worin eine Resonanzkapazität eingefügt ist. Zwischen den das Teilsystem bildenden beiden Stromschleifen besteht eine starke magnetische Kopplung. Als Maßnahme zur Ent kopplung der beiden Teilsysteme voneinander ist eine geome trische Anordnung vorgesehen, wodurch die von den beiden Teilsystemen erzeugten Magnetfelder im Abbildungsvolumen senkrecht aufeinanderstehen.

Die US 5,389,880 offenbart ein zirkular polarisierendes An tennenarray, bei dem Zuleitungen zu benachbarten Antennen über einen Neutralisationsschaltkreis zur Entkopplung mitein ander verbunden sind. Der Neutralisationsschaltkreis ist als Kapazitätsbrückenschaltung ausgeführt. Die Wirksamkeit der Entkopplung ist von der Einstellung der Kondensatoren im An paßnetzwerk abhängig. Das bedeutet, daß eine Veränderung der Kapazitäten im Anpaßnetzwerk, z. B. zur Abstimmung und Anpas sung bei einer Belastung durch einen Patienten, ebenfalls eine Nachjustage der Kapazitäten im Entkoppelnetzwerk erfor dert.

In der DE 41 13 120 C2 ist ein Antennensystem mit einer Man telwellensperre beschrieben. Die Mantelwellensperre unter drückt unerwünschte Hochfrequenz-Einkopplungen.

In der DE 38 20 168 A1 ist ebenso wie in der WO 89/05115 A1 eine Antennenanordnung beschrieben, worin eine Kopplung von be nachbarten Einzelantennen durch eine gegenseitige Überlappung vermieden ist.

Eine weitere Maßnahme, Kopplungen zu vermindern, ist in der WO 89/05115 A1 angegeben. Sie besteht darin, die Impedanz eines an die Einzelantennen angeschlossenen Vor verstärkers so zu wählen, daß eine für die Einzelantenne an ihren Anschlüssen wirksame Impedanz, die auch vom Eingangs widerstand des Vorverstärkers bestimmt ist, möglichst groß ist. Damit verschwindet der in den Einzelantennen induzierte Strom nahezu, wodurch die in der anderen Einzelantenne indu zierte Spannung entsprechend niedrig und vernachlässigbar wird. Damit läßt sich allerdings nur mit einem hohen Aufwand eine ausreichende Entkopplung erreichen. Diese Art der Ent kopplung wird daher in der Praxis mit anderen Entkopplungs techniken eingesetzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Möglich keit zur Entkopplung von benachbarten Einzelantennen ohne ge genseitige Überlappung anzugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Leiterschleifen der benachbarten Einzelantennen jeweils eine Unterbrechung auf weisen, daß die Einzelantennen an den Unterbrechungen elek trisch parallel geschaltet sind, daß an mindestens einer der Unterbrechungen ein kapazitives Element angeordnet ist und daß das kapazitive Element einen Kapazitätswert aufweist, bei dem die Einzelantennen voneinander entkoppelt sind. Damit erzeugt der in einer Einzelantenne induzierte Strom über die so gebildete gemeinsame Kapazität für beide Einzelantennen in der benachbarten Einzelantenne eine kapazitive Spannung, die eine durch die magnetischen Kopplung induzierte Spannung kompensiert.

Verkopplungen aufgrund der elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Einzelantennen werden verringert, wenn gemäß ei ner vorteilhaften Ausgestaltung die Unterbrechungen benach barter Einzelantennen in einander zugewandten Teilen der Lei terschleifen eingefügt sind. Damit können die Verbindungs leitungen kurz gehalten werden.

Bei komplizierteren Antennenstrukturen kann eine Verkopplung durch Verbindungsleitungen gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch vermieden werden, daß die Unterbrechun gen oder die kapazitiven Elemente über eine Mantelwellensper re miteinander verbunden sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich da durch aus, daß mit jeder Einzelantenne über eine Transforma tions- und Anpaßschaltung ein Vorverstärker verbunden ist, wobei der Vorverstärker einen Eingangswiderstand aufweist, so daß eine für die Einzelantenne wirksame Impedanz, die von der Transformations- und Anpaßschaltung und dem Eingangswider stand bestimmt ist, möglichst groß ist. Diese zweistufige Entkopplung verringert zum einen den für Verkopplungen ur sächlichen Strom in den Einzelantennen. Zum anderen wird eine noch verbleibende Verkopplung durch die für beide Einzelan tennen gemeinsamen kapazitiven Elemente kompensiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Figuren er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für eine Entkopplung von zwei Einzelantennen und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer weiter verbesserten Ent kopplung.

In Fig. 1 ist als Antennenanordnung ein Antennenarray darge stellt mit zwei benachbarten Einzelantennen 2 und 4, die z. B. in einer Ebene angeordnet sind und deren Empfindlichkeits richtungen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Einzel antennen 2, 4 umfassen eine einzige Leiterschleife, die hier rechteckförmig ausgebildet ist. Die Einzelantennen 2, 4 sind jeweils über ein Transformations- und Anpaßnetzwerk 6 bzw. 8 mit einem Vorverstärker 10 bzw. 12 verbunden. Die Vorverstär ker 10 und 12 weisen einen Eingangswiderstand auf, der so ge wählt ist, daß eine für die Einzelantenne 2 bzw. 4 wirksame Impedanz, die von der Transformations- und Anpaßschaltung 6 bzw. 8 und dem Eingangswiderstand bestimmt ist, möglichst groß ist. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß der Ein gangswiderstand des Vorverstärkers 10, 12 von der optimalen Rauschquellenimpedanz - das ist die Impedanz, die nötig ist, um ein optimales Signal-Rauschverhältnis zu erhalten - stark abweicht.

