DE10052192C2 - Polarisierende Antenne, insbesondere zur Verwendung in einem Magnetresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine polarisierende Antenne, insbeson­ dere zur Verwendung in einem Magnetresonanzgerät, zum Aus­ leuchten eines von der Antenne umschlossenen Abbildungsvolu­ men, mit mehreren Längsleitern, die mit gleichem Abstand pa­ rallel zu einer Achse angeordnet und mit elektrisch gekoppel­ ten Endringen abgeschlossen sind.

Vor allem bei der Kernspintomographie hängt die Qualität der Diagnostik von der artefaktfreien Wiedergabe der Pathologie im interessierenden Bereich, dem sogenannten "Field of view" ab. Zur Aufnahme des interessierenden Bereiches werden Anten­ nen verwendet. Mittels dieser Antennen werden Hochfrequenz­ signale empfangen, anhand welcher in an sich bekannter Weise die Bilder des interessierenden Bereiches erarbeitet werden. Ein Problem bei der Verwendung der Antennen zum Empfangen der Signale bereitet jedoch ein großes Ausleuchtungs- oder Abbil­ dungsvolumen, das sich negativ auf das Signal-zu-Rausch- Verhältnis auswirkt. Volumenspulen, die das Abbildungsvolumen bzw. das "Field of view" einschließen und um die es vorlie­ gend geht (z. B. eine Kopfspule), bilden es zwar möglichst ho­ mogen ab. Jedoch empfängt die Volumenspule mit großem Abbil­ dungsvolumen viel Rauschen, was zu einer Abnahme des Signal- zu-Rausch-Verhältnisses und damit zu einer Verschlechterung der Bildqualität führt. Eine Verkleinerung des Ausleuchtungs­ bereichs und damit des Messvolumens führt dagegen zu einer deutlichen Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses und damit zu einer Verbesserung der Bildqualität, da die Signale wesentlich weniger vom Grundrauschen beeinflusst sind.

Ziel ist es in jedem Fall, die Volumenspule, also z. B. die Kopfspule, in der der Kopf aufgenommen ist, möglichst nahe an den Untersuchungsbereich heranzubringen, das heißt, dass im Falle der Kopfspule diese den Kopf möglichst nahe und eng um­ schließt. Hier ergeben sich jedoch eine Reihe von Problemen. Zum einen sind z. B. der Kopf eines Kindes und der eines Er­ wachsenen unterschiedlich groß. Um für jede Kopfform und - größe eine optimale Spule verwenden zu können wäre es erfor­ derlich, mehrere Spulen unterschiedlicher Größe vorrätig zu halten, was aufwendig und kostenintensiv ist. Ein weiteres Problem besteht darin, dass mitunter in die Spule auch Unter­ suchungsgerätschaften wie beispielsweise ein stereotaktischer Rahmen zur parallelen Behandlung einzubringen sind. Diese Ge­ rätschaften wie beispielsweise stereotaktische Rahmen sind relativ groß, was dazu führt, dass die Kopfspule ebenfalls hinreichend bemessen sein muss.

Aus DE 33 23 657 A1 ist eine Vorrichtung für die Einstel­ lung einer Spule, die Teil eines Kernspin- oder NMR- Untersuchungsgeräts ist, bekannt, bei der zur Anpassung des Signalspulenraums eine Reihe vornehmlich motorisch angetrie­ bener mechanischer Elemente vorgesehen sind, wie Spindeln o­ der Spannrollen etc., mit denen die Spulengeometrie und Lei­ terlänge zur Anpassung verändert werden kann. Die Spulen und Leiter sind mit diesen mechanisch bewegbaren Elementen ver­ bunden und können hierüber zur Anpassung verschoben werden.

Aus DE 36 35 006 A1 ist eine Sonde für ein Magnetresonanzabbil­ dungsgerät bekannt, die zwei Spulenelemente aufweist, die ü­ ber eine Scharnierverbindung bezüglich einander verschwenkt werden können. Hierdurch kann das umschlossene Volumen vari­ iert werden. Aus DE 44 30 646 A1 ist ferner eine HF-Sonde mit einer ersten Spule und einer zweiten Spule, die im Raum eines Magnetfelds einander gegenüberstehend angeordnet sind und von einem Objekt emittierte Kernspinresonanz-Signale messen, be­ kannt. Bei dieser Sonde ist eine Einrichtung zum Ändern des Abstands zwischen der ersten und der zweiten Spule sowie eine Einrichtung zum zumindest teilweisen Kompensieren der Hochfrequenzkopplung zwischen der ersten und der zweiten Spu­ le abhängig vom Abstand zwischen den beiden Spulen vorgesehen.

