DE4434951C2 - Kernspintomographiegerät mit einer Kombination aus Hochfrequenzantenne und Gradientenspule - Google Patents
Kernspintomographiegerät mit einer Kombination aus Hochfrequenzantenne und GradientenspuleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Kernspintomographiegerät mit einem
Grundfeldmagneten, in dem mindestens eine Gradientenspule und
eine Hochfrequenzantenne eingebaut sind.
Bei Kernspintomographiegeräten benötigt man bekanntlich einen
Grundfeldmagneten, mit dem Kernspins in einem Untersuchungs
bereich in einer bestimmten Richtung orientiert werden. Zur
Auslenkung der Kernspins auf diese Richtung wird mittels
einer Hochfrequenzantenne elektromagnetische Energie auf das
Untersuchungsobjekt eingestrahlt und - gegebenenfalls mit
derselben Hochfrequenzantenne - das entstehende Kernresonanz
signal empfangen. Ein einfaches Beispiel für eine derartige
Hochfrequenzantenne ist in der US-PS 4 506 224 dargestellt.
Die Hochfrequenzantenne besteht dabei aus einzelnen Stäben,
die endseitig über Kondensatoren mit Masse verbunden sind.
Zur Ortscodierung der entstehenden Kernresonanzsignale sind
ferner magnetische Gradientenfelder erforderlich, die für
jede Raumrichtung (z. B. x, y, z eines kartesischen Koordi
natensystems) durch einen Satz von Gradientenspulen erzeugt werden.
Ein einfaches Ausführungsbeispiel für derartige Gra
dientenspulen ist in der US-PS 4 486 711 dargestellt.
Bei herkömmlichen Kernspintomographiegeräten wird stets dafür
gesorgt, daß Hochfrequenzsignale sich nicht über die Gradien
tenspulen ausbreiten können. Bei einer Anordnung nach der US-PS
4,642,569 wird dazu die Einkopplung von Hochfrequenzsigna
len von der Hochfrequenzantenne auf die Gradientenspule durch
eine Hochfrequenzabschirmung unterbunden. Bei einer Anordnung
gemäß EP 0 580 324 A2 wird keine Hochfrequenzabschirmung ver
wendet, so daß die Hochfrequenzsignale auf die Gradientenspu
le einkoppeln können. Mittels Filtern wird jedoch verhindert,
daß sich die eingekoppelten Signale in der Gradientenspule
ausbreiten.
Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, weist bei einem
supraleitenden Grundfeldmagneten dieser eine zylinderförmige
Öffnung 1a als Untersuchungsraum auf. Die zylinderförmige
Öffnung 1a, die im allgemeinen als "Warmbohrung" bezeichnet
wird, wird bei herkömmlichen Anlagen durch die innerhalb der
Öffnung 1a anzubringenden Gradientenspulen 3 und die Hochfre
quenzantenne 2 eingeengt. Der Durchmesser der sogenannten
Warmbohrung ist daher entsprechend größer als der für die
Untersuchung zur Verfügung stehende Patientenraum. Da letzte
rer im Hinblick auf den Lagerungskomfort für den Patienten
ein gewisses Mindestmaß nicht unterschreiten sollte, wird die
Größe der Warmbohrung durch die festgelegte Patientenöffnung
und die Dicke der Hochfrequenzantenne und der Gradientenspu
len bestimmt. Weitere in den Grundfeldmagneten eingebaute
Elemente, wie z. B. Shimelemente zur Verbesserung der Homoge
nität des Grundfeldmagneten, sind in Fig. 1 der Übersicht
lichkeit wegen nicht dargestellt.
Je größer die Warmbohrung des Magneten, desto höher wird auch
der Aufwand für diesen.
