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Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanzanlage, umfassend eine erste Montageeinheit, in der eine Steuerungsrecheneinrichtung angeordnet ist, sowie eine Hochfrequenzspulenanordnung zum Senden und Empfangen von Magnetresonanzsignalen, wobei die Hochfrequenzspulenanordnung durch eine Sendeeinrichtung, umfassend eine in die erste Montageeinheit eingebaute Sendedigitaleinheit zur Gabe eines Sendedigitalsignals an eine Sendeanalogeinheit, die ein auf dem Sendedigitalsignal basierendes Sendeanalogsignal ausgibt, und durch eine Empfangseinrichtung, umfassend wenigstens eine Empfangsanalogeinheit zur Umwandlung eines Empfangsanalogsignals in ein Empfangsdigitalsignal und wenigstens eine Empfangsdigitaleinheit zur digitalen Demodulation des Empfangssignals, angesteuert bzw. ausgelesen wird.
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Hochfrequenzspulen in Magnetresonanzanlagen dienen sowohl zur hochfrequenten Anregung von Spins in einem aufzunehmenden Zielgebiet als auch zum Empfang der Magnetresonanzsignale aus diesem Zielgebiet. Zum Senden der entsprechenden Sequenzen wird dabei die gesamte Hochfrequenzspulenanordnung angesteuert, zum Empfang, beispielsweise um eine bessere Auflösung zu erreichen, werden aber jeweils nur Teile der Anordnung abgefragt, so dass sich eine große Anzahl von Empfangskanälen ergibt. Um die Funktionalitäten der Hochfrequenzantennenanordnung zu realisieren, ist eine geeignete Sende- bzw. Empfangselektronik notwendig, also eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung. Zum Einhalten der Kohärenzbedingungen bei Magnetresonanzaufnahmen ist dabei jedoch eine genaue Synchronisation und Abstimmung zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung notwendig.
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Sowohl die Sende- als auch die Empfangseinrichtung lassen sich dabei in eine analoge und eine digitale Untereinheit unterteilen. In der Sendedigitaleinheit wird dabei ein die gewünschte Sequenz beschreibendes Niederfrequenzsignal digital moduliert bzw. gemischt. Die Sendedigitaleinheit kommuniziert mit der Sendeanalogeinheit, in der das Sendedigitalsignal mittels eines Digital-Analog-Wandlers (D/A-Wandler) in ein Sendeanalogsignal verwandelt wird. Dann kann es entsprechend analog moduliert werden. Eine solche analoge Modulation, wobei das Sendedigitalsignal zunächst auf einer Zwischenfrequenz (ZF) liegt und dann auf die Zielfrequenz moduliert wird, ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig. Das Signal kann auch komplett digital aufbereitet werden. In einem solchen Fall umfasst die Sendeanalogeinheit nur den D/A-Wandler. Das Sendeanalogsignal wird dann über die mit der Sendeanalogeinheit kommunizierende Hochfrequenzspulenanordnung ausgesandt.
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Zum Empfang von Signalen werden die empfangenen Signale zunächst an die Empfangsanalogeinheit geleitet, wo sie gegebenenfalls entsprechend demoduliert werden und durch einen A/D-Wandler in ein Empfangsdigitalsignal umgewandelt werden. Im Falle einer rein digitalen Ansteuerung umfasst auch die Empfangsanalogeinheit nur den A/D-Wandler. Über entsprechende Kommunikationsverbindungen wird das Empfangsdigitalsignal an eine Empfangsdigitaleinheit zur digitalen Demodulation weitergeleitet. Von dort wird es in eine Datenaufbereitungseinheit weitergeleitet, in der das demodulierte digitale Empfangssignal in zur Bilderzeugung nutzbare Daten umgewandelt und entsprechend gefiltert wird. Eine Bildverarbeitungsrecheneinrichtung verarbeitet diese Daten dann zu einem Bild.
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Wie schon erwähnt, ist es hierbei essentiell, die entsprechende Kohärenzbedingung zu erhalten. Üblicherweise sind sowohl die Sendedigitaleinheit als auch die Empfangsdigitaleinheit in einer der Steuerung des Magnetresonanzanlagenbetriebs dienenden Steuerungsrecheneinrichtung eingebaut, wo beide gemeinsam von einer geeigneten digitalen Frequenzerzeugungseinheit, beispielsweise einem numerisch kontrollierten Oszillator (NCO), angesteuert werden.
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Entscheidenden Einfluss auf die Qualität von Magnetresonanzaufnahmen, insbesondere auf das Signal/Rauschverhältnis in den aufgenommenen Bildern hat die Anzahl von Empfangskanälen. Bekannte Magnetresonanzanlagen haben eine begrenzte Anzahl solcher Empfangskanäle. Dafür gibt es im Wesentlichen zwei Ursachen. Zum einen können die Empfangsanalogeinheiten nicht beliebig ausgebaut werden. Zum anderen können auch Empfangsdigitaleinheiten bzw. Datenaufbereitungseinheiten nur eine bestimmte Anzahl von Kanälen bearbeiten, die meist ungleich der Anzahl der von einer Empfangsanalogeinheit bearbeiteten Kanäle ist, so dass für jede Empfangsanalogeinheit mehrere Empfangsdigitaleinheiten benötigt werden oder umgekehrt. Die Anschlussmöglichkeiten einer Steuerungsrecheneinrichtung sind jedoch sowohl räumlich als auch durch die Zahl der verfügbaren Anschlussmöglichkeiten bzw. die Vielzahl von zur Ansteuerung benötigten Einrichtungen begrenzt. Solche Steuerungsrecheneinrichtungen beziehungsweise ihre Komponenten sind dabei meist in einer Montageeinheit, beispielsweise einem Rack oder Elektronikschrank, angeordnet, in die die Komponenten eingesteckt und untereinander verkabelt werden können. Diese beispielsweise Steckplätze sind bei der Steuerungsrecheneinrichtung meist alle belegt. Hinzu kommt, dass aufgrund der benötigten Frequenzerzeugungseinheit die Sende- und Empfangsdigitaleinheit oft in eine Baueinheit integriert sind, aber nur eine Sendedigitaleinheit benötigt wird. Letztendlich wird daher die Anzahl von Empfangskanälen und somit das Signal/Rauschverhältnis begrenzt.
