Magnetresonanztomograph und Lokalspulenmatrix zum Betrieb bei niedrigen Magnetfeldstärken

Die Erfindung betrifft eine Lokalspulenmatrix und einen Magnetresonanztomographen zum Betrieb bei niedrigen Magnetfeldstärken . Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Un ^¬ tersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld aus ^¬ richten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringe ^¬ rer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, auch als Magnetresonanzsignal bezeichnet, das über Antennen empfangen wird. Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zu ^¬ ordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersu- chungsobj ektes bereitgestellt. Die erzeugte Darstellung gibt eine räumliche Dichteverteilung der Spins an.

Üblicherweise werden heute in Magnetresonanztomographen Magnetfelder von 1,5 Tesla, 3 Tesla oder höher als BO-Feld zur Ausrichtung der Kernspins verwendet. Da die Larmorfrequenz mit der B0-Feldstärke linear ansteigt, verschiebt sich die Larmorfrequenz in Bereiche von 70 MHz bis hin zu 150MHz und darüber. Dies bringt den Vorteil, dass bei einer höheren Fre ^¬ quenz Rauschanteile abnehmen. Die dazu erforderlichen Magnete werden aber gleichzeitig wegen der wachsenden inneren Kräfte immer schwerer und teurer. Auch nehmen die in den Feldern gespeicherten Energien zu, sodass für einen Ausfall der Supra- leitung immer aufwändigere Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden müssen.

Insbesondere für kostengünstige Magnetresonanztomographen be- steht daher ein Interesse, die erforderlichen Aufwände für den Feldmagneten zu reduzieren.

Bei niedrigeren BO-Feldstärken und den entsprechend niedrigeren Larmorfrequenzen von 30 MHz und darunter wird vom Körper eines Patienten weniger Leistung aus dem elektromagnetischen Wechselfeld einer Sende und/oder Empfangsspule absorbiert. Die Güte der Spule steigt an, sodass zwar auf der einen Seite die Amplitude eines Empfangssignals mit der Larmorfrequenz ansteigt. Auf der anderen Seite steigt damit auch die Wech- selwirkung benachbarter Spulen, beispielsweise in einer Lokalspulenmatrix an. Die stärkeren Wechselwirkungen verursachen Verschiebungen von Resonanzfrequenzen der Spulen, sodass sich insgesamt das Signal-zu Rauschverhältnis verschlechtert. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lokalspulenmatrix und einen Magnetresonanztomographen für niedrige statische Magnetfeldstärken mit einer verbesserten Bildgebung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Lokalspulen ^¬ matrix nach Anspruch 1 und den erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen nach Anspruch 13 sowie durch das Verfahren zum Betrieb nach Anspruch 17 gelöst. Die erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix für einen Magnetreso ^¬ nanztomograph mit niedrigem statischem Magnetfeld B0 weist eine erste Spulenwicklungen und eine zweite Spulenwicklung und jeweils mit einer Spulenwicklung elektrisch verbundene rauscharme erste Vorverstärker und zweite Vorverstärker auf. Die erste Spulenwicklung weist dabei eine Breitbandanpassung in einem ersten Frequenzbereich bei einer Larmorfrequenz an dem damit verbundenen ersten Vorverstärker auf. In einer be- vorzugten Ausführungsform weist auch die zweite Spulenwicklung eine Breitbandanpassung auf.

Als Larmorfrequenz wird die Frequenz angesehen, die einer Re- sonanzfrequenz der zu erfassenden Kernspins in einem statischen Magnetfeld niedriger Feldstärke, insbesondere einer Feldstärke kleiner gleich 1,5 T, I oder 0,5 T entspricht.

Als Breitbandanpassung wird hierbei eine Anpassung angesehen, die bei einer Abweichung einer Spulenresonanzfrequenz von der Larmorfrequenz um 100 kHz, 200 kHz oder 500 kHz oder um 1%, 5% oder 10% eine Verringerung des Signal-zu-Rauschabstandes (SNR) an dem Vorverstärker um weniger als 1 dB, 2 dB, 3 dB oder 6 dB bei der Larmorfrequenz verursacht.

Die Breitbandanpassung kann auch über die Fehlanpassung der Impedanzen von Spulenwicklung einschließlich Anpassungsnetzwerk zur Eingangsimpedanz des Vorverstärkers definiert werden. Eine Breitbandanpassung ist gemäß der Erfindung gegeben, wenn der Betrag der Impedanz des Systems aus Spule und Anpas ^¬ sungsnetzwerk von dem Betrag der Eingangsimpedanz des Vorverstärkers bei der Larmorfrequenz um mehr als 20%, 70%, 200% oder 400% abweicht. Bei einer Eingangsimpedanz des Vorverstärkers von 50 Ohm kann der Betrag der Impedanz des Systems aus Spulenwicklung und Anpassungsnetzwerk beispielsweise mehr als 70 Ohm, 100 Ohm oder 150 Ohm betragen.

Schließlich kann die Breitbandanpassung auch über den Reflexionsfaktor definiert sein. Bei einer erfindungsgemäßen Lo- kaispule ist das Stehwellenverhältnis (Standing Wave Ratio, SWR) am Eingang des Vorverstärkers in Richtung des Systems aus Spulenwicklung und Anpassungsnetzwerk bei der Larmorfre- quenz größer als 1,5, 2, 3 oder 5. Das entspricht z.B. bei einem SWR von 2 einer am Eingang des Vorverstärkers reflek- tierten Signalspannung von 33% der von der Antennenspule und Anpassungsnetzwerk eingehenden Signalspannung. Auf vorteilhafte Weise ermöglicht eine Lokalspulenmatrix mit einer Breitbandanpassung bei der Larmorfrequenz bei mehreren benachbarten Spulen wegen der durch die Wechselwirkung der Spulen verschobenen Resonanzfrequenzen einen verbesserten Empfang mit besserem Signal-zu-Rausch-Verhältnis .

