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Die Erfindung betrifft eine Lokalspuleneinrichtung für Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtungen und insbesondere Lokalspulen als MR-Empfangsspulen für die Aufnahme von MR-Signalen in einem kombinierten PET-MR-Gerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die Magnetresonanztomographie (MR bzw. MRT) ist ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Gewebe im menschlichen oder tierischen Körper und beruht auf dem Prinzip der Kernspinresonanz. Atomkerne im Untersuchungsraum können in einem angelegten externen Magnetfeld mit elektromagnetischer Strahlung im Hochfrequenzbereich angeregt werden und geben diese Strahlung kurz darauf ab. Diese HF-Strahlung wird mit einer Lokalspule detektiert, die auch zur Erzeugung der Erregerstrahlung verwendet werden kann.
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Die Lokalspulen werden möglichst nahe an dem Körper des Patienten angeordnet, um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Hochfrequenzmessung bei der MR-Aufnahme zu erhöhen. Generell können die Lokalspulen für unterschiedliche Körperregionen speziell ausgelegt sein. So gibt es Körperspulen (body coils), Kopfspulen (head coils), Rückenspulen (spine coils) und andere. Diese speziellen Lokalspulen sind der anatomischen Form der jeweils untersuchten Körperregion möglichst gut angepasst.
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Ein weiteres medizinisches Bildgebungsverfahren ist die Positronen-Emmissions-Tomographie (PET). Die PET als nuklearmedizinisches Verfahren eignet sich besonders zur Darstellung von biochemischen Prozessen im Körper. Dem Patienten wird ein Radionuklid verabreicht, welches sich im Körper verteilt und dabei radioaktive Strahlung in Form von Positronen abgibt. Die beim Zerfall der Positronen in entgegengesetzter Richtung abgestrahlten zwei Gamma-Quanten werden von Detektoren erfasst. Die Detektoren sind meist ringförmig um den Körper herum angeordnet.
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Da die Lokalspulen für den Nachweis der Hochfrequenzsignale bei der MR-Aufnahme körpernah angeordnet werden, können sie bei Kombination von Magnetresonanzmessungen (MR) und Positronenemissionstomographie (PET) im Strahlengang der Positronen-Annihilationsstrahlung aus der PET-Aufnahme liegen und damit deren Nachweis empfindlich stören.
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Lokalspulen für MR-Messungen insbesondere in einer kombinierten MR-PET-Anlage sind beispielsweise als Felderzeugungseinheit aus der
DE 10 2006 046 287 A1 bekannt. Bei dieser Felderzeugungseinheit weist die HF-Antennenanordnung einen ersten Teil auf, der im Untersuchungstunnel anlagenfest eingebaut ist, so dass er bei eingeführtem Liegenbrett unterhalb desselben angeordnet ist, sowie einen zweiten Teil, der auf das Liegenbrett aufsetzbar und mit diesem in den Untersuchungstunnel ein- und ausfahrbar ist, wobei der zweite Teil formsteif ausgebildet ist und einen lichten Querschnitt aufweist, der an das zu untersuchende Objekt angepasst ist.
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Der zweite Teil bei diesem Stand der Technik sind Lokalspulen, die über dem Körper oder dem Kopf des Patienten angeordnet sind und damit zwischen dem Körper und einer PET-Detektoreinrichtung liegen. Folglich behindern diese Lokalspulen jedoch u. U. die Strahlung, die durch Positronen-Annihilation bei der PET erzeugt wird. Mit anderen Worten, die Signale der PET-Bildgebung werden durch die Lokalspulen für die MR-Aufnahme partiell abgeschwächt, und damit wird das Ergebnis der PET verfälscht. Aufgrund ungünstiger Strahlendurchdringung der Komponenten, wie z. B. bei vertikal liegenden Kunststoffgehäusewänden, kann es sogar zur kompletten Auslöschung der PET-Strahlung kommen.
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Im Stand der Technik wird auf verschiedene Art versucht, die partielle Schwächung der PET-Strahlen im Messergebnis der PET zu korrigieren.
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Bei älteren PET-Geräten wird die Schwächung der PET-Strahlung durch die Komponenten im Untersuchungsraum mittels einer rotierenden Transmissionsquelle direkt gemessen.
