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Die
Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Sendeeinrichtung für ein
Magnetresonanzsystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines
Untersuchungsbereichs eines Untersuchungsobjekts mit einer ersten
Hochfrequenz-Sendeantenne zur Aussendung von Hochfrequenzsignalen,
einem Hochfrequenzverstärker zur Versorgung der ersten
Hochfrequenz-Sendeantenne mit Hochfrequenzsignalen mit einer vorgegebenen
Hochfrequenz-Sendeleistung und einer zweiten Hochfrequenz-Sendeantenne,
welche ausgebildet ist, um durch Aussenden von Markierungs-Hochfrequenzsignalen
ein im und/oder in den Untersuchungsbereich fließendes
Medium so zu markieren, dass das Medium in den erzeugten Magnetresonanzaufnahmen des
Untersuchungsbereichs identifizierbar ist. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine in einer solchen Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
verwendbare Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung sowie ein Magnetresonanzsystem
mit einer solchen Hochfrequenz-Sendeeinrichtung.
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Außerdem
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines
Untersuchungsbereichs eines Untersuchungsobjekts, bei dem in einem
Magnetresonanzsystem mit einer ersten Hochfrequenz-Sendeantenne
Hochfrequenzsignale in den Untersuchungsbereich ausgesendet werden
und daraufhin aus dem Bereich emittierte Magnetresonanzsignale empfangen
und darauf basierend Bilddaten des Untersuchungsbereichs erzeugt
werden, wobei ein im und/oder in den Untersuchungsbereich fließendes
Medium durch Anregung von Kernspins des Mediums mittels über
eine zweite Hochfrequenz-Sendeantenne ausgesendeter Markierungs-Hochfrequenzsignale
so markiert wird, dass das Medium in den erzeugten Magnetresonanzaufnahmen
im Untersuchungsbereich identifizierbar ist.
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Bei
der Magnetresonanztomographie, auch Kernspintomographie genannt,
handelt es sich um eine inzwischen weit verbreitete Technik zur
Akquisition von Bildern vom Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts.
Um mit diesem Verfahren ein Bild zu gewinnen, d. h. eine Magnetresonanzaufnahme
eines Untersuchungsobjekts zu erzeugen, muss zunächst der
Körper bzw. der zu untersuchende Körperteil des
Patienten einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld
(meist als B0-Feld bezeichnet) ausgesetzt
werden, welches von einem Grundfeldmagneten der Magnetresonanz-Messeinrichtung
erzeugt wird. Diesem Grundmagnetfeld werden während der
Aufnahme der Magnetresonanzbilder schnell geschaltete Gradientenfelder
zur Ortskodierung überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt
werden. Außerdem werden mit einer Hochfrequenzantenne HF-Signale,
beispielsweise ein Hochfrequenzpuls oder eine Hochfrequenz-Pulssequenz,
einer definierten Feldstärke in das Untersuchungsvolumen
eingestrahlt, in dem sich das Untersuchungsobjekt befindet. Mittels
dieses HF-Felds (meist als B1-Feld bezeichnet)
werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass
sie aus ihrer Gleichgewichtslage, welche parallel zum Grundmagnetfeld
verläuft, ausgelenkt werden und um die Richtung des Grundmagnetfelds
präzedieren, Die dadurch erzeugten Magnetresonanzsignale
werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Bei den Empfangsantennen
kann es sich entweder um die gleichen Antennen, mit denen auch die
Hochfrequenzpulse ausgestrahlt werden, oder um separate Empfangsantennen
handeln. Die Magnetresonanzbilder des Untersuchungsobjekts werden
schließlich auf Basis der empfangenen Magnetresonanzsignale
erstellt. Jeder Bildpunkt im Magnetresonanzbild ist dabei einem
kleinen Körpervolumen, einem sogenannten "Voxel", zugeordnet
und jeder Helligkeits- oder Intensitätswert der Bildpunkte
ist mit der aus diesem Voxel empfangenen Signalamplitude des Magnetresonanzsignals
verknüpft.
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Eine
besonders wegweisende Weiterentwicklung der klassischen Magnetresonanzbildgebung
sind Techniken, bei denen die Perfusion von markiertem Blut im Gehirn
mit Hilfe eines Magnetre sonanzgeräts aufgenommen wird.
Durch eine Subtraktion zweier Bilder, eins mit markiertem Blut und eins
ohne Markierung, lässt sich die Blutversorgung in jede
beliebige Region des Gehirns ermitteln. Damit können Gehirnaktivierungen
abgebildet oder auch Veränderungen des Blutflusses in pathologischen Fällen
wie z. B. bei Schlaganfällen aufgedeckt werden. Die Beobachtung
der Perfusion von Blut oder anderen markierten Körperflüssigkeiten
kann darüber hinaus auch in anderen Organen sinnvoll sein, um
insbesondere pathologische Fälle leichter zu erkennen.