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Die
DE 197 22 221 A1 offenbart ein diagnostisches Magnetresonanzgerät mit einer Hochfrequenzantenne. Es umfasst eine außerhalb der Hochfrequenz-Abschirmkabine angeordnete Komponente, in dem ein Hochfrequenzteil zum Senden und Empfangen der hochfrequenten Magnetresonanzsignale angeordnet ist. Dieses umfasst im Sendeteil Leistungsverstärker, einen Modulator und einen Digitalanalogwandler. Der Hochfrequenz-Empfangskanal umfasst zum einen Vorverstärker, einen Quadraturdemodulator und einen Analogdigitalwandler. Der Modulator und der Demodulator sind mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden. Der Digitalanalogwandler und der Analogdigitalwandler werden von einer Pulssequenzsteuerung mit Steuersignalen versorgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Magnetresonanzanlage zu schaffen, die eine größere Anzahl von Empfangskanälen erlaubt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Magnetresonanzanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Empfangsdigitaleinheit in eine zur ersten Montageeinheit externen weiteren Montageeinheit eingebaut ist, wobei sowohl die Sendedigitaleinheit als auch die Empfangsdigitaleinheit eine Frequenzerzeugungseinheit umfasst, wobei die Frequenzerzeugungseinheiten zur Synchronisierung miteinander kommunizieren.
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Gemäß der Erfindung wird also mit dem üblichen Paradigma gebrochen, dass die Sendedigitaleinheit und die Empfangsdigitaleinheit als zusammengehöriges System in die Steuerungsrecheneinrichtung bzw. die sie enthaltende erste Montageeinheit eingebaut werden. Stattdessen wird vorgeschlagen, die Empfangsdigitaleinheit physikalisch aus der Steuerungsrecheneinrichtung zu entfernen und stattdessen in eine weitere Montageeinheit einzubauen. Dies ist von Vorteil, da die Anschlüsse der weiteren Montageeinheit bei weitem nicht so stark ausgelastet sind wie die der Steuerungsrecheneinrichtung, so dass mehr solcher als Modul ausgefertigter oder in einem Modul enthaltener Empfangsdigitaleinheiten verwendet werden können, wodurch die Anzahl der verarbeitbaren Kanäle steigt. Es wird eine Dezentralisierung der Sende- und Empfangselektronik für die Hochfrequenzantennenanordnung vorgeschlagen, die eine Modularisierung insbesondere der wünschenswerterweise mehrfach benötigten Empfangseinrichtung beziehungsweise ihrer Einheiten begünstigt.
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Auch die häufig außerhalb der Recheneinrichtungen angeordneten Empfangsanalogeinheiten können im Rahmen der Erfindung modularisiert und/oder beliebig vervielfältigt werden, so dass wenigstens zwei Empfangsanalogeinheiten vorgesehen sein können. Letztendlich ergibt sich also durch die beschriebene Erweiterbarkeit der verarbeitbaren Empfangskanäle ein besseres Signal/Rauschverhältnis in den aufgenommenen Bildern bzw. eine kürzere Messzeit bei gleichem Signal/Rauschverhältnis.
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Unter einer Montageeinheit ist dabei im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein Rack oder ein Elektronikschrank zu verstehen, in dem funktionell zusammengehörige Komponenten, welche durch mit einer bestimmten Funktion betraute Rechner angesteuert werden, zusammengefasst sind, aber auch Gehäuse, in denen solche Komponenten untergebracht sind. Als weitere Montageeinheit, in die die Empfangsdigitaleinheit eingebaut werden kann, bietet sich insbesondere eine Bildverarbeitungsrecheneinrichtung oder eine die Bildverarbeitungsrecheneinrichtung enthaltende Montageeinheit an. Dies ist besonders vorteilhaft, da die von den Empfangsdigitaleinheiten ausgegebenen Signale unmittelbar vor Ort, also in der Bildverarbeitungsrecheneinrichtung, weiterverarbeitet und zu einem Bild rekonstruiert werden.