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Transferunterstüt ^¬ zungswagens sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben. In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix ist die erste Spulenwicklung zur zweiten Spulenwicklung benachbart angeordnet. Die erste und die zweite Spulenwicklungen bilden je einen ersten Resonanzkreis und einen zweiten Resonanzkreis, die ein gekoppeltes System aus erster Spulenwicklung und zweiter Spulenwicklung bilden mit einer erste Resonanzfrequenz und eine zweite Resonanzfre ^¬ quenz. Die Kopplung erfolgt beispielsweise durch das Magnet ^¬ feld der ersten Spulenwicklung, das auf die zweite Spulenwicklung übergreift und umgekehrt. Die Spulenwicklungen bil- den dabei aufgrund der Eigenkapazität und verbundener Kompo ^¬ nenten Resonanzkreise. Dabei sind die erste Resonanzfrequenz und die zweite Resonanzfrequenz des gekoppelten Systems unterschiedlich und liegen in dem ersten Frequenzbereich der Breitbandanpassung. Der erste Frequenzbereich der Breit- bandanpassung kann beispielsweise 100 kHz, 500 kHz, 1 MHz o- der 2 MHz um die Larmorfrequenz liegen.

Indem beide Resonanzfrequenzen in dem Bereich der Breitbandanpassung liegen, kann auf vorteilhafte Weise der Aufwand zur Unterdrückung einer Kopplung reduziert werden, ohne durch Fehlanpassung zu viel Signal-zu-Rauschverhältnis zu verlie ^¬ ren .

In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lo- kalspulenmatrix weist die erste Spulenwicklung eine Mehrzahl an Windungen auf. Vorzugsweise weist auch die zweite Spulen ^¬ wicklung eine Mehrzahl an Windungen auf. Auf vorteilhafte Weise weist eine Spule mit mehreren Windun ^¬ gen eine höhere Impedanz auf, sodass ein Anpassungsnetzwerk an einen nachfolgenden Vorverstärker mit höherer Eingangsimpedanz einfach und mit geringeren Verlusten ausgelegt werden oder auch ganz entfallen kann, was insbesondere in Verbindung mit den nachfolgend besprochenen rauscharmen Transistoren von Vorteil sein kann.

In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lo- kalspulenmatrix steht die erste Spulenwicklung direkt ohne ein Anpassungsnetzwerk mit dem ersten Vorverstärker in Signalverbindung. Vorzugsweise steht auch die zweite Spulenwicklung direkt ohne ein Anpassungsnetzwerk mit dem zweiten Vorverstärker in Signalverbindung.

Wie zuvor erwähnt, kann es insbesondere bei Verwendung von rauscharmen Transistoren, auch in Verbindung mit Spulen mit mehreren Windungen, von Vorteil sein, den Vorverstärker direkt mit der Spulenwicklung zu verbinden, ohne ein Anpas- sungsnetzwerk, das eine Impedanztransformation ausführt und/oder verlustbehaftet ist. Als Impedanztransformation kann dabei z.B. ein Faktor von mehr als 2 bzw. weniger als 0,5 zwischen Eingangsimpedanz und Ausgangsimpedanz des Systems der Schaltelemente zwischen Spule und Vorverstärker angesehen werden. Es kann dabei auch eine Verbindung durch einen niede- rohmigen Leiter (< 1 Ohm) mit einer Länge kleiner einem Zehntel der Wellenlänge eines Signals mit Larmorfrequenz auf dem Leiter vorgesehen sein. Es ist dabei von besonderem Vorteil, dass bei einer Verstimmung der Resonanzfrequenz der Spulen- wicklung, beispielsweise durch Wechselwirkung mit der zweiten Spulenwicklung bei veränderter Geometrie, der Rauschstrom des Vorverstärkers an der Impedanz der Spulenwicklung eine gegenüber einer idealen Anpassung kleinere Rauschspannung hervorruft. Als ideale Anpassung wird es bezeichnet, wenn die - op- tional durch das Anpassungsnetzwerk transformierte - Impedanz der Spulenwicklung der Eingangsimpedanz des Vorverstärkers entspricht . In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix ein Anpassungsnetzwerk in Signalverbindung mit der ersten Spulenwicklung und dem ersten Vorverstärker auf. Als Anpassungsnetzwerk wird dabei eine Schaltung elektrischer Bauelemente angesehen, die für ein Signal bei der Larmorfrequenz eine Impedanztransformation zwischen Signaleingang und Signalausgang ausführt. Als Impedanztransformation kann dabei z.B. ein Faktor von mehr als 2 bzw. weniger als 0,5 zwischen Eingangsimpedanz und Aus- gangsimpedanz des Systems der Schaltelemente zwischen Spule und Vorverstärker angesehen werden. Die Impedanz des Systems aus Anpassungsnetzwerk und erster Spulenwicklung ist dabei kleiner als eine Eingangsimpedanz des ersten Vorverstärkers. Der Betrag der Impedanz kann dabei beispielsweise um den Fak- tor 2, 5, 10, 20, 50, 100 oder höher kleiner sein.

Das Anpassungsnetzwerk ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Änderung der durch Spulenwicklung und Anpassungsnetzwerk am Vorverstärker anliegenden Quellenimpedanz. Indem die Impedanz des Systems aus Spulenwicklung und Anpassungsnetzwerk kleiner als die Eingangsimpedanz des Vorverstärkers ist, erzeugt ein Rauschstrom des Vorverstärkers bei einem Verstimmen der ersten Spulenwicklung eine geringere Erhöhung des Rauschens. Auf vorteilhafte Weise kann so eine Lokalspulenmatrix gegen Ver- Stimmung der Resonanzfrequenzen durch den Patienten oder durch Geometrieänderungen unempfindlich gemacht werden.

In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix ist das Anpassungsnetzwerk so ausgelegt, dass ein durch einen Rauschstrom des ersten Vorverstärkers an der Impedanz des Systems aus Anpassungsnetzwerk und erster Spulenwicklung bei einer Verstimmung der ersten Spulenwicklung verursachte Anstieg des Rauschens im Signal kleiner einem vorbestimmten Grenzwert ist.

Die Verstimmung kann beispielsweise mehr als 0,1%, 1%, 2 oder 10% der Resonanzfrequenz, d.h. der Larmorfrequenz des Magnetresonanztomographen betragen. Bei einer Verstimmung nimmt unter anderem die durch den Rauschstrom des Vorverstärkers an der Impedanz des Systems aus Anpassungsnetzwerk und Spulenwicklung hervorgerufene Rauschspannung zu. Der vorbestimmte Grenzwert kann beispielsweise eine Zunahme des Rau ^¬ schens um 1 dB, 3 dB, 6dB oder 12 dB gegenüber dem Rauschsignal bei der Resonanzfrequenz sein

In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist der Vorverstärker einen E-PHEMT aufweist (Enhancement mode Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor) .