Das oben Gesagte gilt sinngemäß auch für Polschuhmagnete, wo
Hochfrequenzantenne und Gradientenspulen auf die Polschuhe
aufgebracht sind und der Abstand zwischen den Polschuhen
durch die Höhe des Untersuchungsraums und die Höhe der Hoch
frequenzantenne und der Gradientenspulen bestimmt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kernspintomographie
gerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß bei
vorgegebener Größe des Untersuchungsraums der Grundfeldmagnet
möglichst klein gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Kombination von
Hochfrequenzantenne und Gradientenspule kann der für diese
beiden Elemente benötigte Raum wesentlich verkleinert werden,
so daß man bei vorgegebener Patientenöffnung mit kleineren
und damit kostengünstigeren Grundfeldmagneten auskommt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Fig. 2 bis 9 näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 2 schematisch eine herkömmliche Anordnung
einer Gradientenspule,
Fig. 3 verschiedene Möglichkeiten für die äußere
Form von Gradientenspulen,
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfin
dung,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin
dung,
Fig. 6 bis 8 verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung
der benötigten Hochfrequenzkondensatoren,
Fig. 9 eine schematische Schnittzeichnung durch ein
Kernspintomographiegerät entsprechend der
Erfindung.
In Fig. 2 ist eine Gradientenspule 3 dargestellt. Dabei ist
der die anderen Leiter überquerende Rückleiter gestrichelt
angedeutet. Die Darstellung ist nur schematisch, der tatsäch
liche Leiterverlauf ergibt sich, ausgehend von den Anforde
rungen an das Gradientenfeld, aufgrund komplexer Berechnun
gen. Dies ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfin
dung.
Mit Fig. 3 soll angedeutet werden, daß die äußere Kontur der
Gradientenspule nicht notwendigerweise rechteckig ist, son
dern auch andere Formen, beispielsweise die einer Ellipse,
haben kann. Ferner kann die Gradientenspule auch auf einer
gekrümmten Fläche angeordnet sein.
Ausgehend von einer Gradientenspulenstruktur nach Fig. 2 ist
in Fig. 4 dargestellt, wie man diese gleichzeitig als Hoch
frequenzantenne nutzen kann. Dabei sind die ausschließlich
der Gradientenspule 3 zuzuordnenden Leiterteile dünn, die für
die Hochfrequenzantenne 2 aktiven Leiterteile dick einge
zeichnet. Benachbarte Leiterschleifen der Gradientenspule
werden mit Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren 4 derart
miteinander verbunden, daß sich der Hochfrequenzstrom über
mehrere Leiterschleifen ausbreiten kann. Die Hochfrequenz-
Überbrückungskondensatoren 4 sind so dimensioniert, daß sie
für die Hochfrequenzsignale, die z. B. im Frequenzbereich von
60 MHz liegen, einen Kurzschluß darstellen, während sie bei
der wesentlich niedrigeren Schaltfrequenz der Gradienten
praktisch vernachlässigt werden können.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die vier Ecken der
aus den Leiterabschnitten der Gradientenspule und den Hoch
frequenz-Überbrückungskondensatoren gebildeten Antennenstruk
tur über Kondensatoren 5 mit Masse verbunden. Diese Kondensa
toren 5 wirken als Resonanzkapazitäten.
Insgesamt entsteht eine nahezu flächige Antennenstruktur, die
über ein Anpaßnetzwerk, bestehend aus einem Längskondensator
7 und einem Querkondensator 8, an eine Hochfrequenzsende-/
Empfangseinheit 9 angeschlossen ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die einzelnen Win
dungen durch Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren 4 derart
überbrückt, daß die komplette Gradientenspule als Hochfre
quenzantenne aktiv ist. Die als Resonanzkondensatoren dienen
den Kondensatoren 5 sind an den vier Ecken der gesamten Gra
dientenspule angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
die Hochfrequenzantenne großflächiger im Vergleich zum Aus
führungsbeispiel nach Fig. 4, wo nur ein Teil der Gradien
tenspule als Hochfrequenzantenne benutzt wird.
