DE102005054930B4

DE102005054930B4 - MRT-Gerät

Info

Publication number: DE102005054930B4
Application number: DE102005054930A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Speier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: DE102005054930A1

Abstract

MRT-Gerät zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers (1), bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung (15) von Kernspins (9) vorgegeben ist, in einem Abbildungsvolumen umfassend:
– Mittel zum Einstrahlen eines zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientierten, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) zur indirekten Anregung von Kernspins (9),
– Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins (9) hat,
– Mittel (120) zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des gemessenen HF-Magnetfeldes an seinen Entstehungsort im Abbildungsvolumen, und
– Mittel (116) zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers (1) aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins (9) hat,
wobei die indirekte Anregung von Kernspins (9) im Abbildungsvolumen derart erfolgt, dass der induktive Schwingkreis-Marker (1) durch das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins...

Description

Die Erfindung betrifft ein MRT-Gerät zur Lokalisation eines induktiv gekoppelten Schwingkreis-Marker.
Interventionelle Verfahren haben in der Medizin in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Viele interventionelle Verfahren, wie beispielsweise interventionelle Angiographien oder verschiedenste Organpunktionen und Biopsieentnahmen, müssen dabei ohne direkte Sicht auf das zu behandelnde Gebiet durchgeführt werden. Viele dieser Verfahren werden hinsichtlich Sicherheit und Erfolg durch eine qualitativ hochwertige Bildgebung maßgeblich optimiert.
Prinzipiell stehen hierfür sämtliche gängige bildgebende Verfahren der Medizin zur Verfügung, wie die konventionelle Radiographie, die Sonographie, die Computertomographie oder die Kernspintomographie. Dabei hat jedes Verfahren seine Vor- und Nachteile. Die Sonographie kann beispielsweise nicht immer die gewünschte Aufnahmequalität liefern, und die konventionelle Radiographie und insbesondere die Computertomographie sind mit einer hohen Strahlenbelastung für den Patienten und für den behandelnden Arzt verbunden. In den letzten Jahren hat daher die Kernspintomographie – auch Magnet-Resonanz-Tomographie (MR-Tomographie) genannt – zunehmend als unterstützendes bildgebendes Verfahren bei interventionellen Eingriffen an Bedeutung gewonnen. Einerseits tritt während der Bildgebung keine Strahlenbelastung für Patient und behandelnden Arzt auf, andererseits zeichnen sich kernspintomographisch erstellte Bilder durch einen ausgezeichneten Weichteilkontrast aus, durch die bei bestimmten interventionellen Verfahren der Eingriff maßgeblich optimiert werden kann.
MR-Abbildungssysteme, die Schnittbilder eines zu untersuchenden Objektes, insbesondere eines menschlichen Körpers oder Körperteils, unter Anwendung magnetischer Kernresonanzen er zeugen, sind an sich bekannt. Hierbei wird der zu untersuchende Körper in ein starkes homogenes statisches Magnetfeld, das sogenannte Hauptmagnetfeld, eingebracht, das in dem Körper eine Ausrichtung der Kernspins von Atomkernen, insbesondere von an Wasser gebundenen Wasserstoffatomkernen (Protonen), bewirkt. Mittels hochfrequenter Anregungspulse werden dann diese Kerne zu einer Präzessionsbewegung angeregt. Nach dem Ende eines entsprechenden Hochfrequenz-(HF-)Anregungspulses präzedieren die Atomkerne mit einer Frequenz, die von der Stärke des Grundfeldes abhängt, und pendeln sich dann aufgrund ihrer Spins nach einer vorbestimmten Relaxationszeit wieder in die durch das Hauptmagnetfeld vorgegebene Vorzugsrichtung ein. Durch rechnerische und/oder messtechnische Analyse der integralen, hochfrequenten Kernsignale kann bezüglich einer Körperschicht aus der Verteilung der räumlichen Spindichte in Verbindung mit den Relaxationszeiten ein Bild generiert werden. Die Zuordnung des infolge der Präzessionsbewegung nachweisbaren Kernresonanzsignals zum Ort seiner Entstehung erfolgt durch Anwendung linearer Feldgradienten. Dazu werden entsprechende Gradientenfelder dem Grundfeld überlagert und so gesteuert, dass nur in einer abzubildenden Schicht eine Anregung der Kerne erfolgt. Sowohl zur HF-Anregung der Kernspins als auch zur Detektion der Kernantwortsignale ist eine HF-Spuleneinrichtung erforderlich. Auf diesen physikalischen Effekten basierende Abbildungssysteme sind auch bekannt unter den Bezeichnungen Kernspin-Tomographie, Nuclear-Magnetic-Resonance (NMR)-Tomographie oder Magnetic Resonance Imaging (MRI).
Bei interventionellen MR-Eingriffen ist es allerdings notwendig, dass neben der Darstellung des Gewebes auch eine Darstellung des Gerätes, beispielsweise eines Katheters, mit dem der Eingriff durchgeführt wird, erfolgt. Neben der reinen bildlichen Darstellung ist es oft hilfreich, die räumlichen Koordinaten des Gerätes automatisch bestimmen zu lassen. Diese Information wird für weitere Berechnungen benötigt, beispielsweise um die Lage oder die Orientierung des Gerätes in Bezug auf den Körper oder auf andere Geräte zu bestimmen oder um bei einer weiteren Messung genau die Schicht auszuwählen, in der sich das Gerät gerade befindet.
Der gesamte Prozess der Bilddarstellung und der darauf folgenden Berechnungsschritte darf zudem nur wenig Zeit in Anspruch nehmen, da sich die Situation bei einem interventionellen Eingriff schnell verändert und da die Veränderungen stets schnell erfasst werden müssen.
Hieraus ergibt sich die Forderung nach einem Marker, mit dem die bei einem interventionellen Verfahren eingesetzten Geräte ausgestattet werden können, der sich in den aufgenommenen Bildern deutlich abgrenzbar darstellt. Nur so kann gewährleistet werden, dass ein Bildverarbeitungsalgorithmus das dem Marker zugeordnete Bildsignal zuverlässig und schnell extrahieren kann und mit Hilfe dieses Signals die nötigen Berechnungen durchführen kann.
Im Rahmen der Kernspintomographie sind bereits einige Arten von Markern und Verfahren entwickelt worden.
Eine einfache Art eines solchen Markers ist eine mit einer Gadolinium(III)-Verbindung gefüllte kleine Kapsel, die am Instrument angebracht ist. Durch das gadoliniumhaltige MR-Kontrastmittel stellt sich der Marker in den aufgenommenen MR-Bildern deutlich dar. Derartige Marker werden beispielsweise bei Prostata-Biopsien eingesetzt. Allerdings ist der Kontrast des Markers in bestimmten Körperregionen immer noch so gering, dass eine gewisse Menge an Bilddatenmaterial aufgenommen werden muss, um darauf aufbauend den Marker automatisch mittels Bildanalyse zu lokalisieren. Hierfür werden jeweils ca. 30 s benötigt, sodass dieses Verfahren zur schnellen Schichtnachführung bei dem Einsatz ungeeignet ist.
Weiterhin ist der Einsatz von kleinen induktiv gekoppelten Schwingkreisen, die eine Kapsel mit einer Kontrast verstärkenden Substanz umschließen, bekannt. Die Resonanzfrequenz der Schwingkreise ist dabei auf die Larmorfrequenz des MR-Gerätes abgestimmt. Wird ein Hochfrequenz-Magnetfeld (HF-Magnetfeld) mit der Larmorfrequenz als Anregungspuls für die Spins eingestrahlt, so wird auch der Schwingkreis resonant angeregt und verstärkt das HF-Magnetfeld in seiner unmittelbaren Umgebung, insbesondere auch im Bereich der Kapsel. Durch die lokale Überhöhung des HF-Magnetfeldes leuchten die Umgebung des Schwingkreises und damit auch die Kapsel mit der Kontrast verstärkenden Substanz in bestimmten Bilddarstellungen auf. Der Kontrast gegenüber dem Hintergrund ist im Vergleich zu einem Marker ohne einen integrierten Schwingkreis verbessert. Allerdings ist der so entstehende Kontrastunterschied nicht immer hoch genug, damit die räumliche Position des Schwingkreis-Markers mit einfachen und schnell zu erstellenden nichtselektiven Projektionen erfasst werden kann. Zur automatischen Lokalisierung eines solchen Markers bedarf es immer noch der Auswertung dünner Schichtbilder, sodass der damit verbundene Zeitaufwand dieses Verfahren für viele Anwendungen, beispielsweise einer schnellen fluoroskopischen Schichtnachführung, ungeeignet macht.
Eine andere Möglichkeit ist, das Signal der Schwingkreis-Marker nicht induktiv über eine HF-Spule abzugreifen, sondern galvanisch über lange elektrische Zuleitungen. Das Signal, das in den Schwingkreis-Marker eingekoppelt wird, kann so über einen getrennten Kanal abgegriffen und ausgewertet werden. Dadurch kann eine Kontrastverstärkung erreicht werden. Neben einem gewissen technischen Aufwand, die Zuleitungen und das MR-Gerät mit (genormten) Steckverbindungen auszustatten, liegt das Problem hierbei v.a. bei der Gewährleistung der Patientensicherheit. Einerseits können die langen Zuleitungen, die v.a. bei intravenösen Eingriffen sehr dünn ausgebildet sein müssen, leicht abbrechen. Andererseits wirken die langen Zuleitungen auch als Antennen für eingestrahlte HF-Felder und nehmen deren Energie auf, was zu einer gefährlichen lokalen Erwärmung des Gewebes in der Umgebung der Zuleitungen führen kann. Dabei hängt der Betrag der Erhitzung von vielen Faktoren ab, wie von der relativen Position des Markers zur HF-Sendespule, vom Aufbau der HF-Sendespule, von der Eindring tiefe in den Körper und vom Anschluss der Zuleitungen außerhalb des Körpers. Eine verlässliche quantitative Vorhersage und Kontrolle der Erhitzung sind deswegen problematisch. Daher werden solche Schwingkreis-Marker bislang nur bei Tierexperimenten eingesetzt.
Die DE 101 51 779 A1 offenbart ein Verfahren zur Lokalisation eines Gegenstandes, insbesondere eines Katheters, in einem Körper mit Hilfe einer MR-Apparatur. Hierbei wird die Wechselwirkung eines an dem Gegenstand angebrachten elektromagnetischen Resonanzkreises, der zwei Zustände unterschiedlicher Resonanzkreisgüte einnehmen kann, mit einem in der MR-Apparatur zur Kernmagnetisierung im Körper angelegten HF-Feld ausgewertet.
Die DE 198 44 762 B4 offenbart einen induktiven Schwingkreis-Marker, welcher zur Verringerung der Abhängigkeit der Stärke der Erregung von seiner Orientierung mit mehreren Spulenelementen verschiedener Orientierung ausgestattet ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, anhand derer induktiv gekoppelte Schwingkreis-Marker einfach und schnell lokalisiert werden können und anhand derer die geschilderten Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein MRT-Gerät nach Anspruch 1, 3 oder 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der MRT-Geräte sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße MRT-Gerät nach Anspruch 1 zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers, bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung von Kernspins vorgegeben ist, in einem Abbildungsvolumen umfasst:

