DE4318134A1 - Zirkular polarisierende Lokalantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zirkular polarisierende Lokal­ antenne für ein Magnetresonanzgerät mit einer ersten und einer zweiten Teilantenne in Form einer ersten und zweiten Spule, die in einer ersten Position ein Untersuchungsgebiet umschließen und deren Spulenachsen im wesentlichen senk­ recht zueinander ausgerichtet sind.

Eine zirkular polarisierende Antenne der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 5 144 241 bekannt. Sie besteht aus zwei Spulen mit jeweils einer Windung, deren Spulenachsen im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Die Spulen sind schräg zu einer Patientenliege und damit schräg zum Untersuchungsgebiet angeordnet, damit das Untersu­ chungsgebiet in beiden Spulen eingebracht werden kann. Die von der Windung umschlossene Spulenfläche ist somit erheb­ lich größer als der Querschnitt des Untersuchungsgebiets. Bei dieser Anordnung ist der Füllfaktor niedrig, was sich negativ auf das Signal-Rausch-Verhältnis auswirkt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine zirkular polarisierende Lokalantenne mit einem guten Signal-Rausch- Verhältnis anzugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erste Spule in bezug auf die zweite Spule beweglich angeordnet ist in dem Sinne, daß in einer zweiten Position die erste Spule minde­ stens eine Öffnung der zweiten Spule zum Einbringen des Untersuchungsgebiets freigibt und in der ersten Position die erste Spule die zweite Spule einschließlich zumindest eines Teils der Öffnungen umschließt.

Durch die bewegliche Anordnung der zweiten Spule kann der Querschnitt der Spule dem Querschnitt des Untersuchungs­ gebiets angepaßt werden. Dadurch wird der Füllfaktor der Lokalantenne hoch, wodurch das Signal-Rauschverhältnis ebenfalls hohe Werte annimmt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die erste Spule seitlich mit einem Drehgelenk verbunden ist. Die Freigabe der Öffnung der zweiten Spule kann damit durch ein Wegschwenken der ersten Spule erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt das Drehgelenk elektrische Kontakte zum Zuführen oder Abgreifen eines An­ tennensignals.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Er­ zielung einer homogenen Antennencharakteristik die erste Spule aus zwei im wesentlichen parallel angeordneten Teil­ spulen aufgebaut.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Spule im wesentlichen als Langspule ausgebildet, wodurch ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erreicht wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Spule in Längsrichtung teilbar und aus Spulensegmen­ ten zusammensetzbar. Damit kann auch bei schwer zugäng­ lichen Untersuchungsgebieten der Vorteil des hohen Signal- Rauschverhältnisses einer zirkular polarisierenden Lokal­ spule genutzt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Spule als in axialer Richtung kurze Spule ausge­ bildet, bei der ein Spulenabschnitt zu der Ebene der übrigen Spulenflächen schräg ausgerichtet ist. Die Spule kann damit der Anatomie des Untersuchungsgebiets angepaßt werden, insbesondere ergibt sich auch bei Gelenkanwendungen ein hoher Füllfaktor. Die übrigen Spulenflächen können dann mittig zum Untersuchungsgebiet ausgerichtet werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Innenraum der zweiten Spule zur Aufnahme eines menschlichen Kopfes als Untersuchungsgebiet ausgebildet und weist in Längsrichtung eine nutförmige Ausnehmung auf. Damit kann der Querschnitt der zweiten Spule eng an die anatomischen Gegebenheiten des Kopfes angepaßt werden, wobei die Aus­ nehmung zur Aufnahme der Nasengegend dient.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich da­ durch aus, daß die erste und zweite Spule mit einer Halte­ rung verbunden sind, welche Halterung eine Gleitführung um­ faßt zum Verschieben der ersten und zweiten Spule in Rich­ tung der Längsachse der zweiten Spule. Damit kann nach Pa­ tientenlagerung die zweite Spule in die Untersuchungsposi­ tion verschoben werden. Danach kann die erste Spule eben­ falls in Untersuchungsposition gebracht werden, wobei sie das Untersuchungsgebiet umschließt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand von 17 Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer zirkular polarisierenden Kopfantenne,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Kopfantenne nach Fig. 1,

Fig. 3 ein bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 verwendeter elektrischer Drehkontakt,

