DRIEMEL, Daniel (Durchfahrt 31, Öderan, 09569, DE)
GREIM, Helmut (Frankenring 51, Adelsdorf, 91325, DE)
JAHNS, Karsten (Brucker Weg 3A, Buckenhof, 91054, DE)
BIBER, Stephan (Mühlgarten 14, Erlangen/ Frauenaurach, 91056, DE)
DRIEMEL, Daniel (Durchfahrt 31, Öderan, 09569, DE)
GREIM, Helmut (Frankenring 51, Adelsdorf, 91325, DE)
JAHNS, Karsten (Brucker Weg 3A, Buckenhof, 91054, DE)
Patentansprüche
1. Kopfspule (6) für ein Magnetresonanzgerät, mit einem eine Anzahl Antennenelemente (10,15,16) tragenden Tragkörper (9), welcher einen als Kugelkalotte ausgebildeten Endabschnitt (12) aufweist, auf welchem eine Butterfly-Antenne (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Butterfly-Antenne (15) von einer Mehrzahl in überlappung mit dieser angeordneten Loop- Antennen (16) ringförmig umgeben ist.
2. Kopfspule (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (9) aus einer Unterschale (7) und einer Oberschale (8) zusammengesetzt ist.
3. Kopfspule (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein auf der Oberschale (8) angeordnetes Antennenelement (10) mit einem auf der Unterschale (7) angeordneten Antennenelement (10) überlappt.
4. Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils zwei benachbarte Loop-Antennen (16), welche insgesamt die Butterfly-Antenne (15) ringförmig umgeben, überlappen.
5. Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (12) des Tragkörpers (9) nur eine einzige Butterfly-Antenne (15) aufweist .
6. Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den als Kugelkalotte ausgebildeten Endabschnitt (12) des Tragkörpers (9) ein zy- lindermantelförmiger Tragabschnitt (11) anschließt.
7. Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (9) zwei Augenöffnungen (13) aufweist.
8. Kopfspule (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Augenöffnung (13) vollständig von mindestens einem Antennenelement (10) umgeben ist .
9. Kopfspule (6) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Augenöffnungen (13) ein Nasenausschnitt (14) im Tragkörper (9) ausgebildet ist.
10. Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Butterfly-Antenne (15) zwei spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildete Bogenab- schnitte (17,18) aufweist.
11. Kopfspule (6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich an Enden der Bogenab- schnitte (17,18) Linearabschnitte (19,20) der ButterfIy-An- tenne (15) anschließen.
12. Kopfspule (6) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenabschnitte (17,18) auf dem Umfang ein und desselben Kreises angeordnet sind.
13. Kopfspule (6) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Linearabschnitten (19,20) ein Winkel (α) von mindestens 15° eingeschlossen ist .
14. Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Linearabschnitten (19,20) ein Winkel (α) von maximal 60° eingeschlossen ist .
15. Verwendung einer Kopfspule (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in der Magnetresonanz-Tomographie. |
Kopfspule für ein Magnetresonanzgerät
Die Erfindung betrifft eine als Hochfrequenzantenne für ein Magnetresonanzgerät vorgesehene Kopfspule, welche um den Kopf eines mit dem Magnetresonanzgerät zu untersuchenden Patienten anordenbar ist.
