DE102007012052B4

DE102007012052B4 - Anordnung zur Ansteuerung von Einzelantennen einer Antennenanordnung

Info

Publication number: DE102007012052B4
Application number: DE102007012052A
Authority: DE
Inventors: Jürgen NISTLER; Markus Dr. Vester
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2027-03-14
Also published as: CN101266288A; DE102007012052A1; US8004280B2; US20080227416A1; CN101266288B

Abstract

Anordnung zur Ansteuerung von N Einzelantennen (A1, ...) einer Antennenanordnung (BKA) bei einem Magnetresonanzgerät,
– mit einer Anzahl an N/2 Sendezweigen (SZ11, ..., SZ14), die jeweils Mittel (MOD, PA) zur Bildung eines Sendezweig-spezifisch modulierten und verstärkten Sendesignals aufweisen,
– mit einer Anzahl von N/2 Einrichtungen zur Signalaufteilung (SPLIT), die jeweils einen Eingang und zwei Ausgänge aufweisen, wobei die Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) jedes an seinem Eingang anliegende Sendesignal auf beide Ausgänge aufteilt,
– bei der jeder Ausgang der Einrichtungen zur Signalaufteilung (SPLIT) mit jeweils einer zugeordneten Einzelantenne (A1, ...) der Antennenanordnung (BKA) verbunden ist,
– bei der jeder Sendezweig (SZ11, ..., SZ14) mit dem Eingang einer zugeordneten Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) verbunden ist, so dass dessen Sendesignal über die zugeordnete Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) an jeweils zwei Einzelantennen gelangt,
– bei der mit N = 8 und mit 1 ≤ n ≤ 4 ein n-ter...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung von Einzelantennen einer Antennenanordnung bei einem Magnetresonanzgerät.
Bei Magnetresonanzgeräten mit Magnetfeldstärken von größer drei Tesla treten Wechselwirkungen zwischen dem zu untersuchenden Gewebe eines Patienten einerseits und dem für die Kernspin-Anregung benutzten Magnetfeld andererseits auf. Diese Wechselwirkungen führen zu Abschattungen in den zur Untersuchung aufgenommenen Gewebebildern. Diese Abschattungen erschweren unter Umständen die klinische Bewertung der Gewebebilder.
Es ist bekannt, bei derartigen Magnetresonanzgeräten so genannte Mehrkanalsendesysteme zu verwenden, um eine Homogenisierung des B1-Feldes zu erreichen und um letztlich die oben genannten Abschattungen bei der Bildgebung zu minimieren.
Ein Mehrkanalsendesystem weist eine Anzahl an voneinander unabhängigen Sendeeinheiten mit Sendeleistungsverstärkern auf, wobei eine Antennenanordnung mit einer Anzahl an Antennenelementen zum Abstrahlen von hochfrequenten Sendesignalen für die Magnetresonanzuntersuchung verwendet wird. Jedem einzelnen Antennenelement der Antennenanordnung ist jeweils eine Sendeeinheit fest zugeordnet. Mit steigender Anzahl an Antennenelementen steigt also auch die Anzahl der benötigten, voneinander unabhängigen Sendeeinheiten an.
Auf den einzelnen Sendeleistungsverstärker einer betrachteten Sendeeinheit wirkt einerseits reflektierte Leistung durch das zugeordnete Antenennelement.
Zusätzlich koppeln die einzelnen Antennenelemente untereinander. Durch die Kopplung wird ein Teil der abzustrahlenden Sendeleistung einer betrachteten Sendeeinheit in weitere Sendeeinheiten ”übergekoppelt”. Reflektierte und überkoppelte Leistungsanteile wirken auf die Ausgänge der jeweiligen Sendeleistungsverstärker.