Fig. 4 eine schematische Vorderansicht einer Kopfspule mit einer Verschiebeeinrichtung,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht der Kopfantenne nach Fig. 4,

Fig. 6 ein bei der Ausführung nach Fig. 4 und 5 verwendet er elektrischer Schleifkontakt,

Fig. 7 eine schematische Vorderansicht einer Kopfantenne mit einer Schnappvorrichtung,

Fig. 8 eine scheinatische perspektivische Ansicht einer Kopf­ antenne mit zwei parallel und im wesentlichen zentral angeordneten Teilspulen,

Fig. 9 eine schematische perspektivische Ansicht einer Kopfantenne mit zwei parallelen und außermittig angeordneten Teilspulen,

Fig. 10 eine schematische Vorderansicht einer Kopfantenne zur Verwendung in einem vertikalen Grundmagnetfeld,

Fig. 11 eine schematische perspektivische Ansicht der Kopfantenne nach Fig. 10,

Fig. 12 eine schematische Vorderansicht einer Kopfantenne zur Verwendung in einem longitudinal ausgerichteten Magnetfeld,

Fig. 13 eine schematische perspektive Ansicht der in Fig. 12 dargestellen Kopfantenne,

Fig. 14 eine schematische Vorderansicht einer Lokalantenne zur Anwendung am Knie,

Fig. 15 eine schematische Seitenansicht der Lokalantenne nach Fig. 14

Fig. 16 eine schematische Vorderansicht einer Lokalantenne zur Anwendung am Fußgelenk und

Fig. 17 eine schematische Seitenansicht der Lokalantenne nach Fig. 16.

Die in Fig. 1 in einer Vorderansicht und in Fig. 2 in einer dazugehörigen Seitenansicht dargestellte zirkular polari­ sierende Lokalantenne ist als Kopfantenne ausgebildet. Die Lokalantenne ist geeignet für eine Einsatz in einem Magnet­ resonanzgerät mit einem horizontal in Querrichtung verlau­ fenden, also lateralen Grundmagnetfeld B₀. Die Richtung des Grundmagnetfeldes B₀ ist durch einen Pfeil 2 veranschau­ licht.

Die zirkular polarisierende Lokalantenne umfaßt zwei Teil­ antennen in Form einer ersten und zweiten Spule 4 bzw. 6. Die Spulenachsen 8 und 10 der beiden Spulen 4 und 6 sind senkrecht zueinander ausgerichtet. Damit kann bei Zuführung von zwei um 90° phasenverschobenen Signalen im Innenraum der beiden Spulen 4 und 6 ein zirkular polarisiertes Hoch­ frequenzfeld und andererseits beim Empfang eines zirkular polarisierten Magnetfeldes nach einer 90° Phasenverschie­ bung der beiden Empfangssignale ein Empfangssignal mit einem hohen Signal-Rauschverhältnis erzeugt werden.

Die erste Spule 4 ist im wesentlichen als in axialer Rich­ tung kurze Spule und die zweite Spule 6 im wesentlichen als Langspule mit nebeneinander angeordneten Windungen ausge­ bildet. Die beiden Spulen werden von einer Kunststoffab­ deckung umhüllt, so daß die einzelnen Windungen in Fig. 1 und 2 nicht zu erkennen sind.

Die erste Spule 4 ist bezüglich der zweiten Spule 6 drehbe­ weglich um eine Drehachse 11 angeordnet, wozu die erste Spule 4 an einer Seite über ein Drehgelenk 12 mit einer Halterung 14 verbunden ist. Ein Pfeil 16 soll die Schwenk­ bewegung der ersten Spule 4 veranschaulichen. Die zweite Spule ist fest mit der Halterung 14 verbunden. Die in Fig. 1 dargestellte erste Position der ersten Spule 4 ist die Untersuchungsposition, bei der die zweite Spule 6 und die vorder- und rückseitige Öffnungen 18 bzw. 20 der zweiten Spule 6 von der ersten Spule 4 umschlossen sind. Zur Auf­ nahme des Untersuchungsgebietes, hier also der menschliche Kopf, wird die erste Spule 4 in Pfeilrichtung 16 in eine zweite Position gebracht, in der die Öffnungen 18 und 20 frei zugänglich sind. Diese zweite Position der ersten Spule 4 ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt.