Eine auch als Kopf-Array-Antenne bezeichnete Kopfspule für ein Magnetresonanz-Tomographiegerät ist beispielsweise aus der DE 195 05 062 Al bekannt. Auf einer Mantelfläche eines Tragkörpers der bekannten Kopfspule befindet sich eine Anordnung von Subantennen, wobei die Mantelfläche eine Innen- oder Außenoberfläche eines hohlzylindrischen Abschnitts darstellen kann. Ebenso kann die Mantelfläche innerhalb des Tragkörpers angeordnet sein. Die bekannte Kopfspule weist des Weiteren einen Endabschnitt auf, der als Kugelkalotte ausgebildet sein kann, so dass die Kopf-Array-Antenne in ihrer Form einem Helm angenähert ist. Auf dem Endabschnitt können ebenso wie auf der Mantelfläche Schmetterlingsantennen angeordnet sein. Hierbei sind einzelne Subantennen auf der Mantelfläche jeweils durch eine Loopantenne und eine Schmetterlingsantenne gebildet. Eine auf dem Endabschnitt angeordnete Zusatzantenne ist dagegen als zirkulär polarisierende Antenne aus zwei gekreuzt zueinander angeordneten Schmetterlingsantennen gebildet. Durch eine teilweise gegenseitige überlappung der Schmetterlingsantennen soll der Abbildungsbereich homogenisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für die Magnetresonanz-Tomographie geeignete Kopfspule anzugeben, welche sich sowohl durch eine gute Anpassung an die Anatomie des menschlichen Kopfes als auch durch besonders günstige elektrische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich des erzielbaren Signal zu Rausch-Verhältnisses, auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine für ein Magnetresonanzgerät geeignete Kopfspule mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Kopfspule umfasst einen eine Anzahl Antennenelemente tragenden Tragkörper, welcher einen als Kugel- kalotte ausgebildeten Endabschnitt aufweist, auf welchem eine Butterfly-Antenne angeordnet ist. Die Butterfly-Antenne ist von einer Mehrzahl in überlappung mit dieser angeordneten Loop-Antennen ringförmig umgeben.
Unter der Form einer Kugelkalotte ist hierbei nicht nur eine Form zu verstehen, welche im geometrisch strengen Sinne mit einem Abschnitt einer Kugeloberfläche identisch ist. Vielmehr werden unter kugelkalottenförmigen Geometrien im vorliegenden Fall Gestaltungen verstanden, die zumindest annähernd der Calvaria eines mit einem Magnetresonanzgerät zu untersuchenden Patienten angepasst sind.
In vorteilhafter Ausgestaltung, welche eine besonders einfache, patientenfreundliche Handhabung gestattet, ist der Tragkörper der Kopfspule aus einer Unterschale und einer
Oberschale zusammengesetzt. Gleichzeitig ist eine induktivgeometrische Entkopplung dadurch erreichbar, dass sich ein auf der Oberschale angeordnetes Antennenelement mit einem auf der Unterschale angeordneten Antennenelement überlappt.
Unabhängig davon, ob der Tragkörper einschalig oder mehrscha- lig, insbesondere zweischalig, aufgebaut ist, sind günstige physikalische Eigenschaften, resultierend insbesondere in einem guten Signal zu Rausch-Verhältnis, erzielbar, indem sich jeweils zwei einander benachbarte Loop-Antennen, welche insgesamt die Butterfly-Antenne ringförmig umgeben, überlappen .
überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Anordnung Ie- diglich einer einzigen Butterfly-Antenne im Bereich des Endabschnitts des Tragkörpers, das heißt im Bereich der Kugelkalotte der Kopfspule, besonders vorteilhaft ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schließt sich an den als Kugelkalotte ausgebildeten Endabschnitt des Tragkörpers ein zylindermantelförmiger Tragabschnitt an. Der letztgenannte Abschnitt der Kopfspule ist somit dem Hals und dem Rumpf des Patienten zugewandt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Tragkörper, insbesondere im Bereich des zylindermantelförmigen Tragabschnitts, zwei Augenöffnungen auf. Der Patient kann somit durch die Augenöffnungen aus dem Tragkörper herausschauen. Damit ist es möglich, während einer Magnetresonanzuntersuchung den Patienten gezielt visuellen Reizen auszusetzen und die durch diese Reize stimulierten Aktivitäten des Gehirns zu detektieren. Vorzugsweise ist jede Augenöffnung vollständig von mindestens einem Antennenelement umgeben. Gleichzeitig ist in bevorzugter geometrischer Gestaltung der Kopfspule zwischen den Augenöffnungen ein Nasenausschnitt im Tragkörper ausgebildet. Die einzelnen Antennenelemente im Bereich des Gesichts des Patienten sind damit besonders nah am Schädel positionierbar.