Zur Minimierung des Einflusses der reflektierten Sendeleistung auf den Sendleistungsverstärker könnten entweder Einwegleitungen oder Zirkulatoren zwischen den Sendeleistungsverstärkern einerseits und den jeweiligen Antennenelementen andererseits geschaltet werden. Diese sind jedoch nachteilig in Senderichtung verlustbehaftet bzw. benötigen zum Betrieb ein statisches Magnetfeld, das bei betriebenen Magnetresonanzgeräten nur schwer realisierbar ist.
5 zeigt eine Anordnung zur Ansteuerung von Einzelantennen A1 bis A8 einer als ”Birdcage” ausgestalteten Antennenanordnung BKA gemäß dem Stand der Technik.
Entsprechend den acht Einzelantennen A1 bis A8 sind insgesamt N = 8 parallele Sendezweige SZ51 bis SZ58 als Sendeeinheiten vorgesehen.
Jeder einzelne Sendezweig SZ51 bis SZ58 weist jeweils einen Modulator MOD, einen Sendeleistungsverstärker PA und eine Sende-Empfangseinheit Tx/Rx auf.
Ein Sendesignal wird abhängig vom Sendezweig SZ51 bis SZ58 durch den Modulator MOD moduliert, mit Hilfe des Sendeleistungsverstärkers PA verstärkt und gelangt über die Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx an ein dem Sendezweig SZ51 bis SZ58 zugeordnetes Antennenelement A1 bis A8 der Antennenanordnung BKA.
Die Sende-Empfangseinrichtungen Tx/Rx könnten dabei beispielsweise als zeitgesteuerte Umschalter (Switch) ausgestaltet sein.
Empfangene Signale gelangen von den Einzelantennen A1 bis A8 über die entsprechend geschalteten acht Sende-Empfangseinrichtungen Tx/Rx zu einem gemeinsamen Empfangszweig EZ51, der einen Empfänger REC und einen Analog-Digital-Wandler ADC aufweist. Die empfangenen Signale werden also digital umgesetzt und zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet.
Aus DE 10 2004 053 777 A1 ist eine Sendeanordnung für eine Magnetresonanzanlage bekannt. Dabei wird ein einzelnes Signal aufgeteilt und einzelnen Antennen zugeführt.
Aus Dokument JP 59-200 946 AA Mist ein ”Nuclear Magnetic Resonance Apparatus” bekannt. Bei diesem wird ein einzelnes Signal in zwei Teilsignale mit unterschiedlichen Phasen 0° und 90° aufgeteilt.
Aus DE 40 38 106 A1 ist ein Oberflächenresonator für einen Kernspin-Tomographen bekannt. Der Oberflächenresonator besteht aus zwei Teilsystemen, die wiederum jeweils zwei Stromschleifen enthalten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bezüglich der reflektierten Sendeleistung verbesserte Anordnung zur Ansteuerung von Einzelantennen bzw. Antennenelementen einer Antennenanordnung anzugeben, die mit geringem Aufwand ausführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung,
2 eine weitere zum Stand der Technik unterschiedliche Anordnung,
3 eine weitere zum Stand der Technik unterschiedliche Anordnung,
4 einen beispielhaften Richtkoppler zur Verwendung in 2, und
5 die in der Einleitung beschriebene Anordnung zur Ansteuerung von Einzelantennen einer Antennenanordnung gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer als ”Birdcage” ausgestalteten Antennenanordnung BKA, die acht Einzelantennen A1 bis A8 aufweist.
Sendeseitig werden vier Sendezweige SZ11, SZ12, SZ13 und SZ14 verwendet, wobei jeder der Sendezweige SZ11 bis SZ14 jeweils einen Modulator MOD, einen Sendeleistungsverstärker PA und eine Sende-Empfangseinheit Tx/Rx beinhaltet.
In einem ersten Sendezweig SZ11 wird ein erstes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an die Sende-Empfangseinheit Tx/Rx. Diese ist im Sendefall durchgeschaltet, so dass das verstärkte Sendesignal an eine Einrichtung zur Signalteilung SPLIT11 gelangt. Die Einrichtung zur Signalteilung wird nachfolgend auch als Splitter bezeichnet, wobei diese beispielsweise als angepasster Leistungsteiler oder als einfache Parallelschaltung ausgestaltet sein kann.