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Die Magnetresonanzanlage kann dabei auch eine Datenaufbereitungseinheit zur Aufbereitung des Empfangsdigitalsignals zu Bilddaten umfassen. Mit besonderem Vorteil kann dann vorgesehen sein, dass die Datenaufbereitungseinheit und die Empfangsdigitaleinheit baulich in einer Datenempfangsbaueinheit integriert sind. In der Bildverarbeitungsrecheneinrichtung, die meist mehr freien Einbauplatz bzw. mehr freie Steckplätze als die Steuerungsrecheneinrichtung aufweist, beziehungsweise der die Bildverarbeitungsrecheneinrichtung enthaltenden Montageeinheit können also problemlos wenigstens zwei als austauschbare, gleichartige Module ausgebildete Datenempfangsbaueinheiten eingebaut werden. Die Funktionen der Datenaufbereitung und der digitalen Demodulation werden dann vorteilhafterweise zu einer einzigen Baueinheit zusammengefasst, von der in der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage mehrere vorhanden sein können. Die Datenempfangsbaueinheiten sind dann sowohl in ihren Komponenten als auch in ihren Anschlüssen identisch ausgebildet, also austauschbar und gleichartig ansteuerbar.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Empfangsdigitaleinheiten und die Datenaufbereitungseinheiten voneinander getrennt als jeweils gleichartige Module zu realisieren, die dann ebenso aufgrund der geringeren Auslastung problemlos in der Bildverarbeitungsrecheneinrichtung beziehungsweise der die Empfangsdigitaleinheiten enthaltenden Montageeinheit eingebaut werden können.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass als eine weitere Montageeinheit ein Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse vorgesehen ist, innerhalb welchem die Empfangs- und Sendeanalogeinheiten angeordnet sind. Auch innerhalb eines solchen Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuses können die Empfangsdigitaleinheiten eingebaut werden. Sie können dann erfindungsgemäß ebenso modulartig aufgebaut sein, das bedeutet, alle Empfangsdigitaleinheiten sind sowohl in ihren Anschlüssen als auch in ihrem inneren Aufbau identisch ausgeführt und somit austauschbar.
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Besonders wichtig ist auch bei der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage, dass die Magnetresonanzkohärenzbedingungen erhalten bleiben müssen. Daher ist vorgesehen, dass sowohl die Sendedigitaleinheit als auch die Empfangsdigitaleinheit eine Frequenzerzeugungseinheit, insbesondere einen numerisch ansteuerbaren Oszillator, umfassen, wobei die Frequenzerzeugungseinheiten zur Synchronisierung miteinander kommunizieren. Ein Grund für die bislang verfolgte bauliche Nähe der Sendedigitaleinheit und der Datenempfangsbaueinheit war, dass die Ansteuerung über eine einzige digitale Frequenzerzeugungseinheit erfolgte, so dass die Kohärenzbedingung erhalten wurde. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass jede modu-larisierte und in die weitere Montageeinheit eingebaute Empfangsdigitaleinheit eine eigene Frequenzerzeugungseinheit umfasst, wobei alle diese Frequenzerzeugungseinheiten über eine Kommunikationsverbindung miteinander synchronisiert werden. Die bislang verwendete eine Frequenzerzeugungseinheit wird durch mehrere, miteinander synchronisierte Frequenzerzeugungseinheiten ersetzt, wodurch es möglich wird, die Empfangsdigitaleinheit bzw. Empfangsdigitaleinheiten aus der Steuerungsrecheneinrichtung zu entfernen und sie stattdessen erfindungsgemäß in die weitere Montageeinheit einzubauen.
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Zweckmäßigerweise ist zur Kommunikation der Frequenzerzeugungseinheiten ein Steuerungskommunikationsbus vorgesehen. Dann ist es möglich, an diesem Steuerungskommunikationsbus mehrere Empfangsdigitaleinheiten anzuschließen, mithin das System durch Hinzufügen weiterer modularisierter Empfangsdigitaleinheiten beziehungsweise Datenempfangsbaueinheiten zu erweitern. Vorteilhafterweise können über diesen Steuerungskommunikationsbus auch weitere Parameter, wie beispielsweise Zwischenfrequenz, Tiefpassfiltereinstellungen, Samples pro Echo usw. übertragen werden. Der Steuerungskommunikationsbus ist jedoch meist nicht beliebig mit Lasten beschaltbar, so dass die Anzahl der anschließbaren Empfangsdigitaleinheiten beziehungsweise Datenempfangsbaueinheiten beschränkt wird. Dann kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass ein Steuerungskommunikationsbussplitter zur Aufspaltung des Steuerungskommunikationsbussignals an die Empfangsdigitaleinheiten vorgesehen ist. Eine solche Vervielfältigung durch einen Splitter sollte beispielsweise ab fünf Empfangsdigitaleinheiten erfolgen. Dieses Aufsplitten ist problemlos möglich, da der Steuerungskommunikationsbus unidirektional arbeitet, das heißt, es werden lediglich Parameter von der Sendedigitaleinheit zu der oder den Empfangsdigitaleinheiten übertragen.
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In der Bildverarbeitungseinrichtung kann die Datenempfangsbaueinheit beziehungsweise unmittelbar die Datenaufbereitungseinheit an einen Bildverarbeitungsrechner angeschlossen sein. Dann ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Datenaufbereitungseinheiten beziehungsweise Datenempfangsbaueinheiten an einen Kommunikationsbus des Bildverarbeitungsrechners, insbesondere einen PCI-Bus, angeschlossen sind. In Verbindung mit dem Steuerungskommunikationsbus sind insbesondere die Datenempfangsbaueinheiten nun letztendlich beidseitig an ein Bussystem angeschlossen, was ein Vorteil beim Aufbau eines beliebig erweiterbaren modularen Systems ist. Liegen Empfangsdigitaleinheit und Datenaufbereitungseinheit getrennt als eigenständige Module vor, so sind beide Einheiten jeweils an ein Bussystem angeschlossen und Empfangsdigitaleinheit und Datenaufbereitungseinheit kommunizieren zusätzlich miteinander. Die Datenempfangskapazitäten der Magnetresonanzanlage lassen sich also durch Hinzufügen weiterer, gleichartiger, also modularisierter, Datenempfangsbaueinheiten beziehungsweise Empfangsdigitaleinheiten und Datenaufbereitungseinheiten leicht erweitern, da diese lediglich parallel zu den schon vorhandenen Datenempfangsbaueinheiten beziehungsweise Empfangsdigitaleinheiten und Datenaufbereitungseinheiten an den Steuerungskommunikationsbus und den Kommunikationsbus des Bildverarbeitungsrechners angeschlossen werden müssen.