– Mittel zum Einstrahlen eines zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientierten, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung der Kernspins zur indirekten Anregung von Kernspins,
– Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das sei nen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins hat,
– Mittel zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des gemessenen HF-Magnetfeldes an seinen Entste hungsort im Abbildungsvolumen, und
– Mittel zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwing kreis-Markers aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins hat,

Das erfindungsgemäße MRT-Gerät nutzt aus, dass die zu messenden Spins um das Hauptmagnetfeld in einer bestimmten Richtung präzedieren. Dies bedeutet, dass bei einem eingestrahlten HF-Magnetfeld nur die zirkular polarisierte Komponente des HF-Magnetfeldes, die die gleiche Polarisationsrichtung wie die Präzessionsrichtung der Kernspins hat, zur direkten Anregung der Kernspins beiträgt. Wenn wie bei dem erfindungsgemäßen MRT-Gerät durch die Mittel zum Einstrahlen ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld eingestrahlt wird, dessen Polarisationsrichtung entgegengesetzt zur Präzessionsrichtung der Kernspins ist, erfolgt keine direkte Anregung der Kernspins. Hier wird jedoch die Tatsache ausgenutzt, dass die Kernspins nicht direkt, aber indirekt durch den Schwingkreis-Marker angeregt werden, und zwar über den im Folgenden beschriebenen Mechanismus.
Der Schwingkreis-Marker strahlt aufgrund seines üblicherweise einfachen Aufbaus ein linear polarisiertes Magnetfeld aus, das aus zwei zirkular polarisierten HF-Magnetfeldern entgegengesetzter Polarisation zusammengesetzt betrachtet werden kann. Die in Präzessionsrichtung zirkular polarisierte Komponente wechselwirkt mit den Kernspins und regt diese zur Präzession an. Das eingestrahlte zirkular polarisierte HF-Magnetfeld, dessen Polarisationsrichtung entgegengesetzt zur Präzessionsrichtung der Kernspins ist, wird durch den Schwingkreis-Marker „übersetzt" und vermag so auf indirekte Weise die Kernspins anzuregen. Hierfür ist der Schwingkreis-Marker 1 weitgehend auf die Larmorfrequenz des MRT-Gerätes abgestimmt.
Es wird hier jedoch nur ein kleiner Teil der sich im Abbildungsvolumen befindlichen Kernspins angeregt, nämlich diejenigen Kernspins, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers befinden. Hierunter wird der räumliche Bereich in der Umgebung des Schwingkreis-Markers verstanden, in dem die zirkular polarisierte Komponente seines HF-Magnetfeldes eine ausreichende Größe besitzt, sodass bei einer Einstrahlung eines HF-Anregungspulses über den Schwingkreis-Marker die Kernspins in diesem Bereich angeregt werden.
Das von den im Empfindlichkeitsbereich angeregten Kernspins ausgesendete HF-Magnetfeld kann nun mit den Mitteln zum Messen aufgezeichnet werden. Üblicherweise sind derartige Mittel HF-Empfangsantennen, wie sie in bekannter Weise bei einem MRT-Gerät zum Empfang der rotierenden Quermagnetisierung der Kernspins bekannten Spulen eingesetzt werden. Eine derartige HF-Empfangsantenne kann beispielsweise eine Matrix- oder Array-Spule sein, wie sie in bekannter Weise bei MRT-Geräten eingesetzt werden, oder auch eine flexible Spule sein, die an den zu untersuchenden Körperteil gelegt werden kann. Mit derartigen Spulen kann das von den Kernspins ausgestrahlte HF-Magnetfeld direkt gemessen werden.
In dem von den Mitteln zum Messen aufgezeichneten Signal ist der Hintergrund unterdrückt, da die Kernspins, die sich im Hintergrund befinden – also nicht im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers –, durch den HF-Anregungspuls mit seiner „falschen" Polarisation nicht angeregt wurden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mittel zum Messen so ausgebildet, dass mit ihnen ein parallel zum Hauptmagnetfeld orientiertes HF-Magnetfeld messbar ist, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins hat. Derartige Mittel können beispielsweise eine HF-Empfangsspule sein, die als ein die tunnelförmige Öffnung des MRT-Gerätes umgebendes Solenoid ausgebildet ist, sodass deren Magnetfeld parallel zum Hauptmagnetfeld orientiert ist. Eine derartige HF-Empfangsspule kann das von den Kernspins ausgesendete HF-Magnetfeld nicht direkt messen, da die Orientierung des ausgesendeten HF-Magnetfeldes und die Orientierung des Magnetfeldes der Spule zueinander senkrecht stehen. Allerdings regen die angeregten Kernspins, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers befinden, über das von ihnen ausgesendete HF-Magnetfeld den Schwingkreis-Marker zur Resonanz an. Der Schwingkreis-Marker strahlt wiederum ein HF-Magnetfeld aus, das eine Komponente parallel zur HF-Empfangsspule hat, sodass der Schwingkreis-Marker induktiv in die HF-Empfangsspule einkoppelt. Eine derartige HF-Empfangsspule misst folglich ein HF-Magnetfeld, das zwar vom Schwingkreis-Marker ausgestrahlt wird, das aber seinen Ursprung in den angeregten Kernspins hat. Der Hintergrund wird also auch beim Messen des HF-Magnetfeldes unterdrückt, sodass sich der Schwingkreis-Marker noch deutlicher vom Hintergrund abhebt.
Die Zuordnung des aufgezeichneten Signals zum Ort seiner Entstehung erfolgt dabei mit Hilfe von Mitteln zur Erzeugung von Gradientenfeldern, die üblicherweise als Gradientenspulen im MRT-Gerät ausgebildet sind und mit denen sich Gradientenfelder in alle drei Raumrichtungen schalten lassen.
Dadurch, dass das empfangene Signal nur Informationen der Kernspins aus dem Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers trägt – also dadurch, dass der Hintergrund des Bildes unterdrückt ist –, lässt sich die Position des Schwingkreis-Markers auf einfache Weise ermitteln. Für die Detektion der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers können bei spielsweise schnell zu erstellende, in der Größenordnung von wenigen zehn Millisekunden oder weniger liegende, nichtselektive Projektionen angewendet werden, bei denen beispielsweise aus drei Empfangssignalen, die in zueinander orthogonalen magnetischen Gradientenfeldern aufgenommen wurden, die Position des Schwingkreis-Markers berechnet werden kann.
Hierfür umfasst das MRT-Gerät Mittel zum Bestimmen der räumlichen Position der Schwingkreis-Marker aus dem von den Kernspins ausgesendeten und gemessenen HF-Magnetfeld. Üblicherweise sind derartige Mittel eine mit dem MRT-Gerät verbundene Rechnereinheit mit entsprechender Software, die so ausgestaltet ist, dass sie die Position des Schwingkreis-Markers aus dem empfangenen Signal ermittelt.
Wenn mehrere Schwingkreis-Marker verwendet werden, können die von ihnen detektierten Signale durch eine Cluster-Analyse separiert werden, wie sie in der C. Flask, „A Method for Fast 3D Tracking Using Tuned Fiducial Markers and a Limited Projection Reconstruction FISP (LPR-FISP) Sequence", Journal of Magnetic Resonance Imaging 14, 617–627, 2001 beschrieben ist. Hierbei werden mehr als die für einen Marker notwendigen drei Projektionen aufgenommen. Für n Marker werden in jeder der Projektionen n Positionen lokalisiert. Die räumliche Position der Marker muss dann auf den Projektionsgeraden durch diese in den Projektionen ermittelten Positionen liegen. Idealerweise schneiden sich die Projektionsgeraden verschiedener Projektionen in den Punkten, an denen die Marker im Raum liegen. Bedingt durch Messungenauigkeiten schneiden sich die Projektionsgeraden, die zu einem Marker gehören, nicht in einem Punkt, sondern in einer nahen Umgebung der tatsächlichen Position des Markers. Ein derartiger, einem Marker zugeordneter Cluster, der bei n Projektionen aus n verschiedenen Schnittpunkten besteht, wird nun aus der Menge aller Schnittpunkte identifiziert. Seine räumlichen Koordinaten kennzeichnen die räumliche Position des Markers.
Die Stärke der Anregung eines Schwingkreis-Markers durch den HF-Anregungspuls und die Stärke der Anregung von den Kernspins durch den Schwingkreis-Marker hängt dabei unter anderem von der Größe der Komponente seines linear polarisierten Magnetfeldes ab, die zum Hauptmagnetfeld orthogonal ist. Aufgrund seiner Größe und seines Aufbaus ist im Magnetfeld des Schwingkreis-Markers stets ein Bereich mit einer Komponente vorhanden, die senkrecht zum Hauptmagnetfeld orientiert ist. Die Größe dieser Komponente variiert jedoch mit der räumlichen Orientierung des Schwingkreis-Markers. Daher hängt auch die Stärke des Signals, das von den Kernspins im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers gesendet wird, von seiner räumlichen Orientierung ab. Da bei der beschriebenen Vorrichtung der Hintergrund in jedem Fall unterdrückt ist, reicht die Stärke des Signals üblicherweise aus, um daraus die Position des Schwingkreis-Markers zu bestimmen, auch wenn der Schwingkreis-Marker in einer räumlich ungünstigen Orientierung steht. Wenn gewünscht, kann die Abhängigkeit der Stärke des Signals von der Orientierung des Schwingkreis-Markers verringert werden, wenn Schwingkreis-Marker mit mehreren Spulenelementen verschiedener Orientierung ausgestattet werden, wie sie z.B. in der DE 198 44 762 B4 offenbart sind.
Das erfindungsgemäße MRT-Gerät nach Anspruch 3 zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers, bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung von Kernspins vorgegeben ist, umfasst:

