DE10004423C2 - Zusatzgerät für ein Steuergerät für einen Magnetresonanztomographen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zusatzgerät für ein Steuergerät für einen Magnetresonanztomographen, wobei von dem Steuergerät über einen Sendeausgang ein Ausgangssignal abgebbar ist und in das Steuergerät über einen Empfangsein­ gang ein von dem Ausgangssignal hervorgerufenes Eingangssig­ nal einspeisbar ist, wobei das Ausgangssignal eine Erst­ frequenz aufweist und das Eingangssignal von dem Steuergerät ordnungsgemäß verarbeitbar ist, wenn es die Erstfrequenz auf­ weist.

Ein Steuergerät für einen Magnetresonanztomographen der ein­ gangs genannten Art ist beispielsweise aus der US 5,170,123 bekannt. Mittels des Steuergeräts kann über den Sendeausgang nur eine fest vorgegebene Frequenz abgegeben werden. Ebenso kann das Eingangssignal von dem Steuergerät nur dann ord­ nungsgemäß verarbeitet werden, wenn es - innerhalb der Band­ breite einer Sequenz - diese Frequenz aufweist.

Die Frequenz entspricht üblicherweise der Larmorfrequenz von Wasserstoffkernen. Sie beträgt z. B. 8,25 MHz. Die Bandbreite beträgt z. B. ± 300 kHz.

Es sind auch Steuergeräte für Magnetresonanztomographen be­ kannt, bei denen die Erstfrequenz variabel ist. Diese Steuer­ geräte sind aber sehr teuer.

Aus der EP 0 498 539 A1 ist ein Magnetresonanzgerät bekannt, das eine doppelt-resonante Antenne umfasst, die von einem 26 MHz-Sender und -Empfänger und von einem 64 MHz-Sender und -Empfänger angesteuert wird.

In der DE 36 08 473 A1 ist gleichfalls eine doppelt-resonante Magnetresonanzantenne beschrieben. Dort ist noch erwähnt, dass bei Natrium- oder Phosphorkernen andere Frequenzen zum Anregen benötigt werden wie bei Wasserstoffkernen.

Aus der DE 43 26 045 A1 ist ein Magnetresonanzgerät für zwei Frequenzen bekannt, das einen Sende- und einen Empfangskanal aufweist. Der Sendekanal enthält für jede Frequenz einen Syn­ thesizer und eine für beide Frequenzen gemeinsame Modulator­ einheit.

Die US 4,446,431 beschreibt eine doppelt-resonante Antenne für ein Spektrometer. Das Spektrometer umfasst zwei Sendeka­ näle und einen Empfangskanal.

In der EP 0 307,989 A2 ist ein Kernresonanz-Spektrometer of­ fenbart, bei dem zumindest im Empfangszweig die Frequenz des empfangenen Kernresonanzsignals in zwei Mischprozessen auf eine Frequenz oberhalb des Basisbandes in ein digitales Sig­ nal umgesetzt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, einen Magnetresonanz­ tomographen mit mindestens einer zweiten Frequenz zu betrei­ ben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ausgangssignal dem Zusatzgerät zuführbar ist, daß das Ausgangssignal mittels des Zusatzgeräts derart modifizierbar ist, daß es eine Zweitfrequenz aufweist, daß das modifizierte Ausgangssignal von dem Zusatzgerät einem Sendeelement als Sendesignal zuführbar ist, daß ein von einem Empfangselement empfangenes, von dem Sende­ signal hervorgerufenes Empfangssignal die Zweitfrequenz auf­ weist, daß das Empfangssignal dem Zusatzgerät zuführbar ist, daß das Empfangssignal mittels des Zusatzgeräts derart modi­ fizierbar ist, daß es die Erstfrequenz aufweist, und daß das modifizierte Empfangssignal von dem Zusatzgerät dem Empfang­ seingang als Eingangssignal zuführbar ist.

Denn dadurch können der Magnetresonanztomograph und das Steu­ ergerät unverändert bleiben. Das Umsetzen auf die Zweitfre­ quenz und zurück erfolgt im Zusatzgerät. Dem Steuergerät wird also sozusagen eine andere als die tatsächliche Meßfrequenz vorgegaukelt. Eine Anpassung der Systemsteuerung, der Bildbe­ rechnung und der übrigen Anwendersoftware ist hingegen nicht erforderlich.

Die Zweitfrequenz kann fest vorgegeben sein oder in Schritten oder kontinuierlich veränderbar sein. In der Regel ist die Zweitfrequenz entweder fest oder aber in relativ großen Schritten von z. B. 1 MHz variabel.