Der E-PHEMT ist ein Transistortyp mit einem besonders niedri ^¬ gen Eigenrauschen. Das besonders niedrige Eigenrauschen erlaubt es auf vorteilhafte Weise, eine Verschlechterung des Signal-zu-Rauschverhaltens (SNR) ohne Verstimmung der Spulen ^¬ wicklung durch die Breitbandanpassung gegen einen reduzierten Anstieg des Rauschens bei Verstimmung der Spulenwicklung einzutauschen, ohne im Idealfall ohne Verstimmung eine Reduzie ^¬ rung der Bildqualität gegenüber Vorverstärkern mit herkömmlichen Transistoren zu verursachen. Damit wird die Handhabung und das Design der Lokalspulen vereinfacht und die Bildquali ^¬ tät reproduzierbarer.

Es ist auch denkbar, dass ein besonders niedriges Rauschen durch eine Kühlung des Vorverstärkers erreicht wird, alterna- tiv oder in Verbindung mit besonders rauscharmen Transistortypen .

in einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix ein über eine Steuerverbindung einstellbares erstes Anpassungsnetzwerk in Signalverbindung mit der ersten Spulenwicklung auf. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix auch ein über eine Steuerverbindung einstellbares zweites Anpassungs ^¬ netzwerk in Signalverbindung mit der zweiten Spulenwicklung auf, wobei in diesem Fall das erste Anpassungsnetzwerk und das zweite Anpassungsnetzwerk vorzugsweise unabhängig voneinander sind.

Ein einstellbares Anpassungsnetzwerk ermöglicht auf vorteil- hafte Weise, die Empfangseigenschaften der Lokalspulenmatrix auf unterschiedliche Bedingungen, beispielsweise unterschied ^¬ liche Abstände zum Körper des Patienten oder eine andere Phy ^¬ siognomie anzupassen. In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix ist das einstellbare erste Anpassungsnetzwerk ausgelegt, die erste Resonanzfrequenz der ersten Spulenwicklung und/oder die Breitbandanpassung des ersten Vorverstärkers zu verändern. Beispielsweise kann eine spannungsverän- derliche Kapazität wie eine PIN-Diode in dem Anpassungsnetz ^¬ werk vorgesehen sein. Vorzugsweise gilt das gleiche für das zweite Anpassungsnetzwerk und den zweiten Vorverstärker.

Eine einstellbare Resonanzfrequenz und/oder Breitbandanpas- sung ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, die Empfindlich ^¬ keit der Lokalspulenmatrix auf eine durch das Magnetfeld vorgegebene Larmorfrequenz zu optimieren.

In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lo- kalspulenmatrix ist das Anpassungsnetzwerk ausgebildet, eine vorbestimmte Schwingungsmode in Abhängigkeit von einer Ein ^¬ stellung über die Steuerverbindung in den Signalen der ersten Spulenwicklung und der zweiten Spulenwicklung auszuwählen. Beispielsweise können durch geeignete Einstellung von verän- derlichen Kapazitäten bestimmte Moden bevorzugt werden. Die einzelnen Moden unterscheiden sich in der Resonanzfrequenz, sodass beispielsweise das Anpassungsnetzwerk die Resonanzfre ^¬ quenz einer Mode beeinflussen und in Übereinstimmung mit der Larmorfrequenz bringen kann. Diese Mode trägt dann in erhöh- tem Maß zum Empfangssignal der Lokalspulenmatrix bei. Als be ^¬ vorzugt in dem Signal kann dabei beispielsweise angesehen werden, wenn eine Amplitude der bestimmten Mode in dem Signal um mindestens 1 dB, 3 dB, 6 dB oder 12 dB gegenüber Amplituden anderer Moden angehoben wird.

Auf vorteilhafte Weise können durch eine Auswahl bestimmter Moden beispielsweise bestimmte zu untersuchende Regionen in unterschiedlicher Tiefe mit besserer Signalqualität erfasst werden, indem Moden mit maximaler Sensitivität in dieser Region bevorzugt werden. In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weisen die erste Spulenwicklung und eine zweite Spulenwicklung ein gemeinsames Spulenleitersegment und ein Entkopplungselement auf. Beispielsweise können die Spu ^¬ lenwicklungen in Form einer „8" ausgeführt sein. Als Entkopp- lungselement kann dann eine Kapazität in einem gemeinsamen

Leiterstück eingefügt sein, das in der Mitte der „8" angeord ^¬ net ist. Das Anpassungsnetzwerk ist dabei einstellbar, eine Schwingungsmode aus den Signalen der ersten Spulenwicklung und der zweiten Spulenwicklung zu bevorzugen, bei der ein Strom durch das Entkopplungselement reduziert ist.

Über eine geeignete Einstellung variabler Kapazitäten in dem Anpassungsnetzwerk kann so auf vorteilhafte Weise beispiels ^¬ weise eine Schwingungsmode der ersten und zweiten Spulenwick- lung ausgewählt werden, für die der Einfluss des Entkopp ^¬ lungselements z.B. durch ohmsche oder dielektrische Verluste auf das auszuwertende Signal minimiert ist.

In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lo- kalspulenmatrix weist die erste Spulenwicklung ein erstes leitendes Segment und ein zweites leitendes Segment auf, die elektrisch voneinander isolierte sind. Beispielsweise können das erste und das zweite Spulensegment als Leiterbahn auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen eines Substrats angeord- net sein. Das erste leitende Segmente und das zweite leitende Segment weisen jeweils eine Fläche auf, die in Projektion senkrecht zu den Oberflächen miteinander überlappen und voneinander isoliert sind. Mit dem dazwischenliegenden Substrat oder einem anderen verlustarmen Dielektrikum dazwischen bilden die beiden überlappenden Flächen der Leitersegmente eine Kapazität zwischen den beiden Leitersegmenten. Auf vorteilhafte Weise bilden die überlappenden Leiterflächen mit dem Dielektrikum eine verlustarme Kapazität, die eine Spulenwicklung mit hoher Güte ermöglicht.

In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lo- kalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix eine Signalleitung zum Anschluss an einen Magnetresonanztomographen mit einer ohmschen Mantelwellensperre auf.

Bei niedrigerer Magnetfeldstärke und einer daraus resultie- renden niedrigeren Larmorfrequenz ist eine Einkopplung eines Anregungspulses des Magnetresonanztomographen in eine Signal ^¬ leitung bei gleicher Länge geringer. Es ist daher auf vorteilhafte Weise möglich, eine ohmsche Mantelwellensperre vor ^¬ zusehen, die auch keine genaue Abstimmung auf eine bestimmte Frequenz erfordert.