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Die
Markierung des Bluts wurde bisher üblicherweise durch den
Einsatz exogener Kontrastmittel auf Gadoliniumbasis oder dergleichen
durchgeführt. Um auf die Zugabe solcher Kontrastmittel
verzichten zu können, wurde nun die sog. „ASL-Technik" (ASL
= Arterial Spin Labeling; Arterielle Spin-Markierung) entwickelt,
welche insbesondere bei der Untersuchung des Gehirns eingesetzt
wird. Dabei wird das arterielle Blut z. B. im Halsbereich des Patienten durch
spezielle Anregung des Kernspins im Blut (bzw. in dessen Wasseranteil)
elektromagnetisch markiert (bzw. „gelabelt" = etikettiert),
bevor es das Gehirn erreicht. Nach einer gewissen Zeit, in der sich das
so markierte Blut im Gehirn verteilt hat, wird ein Bild aufgenommen.
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Wie
eingangs beschrieben, wird hierzu eine erste Hochfrequenzantenne
benötigt, mit der die „normalen" für
die Magnetresonanzaufnahme benötigten bildgebenden Hochfrequenzsignale
in den Untersuchungsbereich, beispielsweise den Kopfbereich des
Patienten oder Probanden, ausgesendet werden. Bei dieser ersten
Hochfrequenz-Sendeantenne kann es sich z. B. um die fest in den
Magnetresonanztomographen eingebaute, den Untersuchungsraum umschließende „Ganzkörperantenne"
handeln. Es kann sich aber auch um eine lokale Antenne handeln,
beispielsweise eine Kopfspule, welche dem Patienten während
der Untersuchung wie ein Helm aufgesetzt wird. So ist es bei solchen
Untersuchungen möglich, die Ganzkörperspule zur
Aussendung der Pulse und die Kopfspule lediglich zum Empfang der Magnetresonanzsignale
zu verwenden. Ebenso kann die Kopfspule aber auch sowohl zum Senden
der Hochfrequenzsignale als auch zum Auffangen der Magnetresonanzsignale
verwendet werden. Die erste Sendeantenne, welche zur Aussendung
der bildgebenden Hochfrequenzpulse dient, wird im Folgenden auch
als "bildgebende Sendeantenne" oder „bildgebende Sendespule"
bezeichnet.
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Zur
Anwendung der ASL-Technik kann eine zusätzliche, zweite
Hochfrequenz-Sendeantenne, im Folgenden auch als „Markierungsantenne"
oder „Markierungsspule" bezeichnet, verwendet werden, die
die für die Markierung verwendeten Hochfrequenzsignale
aussendet. Diese Markierungsantenne ist üblicherweise unmittelbar
lokal am Untersuchungsobjekt, vorzugsweise möglichst nah
an einer geeigneten Arterie des Patienten angeordnet. Es handelt
sich hierbei meist um eine relativ kleine Hochfrequenz-Sendeantenne.
Ein Beispiel für eine solche Verwendung einer zusätzlichen
Hochfrequenz-Sendeantenne für die Durchführung
einer kontinuierlichen ASL-Messung findet sich in dem Artikel von Talagala
S. L., Ye F. Q., Ledden P. J. und Chesnick S. „Whole-brain
3D perfusion MRI at 3.0 T using CASL with a separate labeling coil"
in Magn Reson Med 2004: 52(1): 131–140.
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Derzeit
handelsübliche Magnetresonanzsysteme besitzen jedoch nur
einen Hochfrequenz-Sendekanal mit einem Hochfrequenz-Signal-Modulator und
einem nachfolgenden Hochfrequenzverstärker, der zur Speisung
der bildgebenden Sendeantenne eingesetzt wird. Es stellt sich bei
solchen Geräten die Frage, wie die separate Markierungsantenne
gespeist werden soll. Bisher wird – wie auch in der vorgenannten
Veröffentlichung beschrieben – die Markierungsantenne
mit einem zusätzlichen Hochfrequenzverstärker
gespeist. Dies ist in 1 dargestellt. Hier existieren
nebeneinander für die erste, die bildgebende Hochfrequenz-Sendespule 1 ein
erster Modulator 4 und ein erster Hochfrequenzverstärker 3.
Für die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne 2 bzw.
die Markierungsantenne 2 stehen ein eigener Modulator 6 und
ein separater Hochfrequenzverstärker 5 zur Verfügung.
Dadurch entstehen erhebliche zusätzliche Kosten.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Hochfrequenz-Sendeeinrichtung,
eine geeignete Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung sowie ein Magnetresonanzsystem
und ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen zu schaffen,
welche eine einfachere und kostengünstigere Durchführung
von ASL-Messungen erlauben. Diese Aufgabe wird durch eine Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
gemäß Patentanspruch 1, eine Hochfrequenz-Sendeanordnung
gemäß Patentanspruch 7, ein Magnetresonanzsystem
gemäß Patentanspruch 10 und durch ein Verfahren
zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen gemäß Patentanspruch
11 gelöst.
