DE4434949C2

DE4434949C2 - Mammographie-Antennenanordnung für Magnetresonanzuntersuchungen einer weiblichen Brust

Info

Publication number: DE4434949C2
Application number: DE4434949A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing Duerr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2014-09-30
Also published as: JPH08112268A; US5699802A; DE4434949A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Mammographie-Antennenanordnung für Magnetresonanzuntersuchungen einer weiblichen Brust nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder dem Oberbegriff des An spruchs 2.

Eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art ist aus dem Tagungsband des SMRM-Kongresses August 1994 in USA, Seite 1105, von Chin-S. Lin, Jonathan Gold und Sunder Rajan: "A Novel Multi-Segment Transmit-Receive Coil for Neuro Functio nal MR Imaging" bekannt. Die Antennenanordnung wird dort für funktionelle MR-Bildgebung des Kopfes in drei verschiedenen Moden betrieben, die sich aufgrund der verschiedenen mögli chen Strompfade in der Antennenanordnung ergeben, wenn ein Signalanschluß am Zenith der bogenförmigen Leiterstücke ange ordnet ist. Gegenüber einer konventionellen, zirkular polari sierenden Kopf-Antenne liefert die dort beschriebene Antenne Signale mit einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis. Eine Ver wendung der Antenne für MR-Bildgebung der weiblichen Brust ist dort nicht vorgeschlagen.

Andererseits ist eine Antennenanordnung zur Untersuchung ei ner weiblichen Brust aus dem US-Patent 5 280 249 bekannt. Die dort beschriebene Antennenanordnung umfaßt zwei voneinander entkoppelte Teilantennen zur Erzeugung oder zum Empfang von zirkular polarisierten Hochfrequenzfeldern. Die erste Teilan tenne ist als Rahmenspule ausgebildet und umschließt eine Aufnahmeöffnung für die zu untersuchende Brust. Die zweite Teilantenne umfaßt zwei Teilspulen, die gegenüberliegend von einander angeordnet sind und von der Rahmenspule durchdrungen werden. Die zirkular polarisierte Charakteristik ist in einem Untersuchungsraum vorhanden, der innerhalb der Rahmenspule und außerhalb der Teilspulen liegt. Der Einsatz der Anten nenanordnung in einem Magnetresonanzgerät erfolgt derart, daß das statische Haupt- oder Grundmagnetfeld parallel zur einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Teilspulen verläuft. Damit liegt die Aufnahmeöffnung bei einer horizon talen Ausrichtung des Hauptmagnetfeldes in einer horizontalen Ebene. Brustuntersuchungen können dann in einer Bauchlage der Patientin durchgeführt werden. Beim Einsatz dieser Antennen anordnung in Magnetresonanzgeräten mit einem vertikal ausge richteten Hauptmagnetfeld liegt die Aufnahmeöffnung dann ebenfalls in einer im wesentlichen vertikal ausgerichteten Fläche.

Weiterhin ist aus der US 4 825 163 eine Antennenanordnung mit zirkular po larisierter Charakteristik bekannt. Diese Antennenanordnung umfaßt vier auf einem Zylindermantel axial ausgerichtete streifenförmige Leiter stücke. Benachbarte Leiterstücke sind an ihren Enden jeweils über Kondensatoren miteinander verbunden. Die Antennenanord nung ist vorgesehen zum Einsatz in Magnetresonanzgeräte mit einem horizontal ausgerichteten Grundmagnetfeld, wobei die Leiterstücke parallel zum Grundmagnetfeld ausgerichtet werden müssen. Prinzipiell könnte die Antennenanordnung auch in Ma gnetresonanzanlagen mit einem vertikalen Magnetfeld einge setzt werden, wobei dann die Aufnahmeöffnung im wesentlichen in einer horizontalen Fläche zu liegen käme. Die Antennenan ordnung ist jedoch für Magnetresonanz- oder MR-Mammographie weniger geeignet, weil die Struktur einer solchen Antenne der Anatomie der weiblichen Brust schlecht angepaßt ist und somit nicht die optimale Bildqualität erzielt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Antennen anordnung anzugeben, mit der bei einem vertikalen Hauptma gnetfeld mit hoher Qualität Magnetresonanzuntersuchungen der weiblichen Brust in Bauchlage der Patientin durchgeführt wer den können.