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Dennoch ist natürlich die Zahl von Kommunikationsbussteckplätzen eines bestimmten Bildverarbeitungsrechners zunächst auch beschränkt, was einer beliebigen Erweiterbarkeit der Datenempfangskapazitäten im Wege steht. Hier sieht die vorliegende Erfindung zwei vorteilhafte Lösungsmöglichkeiten vor. Zum einen ist es möglich, dass die Bildverarbeitungseinrichtung mehrere Bildverarbeitungsrechner umfasst, in die jeweils wenigstens eine Empfangsdigitaleinheit, gegebenenfalls innerhalb einer Datenempfangsbaueinheit, eingebaut ist. Die einzelnen Bildverarbeitungsrechner rekonstruieren mithin Teilbilder verschiedener Kanäle, die dann später zu einem gemeinsamen Bild zusammengesetzt werden.
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Eine vorteilhaftere Lösung sieht jedoch vor, dass wenigstens eine Erweiterungseinrichtung, insbesondere eine PCI-Erweiterungseinrichtung, mit einem Brückenbaustein zur Erweiterung der Zahl der Anschlüsse an den Kommunikationsbus des Bildverarbeitungsrechners vorgesehen ist. Solche Erweiterungseinrichtungen sind letztendlich vorteilhafterweise kostengünstiger als weitere Bildverarbeitungsrechner, und sie erlauben die Verarbeitung der gesamten Signale in nur einem einzigen Rechner. In einer speziellen Ausgestaltung kann dazu vorgesehen sein, dass in den Bildverarbeitungsrechner eine Kommunikationsbuserweiterungskarte, insbesondere eine PCI-Buserweiterungskarte, eingesteckt ist, die über wenigstens einen Kommunikationsausgang verfügt. Dieser ist über elektrische oder optische Leitungen mit einem so genannten Brückenbaustein in einem getrennten Gehäuse verbunden, der die entsprechenden Signale für neue Kommunikationsbussteckplätze generiert. Selbstverständlich können in der Erweiterungseinrichtung wiederum Kommunikationsbuserweiterungskarten verwendet werden, so dass sich letztendlich eine beliebige Erweiterbarkeit ergibt. Es werden vorteilhafterweise beliebig viele Steckplätze bzw. Anschlüsse für Datenaufbereitungseinheiten beziehungsweise Datenempfangsbaueinheiten geschaffen. Der Brückenbaustein nummeriert die Kommunikationsbusse nach der in der Norm festgelegten Weise, so dass auf die erweiterten Steckplätze genauso zugegriffen werden kann, wie auf die Steckplätze im Bildverarbeitungsrechner. Dann ist es nur noch erforderlich, dass der Softwaretreiber für die Datenaufbereitungseinheiten bzw. Datenempfangsbaueinheiten die entsprechende Anzahl von Datenaufbereitungseinheiten beziehungsweise Datenempfangsbaueinheiten handhaben kann. Dies ist jedoch einfach zu realisieren, da die Datenaufbereitungseinheiten beziehungsweise Datenempfangsbaueinheiten modularisiert, also identisch sind und sich somit auch gleichartig verhalten.
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Im Bereich der PCI-Busse kann dabei jede beliebige PCI-Norm, also auch ein PCI-X-Bus bzw. ein PCI-Express-Bus verwendet werden. Dabei ist der relativ modernde PCI-Express-Bus besonders vorteilhaft. Zwischen der Kommunikationsbuserweiterungskarte und dem Brückenbaustein kann ein beliebiges Übertragungsprotokoll vorgesehen sein (proprietär oder genormt, beispielsweise Ethernet, InfiniBand, Fiber Channel, SCSI, usw.). Der Brückenbaustein der Erweiterungseinrichtung muss letztendlich nur dazu ausgebildet sein, das Übertragungsprotokoll auf die entsprechende Kommunikationsbussignalisierung umzusetzen.
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Durch eine solche Erweiterungseinrichtung ist mithin vorteilhafterweise nur ein Bildverarbeitungsrechner mit Software notwendig, und es ist eine große Anzahl an Empfangskanälen möglich. Zudem müssen die Daten nicht durch ein weiteres Programm zusammenkopiert werden.
