DE10228827A1 - Magnetic resonance unit for patient imaging has integral electrostrictive actuators controlled by feedback from high frequency sensor - Google Patents

Magnetic resonance unit for patient imaging has integral electrostrictive actuators controlled by feedback from high frequency sensor Download PDF

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Abstract

A magnetic resonance unit has a whole body or flexible local high frequency antenna structure (41) with an integral electrostrictive force generator actuator (42) driven by control unit (44) and amplifier (45) with feedback from a high frequency processor (46).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzstruktur, eine Hochfrequenzantenne mit der Hochfrequenzstruktur und ein Magnetresonanzgerät mit der Hochfrequenzantenne.The invention relates to a high-frequency structure, a radio frequency antenna with the radio frequency structure and a magnetic resonance device with the radio frequency antenna.

Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik unter anderem zum Gewinnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsobjekts. Dazu werden in einem Magnetresonanzgerät einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.Magnetic resonance technology is one known technology, inter alia, for obtaining images of an interior of the body of an object under investigation. For this purpose, a static Basic magnetic field generated by a basic field magnet quickly switched gradient fields superimposed, generated by a gradient coil system. Also includes the magnetic resonance device a radio frequency system used to trigger magnetic resonance signals Radiofrequency signals in the object under examination and the generates generated magnetic resonance signals, on the basis of which magnetic resonance images to be created.

Für eine hohe Qualität von Magnetresonanzbildern ist es wichtig, dass Magnetresonanzsignale von Antennen des Hochfrequenzsystems mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis aufgenommen werden. In einer Ausführungsform ist die Antenne als stationäre Antenne, beispielsweise als sogenannte Ganzkörperantenne ausgebildet, die als Sende- und als Empfangsantenne eingesetzt werden kann. Darüber hinaus werden zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses sogenannte Lokalantennen eingesetzt. Dabei handelt es sich um Antennen, die an die Größe eines zu untersuchenden Bereichs angepasst sind. So gibt es beispielsweise fest in eine Lagerungsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts eingebaute oder an festen Positionen auf der Lagerungsvorrichtung einrastbare Lokalantennen, beispielsweise zur Untersuchung einer Wirbelsäule oder einer weiblichen Brust. Andererseits gibt es auch frei bewegliche Lokalantennen, zum Beispiel flexible Antennen und Extremitätenantennen. Die Lokalantenne kann in einer Ausführungsform als reine Empfangsantenne ausgebildet sein, wobei dann beispielsweise eine Ganzkörperantenne als Sendeantenne eingesetzt wird.For high quality of magnetic resonance images, it is important that magnetic resonance signals from Antennas of the high-frequency system with a high signal-to-noise ratio become. In one embodiment is the antenna as stationary Antenna, for example designed as a so-called whole-body antenna can be used as a transmitting and receiving antenna. Furthermore So-called local antennas are used to improve the signal-to-noise ratio used. These are antennas that are the size of a area to be examined are adapted. For example, there is permanently installed in a storage device of the magnetic resonance device or can be snapped into fixed positions on the storage device Local antennas, for example for examining a spine or a female breast. On the other hand, there are also free moving local antennas, for example flexible antennas and extremity antennas. The local antenna can in one embodiment be designed as a pure receiving antenna, in which case, for example, a Whole-body antenna is used as a transmitting antenna.

Zum Erzeugen von Gradientenfeldern sind in Gradientenspulen des Gradientenspulensystems entsprechende Ströme einzustellen. Dabei betragen die Amplituden der erforderlichen Ströme bis zu mehreren 100 A. Die Stromanstiegs- und -abfallraten betragen bis zu mehreren 100 kA/s. Auf diese sich zeitlich verändernden Ströme in den Gradientenspulen wirken bei vorhandenem Grundmagnetfeld in der Größenordnung von 1 T Lorentzkräfte, die zu an sich unerwünschten Schwingungen des Gradientenspulensystems führen.For generating gradient fields are corresponding in gradient coils of the gradient coil system streams adjust. The amplitudes of the required currents are up to several 100 A. The current rise and fall rates are up to to several 100 kA / s. On this changing over time streams in the gradient coils with an existing basic magnetic field in of the order of magnitude of 1 T Lorentz forces, the too undesirable in itself Vibrations of the gradient coil system.