Wenn das Zusatzgerät einen Zusatzoszillator aufweist, der ein Zusatzoszillatorsignal abgibt, das eine Zusatzoszillatorfre­ quenz aufweist, das Zusatzoszillatorsignal und das Ausgangs­ signal einem Ausgangssignal-Frequenzmischer zuführbar sind, der das modifizierte Ausgangssignal ausgibt, und das Zusatz­ oszillatorsignal und das Empfangssignal einem Empfangssignal- Frequenzmischer zuführbar sind, der das modifizierte Emp­ fangssignal ausgibt, ist die Frequenzumsetzung von der Erst- zur Zweitfrequenz und zurück besonders einfach.

Wenn dem Ausgangssignal-Frequenzmischer ein Ausgangssignal­ filter nachgeordnet ist und/oder dem Empfangssignal-Frequenz­ mischer ein Empfangssignalfilter vorgeordnet ist, werden Frequenzen, die ein Phantomsignal verursachen könnten, ausgefil­ tert.

Wenn von dem Steuergerät über einen Referenzausgang ein Refe­ renzsignal abgebbar ist, das eine Referenzfrequenz aufweist, das Referenzsignal dem Zusatzoszillator zuführbar ist und der Zusatzoszillator die Zusatzoszillatorfrequenz aus der Refe­ renzfrequenz ableitet, ist die Zusatzoszillatorfrequenz be­ sonders einfach erzeugbar und stabilisierbar.

Das Sendesignal wird dem Sendeelement über einen Sendever­ stärker zugeführt. Der Sendeverstärker kann wahlweise im Zu­ satzgerät angeordnet oder dem Magnetresonanztomographen zuge­ ordnet sein.

Wenn das Sende- und das Empfangselement zu einem gemeinsamen Sende-/Empfangselement zusammengefaßt sind und das Zusatzge­ rät an dem gemeinsamen Sende-/Empfangselement angeordnet ist, ergibt sich ein besonders einfacher und kompakter Aufbau der von Zusatzgerät und Sende-/Empfangselement gebildeten Ein­ heit.

Wenn von dem Steuergerät über mindestens einen Gradientenaus­ gang ein Gradientensignal abgebbar ist, das Gradientensignal dem Zusatzgerät zuführbar ist und das Gradientensignal von dem Zusatzgerät mit einem Verstärkungsfaktor verstärkbar ist, wobei der Verstärkungsfaktor gleich dem Verhältnis von Erst­ frequenz zu Zweitfrequenz ist, ergibt sich für einen Kern mit einem anderen gyromagnetischen Verhältnis die gleiche Zuord­ nung von Ort zu Sende-/Empfangsfrequenz wie ohne das Zusatz­ gerät für den Grundkern (meist Wasserstoff).

Wenn das Zusatzgerät über Schalter an das Steuergerät an­ schaltbar ist, ist das Zusatzgerät schnell und einfach an das Steuergerät anschaltbar. Wenn die Schalter dabei gemeinsam betätigbar sind, ist das Zusatzgerät besonders einfach ein­ schaltbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 einen Hochfrequenzteil eines Magnetresonanzto­ mographen,

Fig. 2 eine Variante von Fig. 1 und

Fig. 3 eine Gradientenfeldsteuerung eines Magnetresonanz­ tomographen.

Gemäß Fig. 1 weist ein Steuergerät 1 für einen Magnetreso­ nanztomographen einen Sendeausgang 2 auf. Über den Sendeaus­ gang 2 ist ein Ausgangssignal A abgebbar. Das Ausgangssignal A weist eine Erstfrequenz f1 auf. Die Erstfrequenz f1 ent­ spricht beispielsweise der Larmorfrequenz von Wasserstoff für ein bestimmtes Magnetfeld des Magnetresonanztomographen. Bei­ spielsweise beträgt die Erstfrequenz f1 8 MHz.

Im Normalbetrieb des Magnetresonanztomographen wird das Aus­ gangssignal A einem Sendeverstärker 3 zugeführt. Der Sende­ verstärker 3 ist ein Leistungsverstärker, der auf die Erst­ frequenz f1 abgestimmt ist. Vom Sendeverstärker 3 wird das verstärkte Ausgangssignal A einem Sendeelement 4 zugeführt. Hierdurch wird ein nicht dargestelltes Meßobjekt zu Magnetre­ sonanzen angeregt, die von einem ebenfalls nicht dargestell­ ten Empfangselement empfangen werden. Das empfangene Signal wird über einen Vorverstärker 5 und einen Empfangseingang 6 in das Steuergerät 1 eingespeist. Dort wird es verarbeitet.