Zur Entkopplung der beiden Einzelantennen 2, 4 voneinander ist die Leiterschleife jeder Einzelantenne 2, 4 an einander zuge wandten Teilen der Leiterschleifen unterbrochen. Die Unter brechungen sind jeweils mit einem kapazitiven Element 14, 16 überbrückt. Die kapazitiven Elemente 14, 16 sind über eine Verbindungsleitung 18 direkt elektrisch parallel geschaltet.

Im folgenden wird die Entkopplungswirkung der kapazitiven Elemente 14, 16 beschrieben. Ein in der Einzelantenne 2 flie ßender Strom I₁ induziert eine Spannung in der benachbarten Einzelantenne 4 über eine zwischen den beiden Einzelantennen vorhandene Gegeninduktivität M und erzeugt zusätzlich an den parallel geschalteten kapazitiven Elementen 14 und 16 einen kapazitiven Spannungsabfall. Andererseits induziert ein in der Einzelantenne 4 fließender Strom I₂ in der benachbarten Einzelantenne 2 eine Spannung über die Gegeninduktivität M und erzeugt zusätzlich einen kapazitiven Spannungsabfall über die kapazitiven Elemente 14, 16. Wird die Kapazität des in die Einzelantenne 2 eingefügten kapazitiven Elements 14 mit C₁ und die Kapazität des in die Einzelantenne 4 eingefügten ka pazitiven Elements 16 mit C₂ bezeichnet, gilt für die Gesamt spannung U₁ in der Einzelantenne 2

und für die Gesamtspannung U₂ in der Einzelantenne 4

wobei j die imaginäre Einheit bedeutet.

Die Verkopplung zwischen den beiden Einzelantennen ist dann kompensiert, wenn die induzierte Spannung in den Einzelanten nen 2, 4 gleich dem kapazitiven Spannungsabfall ist.

Es gilt also dann

Die letzte Formel zeigt, daß es immer möglich ist, die Kapa zitäten C₁, C₂ der kapazitiven Elemente 14, 16 so zu wählen, daß die beiden Einzelantennen 2, 4 entkoppelt sind. Insbeson dere ist es möglich, nur ein kapazitives Element 14 oder 16 einzufügen und das andere kapazitive Element 16 bzw. 14 weg zulassen, weil immer die Summe der Kapazitäten C₁+ C₂ wirksam ist. Es muß lediglich beachtet werden, daß die Anschlüsse, d. h. die elektrische Parallelschaltung, so gewählt ist, daß die Gegeninduktivität M positiv bleibt.

Fig. 2 zeigt nun eine Antennenanordnung mit entkoppelten Ein zelantennen 2, 4 bei der eine Verkopplung der Einzelantennen 2, 4 durch die Verbindungsleitungen 18 durch eine eingefügte Mantelwellensperre 20 unterdrückt wird. Verkopplungen über die Verbindungsleitung 18 können bei komplizierteren Anten nenanordnungen und Einzelantennenstrukturen auftreten. Im übrigen entspricht die Antennenanordnung nach Fig. 2 der An tennenanordnung nach Fig. 1.

Claims

1. Antennenanordnung für ein Magnetresonanzgerät mit minde stens zwei benachbarten Einzelantennen (2, 4), welche Einzel antennen (2, 4) jeweils einen Signalanschluß besitzen und min destens eine Leiterschleife umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen der benachbarten Einzelantennen (2, 4) jeweils eine Unterbrechung aufweisen, daß die Einzelantennen (2, 4) an den Unterbrechungen elektrisch parallel geschaltet sind, daß an mindestens einer der Unterbrechungen ein kapazi tives Element (14, 16) angeordnet ist und daß das kapazitive Element (14, 16) einen Kapazitätswert aufweist, bei dem die Einzelantennen (2, 4) voneinander entkoppelt sind.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Un terbrechungen benachbarter Einzelantennen (2, 4) in einander zugewandten Teilen der Leiterschleifen eingefügt sind.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen mit jeweils einem kapazitiven Element (14, 16) überbrückt sind und daß die kapazitiven Elemente zu sammen einen Kapazitätswert aufweisen, bei dem die Einzelan tennen (2, 4) entkoppelt sind.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Un terbrechungen oder die kapazitiven Elemente (14, 16) über eine Mantelwellensperre (20) miteinander verbunden sind.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Einzelantenne (2, 4) über eine Transformations- und Anpaß schaltung (6, 8) ein Vorverstärker (10, 12) verbunden ist, wobei der jeweilige Vorverstärker (10, 12) einen Ein gangswiderstand aufweist, so daß eine für die Einzelantenne (2, 4) wirksame Impedanz, die von der Transformations- und An paßschaltung (6, 8) und dem Eingangswiderstand bestimmt ist, möglichst groß ist.