Die Aufgabe wird in einer ersten Alternative, durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und in einer zweiten Al ternative durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 gelöst. Die bogenförmigen Leiterstücke erlauben eine gute geometrische Anpassung der Antennenanordnung an das Untersu chungsgebiet auch im von der Aufnahmeöffnung entfernten Be reich des Untersuchungsraum, wodurch ein hohes Signal-Rausch verhältnis erzielt wird. Wegen der relativ offenen Gestaltung des Antennensystems können gut Systeme zur Fixierung der Brust sowie Lokalisationseinrichtungen für Läsionen oder Biopsiesysteme untergebracht werden. Es ist sowohl ein Array betrieb über die Signalanschlüsse als auch die Erzeugung und der Empfang zirkular polarisierter Felder möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Leiterstücke gleich und jeweils zu einer Sym metrieachse symmetrisch ausgebildet sind und daß die Symme trieachsen deckungsgleich angeordnet sind. Damit sind die beiden Teilsysteme schon aufgrund der Symmetrie voneinander entkoppelt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die bei den Leiterstücke zur Optimierung der Feldhomogenität band förmig ausgebildet.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich da durch aus, daß die Leiteranordnung einen ausgebuchteten Teil umfaßt. Damit kann auch im diagnostisch interessanten Lymph abflußgebiet der Brust im Bereich der Axilla eine ausreich ende Empfindlichkeit der Antennenanordnung für horizontale Feldkomponenten erzielt werden. Durch eine geeignete Wahl der kapazitiven Elemente und gegebenenfalls zusätzliche Indukti vitäten läßt sich eine Entkopplung der nun asymmetrischen An ordnung erreichen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ebenfalls zur Erhöhung der Empfindlichkeit im Bereich der Axilla eine weitere Leiterschleife seitlich von der Aufnahmeöffnung und vom Untersuchungsraum abgewandt angeordnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung betrifft ein Anten nensystem mit zwei gleichen nebeneinander angeordneten und gleich ausgerichteten Antennenanordnungen, wobei zwischen den beiden Antennenanordnungen ein Hochfrequenzschirm angeordnet ist. Der Hochfrequenzschirm dient der Entkopplung der beiden Einzelsysteme, die sonst - durch die enge Nachbarschaft be dingt - in ihrer Symmetrie gestört wären. Zur Vermeidung von Gradientenwirbelströmen kann der Hochfrequenzschirm ge schlitzt ausgeführt sein.

Im folgenden werden fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von fünf Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine grundsätzliche Mammographie-Antennenanordnung für einen Einsatz in einem Magnetresonanzgerät mit einem vertikalen Grundmagnetfeld,

Fig. 2 eine Variante der Mammographie-Antennenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Mammographie-Antennenanordnung mit einer erhöhten Empfindlichkeit im axillaren Bereich,

Fig. 4 eine weitere Mammographie-Antennenanordnung mit erhöh ter Empfindlichkeit im axillaren Bereich und

Fig. 5 ein Mammographie-Antennensystem mit zwei nebeneinander angeordneten Einzel-Antennenanordnungen.