Aufgrund der Anregung des Meßobjekts mit der Erstfrequenz f1 weist auch das Eingangssignal die Erstfrequenz f1 auf. Nur wenn es die Erstfrequenz f1 aufweist, kann das Eingangssignal von dem Steuergerät 1 ordnungsgemäß verarbeitet werden. Ins­ besondere ergibt sich nur dann einen sinnvolle Darstellung des erfaßten Meßobjekts.

Das Ausgangssignal A wird innerhalb des Steuergeräts 1 von einem Sender 7 erzeugt, das Empfangssignal E innerhalb des Steuergeräts 1 in einem Empfänger 8 verarbeitet. Damit der Sender 7 und der Empfänger 8 exakt die Erstfrequenz f1 auf­ weisen, weist das Steuergerät 1 auch einen Referenztaktoszil­ lator 9 auf. Der Referenztaktoszillator 9 gibt ein Referenz­ signal R ab, das eine Referenzfrequenz fR aufweist. Die Refe­ renzfrequenz fR beträgt beispielsweise 10 MHz. Sie wird dem Sender 7 und dem Empfänger 8 zugeführt und ist an einem Refe­ renzausgang 10 abgreifbar.

Für bestimmte Untersuchungen, z. B. Lungenuntersuchungen mit Helium, wäre es von Vorteil, wenn das Steuergerät 1 nicht mit der Erstfrequenz f1, sondern mit einer Zweitfrequenz f2 be­ trieben würde. Um einen derartigen Betrieb zu ermöglichen, ist ein Zusatzgerät 11 vorgesehen, das lösbar mit dem Steuer­ gerät 1 verbindbar ist.

Gemäß Fig. 1 ist dem Zusatzgerät 11 über einen Schalter 12 das Ausgangssignal A zuführbar. Innerhalb des Zusatzgeräts 11 wird das Ausgangssignal A einem Ausgangssignal-Frequenzmi­ scher 13 zugeführt. Dem Frequenzmischer 13 wird ferner ein Zusatzoszillatorsignal O zugeführt, das von einem Zusatzos­ zillator 14 abgegeben wird. Das Zusatzoszillatorsignal 0 weist eine Zusatzoszillatorfrequenz fO auf. Dem Zusatzoszil­ lator 14 wird das Referenzsignal R zugeführt. Der Zusatzos­ zillator 14 kann daher die Zusatzoszillatorfrequenz fO aus der Referenzfrequenz fR ableiten. Die Zusatzoszillatorfre­ quenz fO ist derart gewählt, daß sie entweder gleich der Sum­ me oder gleich der Differenz von Erstfrequenz f1 und Zweit­ frequenz f2 ist. Der Ausgangssignal-Frequenzmischer 13 gibt somit ein modifiziertes Ausgangssignal A' aus.

Das modifizierte Ausgangssignal A' weist neben seiner eigent­ lichen Sollfrequenz, d. h. der Zweitfrequenz f2, noch einen Signalanteil mit einer weiteren Frequenzkomponente auf. Daher ist dem Ausgangssignal-Frequenzmischer 13 ein Ausgangssignalfilter 15 nachgeordnet, welches alle Signalanteile, die eine andere Frequenz als die Zweitfrequenz f2 aufweisen, ausfil­ tert. Das gefilterte modifizierte Ausgangssignal A' weist so­ mit nur die Zweitfrequenz f2 auf.

Vom Ausgangssignalfilter 15 wird das modifizierte Ausgangs­ signal A' über einen Sendeverstärker 16 und einen Umschalter 17 als Sendesignal einem Element 18 zugeführt. Das Element 18 ist als gemeinsames Sende-/Empfangselement ausgebildet. Es 1 kann also sowohl Magnetresonanzsignale aussenden als auch Magnetresonanzsignale empfangen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Sendeverstärker 16 - im Gegensatz zum Sendeverstärker 3 - dem Zusatzgerät 11 zuge­ ordnet. Es wird also ein eigener Sendeverstärker 16 verwen­ det, der auf die Zweitfrequenz f2 abgestimmt sein kann.

Nach dem Aussenden des modifizierten Ausgangssignals A' wird der Umschalter 17 betätigt und von dem Element 18 ein Emp­ fangssignal E empfangen. Das Empfangssignal E ist von dem Sendesignal (bzw. dem modifizierten Ausgangssignal A') her­ vorgerufen und weist somit ebenfalls die Zweitfrequenz f2 auf. Es wird dem Zusatzgerät 11 zugeführt.