– Mittel zum Einstrahlen eines HF-Magnetfeldes zur Anregung von Kernspins,
– Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins hat, wobei mit den Mitteln zum Messen eine zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes messbar ist, die eine Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung der Kernspins hat,
– Mittel zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des ausgesendeten HF-Magnetfeldes an seinen Entstehungsort im Abbildungsvolumen, und
– Mittel zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins hat, wobei die zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes, die mit den Mitteln zum Messen messbar ist, eine der Komponenten des von dem Schwingkreis-Marker ausgesendeten HF-Magnetfeldes ist, und der Schwingkreis-Marker seinerseits von den angeregten Kernspins zur Resonanz angeregt wird.

Bei diesem erfindungsgemäßen MRT-Gerät sind die Mittel zum Messen eines HF-Magnetfeldes dahingehend ausgebildet, dass sie von einem HF-Magnetfeld dessen zirkular polarisierte Komponente mit einer Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung der Kernspins messen. Durch diese spezielle Ausbildung der Mittel zum Messen kann ein von den Kernspins ausgesendetes Signal nicht direkt gemessen werden, da das abgestrahlte HF-Magnetfeld eine Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung hat, also keine Komponente besitzt, deren Polarisationsrichtung entgegengesetzt zur Präzessionsrichtung ist und damit für die Mittel zum Messen detektierbar ist. Aber auch hier wird die Tatsache ausgenutzt, dass das von den Kernspins ausgesendete HF-Magnetfeld indirekt über einen Schwingkreis-Marker detektiert werden kann, wie es im Folgenden erläutert wird.
Der Schwingkreis-Marker besitzt ein linear polarisiertes Magnetfeld, das aus zwei zirkular polarisierten HF-Magnetfeldern entgegengesetzter Polarisation zusammengesetzt betrachtet werden kann. Die in Präzessionsrichtung zirkular polarisierte Komponente wechselwirkt mit der von den Kernspins ausgestrahlten Quermagnetisierung und wird von diesen zur Resonanz angeregt. Das von dem angeregten Schwingkreis-Marker ausgestrahlte HF-Magnetfeld besitzt wiederum eine zirkular polarisierte Komponente mit Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung, die nun von den Mitteln zum Messen detektiert und gemessen werden kann. Der Schwingkreis-Marker „übersetzt" auch hier das von den Kernspins ausgesendete HF-Magnetfeld in ein für die Mittel zum Messen detektierbares HF-Magnetfeld. Letzteres wird zwar vom Schwingkreis-Marker ausgesendet, hat aber seinen Ursprung in den angeregten Kernspins.
Auch in diesem Fall werden jedoch nur die ausgesendeten HF-Magnetfelder derjenigen Kernspins detektiert, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers befinden. Da der restliche Hintergrund in den Mitteln zum Messen eines HF-Magnetfeldes kein Signal hervorruft, hebt sich im aufgezeichneten Signal der Schwingkreis-Markers mit hohem Kontrastunterschied vom Hintergrund ab. Deshalb können zur Lokalisation des Schwingkreis-Markers nichtselektive Projektionen, wie sie oben beschrieben wurden, verwendet werden.
Die Kernspins selbst werden durch die Mittel zum Einstrahlen eines HF-Magnetfeldes angeregt. Üblicherweise sind derartige Mittel HF-Sendespulen, wie sie in bekannter Weise bei einem MRT-Gerät zum Anregen der Kernspins eingesetzt werden. Eine derartige HF-Sendespule kann beispielsweise eine Körper-, Kopf- oder Extremitätenspule sein, die ein zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientiertes HF-Magnetfeld, das linear oder in Präzessionsrichtung der Kernspins zirkular polarisiert ist, einstrahlen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des MRT-Gerätes sind die Mittel zum Einstrahlen eines HF-Magnetfeldes so ausgebildet, dass mit ihnen ein parallel zum Hauptmagnetfeld orientiertes HF-Magnetfeld einstrahlbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine HF-Sendespule verwirklicht werden, deren Magnetfeld parallel zum Hauptmagnetfeld orientiert ist. Derartige Mittel können beispielsweise eine HF-Sendespule sein, die als ein die tunnelförmige Öffnung des MRT-Gerätes umgebendes Solenoid ausgebildet ist, sodass deren Magnetfeld parallel zum Hauptmagnetfeld orientiert ist. Eine derartige HF-Sendespule kann die Kernspins zwar nicht direkt anregen, da die Orientierung des von ihr eingestrahlten HF-Magnetfeldes senkrecht zur Präzessionsebene der Kernspins steht. Allerdings regt das eingestrahlte HF-Magnetfeld den Schwingkreis-Marker zur Reso nanz an, da das Magnetfeld des Schwingkreis-Markers auch eine Komponente parallel zum Hauptmagnetfeld hat. Der resonant angeregte Schwingkreis-Marker strahlt wiederum ein HF-Magnetfeld aus, das die Kernspins im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers zur Präzession anregt, sodass letztlich die HF-Sendespule trotz ihres „falsch" orientierten HF-Magnetfeldes die Kernspins indirekt über den Schwingkreis-Marker zur Resonanz anzuregen vermag. Dadurch werden gezielt nur diejenigen Kernspins angeregt, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers befinden, sodass zusätzlich zum Messen auch beim Anregen eine Unterdrückung des Hintergrundes stattfindet.
Die Verarbeitung des empfangenen Signals erfolgt nun analog zu der Verarbeitung des empfangenen Signals bei dem MRT-Gerät nach Anspruch 1. Die Mittel zur Erzeugung von Gradientenfeldern und die Mittel zur Bestimmung der räumlichen Position der Schwingkreis-Marker sind gleich zu den entsprechenden Mitteln bei dem MRT-Gerät nach Anspruch 1 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße MRT-Gerät nach Anspruch 5 zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers, bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung von Kernspins vorgegeben ist, umfasst:

– Mittel zum Einstrahlen eines zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientierten, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung der Kernspins zur indirekten Anregung von Kernspins,
– Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins hat, wobei mit den Mitteln zum Messen eine zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes messbar ist, die eine Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung der Kernspins hat,
– Mittel zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des ausgesendeten HF-Magnetfeldes an seinen Entstehungsort im Abbildungsvolumen, und
– Mittel zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins hat,