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Eine
Hochfrequenz-Sendeeinrichtung der eingangs genannten Art ist dabei
erfindungsgemäß so ausgebildet, dass die zweite
Hochfrequenz-Sendeantenne so mit dem Hochfrequenzverstärker
zur Versorgung der ersten Hochfrequenz-Sendeantenne gekoppelt ist,
dass dieser Hochfrequenzverstärker die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne
für die Aussendung der Markierungs-Hochfrequenzsignale ebenfalls
mit geeigneten Hochfrequenzsignalen mit einer vorgegebenen Hochfrequenz-Sendeleistung versorgt.
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Ausgangspunkt
der Idee ist hierbei, dass die Markierungsantenne nur vor einer
Aufnahme von Magnetresonanzbildern Hochfrequenzpulse zur Markierung
des Mediums, z. B. des arteriellen Bluts, aussenden muss. Dies liegt
daran, dass ja eine Zeit lang gewartet werden muss, bis sich das
Medium in dem interessierenden Bereich ausgebreitet hat, um dann Erkenntnisse über
diese Ausbreitung zu gewinnen. Daher müssen die bildgebenden
Hochfrequenz-Sendeantennen und die Markierungsantenne nicht gleichzeitig
betrieben werden. Durch eine geeignete Verkopplung ist es somit
möglich, dass der Hochfrequenzverstärker oder
ggf. sogar der komplette Hochfrequenz-Sendekanal (d. h. der Verstärker
sowie der für die Erzeugung der Hochfrequenzsignale benötigte
Modulator und weitere Komponenten) für beide Sendeantennen
verwendet werden. Durch die Versorgung der ersten bildgebenden Sendeantenne
und der zweiten Markierungssendeantenne mittels eines gemeinsamen
Hoch frequenzverstärkers mit geeigneten Hochfrequenzsignalen
kann folglich auf einen zweiten Hochfrequenzverstärker
verzichtet werden. Neben der Kostenersparnis erlaubt die Erfindung
somit auch eine einfache Nachrüstung bereits bestehender
herkömmlicher Magnetresonanzsysteme zur Durchführung
von ASL-Messungen und ähnlichen Verfahren, bei denen eine
Markierung eines im Untersuchungsbereich fließenden Mediums
erforderlich ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Magnetresonanzsystem muss hierzu
neben den üblichen Komponenten lediglich eine entsprechende
erfindungsgemäße Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
aufweisen.
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Die
abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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In
einer besonders einfachen Variante sind die erste Hochfrequenz-Sendeantenne
und die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne über einen Umschalter
mit dem gemeinsamen Hochfrequenzverstärker gekoppelt. Über
diesen Umschalter können dann wahlweise entweder die erste
Hochfrequenz-Sendeantenne oder die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne
vom Hochfrequenzverstärker mit Hochfrequenzsignalen beaufschlagt
werden.
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Dieser
Sendeumschalter, welcher vorzugsweise sehr schnell sein sollte,
kann durch ein geeignetes Signal umgeschaltet werden. Dieses Signal kann
innerhalb des Messablaufs von einer Steuerung des Magnetresonanzsystems
automatisch ausgegeben werden. Beispielsweise kann dies für
die jeweiligen Messungen in einem Messprotokoll vorgegeben sein,
auf dessen Basis die Steuerung einer bestimmten Messung erfolgt.
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Bei
einer bevorzugten Variante weist die Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
eine mit dem Hochfrequenzverstärker und dem Umschalter
gekoppelte Detektionseinrichtung auf, welche ausgebildet ist, um ein
oder mehrere bestimmte Merkmale eines von dem Hochfrequenzverstärker
kommenden Hochfrequenzsignals zu detektieren und bei einer Detektion eines
bestimmten Merkmals oder einer bestimmten Merkmalskombination den
Umschalter in einen bestimmten Schaltzustand umzuschalten. Üblicherweise
ist es nämlich so, dass sich die Hüllkurve der
zur Markierung dienenden Hochfrequenzpulse deutlich von der Hüllkurve
der bildgebenden Hochfrequenzpulse unterscheidet. So werden beispielsweise
zur Bildgebung sog. Sinc-Pulse mit relativ hoher Amplitude benötigt,
wogegen die Markierungs-Hochfrequenzpulse kleine Rechtecksignale
mit geringerer Amplitude sein können.
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Als
ein oder mehrere bestimmte Merkmale können daher beispielsweise
ein Anstiegsverhalten oder eine maximale Amplitude der Hüllkurve
der Hochfrequenzsignale detektiert werden. In Abhängigkeit
davon wird dann der Umschalter umgeschaltet und entweder die bildgebende
Hochfrequenz-Sendeantenne oder die Markierungsantenne mit den Signalen
beaufschlagt. Das Umschaltsignal muss dann nicht mehr durch das
Magnetresonanzsystem bereitgestellt werden und eine Nachrüstung ist
noch einfacher möglich.