Mit Hilfe des Splitters SPLIT11 wird das verstärkte Sendesignal aufgeteilt und an zwei zugeordnete Einzelantennen A1 und A2 der Antennenanordnung BKA weitergeleitet.
Die weiteren Sendezweige SZ12 bis SZ14 sind entsprechend ausgestaltet, so dass ein verstärktes Sendesignal eines zweiten Sendezweigs SZ12 an zwei zugeordnete Einzelantennen A3 und A4 der Antennenanordnung BKA weitergeleitet wird.
Entsprechend wird ein verstärktes Sendesignal eines dritten Sendezweigs SZ13 an zwei zugeordnete Einzelantennen A5 und A6 der Antennenanordnung BKA weitergeleitet, während ein verstärktes Sendesignal eines vierten Sendezweigs SZ14 an zwei zugeordnete Einzelantennen A7 und A8 der Antennenanordnung BKA weitergeleitet wird.
Empfangene Signale der Antennenelemente A1 bis A8 gelangen über die jeweiligen Splitter SPLIT11 bis SPLIT14 und die entsprechend geschalteten Sende-Empfangseinrichtungen Tx/Rx an einen gemeinsamen Empfangszweig EZ11 zur weiteren Verarbeitung. Dieser Empfangszweig EZ11 weist wiederum einen gemeinsamen Empfänger REC sowie einen Analog-Digital-Wandler ADC auf.
Diese Ausgestaltung nutzt die Vorteile einer Antennenanordnung mit vielen Einzelantennen aus, beispielsweise deren höhere Güte und deren homogene Feldstruktur auch in Randbereichen. Zugleich wird gegenüber dem Stand der Technik lediglich eine reduzierte Anzahl an Sendezweigen benötigt, um Untersuchungen durchführen zu können.
2 zeigt eine vorteilhafte zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer als ”Birdcage” ausgestalteten Antennenanordnung BKA, die acht Einzelantennen A1 bis A8 aufweist.
Anstelle der in 1 gezeigten einzelnen Einrichtungen zur Signalaufteilung SPLIT11 bis SPLIT14 wird hier eine gemeinsame Einrichtung zur Signalaufteilung ModM verwendet. Diese wird auch als Modenmatrix bezeichnet und ist beispielsweise als Butler-Matrix ausgestaltet.
Bei der hier dargestellten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Butlermatrix mit acht Eingängen E1 bis E8 und acht Ausgängen Out1 bis Out8 verwendet.
Sendeseitig werden N = 8 Sendezweige SZ21 bis SZ28 verwendet, wobei jeder der Sendezweige SZ21 bis SZ28 jeweils einen Modulator MOD, einen Sendeleistungsverstärker PA und eine Sende-Empfangseinheit Tx/Rx beinhaltet.
In einem ersten Sendezweig SZ21 wird ein erstes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA und über eine Einrichtung zur Anpassung AT21 als verstärktes Sendesignal an die Sende-Empfangseinheit Tx/Rx. Diese ist im Sendefall durchgeschaltet, so dass das verstärkte Sendesignal an einen ersten Eingang E1 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt. Dieser erste Eingang E1 bildet eine so genannte ”Mode 0”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus.
In einem zweiten Sendezweig SZ22 wird ein zweites Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an die Sende-Empfangseinheit Tx/Rx. Diese ist im Sendefall durchgeschaltet, so dass das verstärkte Sendesignal an einen zweiten Eingang E2 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt. Dieser zweite Eingang E2 bildet eine so genannte ”Mode +1”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus, die rechtsdrehend zirkular ist.