In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix eine Signalleitung zum Anschluss an einen Magnetresonanztomographen mit ei- ner symmetrischen Zweidrahtleitung auf. Vorzugsweise ist die Lokalspule ausgelegt, über beide Leiter der Zweidrahtleitung jeweils ein Resonanzsignal der Kernspins zu übertragen. Als symmetrische Zweidrahtleitung wird dabei ein Paar von Leitern angesehen, die einem vorbestimmten Abstand zueinander, durch ein Dielektrikum voneinander isoliert, geführt werden. Die beiden Leiter sind vorzugsweise von einer gemeinsamen leitenden Abschirmung umgeben. Beispiele für derartige Zweidraht ^¬ leitungen sind CAT-Kabel in der LAN-Verkabelung, die paarweise verdrillte Leiterpaare und eine gemeinsame Abschirmung aufweisen.

Auf vorteilhafte Weise ermöglicht eine niedrigere Larmorfre- quenz und auch eine damit verbundene geringere Einkopplung aus den Anregungspulsen die Verwendung kostengünstiger symmetrischer Zweidrahtleitungen zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen zwischen Lokalspulenmatrix und Magnetresonanztomograph .

In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix eine Signalleitung zum Anschluss an einen Magnetresonanztomographen auf. An der Signalleitung ist ein Steckverbinder vorgesehen mit einer Mehrzahl an Signalkontakten. In dem Steckverbinder ist eine Mehrzahl an Signalkontakt von einer Mehrzahl an Massekontakten umgeben. Mit anderen Worten, in zwei, drei oder mehr unterschiedlichen Richtungen in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung ist, in die der Steckverbin- der mit einem entsprechenden Gegenstück zur Kontaktgabe zusammengeführt wird, sind die nächsten Nachbarn eines Signal ^¬ kontaktes Massekontakte. Vorzugsweise ist jeweils zwischen einem Signalkontakt und einem benachbarten Signalkontakt ein Massekontakt angeordnet.

Auf vorteilhafte Weise bildet die erfindungsgemäße Anordnung von Signalkontakten umgeben von Massekontakten einen Koaxial- anschluss nach, was insbesondere bei den niedrigen Frequenzen unterhalb von 30 MHz eines erfindungsgemäßen Magnetreso- nanztomographen auf kostengünstige Weise aufwändige Koaxi ^¬ alstecker ersetzt.

In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist dieser eine Magnetfeldkamera mit einer Yttrium-Eisen-Granat- (YIG) Probe auf. Eine YIG-Probe weist eine Elektronen-Spin-Resonanz auf, die bei beispiels ^¬ weise bei einer niedrigen B0-Magnetfeidstärke des erfindungs ^¬ gemäßen Magnetresonanztomographen im Bereich von 20 bis 30 GHz liegt und durch kommerziell erhältliche Technik empfang- bar ist.

Auf vorteilhafte Weise ist durch die gegenüber herkömmlichen Magnetresonanztomographen mit Feldkameras auf Kernspinreso- nanz höhere Frequenz der Rauschabstand einer Feldkamera mit YIG-wesentlich besser und leichter auszuwerten, während eine Verwendung einer YIG-Probe bei herkömmlichen Magnetresonanztomographen mit BO-Feldern von 1,5 T, 3 T oder mehr auf- grund der zu hohen Elektronenspin-Resonanzfrequenz nicht mehr mit kommerziell erhältlichen Mitteln möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren teilt die Vorteile der erfin ^¬ dungsgemäßen Lokalspulenmatrix und des erfindungsgemäßen Mag- netresonanztomographen .

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbin- dung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix;

Fig. 3 eine Signalverbindung einer erfindungsgemäßen Lokalspule;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Spule und eines

Vorverstärkers einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix;

Fig. 5 ein schematisches Ersatzschaltbild für Fig. 4 zur

Abschätzung des Rauschverhaltens;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines beispielhaften

Anpassungsnetzwerkes einer erfindungsgemäßen Lo ^¬ kalspulenmatrix . Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungs ^¬ form eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1. Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. in einem Körper eines Patienten 40 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich ist in einem Pati- ententunnel 16 angeordnet, der sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. In der bevorzugten Aus ^¬ führungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 handelt es sich bei dem Feldmagneten 11 um einen supraleitenden Magneten, der magnetische Felder mit einer magneti- sehen Flussdichte von 1 T oder weniger bereitstellen kann. Die relativ niedrige Feldstärke reduziert auf vorteilhafte Weise die Größe und Materialaufwand für den Feldmagneten ein ^¬ schließlich der laufenden Betriebskosten. Prinzipiell können auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden.

Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Untersuchungsvolumen dem Magnetfeld B0 variable Magnetfelder in drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 sind üblicherweise Spulen aus normalleitenden Drähten, die zueinander orthogonale Felder in dem Untersuchungsvolumen erzeugen können. Die Magneteinheit 10 weist ebenfalls eine Körperspule 14 auf, die dazu ausgelegt ist, ein über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 40 emittierte Resonanzsignale zu emp ^¬ fangen und über eine Signalleitung abzugeben. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph eine oder mehrere Lokalspulenmatrizen 50 auf, die in dem Patiententunnel 16 nahe am Patient 40 angeordnet sind.

Eine Steuereinheit 20 versorgt die Magneteinheit 10 mit den verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 und wertet die empfangenen Signale aus. So weist die Steuereinheit 20 eine Gradientenansteuerung 21 auf, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zu ^¬ leitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die erwünschten Gradientenfelder in dem Untersu- chungsvolumen bereitstellen.

Weiterhin weist die Steuereinheit 20 eine Hochfrequenzein ^¬ heit 22 auf, die ausgelegt ist, einen Hochfrequenz-Puls mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf, Amplitude und spektra- 1er Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 40 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden. Die Hochfrequenzeinheit 22 weist dazu einen Hochfrequenzgenerator auf, der beispielsweise als Frequenzsynthesizer implementiert sein kann, der durch numerische Werte gesteuert wird. Die einzelnen Einheiten sind über einen Signalbus 25 untereinander verbunden.