Die Spulen sind an geeigneten, bezüglich einander verschieb­ baren Halteteilen angeordnet und können durch geradlinige Verschiebung der Halteteile aufeinanderzu- oder voneinander­ wegbewegt werden, sodass hierüber der von den Spulen um­ schlossene Raum variiert werden kann.

Weiterhin ist aus DE 195 09 371 C2 eine veränderbare Antenne für ein Magnetresonanzgerät bekannt, mit einem Antennenlei­ ter, der an verschieden große Untersuchungsgebiete anpassbar ist, wozu ein Bereich des Antennenleiters in Leiterstücke aufgeteilt ist, welche wiederum über kapazitive Elemente dau­ erhaft miteinander verbunden sind, wobei die Leiterstücke und die kapazitiven Elemente abwechselnd in Reihe geschaltet sind. Die Leiterstücke sind mit dem übrigen Antennenleiter über lösbare elektrische Verbindungsmittel verbindbar. Hier werden bei einer Änderung der Länge des gesamten Antennenlei­ ters gleichzeitig mit der damit verursachten Änderung der In­ duktivität kapazitive Elemente hinzugefügt bzw. herausgenom­ men. Die Resonanzfrequenz bleibt erhalten, jedoch kann der Umfang der Antenne variiert werden.

Schließlich ist aus US 6,100,691 A eine "Birdcage"-Antenne bekannt, deren Längsleiter nach außen konvex gebogen sind.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine polari­ sierende Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die eine Anpassung des Abbildungsvolumens an den zu untersuchen­ den Körperbereich ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer polarisierenden An­ tenne mit den vorgenannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgese­ hen, dass die Endringe um die Achse bezüglich einander verdrehbar sind, wobei die Längsleiter beim Verdrehen der Endringe bezüglich der Endringe verkippbar sind.

Durch die erfindungsgemäß realisierte Verdrehbarkeit der End­ ringe ist es möglich, das von der Volumenspule umschlossene Abbildungsvolumen ausgehend von einem Maximalvolumen zu ver­ kleinern und damit anzupassen. Beim Verdrehen der Endringe werden die sich zwischen den Endringen erstreckenden Längs­ leiter bezüglich der Endringe verkippt. Sie stehen dann nicht mehr senkrecht auf den Endringen, sondern unter einem ver­ drehwinkelabhängigen Winkel und verlaufen schräg bezüglich der Endringebenen. Dies führt dazu, dass das von den Längs­ leitern umschlossene Abbildungsvolumen verkleinert wird. Es ist mit der erfindungsgemäßen Antenne also möglich, mit ein und derselben Antenne beispielsweise den Kopf eines Erwachse­ nen zu untersuchen, wofür das maximale Abbildungsvolumen erforderlich ist, gleichwie auch ein Kinderkopf untersucht wer­ den kann. Hierzu sind lediglich die Endringe etwas bezüglich einander zu verdrehen und das Volumen zu verkleinern, die Längsleiter verlaufen dann wesentlich näher zum Kopf des Kin­ des, so dass wesentlich weniger Grundrauschen mit aufgenommen wird und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis auch hier verbessert ist. Es sind also nicht mehrere Antennen für unterschiedliche Größen des Untersuchungsbereichs zu bevorraten, gleichermaßen ist auch die Möglichkeit gegeben, zusätzliche Gerätschaften wie beispielsweise einen stereotaktischen Rahmen mit in die Antenne einzuschieben, sowie bei Fehlen dieses Rahmens die Antennengeometrie und damit das Abbildungsvolumen dem zu un­ tersuchenden Körperbereich anzupassen.

Die Längsleiter können erfindungsgemäß geradlinig sein, d. h. sie laufen in einer Ebene von Endring zu Endring. Bei einer solchen Leiterkonfiguration bildet die Antenne bei Verdrehen der Endringe ein Rotationshyperboloid. Alternativ dazu können die Längsleiter auch konvex nach außen gebogen sein (ausge­ hend vom maximalen Abbildungsvolumen). In diesem Fall hat die Antenne im unverdrehten Zustand eine fassartige Form. Bei Verkleinerung des Abbildungsvolumens durch Verdrehen der End­ ringe nähert sich die Antennenform immer mehr der Zylinder­ form an.

