DE4434951C2 - Kernspintomographiegerät mit einer Kombination aus Hochfrequenzantenne und Gradientenspule - Google Patents

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.