In einem dritten Sendezweig SZ23 wird ein drittes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an die Sende-Empfangseinheit Tx/Rx. Diese ist im Sendefall durchgeschaltet, so dass das verstärkte Sendesignal an einen dritten Eingang E3 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt. Dieser dritte Eingang E3 bildet eine so genannte ”Mode –1”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus, die linksdrehend zirkular ist.
In einem vierten Sendezweig SZ24 wird ein viertes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen ersten Eingang eines ersten Richtkopplers RK21.
In einem fünften Sendezweig SZ25 wird ein fünftes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen zweiten Eingang des ersten Richtkopplers RK21.
Der erste Richtkoppler RK21 teilt die ihm zugeführten verstärkten Sendesignale auf, so dass das verstärkte vierte Sendesignal sowohl über eine Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des vierten Sendezweigs SZ24 als auch über eine Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des fünften Sendezweigs SZ25 an einen vierten Eingang E4 und an einen fünften Eingang E5 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt.
Entsprechend gelangt das verstärkte fünfte Sendesignal sowohl über die Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des vierten Sendezweigs SZ24 als auch über die Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des fünften Sendezweigs SZ25 an den vierten Eingang E4 und an den fünften Eingang E5 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM.
Der vierte Eingang E4 bildet eine so genannte ”Mode +2”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus, die rechtsdrehend zirkularpolarisiert ist. Der fünfte Eingang E5 bildet eine so genannte ”Mode –2”-Schwingung aus, die linksdrehend zirkularpolarisiert ist.
In einem sechsten Sendezweig SZ26 wird ein sechstes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen ersten Eingang eines zweiten Richtkopplers RK22.
In einem siebten Sendezweig SZ27 wird ein siebtes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen zweiten Eingang des zweiten Richtkopplers RK22.
Der zweite Richtkoppler RK22 teilt die ihm zugeführten verstärkten Sendesignale auf, so dass das verstärkte sechste Sendesignal sowohl über eine Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des sechsten Sendezweigs SZ26 als auch über eine Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des siebten Sendezweigs SZ27 an einen sechsten Eingang E6 und an einen siebten Eingang E7 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt.
Entsprechend gelangt das verstärkte siebte Sendesignal sowohl über die Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des sechsten Sendezweigs SZ26 als auch über die Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx des siebten Sendezweigs SZ27 an den sechsten Eingang E6 und an den siebten Eingang E7 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM.
Der sechste Eingang E6 bildet eine so genannte ”Mode +3”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus, die rechtsdrehend zirkularpolarisiert ist.
Der siebte Eingang E7 bildet eine so genannte ”Mode –3”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus, die linksdrehend zirkularpolarisiert ist.
In einem achten Sendezweig SZ28 wird ein achtes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA und über eine Einrichtung zur Anpassung AT22 als verstärktes Sendesignal an die Sende-Empfangseinheit Tx/Rx. Diese ist im Sendefall durchgeschaltet, so dass das verstärkte Sendesignal an einen achten Eingang E8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt. Dieser achte Eingang E8 bildet eine so genannte ”Mode 4”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus, die linear polarisiert ist.
Die Einrichtung zur Signalaufteilung ModM teilt jedes der ihr zugeführten, verstärkten Sendesignale in acht Ausgangssignale auf. Beispielsweise wird das verstärkte erste Sendesignal des ersten Signalzweigs SZ21 in acht Ausgangssignale für die acht Ausgänge Out1 bis Out8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM aufgeteilt. Damit gelangen Teile des verstärkten ersten Sendesignals des ersten Signalzweigs SZ21 an alle acht Antennenelemente A1 bis A8 der Antennenanordnung BKA. Entsprechend ist jeder der Ausgänge Out1 bis Out8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM mit jeweils einem Antennenelement A1 bis A8 der Antennenanordnung BKA verbunden.
