DE4128323A1 - Zirkular polarisierende lokalantenne fuer ein kernspinresonanz-bildgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lokalantenne zur Erzeugung und zum Empfang eines zirkularen magnetischen Hochfrequenzfeldes in einem Kernspinresonanz-Bildgerät mit zwei gegenüberliegend angeordneten Spulengruppen, die jeweils zwei Spulen umfassen, deren mittlere Spulenachsen in einem Winkel zueinander ange­ ordnet sind.

Im Kernspinresonanz-Bildgeräten werden zur Anregung der Kerne entweder linear oder zirkular polarisierte magnetische Hoch­ frequenzfelder verwendet. Ein lineares Feld kann man sich aus zwei gleich großen, gegenläufig zirkular polarisierten Feldern zusammengesetzt denken. Wirksam für die Anregung ist aber nur einer der beiden zirkularen Feldanteile. Das bedeutet, daß bei einer linear polarisierenden Antenne für eine gleiche Anregung theoretisch zweimal so viel Leistung benötigt wird als bei einer zirkular polarisierenden Antenne. Vorschriften zum Schutz des Patienten lassen nur eine maximale Sendeleistung zu. Das schränkt die möglichen Sequenzen ein, insbesondere die An­ zahl der abgetasteten anatomischen Schichten in einer vorgege­ benen Untersuchungszeit. Daher können mit zirkular polarisier­ ten Antennen in der gleichen Zeit theoretisch zweimal, prak­ tisch nicht ganz zweimal soviel Schichten abgetastet werden, wie mit einer linear polarisierenden Antenne.

Auch die Verwendung von zirkular polarisierenden Empfangsan­ tennen hat Vorteile. Eine zirkular polarisierende Empfangs­ antenne ist zusammengesetzt aus zwei linear polarisierenden Antennen, die im interssierenden Körperbereich das Kernspin­ resonanz-Nutzsignal aus zueinander orthogonalen Raumrichtungen empfangen. Die empfangenen Signale werden dann nach einer 90°- Phasenverschiebung eines Signals phasengleich addiert. Damit verdoppelt sind das Nutzsignal, während sich der Effektivwert des Rauschens um den Faktor 2 erhöht. Eine zirkular polari­ sierende Empfangsantenne hat damit gegenüber einer linear polarisierenden Empfangsantenne einen theoretischen Signal- Rausch-Gewinn von 2. Der Signal-Rausch-Gewinn erreicht in der Praxis jedoch nicht ganz den theoretischen Wert. Daraus ergibt sich, daß sowohl beim Senden als auch beim Empfang zirkular polarisierende Antennen Vorteile haben.

Eine zur Erzeugung und zum Empfang eines zirkular polarisierten Hochfrequenzfeldes vorgesehene sogenannte Ganzkörperantenne oder ein Bodyresonator ist in der DE-OS 31 33 432 offenbart. Auf einer gedachten Zylindermantelfläche befinden sich zwei gegenüberliegend angeordnete Spulengruppen, wobei die mittleren Spulenachsen der Spulen in einer Spulengruppe senkrecht auf­ einander stehen.

Zur Erzeugung eines zirkularen magnetischen Hochfrequenzfeldes werden die Spulen einer Spulengruppe mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen Hochfrequenzsströmen gespeist. Ein zu un­ tersuchender Patient wird zur Erstellung von Tomogrammen in Längsrichtung innerhalb der zylinderischen Spulenanordnung ge­ lagert, so daß sich die einzelnen Spulen oberhalb und unterhalb sowie zu beiden Seiten des Patienten befinden.

Ähnlich wie die oben beschriebene Ganzkörperantenne ist auch eine Lokalantenne zur Untersuchung des Kopfes aufgebaut, mit der ebenfalls zirkulare magnetische Hochfrequenzfelder erzeugt werden können. Im Unterschied zur Ganzkörperantenne kann die Kopfantenne in Zylinderlängsrichtung geöffnet werden. Nach Lagerung des Kopfes auf einem unteren Teil wird zur Untersu­ chung ein oberer Teil aufgesetzt und damit die Kopfantenne geschlossen. Auch bei dieser Antennenanordnung wird der zu un­ tersuchende Körperteil von der Antenne vollständig umschlossen.

Werden nun mit einer herkömmlichen Ganzkörperantenne Schnitt­ bilder des Oberkörpers und insbesondere der Herzgegend aufge­ nommen, so empfängt eine Ganzkörperantenne wegen ihrer großen Empfangsfläche auch Rauschsignale aus den übrigen Körperteilen. Das Signal-Rausch-Verhältnis wird somit bei Teiluntersuchungen verschlechtert. Daher werden für Teiluntersuchungen des Ober­ körpers auch linear polarisierte Antennen verwendet, obwohl ihr wirksamer Feldanteil geringer ist als der von zirkular polarisierten Antennen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, in einem Kern­ spinresonanz-Bildgerät die Bildgebung von Teilbereichen eines zu untersuchenden Körpers zu verbesseren und den Komfort bei der Untersuchung von Teilbereichen zu erhöhen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die mittleren Spulenachsen der Spulen in den Spulengruppen einen Winkel bilden, der we­ sentlich kleiner als 90° ist.