In der DE 44 32 747 A1 ist eine prinzipielle Verringerung von Schwingungen des Gradientenspulensystems durch eine aktive Maßnahme beschrieben. Dazu ist in oder am Gradientenspulensystem eine Einrichtung, insbesondere beinhaltend elektrostriktive Elemente, angeordnet. Mit dieser Einrichtung können Kräfte erzeugt werden, die den Schwingungen des Gradientenspulensystems entgegenwirken, so dass ein Verformen des Gradientenspulensystems im Wesentlichen verhindert wird. Die elektrostriktiven Elemente werden dazu durch eine an sie angelegte elektrische Spannung entsprechend gesteuert.In the DE 44 32 747 A1 a principle reduction of vibrations of the gradient coil system is described by an active measure. For this purpose, a device, in particular including electrostrictive elements, is arranged in or on the gradient coil system. With this device, forces can be generated which counteract the vibrations of the gradient coil system, so that deformation of the gradient coil system is essentially prevented. The electrostrictive elements are controlled accordingly by an electrical voltage applied to them.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Hochfrequenzstruktur zu schaffen, die unter anderem derart steuerbar ist, dass eine von der Hochfrequenzstruktur beeinflusste Ausbildung einer Hochfrequenzfeldverteilung bewusst manipuliert werden kann.An object of the invention is to create an improved radio frequency structure, which among other things is controllable in such a way that one influenced by the high-frequency structure Training of a radio frequency field distribution can be manipulated deliberately can.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1. gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is through the subject of claim 1. solved. Advantageous configurations are described in the subclaims.

Gemäß Anspruch 1 weist eine Hochfrequenzstruktur einen Krafterzeuger zum Einstellen einer vorgebbaren Form der Hochfrequenzstruktur auf.According to claim 1 has a high frequency structure a force generator for setting a predeterminable shape of the high-frequency structure on.

Dadurch, dass die Hochfrequenzstruktur mittels eines an ihr angebrachten Krafterzeugers in ihrer Form einstellbar ist, ist eine von der Hochfrequenzstruktur beeinflusste Ausbildung einer Hochfrequenzfeldverteilung bewusst manipulierbar, wodurch unter anderem ein Ausgleich von Fertigungstoleranzen der Hochfrequenzstruktur und insbesondere beim Einsatz in einem Magnetresonanzgerät ein vereinfachtes und präzises Magnetresonanztuning durchführbar ist.Because of the high frequency structure adjustable in shape by means of a force generator attached to it is an education influenced by the radio frequency structure a high-frequency field distribution can be manipulated deliberately, whereby among other things, a compensation of manufacturing tolerances of the high-frequency structure and especially when used in a magnetic resonance device, a simplified one and precise Magnetic resonance tuning feasible is.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:Other advantages, features and details of Invention result from the following description of exemplary embodiments the invention with reference to the figures. Show:

1 einen Querschnitt durch eine flexible Lokalantenne mit einem Krafterzeuger im deaktivierten Zustand, 1 a cross section through a flexible local antenna with a power generator in the deactivated state,

2 den Querschnitt der 1 mit dem Krafterzeuger im aktivierten Zustand, 2 the cross section of the 1 with the power generator in the activated state,

3 einen Querschnitt durch ein Magnetresonanzgerät mit einer, einen Krafterzeuger beinhaltenden Ganzkörperantenne, 3 3 shows a cross section through a magnetic resonance device with a whole-body antenna containing a force generator,

4 eine Steuerung zum Steuern eines Krafterzeugers, der an einer Hochfrequenzstruktur angebracht ist, und 4 a controller for controlling a power generator attached to a high frequency structure, and

5 einen Regelkreis zum Regeln eines Krafterzeugers, der an einer Hochfrequenzstruktur angebracht ist. 5 a control loop for controlling a power generator, which is attached to a high-frequency structure.

Die 1 und 2 zeigen als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch eine flexible Lokalantenne 10 eines Magnetresonanzgeräts, die um einen Rumpf eines mit dem Magnetresonanzgerät zu untersuchenden Patienten 19 gelegt ist, wobei der Patient 19 auf einer Lagerungsvorrichtung 17 des Magnetresonanzgeräts gelagert ist. Dabei umfasst die flexible Lokalantenne 10 in einer baulichen Einheit eine Antennenleiteranordnung 11 zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen und einen Krafterzeuger 12 zum Einstellen einer Form der flexiblen Lokalantenne 10. Die 1 zeigt dabei die flexible Lokalentenne 10 in einem deaktivierten Zustand des Krafterzeugers 12 und die 2 die flexible Lokalantenne 10 bei aktiviertem Krafterzeuger 12.The 1 and 2 show as an embodiment of the invention a cross section through a flexible local antenna 10 of a magnetic resonance device which is around a trunk of a patient to be examined with the magnetic resonance device 19 is placed with the patient 19 on a storage device tung 17 of the magnetic resonance device is stored. The flexible local antenna includes 10 an antenna conductor arrangement in a structural unit 11 for receiving magnetic resonance signals and a force generator 12 for setting a shape of the flexible local antenna 10 , The 1 shows the flexible barn 10 in a deactivated state of the force generator 12 and the 2 the flexible local antenna 10 with activated force generator 12 ,