Ein Signal, das beispielsweise dem Sendesignal des ersten Sendezweigs SZ21 zuordenbar ist, wird entsprechend beim Empfang anteilig über alle acht Antennenelemente A1 bis A8 empfangen und gelangt über die acht Ausgänge Out1 bis Out8 zur Einrichtung zur Signalaufteilung ModM. Diese kombiniert die anteiligen Signale und leitet dieses kombinierte Empfangssignal über den ersten Eingang E1 und über die entsprechend geschaltete Sende-Empfangseinrichtungen Tx/Rx an den gemeinsamen Empfangszweig EZ21 zur weiteren Verarbeitung. Dieser Empfangszweig EZ21 weist wiederum einen gemeinsamen Empfänger REC sowie einen Analog-Digital-Wandler ADC auf.
Für die empfangenen Signale, die den Sendesignalen der Sendezweige SZ22 bis SZ28 zuordenbar sind, gilt das gleiche.
Die Einrichtung zur Signalaufteilung ModM ist hier als Butlermatrix ausgebildet, so dass diese sowohl zur Entkopplung zwischen den einzelnen Antennenelementen A1 bis A8 als auch zur Anpassung verwendet wird.
Die Anschlüsse E2, E3, E4, E5, E6 und E7 haben für Antennenlasten (beispielsweise Patienten oder Messobjekte), die in etwa rotationssymmetrisch sind, jeweils einen geringen Reflektionsfaktor.
Jedoch existieren Last-abhängige paarweise Verkopplungen zwischen den Anschlüssen E2 und E3 (nachfolgend beschrieben durch den S-Parameter S1-1), zwischen den Anschlüssen E4 und E5 (nachfolgend beschreiben durch den S-Parameter S2-2) und zwischen den Anschlüssen E6 und E7 (nachfolgend beschreiben durch den S-Parameter S3-3).
Die Antennenanordnung bzw. die Arrayantenne kann durch eine geeignete Dimensionierung von hier nicht dargestellten Anpassgliedern an den Anschlüssen A1 bis A8 so abgestimmt werden, dass die Verkopplung zwischen den Anschlüssen E2 und E3 für einen bestimmten Lastfall gegen einen Wert von ”0” minimiert wird. Diese Abstimmung wird beispielsweise für einen die Antennenanordnung stark belastenden Patienten durchgeführt, bei dem auch ein maximaler Leistungsbedarf für die Sendesignale auftritt. In diesem Fall steht ohne weitere Maßnahmen an den Anschlüssen E2 und E3 eine im Anschluss E2 maximal eingespeiste Leistung für die Anregung des Grundmode zur Verfügung.
Um eine Entkopplung für höhere Modenpaare herzustellen, werden vor den Anschlüssen E4 und E5 sowie E6 und E7 noch Richtkoppler angebracht, die die Verkopplungen zwischen den Anschlüssen E4 und E5 und zwischen den Anschlüssen E6 und E7 kompensieren.
Zu diesem Zweck sind die oben beschriebenen Richtkoppler RK21 und RK22 vorgesehen.
Die Kopplung der beiden Richtkoppler RK21 und RK22 wird derart gewählt, dass für eine Standard-Last der Antennenanordnung BKA die Verkopplung gerade kompensiert wird. Der Koppelfaktor könnte gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von der jeweiligen realen Patientenlast variiert werden.
Der Anschluss E1 für die ”Mode 0”-Schwingung und der Anschluss E8 für die ”Mode 4”-Schwingung weist einen Reflektionsfaktor auf, der abhängig vom Reflektionsfaktor der Antennenanordnung BKA und damit abhängig von der Last ist. Daher ist in den beiden zugeordneten Sendezweigen SZ21 und SZ28 die jeweilige Einrichtung zur Anpassung AT21 und AT22 vorgesehen.
Diese Ausgestaltung nutzt die Vorteile einer Antennenanordnung mit vielen Einzelantennen aus – nämlich deren höhere Güte und deren homogene Feldstruktur auch in Randbereichen.