Bei diesem erfindungsgemäßen MRT-Gerät sind nun sowohl die Mittel zum Einstrahlen eines HF-Magnetfeldes zur Anregung von Kernspins als auch die Mittel zum Messen eines von den Kernspins ausgesendeten HF-Magnetfeldes so ausgebildet, dass sie weder Kernspins in direkter Weise anregen, noch deren Signal in direkter Weise messen können, da sie hierfür ein HF-Magnetfeld mit „falscher" Polarisation einstrahlen bzw. ein HF-Magnetfeld mit „falscher" Polarisation messen. Wie jedoch bei den vorigen beiden erfindungsgemäßen MRT-Geräten nach Anspruch 1 oder 3 beschriebenen Mechanismen werden sowohl die Kernspins auf indirekte Weise über den Schwingkreis-Marker zur Präzession angeregt als auch deren Signal auf indirekte Weise über den Schwingkreis-Marker empfangen. In beiden Fällen werden nur diejenigen Kernspins angeregt bzw. deren Signal empfangen, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers befinden. Der restliche Hintergrund wird sowohl beim Einstrahlen des HF-Magnetfeldes als auch beim Messen des HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins hat, unterdrückt.
Durch diese zweifache Unterdrückung des Hintergrundes im gemessenen Signal hebt sich ein Schwingkreis-Marker besonders deutlich von dem Hintergrund ab. Eine nicht vollständige Unterdrückung des Hintergrundes, die sich beispielsweise aus einer nicht perfekten zirkularen Polarisation des eingestrahlten HF-Magnetfeldes ergeben würde, kann so kompensiert werden.
Die Verarbeitung des empfangenen Signals erfolgt nun analog zu der Verarbeitung des empfangenen Signals bei dem MRT-Gerät nach Anspruch 1 oder 3. Die Mittel zur Erzeugung von Gradientenfeldern und die Mittel zur Bestimmung der räumlichen Position der Schwingkreis-Marker sind gleich zu den entsprechenden Mitteln bei dem MRT-Gerät nach Anspruch 1 oder 3 ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zum Einstrahlen eines zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientierten, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung der Kernspins, als eine HF-Sendespule ausgebildet. Diese HF-Sendespule ist im Gegensatz zu bekannten zirkular polarisierten HF-Sendespulen jedoch so ausgebildet, dass die Polarisationsrichtung des eingestrahlten HF-Magnetfeldes entgegen der Präzessionsrichtung der Kernspins orientiert ist.
In einer möglichen Ausführungsvariante der HF-Sendespule ist die HF-Sendespule als Quadraturspule vom sogenannten Birdcage-Typ ausgebildet. Diese besitzt bekanntlich zur Richtung ihrer Längsachse mehrere parallele Leiter auf einem Zylindermantel, deren Enden durch je eine Leiterschleife miteinander verbunden sind. Ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld wird dadurch erzeugt, dass ein sinusförmig moduliertes HF-Steuersignal über zwei Sendekanäle phasenverschoben in die Quadraturspule eingespeist wird. Das Steuersignal in jedem der beiden Sendekanäle für sich genommen würde jeweils ein linear polarisiertes HF-Magnetfeld erzeugen. Die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder stehen dabei zueinander orthogonal.
Die Phasenverschiebung der beiden linearen HF-Magnetfelder beträgt dabei 90°. Das Vorzeichen der Phasenverschiebung ist so gewählt, dass die Polarisationsrichtung des resultierenden, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes entgegengesetzt zur Präzessionsrichtung der Kernspins ist.
In einer besonders einfachen Ausführungsvariante der HF-Sendespule umfasst die HF-Sendespule zwei Sendespulenelemente, mit denen jeweils ein linear polarisiertes HF-Magnetfeld, das orthogonal zum Hauptmagnetfeld ist, eingestrahlt wird. Die Signale zur Steuerung der Sendespulenelemente werden jeweils über einen Sendekanal an ein Sendespulenelement übertragen. Die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder zeigen dabei in unterschiedliche Richtungen. Ein zirkular polarisiertes Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung, die entgegengesetzt zur Polarisationsrichtung der Kernspins ist, lässt sich aus den beiden linear polarisierten Magnetfeldern auf einfache Weise dadurch erzeugen, dass die Steuersignale für die beiden Sendespulenelemente hinsichtlich ihrer Amplitude und Phasenverschiebung in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt sind.
Bevorzugterweise sind die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder zueinander senkrecht orientiert. Auf diese Weise lässt sich das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld auf einfache Weise erhalten, indem die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder – ähnlich zu einer Quadraturspule – mit gleicher Amplitude und einer Phasendifferenz von 90° eingestrahlt werden. Die Steuersignale für die beiden Sendekanäle sind dabei üblicherweise zwei HF-Signale gleicher Frequenz und Amplitude, lediglich mit einer Phasenverschiebung von 90° untereinander. Das Vorzeichen der Phasendifferenz wird dabei derart gewählt, dass das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld eine Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung der Kernspins hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der HF-Sendespule ist an der HF-Sendespule eine steuerbare Schalteinheit angeordnet, mit der die von der HF-Sendespule eingestrahlten HF-Magnetfelder so schaltbar sind, dass die Polarisationsrichtung des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes änderbar ist. Falls die HF-Sendespule als Quadraturspule ausgebildet ist, ist die Steuereinheit so gestaltet, dass die Phasenverschiebung zwi schen den Steuersignalen für die beiden Sendekanäle sowohl +90° als auch –90° – je nach gewünschter Betriebsart – betragen kann. Gleiches gilt für den Fall, dass die HF-Sendespule zwei Sendespulenelemente umfasst, die zwei lineare HF-Magnetfelder einstrahlen, die senkrecht zueinander orientiert sind. Falls die beiden HF-Magnetfelder, die von beiden Sendespulenelementen erzeugt werden, nicht senkrecht zueinander orientiert sind, ist die Schalteinheit derart ausgebildet, dass sie die nicht-orthogonale Orientierung der beiden Teilmagnetfelder berücksichtigt und entsprechend die Amplituden der beiden Steuersignale und deren Phasenverschiebung aufeinander abstimmt, sodass das zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld sowohl eine Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung als auch gegen Präzessionsrichtung haben kann.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die HF-Sendespule sowohl als herkömmliche CP-Sendespule betrieben werden kann – und damit bei der Erzeugung von MRT-Bildern eingesetzt werden kann –, als auch als HF-Sendespule für die Lokalisation eines Schwingkreis-Markers eingesetzt werden kann. Zudem lassen sich bekannte CP-Sendespulen durch eine entsprechende Schalteinheit auf einfache Weise aufrüsten, sodass sie sowohl im herkömmlichen Modus (zirkulare Polarisation in Präzessionsrichtung) als auch im neuartigen Modus (zirkulare Polarisation entgegen Präzessionsrichtung) betrieben werden können. Die Steuerung des Betriebsmodus der Spulen erfolgt dabei über eine Rechnereinheit, die mit dem MRT-Gerät verbunden ist, vorzugsweise über dieselbe Rechnereinheit, die auch die Steuerung der MRT-Sequenzen übernimmt.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung sind die Mittel zum Messen der zirkular polarisierten Komponente eines HF-Magnetfeldes, die eine Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung der Kernspins hat, als eine HF-Empfangsspule ausgebildet. Im Gegensatz zu bekannten zirkular polarisierten HF-Empfangsspulen ist diese HF-Empfangsspule so ausgebildet, dass sie für die Detektion eines zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen Präzes sionsrichtung der Kernspins optimiert ist. Dadurch ist die HF-Empfangsspule für direkt von angeregten Kernspins ausgesendete HF-Magnetfelder „blind".
In einer Ausbildungsform der HF-Empfangsspule ist die HF-Empfangsspule als Quadraturspule vom Birdcage-Typ ausgebildet. Bei derartigen Spulen wird das von einem vorhandenen HF-Magnetfeld induzierte Signal üblicherweise über zwei Empfangskanäle gemessen. Dabei sind die Leiterstäbe der Quadraturspule auf jeden der beiden Empfangskanäle derart verschaltet, dass die Quadraturspule in Verbindung mit der Verschaltung auf einen Empfangskanal für die Detektion jeweils eines linear polarisierten HF-Magnetfeldes optimiert ist. Die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder stehen dabei senkrecht zueinander. Die Optimierung der Quadraturspule für die Detektion eines zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes geschieht durch eine geeignete Verschaltung der beiden Signale der Empfangskanäle mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung von 90°. Das Vorzeichen der Phasenverschiebung ist so gewählt, dass ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung entgegengesetzt zur Präzessionsrichtung der Kernspins optimal detektiert wird, wohingegen ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung nicht detektiert wird.
In einer besonders einfachen Ausbildungsform der HF-Empfangsspule umfasst die HF-Empfangsspule zwei Empfangsspulenelemente, mit denen jeweils ein linear polarisiertes HF-Magnetfeld optimal detektiert werden kann. Die in jedem Empfangsspulenelement durch ein HF-Magnetfeld induzierten Signale werden über je einen Empfangskanal weitergeleitet. Die Orientierung der beiden linearen Magnetfelder ist dabei unterschiedlich, aber jeweils senkrecht zum Hauptmagnetfeld. Durch eine geeignete Verschaltung der Signale der beiden Empfangskanäle – also mit geeigneter Verstärkung und Phasenverschiebung – ist die HF-Empfangsspule mit den beiden Empfangsspulenelementen für die Detektion des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung der Kernspins optimiert.
