DE4128323C2 - Zirkular polarisierende Lokalantenne für ein Kernspinresonanz-Bildgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lokalantenne zur Erzeugung und zum Empfang eines zirkular polarisierten magnetischen Hoch­ frequenzfeldes in einem Kernspinresonanz-Bildgerät mit zwei gegenüberliegend angeordneten Spulengruppen, zwischen denen sich ein Untersuchungsraum befindet und die jeweils zwei Spu­ len umfassen, deren mittlere Spulenachsen in einem Winkel zu­ einander angeordnet sind, wobei zum Erzeugen des zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfeldes im Untersuchungsraum die von den Spulen einer Spulengruppe erzeugten Magnetfelder um 90° gegeneinander phasenverschoben sind und zum Empfangen des zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfeldes aus dem Untersu­ chungsraum die in den Spulen einer Spulengruppe induzierten Signale nach einer 90°-Phasenverschiebung gegeneinander über­ lagert werden.

In 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 Fel­ dern zusammengesetzt denken. Wirksam für die Anregung ist aber nur einer der beiden zirkularen Feldanteile. Das bedeu­ tet, daß bei einer linear polarisierenden Antenne für eine gleiche Anregung theoretisch zweimal so viel Leistung benö­ tigt wird wie bei einer zirkular polarisierenden Antenne. Vorschriften zum Schutz des Patienten lassen nur eine maxima­ le Sendeleistung zu. Das schränkt die möglichen Sequenzen ein, insbesondere die Anzahl der abgetasteten anatomischen Schichten in einer vorgegebenen Untersuchungszeit. Daher kön­ nen mit zirkular polarisierten Antennen in der gleichen Zeit theoretisch zweimal, praktisch nicht ganz zweimal so viele Schichten abgetastet werden, wie mit einer linear polarisie­ renden 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 interessierenden Körperbereich das Kernspin­ resonanz-Nutzsignal aus zueinander orthogonalen Raumrichtun­ gen empfangen. Die empfangenen Signale werden dann nach einer 90°-Phasenverschiebung eines Signals phasengleich addiert. Damit verdoppelt sich das Nutzsignal, während sich der Effek­ tivwert des Rauschens um den Faktor √2 erhöht. Eine zirkular polarisierende Empfangsantenne hat damit gegenüber einer li­ near polarisierenden Empfangsantenne einen theoretischen Si­ gnal-Rausch-Gewinn von √2. Der Signal-Rausch-Gewinn erreicht in der Praxis jedoch nicht ganz den theoretischen Wert. Da­ raus ergibt sich, daß sowohl beim Senden als auch beim Emp­ fang zirkular polarisierende Antennen Vorteile haben.

Eine zur Erzeugung und zum Empfang eines zirkular polarisier­ ten Hochfrequenzfeldes vorgesehene Antenne der eingangs ge­ nannten Art ist in der DE-OS 31 33 432 offenbart. Diese An­ tenne wird vorzugsweise als Ganzkörperantenne oder sogenannter Bodyreso­ nator eingesetzt. Auf einer gedachten Zylindermantelfläche befinden sich zwei gegenüberliegend angeordnete Spulengrup­ pen, wobei die mittleren Spulenachsen der Spulen in einer Spulengruppe senkrecht aufeinander stehen.

Zur Erzeugung eines zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfel­ des werden die Spulen einer Spulengruppe mit um 90° gegenein­ ander phasenverschobenen Hochfrequenzströmen gespeist. Ein zu untersuchender Patient wird zur Erstellung von Tomogrammen in Längsrichtung innerhalb der zylinderischen Spulenanordnung gelagert, so daß sich die einzelnen Spulen oberhalb und un­ terhalb 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 zirkular polarisierte magnetische Hochfrequenzfelder er­ zeugt werden können. Im Unterschied zur Ganzkörperantenne kann die Kopfantenne in Zylinderlängsrichtung geöffnet wer­ den. Nach Lagerung des Kopfes auf einem unteren Teil wird zur Untersuchung ein oberer Teil aufgesetzt und damit die Kopf­ antenne geschlossen. Auch bei dieser Antennenanordnung wird der zu untersuchende Körperteil von der Antenne vollständig umschlossen.

Werden nun mit einer herkömmlichen Ganzkörperantenne Schnitt­ bilder des Oberkörpers und insbesondere der Herzgegend auf­ genommen, so empfängt eine Ganzkörperantenne wegen ihrer großen Empfangsfläche auch Rauschsignale aus den übrigen Kör­ perteilen. Das Signal-Rausch-Verhältnis wird somit bei Teil­ untersuchungen verschlechtert. Daher werden für Teilunter­ suchungen des Oberkörpers auch linear polarisierte Antennen verwendet, obwohl ihr wirksamer Feldanteil geringer ist als der von zirkular polarisierten Antennen.