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Bei einer Kombination aus PET und Computer-Tomographie (CT) wird die Schwächung der PET-Strahlen direkt mit dem CT-Gerät gemessen und in einer sog. Schwächungskarte (μ-Map) gespeichert. Zur Korrektur der PET-Strahlung bezüglich Schwächung durch Komponenten im Untersuchungsraum wird bei der Rekonstruktion der PET-Bilder diese Schwächungskarte (μ-Map) verwendet. Bei diesen Geräten werden keine Hochfrequenzantennen im Untersuchungsraum eingesetzt. Für die Kombination von PET mit MR sind derartige Hochfrequenzantennen jedoch notwendig, so dass in der Kombination von MR und PET eine Transmissionsmessung zusätzlichen Aufwand bedeutet. Die Schwächungskarte wird daher in einem eigenen Gerät vermessen und gespeichert. Die Schwächungskarte wird dann je nach Messposition in der Korrektur des Messergebnisses verwendet.
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Aus der
DE 696 24 630 T2 und der
WO 2005/124380 A2 sind jeweils Lokalspulenvorrichtungen bekannt, die ein flexibel ausgebildetes Antennengehäuse aufweisen.
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Aus der
US 2008/0100297 A1 ist eine Lokalspulenvorrichtung mit einem Antennengehäuse zum Abdecken einer Hochfrequenzantenne dargestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Schwächung von PET-Strahlung in einem kombinierten MR-PET-Gerät zu minimieren und so insbesondere bei der PET-Messung ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird durch die Lokalspuleneinrichtung für eine Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung beruht darauf, zum einen die Wanddicken der harten Kunststoffgehäuse soweit wie möglich zu reduzieren. Zum anderen werden harte Konturen in der Geometrie so angepasst, dass sie immer optimal im PET-Strahlengang liegen. Dazu werden die Gehäuse möglichst mit kugelförmiger Oberfläche ausgeführt. So durchdringt die Strahlung die Gehäusewand immer orthogonal, d. h. auf dem kürzest möglichen Weg. Dadurch verringert sich die Schwächung der PET-Strahlung so weit wie möglich.
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Die erfindungsgemäße Lokalspuleneinrichtung für eine Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung zum Untersuchen eines Untersuchungsobjektes mit einem Antennengehäuse aus Hartkunststoff zum Abdecken einer Hochfrequenzantenne und wenigstens einer Aufbereitungselektronik, wobei das Antennengehäuse wenigstens eine objektseitige Wand und wenigstens eine objektferne Wand aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der objektfernen Wand im wesentlichen tangential zu dem Untersuchungsobjekt liegen, wobei die Oberfläche der objektfernen Wand eine kugelförmige Oberfläche aufweist.
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In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist die Lokalspuleneinrichtung als ein weiteres Merkmal oder – soweit technisch möglich und sinnvoll – als weitere Merkmale auf, dass
- – die objektferne Wand wenigstens eine Elektronikabdeckung umfasst, der eine abgerundete Querschnittsform aufweist;
- – die Wanddicke der objektseitigen und/oder der objektfernen Wand nicht mehr als 3 mm, insbesondere nicht mehr als 1 mm beträgt.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der neuen Formgebung im Untersuchungsraum scharfe Kanten u. dgl. wegfallen sowie durch die Verwendung eines besonders weichen und flexiblen Materials als Abdeckung der Antennenspulen die Verletzungsgefahr für die Patienten erheblich reduziert wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügt Zeichnung.
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1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung den grundsätzlichen Aufbau einer kombinierten Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt schematisch im Querschnitt den grundsätzlichen Aufbau nach 1 mit weiteren Einzelheiten.
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3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspuleneinrichtung.
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4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Lokalspuleneinrichtung.
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5 zeigt eine Lokalspuleneinrichtung nach dem Stand der Technik im Querschnitt.
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6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspuleneinrichtung im Querschnitt.
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7 zeigt das Prinzip der Strahlungsabschwächung in einem dichten Medium in Abhängigkeit von der Weglänge.
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Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche und gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Wie in 1 dargestellt, wird bei der kombinierten PET und MRT ein Untersuchungsobjekt 1 in einen Untersuchungsraum 2 gebracht. Dieser Untersuchungsraum 2 ist umgeben von einer PET-Vorrichtung 3 mit einer Detektoreinrichtung 4. Die Detektoreinrichtung 4 ist in der Regel eine Anordnung von (nicht gezeigten) Szintillationskristallen, die ringförmig um den Untersuchungsraum 2 herum angeordnet sind. In den Szintillationskristallen werden Photonen mit einer Energie von 511 keV (Annihilationsstrahlung der Positronen) in Lichtquanten umgewandelt, die dann ihrerseits an (nicht gezeigte) Photodetektoren geleitet werden, vorzugsweise über (nicht gezeigte) Lichtwellenleiter, welche in Abhängigkeit von der Anzahl der Lichtquanten elektrische Ausgangssignale erzeugen.