Bei dieser Ausgestaltung werden vorteilhaft nicht nur die rechtsdrehenden Wellen der ”Mode +1”-Schwingung, der ”Mode +2”-Schwingung und der ”Mode +3”-Schwingung zur Untersuchung verwendet, sondern auch die wenig wirksamen linksdrehenden der ”Mode –1”-Schwingung, der ”Mode –2”-Schwingung und der ”Mode –3”-Schwingung, da diese im Nahbereich der Antennenleiter bzw. Antennenelemente auch kleine rechtsdrehende Anteile enthalten.
Die oben genannten Schwingungen bzw. Moden sind beispielsweise über folgende Formel definierbar: I(m, k) = I_m·exp(2j·pi·m·n/N)mit:

I: als zugeordneter Strom eines Antennenelements bzw. Antennenstabs,
N: als Anzahl der Antennenelemente bzw. Antennenstäbe (hier beispielsweise N = 8),
n: als Nummer des Antennenelements bzw. Antennenstabs (hier beispielsweise von 1 bis 8),
m: als Nummer des betrachteten Mode (hier also –3, ..., 4),
I_m: als komplexe Amplitude des Mode mit der Nummer m,
I(m, k): als Strombeitrag des Mode m auf dem Antennenstab n, wobei gilt: j = (Wurzel(–1)).

3 zeigt eine vorteilhafte dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer als ”Birdcage” ausgestalteten Antennenanordnung BKA, die acht Einzelantennen A1 bis A8 aufweist.
Als Einrichtung zur Signalaufteilung ModM wird wieder eine Butler-Matrix mit acht Eingängen E1 bis E8 und acht Ausgängen Out1 bis Out8 verwendet.
Sendeseitig werden N = 4 Sendezweige SZ31 bis SZ34 verwendet, wobei jeder der Sendezweige SZ31 bis SZ34 jeweils einen Modulator MOD und einen Sendeleistungsverstärker PA aufweist.
Zusätzlich weist der Sendezweig SZ34 eine Sende-Empfangseinheit Tx/Rx auf, die dem zugehörigen Sendeleistungsverstärker PA nachgeschaltet ist.
Ein erster Eingang E1 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM ist über einen Abschlusswiderstand AW mit einem Ausgleichspotential verbunden. Über die Antennenelemente A1 bis A8 empfangene Teilsignale bilden an diesem Anschluss E1 eine so genannte ”Mode 0”-Schwingung aus.
Ein zweiter Eingang E2 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM ist über eine Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx und über einen Abschlusswiderstand AW mit dem Ausgleichspotential verbunden. Über die Antennenelemente A1 bis A8 empfangene Teilsignale bilden an diesem Anschluss E2 eine so genannte ”Mode –1”-Schwingung aus.
Ebenso sind ein dritter Eingang E3 und ein vierter Eingang der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM über eine jeweilige Sende-Empfangseinrichtung Tx/Rx und über einen jeweiligen Abschlusswiderstand AW mit dem Ausgleichspotential verbunden.
Über die Antennenelemente A1 bis A8 empfangene Teilsignale bilden am Anschluss E3 eine so genannte ”Mode –2”-Schwingung aus, während über die Antennenelemente A1 bis A8 empfangene Teilsignale am Anschluss E4 eine so genannte ”Mode –3”-Schwingung ausbilden.
In einem ersten Sendezweig SZ31 wird ein erstes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen fünften Eingang E5 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM. Dieser Anschluss bzw. der fünfte Eingang E5 bildet eine so genannte ”Mode +1”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus.
Entsprechend dazu wird in einem zweiten Sendezweig SZ32 ein zweites Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen sechsten Eingang E6 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM. Dieser Anschluss bzw. der sechste Eingang E6 bildet eine so genannte ”Mode +2”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus.
Entsprechend dazu wird in einem dritten Sendezweig SZ33 ein drittes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an einen siebten Eingang E7 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM. Dieser Anschluss bzw. der siebte Eingang E7 bildet eine so genannte ”Mode +3”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus.