Unter mittlerer Spulenachse ist eine mit Hilfe einer Mittel­ wertbildung bestimmte Spulenachse gemeint, die bei einer symmetrischen Spule gleich der Symmetrieachse ist. Durch die Abweichung von der ansonsten idealen 90°-Anordnung der Spulen zueinander können nun die Abmessungen der Antenne an die Größe des Körperteils gut angepaßt werden. Die Körperteile werden von der Lokalantenne nicht mehr allseitig umschlossen. Damit emp­ fängt die Antenne auch keine Rauschanteile von Körperteilen, die nicht untersucht werden sollen. Eine Antenne, die den Patienten nicht vollständig umschließt, läßt sich besser handhaben. Außerdem fühlt sich der Patient wegen der nicht vollständigen Umschließung bei der Anwendung auch nicht so stark eingesperrt. Es ergeben sich somit ergonomische Vorteile und für den Patienten ein höherer Komfort. Gleichzeitig ist das Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Bildqualität ver­ bessert und die benötigte Sendeleitung ist reduziert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß sie Spulengruppen in im wesentlichen parallel gegenüber­ liegende Flächen angeordnet sind, so daß die Spulenachsen im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Diese Spulenanordnung ist besonders geeignet, Schnittbilder des Rumpfbereichs aufzunehmen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß sich die Spulen in den Spulengruppen teilweise über­ lappen. Die Überlappung ist so eingestellt, daß die Gegenin­ duktivität der Spulen untereinander nahezu verschwindet. Mit dieser Maßnahme ist die gegenseitige Beeinflussung der Spulen gering gehalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Spulen mit einer zylindrischen Spulenanordnung verbunden sind, deren Spulenachsen im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Mit einer derartigen Spulenanordnung lassen sich Schnittbilder aus dem Hals-Oberkörperbereich erzeugen, sie ist der Anatomie dieses Körperbereichs weitgehend angepaßt. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 4 Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Lokalantenne, bei der Spulen­ gruppen in parallel gegenüberliegenden Ebenen angeordnet sind;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die ebene Spulenanordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Lokalantenne, bei der die ebenen Spulen mit einer zylindrischen Spulenanordnung verbunden sind, deren Spu­ lenachsen im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen und

Fig. 4 die Anwendung der Lokalantenne nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht eine Lokalantenne mit zwei gegenüberliegend angeordneten Spulengruppen 2 und 4. Die Spu­ lengruppe 2 besteht aus zwei Spulen 6 und 8, die in einer ersten Ebene liegen. Die in einer zweiten Ebene liegende Spu­ lengruppe 4 besteht aus zwei Spulen 10 und 12. Die Spulen 6, 8 und 10, 12 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, wie in Fig. 2 zu erkennen ist. Für jede Spule 6, 8, 10, 12 kann eine mittlere Spulenachse oder Symmetrieachse 14 definiert werden, die bei den hier vorliegenden ebenen Spulen 6, 8, 10, 12 senkrecht auf dem Spulenquerschnitt steht und durch den Mit­ telpunkt verläuft. Bei der vorliegenden Lokalantenne, die be­ sonders für Teiluntersuchungen des Rumpfes geeignet ist, liegen die Spulenachsen 14 parallel zueinander. Damit kann die Lokal­ antenne dicht an den Untersuchunsbereich gebracht werden. In­ nerhalb der Spulengruppen überlappen sich die Spulen 6 und 8 sowie 10 und 12 an einer Seite des Rechtecks, um die Gegenin­ duktivität zwischen den Spulen 6 und 8 bzw. 10 und 12 niedrig zu halten. Ein Patient wird zwischen die beiden Spulengruppen 2 und 4 gelagert.