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Um die Ortsauflösung der Untersuchung bei dem Untersuchungsobjekt 1 zu verbessern, ist die PET-Vorrichtung mit einer MRT-Vorrichtung 5 umgeben. Diese umfasst neben einem Grundfeldmagneten 6 im wesentlichen eine Gradientenspule 7 und Hochfrequenzantennen. Diese Elemente werden im folgenden anhand von 2 erläutert.
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In 2 ist ein derartiger Aufbau mit weiteren Einzelheiten im Querschnitt dargestellt. Das Untersuchungsobjekt 1 befindet sich teilweise innerhalb des Untersuchungsraums 2. Ganz außen um den Untersuchungsraum 2 herum ist die Spule 6 zum Erzeugen eines Grundmagnetfeldes angeordnet. Das durch Spule 6 in dem Untersuchungsraum 2 erzeugte Magnetfeld weist eine Achse auf, die mit der Hauptachse des Untersuchungsobjektes 2 in der Bildebene zusammenfällt.
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Innerhalb der Spule 6 ist als weitere Spule die Gradientenspule 7 angeordnet, mit der ein Gradientenfeld in dem Untersuchungsraum 2 erzeugt wird. Die Gradientenspule 7 ist in der Grundmagnetfeldspule 6 verkeilt bzw. verschraubt, so dass die beiden Spulen 6 und 7 fest miteinander verbunden sind.
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Mit einer (nicht dargestellten) Hochfrequenzantenneneinrichtung, die Teil der MRT-Vorrichtung ist, wird ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld in den Untersuchungsraum 2 eingestrahlt.
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Die aufgrund der eingestrahlten Hochfrequenzstrahlung aus dem Untersuchungsraum 2 abgestrahlte Hochfrequenzstrahlung wird mit einer Antenne erfasst, die integrierter Bestandteil einer Lokalspuleneinrichtung 8 ist, die möglichst nahe an dem Körper des Patienten 1 angeordnet wird.
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Eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von Lokalspulen 8 ist in 3 gezeigt. Die Lokalspulen 8 umfassen eine Hochfrequenzantenne 9, die in ein Kunststoffgehäuse eingegossen ist. Das Kunststoffgehäuse ist dabei in der Regel aus einem Hartkunststoff. Das Gehäuse wird weiter unten mit Bezug auf 5 und 6 erläutert. Die Signale der Hochfrequenzantenne 9 werden in einer Aufbereitungselektronik 10 verstärkt und soweit aufbereitet, dass sie in einer (nicht gezeigten) entfernten Auswertungseinheit optisch dargestellt und abgespeichert werden können. Dazu ist die Einheit aus Hochfrequenzantenne 9 und Aufbereitungselektronik 10 über eine Versorgungsleitung 11 mit der (nicht gezeigten) entfernten Auswertungseinheit verbunden.
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Die Anwendung der Anordnung von Lokalspulen 8 in der Praxis ist in 4 gezeigt. Der Patient bzw. das Untersuchungsobjekt 1 wird direkt mit einer Lokalspule 8 belegt, so dass sich die Hochfrequenzantenne 9 möglichst nah an seinen Körper anschmiegt und somit das Signal-Rausch-Verhältnis optimiert wird.
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In 5 ist schematisch ein Querschnitt durch eine Lokalspule 8 mit einem Antennengehäuse 12, in welchem sich die Hochfrequenzantenne 9 befindet, und mehreren Elektronikeinheiten 10 gezeigt. Das Antennengehäuse 12 umgibt die Hochfrequenzantenne 9 sowie die Aufbereitungselektronik 10 in einem mittleren Abschnitt der Lokalspule 8. Ebenfalls in dem mittleren Abschnitt der Lokalspule 8 kann die Versorgungsleitung 11 angeschlossen sein. Diese kann aber auch an einer anderen Stelle der Lokalspule 8 angeschlossen werden, dies hängt von den jeweiligen räumlichen Bedingungen im Untersuchungsraum ab.
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Das Antennengehäuse 12 weist eine objektseitige Wand 13 sowie eine objektferne Wand 14 auf. Mit der objektseitigen Wand 13 liegt die Lokalspule 8 direkt auf dem Untersuchungsobjekt 1 auf. Dementsprechend muss die objektseitige Wand 13 die erforderlichen medizinischen Anforderungen bzgl. Bruchfestigkeit, Hautverträglichkeit, Steifigkeit etc. erfüllen. Die objektferne Wand 14 umfasst nicht nur die Abdeckung der eigentlichen Hochfrequenzantenne 9, sondern auch eine Abdeckung 16 der Aufbereitungselektronik 10. Die Aufbereitungselektronik 10 setzt sich zusammen aus Bauelementen 15, die diskret aufgebaut sein können oder die in Form einer integrierten Schaltung vorliegen können.