Die Butterfly-Antenne weist vorzugsweise folgende geometrische Merkmale auf, welche einzeln oder in verschiedenen Kombinationen realisierbar sind:
Elektrische Leiter, insbesondere Leiterbahnen, der Butterfly- Antenne beschreiben zwei spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildete Bogenabschnitte . Diese sind bevorzugt, zumindest in einer Projektion, auf dem Umfang ein und desselben Kreises angeordnet. An die Enden der Bogenabschnitte schließen sich
Leiterabschnitte geringerer Krümmung, vorzugsweise ungekrümmte Linearabschnitte der Butterfly-Antenne, an. Die Linearabschnitte beschreiben in Projektionsansicht einen Kreuzungspunkt, der mit dem Mittelpunkt des durch die Bogenabschnitte beschriebenen Kreises zusammenfällt. Zwischen den sich kreuzenden Linearabschnitten ist ein Winkel von mindestens 15°, insbesondere mindestens 30°, und höchstens 60°, insbesondere maximal 45°, eingeschlossen.
Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass eine für die Magnetresonanztomographie vorgesehene, als Hochfrequenzantenne fungierende Kopfspule gut der Anatomie des men- schlichen Kopfes angepasst ist, so dass die einzelnen Antennenelemente nur gering vom Kopf beabstandet sind. Einen maßgeblichen Beitrag zu einer hohen Ortsauflösung und einem günstigen Signal zu Rausch-Verhältnis leistet ein das Schädeldach des Patienten abdeckendes Endstück der Kopfspule, in welches eine zentrale Butterfly-Antenne sowie mehrere diese insgesamt ringförmig umgebende Loop-Antennen integriert sind, wobei jede Loop-Antenne überlappungen sowohl mit beiden in Umfangsrichtung benachbarten Loop-Antennen als auch mit der zentralen Butterfly-Antenne bildet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teilweise in vereinfachter Darstellung:
FIG 1 ein Magnetresonanz-Tomographiegerät mit einer Kopfspule als Lokalspule,
FIG 2 die Kopfspule des Magnetresonanz-Tomographiegeräts nach FIG 1 im Querschnitt,
FIG 3 eine Draufsicht auf die Kopfspule nach FIG 2, und
FIG 4 eine Antennenanordnung der Kopfspule nach den FIG 2 und 3.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt in grober Schematisierung ein Magnetreso- nanz-Tomographiegerät 1, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion beispielhaft auf die DE 102 11 567 Cl verwiesen wird. Mit dem Magnetresonanz-Tomographiegerät 1 wird ein auf einer Patientenliege 2 positionierter Patient 3 untersucht.
In Gehäuseteilen 4,5 des Magnetresonanz-Tomographiegeräts 1 angeordnete Elektromagnete, nämlich ein zur Erzeugung eines homogenen Grundmagnetfelds vorgesehener Grundmagnet sowie ein Gradientenmagnetsystem, sind in FIG 1 nicht dargestellt.
Dagegen ist in FIG 1 im Längsschnitt eine als Hochkanalspule fungierende Kopfspule 6 erkennbar, in welcher sich der Kopf des Patienten 3 befindet. Einzelheiten der Kopfspule 6 werden im Folgenden anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben.
In FIG 2, welche einen Querschnitt der Kopfspule 6 zeigt, ist ein Koordinatensystem mit Achsen x,y,z eingezeichnet. Die Kopfspule 6 ist, wie aus FIG 2 hervorgeht, aus zwei Halbschalen 7,8, nämlich einer auf der Patientenliege 2 angeord- neten Unterschale 7 und einer mit dieser lösbar verbundenen Oberschale 8, aufgebaut. Unterschale 7 und Oberschale 8 bilden zusammen einen Tragkörper 9 der Kopfspule 6, wobei sich die Unterschale 7 mit der Oberschale 8 überlappt.
Sowohl auf der Unterschale 7 als auch auf der Oberschale 8 befinden sich Antennenelemente 10, welche sich im Bereich des überlapps zwischen der Unterschale 7 und der Oberschale 8 ebenfalls überlappen. Um den überlapp zwischen den Antennenelementen 10 zu verdeutlichen, ist in FIG 2 eine insbesondere in x-Richtung verzerrte Darstellung gewählt. Es ist ein induktiver überlapp gebildet, der die auf den verschiedenen Halbschalen 7,8 nahe beieinander liegenden Antennenelemente 10 in einer Weise elektrisch entkoppelt, die die Akquirierung von Bilddaten mit einer hohen Auflösung ermöglicht. Von be- sonderem Vorteil ist die Tatsache, dass keine elektrischen
Verbindungen zwischen der Unterschale 7 und der Oberschale 8 zur Entkopplung der auf den verschiedenen Halbschalen 7,8 angeordneten Antennenelemente 10 existieren.