Innerhalb des Zusatzgeräts 11 wird das Empfangssignal E zu­ nächst einem Vorverstärker 19 und sodann einem Empfangssig­ nalfilter 20 zugeführt. Der Empfangssignalfilter 20 filtert alle Signalkomponenten des Empfangssignals E aus, die eine andere als die Zweitfrequenz f2 aufweisen. Der Empfangssig­ nalfilter 20 ist einem Empfangssignal-Frequenzmischer 21 vor­ geordnet. Dem Empfangssignal-Frequenzmischer 21 werden das (gefilterte) Empfangssignal E und das Zusatzoszillatorsignal O zugeführt. Der Empfangssignal-Frequenzmischer 21 gibt an seinem Ausgang ein modifiziertes Empfangssignal E' aus, das wieder die Erstfrequenz f1 aufweist. Dieses Signal E' wird von dem Zusatzgerät 11 über einen Schalter 22 dem Empfangseingang 6 zugeführt. Es kann von dem Empfänger 8 ordnungsge­ mäß ausgewertet werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform von Fig. 1. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu Fig. 1 ist der Sendeverstärker 3 des Magnetresonanztomographen aber als Breitband-Leistungsverstärker ausgebildet. Er kann daher sowohl ein Signal mit der Erstfrequenz f1 als auch ein Signal mit der Zweitfrequenz f2 verstärken. In diesem Fall ist es möglich, dem Sendeverstärker 3 über einen Schalter 23 wahl­ weise das unmodifizierte oder das modifizierte Ausgangssignal A, A' zuzuführen. Das Ausgangssignal des Sendeverstärkers 3 wird dann über einen weiteren Schalter 24 wahlweise dem Sen­ deelement 4 oder dem Umschalter 17 zugeführt. Bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 2 ist somit der Sendeverstärker 3 dem Magnetresonanztomographen zugeordnet.

Das Zusatzgerät 11 kann an dem Element 18 angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Element 18 als Lokalspule ausgebildet ist. Denn in diesem Fall ergibt sich automatisch beim Anschließen der Lokalspule 18 an das Steuergerät 1 ein Umsetzen auf die gewünschte Zweitfrequenz f2 und zurück auf die Erstfrequenz f1.

Gemäß Fig. 3 weist der Magnetresonanztomograph Gradientenspu­ len 25 auf. Die Gradientenspulen 25 erzeugen ein Gradienten­ magnetfeld, das einem Gleichmagnetfeld überlagert wird. Das Gradientenmagnetfeld wird mit einem Skalierungsfaktor ska­ liert, der von dem zu messenden Kern und damit von der Zweit­ frequenz f2 abhängt. Vorzugsweise wird daher nicht nur die Signalfrequenz von der Erstfrequenz f1 zur Zweitfrequenz f2 umgesetzt, sondern auch das Gradientenfeld entsprechend ange­ paßt.

Das Gradientenfeld wird von den Gradientenspulen 25 aufgrund von Gradientensignalen G erzeugt, die vom Steuergerät 1 über Gradientenausgänge 26 abgegeben und über Gradientenleistungs­ verstärker 27 den Gradientenspulen 25 zugeführt werden. Gemäß Fig. 3 sind vor den Gradientenleistungsverstärkern 27 Schalter 28 angeordnet, über die die Gradientenausgänge 26 wahlweise direkt oder über Gradientenverstärker 29 den Gradientenleis­ tungsverstärkern 27 zugeführt werden. Die Gradientenverstär­ ker 29 und die Schalter 28 sind Bestandteil des Zusatzgeräts 11. Die Gradientenverstärker 29 verstärken die Gradientensig­ nale mit einem Verstärkungsfaktor. Der Verstärkungsfaktor ist gleich dem Verhältnis der gyromagnetischen Konstanten von Grundkern und zu messendem Kern und damit gleich dem Verhält­ nis von Erstfrequenz f1 zu Zweitfrequenz f2 bei unverändertem Grundmagnetfeld.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Schalter 12, 22, 23, 24 und 28 sind vorzugsweise starr miteinander gekoppelt. Sie sind also gemeinsam betätigbar.

Mit dem erfindungsgemäßen Zusatzgerät 11 wird dem Steuergerät 1 sozusagen eine andere als die tatsächliche Meßfrequenz vor­ gegaukelt. Dadurch entfällt jeglicher Änderungsaufwand durch eine ansonsten erforderliche Anpassung bei der Systemsteue­ rung, der Bildberechnung und der Anwendungssoftware. Die vor­ liegende Erfindung führt daher zu einer beträchtlichen Kas­ tenersparnis gegenüber Steuergeräten mit variabler Erstfre­ quenz f1.