In Fig. 2 ist eine Gleitführung 22 zu erkennen, über die die Halterung 14 mit einem Basisteil 24 verbunden ist. Die Gleitführung 22 erlaubt ein Verschieben der beiden Spulen 4 und 6 in Richtung der Längsachse 10 der zweiten Spule 6. Die Verschiebung ist durch einen Pfeil 24 veranschaulicht. Auf dem Basisteil 24 ist ein Kopfpolster 26 angeordnet, zur Lagerung und Fixierung des Kopfes während der Untersuchung.

Damit die zweite Spule 6 den Kopf eng umschließen kann, ist im Innenraum der Spule 6 in Längsrichtung, also in Richtung der Spulenachse 10, eine nutförmige Ausnehmung 27 einge­ bracht.

Zur Anwendung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kopfan­ tenne werden die erste und zweite Spule 4 bzw. 6 mittels der Halterung 14 soweit verschoben - in Fig. 2 in die rechte Position -, daß der Kopf des Patienten auf dem Kopfpolster 26 gelagert werden kann. Die erste Spule 4 befindet sich in der zweiten Position, d. h. die Öffnungen 18 und 20 der zweiten Spule 6 sind freigegeben. Nach der Lagerung des Kopfes wird die Halterung 14 nach links verschoben, wobei in der Endposition der Kopf bzw. das Untersuchungsgebiet von der zweiten Spule 6 umschlossen ist. Schließlich wird die erste Spule 4 soweit geschwenkt und damit abgesenkt, daß die erste Spule 4 sowohl die zweite Spule 6 als auch die Öffnungen 18 und 20 umschließt. Damit ist das Unter­ suchungsgebiet von beiden Spulen 4, 6 umschlossen.

Fig. 3 zeigt in einer Vergrößerung einen Drehkontakt 28, der zum Drehgelenk 12 gehört. Der Drehkontakt 28 umfaßt einen feststehenden, elektrisch leitenden Zapfen 30, der von drehbeweglichen, elektrisch leitenden Federkontakten 32 berührt wird. Der feststehende Zapfen 30 ist mit einer elektrischen Schaltung, die ein Anpaßnetzwerk, eine Ver­ stimmeinrichtung und ein 90°-Hybrid umfaßt, verbunden. Die Federkontakte 32 sind dagegen mit den Spulenanschlüssen der ersten Spule 4 verbunden.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß bei der ersten Spule 4 ein Spulenabschnitt 34 zu der Ebene der übrigen Spulenfläche schräg ausgerichtet ist. Der abgeknickte Spulenabschnitt 34 erlaubt es, die erste Spule 4 trotz der anatomischen Gege­ benheiten des Hals- und Nackenbereichs mittig zum Unter­ suchungsgebiet, also zum Kopf, auszurichten.

Bei der in Fig. 4. und 5 dargestellten Lokalantenne, die ebenfalls als Kopfantenne ausgebildet ist, ist die erste Spule 4 mit einer Verschiebevorrichtung 36 verbunden, die eine Auf- und Abwärtsbewegung zuläßt. Diese Möglichkeit, die Öffnungen 18 und 20 zum Einbringen des Untersuchungs­ gebiets freizugeben, ist symbolisiert durch einen Doppel­ pfeil 38. Die geöffnete Stellung, also zweite Position, der Spule 4 ist mit Vollinien dargestellt, während die ge­ schlossene Stellung, also erste Position, gestrichelt dar­ gestellt ist. Die Darstellung ist schematisch. Sie be­ schränkt sich auf das Wesentliche, weil sich die Verschie­ bevorrichtung 36 ohne Schwierigkeit anstelle des Drehge­ lenks 12 in die Ausführung nach Fig. 1 und 2 einsetzen läßt. Die Verschiebevorrichtung 36 umfaßt zwei mit der ersten Spule 4 verbundene Gleitstangen 40, die in einer mit dem Basisteil 24 verbundenen Führung 42 verschiebbar sind.

Fig. 6 zeigt in einer vergrößerten Darstellung eine als elektrischer Kontakt ausgebildete Gleitstange 40. Dazu ist die Gleitstange 40 mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen, der von in der Führung angeordneten leitfähigen Federelementen 32 berührt wird. Hier sind die Federelemente 32 mit der elektrischen Schaltung und die Gleitstangen 40 mit den Spulenanschlüssen verbunden.