Der in FIG 2 dargestellte Schnitt zeigt einen als Tragabschnitt 11 bezeichneten, im Wesentlichen zylidermantelförmi- gen Abschnitt des Tragkörpers 9. Der Begriff „Tragabschnitt" impliziert hierbei keine Aussage über die statische Funktion
dieses Abschnitts des Tragkörpers 9 im Vergleich zu anderen Teilen des Tragkörpers 9. An den dem Rumpf des Patienten 3 zugewandten Tragabschnitt 11 schließt sich, wie in den Figuren 1 und 3 erkennbar ist, ein als Kugelkalotte ausgebildeter Endabschnitt 12 des Tragkörpers 9 an. Ebenso wie der Tragabschnitt 11 ist der Endabschnitt 12 teilweise aus der Unterschale 7 und teilweise aus der Oberschale 8 gebildet.
In FIG 3 sind lediglich einige Antennenelemente 10 - haupt- sächlich im Bereich des Tragabschnitts 11 - dargestellt. In diesem Abschnitt befinden sich zwei Augenöffnungen 13 und ein Nasenausschnitt 14 in der Oberschale 8. Die Augenöffnungen 13 haben zum einen den Zweck, dem Patienten 3 das Herausschauen aus der Kopfspule 6 zu ermöglichen, zum anderen ist es dank der Augenöffnungen 13 auch möglich, den Patienten gezielt optischen Reizen auszusetzen, wie prinzipiell beispielsweise aus der DE 101 18 472 Cl bekannt. Die Augenöffnungen 13 nach dem in FIG 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils vollständig von Antennenelementen 10 umgeben. Der Nasenaus- schnitt 14 sorgt dafür, dass diese Antennenelemente 10 besonders nah am Gesicht des Patienten 3 anordenbar sind.
Einzelheiten des Endabschnitts 12 sind in FIG 4 erkennbar, die eine Projektion in z-Richtung zeigt. Zentrales Antennen- element des im Wesentlichen kugelig gewölbten Endabschnitts
12, welcher gut der Form der Schädeldecke des Patienten 3 an- gepasst ist, ist eine Butterfly-Antenne 15, die insgesamt ringförmig von im Ausführungsbeispiel sechs Loop-Antennen 16 umgeben ist. Konturen der Halbschalen 7,8 sind in FIG 4 der übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Jede der ringförmigen Loop-Antennen 16 überlappt sich sowohl mit den beiden in Umfangsrichtung benachbarten, zumindest annähernd gleichartigen Loop-Antennen 16 als auch mit der But- terfly-Antenne 15.
Die Butterfly-Antenne 15 hat die Grundform eines Kreises und weist zwei spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildete Bogen-
abschnitte 17,18 auf, die auf dem Umfang ein und desselben Kreises angeordnet sind. An die Enden der Bogenabschnitte 17,18 schließen sich Linearabschnitte 19,20 an, die in der dargestellten Projektion ein X bilden und zwischen sich einen Winkel α von weniger als 45° einschließen. Die Antennengeometrie nach FIG 4 ermöglicht es, auch im Bereich des Endabschnitts 12, welcher im Wesentlichen orthogonal zur z-Achse angeordnet ist, Informationen mit einem guten Signal zu Rausch-Verhältnis (SNR = Signal to Noise Ratio) aufzunehmen.
Be zugs zeichenl i ste
1 Magnetresonanz-Tomographiegerät
2 Patientenliege
3 Patient
4 Gehäuseteil
5 Gehäuseteil
6 Kopfspule
7 Unterschale
8 Oberschale
9 Tragkörper
10 Antennenelement
11 Tragabschnitt
12 Endabschnitt
13 Augenöffnung
14 Nasenausschnitt
15 ButterfIy-Antenne
16 Loop-Antenne
17 Bogenabschnitt
18 Bogenabschnitt
19 Linearabschnitt
20 Linearabschnitt
α Winkel x, y, z Achsen
Next Patent: PRESSURE SENSOR ASSEMBLY AND METHOD OF USING THE ASSEMBLY