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Ganz
besonders bevorzugt befindet sich der Umschalter im Normalzustand
in einem Schaltzustand, in dem die Markierungsspule mit den Hochfrequenzsignalen
beaufschlagt wird, so dass bei den üblicherweise verwendeten
Markierungs-Hochfrequenzsignalen in Form von kleinen Rechtecksignalen
keine Umschaltung notwendig ist und somit kein Signalanteil abgeschnitten
wird, auch wenn der Umschalter eine bestimmte Totzeit hat. Bei den
erheblich stärkeren Pulsen zur Bildgebung spielt, sofern
ein geeignet schneller Schalter verwendet wird, eine solche kurze
Totzeit keine Rolle. Geeignet schnelle Schalter sind z. B. aus F.
Tinz, „Entwicklung elektronischer HF-Leistungsumschalter
mit Pin-Dioden", Diplomarbeit, Fachhochschule Nürnberg,
1993, bekannt.
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Bei
einer ganz besonders bevorzugten Variante ist die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne
mit einer Induktionsspule bzw. „Einkoppelspule" gekoppelt,
die von dem Hochfrequenzverstärker über die erste
Hochfrequenz-Sendeantenne ausgesendete Hochfrequenzsignale empfängt
und dabei Sendeleistung aufnimmt und an die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne
weiterleitet, welche dann entsprechende Hochfrequenzsignale aussendet.
Das heißt, es werden mittels einer Induktionsspule die
von dem Hochfrequenzverstärker über die erste
Hochfrequenz-Sendeantenne ausgesendeten Hochfrequenzsignale empfangen
und an die zweite Markierungsantenne weitergeleitet, die dann die
entsprechenden Markierungs-Hochfrequenzsignale aussendet.
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Bei
Verwendung einer solchen Induktionsspule kann auf eine direkte Kopplung
der Markierungsspule mit dem bestehenden Hochfrequenzverstärker
des Magnetresonanzsystems verzichtet werden. Insofern ist überhaupt
kein mechanischer Eingriff in das Magnetresonanzsystem nötig.
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Eine
derart ausgebildete erfindungsgemäße Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung
weist daher neben der Hochfrequenz-Sendeantenne, welche zur Aussendung
der Markierungs-Hochfrequenzsignale ausgebildet ist, eine mit der
Hochfrequenz-Sendeantenne gekoppelte Induktionsspule auf, die von einem
Hochfrequenzverstärker über eine andere, von der
Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung unabhängige Hochfrequenz-Sendeantenne
ausgesendete Hochfrequenzsignale empfängt und an die Hochfrequenz-Sendeantenne
der Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung weiterleitet, die dann entsprechende
Hochfrequenzsignale aussendet. Diese Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung dient
sozusagen als „B1-Feldkonzentrator"
bzw. als „Lupenspule", die das von der bildgebenden Hochfrequenz-Sendeantenne
ausgesendete Feld auffängt und konzentriert an der Markierungsspule
wieder aussendet.
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Dabei
ist vorzugsweise die zweite Hochfrequenz-Sendeantenne über
einen Aktivierungsschalter mit der Induktionsspule gekoppelt, der
so ausgebildet ist, dass in einem Aktivierungsschaltzustand die
von der Induktionsspule empfangenen Hochfrequenzsignale an die zweite
Hochfrequenz-Sendeantenne weitergeleitet werden und in einem Deaktivierungsschaltzustand
nicht.
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Ein
geeignetes Aktivierungs- bzw. Deaktivierungssignal kann insbesondere
von einer Steuereinheit des Magnetresonanzsystems zugeführt
werden. Auch hierbei besteht aber alternativ die Möglichkeit, dass
der Aktivierungsschalter mit Hilfe einer Detektionseinrichtung geschaltet
wird, die ausgebildet ist, um ein oder mehrere Merkmale eines von
der Induktionsspule empfangenen Hochfrequenzsignals zu detektieren
und bei einer Detektion eines bestimmten Merkmals oder einer bestimmten
Merkmalskombination den Aktivierungsschalter in einen bestimmten Schaltzustand
umschaltet. Das heißt, das Steuerungssignal für
den Aktivierungsschalter wird letztlich auch hier aus der Hüllkurve
des eingekoppelten Signals abgeleitet. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße
Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung ohne jegliche Kabelverbindung
mit dem übrigen MR-System auskommen, so dass eine extrem
leichte Nachrüstung bestehender Magnetresonanzsysteme möglich
ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten
Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Hochfrequenz-Sendeantenne
(bildgebende Sendeantenne) und einer zweiten Hochfrequenz-Sendeantenne
(Markierungsantenne) sowie ihrer nach dem Stand der Technik üblichen
Versorgung über separate Modulatoren und Hochfrequenzverstärker,
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2 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sendeinrichtung,
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3 eine
schematische Darstellung einer Weiterentwicklung der Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
gemäß 2,
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4 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
Magnetresonanztomographiesystems mit einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
gemäß 3,
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5 eine
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sendeeinrichtung,
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6 eine
detailliertere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer in der Hochfrequenz-Sendeeinrichtung gemäß 5 verwendbaren
Hochfrequenz-Sendeantennenanordnung.