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Jedoch sind auch die Empfangsanalogeinheiten in der Anzahl der durch sie verarbeitbaren Kanäle beschränkt. So ist es möglich, dass die Empfangsanalogeinheit eine Mehrzahl an Ausgangskanälen umfasst, die gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der durch die Empfangsdigitaleinheit verarbeitbaren Kanäle ist, wobei jeder Empfangsanalogeinheit eine Empfangsdigitaleinheit oder ein entsprechendes Vielfaches an Empfangsdigitaleinheiten zugeordnet ist. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Empfangsanalogeinheit 32 Kanäle verarbeitet. Eine Empfangsdigitaleinheit kann beispielsweise 16 Kanäle verarbeiten, so dass einer Empfangsanalogeinheit jeweils zwei Empfangsdigitaleinheiten zugeordnet sind. Alternativ ist es natürlich auch ebenso möglich, dass die Empfangsdigitaleinheit eine Mehrzahl an Ausgangskanälen umfasst, die ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der durch die Empfangsanalogeinheit verarbeitbaren Kanäle ist, wobei dann jedem entsprechenden Vielfachen an Empfangsanalogeinheiten eine Empfangsdigitaleinheit zugeordnet ist. Um in allen möglichen Fällen eine beliebige Erweiterbarkeit der Kanalanzahl zu erreichen, müssen auch die Empfangsanalogeinheiten modular aufgebaut und parallel schaltbar sein.
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Üblicherweise ist ein Synthesizer zur Erzeugung eines Synchronisationstaktes und, falls die Signale nicht rein digital verarbeitet werden, einer analogen LO-Frequenz zur analogen Modulation und/oder Demodulation vorgesehen. Um nun mehrere, parallel betriebene, modulare Empfangsanalogeinheiten mittels dieses Synthesizers ansteuern und somit synchronisieren zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Synchronisationssplitter und gegebenenfalls ein LO-Splitter zur Aufspaltung des Synchronisationstaktes und gegebenenfalls der LO-Frequenz an die Empfangsanalogeinheiten vorgesehen ist. Auch die Kommunikationsverbindung zwischen dem Synthesizer, der im Übrigen auch die Sendeanalogeinheit ansteuert, und der Empfangsanalogeinheit ist eine unidirektionale Verbindung, so dass ein Aufsplitten problemlos möglich ist. Dann ist es aber möglich, letztendlich beliebig viele Empfangsanalogeinheiten zu verwenden, so dass das System in Bezug hierauf problemlos erweiterbar ist. Auch die Empfangsanalogeinheiten sind dabei vorteilhafterweise modular, also identisch aufgebaut und weisen identische Anschlüsse auf.
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Die Kommunikationsverbindungen zur Übertragung des Synchronisationstaktes und gegebenenfalls der LO-Frequenz können dabei so ausgelegt sein, dass sie jeweils durch eine Empfangsanalogeinheit belastbar sind. Dann wären beispielsweise bei n Empfangsanalogeinheiten ein 1:n Synchronisationssplitter und gegebenenfalls ein 1:n LO-Splitter erforderlich.
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In der bevorzugten Ausführungsform ermöglicht es die vorliegende Erfindung folglich, die Anzahl der empfangenen Kanäle praktisch beliebig zu erweitern. Dies wird durch die Modularisierung der Empfangseinrichtung erreicht. Sowohl die Empfangsdigitaleinheiten, die vorteilhafterweise an den Steuerungskommunikationsbus und, falls sie in eine Datenempfangsbaueinheit integriert sind, den Kommunikationsbus des Bildrechners angeschlossen werden können, sind allesamt identische, gleich aufgebaute Module mit den gleichen Anschlüssen oder in identischen, gleich aufgebauten Datenempfangsbaueinheiten mit gleichen Anschlüssen integriert. Die Anschlussmöglichkeiten für die Datenempfangsbaueinheiten können durch die Verwendung mehrerer Bildrechner oder besonders vorteilhaft durch die Verwendung der Erweiterungseinrichtung sowie gegebenenfalls die Verwendung des Steuerungskommunikationsbussplitters beliebig erweitert werden. Ähnliches gilt jedoch für die ebenfalls modular entwickelten Analogempfangseinheiten, von denen durch die entsprechenden Splitter letztendlich auch beliebig viele gleichartige Module verwendet werden können. Dies alles wird letztendlich mittels der Maßnahme, die Empfangsdigitaleinheit in die Bildverarbeitungsrecheneinrichtung oder die sie enthaltende Montageeinheit einzubauen, ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung kann auch der Synthesizer in dem Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse angeordnet sein. Damit werden die Analogeinheiten und der sie und gegebenenfalls den Rest des Systems ansteuernde Synthesizer vorteilhafterweise auch baulich in einem Gehäuse vereint. Dabei können Erweiterungsgehäuse für weitere Empfangsanalogeinheiten vorgesehen sein, wenn eine Erweiterung gewünscht ist.
