DE4024599C2 - Hochfrequenz-Antenne eines Kernspintomographen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zirkular polarisie­ rende Hochfrequenz-Antenne eines Kernspintomographen zum Herstellen von Schnittbildern eines Untersuchungsobjekts, insbesondere von Teilen eines menschlichen Körpers. Die Antenne besteht aus vier Leiterstrukturen, die auf einer Zylindermantelfläche angeordnet sind und vier Stromschlei­ fen bilden.

Zum Herstellen von Schnittbildern eines Körpers und zur Gelenkdiagnostik sowie zur Darstellung von Blutgefäßen können bekanntlich Kernspintomographen verwendet werden, bei denen durch rechnerische oder meßtechnische Analyse integraler Protonenresonanzsignale aus der räumlichen Spin­ dichte - oder auch der Relaxationszeitenverteilung eines zu untersuchenden Körpers - ein Bild konstruiert wird. Der zu untersuchende Körper, insbesondere ein menschlicher Kör­ per, wird in ein starkes homogenes Magnetfeld, das soge­ nannte Grundfeld, eingebracht, das die Kernspins im mensch­ lichen Körper ausrichtet. Ferner sind Gradientenspulen vor­ gesehen, die ein räumlich unterschiedliches Magnetfeld er­ zeugen. Eine Hochfrequenz-Antenne regt die Kernspins an und überträgt das von den angeregten Kernspins emittierte Signal zu einem Empfänger. Diese Hochfrequenzantenne ist im allgemeinen über Anpassungskapazitäten sowie eine Sen­ de-und Empfangsweiche an einen Sender und an einen Empfän­ ger angeschlossen.

Eine verhältnismäßig geringe Sendeleistung benötigen be­ kanntlich zirkular polarisierende Antennen, da sie im we­ sentlichen nur die für die Kernspinresonanz wirksame, beispielsweise die linksdrehende, Feldkomponente erzeugen. Eine solche Antenne kann beispielsweise aus zwei orthogonal zueinander angeordneten linear polarisierenden Antennensystemen bestehen, die über einen 90°-Richtkoppler an einen Sender und einen Empfänger an­ geschlossen sind. Das eingespeiste Sendesignal teilt sich mit 90°-Phasenverschiebung auf die beiden Systeme auf und erzeugt das für die Kernspintomographie wirksame Drehfeld. Im Empfangs­ fall stellt die Antenne zwei um 90° phasenverschobene Signal­ quellen sowie zwei unkorrelierte Rauschquellen dar. Der 90°-Richtkoppler liefert dem Empfänger die phasenrichtige Summe der Signale. Mit solchen Antennen erhält man eine Verbesserung im Signal-Rauschverhältnis um wenigstens den Faktor √ und man benötigt gegenüber linear polarisierenden Antennen nur etwa die Hälfte der zugeführten Leistung, weil eine gegendrehende Feld­ komponente nicht erzeugt wird (Journal of Magnetic Resonance 54 (1983), Seiten 324 bis 327).

In der Kernspintomographie werden zur Abbildung des Kopfberei­ ches im allgemeinen Kernspintomographen verwendet, die eine den Kopf dicht umgebende Kopfantenne enthalten. Aufgrund besonderer Vorteile, beispielsweise ein besseres Signal-Rauschverhältnis sowie geringerer Leistungsbedarf und auch besseres Eindringver­ halten, werden zirkular polarisierende Kopfantennen bevorzugt. Damit der Kopf des menschlichen Körpers leichter eingebracht werden kann, ist man bestrebt, die Antenne teilbar auszuführen. Solche Antennen sind universeller einsetzbar, sie können bei­ spielsweise auch zur Abbildung eines in der Bewegung einge­ schränkten, verletzten Kniegelenks verwendet werden. Bei einer bekannten Ausführungsform eines Kernspintomographen mit einer linear polarisierenden Antenne ist deshalb das hohlzylindrische Spulensystem in der Zylinderachse derart teilbar ausgeführt, daß eine untere festmontierte und eine obere abnehmbare Hälfte entsteht. Eine Energiezufuhr erfolgt nur zur unteren Hälfte, während die obere Hälfte mit der unteren induktiv gekoppelt ist. In einer besonderen Ausführungsform kann auch eine Steck­ verbindung zwischen den beiden Hälften vorgesehen sein und somit beide Hälften an eine Stromversorgung angeschlossen wer­ den (EP 0 142 760 A2).