In einem vierten Sendezweig SZ34 wird ein viertes Sendesignal Sendezweig-spezifisch durch den Modulator MOD moduliert und gelangt über den Sendeleistungsverstärker PA als verstärktes Sendesignal an die Sende-Empfangseinheit Tx/Rx. Diese ist im Sendefall durchgeschaltet, so dass das verstärkte Sendesignal an einen achten Eingang E8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM gelangt. Dieser Anschluss bzw. der achte Eingang E2 bildet eine so genannte ”Mode +4”-Schwingung im Sendefall in der Antennenanordnung BKA aus.
Die Einrichtung zur Signalaufteilung ModM teilt jedes der ihr zugeführten, verstärkten Sendesignale in acht Ausgangssignale auf. Beispielsweise wird das verstärkte erste Sendesignal des ersten Signalzweigs SZ31 in acht Ausgangssignale für die acht Ausgänge Out1 bis Out8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM aufgeteilt. Damit gelangen Teile des verstärkten ersten Sendesignals des ersten Signalzweigs SZ31 an alle acht Antennenelemente A1 bis A8 der Antennenanordnung BKA. Entsprechend ist jeder der Ausgänge Out1 bis Out8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM mit jeweils einem Antennenelement A1 bis A8 der Antennenanordnung BKA verbunden.
Reflektierte Signale bzw. empfangene Signale gelangen von den Antennenelementen A1 bis A8 über die acht Anschlüsse Out1 bis Out8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM an die acht Anschlüsse E1 bis E8 der Einrichtung zur Signalaufteilung ModM.
Die reflektierten Signale werden über die entsprechend geschalteten Sende-Empfangseinrichtungen Tx/Rx, die an den Anschlüssen E2, E3, E4 und E8 vorgesehen sind, dem gemeinsamen Empfangszweig EZ31 zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Dieser Empfangszweig EZ31 weist wiederum einen gemeinsamen Empfänger REC sowie einen Analog-Digital-Wandler ADC auf.
Die ”Mode +1”-Schwingung ist einem zirkularpolarisierten Feld zuzuordnen. Entsprechend bildet ein gesendetes Signal mit ”Mode +1”-Schwingung beim Empfang auch einen Anteil einer ”Mode –1”-Schwingung aus. Um Störungen auszublenden ist der jeweilige Absorber bzw. Abschlusswiderstand AW vorgesehen.
Die ”Mode 0”-Schwingung bildet kein zirkularpolarisierten Feld aus.
Die ”Mode +4”-Schwingung bewirkt bei benachbarten Antennenelementen eine Phase von 180°, so dass dieser als Stromschleife betrachtet werden kann.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass nur wenige Sendezweige benötigt werden, während die Vorteile einer Antennenanordnung mit vielen Einzelantennen ausgenutzt werden können – nämlich die bereits beschriebene höhere Güte und deren homogene Feldstruktur auch in Randbereichen.
4 zeigt einen beispielhaften Richtkoppler zur Verwendung in 2.
Dabei ist der Richtkoppler mit zwei Anschlüssen 1, 2 als Eingänge und mit zwei Anschlüssen 3, 4 als Ausgänge als Folge von einem ersten 90°-Hybrid H1, zwei gleichartig abgestimmten Anpassungsnetzwerken AT und einem zweiten 90°-Hybrid H2 ausgebildet.