Der Krafterzeuger 12 umfasst dabei elektrostriktive Aktoren, die ohne verlustbringende Zusatzmechanismen direkt in die flexible Lokalantenne 10 integriert sind. Dabei können die Aktoren als Plättchen, als einzelne Fasern, als Fasermatten und/oder diskrete Stapelelemente ausgebildet sein. Die Aktoren sind dabei durch ein Durchtränken bzw. eine Imprägnation in einer aushärtenden mehrkomponentigen Vergussmatrix, beispielsweise Epoxy, oder durch klassische Fügeverfahren wie Schrauben, Nieten, Kleben, Löten usw. mit den übrigen Bestandteilen der flexiblen Lokalantenne 10 und insbesondere der Antennenleiteranordnung 11 mechanisch fest verbunden.The force generator 12 includes electrostrictive actuators that go directly into the flexible local antenna without additional loss-making mechanisms 10 are integrated. The actuators can be designed as platelets, as individual fibers, as fiber mats and / or discrete stacking elements. The actuators are soaked or impregnated in a hardening multi-component casting matrix, for example epoxy, or by classic joining methods such as screws, rivets, gluing, soldering etc. with the other components of the flexible local antenna 10 and in particular the antenna conductor arrangement 11 mechanically firmly connected.

Durch Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung an die elektrostriktiven Aktoren ist ein Verformen der flexiblen Lokalantenne 10 gemäß 2 erzielbar, so dass sich die flexible Lokalantenne 10 an das Objekt, im dargestellten Fall an den Rumpf des Patienten 19 anschmiegt. Dadurch ist für die aufzunehmenden Magnetresonanzsignale ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erzielbar. Des Weiteren ist dadurch mit Vorteil auch eine Stabilisierung bzw. Fixierung des Objekts erzielbar. Flexible Lokalantennen entsprechend den 1 und 2 sind damit an anspruchsvolle Geometrien anpassbar, beispielsweise um bezogen auf ein zu untersuchendes Körperteil ein Fixieren der Lokalantenne zu bewerkstelligen.By applying a corresponding electrical voltage to the electrostrictive actuators, the flexible local antenna is deformed 10 according to 2 achievable so that the flexible local antenna 10 to the object, in the case shown to the patient's trunk 19 snugly. As a result, a high signal-to-noise ratio can be achieved for the magnetic resonance signals to be recorded. Furthermore, the object can also advantageously be stabilized or fixed. Flexible local antennas according to the 1 and 2 can thus be adapted to demanding geometries, for example in order to fix the local antenna in relation to a body part to be examined.

Die 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch ein im. Wesentlichen hohlzylinderförmiges Magnetresonanzgerät. Dabei ist in der Höhlung eines im Wesentlichen holzylinderförmigen Grundfeldmagneten 36 ein ebenfalls im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem 35 angeordnet. In der Höhlung des Gradientenspulensystems 35 ist wiederum eine im Wesentlichen hohlzylinderförmige Ganzkörperantenne 30 fest eingebaut. Dabei umfasst die Ganzkörperantenne 30 in einer baulichen Einheit eine Hochfrequenzabschirmung 33, einen Krafterzeuger 32 und eine Antennenleiteranordnung 31. In der Höhlung der Ganzkörperantenne 30 ist schließlich eine verfahrbare Lagerungsvorrichtung 37 angeordnet, auf der ein Patient zum Durchführen einer Untersuchung entsprechend gelagert wird.The 3 shows as a further embodiment of the invention a cross section through a. Essentially hollow cylindrical magnetic resonance device. There is an essentially wood-cylindrical basic field magnet in the cavity 36 a gradient coil system which is also essentially hollow cylindrical 35 arranged. In the cavity of the gradient coil system 35 is again a substantially hollow cylindrical whole-body antenna 30 permanently installed. The whole body antenna includes 30 high-frequency shielding in a structural unit 33 , a force generator 32 and an antenna conductor arrangement 31 , In the cavity of the whole-body antenna 30 is, after all, a movable storage device 37 arranged on which a patient is appropriately positioned to perform an examination.