Das von der Hochfrequenzeinheit 22 erzeugte Hochfrequenzsig- nal wird über eine Signalverbindung der Körperspule 14 zuge ^¬ führt und in den Patiententunnel 16 abgestrahlt. Denkbar ist aber auch ein Aussenden des Hochfrequenzsignals über eine Lo ^¬ kalspule, die an dem Patienten angeordnet ist, möglicherweise auch über die Lokalspulenmatrix 50.

Die Lokalspulenmatrix 50 empfängt dann vorzugsweise ein Mag ^¬ netresonanzsignal aus dem Körper des Patienten 40, denn auf ^¬ grund des geringen Abstandes ist das Signal-zu- Rauschverhältnis (SNR) der Lokalspulenmatrix 50 besser als bei einem Empfang durch die Körperspule 14. Das von der Lokalspulenmatrix 50 empfangene MR-Signal wird in der Lokalspu ^¬ lenmatrix 50 aufbereitet und an die Hochfrequenzeinheit 22 des Magnetresonanztomographen 1 zur Auswertung und Bilderfassung weitergeleitet. Vorzugsweise wird dazu ebenfalls die Signalverbindung 70 genutzt, es sind aber auch separate Sig ^¬ nalverbindungen oder eine drahtlose Übertragung denkbar. Es ist ebenso denkbar, dass für das Empfangen eigene Lokalspu ^¬ lenmatrizen 50 oder andere Antennen vorgesehen sind. Fig.2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungs ^¬ form einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50. Die Lokalspulenmatrix 50 weist eine erste Spulenwicklung 51 und ei- ne zweite Spulenwicklung 52 auf. Jeweils mit den Spulenwicklungen 51, 52 verbunden sind ein erster Vorverstärker 53 und ein zweiter Vorverstärker 53, die jeweils die durch die Spulenwicklungen 51, 52 empfangenen Magnetresonanzsignale verstärken. Bei dem ersten und dem zweiten Vorverstärkern 51, 52 handelt es sich um rauscharme Vorverstärker, die auch als LNA (low noise amplifier) bezeichnet werden. Üblicherweise werden im Stand der Technik die erste Spulenwicklung 51 und die zweite Spulenwicklung 52 resonant auf die Frequenz des Mag ^¬ netresonanzsignals, die Larmorfrequenz , abgestimmt. Auf diese Weise wird die Signalamplitude maximiert. Der erste Vorver ^¬ stärker 53 und der zweite Vorverstärker 54 werden dabei an die Impedanz der Spulenwicklungen 51, 52 angepasst, um ein optimales Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzielen und nicht durch Reflexion einen Signalanteil zu verlieren.

Im Fall von relativ niedrigen statischen Magnetfeldern B0 wie bei der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50, beispielsweise bei Werten von 1 T oder weniger, ist auch die Larmorfre- quenz proportional zu dem statischen Magnetfeld B0 kleiner. Mit der abnehmenden Larmorfrequenz verringert sich aber auch in noch größerem Maß die Absorption für elektromagnetische Wechselfelder dieser Frequenz im menschlichen Körpergewebe. Die durch die erste Spulenwicklung 51 und die zweite Spulenwicklung 52 gebildeten Schwingkreise weisen daher bei der An- wendung am Patienten eine wesentlich geringere Dämpfung bei der Larmorfrequenz auf als bei Magnetresonanztomographen mit 1,5 T oder 3 T. Durch übergreifende magnetische Wechselfelder stehen dabei die Spulenwicklungen 51, 52 miteinander in Wechselwirkung, was zu einer Kopplung der Spulenresonanzen führt, die mit abnehmender Dämpfung durch das Körpergewebe bei nied ^¬ rigeren Frequenzen zunimmt. Als Folge der Kopplung der Spulenwicklungen 51, 52 weist das gekoppelte System eine Auf ^¬ spaltung der Resonanzfrequenzen coO auf zwei unterschiedliche Werte col und co2 auf. Der erste Vorverstärker 53 und den zweite Vorverstärker 54 der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 sind daher nicht mehr auf die Larmorfrequenz in ihrer Anpassung optimiert, sondern unter einer reduzierten Emp- findlichkeit bei genau der Larmorfrequenz auf eine erhöhte Empfindlichkeit bei den Frequenzen col und co2. Im Stand der Technik ist dann bei einer schmalbandigen Anpassung die Empfindlichkeit bzw. das Signal-zu-Rauschverhältnis für Mag ^¬ netresonanzsignale bei der Larmorfrequenz stark reduziert, beispielsweise um 6 oder 12 dB.

Die erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix 50 hingegen weist eine Breitbandanpassung auf. Eine Abweichung der ersten und oder zweiten Resonanzfrequenz von der Larmorfrequenz um 100 kHz, 200 kHz oder 500 kHz führt dabei lediglich zu einer Verringe ^¬ rung des Signal-zu-Rauschabstandes (SNR) bei der Larmorfre- quenz an dem Vorverstärker um weniger als 1 dB, 2 dB oder 3 dB. Ein derartiges Verhalten lässt sich beispielsweise durch eine gezielte Fehlanpassung erreichen. Dieses wird im Sinne der Erfindung als Breitbandanpassung des Verstärkers bezeichnet .

Die Breitbandanpassung lässt sich beispielsweise auch durch eine Messung des Stehwellenverhältnisses (SWR) überprüfen, das mittels Richtkopplern durch Messung der eingehenden und der reflektierten Hochfrequenzleistung am Eingang des Vorverstärkers bestimmt werden kann. Das Stehwellenverhältnis weicht dabei merklich von dem idealen Wert 1 ab und ist bei ^¬ spielsweise größer als 1,5, 2, 3 oder 5. Das Stehwellenver- hältnis lässt sich auch rechnerisch aus den komplexen Impedanzen einerseits des Vorverstärkers und andererseits des Systems aus Spulenwicklung und Anpassungsnetzwerk bestimmen. Eine Breitbandanpassung entspricht dabei Abweichungen des Betrages der Impedanz des Systems aus Spulenwicklung und Anpas- sungsnetzwerk von dem Betrag der Eingangsimpedanz des Vorverstärkers um mehr als 20%, 70%, 200% oder 300%. In Fig. 2 sind denkbare Anpassungsnetzwerk 55, 56 für einen Vorverstärker 53, 54 einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 dargestellt. Zwischen der ersten Spulenwicklung 51 und dem ersten Vorverstärker 53 ist ein erstes Anpassungsnetzwerk 55 angeordnet. Das erste Anpas ^¬ sungsnetzwerk 55 ist hier als variables PI-Filter dargestellt, es sind aber auch andere Schaltungen zur Anpassung denkbar, beispielsweise Serien- oder Resonanzkreise. In der Ausführungsform der Fig. 2 sind dabei eine oder beide Kapazi- täten des PI-Filters einstellbar. Vorzugsweise erfolgt eine

Abstimmung durch eine Lokalspulensteuerung 57, um die Abstimmung der Lokalspule beispielsweise unterschiedlichen Anord ^¬ nungen an einem Patienten anpassen zu können. Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Steuerspannungen an PIN- Dioden als Kapazitäten erfolgen.