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Zur schnelleren Kommunikation kann zudem zur Datenübertragung zwischen der Empfangsanalogeinheit und den entsprechenden weiteren Einheiten ein Glasfaserkabel vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze des Sende- und Empfangssystems einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
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2 eine Prinzipskizze des Sende- und Empfangssystems einer gegenüber 1 erweiterten Magnetresonanzanlage,
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3 eine Prinzipskizze einer in der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage verwendbaren Datenempfangsbaueinheit, und
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4 eine Prinzipskizze des Sende- und Empfangssystems einer Magnetresonanzanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt eine Prinzipskizze des Sende- und Empfangssystems einer Magnetresonanzanlage gemäß der vorliegenden Empfindung. Es ist durch drei baulich-funktionelle Einrichtungen ausgezeichnet, nämlich die Steuerungsrecheneinrichtung 1, die Bildverarbeitungsrecheneinrichtung 2 und das Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse 3, die alle eine Montageeinheit darstellen oder in einer solchen enthalten sind. Die Steuerungsrecheneinrichtung 1 erhält zu verarbeitende Daten, insbesondere ein Niederfrequenzsignal, von einer hier nicht näher dargestellten Benutzerinteraktionsrecheneinrichtung, wie durch den Pfeil 4 angedeutet ist. In die Steuerungsrecheneinrichtung 1 ist eine Sendedigitaleinheit 5 eingebaut, in welcher die digitale Modulation des Niederfrequenzsignals vorgenommen wird. Die dafür verwendete LO-Frequenz („local oscillator”-frequenz) wird durch eine Frequenzerzeugungseinheit 6, hier ein numerisch kontrollierter Oszillator (NCO), die ebenso in der Steuerungsrecheneinrichtung 1 verbaut ist, erzeugt, und beträgt bei einer 1,5 T-Anlage beispielsweise etwa 1,4 MHz. Das entsprechend von der Sendedigitaleinheit 5 erzeugte Signal wird über eine Kommunikationsverbindung 7 an die in das Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse 3 eingebaute Sendeanalogeinheit 8 übertragen. In der Sendeanalogeinheit 8 wird das Signal zunächst durch einen Digital/Analog-Wandler 9 (D/A-Wandler) in ein analoges Signal umgewandelt. Dafür wird ein für das gesamte System genutzter Synchronisationstakt, beispielsweise von 10 MHz, benötigt. Dieser wird über eine Kommunikationsverbindung 10 von einem ebenso in dem Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse 3 verbauten Synthesizer 11 geliefert. Das entstehende Sendeanalogsignal wird durch weitere elektronische Komponenten 12 entsprechend so moduliert, dass das Ausgangssignal dann von der hier nicht näher dargestellten Hochfrequenzantennenanordnung ausgestrahlt werden kann, wie dies durch den Pfeil 13 angedeutet ist. Zur analogen Modulation des Signals wird eine analoge LO-Frequenz benötigt, die ebenfalls von dem Synthesizer 11 erzeugt wird und über eine Kommunikationsverbindung 14 übertragen wird. Die Sendeanalogeinheit 8 wird häufig auch als „Transmitter” bezeichnet.
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Bei einem 1,5 T-Magnetresonanzgerät wird beispielsweise eine Hochfrequenz von 63,6 MHz benötigt. Dann hat beispielsweise das über die Kommunikationsverbindung 7 übertragene Sendedigitalsignal eine Zwischenfrequenz von 1,4 MHz, die vom Synthesizer 11 erzeugte analoge LO-Frquenz beträgt 65 MHz. Durch die Modulation wird dann die Zielfrequenz von 63,6 MHz erreicht. Diese Zahlen sind nur beispielhaft zu sehen, sie hängen selbstverständlich von der konkreten Ausgestaltung der Magnetresonanzanlage ab.
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Die von der Hochfrequenzantennenanordnung beziehungsweise einem Teil der Hochfrequenzantennenanordnung empfangenen Signale werden, wie durch den Pfeil 15 angedeutet, von der Hochfrequenzantenne zunächst zu der ebenso in dem Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse 3 verbauten Empfangsanalogeinheit 16 weitergeleitet. In der Empfangsanalogeinheit 16 wird das empfangene Signal zunächst durch mit der Elektronik 12 korrespondierende Elektronik 17 demoduliert. Hierfür wird dieselbe LO-Frequenz des Synthesizers 11 benötigt, die bereits von der Elektronik 12 der Sendeanalogeinheit verwendet wurde. Diese wird über eine Kommunikationsverbindung 18 vom Synthesizer 11 zur Empfangsanalogeinheit 16 übertragen. Danach wird das Signal durch einen A/D-Wandler 19 in ein Empfangsdigitalsignal umgewandelt. Dazu ist wiederum der systemweite Synchronisationstakt von beispielsweise 10 MHz erforderlich, der vom Synthesizer 11 erzeugt wird. Er wird über eine Kommunikationsverbindung 20 auch zu der Empfangsanalogeinheit 16 übertragen.
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Die Empfangsanalogeinheit 16, die im Übrigen häufig als „Receiver” bezeichnet wird, kann eine bestimmte Anzahl von Empfangskanälen bearbeiten, im Beispiel 32 Empfangskanäle. Sie ist allerdings modular ausgebildet, das heißt zum einen, sie kann jederzeit gegen eine identische weitere Empfangsanalogeinheit 16 ausgetauscht werden, zum anderen, dass mehrere Empfangsanalogeinheiten 16 parallel geschaltet werden können, um ein größeres Spektrum von Empfangskanälen bearbeiten zu können.
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Das auf einer digitalen Zwischenfrequenz (beispielsweise 1,4 MHz im schon erwähnten 1,5 T-Fall) liegende Empfangsdigitalsignal wird nun über Kommunikationsverbindungen 21 zu in die Bildverarbeitungsrecheneinrichtung 2 eingebauten Datenempfangsbaueinheiten 22 weitergeleitet. In die Datenempfangsbaueinheit 22 ist sowohl eine Empfangsdigitaleinheit 40 als auch eine Datenaufbereitungseinheit 41 integriert.
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Jede der Datenempfangsbaueinheiten 22 kann 16 Kanäle bearbeiten, so dass in diesem Falle zwei Datenempfangsbaueinheiten 22 benötigt werden, wobei jede der Kommunikationsverbindungen 21, die im vorliegenden Fall als Glasfaserleitungen ausgebildet sind, 16 Kanäle überträgt.