Bei der Teilung einer zirkular polarisierenden Hochfrequenz-An­ tenne eines Kernspintomographen derart, daß man ein Teil des hohlzylindrischen Spulensystems abnehmen oder aufklappen kann, ergibt sich das Problem, daß resonanzstromführende Leiter zu unterbrechen sind. Im zusammengesetzten Zustand der Hochfre­ quenzantenne müssen diese somit über Kontakte, beispielsweise Steckkontakte, galvanisch oder über große Flächen kapazitiv verbunden werden. Diese Kontakte müssen den vollen hochfrequen­ ten Resonanzstrom führen und beeinflussen somit unmittelbar die Leerlaufgüte der Hochfrequenz-Antenne sowie die Stabilität ihrer Resonanzfrequenz.

Eine bekannte Ausführungsform einer Hochfrequenz-Antenne eines Kernspinto­ mographen zum Herstellen von Schnittbildern eines Untersuchungsobjekts, ins­ besondere von Teilen eines menschlichen Körpers, besteht aus vier H-förmigen Leiterstrukturen, die auf einer Zylindermantel­ fläche derart angeordnet sind, daß die seitlichen Schenkel je­ weils einen Teil eines Ringes bilden und durch einen in Achs­ richtung verlaufenden Streifenleiter miteinander verbunden sind. Bei dieser zirkular polarisierenden Hochfrequenz-Antenne ist jeweils eine der Leiterstrukturen mit den beiden benach­ barten kapazitiv gekoppelt und bildet mit diesen jeweils eine Stromschleife. Zur kapazitiven Kopplung ist bei dieser Antenne an beiden Enden des Hohlzylinders jeweils ein Ring (guard ring) aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Kupfer, vor­ gesehen. Diese Ringe bilden mit den Schenkeln der H-förmigen Leiterstrukturen jeweils eine verteilte Kapazität, die als Kopplungskapazität wirkt (Book of Abstracts; Society of Magne­ tic Resonance in Medicine, 3rd Annual Meeting, Aug. 13-17, 1984, New York).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese zirkular polarisierende Hochfrequenz-Antenne für einen Kernspintomogra­ phen mechanisch teilbar auszuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Von den durch die Aufteilung gebildeten Stromschleifen kann wenigstens eine, vorzugsweise jedoch zwei, d. h. die Hälfte der Hochfrequenz-Antenne, heraus­ nehmbar oder aufklappbar ausgeführt sein.

In einer Ausführungsform der Hochfrequenz-Antenne mit Leiter­ strukturen, die aus dünnen, elektrisch leitfähigen Schichten besteht, werden diese Leiter im allgemeinen auf einem Träger angeordnet, der aus elektrisch nichtleitendem Material, bei­ spielsweise aus Plexiglas, bestehen kann. In dieser Ausfüh­ rungsform wird vorteilhaft die Leiterstruktur mit dem zuge­ ordneten Teil des Trägers mechanisch aufgeteilt und abnehmbar ausgeführt.

Der besondere Vorteil der aufgeteilten zirkular polarisierenden Hochfrequenz-Antenne besteht darin, daß der bewegliche Teil der Antenne ohne elektrische Kontakte abgenommen werden kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Seitenansicht einer Hoch­ frequenz-Antenne für einen Kernspintomographen gemäß der Erfin­ dung schematisch veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt eine per­ spektivische Darstellung der Hochfrequenz-Antenne.