Fließt durch die Spulen 6 und 12 in jeweils gleicher Richtung ein Hochfrequenzstrom I₁, dann wird ein magnetisches Hoch­ frequenzfeld erzeugt, dessen Feldlinien 16 in der Anordnung näherungsweise diagonal von der Spule 6 zur Spule 12 verlaufen. Analog wird ein zweites Feld erzeugt, wenn durch die Spulen 8 und 10 ein Strom I₂ fließt. Dessen Feldlinien 17 verlaufen dann von der Spule 8 zur Spule 10. Innerhalb eines Bereichs 18 stehen die von den Spulen 6, 12 und 8, 10 erzeugten Feldlinien 16 bzw. 17 annähernd senkrecht aufeinander. Innerhalb des Be­ reichs 18 wird nun ein zirkulares magnetisches Hochfrequenzfeld erzeugt, wenn die Ströme I₁ und I₂ gegeneinander eine Phasen­ verschiebung von 90° aufweisen. Der Untersuchungsbereich, von dem Schnittbilder erzeugt werden sollen, muß innerhalb des Bereichs 18 gebracht werden. Beim Empfang wird eines der emp­ fanqenen Signale um 90° phasenverschoben und dann phasengleich addiert.

Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht auf die Lokalantenne, die Spulengruppe 2. Ein Umriß eines Patienten 19 ist gestrichelt gezeichnet. Die gegenüberliegende Spulengruppe ist nicht dar­ gestellt, sie ist jedoch deckungsgleich zur Spulengruppe 2 angeordnet. Fig. 2 zeigt die Lokalantenne in einer Anwendung als Angiographie-Antenne zur Untersuchung der Herzgegend. Die Spu­ len 6, 8, 10 und 12 besitzen einen quadratischen Querschnitt mit einer Kantenlänge von ca. 20 cm. Auch deutlich kleinere Abmessungen haben noch gute Empfangseigenschaften. Der Quer­ schnitt der Lokalantenne ist auf das Untersuchungsgebiet be­ schränkt. So werden Rauschanteile z. B. der Oberarme, die von einer Ganzkörperantenne mit erfaßt würden, von der Lokalspule nicht empfangen. Trotzdem können die Vorteile des zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfeldes genutzt werden. Die Spulenachsen 14 sind in der Draufsicht als Punkte darge­ stellt, sie liegen im Mittelpunkt der ebenen Spulen 6, 8, 10, 12. Die Spulen 6 und 8 bzw. 10 und 12 überlappen sich mit einer Kante.

Fig. 3 zeigt eine Lokalantenne, die zum einen einen Bereich mit Spulengruppen 2, 4 aufweist, die in parallel gegenüberliegen­ den Ebenen angeordnet sind - verdeutlicht durch einen Pfeil 20 - und zum anderen einen Bereich mit einer zylindrischen Spulenanordnung aufweist, deren Spulenachsen senkrecht auf­ einander stehen - verdeutlicht durch einen Pfeil 22. Die ebenen Spulengruppen und die zylindrische Spulenanordnung sind mit­ einander in einer Ebene verbunden, die durch die strichpunk­ tierten Linien 24 angedeutet ist. Die Spulenachsen des Bereichs 20 liegen gegenüber den Spulenachsen des Bereichs 22 um einen Winkel von 45° verdreht zueinander. Damit sind die zirkularen Felder beider Bereiche 20 und 22 im Untersuchungsbereich gleich ausgerichtet. Es kann eine gemeinsame Einspeisung oder ein ein­ ziger Abgriff für die diagonale gegenüberliegenden, ebenen Spulen und den dazugehörigen Spulen der zylindrischen Spulen­ anordnung 22 vorgesehen werden, wie in Fig. 3 für die Spulen 6 und 12 und die dazugehörigen zylindrischen Spulen dargestellt ist. Eine ebene Spule kann aber auch mit nur einer dazuge­ hörigen zylindrischen Spule verbunden sein, wie für die ebenen Spulen 8 und 10 dargestellt. Diese Spulenkombinationen können dann separat gespeist oder abgegriffen werden. Eine derartige Spulenanordnung eignet sich insbesondere zur Erzeugung von Schnittbildern im Oberkörper und Halsbereich, deren Anwendung in Fig. 4 schematisch dargestellt ist.

Claims (6)

1. Lokalantenne zur Erzeugung und zum Empfang eines zirkularen magnetischen Hochfrequenzfeldes in einem Kernspinresonanz-Bild­ gerät mit zwei gegenüberliegend angeordneten Spulengruppen (2, 4), die jeweils zwei Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) umfassen, deren mittlere Spulenachsen (14) in einem Winkel zueinander angeord­ net sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Spulenachsen (14) der Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) in dem Spulengruppen (2, 4) einen Winkel bilden, der wesentlich kleiner als 90° ist.

2. Lokalantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spulengruppen (2, 4) in im wesentlichen parallel gegenüberliegende Ebenen angeordnet sind, so daß die Spulenachsen (14) im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.

3. Lokalantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) in den Spulengruppen (2, 4) teilweise überlappen.

4. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spulen (6, 8, 10, 12) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

5. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spulen (6, 8, 10, 12) mit einer zylindrischen Spulenanordnung verbunden sind, deren Spulenachsen im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.

6. Verwendung der Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Angiographie-Antenne für den menschlichen Ober­ körper und Hals.