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Der
in 1 dargestellte herkömmliche Aufbau mit
zwei separaten Modulatoren 40, 42 und Hochfrequenzverstärkern 41, 43 für
die bildgebende Hochfrequenz-Sendeantenne und für die Markierungsantenne
wurde bereits eingangs erläutert.
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2 zeigt
demgegenüber eine sehr einfache Variante eines erfindungsgemäßen
Aufbaus einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung 20. Dabei bleiben
der Modulator 40 und der Hochfrequenz-Sendeverstärker 41 für
die erste bildgebende Sendeantenne 21 unverändert.
Es ist lediglich zwischen den Ausgang des Hochfrequenz-Sendeverstärkers 41 und den
Eingang der bildgebenden Sendeantenne 21 ein Umschalter 23 mit
zwei Ausgängen geschaltet. An den ersten Ausgang ist die
bildgebende Sendeantenne 21 und an den zweiten Ausgang
die Markierungsantenne 22 angekoppelt.
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Über
ein Signal S kann dieser Umschalter 23, bei dem es sich
um einen sehr schnellen Umschalter handelt, zwischen einem ersten
und einem zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden. Vorteilhafterweise
steht der Schalter 23 dabei in der Ruhestellung in der
Position, dass die Markierungsspule 22 mit dem Hochfrequenzverstärker 41 verbunden ist.
Sollen bildgebende Hochfrequenzpulse ausgesendet werden, erfolgt
eine Umschaltung zur bildgebenden Sendeantenne 21. Dies
hat den Vorteil, dass bei den üblicherweise verwendeten
Markierungspulsen, welche eine relativ geringe Amplitude haben und eine
Rechteckform aufweisen, keine Umschaltung mehr notwendig ist und
somit keine Signalteile verloren gehen.
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Bei
der Variante gemäß 2 wird das
Umschaltsignal S für den Umschalter 23 von einer
Steuereinheit des Magnetresonanzsystems zur Verfügung gestellt.
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3 zeigt
eine weiterentwickelte Hochfrequenz-Sendeeinrichtung 20',
bei der auf ein solches externes Steuersignal S verzichtet werden
kann und der Umschalter 23 stattdessen mit einem Steuersignal
S' geschaltet wird, welches mittels einer Detektionseinrichtung 24 generiert
wird. Diese Detektionseinrichtung 24 detektiert bestimmte
Eigenschaften des von dem Hochfrequenzverstärker 41 kommenden
Hochfrequenzsignals. Normale Hochfrequenz-Sendepulse für
die Bildgebung und Markierungs-Hochfrequenzpulse haben nämlich
in der Regel unterschiedliche Eigenschaften. So unterscheiden sie
sich üblicherweise in Amplitude, Gestalt (Sinc-Form bzw.
Rechteck-Form) oder den Anstiegszeiten der Anstiegsflanken. Diese
verschiedenen Eigenschaften können detektiert werden und
darauf basierend kann der Umschalter 23 passend gesteuert
werden.
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Die
Detektionseinrichtung 24 und der Umschalter 23 können
dabei in eine Umschalt-Baueinheit 25 integriert sein.
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Bei
der in 3 dargestellten Hochfrequenz-Sendeeinrichtung 20 besteht
die Detektionseinrichtung 24 aus einer kleinen Schaltung
mit drei Komponenten. Eine erste Komponente ist ein Gleichrichter 30.
Danach folgt ein Tiefpass-Filter 31. Durch das Gleichrichten
und Tiefpass-Filtern wird die Hüllkurve des von dem Hochfrequenz-Leistungsverstärker 41 kommenden
Hochfrequenzsignals ermittelt. Diese Hüllkurve wird dann
in einem Komparator 32 mit einer, vorzugsweise einstellbaren,
Schwellenspannung US verglichen.
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Zur
Bereitstellung der Schwellenspannung US kann
die Detektionseinrichtung 24 z. B. eine interne Spannungsversorgung,
beispielsweise einen kleinen Akku oder eine Batterie, aufweisen.
Ist die Amplitude der Hüllkurve des Hochfrequenzsignals
größer als der Schwellenwert US,
so wird der Schalter 23 über ein Steuersignal
S' so geschaltet, dass das Hochfrequenzsig nal zur bildgebenden ersten
Hochfrequenzantenne 21 geleitet wird. Ansonsten befindet
sich der Umschalter 23 in einem Schaltzustand, in dem das
Hochfrequenzsignal zur Markierungsspule 2 geleitet wird.