Bevorzugterweise sind die Empfangsspulenelemente der HF-Empfangspule so angeordnet, dass ihre linear polarisierten HF-Magnetfelder zueinander senkrecht orientiert sind. Auf diese Weise lässt sich die HF-Empfangsspule auf einfache Weise so ausbilden, dass sie für ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung optimiert ist, indem die beiden Signale der Empfangskanäle mit einer Phasenverschiebung von 90° verschaltet werden. Das Vorzeichen der Phasendifferenz wird dabei derart gewählt, dass ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung entgegengesetzt zur Präzessionsrichtung der Kernspins optimal detektiert wird, während zugleich ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung nicht detektiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist an der HF-Empfangsspule eine Schalteinheit angeordnet, mit der die Empfangskanäle für die HF-Empfangsspule so schaltbar sind, dass die HF-Empfangsspule in zwei verschiedenen Modi betrieben werden kann. Einerseits sind durch die Schalteinheit die beiden Empfangskanäle so schaltbar, dass die HF-Empfangsspule für die Detektion des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung der Kernspins optimiert ist. Andererseits können die Empfangskanäle durch die Schalteinheit so geschaltet werden, dass die HF-Empfangsspule für die Detektion eines zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung der Kernspins optimiert ist.
Falls die HF-Empfangsspule als Quadraturspule ausgebildet ist, ist die Steuereinheit so gestaltet, dass die Signale der beiden Empfangskanäle entweder mit einer Phasenverschiebung von sowohl +90° als auch –90° – je nach gewünschter Betriebsart – geschaltet werden können. Gleiches gilt für den Fall, das die HF-Empfangsspule zwei Empfangsspulenelemente umfasst, die zwei lineare HF-Magnetfelder haben, die senkrecht zueinander orientiert sind. Falls die beiden HF-Magnetfelder, die den beiden Empfangsspulenelementen zugeordnet sind, nicht senkrecht zueinander orientiert sind, ist die Schalteinheit derart ausgebildet, dass sie die nicht-orthogonale Orientierung der beiden Teilmagnetfelder berücksichtigt und entsprechend die Amplituden der Signale in beiden Empfangskanälen und deren Phasenverschiebung zueinander korrigiert, sodass die HF-Empfangsspule sowohl für die Detektion des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung als auch gegen Präzessionsrichtung optimiert ist.
Analog zum Sendefall hat diese Ausführungsform den Vorteil, dass die HF-Empfangsspule sowohl als herkömmliche zirkular polarisierte HF-Empfangsspule betrieben werden kann – und damit zur Erzeugung von MRT-Bildern eingesetzt werden kann –, als auch als HF-Empfangsspule für die Lokalisation eines Schwingkreis-Markers eingesetzt werden kann. Zudem lassen sich bekannte HF-Empfangsspulen durch die Schalteinheit auf einfache Weise aufrüsten, sodass sie sowohl im herkömmlichen Modus (zirkulare Polarisation in Präzessionsrichtung) als auch im neuartigen Modus (zirkulare Polarisation entgegen Präzessionsrichtung) betrieben werden können. Um den Hintergrund möglichst gut zu unterdrücken, sind die HF-Empfangsspulen dahingehend optimiert, dass sie im neuartigen Modus möglichst nur die zirkular polarisierte Komponente des HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung detektieren. Die Steuerung des Betriebsmodus der Spulen über die Schalteinheit erfolgt dabei über eine Rechnereinheit, die mit dem MRT-Gerät verbunden ist, vorzugsweise über dieselbe Rechnereinheit, die auch die Steuerung der MRT-Sequenzen übernimmt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante sind an der Schalteinheit zwei Kanäle angeordnet, die jeweils ein Signal von der Schalteinheit zu einer Rechnereinheit weiter leiten. Einer der beiden Kanäle leitet dabei das Signal weiter, bei dem die Signale der beiden Empfangskanäle von der Schalteinheit so geschaltet sind, dass die HF-Empfangsspule für die Detektion des HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung der Kernspins optimiert ist. Der andere Kanal leitet das Signal weiter, bei dem die Signale der beiden Empfangskanäle so geschaltet sind, dass die HF-Empfangsspule für die Detektion des HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung optimiert ist. Auf diese Weise kann die HF-Empfangsspule während des Betriebs gleichzeitig sowohl das Signal für die MRT-Bildgebung weiterleiten als auch das Signal, das für die Lokalisation des Schwingkreis-Markers eingesetzt wird. Zur räumlichen Lokalisation des Schwingkreis-Markers müssen, wenn sich der Schwingkreis-Marker in der dargestellten Schicht befindet, keine eigenen Sequenzen angewendet werden. In diesem Fall stellt sich der Marker in der dargestellten Schicht mit hohem Kontrast dar. Die Erstellung der Bilder, bei denen sich der Schwingkreis-Marker mit hohem Kontrast vom Hintergrund abhebt, kann gleichzeitig zur Erstellung der MRT-Bilder erfolgen.
Üblicherweise umfassen MRT-Geräte neben der hier beschriebenen HF-Sende- bzw. HF-Empfangsspulen eine Reihe weiterer HF-Spulen (sowohl Sende- als auch Empfangsspulen), die zur MRT-Bildgebung eingesetzt werden. Üblicherweise sind diese HF-Spulen ebenso auf die Larmorfrequenz des MRT-Gerätes abgestimmt. Wenn – im Sendefall – ein HF-Anregungspuls von der erfindungsgemäßen HF-Sendespule eingestrahlt wird, oder wenn – im Empfangsfall – das Signal der Kernspins über den Schwingkreis-Marker in der erfindungsgemäßen HF-Empfangsspule gemessen wird, ist es von Vorteil, wenn die übrigen HF-Spulen verstimmt werden, damit nur der Schwingkreis-Marker Signale mit „richtiger" Polarisation in Signale mit „falscher" Polarisation umsetzt und nicht auch die übrigen HF-Spulen. Für das Verstimmen sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung an diesen Spulen Mittel zum Verstimmen angeordnet, beispielsweise eine aktiv gesteuerte Schaltung zum Verstimmen der Spule.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
1 schematisch zwei lineare HF-Magnetfelder mit einem aus der Superposition der zwei linearen HF-Magnetfelder resultierenden zirkular polarisierten HF-Magnetfeld,
2 die Koppelung der HF-Sendespule an die Kernspins über den Schwingkreis-Marker,
3 die Koppelung der Kernspins an die HF-Empfangsspule über den Schwingkreis-Marker,
4 eine als Quadraturspule ausgebildete HF-Sendespule mit einer Schalteinheit,
5 eine aus zwei Teilspulen ausgebildete HF-Sendespule mit einer Schalteinheit,
6 eine als Quadraturspule ausgebildete HF-Empfangsspule mit einer Schalteinheit,
7 eine aus zwei Teilspulen ausgebildete HF-Empfangsspule mit einer Schalteinheit,
8 einen Überblick über ein MRT-Gerät mit einer HF-Empfangsspule, einem Schwingkreis-Marker und einer weiteren HF-Spule,
9 einen Überblick über ein MRT-Gerät mit einer weiteren HF-Spule, deren HF-Magnetfeld parallel zum Hauptmagnetfeld orientiert ist, und
10 eine Ausführungsform des Schwingkreis-Markers.
In 1 ist schematisch das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept erläutert. Es beruht darauf, dass ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld B_R in zwei zueinander orthogonale lineare HF-Magnetfelder B_H, B_V zerlegt werden kann, die gegeneinander eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen. Das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld B_R ist in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nur durch einige Pfeile angedeutet.
Analog zu dem in 1 dargestellten Fall kann auch ein linear polarisiertes HF-Magnetfeld als Summe zweier zirkular polarisierter HF-Magnetfelder betrachtet werden.
2 zeigt schematisch die Schritte, wie eine HF-Sendespule 3, die ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung 7 entgegen der Präzessionsrichtung 15 der Kernspins 9 ausstrahlt, auf indirekte Weise über den Schwingkreis-Marker 1 die Kernspins 9 im Abbildungsvolumen anregt. Die HF-Sendespule 3 ist dabei beispielhaft als Quadraturspule mit zwölf Leiterstäben schematisch dargestellt.
Wenn eine HF-Sendespule 3 einen HF-Anregungspuls mit einer zirkularen Polarisationsrichtung 7 entgegen der Präzessionsrichtung 15 der Kernspins 9 einstrahlt, so werden – bedingt durch die „falsche" Polarisationsrichtung 7 – die Kernspins 9 im Abbildungsvolumen von dem HF-Anregungspuls nicht zur Präzession angeregt. Der Schwingkreis-Marker 1 besitzt jedoch aufgrund des einfachen Aufbaus des Schwingkreises ein HF-Magnetfeld mit linearer Polarisationsrichtung 17. Da der zirkular polarisierte HF-Anregungspuls auch aus zwei linear polarisierten HF-Magnetfeldkomponenten 11, 13 zusammengesetzt betrachtet werden kann, wird der Schwingkreis-Marker 1 über eine der linear polarisierten HF-Magnetfeldkomponenten 11, 13 zur Resonanz angeregt. Durch die resonante Schwingung strahlt der Schwingkreis-Marker 1 wieder ein HF-Magnetfeld mit linearer Polarisationsrichtung 17 ab, das aus zwei zirkular polarisierten Komponenten zusammengesetzt betrachtet werden kann, deren Polarisationsrichtungen 19, 21 entgegengesetzt sind. Von diesen beiden zirkular polarisierten Komponenten koppelt die Komponente mit der Polarisationsrichtung 19 in Präzessionsrichtung 15 an die Kernspins 9 und regt diese zur Präzession an. Dabei werden nur diejenigen Kernspins 9 zur Präzession angeregt, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 befinden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass Kernspins 9 in einem relativ kleinen Bereich um den Schwingkreis-Marker 1, also im Empfindlichkeitsbereich, zur Resonanz angeregt werden, und dass der übrige Hintergrund nicht angeregt wird.
Aufgrund dieser Tatsache können Signale aufgezeichnet werden, in denen sich der Schwingkreis-Marker mit hohem Kontrastunterschied vom Hintergrund abhebt, selbst wenn schnell zu erstellende Sequenzen, beispielsweise nichtselektive Projektionen, bei Anfertigung der Signale verwendet worden sind. Die räumliche Lokalisation des Schwingkreis-Markers 1 lässt sich anhand der aufgezeichneten Signale durchführen.
Während in 2 der Fall beschrieben wird, bei dem ein HF-Anregungspuls mit Polarisationsrichtung 7 entgegen der Präzessionsrichtung ausgestrahlt wird, wird in 3 der Fall beschrieben, bei dem das von präzedierenden Kernspins 9 ausgesandte Signal von einer HF-Empfangsspule 5 empfangen wird, die auf eine Polarisationsrichtung 7 entgegen der Präzessionsrichtung 15 optimiert ist.