Die in Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellte Mammographie-Antennenanordnung 1 ist für den Einsatz in einem Magnetresonanzgerät mit einem vertikalen Grundfeld B_o vorge sehen. Die vertikale Magnetfeldrichtung ist durch einen Pfeil 2 symbolisiert. Eine kreisrunde und in sich geschlos sene Leiteranordnung 4 ist in einer horizontalen Ebene ange ordnet. Sie umschließt eine Aufnahmeöffnung für die weibliche Brust, so daß eine Untersuchung in Bauchlage einer Patientin durchgeführt werden kann. Zwei bogenförmige Leiterstücke 6 und 8 sind mit ihren Enden über elektrische Verbindungsstel len 10 bzw. 12 mit der Leiteranordnung 4 verbunden. Die bei den Leiterstücke 6, 8 sind in jeweils einer vertikalen ebenen Fläche angeordnet, wobei die beiden Flächen senkrecht zuein ander ausgerichtet sind.

Die beiden Leiterstücke 6, 8 sind gleich und jeweils zu einer Symmetrieachse 14 symmetrisch ausgebildet. Zusätzlich sind die Symmetrieachsen 14 deckungsgleich angeordnet und laufen durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Leiteranordnung 4. Bei dieser vollständig symmetrischen Anordnung der Leiter stücke 6, 8 liegen die Verbindungsstellen 10 und 12 jeweils auf einer Linie durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Leiteranordnung 4, wobei sich die beiden Linien unter einem rechten Winkel schneiden.

Die Leiterstücke 6, 8 umgeben einen Untersuchungsraum, der zur Aufnahme einer durchschnittlichen weiblichen Brust ausge bildet ist.

Zur Abstimmung der Antennenanordnung 1 auf die Arbeitsfre quenz ist in der Leiteranordnung 4 jeweils zwischen zwei benachbarten Verbindungsstellen 10, 12 ein kapazitives Ele ment 15, 16, 18, 19 eingefügt, deren Kapazitätswerte auf Grund der symmetrischen Anordnung hier gleich sind.

Parallel zu den kapazitiven Elementen 15 und 16 ist jeweils ein Signalanschluß 20 bzw. 22 zum Einspeisen oder Abgreifen des Antennensignals vorgesehen. Die Mammographie-Antennen anordnung ist sowohl für zirkular polarisierten Betrieb als auch für Arraybetrieb geeignet, da die Signalanschlüsse 20 und 22 jeweils mit einer unabhängigen Teilantenne verbunden sind. Im Sendefall erzeugen die beiden Teilantennen im Unter suchungsraum senkrecht aufeinander stehende hochfrequente Magnetfelder B₁ und B₂ (durch Pfeile 23 bzw. 25 symboli siert), die im wesentlichen horizontal ausgerichtet sind. Sind die elektrischen Sendesignale um 90° phasenverschoben, können zirkular polarisierte Magnetfelder erzeugt werden. Es soll darauf hingewiesen werden, daß eine Teilantenne jeweils beide bogenförmigen Leiterstücke 6, 8 umfaßt. Die Unabhängigkeit der beiden Teilantennen wirkt sich dahingehend aus, daß ein z. B. an den Signalanschlüssen 22 zugeführtes Signal zwar an dem gegenüberliegenden kapazitiven Element 19 ein Signal erzeugt, jedoch nicht an den kapazitiven Elementen 15 und 18. Zur Verbesserung der Entkopplung der Teilantennen und zur Symmetrierung können zusätzlich die Leiterstücke 6, 8 in dem Schnittpunkt 21 mit der Symmetrieachse 14 miteinander elektrisch verbunden werden.