Der Krafterzeuger 32 umfasst elektrostriktive Aktoren 34, die wie bei den 1 und 2 beschrieben mit der Hochfrequenzabschirmung 33 und der Antennenleiteranordnung 31 mechanisch fest verbunden sind und einen hohen Integrationsgrad des Krafterzeugers 32 in die Ganzkörperantenne 30 ermöglichen. Durch ein entsprechendes Ansteuern der Aktoren 34 können dann Verformungen der Ganzkörperantenne 30, beispielsweise infolge des Einbaus der Ganzkörperantenne 30 und/oder infolge von Fertigungstoleranzen der Ganzkörperantenne 30, aber auch infolge niederfrequenter Bewegungen ausgeglichen werden, so dass eine Ausbildung einer von der Ganzkörperantenne 30 beeinflussten Hochfrequenzfeldverteilung bewusst manipulierbar ist.The force generator 32 includes electrostrictive actuators 34 that like the 1 and 2 described with the high frequency shielding 33 and the antenna conductor arrangement 31 are mechanically firmly connected and a high degree of integration of the force generator 32 into the whole-body antenna 30 enable. By controlling the actuators accordingly 34 can then deform the whole-body antenna 30 , for example due to the installation of the whole-body antenna 30 and / or due to manufacturing tolerances of the whole-body antenna 30 , but also be compensated for as a result of low-frequency movements, so that a formation of the whole-body antenna 30 influenced high-frequency field distribution is deliberately manipulable.

In einer Ausführungsform kann dabei eine Elektrodenstruktur, beispielsweise in einer Ausbildung als Kupferbahnen, zum Ansteuern der Aktoren 34 gleichzeitig als Antennenleiter zum Senden von Hochfrequenzsignalen und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen genutzt werden.In one embodiment, an electrode structure, for example in the form of copper tracks, can be used to control the actuators 34 can also be used as an antenna conductor for transmitting high-frequency signals and for receiving magnetic resonance signals.

Die 4 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Steuerung für einen Krafterzeuger 42, der an einer Hochfrequenzstruktur 41, beispielsweise in einer flexiblen Lokalantenne oder einer fest eingebauten Ganzkörperantenne eines Magnetresonanzgeräts, angebracht ist. Zum Steuern des Kraft erzeugers 42 und damit zum Steuern einer Form der Hochfrequenzstruktur 41 umfasst die Steuerung eine Kontrolleinheit 44, die über einen Verstärker 45 entsprechende Steuersignale an den Krafterzeuger 42 ausgibt. Im Falle, dass der Krafterzeuger 42 elektrostriktive Aktoren umfasst, sind die Steuersignale elektrische Spannungen zum Ansteuern der Aktoren. Dabei bewegen sich die Steuersignale in einem Frequenzbereich, der den Bildaufnahmebetrieb des Magnetresonanzgeräts nicht stört.The 4 shows as an embodiment of the invention, a controller for a power generator 42 working on a high frequency structure 41 , for example in a flexible local antenna or a permanently installed whole-body antenna of a magnetic resonance device. To control the power generator 42 and thus to control a form of the high frequency structure 41 the control comprises a control unit 44 that have an amplifier 45 corresponding control signals to the power generator 42 outputs. In the event that the force generator 42 Includes electrostrictive actuators, the control signals are electrical voltages for actuating the actuators. The control signals move in a frequency range that does not interfere with the image recording operation of the magnetic resonance device.

In einer Ausführungsform kann dabei das reine Steuern durch eine Rückkopplung erweitert sein, was in 4 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Dazu umfasst die Hochfrequenzstruktur 41 beispielsweise eine Antennenleiteranordnung zum. Empfangen von Magnetresonanzsignalen, die wiederum an eine Hochfrequenzauswerteeinheit 46 des Magnetresonanzgeräts angeschlossen ist, so dass aus einem Auswerten der empfangenen Signale Verstimmungsparameter der Antennenleiteranordnung bestimmbar sind, die der Kontrolleinheit 44 für eine entsprechende Antennenanpassung zugeführt sind.In one embodiment, the pure control can be expanded by a feedback, which in 4 is indicated by dashed lines. The high-frequency structure includes this 41 for example an antenna conductor arrangement for. Receiving magnetic resonance signals, which in turn are sent to a high-frequency evaluation unit 46 of the magnetic resonance device is connected, so that detuning parameters of the antenna conductor arrangement can be determined from an evaluation of the received signals, that of the control unit 44 are supplied for a corresponding antenna adaptation.