Wenn Kernspins 9 im Abbildungsvolumen durch einen zuvor eingestrahlten HF-Anregungspuls angeregt wurden, präzedieren sie um das Hauptmagnetfeld und strahlen dadurch ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung 15 aus. Dadurch, dass die HF-Empfangsspule 5 für ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung 7 entgegen der Präzessionsrichtung 15 optimiert ist, ist sie für dieses direkt von den Kernspins 9 ausgestrahlte Signal „blind". Das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld der Kernspins 9 kann jedoch aus zwei HF-Magnet feldkomponenten zusammengesetzt betrachtet werden, die jeweils eine lineare Polarisationsrichtung 23, 25 besitzen. Von einer dieser beiden linearen HF-Magnetfeldkomponenten wird der Schwingkreis-Marker 1 zur Resonanz angeregt.
Das von dem Schwingkreis-Marker 1 ausgestrahlte HF-Magnetfeld ist ein HF-Magnetfeld mit linearer Polarisationsrichtung 17 und besitzt wiederum eine zirkular polarisierte Komponente mit einer Polarisationsrichtung 21 entgegen Präzessionsrichtung 15, sodass hierüber der Schwingkreis-Marker 1 in die HF-Empfangsspule 5 einkoppelt.
Das von den Kernspins 9 ausgesandte Signal koppelt folglich über den Schwingkreis-Marker 1 in die HF-Empfangsspule 5 ein, allerdings auch hier wieder nur das Signal derjenigen Kernspins 9, die sich im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 befinden. Dadurch entsteht in der HF-Empfangsspule 5 ein Signal, das – wenn es von einer mit dem MRT-Gerät verbundenen Rechnereinheit ausgewertet wird – den Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 hervorhebt und übrige Hintergrundbereiche unterdrückt. Die räumliche Lokalisation des Schwingkreis-Markers 1, der sich nun deutlich vom Hintergrund abhebt, kann nun auf einfache Weise durchgeführt werden, selbst wenn zur Lokalisation einfache und schnell zu erstellende Sequenzen verwenden wurden, beispielsweise nichtselektive Projektionen.
Die beiden in 2 und 3 gezeigten Fälle – die selektive Anregung der Kernspins 9 im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 bzw. das selektive Empfangen von Signalen lediglich der Kernspins 9 aus dem Empfindlichkeitsbereich – lassen sich auch kombinieren. Dadurch wird der Hintergrund zweifach unterdrückt – ein erstes Mal beim Anregen der Kernspins 9 und ein zweites Mal beim Empfangen deren Signale.
In den in 2 und 3 gezeigten Beispielen ist der Übersichtlichkeit halber jeweils nur ein Schwingkreis-Marker 1 gezeigt. Es ist aber genauso möglich, mehrere Schwingkreis-Marker 1 zu verwenden. Die Auswerte-Algorithmen zur räumlichen Separation und Lokalisation der Schwingkreis-Marker 1 sind dann entsprechend angepasst. Beispielsweise können die einzelnen Schwingkreis-Marker 1 durch eine Cluster-Analyse separiert werden, wie sie in der C. Flask, „A Method for Fast 3D Tracking Using Tuned Fiducial Markers and a Limited Projection Reconstruction FISP (LPR-FISP) Sequence", Journal of Magnetic Resonance Imaging 14, 617–627, 2001 beschrieben ist.
Voraussetzung für die Funktionsweise des sowohl in 2 beschriebenen Sendefalls als auch des in 3 beschriebenen Empfangsfalles ist, dass der Schwingkreis-Marker 1 weitgehend auf die Larmorfrequenz des MRT-Gerätes eingestimmt ist. Die HF-Sendespule 3 bzw. die Empfangseule 5 ist ebenfalls auf die Larmorfrequenz des Systems eingestimmt. Dadurch ist eine starke induktive Koppelung des Schwingkreis-Markers 1 an die HF-Sendespule 3 bzw. die Empfangseule 5 und an die Kernspins 9 gewährleistet.
4 und 5 zeigen zwei Ausbildungsvarianten der HF-Sendespule, während 6 und 7 entsprechende Ausbildungsvarianten der HF-Empfangsspule zeigen.
4 zeigt eine als Quadraturspule 50 ausgebildete HF-Sendespule. Die hier dargestellte Quadraturspule 50 ist eine Quadraturspule 50 vom sogenannten Birdcage-Typ. Eine HF-Sendespule dieser Bauart besitzt bekanntlich zur Richtung seiner Längsachse mehrere parallele Leiterstäbe 52 auf einem Zylindermantel, deren Enden durch je eine Leiterschleife 54 miteinander verbunden sind. Sie umgibt das Abbildungsvolumen, in dem sich die Kernspins 9 eines abzubildenden Objektes und ein Schwingkreis-Marker 1 befinden. Der Übersichtlichkeit halber wurden hier nur ein Schwingkreis-Marker 1 und ein Kernspin 9 skizziert angedeutet, während das abzubildende Objekt nicht dargestellt ist. Die Präzessionsrichtung 15 der Kernspins 9 ist durch einen halbkreisförmigen Pfeil angedeutet. Das Signal, mit dem über die Quadraturspule 50 ein HF- Magnetfeld eingestrahlt werden kann, wird über zwei Sendekanäle 56, 58 eingespeist.
Ein zirkular polarisiertes HF-Magnetfeld wird dadurch erzeugt, dass ein sinusförmig moduliertes HF-Steuersignal über zwei Sendekanäle 56, 58 phasenverschoben in die Quadraturspule 50 eingespeist wird. Das Steuersignal in jedem der beiden Sendekanäle 56, 58 für sich genommen würde jeweils ein lineares HF-Magnetfeld B_V, B_H erzeugen. Die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder B_V, B_H stehen dabei zueinander orthogonal. Die Phasenverschiebung der beiden Steuersignale beträgt dabei 90° und wird von einer Schalteinheit 60, die das Steuersignal den beiden Sendekanälen 56, 58 einspeist, aus einem HF-Signal erzeugt.
In dem hier gezeigten Beispiel ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Schalteinheit 60 gezeigt, da sie so ausgebildet ist, dass bei ihr das Vorzeichen der Phasenverschiebung von 90° über ein weiteres Steuersignal, das über einen Steuerkanal 62 zu der Schalteinheit 60 geführt wird, gewählt werden kann. Auf diese Weise kann die Quadraturspule 50 einerseits als normale zirkular polarisierte HF-Sendespule betrieben werden, bei der ein zirkular polarisierter HF-Anregungspuls mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung 15 eingestrahlt wird, mit dem alle im Abbildungsvolumen befindlichen Kernspins 9 angeregt werden können. Andererseits kann die Quadraturspule 50 aber auch als HF-Sendespule zur Lokalisation von Schwingkreis-Markern 1 betrieben werden, indem nur die Kernspins 9 angeregt werden, die sich im Empfindlichkeitsbereich der Schwingkreis-Marker 1 befinden.
5 zeigt eine aus zwei Teilspulen ausgebildete HF-Sendespule 68. Die zwei Teilspulen umfassen jeweils ein Sattelspulenpaar 64, 66. Bei jedem Sattelspulenpaar 64, 66 sind jeweils zwei Sattelspulenelemente 64', 64'', 66', 66'' gegenüber angeordnet. An jedem der beiden Sattelspulenpaare 64, 66 ist ein Sendekanal 56, 58 angeordnet. Jedes dieser Sattelspu lenpaare 64, 66 erzeugt jeweils ein linear polarisiertes HF-Magnetfeld B_V, B_H, wenn ein entsprechendes Steuersignal über den Sendekanal 56, 58 an eines der Sattelspulenpaare 64, 66 angelegt wird. Auch hier sind die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder B_V, B_H orthogonal zueinander.
Die Phasenverschiebung der beiden Steuersignale beträgt 90° und wird von einer Schalteinheit 60, die das Steuersignal den beiden Sendekanälen 56, 58 einspeist, aus einem HF-Signal erzeugt.
Auch hier ist ebenso wie in 4 die Schalteinheit 60 so ausgebildet, dass die beiden Steuersignale für die beiden Sendekanäle 56, 58 um +90° bzw. um –90° eingestrahlt werden können. Das Vorzeichen der Phasenverschiebung von 90° wird über ein weiteres Steuersignal, das über einen Steuerkanal 62 zu der Schalteinheit 60 geführt wird, bestimmt. Dadurch kann die HF-Sendespule 68 sowohl als normale HF-Sendespule, beispielsweise als eine Kopfspule oder als eine Extremitätenspule, als auch als HF-Sendespule zur Lokalisation von Schwingkreis-Markern 1 betrieben werden.
In 6 ist eine als HF-Empfangsspule ausgebildete Quadraturspule 70 gezeigt, wobei der Aufbau der Quadraturspule 70 analog zu der in 4 gezeigten Quadraturspule 50 ist. Der Schwingkreis-Marker 1 und die Kernspins 9 des abzubildenden Objektes sind der Übersichtlichkeit halber hier nur skizziert dargestellt.
An der Quadraturspule 70 sind zwei Empfangskanäle 72, 74 angeordnet. Die einzelnen Leiterstäbe 76 der HF-Empfangsspule sind dabei derart auf jeweils einen der Empfangskanäle 72, 74 verschaltet, dass dadurch die Quadraturspule 70 für die Detektion jeweils eines linear polarisierten HF-Magnetfeldes B_V, B_H optimiert ist. Die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder B_V, B_H stehen senkrecht zueinander.
Damit die Quadraturspule 70 für die Detektion eines zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung 15 optimiert ist, sind die beiden Empfangskanäle 72, 74 in einer Schalteinheit 80 derart miteinander verschaltet, dass ihre Signale mit einer Phasenverschiebung von 90° summiert und über einen an der Schalteinheit angeordneten Kanal 82 an eine Rechnereinheit 116 weitergeleitet werden. In dem hier gezeigten Beispiel ist die Schalteinheit 80 von der Rechnereinheit 116 derart steuerbar, dass das Vorzeichen der relativen Phasenverschiebung wählbar ist. Bei entsprechender Wahl des Vorzeichens ist die Quadraturspule 70 für die Detektion eines HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung entgegen der Präzessionsrichtung 15 der Kernspins 9 optimiert. Bei gegenteiliger Wahl des Vorzeichens funktioniert die Quadraturspule 70 als zirkular polarisierte HF-Empfangsantenne, wie sie in bekannter Weise bei MRT-Geräten eingesetzt wird.
Auf diese Weise kann die Quadraturspule 70 sowohl als Spule zur Lokalisation des Schwingkreis-Markers 1 als auch als Spule zur Erstellung eines Bildes verwendet werden.
7 zeigt eine HF-Empfangsspule 88, die analog zur in 5 gezeigten HF-Sendespule 68 aufgebaut ist. Die HF-Empfangsspule 88 umfasst zwei Empfangsspulenelemente, wobei jedes Empfangsspulenelement ein HF-Empfangsspulenpaar 84, 86 mit zwei gegenüberliegenden Empfangsteilspulen 84', 84'', 86', 86'' umfasst. An jedem der HF-Empfangsspulenpaare 84, 86 ist ein Empfangskanal 72, 74 angeordnet.
Durch den geometrischen Aufbau und die Anordnung der HF-Empfangsspulenpaare 84, 86 ist jedes HF-Empfangsspulenpaar 84, 86 für die Detektion eines linear polarisierten HF-Magnetfeldes B_V, B_H optimiert. Die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder B_V, B_H stehen senkrecht zueinander.