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In den Datenempfangsbaueinheiten 22 wird das auf der digitalen Zwischenfrequenz liegende Empfangsdigitalsignal innerhalb der Empfangsdigitaleinheit 40 digital demoduliert und in der Datenaufbereitungseinheit 41 weiterverarbeitet und als Daten für die Bildverarbeitung aufbereitet. Dazu ist wiederum die durch die Frequenzerzeugungseinheit 6 erzeugte digitale LO-Frequenz notwendig. Damit diese erzeugt werden kann, ist auch in den Empfangsdigitaleinheiten 40 der Datenempfangsbaueinheiten 22 jeweils eine baugleiche Frequenzerzeugungseinheit 23 enthalten. Dabei handelt es sich auch hier um NCO's.
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Die Frequenzerzeugungseinheiten 6 und 23 müssen zum Erhalten der Kohärenzbedingungen synchronisiert sein. Dies wird durch einen Steuerungskommunikationsbus 24 ermöglicht. Dieser verbindet die Steuerungsrecheneinrichtung 1 mit den Datenempfangsbaueinheiten 22 und arbeitet unidirektional. Über ihn werden die Parameter der Frequenzerzeugungseinheit 6 an die Frequenzerzeugungseinheiten 23 geliefert, so dass eine Synchronisation vorliegt, beispielsweise durch gleichzeitigen Start. Über den Steuerungskommunikationsbus 24 werden auch weitere Parameter übertragen, die zur digitalen Demodulation und Bearbeitung des Signals benötigt werden, beispielsweise die Zwischenfrequenz, Tiefpassfiltereinstellungen, Samples pro Echo usw. In dieser Ausgestaltung arbeitet der Steuerungskommunikationsbus 24 mit TTL-Signalen (Transistor-Transistor-Logik-Signalen).
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Das letztendlich zu erzeugende Magnetresonanzbild wird in einem in der Bildverarbeitungsrecheneinrichtung verbauten Bildverarbeitungsrechner 25 erzeugt. Der Bildverarbeitungsrechner 25 umfasst neben den üblichen Rechnerkomponenten 26, also CPU, Speicher, etc., einen PCI-Bus 27, an den die Datenempfangsbaueinheiten 22 angeschlossen werden. Die Datenverarbeitungsbaueinheiten 22 sind ebenfalls modular aufgebaut, das bedeutet, sie weisen identische Komponenten und identische Anschlüsse auf. Durch die Verwendung des Steuerungskommunikationsbusses 24 und des PCI-Busses 27 sind die Datenempfangsbaueinheiten 22 beliebig parallel schaltbar.
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Dementsprechend ist es also möglich, durch entsprechende Vervielfältigung der entsprechenden modularen Komponenten, also der Empfangsanalogeinheit 16 und der Datenempfangsbaueinheit 22, die Empfangsmöglichkeiten der Magnetresonanzanlage auf eine größere Anzahl von Kanälen zu erweitern. Dies ist in 2 dargestellt, wobei gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden sind. Die aus der Sendedigitaleinheit 5 und der Sendeanalogeinheit 8 bestehende Sendeeinrichtung bleibt unverändert, ebenso wie die Frequenzerzeugungseinheit 6 und somit die gesamte Steuerungsrecheneinrichtung 1. Auch wird weiterhin nur ein Synthesizer 11 benötigt. Statt einer Empfangsanalogeinheit 16 sind jetzt jedoch drei Empfangsanalogeinheiten 16 dargestellt. Diese sind gleichartig, also modular ausgebildet, und im Ausführungsbeispiel alle im Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse 3 verbaut, jedoch ist es auch möglich, getrennte Gehäuse zu verwenden. Damit der Synchronisationstakt und die LO-Zwischenfrequenz an alle Empfangsanalogeinheiten 16 übertragen werden können, sind ein Synchronisationssplitter 28 und ein LO-Splitter 29 vorgesehen, wobei jeder dieser Splitter 28, 29 als ein 1:3 Splitter dargestellt ist.
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Über die Empfangsanalogeinheiten 16 können nun beispielsweise 96 Empfangskanäle verarbeitet werden. Dafür werden nun 6 Datenempfangsbaueinheiten 22 benötigt und sind auch vorgesehen. Der PCI-Bus 27 des Bildverarbeitungsrechners 25 besitzt jedoch nicht genügend Steckplätze für die Datenempfangsbaueinheiten 22. Daher sind nur zwei Datenempfangsbaueinheiten 22 im Bildverarbeitungsrechner 25 eingebaut. An den dortigen PCI-Bus ist jedoch eine PCI-Erweiterungskarte 30 angeschlossen. Diese kommuniziert über eine Kommunikationsverbindung 31 mit einem PCI-Brückenbaustein 32, der Teil einer PCI-Erweiterungseinrichtung 33 ist. Das Kommunikationsprotokoll der Kommunikationsverbindung 31 kann dabei beliebig gewählt werden, also proprietär oder genormt, beispielsweise Ethernet, Infiniband, Fiber Channel, SCSI, usw. Als Übertragungsmedium kann Draht oder Glasfaser benutzt werden. Der Brückenbaustein 32 setzt dieses Kommunikationsprotokoll nun wieder auf die PCI-Signalisierung um. Dadurch wird eine Erweiterung 34 des PCI-Busses 27 mit weiteren Steckplätzen geschaffen, an denen vier weitere Datenempfangsbaueinheiten 22 angeschlossen sind. Eine solche Erweiterung 34 kann beispielsweise 7 Steckplätze umfassen und selbstverständlich eine weitere PCI-Erweiterungskarte 30 aufnehmen, so dass die PCI-Steckplatzanzahl weiter vergrößert werden kann. Da der Brückenbaustein 32 die PCI-Busse nach der in der Norm festgelegten Weise durchnummeriert, kann auf die Steckplätze der Erweiterung 34 genauso zugegriffen werden, wie auf die Steckplätze im PCI-Bus 27 des Bildverarbeitungsrechners 25. Der Softwaretreiber für die Datenempfangsbaueinheiten 22 ist entsprechend erweitert worden, um die entsprechende Anzahl von Datenempfangsbaueinheiten 22 handhaben zu können, was jedoch einfach realisierbar ist, da die Datenempfangsbaugruppen identisch sind und sich gleichartig verhalten.