Die Antennenanordnung 1 nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Antennenanordnung 1 nach Fig. 1 darin, daß die kapazitiven Elemente 15, 16, 18, 19 nicht in die Leiteranordnung 4, sondern in der Nähe der Verbindungsstellen 10, 12 in die Leiterstücke 6, 8 eingefügt sind. Hier werden die unabhängigen Teilantennen jeweils von einem bogenförmigen Leiterstück 6, 8 gebildet.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Antennenanordnung läßt sich zusätzlich auch der diagnostisch wichtige axillare Bereich erfassen. Dazu ist ein Teil 24 der Leiteranordnung 4 ausgebuchtet. Dieser Teil 24 ist aus der horizontalen Ebene, in der die Aufnahmeöffnung liegt, vom Untersuchungsraum weg nach oben gebogen. Der ausgebuchtete Teil 24 erhöht damit seitlich und oberhalb der Aufnahmeöffnung die Empfindlichkeit der Antennenanordnung 1 für horizontale Feldkomponenten. Im Sendefall kann der Teil 24 ein im wesentlichen horizontal ausgerichtetes Feld B₃ (Pfeil 27) erzeugen, das hauptsächlich durch das Signal am Signalanschluß 22 bestimmt ist. Die zur Abstimmung und zum Signalabgriff notwendigen kapazitiven Elemente 15, 16, 18, 19 können wegen der nun unsymmetrischen Anordnung nicht mehr gleich sein, insbesondere unterscheidet sich der Kapazitätswert des kapazitiven Elements 19 von den übrigen kapazitiven Elementen 14, 16, 18.

Fig. 4 zeigt eine weitere Mammographie-Antennenanordnung 1 mit erhöhter Empfindlichkeit im axillaren Bereich. Die grundsätz liche Struktur der Antennenanordnung Fig. 4 entspricht der An tennenanordnung nach Fig. 1, wobei jedoch hier aus Gründen der besseren Homogenität im Untersuchungsraum die Leiterstücke 6, 8 bandförmig ausgebildet sind. Eine ähnliche Feldverteilung wie mit bandförmigen Leiterstücken 6, 8 kann auch durch mehr ere parallel angeordnete z. B. runde Leiter erzielt werden. Der axillare Bereich wird hier mit einer weiteren Leiter schleife 26 abgedeckt, die seitlich zur Aufnahmeöffnung in einer im wesentlichen vertikalen Richtung angeordnet ist. Die Lage der Leiterschleife 26 ist zwar durch die Anatomie vorge geben, jedoch sollte darauf geachtet werden, daß die Empfind lichkeitscharakteristik - dargestellt durch den Pfeil 27 für die Feldrichtung von B₃ - vorwiegend horizontal verläuft. In der Leiterschleife 26 befindet sich ein kapazitives Element 28 zur Abstimmung und zum Signalabgriff.

Ein Mammograhie-Antennensystem mit zwei gleichen Einzel-An tennenanordnungen 1, ähnlich wie die Anordnung nach Fig. 1, ist in Fig. 5 dargestellt. Der Abstand der beiden Einzel-An tennenanordnungen 1 ist durch eine durchschnittliche Anatomie gegeben, könnte jedoch auch variabel sein. Zur Entkopplung der beiden Einzel-Antennenanordnungen 1 ist ein Hochfrequenz schirm 30 vorgesehen, der eine gegenseitige Beeinflussung der Einzelantennenanordnungen 1 minimal hält. Der Hochfrequenz schirm 30 besteht im wesentlichen aus einem flächenförmigen Leiter, der zur Vermeidung von Gradientenwirbelströmen ge schlitzt ausgeführt ist. Die Einzel-Antennenanordnungen 1 sind hier mit ihren Signalanschlüssen 20, 22 parallel ge schaltet. Dazu sind die Signalanschlüsse 20, 22 jeweils über weitere kapazitive Elemente 32 bzw. 34 mit Zuleitungen 36 bzw. 38 verbunden. Möglich wäre auch eine getrennte Ansteue rung der Einzel-Antennenanordnungen 1 über vier Zuleitungen.

Der vorstehend erwähnte Hochfrequenzschirm 30 kann auch ent fallen, wenn die die induktive Verkopplung der beiden neben einander liegenden Einzel-Antennenanordnungen 1 durch eine kapazitive Kopplung kompensiert wird. Dazu können, vorzugs weise parallel zu den beiden einander gegenüberliegenden Sig nalanschlüssen 20, die beiden Einzel-Antennenanordnungen über Kompensationskapazitäten (hier nicht dargestellt) miteinander verbunden werden.