Die hier gezeigte Schalteinheit 80' ist im Gegensatz zu der in 6 gezeigten Schalteinheit 80 unterschiedlich aufge baut. Bei dieser Ausführungsform der Schalteinheit 80' sind zwei Kanäle 82, 83 an der Schalteinheit 80' angeordnet, mit denen jeweils ein Signal an eine Rechnereinheit 116 weitergeleitet wird.
Die Schalteinheit 80' verschaltet die Signale der Empfangskanäle 72, 74 mit einer relativen Phasenverschiebung von +90° und von –90°. Einer der beiden Kanäle 82, 83 leitet dabei das Signal einer Rechnereinheit weiter, bei dem die HF-Empfangsspule 88 für die Detektion eines zirkularen HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung 15 optimiert ist. Der andere der beiden Kanäle 82, 83 leitet gleichzeitig das Signal weiter, bei dem die HF-Empfangsspule 88 für die Detektion eines HF-Magnetfeldes mit Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung 15 optimiert ist.
Auf diese Weise werden von der HF-Empfangsspule 88 zwei Signale gleichzeitig der Rechnereinheit 116 weitergeleitet, anhand dessen die Rechnereinheit 116 einerseits ein Bild von dem sich im Abbildungsvolumen befindlichen Objekt erstellen kann und anhand dessen die Rechnereinheit 116 andererseits den Schwingkreis-Marker 1 mit hohem Kontrastverhältnis zum Hintergrund lokalisieren und darstellen kann, wenn sich der Schwingkreis-Marker 1 in der dargestellten Schicht befindet.
8 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein MRT-Gerät 100, das sich für einen interventionellen Eingriff eignet, da anhand der Spulenanordnung ein Schwingkreis-Marker 1, der ein interventionelles Instrument 108 markiert, schnell lokalisiert werden kann.
In dem MRT-Gerät 100 befindet sich ein Patient 102 auf einer Patientenliege 104 in einer tunnelförmigen Öffnung 106 des MRT-Gerätes 100. In dem hier gezeigten Beispiel ist das interventionelle Instrument 108 ein Herzkatheter, dessen Spitze durch einen Schwingkreis-Marker 1 markiert ist. Anhand des Schwingkreis-Markers 1 lässt sich die Position des interventionellen Instrumentes 108 auf einfache Weise lokalisieren.
Bei dem hier gezeigten interventionelles Instrument 108 ist lediglich ein Schwingkreis-Marker 1 angebracht. Ein interventionelles Instrument kann aber ebenso mit mehreren Schwingkreis-Markern 1 markiert werden. Insbesondere bei starren Instrumenten lassen sich dadurch sowohl deren Position als auch deren räumliche Orientierung errechnen und beispielsweise in ein zuvor aufgenommenes Bild eintragen.
Hinter der tunnelförmigen Öffnung 106 des MRT-Gerätes sind verschiedene Spulen 120, 110 angeordnet. Mit Hilfe von Gradientenspulen 120 können während der Messung der von angeregten Kernspins ausgesendeten HF-Magnetfelder Gradientenfelder geschaltet werden, um das gemessene Signal dem Ort seiner Entstehung zuzuordnen.
Die Körperspule 110 ist in dem hier gezeigten MRT-Gerät 100 nur schematisch angedeutet. Sie ist derart ausgebildet, dass mit ihr sowohl HF-Magnetfelder eingestrahlt als auch empfangen werden können. Über eine Schalteinheit 118 lässt sich die Körperspule 110 weiterhin so steuern, dass ihre Polarisationsrichtung analog zu den in 4 bis 7 gezeigten Spulen sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus geschaltet werden kann.
Die Steuerung der Schalteinheit 118 und der Spulen 110, 120 erfolgt über eine Rechnereinheit 116, die mit dem MRT-Gerät 100 verbunden ist. Die Rechnereinheit 116 ist weiterhin derart ausgebildet, dass sie aus einem empfangenen Signal die Position des Schwingkreis-Markers 1 bestimmen kann.
Bei dem hier gezeigten MRT-Gerät 100 befindet sich zusätzlich eine lokale Empfangsspule 112 um den Patienten, mit der von den Kernspins ausgesendete Signale aufgrund der Nähe zum Patienten mit besonders gutem Signal-Rausch-Verhältnis empfangen werden können.
An der Empfangsspule 112 sind Mittel 114 zum Verstimmen derselben – beispielsweise durch eine Diodenanordnung realisiert – angeordnet. Mit den Mitteln 114 zum Verstimmen lässt sich vermeiden, dass neben dem Schwingkreis-Marker 1 auch die Empfangsspule 112 die Polarisationsrichtung der HF-Magnetfelder umsetzt. Ohne Mittel 114 zum Verstimmen wäre dies möglich, da im MRT-Gerät angeordnete HF-Spule, wie die Empfangsspule 112, üblicherweise auch auf die Larmorfrequenz abgestimmt sind und so ebenso wie der Schwingkreis-Marker 1 Signale mit "richtiger" Polarisation in Signale mit „falscher" Polarisation umsetzen können.
In 9 ist ein MRT-Gerät 100a dargestellt, das zu großen Teilen ähnlich zu dem in 8 gezeigten MRT-Gerät 100 aufgebaut ist. Zusätzlich umfasst dieses MRT-Gerät 100a noch eine weitere HF-Spule 111, die als ein den Patienten 102 umschließendes Solenoid ausgebildet ist, sodass sie ein HF-Magnetfeld erzeugt, das parallel zum Hauptmagnetfeld orientiert ist.
Diese HF-Spule 111 kann sowohl als Empfangsspule als auch als Sendespule betrieben werden.
Wenn die HF-Spule 111 als Sendespule betrieben wird, kann ein von ihr eingestrahltes HF-Magnetfeld die Kernspins 9 zwar nicht direkt anregen, da die Orientierung des von ihr eingestrahlten HF-Magnetfeldes senkrecht zur Präzessionsebene der Kernspins 9 steht. Allerdings regt das eingestrahlte HF-Magnetfeld den Schwingkreis-Marker 1 zur Resonanz an, da das Magnetfeld des Schwingkreis-Markers 1 auch eine Komponente parallel zum Hauptmagnetfeld hat. Der resonant angeregte Schwingkreis-Marker 1 strahlt wiederum ein HF-Magnetfeld aus, das die Kernspins 9 im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 zur Präzession anregt, sodass letztlich die HF-Spule 111 trotz ihres „falsch" orientierten, zum Hauptmagnetfeld parallelen HF-Magnetfeldes die Kernspins 9 indirekt über den Schwingkreis-Marker 1 zur Resonanz anzuregen vermag.
Wenn die HF-Spule 111 als Empfangsspule betrieben wird, kann sie das von den Kernspins 9 ausgesendete HF-Magnetfeld nicht direkt messen, da die Orientierung des ausgesendeten HF-Magnetfeldes und die Orientierung des Magnetfeldes der HF-Spule 111 senkrecht zueinander stehen. Allerdings regen die Kernspins 9 den Schwingkreis-Marker 1 zur Resonanz an. Der Schwingkreis-Marker 1 strahlt wiederum ein HF-Magnetfeld aus, das eine Komponente parallel zum Hauptmagnetfeld hat, sodass der Schwingkreis-Marker 1 induktiv in die HF-Spule 111 einkoppelt. Eine derartige HF-Spule 111 misst folglich ein HF-Magnetfeld, das zwar vom Schwingkreis-Marker 1 ausgesendet wird, das aber seinen Ursprung in den angeregten Kernspins 9 hat.
Durch diese HF-Spule 111 ist es folglich auch wie mit der Körperspule 110 möglich, selektiv Kernspins 9 im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 anzuregen bzw. über den Schwingkreis-Marker 1 das von angeregten Kernspins 9 ausgestrahlte HF-Magnetfeld zu messen. Beide Spulen 110, 111 können kombiniert eingesetzt werden, d.h. die HF-Spule 111 als Sendespule und die Körperspule 110 als Empfangsspule bzw. umgekehrt. Damit kann – bei einer Schaltung der Körperspule 110, sodass ihr HF-Magnetfeld eine Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung 15 der Kernspins 9 hat – der Hintergrund sowohl bei der Anregung von Kernspins 9 als auch beim Empfangen von deren ausgesendetem HF-Magnetfeld unterdrückt werden.
An der Körperspule 110 und an der HF-Spule 111 sind Mittel 114 zum Verstimmen der Spulen angeordnet. Damit kann eine der beiden Spulen dann verstimmt werden, wenn die andere ein HF-Magnetfeld einstrahlt bzw. misst. Wenn beispielsweise die HF-Spule 111 verstimmt wird, während die Körperspule 110 ein HF-Magnetfeld einstrahlt, wird verhindert, dass neben dem Schwingkreis-Marker 1 auch die HF-Spule 111 ein von der Körperspule 110 eingestrahltes HF-Magnetfeld (mit Polarisationsrichtung entgegen Präzessionsrichtung) in ein für die Anregung von Kernspins 9 geeignetes HF-Magnetfeld umsetzt. Wenn die HF-Spule 111 verstimmt wird, während die Körperspule 110 ein HF-Magnetfeld misst, wird verhindert, dass neben dem Schwingkreis-Marker 1 auch die HF-Spule 111 das von den Kernspins 9 ausgesendete HF-Magnetfeld in ein für die Körperspule 110 messbares HF-Magnetfeld umsetzt. Analoges gilt für den Fall, dass die Körperspule 110 verstimmt wird, wenn die HF-Spule 111 ein HF-Magnetfeld einstrahlt oder misst.
10 zeigt eine Ausführungsform des Schwingkreis-Markers 1. Ein als kleine Hülse ausgebildetes Behältnis 123 enthält dabei eine Substanz 129, die einen starken Kontrast in einem MRT-Bild erzeugt, beispielsweise eine Gadolinium-Verbindung. Damit das Behältnis 123 im MRT-Bild mit starkem Kontrast aufleuchtet, wenn ein MRT-Bild angefertigt wird, ist der Schwingkreis des Schwingkreis-Markers 1 um das Behältnis 123 angeordnet. Da das Spulenelement 127 des Schwingkreis-Markers 1 als Solenoid ausgebildet ist, das das Behältnis 123 umschließt, ist gewährleistet, dass sich die Kernspins des Behältnisses 123 mit der Kontrast gebenden Substanz 129 im Empfindlichkeitsbereich des Schwingkreis-Markers 1 befinden. Sie können folglich durch einen zirkular polarisierten HF-Anregungspuls, der mit einer Polarisationsrichtung 7 entgegen Präzessionsrichtung 15 eingestrahlt wird, angeregt werden. Umgekehrt kann die Quermagnetisierung von Kernspins der Kontrast gebenden Substanz 129 über den Schwingkreis in eine HF-Empfangsspule 5 einkoppeln, die für die Detektion eines zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit Polarisationsrichtung 7 entgegen Präzessionsrichtung 15 optimiert ist. Der Schwingkreis des Schwingkreis-Markers 1 ist dabei auf die Larmorfrequenz des MRT-Gerätes 100 abgestimmt.
Ein derartiger Schwingkreis-Marker 1 beansprucht wenig Platz und lässt sich kostengünstig herstellen, sodass er bei verschiedensten Geräten, die zu interventionellen MRT-Eingriffen eingesetzt werden – selbst bei Wegwerfgeräten nach einmaligem Gebrauch – eingesetzt werden kann. Aufwendige Interface-Spezifikationen, wie sie bei galvanisch gekoppelten Schwingkreis-Markern nötig wären, entfallen.