Eine Anordnung zum magnetischen Entkoppeln von dicht benach­ barten Antennen ist aus der EP-A-0 412 824 bekannt. Die voneinander entkoppelten Antennen überlappen sich teilweise, so daß ihre Gegeninduktivität verschwindet.

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

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die mittleren Spulen­ achsen der Spulen in den Spulengruppen einen Winkel bilden, der wesentlich kleiner als 90° ist, daß sich die Spulen in den Spulengruppen teilweise überlappen und daß jeweils eine Spule der ersten Spulengruppe mit jeweils einer über Kreuz angeordneten Spule der zweiten Spulengruppe elektrisch so zusammen­ geschaltet ist, daß beim Senden die von den über Kreuz ange­ ordneten Spulen erzeugten magnetischen Hochfrequenzfelder gleichphasig sind und daß beim Empfang die in den über Kreuz angeordneten Spulen induzierten Signale phasengleich überla­ gert werden.

Unter mittlerer Spulenachse ist eine mit Hilfe einer Mittel­ wertbildung bestimmte Spulenachse gemeint, die bei einer sym­ metrischen Spule gleich der Symmetrieachse ist. Durch die Ab­ weichung von der ansonsten idealen 90°-Anordnung der Spulen zueinander können nun die Abmessungen der Antenne an die Größe der Körperteile gut angepaßt werden. Die Körperteile werden von der Lokalantenne nicht mehr allseitig umschlossen. Damit empfängt die Antenne auch keine Rauschanteile von Kör­ perteilen, 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 Vor­ teile und für den Patienten ein höherer Komfort. Gleichzeitig ist das Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Bildqualität verbessert und die benötigte Sendeleitung ist reduziert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Spulengruppen in im wesentlichen parallel gegenüber­ liegenden 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 die Spulen mit einer zylindrischen Spulenanordnung verbunden sind, deren Spulenachsen im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. Mit einer derartigen Spulenanordnung las­ sen sich Schnittbilder aus dem Hals-Oberkörperbereich erzeu­ gen, 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 angeord­ net 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 Spulenachsen im wesentlichen senkrecht aufeinander ste­ hen 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 Untersuchungsbereich 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 den 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 fangenen 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 diagonalen 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 (5)

1. Lokalantenne zur Erzeugung und zum Empfang eines zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfeldes in einem Kern­ spinresonanz-Bildgerät mit zwei gegenüberliegend angeordneten Spulengruppen (2, 4), zwischen denen sich ein Untersuchungs­ raum (18) befindet und die jeweils zwei Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) umfassen, deren mittlere Spulenachsen (14) in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei zum Erzeugen des zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfeldes im Untersuchungs­ raum (18) die Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) einer Spulengruppe (2, 4) mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen Strömen ge­ speist werden und zum Empfangen des zirkular polarisierten magnetischen Hochfrequenzfeldes aus dem Untersuchungsraum (18) die in den Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) einer Spulengruppe (2, 4) induzierten Signale nach einer 90°-Phasenverschiebung gegeneinander über­ lagert werden, dadurch gekennzeich­ net, daß die mittleren Spulenachsen (14) der Spulen (6, 8 bzw. 10, 12) in den Spulengruppen (2, 4) einen Winkel bilden, der wesentlich kleiner als 90° ist, daß sich die Spulen (6,8 bzw. 10, 12) in den Spulengruppen (2, 4) teilweise überlappen und daß jeweils eine Spule (6 bzw. 8) der ersten Spulengruppe (2) mit jeweils einer über Kreuz angeordneten Spule (12 bzw. 10) der zweiten Spulengruppe (4) elektrisch so zusammenge­ schaltet ist, daß beim Senden die von den über Kreuz angeord­ neten Spulen (6, 12 bzw. 8, 10) erzeugten magnetischen Hochfre­ quenzfelder gleichphasig sind und daß beim Empfang die in den über Kreuz angeordneten Spulen (6, 12 bzw. 8, 10) induzierten Signale phasengleich überlagert werden.

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

3. Lokalantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (6, 8, 10, 12) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

4. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spu­ len (6, 8, 10, 12) mit einer zylindrischen Spulenanordnung ver­ bunden sind, deren Spulenachsen im wesentlichen senkrecht aufeinander stehen.

5. Verwendung der Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Angiographie-Antenne für den menschlichen Oberkörper und Hals.