Nachfolgend sind S-Parameter für acht Eingänge eines Systems aus Butlermatrix, Antenne und Patient dargestellt:

	Mode 0	Mode +1	Mode +2	Mode +3	Mode 4	Mode –3	Mode –2	Mode –1
		rzp	rzp	rzp	lp	lzp	lzp	lzp
Mode 0	S00	0	0	0	0	0	0	0
Mode 1	0	0	0	0	0	0	0	S1-1
Mode 2	0	0	0	0	0	0	S2-2	0
Mode 3	0	0	0	0	0	S3-3	0	0
Mode 4	0	0	0	0	S44	0	0	0
Mode –3	0	0	0	S3-3	0	0	0	0
Mode – 2	0	0	S2-2	0	0	0	0	0
Mode – 1	0	S1-1	0	0	0	0	0	0

Dabei bezeichnet ”rzp” eine rechtsdrehend-zirkular-polarisierte Schwingung, ”lzp” eine linksdrehend-zirkular-polarisierte Schwingung und ”lp” eine linear-polarisierte Schwingung.
Zu beachten ist, dass ”Mode 0” keinen feldwirksamen Anteil aufweist.
Durch den vereinfachten S-Parametersatz ist eine schnelle Berechnung einzelner Signale für ein gepulstes Senden möglich.
Mit Hilfe der Modenmatrix ModM werden in der Antennenanordnung BKA orthogonale Feldstrukturen angeregt, die voneinander entkoppelt sind.
Für eine bestimmte Orientierung des Grundmagnetfelds stehen Kernspins beispielsweise nur mit rechtsdrehenden Zirkularanteilen der anregenden Hochfrequenzfelder in Wechselwirkung. Durch die Modenmatrix erfolgt eine Aufspaltung der vorwiegend rechtsdrehenden bzw. von vorwiegend linksdrehenden Feldmoden. Damit kann in 2 die Anzahl der Sendekanäle nahezu ohne Nachteil halbiert werden.
Durch die oben gezeigte Antennenabstimmung kann S1-1 zu einem Wert von ”0” gebracht werden, so dass lediglich S00, S2-2, S3-3 und S44 verbleibt.

Claims

Anordnung zur Ansteuerung von N Einzelantennen (A1, ...) einer Antennenanordnung (BKA) bei einem Magnetresonanzgerät, – mit einer Anzahl an N/2 Sendezweigen (SZ11, ..., SZ14), die jeweils Mittel (MOD, PA) zur Bildung eines Sendezweig-spezifisch modulierten und verstärkten Sendesignals aufweisen, – mit einer Anzahl von N/2 Einrichtungen zur Signalaufteilung (SPLIT), die jeweils einen Eingang und zwei Ausgänge aufweisen, wobei die Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) jedes an seinem Eingang anliegende Sendesignal auf beide Ausgänge aufteilt, – bei der jeder Ausgang der Einrichtungen zur Signalaufteilung (SPLIT) mit jeweils einer zugeordneten Einzelantenne (A1, ...) der Antennenanordnung (BKA) verbunden ist, – bei der jeder Sendezweig (SZ11, ..., SZ14) mit dem Eingang einer zugeordneten Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) verbunden ist, so dass dessen Sendesignal über die zugeordnete Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) an jeweils zwei Einzelantennen gelangt, – bei der mit N = 8 und mit 1 ≤ n ≤ 4 ein n-ter Sendezweig (SZ11, ..., SZ14) mit dem Eingang einer n-ten Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) verbunden ist, bei der die Antennenanordnung als Bird-Cage-Antenne ausgestaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der jeder Sendezweig (SZ11, ..., SZ14) einen Modulator (MOD) zur Sendezweig-spezifischen Modulation, einen Sendeleistungsverstärker (PA) und eine Sende-Empfangseinheit (Tx/Rx) aufweist, die derart geschaltet sind, dass das modulierte und verstärkte Sendesignal über die Sende-Empfangseinheit (Tx/Rx) zum zugeordneten Eingang der Einrichtung zur Signalaufteilung (SPLIT) gelangt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der empfangene Signale der Einzelantennen (A1, ...) der Antennenanordnung (BKA) über die Einrichtungen zur Signalaufteilung (ModM) und über die jeweiligen Sende-Empfangseinheiten (Tx/Rx) an einen Empfangszweig (EZ11) zur weiteren Verarbeitung geschaltet sind.