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Da der Steuerungskommunikationsbus 24 nur begrenzt belastbar ist, so dass beispielsweise nur 4 Datenempfangsbaueinheiten 22 an ihn angeschlossen werden können, ist zusätzlich ein Steuerungskommunikationsbussplitter 35 vorgesehen, hier ein 1:2-Splitter. Dies ist einfach möglich, da der Steuerungskommunikationsbus 24 unidirektional arbeitet und TTL-Signale überträgt. Dementsprechend kann der Steuerungskommunikationsbussplitter 35 durch TTL-Treiberbausteine einfach realisiert werden.
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Damit ist grundsätzlich keinerlei Beschränkung der Erweiterungsmöglichkeiten gegeben. Werden beispielsweise n Empfangsanalogeinheiten 16 verwendet, wie durch die Pünktchen 36 angedeutet ist, so sind die Splitter 28 und 29, wie durch die Pünktchen 37 angedeutet wird, als 1:n-Splitter ausgebildet. Es werden dann 2 n Datenempfangsbaueinheiten 22 benötigt, die an entsprechende Buserweiterungen 34 angeschlossen werden können, was durch die Pünktchen 38 angedeutet ist. Dann kann auch eine Erweiterung des Steuerungskommunikationsbussplitters 35 auf einen 1:n-Splitter nötig sein, wie durch die Pünktchen 39 angedeutet.
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Daher ist es Dank der Modularität der Empfangsanalogeinheiten 16 und der modularen Datenempfangsbaueinheit 22, die die Empfangsdigitaleinheit 40 und die Datenaufbereitungseinheit 41 zusammenfasst, möglich, letztendlich eine beliebige Anzahl von Empfangskanälen aufzunehmen und weiterzuverarbeiten.
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3 zeigt die Prinzipskizze einer Datenempfangsbaueinheit 22, in der die Empfangsdigitaleinheit 40 und die Datenaufbereitungseinheit 41 baulich vereint sind. Die Empfangsdigitaleinheit 40 umfasst die Frequenzerzeugungseinheit 23 und entsprechende Elektronik 42 zur Demodulation und gegebenenfalls Signalbearbeitung des Real- und des Imaginärteils des Signals. Die Datenaufbereitungseinheit 41 umfasst je einen Dezimationsfilter 43 für den Real- und für den Imaginärteil und einen Datenpuffer 44. Die Dezimationsfilter dienen dazu, mittels Interpolation die Samplerate auf einen Wert zu erniedrigen, mit dem der Bildverarbeitungsrechner 25 arbeiten kann, und zur Filterung des Signals. Im Datenpuffer 44 werden die Daten zwischengespeichert.
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Die Datenempfangsbaueinheit 22 umfasst 3 Anschlüsse, nämlich einen PCI-Busanschluss 45, den Steuerungskommunikationsbusanschluss 46 und den Signaleingang 47 für die Glasfaser-Kommunikationsverbindung 21.
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4 zeigt nun eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Empfangsdigitaleinheit 40 und die Datenaufbereitungseinheit 41 als getrennte Einheiten vorgesehen sind. Gleiche Komponenten sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Empfangsdigitaleinheiten 40, die nun jede für sich modular aufgebaut ist, sind dabei nun im Hochfrequenzkleinsignalteilgehäuse 3 eingebaut und über die Kommunikationsverbindungen 21 mit den Empfangsanalogeinheiten 16 verbunden. Zudem sind sie über entsprechende Anschlüsse an den Steuerungskommunikationsbus 24 angeschlossen. Eine weitere Kommunikationsverbindung 48 überträgt das demodulierte Signal, vorzugsweise auch über eine Glasfaserverbindung, an die Datenaufbereitungseinheiten 41, die jeweils mit einem PCI-Anschluss versehen sind und an den PCI-Bus 27 des in der Bildbearbeitungsrecheneinrichtung 2 angeordneten Bildverarbeitungsrechners 25 angeschlossen sind. Auch hier sind selbstverständlich aufgrund der modularen Konzeption der Empfangsanalogeinheiten 16, der Empfangsdigitaleinheiten 40 und der Datenaufbereitungseinheiten 41 beliebige Erweiterungen denkbar.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass viele andere Ausgestaltungen möglich sind, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise der Synthesizer 11 auch in einer anderen Montageeinheit untergebracht sein oder es könnte ein rein digitales System vorliegen, bei dem unmittelbar das durch die D/A-Wandler gewandelte Signal im Sendefall an die Hochfrequenzantenne weitergeleitet wird oder empfangene Signale sofort durch den A/D-Wandler umgewandelt und dann nur digital weiterbearbeitet werden. In diesem Falle reduzieren sich die Analogeinheiten 8 und 16 auf diese A/D-Wandler.