Je nach Größe der für die Hochfrequenzantenne benötigten Flä
che können auch Leiterteile verschiedener Gradientenspulen
(z. B. Gradientenspulen für die x- und y-Richtung) durch Ver
bindung über Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren zu einer
Hochfrequenzantennenstruktur zusammengeschaltet werden. Wenn
eine zirkular polarisierte Antenne gewünscht wird, wird man
dagegen die einzelnen Segmente der Gradientenspulen als ge
trennte Hochfrequenzantennenstrukturen betreiben.
Die Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren 4 können als dis
krete Kondensatoren zwischen zwei Leiterschleifen 3a und 3b
der Gradientenspule ausgeführt werden, wie in Fig. 6 in
Draufsicht und in Seitenansicht dargestellt ist. Wie in Fig.
7 gezeigt, können aber auch benachbarte Leiterabschnitte 3a
und 3b benachbarter Gradientenspulenleiter so dicht aneinan
der geführt werden, daß sich zwischen diesen eine ausrei
chende Kapazität ergibt, ohne daß gesonderte Bauelemente
erforderlich sind.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung einer Kapazität
zwischen benachbarten Leiterabschnitten ist in Fig. 8 darge
stellt. Dabei sind einzelne Leiterabschnitte 3a und 3b flä
chig ausgeführt und unter Zwischenlage eines Dielektrikums
mit einer Metallfolie 6 überbrückt.
Mit der dargestellten Kombination von Hochfrequenzantenne und
Gradientenspule kann in der Warmbohrung des Magneten eines
supraleitenden Magnetsystems bzw. zwischen den Polschuhen
eines Polschuhmagneten erheblich Platz gespart werden, da -
wie in Fig. 9 angedeutet - nur noch ein Element, und nicht
wie bei herkömmlichen Anlagen zwei Elemente (Gradientenspule
und Hochfrequenzantenne), untergebracht werden muß. Bei
gleichem Patientenraum kann die Warmbohrung des Magneten bzw.
der Abstand zwischen den Polschuhen geringer werden, was zu
einer signifikanten Kostenreduktion des Magneten führt.
Claims (7)
1. Kernspintomographiegerät mit einem Grundfeldmagneten (1),
in dem mindestens eine Gradientenspule (3) und eine Hochfre
quenzantenne (2) eingebaut sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß Hochfrequenzsignale derart
auf Leiterschleifen der Gradientenspule (3) gekoppelt wer
den, daß sich die Hochfrequenzsignale auf den Leiterschleifen
ausbreiten und daß die Leiterschleifen zugleich als Antennen
elemente der Hochfrequenzantenne (2) betrieben werden.
2. Kernspintomographiegerät nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß einzelne
Leiterschleifen über Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren
(4) derart miteinander verbunden sind, daß sich Hochfrequenz
strom über mehrere Leiterschleifen ausbreiten kann.
3. Kernspintomographiegerät nach Anspruch 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß Teile der
Leiterschleifen über Kondensatoren (5) mit Erde verbunden
sind.
4. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
dadurch gekennzeichnet, daß Leiter
schleifen unterschiedlicher Gradientenspulen (3) hochfre
quenzmäßig zu einer Hochfrequenzantenne verbunden werden.
5. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren (4) durch zwei gegen
überliegende Flächen von Leiterschleifen (3a, 3b) der Gra
dientenspule mit dazwischenliegendem Dielektrikum gebildet
werden.
6. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
dadurch gekennzeichnet, daß die
Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren (4) dadurch gebildet
werden, daß flächige Strukturen (3a, 3b) benachbarter Leiter
elemente der Gradientenspulen unter Zwischenlage eines
Dielektrikums mit einer Metallfolie (6) überbrückt sind.
7. Kernspintomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Hochfrequenz-Überbrückungskondensatoren (4) als diskrete
Bauelemente ausgeführt sind.
Priority Applications (3)
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