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Als
Detektionseinrichtung kann alternativ auch ein anderer Schaltungsaufbau
verwendet werden, je nachdem, welche Merkmale oder Merkmalskombinationen
des Signals detektiert werden sollen. Da für die Detektierung
des Signals etwas Zeit benötigt wird, kann zwischen dem
Abgriff an der vom Hochfrequenzverstärker 42 kommenden
Leitung zur Detektionseinrichtung 24 und dem Umschalter 23 beispielsweise
durch eine entsprechende Leitungslänge ein Delay ausgebildet
sein, welches die Detektionszeit und die geringe Totzeit des Umschalters 23 berücksichtigt,
so dass keine oder allenfalls sehr geringe Signalanteile beim Umschalten
abgeschnitten werden.
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4 zeigt
ein einfaches Prinzipblockschaltbild eines Magnetresonanzsystems 1 mit
einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung nach 3. Kernstück dieses
Magnetresonanzsystems 1 ist ein Tomograph 14,
auch Scanner 14 genannt, in welchem ein Patient P auf einer
Liege 16 in einem zylindrischen Untersuchungsraum 15 positioniert
ist. Innerhalb des Tomographen 14 befindet sich eine Hochfrequenz-Ganzkörper-Sendeantennenanordnung 21,
beispielsweise eine Birdcage-Antenne, zur Aussendung der Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse,
d. h. zur Aussendung des B1-Felds. Es handelt
sich hierbei um einen handelsüblichen Tomographen 14.
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Angesteuert
wird der Tomograph 14 von einer Steuereinrichtung 2.
An die Steuereinrichtung 2 ist über eine Terminal-Schnittstelle 6 ein
Terminal 3 (bzw. eine Bedienerkonsole) angeschlossen, über das
ein Bediener die Steuereinrichtung 2 und damit den Tomographen 14 bedienen
kann. Die Steuereinrichtung 2 ist über eine Tomographen-Steuerschnittstelle 8 und
eine Bildakquisitions-Schnittstelle 11 mit dem Tomographen 14 verbunden. Über
die Tomographen-Steuerschnittstelle 8 werden die entsprechenden
Steuerbefehle an den Tomographen 14 ausge geben, damit die
gewünschten Pulssequenzen – d. h. die Hochfrequenzpulse
und die Gradientenpulse für die (nicht dargestellten) Gradientenspulen
zur Erzeugung der gewünschten Magnetfelder – ausgesendet werden. Über
die Bilddaten-Akquisitionsschnittstelle 11 werden die Rohdaten
akquiriert, d. h. die empfangenen Magnetresonanzsignale ausgelesen.
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Sowohl
die Steuereinrichtung 2 als auch das Terminal 3 können
auch integraler Bestandteil des Tomographen 14 sein.
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Die
Steuereinrichtung 2 weist außerdem einen Massenspeicher 7 auf,
in dem beispielsweise erzeugte Bilddaten hinterlegt werden können
und Messprotokolle abgespeichert sein können.
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Das
gesamte Magnetresonanzsystem 1 weist darüber hinaus
auch alle weiteren üblichen Komponenten bzw. Merkmale auf,
wie z. B. Schnittstellen zum Anschluss an ein Kommunikationsnetz, das
beispielsweise mit einem Bildinformationssystem (PACS, Picture Archiving
and Communication System) verbunden ist oder Anschlussmöglichkeiten
für externe Datenspeichern bietet. Diese Komponenten sind
jedoch der besseren Übersichtlichkeit wegen in 4 nicht
alle dargestellt.
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Ein
zentraler Punkt in der Steuereinrichtung 2 ist ein Prozessor 5,
in dem verschiedene Steuerkomponenten in Form von Software realisiert
sind. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass eine solche
Steuereinrichtung 2 selbstverständlich auch eine
Vielzahl von miteinander vernetzten Prozessoren aufweisen kann,
auf denen die verschiedenen Steuerungskomponenten (z. B. in Form
von Programmmodulen) realisiert sind.
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Eine
solche Komponente ist die Mess-/Steuereinheit 12, mit welcher
der Benutzer über das Terminal 3 kommunizieren
kann. Diese Mess-/Steuereinheit 12 steuert den Tomographen 14 über
die Tomographen-Steuerschnittstelle 8 an und sorgt so – basierend
auf den in den Messprotokollen hinterlegten und ggf. vom Bediener
veränderten bzw. vorgegebenen Parameterwerten – für
die Aussendung der gewünschten Hochfrequenzpulssequenzen
durch die Hochfrequenz-Antennenanordnung 21 und weiterhin
dafür, dass die Gradienten in geeigneter Weise geschaltet
werden, um die gewünschten Messungen durchzuführen.