Fig. 7 zeigt schematisch eine weitere Realisierung einer Kopfantenne, bei der die erste Spule 4 zum Einbringen des Untersuchungsgebietes vollständig von der zweiten Spule 6 trennbar ist und somit die Öffnungen 18, 20 der zweiten Spule 6 freigeben kann. Über eine Schnappverbindung 44, die gleichzeitig die elektrischen Verbindungen umfaßt, wird die erste Spule 4 in der Untersuchungsposition gehalten. Das Verbinden und Trennen der ersten Spule 4 mit bzw. von der zweiten Spule 6 symbolisiert ein Pfeil 46.

In Fig. 8 ist eine zirkular polarisierende Lokalantenne in einer Anwendung als Kopfantenne gezeigt, bei der die An­ tennencharakteristik der ersten Spule 4 gegenüber den voran beschriebenen Ausführungsbeispielen verbessert ist. Dazu ist die erste Spule 4 in zwei parallel angeordneten Teil­ spulen 4A und 4B unterteilt, die elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind. Die Teilspule 4A ist hier beweg­ lich bezüglich der Spule 6 angeordnet. Die zweite Spule 6 und die Teilspule 4A sind zusammen in Pfeilrichtung 24 ver­ schiebbar, während die Teilspule 4B fest mit dem Basisteil 24 verbunden ist. Um die Kopfantenne in Untersuchungsposi­ tion zu bringen, wird zuerst der Kopf des Patienten in der Spule 4B gelagert. Dann wird die Spule 6 zum Untersuchungs­ gebiet verschoben, während zum Schluß die Teilspule 4A ebenfalls zum Untersuchungsgebiet gebracht wird. Die Be­ festigung der Teilspule 4A kann dabei, wie schon voran­ gehend beschrieben, über ein Drehgelenk 12, über eine Ver­ schiebevorrichtung 36 oder über eine Schnappverbindung 44 erfolgen. Der abgeknickte Spulenabschnitt 34 erlaubt es, die beiden Teilspulen 4A und 4B im wesentlichen mittig zum Untersuchungsgebiet anzuordnen.

Bei der Ausführung nach Fig. 9 sind unter Inkaufnahme einer nicht mittigen Anordnung der Teilspulen 4A und 4B in bezug auf das Untersuchungsgebiet die Spulenfläche der Teilspulen 4A und 4B eben ausgebildet. Die Handhabung ist ähnlich wie schon anhand von Fig. 8 beschrieben.

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung eine Kopfspule zur Verwendung in einem Magnetresonanzgerät mit vertikal ausgerichtetem Grundmagnetfeld B₀. Hierbei besteht ähnlich wie in Fig. 9 die erste Spule 4 aus zwei Teilspulen 4A und 4B, die jeweils an der Unterseite mit Drehgelenken 12 mit dem Basisteil (hier nicht gezeigt) verbunden sind. Die Ausrichtung des Grundmagnetfeldes B₀ zeigt Pfeil 2. Zum Einbringen des Untersuchungsgebiets werden die zwei Teil­ spulen 4A und 4B von der senkrechten in die waagerechte, gestrichelt gezeichnete Position gebracht, so daß die Öffnung 18 zum Einbringen des Patienten freigegeben ist.

Die weitere konstruktive Ausgestaltung kann entsprechend, wie schon anhand der Fig. 1 und 2 beschreiben, ausgeführt sein.

Fig. 11 zeigt die Kopfantenne nach Fig. 10 schematisch in einer perspektivischen Ansicht.

Eine Ausführungsform einer Kopfantenne für eine Anwendung in einem Magnetresonanzgerät mit einem Grundmagnetfeld B₀ in Longitudinalrichtung zeigt Fig. 12 in einer schematischen Darstellung. Hier ist sowohl die erste Spule 4 wie auch die zweite Spule 6 in elektrisch hintereinandergeschaltete oder parallelgeschaltete Teilspulen 4A, 4B bzw. 6A, 6B aufge­ teilt. Die Teilspulen 4A, 4B und 6A sind mittels eines Drehgelenks 12 drehbar gelagert, so daß auch hier ein Untersuchungsgebiet in geöffneten Zustand der Lokalantenne eingebracht werden kann. Die geöffnete Position zeigt die gestrichelte Darstellung der Teilspulen 4A, 4B, 6A.