Die Längsleiter sind zweckmäßigerweise als Bandleiter, gege­ benenfalls geschlitzt, ausgebildet, die über schmale Verbin­ dungsleitungen mit den Endringen gekoppelt sind. Die schmalen Verbindungsleitungen lassen auf einfache Weise ein Verkippen der Längsleiter bezüglich der Endringe ohne Beeinträchtigung der Leitungsverbindung zu. Natürlich sind auch andere Kopp­ lungen denkbar, so lange die Verdrehmöglichkeit ohne Beein­ flussung der Leitungsverbindung gegeben ist.

Die Längsleiter und die Endringe sind zweckmäßigerweise in separaten Gehäuseabschnitten aufgenommen, wobei die die Längsleiter enthaltenden Gehäuseabschnitte bezüglich der die Endringe enthaltenden Gehäuseabschnitte verschwenk- und/oder verkippbar sind. Die Antenne selbst ist zweckmäßigerweise in ihrer jeweiligen Stellung arretierbar, so dass vermieden wird, dass sich das Abbildungsvolumen unbeabsichtigt während der Untersuchung ändert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Antenne mit geradlinigen Längsleitern im unverformten Zu­ stand,

Fig. 2 eine Prinzipskizze der Antenne aus Fig. 1 mit ver­ drehten Endringen,

Fig. 3 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Antenne mit konvex geformten Längsleitern, und

Fig. 4 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Antenne im Verbindungsbereich zweier Gehäuseabschnitte.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße polarisierende Antenne 1 einer ersten Ausführungsform als Prinzipskizze. Der Aufbau einer solchen Antenne, die in der Regel als HF-Birdcage-Spule ausgeführt ist, ist an sich bekannt, ein näheres Eingehen hierauf ist nicht erforderlich, zumal es für die Erfindung hierauf auch nicht ankommt. Prinzipiell besteht die erfin­ dungsgemäße Antenne 1 aus zwei Endringen 2, bei denen es sich bevorzugt um breite Kupferleiter handelt. Zwischen diesen beiden Endringen 2 erstrecken sich mehrere Längsleiter 3 (vorzugsweise ebenfalls in Form breiter Kupferleiter), die im gezeigten Ausführungsbeispiel geradlinig ausgebildet sind. Jeweils zwei Längsleiter 3 bilden ein Leiterpaar. Die Längs­ leiter sind über nicht gezeigte Kondensatoranordnungen in Resonanz bringbar, die Kondensatoranordnungen bilden jeweils Resonanzstellen.

Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um eine zirkular polarisierende Antenne, die als Volumenantenne aus­ gebildet ist. Sie besitzt ersichtlich einen zylindrischen Aufbau und umschließt ein zu untersuchendes Körperteil, z. B. den Kopf oder eine Extremität. Die Antenne 1 ist weitgehend symmetrisch zu einer Achse A, die durch die Mitte der kreis­ runden Endringe läuft und bezüglich welcher die Längsleiter 3 jeweils gleichmäßig verteilt und beabstandet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Antenne 1 ist es nun möglich, die beiden Endringe 2 bezüglich einander um die Achse A zu ver­ drehen, wie durch den Pfeil I dargestellt ist. Hierbei werden die Längsleiter je nach Verdrehwinkel um einen bestimmten Winkel α bezüglich der Endringe 2 verkippt. Insgesamt bildet die Antenne infolge der Verdrehung ein Rotationshyperboloid, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Aufgrund der Verdrehung und damit der Verkippung der Längsleiter 3 verkleinert sich das von der Antenne bzw. den Längsleitern umschlossene Abbil­ dungsvolumen, das auf diese Weise an die Größe des im Anten­ neninneren aufgenommenen Kopfes oder dergleichen angepasst werden kann.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Antenne 4. Diese entspricht im Aufbau der gemäß Fig. 3, auch hier sind zwei Endringe 5 und entsprechende Längsleiter 6 vorgesehen. In diesem Fall jedoch sind die Längsleiter 6 nicht geradlinig ausgebildet, sondern konvex nach außen ge­ wölbt, ausgehend von der unverdrehten Ausgangsstellung. Die unverformte Antenne 4 hat ein fassartiges Aussehen, sie um­ schließt ein fassartiges Abbildungsvolumen. Werden nun bei dieser Ausführungsform die Endringe 5 bezüglich einander um die Achse A verdreht, so werden auch hier die Längsleiter 6 bezüglich der Endringe verkippt. Hier werden die gewölbten Längsleiter 6 beim Verdrehen gleichzeitig auch "flachgelegt", d. h., je weiter verdreht wird, desto mehr nähert sich die An­ tennenform und damit das Abbildungsvolumen einer Zylinder­ form.