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Die über
die Bildakquisitions-Schnittstelle 13 ankommenden Messdaten
werden auf eine weitere auf dem Prozessor 5 realisierte
Komponente, eine Bildrekonstruktionseinheit 13, geleitet,
welche die akquirierten Rohdaten entsprechend bearbeitet. Die Bildrekonstruktionseinheit 13 führt
eine Fouriertransformation der Rohdaten durch und sorgt damit für eine
Rekonstruktion von Bildern. Die Bilder können dann weiter
aufbereitet und dem Bediener z. B. auf einem Bildschirm 4 des
Terminals 3 angezeigt oder auch in dem Massenspeicher 7 hinterlegt
werden.
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Für
das Durchführen einer ASL-Untersuchung im Gehirn des Patienten
ist auf den Kopf des Patienten P außerdem eine Kopfspule 17 aufgesetzt worden,
mit der die Magnetresonanzsignale empfangen werden können.
Zudem befindet sich im Halsbereich des Patienten eine Markierungsspule 22.
Bei dem in 4 dargestellten Aufbau dient
die Kopfspule 17 lediglich zum Empfang der Magnetresonanzsignale,
die in Reaktion auf ein Anregungssignal aus dem Kopfbereich des
Patienten P zurückgesendet werden. Die Kopfspule 17 ist
daher an die Bilddaten-Akquisitionsschnittstelle 11 angeschlossen.
Zur Anregung wird ein Hochfrequenzfeld mit der Ganzkörperspule 21 ausgesendet,
welches an einen Hochfrequenzverstärker 42 angeschlossen
ist. Dieser Hochfrequenzverstärker 42 ist wiederum
mit einem Hochfrequenzsignal-Modulator 41 verbunden, welcher
hier Teil der Tomographen-Steuerschnittstelle 8 der Steuereinrichtung 2 ist.
Sowohl bei dem Hochfrequenzmodulator 41 als auch dem Hochfrequenzverstärker 42 kann
es sich um übliche Komponenten handeln. Über den
Hochfrequenzmodulator 41 wird bei entsprechender Ansteuerung
durch die Mess-Steuereinheit ein passendes Hochfrequenzsignal an
den Hochfrequenzverstärker 42 gesendet, welcher
das Signal verstärkt. Dabei wird auch die Verstärkung,
d. h. letztlich die Sendeamplitude, die vom Hochfrequenzverstärker 42 erzeugt
wird, durch die Steuereinrichtung 2 vorgegeben. Ein weiterer
von der Tomographen-Schnittstelle 8 zum Tomographen 14 führender
Pfeil soll lediglich die weiteren Steuerungsbefehle zur Ansteuerung
der Gradientenspulen, des Tischvorschubs etc. durch die Steuereinrichtung 2 symbolisieren.
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Erfindungsgemäß ist,
wie dies ja auch bereits vergrößert in 3 dargestellt
wurde, an den Ausgang des Hochfrequenzverstärkers 42 eine
Umschalteinheit 25 mit einer Detektionseinrichtung 24 und
einem Umschalter 23 angeschlossen, welcher für
das erfindungsgemäße Umschalten des Ausgangs des
Hochfrequenzverstärkers 42 zur bildgebenden Hochfrequenz-Sendespule 21 oder
zur Markierungsantenne 22 sorgt.
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Diese
Umschalteinheit 25 kann beispielsweise auch in den Hochfrequenzverstärker 42 integriert sein
bzw. es können sämtliche Komponenten auch direkt
in die Steuereinrichtung 2 integriert sein. Ebenso ist
eine Integration dieser Umschalteinheit 25 in den Tomographen 14 möglich.
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Wie
bereits erläutert, ist es grundsätzlich auch möglich,
die Kopfspule 17 nicht nur als Empfangsspule, sondern auch
als bildgebende Sendespule zu verwenden. Üblicherweise
weist das Magnetresonanzsystem 1 einen entsprechenden Ausgang
auf, an den die Kopfspule 17 auch zum Senden der bildgebenden
Hochfrequenzpulse angeschlossen werden kann. Es kann dann eingestellt
werden, ob für eine Untersuchung zum Aussenden der Hochfrequenzpulse
die Körperspule oder die Kopfspule verwendet wird. Alternativ
können statt einer Kopfspule 17 selbstverständlich
in anderen Bereichen auch andere Lokalspulen eingesetzt werden.
Bei Verwendung einer solchen Kopfspule oder anderen Lokalspule kann
die Umschalteinheit 25 beispielsweise auch unmittelbar
in die Kopfspule 17 bzw. die jeweilige Lokalspule integriert
sein und die betreffende Kopf- oder Lokalspule kann den Ausgang
zum Anschluss einer Markierungsspule 22 aufweisen.
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Eine
andere Variante einer erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sendeeinrichtung 20'' ist
in den 5 und 6 dargestellt. Diese Variante
kann völlig ohne eine Steckverbindung mit dem Magnetresonanzsystem 1 selbst
oder deren Hochfrequenzsendesystem auskommen.