Claims

1. Mammographie-Antennenanordnung (1) für Magnetresonanzun tersuchungen einer weiblichen Brust mit einer in einer ersten Fläche liegenden Aufnahmeöffnung als Zugang einer weiblichen Brust zu einem Untersuchungsraum, mit einer Leiteranordnung (4), die einen geschlossenen Stromkreis bildet und die Aufnah meöffnung umschließt, mit zwei bogenförmigen Leiterstücken (6, 8), die mit ihren Enden über elektrische Verbindungsstellen (10, 12) mit der Leiteranordnung (4) verbunden sind und den Untersuchungsraum umgeben, wobei die beiden Leiterstücke (6, 8) in jeweils einer zweiten, im wesentlichen ebenen Fläche angeordnet sind und wobei die beiden zweiten Flächen senk recht zueinander und im wesentlichen senkrecht zur ersten Fläche ausgerichtet sind, und mit kapazitiven Elementen (15, 16, 18, 19), die in der Leiteranordnung (4) zwischen den elektrischen Verbindungsstellen (10, 12) eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein er ster Signalanschluß (20) parallel zu einem ersten (15) der kapazitiven Elemente und ein zweiter Signalanschluß (22) pa rallel zu einem zweiten (16) der kapazitiven Elemente ge schaltet ist, wobei das zweite kapazitive Element (16) be nachbart zum ersten kapazitiven Element (15) angeordnet ist.

2. Mammographie-Antennenanordnung (1) für Magnetresonanzun tersuchungen einer weiblichen Brust mit einer in einer ersten Fläche liegenden Aufnahmeöffnung als Zugang einer weiblichen Brust zu einem Untersuchungsraum, mit einer Leiteranordnung (4), die einen geschlossenen Stromkreis bildet und die Auf nahmeöffnung umschließt, mit zwei bogenförmigen Leiterstücken (6, 8), die mit ihren Enden über elektrische Verbindungsstel len (10, 12) mit der Leiteranordnung (4) verbunden sind und den Untersuchungsraum umgeben, wobei die beiden Leiterstücke (6, 8) in jeweils einer zweiten, im wesentlichen ebenen Flä che angeordnet sind und wobei die beiden zweiten Flächen senkrecht zueinander und im wesentlichen senkrecht zur ersten Fläche ausgerichtet sind, und mit kapazitiven Elementen (15, 16, 18, 19), die in die beiden Leiterstücke (6, 8) eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Signalanschluß (20) parallel zu einem der kapazi tiven Elemente (15) im ersten Leiterstück (6) und ein zweiter Signalanschluß (22) parallel zu einem der kapazitiven Elemen te (16) in dem zweiten Leiterstück (8) geschaltet ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Leiterstücke (6, 8) gleich und jeweils zu einer Symme trieachse (14) symmetrisch ausgebildet sind und daß die Sym metrieachsen (14) deckungsgleich angeordnet sind.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Schnittpunkt (21) mit den Symmetrieachsen (14) die beiden Leiterstücke (6, 8) kreu zen.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Leiterstücke (6, 8) bandförmig ausgebildet sind.

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei teranordnung (4) zumindest teilweise kreisbogenförmig ausge bildet ist.

7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei teranordnung (4) zumindest teilweise in einer ebenen Fläche angeordnet ist.

8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf nahmeöffnung und der Untersuchungsraum der Anatomie einer durchschnittlichen weiblichen Brust angepaßt ist.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lei teranordnung (4) einen ausgebuchteten Teil (24) umfaßt.

10. Antennenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgebuchtete Teil (24) vom Untersuchungsraum abgewandt seitlich von der Aufnah meöffnung angeordnet ist.

11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Leiterschleife (26) vom Untersuchungsraum abgewandt seitlich von der Aufnahmeöffnung angeordnet ist.

12. Antennensystem mit zwei gleichen, nebeneinander angeord neten und gleich ausgerichteten Antennenanordnungen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den beiden Antennenanord nungen (1) ein Hochfrequenzschirm (30) angeordnet ist.