Claims (11)

1. Zusatzgerät für ein Steuergerät (1) für einen Magnetreso­ nanztomographen, wobei von dem Steuergerät (1) über einen Sendeausgang (2) ein Ausgangssignal (A) abgebbar ist und in das Steuergerät (1) über einen Empfangseingang (6) ein von dem Ausgangssignal (A) hervorgerufenes Eingangssignal einspeisbar ist, wobei das Ausgangssignal (A) eine Erst­ frequenz (f1) aufweist und das Eingangssignal von dem Steuergerät (1) ordnungsgemäß verarbeitbar ist, wenn es die Erstfrequenz (f1) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal (A) dem Zusatzgerät (11) zuführ­ bar ist,
daß das Ausgangssignal (A) mittels des Zusatzgeräts (11) derart modifizierbar ist, daß es eine Zweitfre­ quenz (f2) aufweist,
daß das modifizierte Ausgangssignal (A') von dem Zu­ satzgerät (11) einem Sendeelement (18) als Sendesignal zuführbar ist,
daß ein von einem Empfangselement (18) empfangenes, von dem Sendesignal hervorgerufenes Empfangssignal (E) die Zweitfrequenz (f2) aufweist,
daß das Empfangssignal (E) dem Zusatzgerät (11) zuführ­ bar ist,
daß das Empfangssignal (E) mittels des Zusatzgeräts (11) derart modifizierbar ist, daß es die Erstfrequenz (f1) aufweist, und
daß das modifizierte Empfangssignal (E') von dem Zu­ satzgerät (11) dem Empfangseingang (6) als Eingangssig­ nal zuführbar ist.

2. Zusatzgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es einen Zusatzoszillator (14) aufweist, der ein Zusatzoszillatorsignal (O) abgibt, das eine Zusatzos­ zillatorfrequenz (fO) aufweist,
daß das Zusatzoszillatorsignal (O) und das Ausgangssig­ nal (A) einem Ausgangssignal-Frequenzmischer (13) zu­ führbar sind, der das modifizierte Ausgangssignal (A') ausgibt, und
daß das Zusatzoszillatorsignal (O) und das Empfangssig­ nal (E) einem Empfangssignal-Frequenzmischer (21) zu­ führbar sind, der das modifizierte Empfangssignal (E') ausgibt.

3. Zusatzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgangssignal-Frequenzmischer (13) ein Ausgangs­ signalfilter (15) nachgeordnet ist und/oder dem Empfangs­ signal-Frequenzmischer (21) ein Empfangssignalfilter (20) vorgeordnet ist.

4. Zusatzgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuergerät (1) über einen Referenzausgang (10) ein Referenzsignal (R) abgebbar ist, das eine Refe­ renzfrequenz (fR) aufweist, daß das Referenzsignal (R) dem Zusatzoszillator (14) zuführbar ist und daß der Zu­ satzoszillator (14) die Zusatzoszillatorfrequenz (fO) aus der Referenzfrequenz (fR) ableitet.

5. Zusatzgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendesignal dem Sendeelement (18) über einen Sen­ deverstärker (3, 16) zugeführt wird.

6. Zusatzgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeverstärker (16) dem Zusatzgerät (11) zuge­ ordnet ist.

7. Zusatzgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeverstärker (3) dem Magnetresonanztomographen zugeordnet ist.

8. Zusatzgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sende- und das Empfangselement (18) zu einem ge­ meinsamen Sende-/Empfangselement zusammengefaßt sind und daß das Zusatzgerät (11) an dem gemeinsamen Sende-/Emp­ fangselement (18) angeordnet ist.

9. Zusatzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuergerät (1) über mindestens einen Gra­ dientenausgang (26) ein Gradientensignal (G) abgebbar ist, daß das Gradientensignal (G) dem Zusatzgerät (11) zuführbar ist und daß das Gradientensignal (G) von dem Zusatzgerät (11) mit einem Verstärkungsfaktor verstärkbar ist, wobei der Verstärkungsfaktor gleich dem Verhältnis von Erstfrequenz (f1) zu Zweitfrequenz (f2) ist.

10. Zusatzgerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzgerät (11) über Schalter (12, 22, 23, 24, 28) an das Steuergerät (1) anschaltbar ist.

11. Zusatzgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (12, 22, 23, 24, 28) gemeinsam betätig­ bar sind.