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Das
Prinzip ist aus 5 am besten zu ersehen. Hier
ist, wie beim Stand der Technik gemäß 1,
die übliche bildgebende Sendespule 21 ohne einen
zwischengeschalteten Umschalter mit dem Hochfrequenzverstärker 41 verbunden,
der von einem Hochfrequenzsignal-Modulator 40 mit den gewünschten
Hochfrequenzsignalen versorgt wird. Zur Aussendung der Markierungspulse
wird stattdessen eine spezielle Sendeantennenanordnung 28 eingesetzt,
wie sie detaillierter in 6 dargestellt ist.
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Diese
Sendeantennenanordnung 28 besteht aus einer Induktionsspule 26,
welche das von der bildgebenden Sendeantenne 21 ausgesendete Hochfrequenzsignal
HFS empfängt und über eine Aktivierungsschalteinheit 27,
sofern sich ein in der Aktivierungsschalteinheit 27 befindlicher
Aktivierungsschalter 29 in einem bestimmten Schaltzustand befindet,
an die Markierungsantenne 22 weiterleitet. Diese Aktivierungsschalteinheit 27 weist
dabei eine Detektionseinrichtung 33 auf, welche analog
zur Detektionseinrichtung 24 im Ausführungsbeispiel
gemäß 3 aufgebaut sein kann. Daher
wird auf eine erneute Erklärung dieser Schaltung verzichtet.
-
Diese
Detektionseinrichtung 33 detektiert, ob die Hüllkurve
des von der Induktionsspule 26 aufgefangenen Hochfrequenzsignals
HFS unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt
und schaltet dann entsprechend die Markierungsspule 22 aktiv,
wenn die Amplitude unter dem Schwellenwert US liegt
bzw. umgekehrt schaltet sie die Markierungsspule 22 inaktiv,
wenn die Amplitude des empfangenen Hochfrequenzsignals HFS oberhalb
des Schwellenwerts US liegt.
-
Durch
die Erfindung wird erreicht, dass durch eine geschickte Verkopplung
der Markierungsspule mit dem Hochfrequenzverstärker der
bildgebenden Sendespule entweder über einen schnellen Umschalter
oder über eine induktive Speisung über eine Einkoppel-
bzw. Induktionsspule kein zweiter HF-Sendepfad inklusive HF-Verstärker
für ASL-Messungen notwendig ist. In der zuletzt beschriebenen Ausführung
kann die Markierungsspule sogar ohne eine einzige Kabelverbindung
zum Magnetresonanzsystem betrieben und somit in herkömmlichen
Magnetresonanzsystemen ohne jegliche Nachrüstung genutzt
werden.
-
Es
wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass
es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Hochfrequenz-Sendeeinrichtungen
und Verfahren und lediglich um Ausführungsbeispiele handelt,
welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden
können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
-
- 1
- Magnetresonanzsystems
- 2
- Steuereinrichtung
- 3
- Terminal
- 4
- Bildschirm
- 5
- Prozessor
- 6
- Terminal-Schnittstelle
- 7
- Massenspeicher
- 8
- Tomographen-Steuerschnittstelle
- 11
- Bildakquisitions-Schnittstelle
- 13
- Bildrekonstruktionseinheit
- 14
- Tomograph
- 15
- Untersuchungsraum
- 16
- Liege
- 17
- Kopfspule
- 20
- Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
- 20'
- Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
- 20''
- Hochfrequenz-Sendeeinrichtung
- 21
- erste
Hochfrequenz-Sendeantenne/bildgebende Sendeantenne
- 22
- zweite
Hochfrequenz-Sendeantenne/Markierungsspule
- 23
- Umschalter
- 24
- Detektionseinrichtung
- 25
- Umschalt-Baueinheit
- 27
- Aktivierungsschalteinheit
- 28
- Sendeantennenanordnung
- 29
- Aktivierungsschalter
- 30
- Gleichrichter
- 31
- Tiefpass-Filter
- 32
- Komparator
- 33
- Detektionseinrichtung
- 40
- Hochfrequenz-Signal-Modulator
- 41
- Hochfrequenz-Sendeverstärker
- 42
- Hochfrequenz-Signal-Modulator
- 43
- Hochfrequenz-Sendeverstärker
- S
- Steuersignal
- S'
- Steuersignal
- US
- Schwellenspannung
- P
- Patient
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Talagala S.
L., Ye F. Q., Ledden P. J. und Chesnick S. „Whole-brain
3D perfusion MRI at 3.0 T using CASL with a separate labeling coil"
in Magn Reson Med 2004: 52(1): 131–140 [0007]
- - F. Tinz, „Entwicklung elektronischer HF-Leistungsumschalter
mit Pin-Dioden", Diplomarbeit, Fachhochschule Nürnberg,
1993 [0018]