Die 5 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Regelkreis für einen Krafterzeuger 52, der an einer Hochfrequenzstruktur 51, beispielsweise in einer flexiblen Lokalantenne oder einer fest eingebauten Ganzkörperantenne eines Magnetresonanzgeräts, angebracht ist. Zum Regeln des Krafterzeugers 52 und damit zum geregelten Verformen der Hochfrequenzstruktur 51 umfasst der Regelkreis eine Kontrolleinheit 54, die über einen Verstärker 55 entsprechende Regelsignale an den Krafterzeuger 52 ausgibt. Das Verformen der Hochfrequenzstruktur 51 wird dabei durch einen an die Hochfrequenzstruktur 51 angebrachten Sensor 58, beispielsweise beinhaltend piezoelektrische Elemente, erfasst und für eine entsprechende Regelung an die Kontrolleinheit 54 zurückgemeldet.The 5 shows as a further embodiment of the invention, a control loop for a power generator 52 working on a high frequency structure 51 , for example in a flexible local antenna or a permanently installed whole-body antenna of a magnetic resonance device. To regulate the force generator 52 and thus for the controlled deformation of the high-frequency structure 51 The control loop comprises a control unit 54 that have an amplifier 55 corresponding control signals to the power generator 52 outputs. Deforming the high frequency structure 51 is thereby through to the high frequency structure 51 attached sensor 58 , for example containing piezoelectric elements, recorded and for a corresponding regulation to the control unit 54 returned.

Claims (13)

Hochfrequenzstruktur mit einem Krafterzeuger zum Einstellen einer vorgebbaren Form der Hochfrequenzstruktur.High frequency structure with a power generator for adjustment a predeterminable form of the high-frequency structure. Hochfrequenzstruktur nach Anspruch 1, wobei die Hochfrequenzstruktur eine Antennenleiteranordnung umfasst.The radio frequency structure of claim 1, wherein the radio frequency structure comprises an antenna conductor arrangement. Hochfrequenzstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Hochfrequenzstruktur eine Hochfrequenzabschirmung umfasst.High-frequency structure according to one of claims 1 or 2, wherein the high-frequency structure includes high frequency shielding. Hochfrequenzstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Krafterzeuger mit der Hochfrequenzstruktur eine bauliche Einheit bildet.High-frequency structure according to one of claims 1 to 3, wherein the force generator forms a structural unit with the high-frequency structure. Hochfrequenzstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Krafterzeuger mit der Hochfrequenzstruktur mechanisch fest verbunden ist.High-frequency structure according to one of claims 1 to 4, wherein the force generator is mechanically firmly connected to the high-frequency structure. Hochfrequenzstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Krafterzeuger wenigsten einen elektrostriktiven Aktor umfasst.High-frequency structure according to one of claims 1 to 5, wherein the force generator at least includes an electrostrictive actuator. Hochfrequenzstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Krafterzeuger zum Einstellen der Form mit einer Kontrolleinheit zum Steuern oder Regeln des Krafterzeugers verbunden ist.High-frequency structure according to one of claims 1 to 6, wherein the force generator for setting the shape with a control unit for controlling or regulating the force generator is connected. Hochfrequenzstruktur nach Anspruch 7, wobei die Kontrolleinheit mit wenigstens einem Sensor verbunden ist, der an der Hochfrequenzstruktur zum Erfassen einer Verformung angebracht ist.A radio frequency structure according to claim 7, wherein the control unit is connected to at least one sensor on the high-frequency structure is attached to detect a deformation. Hochfrequenzantenne eines Magnetresonanzgeräts mit einer Hochfrequenzstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis B.High-frequency antenna of a magnetic resonance device with a high-frequency structure according to one of the claims 1 to B. Hochfrequenzantenne nach Anspruch 9, wobei die Hochfrequenzantenne im Magnetresonanzgerät fest eingebaut ist.The radio frequency antenna of claim 9, wherein the radio frequency antenna in the magnetic resonance device is permanently installed. Hochfrequenzstruktur nach Anspruch 9, wobei die Hochfrequenzantenne als eine Lokalantenne ausgebildet ist.The radio frequency structure of claim 9, wherein the radio frequency antenna is designed as a local antenna. Hochfrequenzstruktur nach Anspruch 11, wobei die Lokalantenne flexibel ausgebildet ist.The radio frequency structure of claim 11, wherein the local antenna is flexible. Magnetresonanzgerät mit einer Hochfrequenzantenne nach einem der Ansprüche 9 bis 12.magnetic resonance apparatus with a high-frequency antenna according to one of claims 9 to 12th
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