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Wie aus 5 ersichtlich, weist die objektferne Wand 14 des Antennengehäuses 12 insbesondere im Bereich der Abdeckung der Aufbereitungselektronik 10 vertikale Wandabschnitte auf. Nach Erkenntnis der Erfinder sind insbesondere diese vertikalen Wandabschnitte bzw. Kantenabschnitte dafür verantwortlich, dass Strahlung im Bereich von 511 keV in dem Gehäuse 12 gestreut wird und damit eine Abschwächung des Signals entsteht. Dieser Zusammenhang ist in 7 angedeutet und wird weiter unten erläutert.
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Erfindungsgemäß wird daher die objektferne Wand 14 des Antennengehäuses 12 derart ausgeführt, dass vertikale Wandabschnitte möglichst vermieden werden oder auf eine minimale Höhe beschränkt werden. Die Lokalspuleneinrichtung 8 mit dem erfindungsgemäßen Antennengehäuse 12 ist in 6 dargestellt. Das Antennengehäuse 12 nach 6 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Antennengehäuse aus dem Stand der Technik dadurch, dass insbesondere die Abdeckung der Aufbereitungselektronik 10 eine Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen tangential zu dem Untersuchungsobjekt 1 verläuft. Die erfindungsgemäße Abdeckung der Aufbereitungselektronik 10 ist in 6 mit 17 bezeichnet. Äquivalent kann der tangentiale Verlauf der Abdeckung so ausgedrückt werden, dass die Oberfläche der erfindungsgemäßen Abdeckung möglichst senkrecht zu Strahlung steht, deren Ursprung innerhalb des Untersuchungsobjekts 1 liegt. Daraus folgt zwangsläufig, dass nicht nur die objektferne Wand eine im wesentlichen tangentiale Oberfläche aufweist, sondern dies vorzugsweise im gleichen Maße für die objektnahe Wand gilt, d. h. dass auch diese eine im wesentlichen tangentiale Oberfläche aufweist. Dies ist unmittelbar einleuchtend, wenn man bedenkt, dass die Lokalspule als Ganzes der jeweiligen zu untersuchenden anatomischen Form möglichst weit angepasst ist.
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Die Verringerung des Weges, den die Strahlung aus dem Untersuchungsobjekt durch das Antennengehäuse zurücklegen muss, wird anhand von 7 deutlich. 7 zeigt das Prinzip der Strahlungsabschwächung in einem dichten Medium in Abhängigkeit von der Weglänge als Vergleich zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung. Danach sind insbesondere Wandabschnitte störend, die nicht senkrecht zur radialen Ausbreitung der Strahlung aus dem Untersuchungsobjekt heraus stehen. Für die Strahlung ist in 7 exemplarisch eine elektromagnetische Welle 18 dargestellt. Wenn man den Weg der Strahlung 18, ausgehend etwa von einem Punkt unterhalb der Mitte der Lokalspule 8, durch einen vertikalen Wandabschnitt im Bereich der Abdeckung 16 bei schrägem Einfall der Strahlung betrachtet, so ist ersichtlich, dass dieser effektiv länger ist, als wenn die Strahlung 18 senkrecht auf die Wand auftrifft und ”nur” über die tatsächliche Wanddicke ein Medium mit größerer Dichte durchläuft. Die Wand, auf die die Strahlung 18 auftrifft in 7, ist beispielsweise die Abdeckung 17 der Elektronik 10.
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Demnach ist dem Fachmann klar, dass mit der erfindungsgemäßen Formgebung für die Elektronikabdeckung
17 die Strahlungsabschwächung der PET-Strahlung durch Antennengehäuse
12 der Lokalspule
8 effektiv verringert werden kann und damit eine Verbesserung der Messgenauigkeit von PET erreicht wird. Durch die Optimierung der Spulengehäuse mittels Wanddickenreduzierung einerseits und der Durchdringung andrerseits kann die Schwächung der PET-Strahlung also weitgehend beeinflusst werden. Erste Messungen mit einer Spule mit einer Wanddicke der Kunststoffgehäuse von 3 mm zeigen eine Gesamtschwächung der PET-Strahlung von 5,5%. Eine Reduzierung der Wanddicken auf 1 mm bringt bereits eine Reduzierung der Schwächung auf nur noch 2,9%. Die Ergebnisse der ersten Messungen mit einem erfindungsgemäßen Antennengehäuse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
| Echte Ereignisse | Schwächung [%] |
| Spule 3 mm Wandstärke | 5,5 |
| Spule 1 mm Wandstärke | 2,9 |
| Phantom | 0 |