Als Anpassungsnetzwerk sind aber auch andere Schaltungen denkbar. So lässt sich eine Änderung der Anpassung auch beispielsweise durch Parallel- und/oder Serienkapazitäten errei- chen. Vorzugsweise sind diese als einstellbare Kapazitäten ausgelegt. Möglich wären aber auch komplexere Schaltungen wie beispielsweise Hilfsschwingkreise, die mit dem von der Spu ^¬ lenwicklung gebildeten Resonanzkreis gekoppelt sind. In einem erfindungsgemäßen Verfahren stellt die Steuerung 20 des Magnetresonanztomographen 1 das einstellbare Anpassungs ^¬ netzwerk 55, 56 derart ein, dass eine Breitbandanpassung der Spulenwicklung 51, 52 an den Vorverstärker 53, 54 erfolgt. Es wäre beispielsweise denkbar, dass durch Variation der Ein- Stellung des Anpassungsnetzwerkes 55, 56 das empfangene Sig ^¬ nal optimiert wird. Denkbar wären auch zusätzliche Sensoren, beispielsweise zur Messung der Impedanz, des Stehwellenverhältnisses oder auch der Geometrie der Anordnung, mittels de ^¬ rer eine vorbestimmte Breitbandanpassung erzielt werden kann. Möglich ist auch die Verwendung von gespeicherten Einstellungswerten durch die Steuerung, insbesondere um die nachfolgend erläuterten Schwingungsmodi einzustellen. Auf vorteilhafte Weise wirkt ein einstellbares Anpassungs ^¬ netzwerk 55, 56 auch auf die Schwingungsmoden der Spulenwicklungen 51, 52 zurück. So ist es in einer Ausführungsform denkbar, dass die Lokalspulensteuerung 57 und/oder die Steue- rung 20 ausgelegt sind, Einstellungen des oder der Anpas ^¬ sungsnetzwerke 55, 56 so vorzunehmen, dass eine Schwingungs ^¬ mode der beiden Spulenwicklungen mit vorbestimmter räumlicher Verteilung bevorzugt wird. Dies kann beispielsweise durch ei ^¬ ne Veränderung der Resonanzfrequenz einer Mode durch das An- passungsnetzwerk erreicht werden. Die einzelnen Moden unterscheiden sich in ihrer Resonanzfrequenz, sodass eine Mode, deren Resonanzfrequenz in Übereinstimmung mit der Larmorfre- quenz gebracht wird, besonders stark zum Magnetresonanzsignal beiträgt. Auf diese Weise kann beispielsweise der bevorzugte Erfassungsbereich der Lokalspulenmatrix 50 zwischen einem oberflächensensitiven und einem tiefensensitiven Modus umgeschaltet werden.

In einer Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Spu- lenwicklungen 51, 52 durch Entkopplungselemente 58 elektrisch miteinander verbunden sind. Jedoch sind die Entkopplungsele ^¬ mente auch mit elektrischen Verlusten behaftet, die die Empfindlichkeit der Lokalspulenmatrix 50 reduzieren. In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulen- matrix ist die Lokalspulensteuerung 58 und/oder die Steuerung 20 ausgelegt, durch geeignete Wahl der bevorzugten Schwingungsmode einen Stromfluss durch das Entkopplungselement zu reduzieren, sodass auch der Verlust reduziert und die Güte verbessert wird.

In Fig. 3 ist eine denkbare Ausführungsform einer Signalverbindung 70 einer erfindungsgemäßen Lokalspule 50 mit einer Steuerung 20 eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomogra ^¬ phen 1 schematisch dargestellt.

Die Signalleitung 70 weist einen ersten Leiter 71 und einen zweiten Leiter 72 auf, die als symmetrische Leiter ausgeführt sind. Die beiden Leiter 71, 72 sind dabei in einem vorbe- stimmten Abstand zueinander, durch ein Dielektrikum voneinander isoliert geführt. Die beiden Leiter 71, 72 sind von einer gemeinsamen Abschirmung 73 umgeben. Derartige Signalleitungen 70 mit symmetrischen Leitern 71,72 sind beispielsweise als CAT-Kabel in der LAN-Verkabelung günstig verfügbar. Üblicherweise werden dabei der erste Leiter 71 und der zweite Leiter 72 als symmetrisches Leitungspaar genutzt, um ein symmetrisches Signal zu übertragen. Die vorliegende Signalleitung 70, die Lokalspulenmatrix 50 und die Steuerung 20 sind vorzugs- weise jedoch dazu ausgelegt, die beiden Leiter 71 und 72 als getrennte Signalleiter für unterschiedliche asymmetrische Signale mit einer Bezugsmasse an der Abschirmung zu nutzen. Durch geeignete Wahl einer Länge der Signalleitung 70 und von sende- und empfangsseitigen Leitungsabschlüssen kann eine ausreichende Entkoppelung der asymmetrischen Signale erreicht werden, sodass keine kostenintensiven Koaxialleitungen verwendet werden müssen. Es ist aber auch eine Ausführungsform der Erfindung mit Signalübertragung über Koaxialleiter, optische Leiter oder auch drahtloser Übertragungstechnik denkbar.

Bei niedrigeren statischen Magnetfeldern B0 und damit verbundenen niedrigeren Larmorfrequenzen ist auch eine Ausbildung von stehenden Wellen auf einer Abschirmung der Signalleitung durch die relativ zur Leitungslänge größere Wellenlänge redu- ziert. Auf vorteilhafter Weise ist es daher bei der erfindungsgemäßen Signalleitung 70 auch möglich, anstelle von aufwändigen resonanten Mantelwellensperren auch einfache, ohm- sche Mantelwellensperren zu verwenden, wie sie durch die Unterbrechung in der Abschirmung 73 und den überbrückenden Wi- derstand 74 angedeutet ist.