In der dargestellten Ausführungsform einer zir­ kular polarisierenden Hochfrequenz-Antenne gemäß der Erfindung enthält diese Hochfrequenz-Antenne vier Stromschleifen 2 bis 5, die jeweils aus zwei U-förmigen Leiterteilen bestehen, die in der Figur mit 12 bis 19 bezeichnet sind. Die einander gegen­ überstehenden seitlichen Schenkel der U-förmigen Leiterteile 12 bis 19 sind jeweils über eine Resonanzkapazität miteinander verbunden, von denen in der Figur nur vier sichtbar und mit 6 bis 9 bezeichnet sind. Die Stromschleifen 2 bis 5 bestehen aus bandförmigen oder streifenförmigen Leitern aus Metall, insbe­ sondere Kupfer, die in der Figur mit 12 bis 19 bezeichnet sind. Diese Leiter sind vorzugsweise als dünne Beschichtung ausge­ führt, deren Dicke im allgemeinen 100 µm nicht wesentlich über­ steigt und insbesondere etwa 35 µm betragen kann. Diese dünnen Beschichtungen werden dann vorzugsweise auf einem hohlzylindri­ schen Träger angeordnet, der ebenfalls derart geteilt ist, daß von den Stromschleifen 2 bis 5 wenigstens eine herausnehmbar ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Träger 20 derart in Trägerteile 21 und 22 aufgeteilt, daß eines dieser Teile, bespielsweise der Trägerteil 21, mit den Stromschleifen 2 und 3 abnehmbar ist. In dieser Ausführungsform wird dann im allgemeinen das andere Trägerteil 22 an einer Patientenliege fest angebracht sein.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer zirkular polarisie­ senden Hochfrequenz-Antenne gemäß der Erfindung perspektivisch dargestellt, die beispielsweise als Kopfantenne dienen kann und deren Länge L beispielsweise 280 mm und deren Durchmesser D beispielsweise etwa 260 mm betragen kann. Aus dieser Darstel­ lung ist ersichtlich, daß beispielsweise die U-förmigen Leiter 13 und 14 dadurch entstanden sind, daß der mittlere Schenkel einer H-förmigen Leiterstruktur 24 in Achsrichtung aufgeteilt ist. Die dadurch entstandenen mittleren Schenkel der U-förmigen Leiter 13 und 14 können beispielsweise in einem Abstand von etwa 2 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm, auf dem Trägerteil 21 des Trägers 20 angeordnet sein. Zu den Stromschleifen 2 bis 5 gehört jeweils noch eine weitere Resonanzkapazität, von denen in der Figur nur die zur Stromschleife 2 und 3 gehörenden Resonanzkapazitäten sichtbar sind und mit 26 und 27 bezeichnet sind. Die ortsfeste Anordnung des Trägerteils 22 mit den Strom­ schleifen 4 und 5 ist durch einen Unterbau 30 und die bewegli­ che Ausführung des Trägerteils 21 mit den Stromschleifen 2 und 3 ist durch einen Richtungspfeil 32 angedeutet.

Von den Stromschleifen 2 bis 5 werden je zwei benachbarte Stromschleifen mit 90°-Phasenverschiebung gespeist. Hierbei erfolgt die Hochfrequenzeinkopplung beispielsweise mittels der bekannten Anpaß- und Symmetriernetzwerke an zwei beliebigen benachbarten Resonanzkapazitäten, beispielsweise an den Reso­ nanzkapazitäten 8 und 9, wobei die Speiseströme 90°-Phasendif­ ferenz zueinander aufweisen. In diesem Beispiel werden also die Stromschleifen 4 und 5 gespeist, während die Ströme in den Stromschleifen 2 und 3 aufgrund der Kopplung über das elektro­ magnetische Feld angeregt werden. Die beiden passiv gekoppelten Stromschleifen können nun beim Einbringen des Patienten ohne Kontakte abgenommen werden. Jeder abnehmbare Stromkreis ent­ spricht einem Öffnungswinkel von 90°. Die Hochfrequenz-Antenne kann somit an den einander um 180° gegenüberliegenden Stellen des Trägers 20 kontaktlos geöffnet und wieder geschlossen werden.

Claims (2)

1. Zirkular polarisierende Hochfrequenz-Antenne eines Kern­ spintomographen zum Herstellen von Schnittbildern eines Untersuchungsobjekts, inbesondere von Teilen eines mensch­ lichen Körpers, welche Antenne aus vier Leiterstrukturen besteht, die auf einer Zylindermantelfläche angeordnet sind und vier Stromschleifen bilden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die Stromschleifen (2 bis 5) bestehen jeweils aus zwei U-förmigen Leitern (12 bis 19), bei denen die Enden der seitlichen Schenkel spiegelsymmetrisch einander gegen­ überstehen und jeweils durch eine Resonanzkapazität (6 bis 9) überbrückt sind,
• b) die Stromschleifen (2 bis 5) sind auf einem Träger (20 sowie 26, 27) angeordnet, der wenigstens einen Teil eines Hohlzylinders bildet,
• c) der Träger (20) ist derart wenigstens zwischen zwei Stromschleifen (2 bis 5) in Achsrichtung aufgeteilt, daß wenigstens eine der Leiterschleifen (2 bis 5) ab­ nehmbar ist, ohne daß elektrische Kontakte erforderlich sind.

2. Hochfrequenz-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (20) derart an zwei an seinem Umfang einander gegenüberliegenden Stel­ len in Achsrichtung aufgeteilt ist, daß mit einem entste­ henden beweglichen Trägerteil (21) zwei Stromschleifen (2, 3) abnehmbar sind.