Claims

MRT-Gerät zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers (1), bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung (15) von Kernspins (9) vorgegeben ist, in einem Abbildungsvolumen umfassend: – Mittel zum Einstrahlen eines zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientierten, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) zur indirekten Anregung von Kernspins (9), – Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins (9) hat, – Mittel (120) zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des gemessenen HF-Magnetfeldes an seinen Entstehungsort im Abbildungsvolumen, und – Mittel (116) zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers (1) aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins (9) hat, wobei die indirekte Anregung von Kernspins (9) im Abbildungsvolumen derart erfolgt, dass der induktive Schwingkreis-Marker (1) durch das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) zur Resonanz angeregt wird und dabei wiederum ein HF-Magnetfeld abstrahlt, das über seine zirkular polarisierte Komponente mit Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) die Kernspins (9) anregt.
MRT-Gerät nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes so ausgebildet sind, dass mit ihnen ein parallel zum Hauptmagnetfeld orientiertes HF-Magnetfeld messbar ist, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins (9) hat.
MRT-Gerät zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers (1), bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung (15) von Kernspins (9) vorgegeben ist, umfassend: – Mittel zum Einstrahlen eines HF-Magnetfeldes zur Anregung von Kernspins (9), – Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins (9) hat, wobei mit den Mitteln zum Messen eine zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes messbar ist, die eine Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) hat, – Mittel (120) zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des ausgesendeten HF-Magnetfeldes an seinen Entstehungsort im Abbildungsvolumen, und – Mittel (116) zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers (1) aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den angeregten Kernspins (9) hat, wobei die zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes, die mit den Mitteln zum Messen messbar ist, eine der Komponenten des von dem Schwingkreis-Marker (1) ausgesendeten HF-Magnetfeldes ist, und der Schwingkreis-Marker (1) seinerseits von den angeregten Kernspins (9) zur Resonanz angeregt wird.
MRT-Gerät nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum Einstrahlen eines HF-Magnetfeldes so ausgebildet sind, dass mit ihnen ein parallel zum Hauptmagnetfeld orientiertes HF-Magnetfeld einstrahlbar ist.
MRT-Gerät zur Lokalisation eines induktiven Schwingkreis-Markers (1), bei dem durch ein Hauptmagnetfeld eine Präzessionsrichtung (15) von Kernspins (9) vorgegeben ist, umfassend: – Mittel zum Einstrahlen eines zum Hauptmagnetfeld senkrecht orientierten, zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrich tung (15) der Kernspins (9) zur indirekten Anregung von Kernspins (9), – Mittel zum Messen eines weiteren HF-Magnetfeldes, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins (9) hat, wobei mit den Mitteln zum Messen eine zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes messbar ist, die eine Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) hat, – Mittel (120) zur Erzeugung von Gradientenfeldern zur räumlichen Zuordnung des ausgesendeten HF-Magnetfeldes an seinen Entstehungsort im Abbildungsvolumen, und – Mittel (116) zum Bestimmen der räumlichen Position des Schwingkreis-Markers (1) aus dem gemessenen weiteren HF-Magnetfeld, das seinen Ursprung in den indirekt angeregten Kernspins (9) hat, wobei die indirekte Anregung von Kernspins (9) im Abbildungsvolumen derart erfolgt, dass der induktive Schwingkreis-Marker (1) durch das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) zur Resonanz angeregt wird und dabei wiederum ein HF-Magnetfeld abstrahlt, das über seine zirkular polarisierte Komponente mit Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) die Kernspins (9) anregt, und wobei die zirkular polarisierte Komponente des weiteren HF-Magnetfeldes, die mit den Mitteln zum Messen messbar ist, eine der Komponenten des von dem Schwingkreis-Marker (1) ausgesendeten HF-Magnetfeldes ist, und der Schwingkreis-Marker (1) seinerseits von den angeregten Kernspins (9) zur Resonanz angeregt wird.
MRT-Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 5, wobei die Mittel zum Einstrahlen als eine HF-Sendespule (3) ausgebildet sind, mit der das zirkular polarisierte HF-Magnetfeld mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) einstrahlbar ist.
MRT-Gerät nach Anspruch 6, wobei die HF-Sendespule (3) als Quadraturspule (50) vom Birdcage-Typ ausgebildet ist.
MRT-Gerät nach Anspruch 6, wobei die HF-Sendespule (3) zwei Sendespulenelemente (64, 66) umfasst, mit denen jeweils ein lineares polarisiertes HF-Magnetfeld (B_H, B_V) einstrahlbar ist, wobei die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder (B_H, B_V) unterschiedlich orientiert sind.
MRT-Gerät nach Anspruch 8, wobei die zwei linear polarisierten HF-Magnetfelder (B_H, B_V) zueinander senkrecht orientiert sind.
MRT-Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei an der HF-Sendespule (50, 68) zwei Sendekanäle (56, 58) und eine steuerbare Schalteinheit (60) angeordnet sind, mit denen die HF-Sendespule (50, 68) so schaltbar ist, dass die Polarisationsrichtung des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes änderbar ist.
MRT-Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Mittel zum Messen als eine HF-Empfangsspule (5) ausgebildet sind, die für die Detektion eines zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) optimiert ist.
MRT-Gerät nach Anspruch 11, wobei die HF-Empfangsspule (5) als Quadraturspule (70) vom Birdcage-Typ ausgebildet ist.
MRT-Gerät nach Anspruch 11, wobei die HF-Empfangsspule (5) zwei Empfangsspulenelemente (84, 86) umfasst, wobei die Empfangsspulenelemente (84, 86) jeweils für die Detektion eines linear polarisierten HF-Magnetfeldes (B_H, B_V) optimiert sind, und wobei die beiden linear polarisierten HF-Magnetfelder (B_H, B_V) unterschiedlich orientiert sind.
MRT-Gerät nach Anspruch 13, wobei die zwei linear polarisierten HF-Magnetfelder (B_H, B_V) zueinander senkrecht orientiert sind.
MRT-Gerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei an der HF-Empfangsspule (70, 88) zwei Empfangskanäle (72, 74) und eine weitere Schalteinheit (80, 80') angeordnet sind, mit der Signale der Empfangskanäle (72, 74) für die HF-Empfangsspule (70, 88) so verschaltbar sind, dass die HF-Empfangsspule (70, 88) einerseits für die Detektion des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen der Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9), und andererseits für die Detektion eines weiteren zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) optimiert ist.
MRT-Gerät nach Anspruch 15, wobei an der Schalteinheit (80') zwei Kanäle (82, 83) angeordnet sind, die jeweils ein Signal von der Schalteinheit (80') zu einer Rechnereinheit (116) weiterleiten, – wobei der eine Kanal (82) ein Signal weiterleitet, bei dem die beiden Empfangskanäle (72, 74) von der Schalteinheit (80') so geschaltet sind, dass die HF-Empfangsspule (70, 88) für die Detektion des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung (7) entgegen der Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) optimiert ist, und – wobei der andere Kanal (83) ein weiteres Signal weiterleitet, bei dem die beiden Empfangskanäle (72, 74) von der Schalteinheit (80') so geschaltet sind, dass die HF-Empfangsspule (70, 88) für die Detektion des zirkular polarisierten HF-Magnetfeldes mit einer Polarisationsrichtung in Präzessionsrichtung (15) der Kernspins (9) optimiert ist.
MRT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das MRT-Gerät zumindest eine weitere HF-Spule (112) umfasst, an der Mittel (114) zum Verstimmen derselben angeordnet sind.