Als Steckverbinder zwischen der Signalleitung 70 und der Steuerung 20 sind dabei auch kostengünstige Vielfach- Stecker/Buchsen denkbar, die eine Matrix aus Kontaktstiften bzw. Verbindungskontakten in einer zweidimensionalen Anordnung aufweisen. Dabei sind der erste Leiter 71 und der zweite Leiter 72 sowie die Abschirmung 73 derart mit den Kontakten des Steckers bzw. der Buchse verbunden, dass ein mit dem ers- ten Leiter 71 verbundener Kontakt von Kontakten umgeben ist, die ohmsch mit der Abschirmung verbunden sind. Das gleiche gilt für den zweiten Leiter 72. Insbesondere ist der Kontakt in Verbindung mit dem ersten Leiter 71 nicht unmittelbar ne- ben einem Kontakt in ohmscher Verbindung mit dem zweiten Leiter 72 angeordnet. Vorzugsweise ist hingegen zwischen diesen Kontakten zumindest ein weiterer Kontakt in ohmscher Verbindung mit der Abschirmung 73 angeordnet. Auf diese Weise wird die Abschirmung 73 auch über eine Steck ^¬ verbindung fortgesetzt und eine Wechselwirkung zwischen Signalleitern reduziert, ohne teure und aufwändig zu konfektio ^¬ nierende Koaxialstecker zu verwenden. In einer möglichen Ausführungsform der Spulenwicklungen 51, 52 ist es dabei denkbar, dass eine oder beide aus Hochtempe ^¬ ratursupraleitern gefertigt sind, um die Empfangsgüte zu ver ^¬ bessern. Denkbare Materialien wären beispielsweise Hochtempe ^¬ ratursupraleiter oder Carbon-Nanoröhrchen bzw. Graphen.

In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 sind die erste Spulenwicklung 51 und/oder die zweite Spulenwicklung 52 als Leiterbahnen auf einem flächigen Dielektrikum, beispielsweise eine starren oder flexib- len Leiterplatte angeordnet. Das Dielektrikum weist zwei ge ^¬ genüberliegende Oberflächen auf, auf denen jeweils eine Lei ^¬ terbahn angeordnet ist. Eine einzelne Spulenwicklung 71, 72 wird dabei jeweils durch zwei gegenüberliegende Leiterbahnen gebildet, die jeweils elektrisch mittels Querverbindungen, sogenannten Durchkontaktierungen, an einer oder mehreren

Stellen durch das Dielektrikum miteinander verbunden sind. Auf diese Weise wird die Oberfläche der Leiterbahnen in Hin ^¬ sicht auf Hochfrequenzleitung vergrößert, um Auswirkungen des Skin-Effekts zu reduzieren und die Güte der Spulenwicklung zu verbessern. Aufgrund der niedrigeren Larmorfrequenz bei dem niedrigeren statischen Magnetfeld sind vorteilhafter Weise die dielektrischen Verluste auch bei konventionellem Leiterplattenmaterial als Dielektrikum ausreichend gering. In möglichen Ausführungsformen der Lokalspulenmatrix 50 ist es aber auch denkbar, dass eine Spulenwicklung 51 mehrere ohmsch voneinander isolierte Spulensegmente aufweist, wobei mindestens zwei der Segmente auf gegenüberliegenden Oberflä ^¬ chen des Dielektrikums angeordnet sind. Die beiden Segmente überlappen dabei, d.h. eine Projektion eines Segments auf die gegenüberliegende Oberfläche des Dielektrikums senkrecht zur Oberfläche weist eine Schnittmenge mit dem zweiten Segment der Spulenwicklung auf. Die überlappenden Segmente mit dem dazwischenliegenden Dielektrikum bilden auf vorteilhafte Weise eine Kapazität, die in Reihe mit der Induktivität der An ^¬ tennenspule geschaltet ist.

Zur Kalibrierung und Homogenisierung der Magnetfelder werden sogenannte Magnetfeldkameras verwendet, bei denen für eine Probe über eine Bestimmung der Spin-Resonanzfrequenz die Stärke des Magnetfeldes bestimmt wird. Besonders einfach und kostengünstig lassen sich Magnetfeldkameras mit Proben aus einer Yttrium-Eisen-Granat-Verbindung (YIG) realisieren, das eine hohe Güte im Mikrowellenbereich und eine geringe Breite der Elektronenspin-Resonanz aufweist. Jedoch liegt die Elektronenspin-Resonanz für Magnetfelder von 1,5 T oder mehr im Bereich von mehreren 10 GHz und lässt sich nur mit hohem Aufwand auswerten. Bei dem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen mit einem statischen Magnetfeld B0 von 1 T oder weniger ist die Elektronenspin-Resonanz jedoch in einem Frequenzbereich, für den Auswertungsschaltungen technisch und kommerziell gut verfügbar sind. Der erfindungsgemäße Magnetreso ^¬ nanztomograph weist daher in einer Ausführungsform eine oder mehrere Magnetfeldkameras mit einer YIG-Probe auf.

Vorzugsweise ist die Steuerung 20 des Magnetresonanztomogra ^¬ phen 1 ausgelegt, mittels der Magnetfeldkamera das Magnetfeld an einem Ort im Patiententunnel 16 zu ermitteln, mit einem vorbestimmten Sollwert zu vergleichen und durch sog. Shimming auf den Sollwert zu bringen. Ein Shimming kann beispielsweise durch einstellbare Ströme in Korrekturspulen erreicht werden, die ein zusätzliches, überlagerndes Magnetfeld erzeugen.

In Fig. 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer ersten Spulenwicklung 51 und eines ersten Vorverstärkers 53. In der Fig. 4 sind dabei nicht alle Elementen dargestellt, wie bei ^¬ spielsweise eine Stromversorgung oder Vorwiderstände, um die Übersichtlichkeit zu verbessern. Nicht dargestellt sind auch schaltungstechnische Maßnahmen zur Verstimmung während eines Anregungspulses des Magnetresonanztomographen 1.

Die erste Spulenwicklung 51 der Fig. 4 weist dabei mehrere Windungen auf, exemplarisch sind zwei Windungen dargestellt. In der ersten Spulenwicklung sind Verlängerungskapazitäten 59 vorgesehen, mit denen die erste Spulenwicklung 51 auch bei kleinen Abmessungen von wenigen Zentimetern bei der Larmo- rfrequenz in Resonanz gebracht werden kann. Durch die Mehrzahl an Spulenwindungen kann die Impedanz der ersten Spulenwicklung 51 erhöht werden. Typische Größenordnungen für die Impedanzen sind einige Ohm bis zu zweistelligen Werten für

Spulen mit mehreren Windungen. Die Eingangsimpedanz typischer Vorverstärker mit rauscharmen FET-Transistoren wie beispielsweise E-PHEMT dagegen bewegt sich im Bereich von einigen Kiloohm.