Fig. 13 zeigt schematisch die Lokalantenne nach Fig. 12 in der Untersuchungsposition.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Anwendung der zirkular polarisierenden Lokalantenne zur Untersuchung eines Knies schematisch dargestellt. Hier ist die zweite Spule 6 in Längsrichtung teilbar und aus Spulensegmenten 6C und 6D zusammensetzbar. Elektrische Steckkontakte 48 sorgen für die elektrische Verbindung der Windungen der aus den Spulensegmenten 6C, 6D zusammengesetzten Spule 6. Die erste Spule 4 ist mit einem Drehgelenk 12 mit der zweiten Spule 6 verbunden. Die Spule 4 wird zur Untersuchung über das Knie geklappt, so daß sie sowohl die zweite Spule 6 als auch das Kniegelenk umschließt. Die geöffnete Stellung ist ge­ strichelt gezeichnet.

Eine Anwendung der Lokalspule an einem Fußgelenk zeigen Fig. 16 und 17. Auch hier ist die zweite Spule 6 in Längsrich­ tung in Spulensegmente 6C, 6D geteilt, um sie besser am Untersuchungsgebiet anordnen zu können. Die erste Spule 4 ist hier vollständig trennbar von der zweiten Spule 6 an­ geordnet und kann mittels der schon beschriebenen Schnapp­ vorrichtung 44 an die zweite Spule 6 befestigt werden. Die geöffnete Stellung ist hier ebenfalls gestrichelt darge­ stellt.

Claims (14)

1. Zirkular polarisierende Lokalantenne für ein Magnet­ resonanzgerät mit einer ersten und einer zweiten Teil­ antenne in Form einer ersten und zweiten Spule (4 bzw. 6), die in einer ersten Position ein Untersuchungsgebiet um­ schließen und deren Spulenachsen (8 bzw. 10) im wesent­ lichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Spule (4) beweglich angeordnet ist in dem Sinne, daß in einer zweiten Position die erste Spule (4) mindestens eine Öffnung (18, 20) der zweiten Spule (6) zum Einbringen des Untersuchungsgebiets freigibt und in der ersten Position die erste Spule (4) die zweite Spule (6) einschließlich zumindest eines Teils der Öffnungen (18, 20) umschließt.

2. Lokalantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Spule (4) seitlich mit einem Drehgelenk (12) verbunden ist.

3. Lokalantenne nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Drehgelenk (12) elek­ trische Drehkontakte (28) umfaßt.

4. Lokalantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Spule (4) mit einer Verschiebevorrichtung (36) verbunden ist, die min­ destens eine in einer Führung (42) bewegliche Gleitstange (40) umfaßt.

5. Lokalantenne nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verschiebevorrichtung (36) zwei Gleitstangen (40) umfaßt, die jeweils mit einem elektrischen Gleitkontakt in Berührung stehen.

6. Lokalantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Spule (4) mit einer Schnappvorrichtung (44) verbunden ist, die elek­ trische Steckkontakte umfaßt.

7. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Spule (4) im wesentlichen als in axialer Richtung kurze Spule ausgebildet ist.

8. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Spule (4) aus zwei im wesentlichen parallel angeordneten Teilspulen (4A, 4B) aufgebaut ist.

9. Lokalantenne nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Teilspulen (4A, 4B) im wesentlichen als in axialer Richtung kurze Spulen ausge­ bildet sind.

10. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (6) im wesentlichen als Langspule ausgebildet ist.

11. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (6) in Längsrichtung teilbar ist und aus Spulenseg­ menten (6C, 6D) zusammensetzbar.

12. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule (4) als mindestens eine in axialer Richtung kurze Spule ausgebildet ist, bei der ein Spulenabschnitt (34) zu der Ebene der übrigen Spulenfläche schräg ausge­ richtet ist.

13. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum der zweiten Spule (6) zur Aufnahme eines mensch­ lichen Kopfes als Untersuchungsgebiet ausgebildet ist und in Längsrichtung eine nutförmige Ausnehmung (27) aufweist.

14. Lokalantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Spule (4 bzw. 6) mit einer Halterung (14) verbunden sind, welche Halterung (14) eine Gleitführung (22) umfaßt zum Verschieben der ersten und zweiten Spule (4 bzw. 6) in Richtung der Längsachse (10) der zweiten Spule (6)