Schließlich zeigt Fig. 4 in Form einer Prinzipskizze einen Ausschnitt aus dem Verbindungsbereich eines Längsleiters mit einem Endring. Der Aufbau wird bezüglich der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben, er ist gleichermaßen für die Ausfüh­ rungsform nach Fig. 3 anwendbar. Der Endring 2 ist in oder an einem ersten, im Wesentlichen ringförmigen Gehäuseabschnitt 7 aufgenommen. Der Längsleiter 3 befindet sich in oder an einem zweiten Gehäuseabschnitt 8. Die beiden Gehäuseabschnitte 7, 8 sind, wie durch die Pfeile II, III angedeutet ist, ver­ schwenk- und verkippbar miteinander verbunden, was auf belie­ bige Weise realisiert sein kann. Denkbar sind Kugelgelenkver­ bindungen oder dergleichen. Wichtig ist, dass es ermöglicht wird, dass der Gehäuseabschnitt 8 verdrehungsbedingt bezüg­ lich des Gehäuseabschnitts 7 verkippt und verdreht werden kann. Der Längsleiter 8 und der Endring 2 sind über eine schmale Leitungsverbindung 9 miteinander verbunden. Hierdurch wird sichergestellt, dass die elektrische Kopplung des Längs­ leiters 3 und des Endrings 2, die beide als Bandleiter ausge­ bildet sind, während des Verdrehens nicht beeinflusst wird. Die Verbindungsleitung 9 ist schmal ausgeführt, beispielswei­ se als Draht oder Litze oder dergleichen, und kann einer be­ liebigen Verdreh- oder Verkippbewegung folgen. Die beiden Ge­ häuseabschnitte 7 und 8 sind weiterhin in der gewünschten Endstellung bezüglich einander arretierbar. Hierzu können Ar­ retiermittel vorgesehen sein, die unmittelbar in einem oder an mehreren Verbindungsabschnitten zweier Gehäuseabschnitte vorgesehen sind. Gleichermaßen ist es auch denkbar, die Ge­ häuseabschnitte über zusätzliche Arretiermittel, die bei­ spielsweise von außen an die Antenne angebracht werden, zu arretieren.

Claims (6)

1. Polarisierende Antenne zum Ausleuchten eines von der An­ tenne umschlossenen Abbildungsvolumens, mit mehreren Längslei­ tern, die mit gleichem Abstand parallel zu einer Achse ange­ ordnet und mit elektrisch gekoppelten Endringen abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Endringe (2, 5) um die Achse (A) bezüglich einander verdrehbar sind, wobei die Längsleiter (3, 6) beim Verdrehen der Endringe (2, 5) bezüglich der Endringe (2, 5) verkippbar sind.

2. Polarisierende Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsleiter (3) ge­ radlinig sind.

3. Polarisierende Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsleiter (6) konvex gebogen sind.

4. Polarisierende Antenne nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsleiter (3, 6) als Bandleiter ausgebildet sind, die über schmale Verbindungsleitungen (9) mit den Endringen (2, 5) gekoppelt sind.

5. Polarisierende Antenne nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsleiter (3, 6) und die Endringe (2, 5) in sepa­ raten Gehäuseabschnitten (7, 8) aufgenommen sind, wobei die die Längsleiter (3, 6) enthaltenden Gehäuseabschnitte (8) be­ züglich der die Endringe (2, 5) enthaltenden Gehäuseabschnit­ te (7) verschwenk- und/oder verkippbar sind.

6. Polarisierende Antenne nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (1, 4) in ihrer jeweiligen Stellung arre­ tierbar ist.