Fig. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild für die Schaltung von Fig. 4 zum Abschätzen des von der Schaltung verursachten Rauschens. Die erste Spulenwicklung 51 wird dabei repräsentiert durch einen Realanteil der Impedanz, angegeben durch einen ohmschen Spulenwiderstand 81, und einen Imaginäranteil der

Impedanz, dargestellt durch den komplexen Anteil 83 der Spulenimpedanz .

Der erste Vorverstärker 53 wird bei der Rauschbetrachtung durch eine Rauschspannungsquelle 83 und eine Rauschstromquel ^¬ le 84 repräsentiert. Dabei erzeugt die Rauschstromquelle 84 eine reelle und damit störende Rauschspannung über den ohm ^¬ schen Spulenwiderstand 81. Die an dem komplexen Anteil 82 durch den Rauschstrom erzeugte imaginäre Rauschspannung trägt nicht zu einer störenden Rauschleistung bei.

Üblicherweise wird versucht, mittels eines ersten Anpassungs- netzwerkes 55 die Ausgangsimpedanz der ersten Spulenwicklung 51 bei Resonanz, d.h. der Larmorfrequenz , auf den gleichen Wert wie die Eingangsimpedanz des ersten Vorverstärkers 53 zu transformieren. So kann bei der auf der Larmorfrequenz reso- nanten ersten Spulenwicklung 51 ein optimaler Signal-zu- Rauschabstand erzielt werden.

Bei einer Lokalspulenmatrix 50 ist dieser ideale Zustand jedoch die Ausnahme, insbesondere wenn es sich um Lokalspulen ^¬ matrizen mit variabler Geometrie handelt. Durch die Wechsel- Wirkung mit dem Patienten 40 und benachbarten Spulenwicklungen in veränderlicher Lage wird die erste Spulenwicklung verstimmt. Durch die Verstimmung erfolgt eine Phasenverschiebung und der komplexe Anteil 82 der Spulenimpedanz erzeugt aus dem Rauschstrom der Rauschstromquelle 84 eine reelle Rauschspan- nung, die den Signal-zu-Rauschabstand verschlechtert. Dabei wird dieser Anteil durch die Impedanztransformation des ersten Anpassungsnetzwerkes 53 zu höheren Spannungswerten trans ^¬ formiert und trägt so überproportional zum Rauschen bei. Bei der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 erfolgt deshalb eine Breitbandanpassung, bei der von der idealen Anpassung von Spulenimpedanz zu Eingangsimpedanz des ersten Vorverstärkers 53 abgewichen wird. In der in Fig. 4 dargestell ^¬ ten Ausführungsform wird auf ein Anpassungsnetzwerk 53 mit einer Impedanztransformation verzichtet. Im Extremfall ist es dabei denkbar, dass die erste Spulenwicklung 51 nur eine einzige Windung aufweist. Durch die niedrige Signalspannung der ersten Spulenwicklung 51 ist dabei eine sehr hohe Verstärkung des ersten Vorverstärkers 53 bei einer extrem niedrigen

Rauschzahl des ersten Vorverstärkers 53 erforderlich, die beispielsweise bei Verwendung eine E-PHEMT als Transistor und/oder einer Kühlung des Verstärkers erreicht werden. Ein Kompromiss mit einem besseren SNR bei Resonanz und einem dennoch guten Verhalten bei Verstimmung kann erreicht werden, indem bei der Breitbandanpassung die Ausgangsimpedanz der ersten Spulenwicklung 51 erhöht wird, aber dennoch deutlich, d.h. um Faktoren oder Größenordnungen unter der Eingangsimpedanz des ersten Vorverstärkers 53 gehalten wird. Eine Mög ^¬ lichkeit sind mehrere Spulenwindungen bei der ersten Spulenwicklung 51. Beispielsweise erhöht eine zweite Spulenwindung die Impedanz der ersten Spulenwicklung 51 um den Faktor 4.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit, diesen Kompromiss auszuführen. Dabei ist in der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 ein Anpassungsnetzwerk 55, 56 vorgesehen, das keine optimale Anpassung zwischen Antennenimpedanz und Vorverstär- kereingangsimpedanz bei Resonanz vorsieht, sondern nur die Antennenausgangsimpedanz in Richtung der Vorverstärkereingangsimpedanz transformiert oder anhebt. Das optimale Ver ^¬ hältnis T (für Transformation) der Beträge von Vorverstärkereingangsimpedanz geteilt durch transformierter Antennenaus- gangsimpedanz hängt dabei von der Rauschzahl des ersten Vorverstärkers 53 ab. Je geringer diese ist, desto höher kann die Verstärkung durch den ersten Vorverstärker 53 sein, ohne das SNR bei Resonanz deutlich zu verschlechtern. Damit kann auch das Verhältnis T größer sein und das Vorverstärkerrau- sehen bei Verstimmung reduziert werden. Beispielhafte Werte für T können größer als 1000, 500, 200, 100 oder 50 sein.

Das in Fig. 6 beispielhaft dargestellte Anpassungsnetzwerk 55 ist für eine Frequenz von 64 MHz berechnet und transformiert eine Impedanz der ersten Spulenwicklung 51 von 0,8 Ohm in einen ausgangsseitigen Impedanzwert von 12 Ohm zum ersten Vorverstärker 53 hin. Insofern ist das Anpassungsnetzwerk vergleichbar der Impedanz einer Spulenwicklung mit mehreren (z.B. 4) Windungen. Es sind auch Varianten denkbar, bei denen Induktivitäten durch Kapazitäten ersetzt werden, beispielsweise die Spule zwischen Gate und Masse des Vorverstärkers. Dabei können aber Phasenverschiebungen auftreten. Die zu Fig. 4, 5 und 6 gemachten Betrachtungen gelten in gleicher Weise für die zweite Spulenwicklung 52, den zweiten Vorverstärker 54 und das zweite Anpassungsnetzwerk sowie für weitere Spulenwicklungen und Vorverstärker der erfindungsge- mäßen Lokalspulenmatrix.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .