DE102010019058A1

DE102010019058A1 - Vorrichtung und Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie

Info

Publication number: DE102010019058A1
Application number: DE102010019058A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bahr Achim
Original assignee: IMST GmbH
Current assignee: IMST GmbH
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2011-11-03
Also published as: DE202010018069U1

Abstract

Mit zunehmender Anzahl körpernaher Oberflächenspulen zum Empfang der Magnetresonanzsignale verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis und damit die Bildqualität. Gleichzeitig steigt jedoch die Zahl der Daten- und Versorgungsleitungen und erschwert zunehmend die Handhabung. Das Problem besteht darin, eine drahtlose Lösung ohne die bisher notwendigen Daten- und Versorgungsleitungen zu finden. Durch die resonante elektrische Streufeldkopplung zwischen den Dachkapazitäten von Sendemodulen und den Dachkapazitäten von Empfangsmodulen, wird eine direkte Datenübertragung ohne Frequenzumsetzung oder Digitalisierung durchgeführt. Die Betriebsenergieversorgung der mobilen Sendemodule erfolgt drahtlos entweder direkt aus dem B1-Puls oder aus einem gesonderten hochfrequenten Speisefeld. Die Vorrichtung und das Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie ist besonders geeignet, wenn zur verbesserten Bilderzeugung eine große Zahl von Oberflächenspulen erforderlich ist und die Handhabung durch dicke und starre Kabelbäume erschwert wird. Da auf jegliche drahtgebundene Leitungen verzichtet werden kann, wird die Zuverlässigkeit, die Robustheit und die Handhabung erheblich verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft die Magnetresonanz-Bildgebung (MRI: magnet resonance imaging) und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie.
Zum Erzeugen eines homogenen hochfrequenten Magnetfeldes (B1-Feld) zur Initiierung der Spinanregung im Untersuchungsvolumen eines Magnetresonanztomographen (MRT: magnet resonance tomograph) werden speziell geeignete Antennenvorrichtungen genutzt. Diese bestehen beispielsweise aus zahlreichen einzelnen Resonatorsegmenten, die im Umfang des zylindrischen Untersuchungsvolumens gleichmäßig verteilt angebracht sind und durch eine Steuereinrichtung separat angesteuert werden können. Bei einfachen Vorrichtungen dienen diese Antennenvorrichtungen zeitlich unmittelbar nacheinander einerseits als Nahfeld-Sendeantenne zur Initiierung der Spinanregung der Protonen im jeweils zu untersuchenden Objekt und andererseits als Nahfeld-Empfangsantenne zum Empfang der hochfrequenten Echosignale. Mit Hilfe der von Leistungsgeneratoren gespeisten Resonatorsegmente wird zur Bildaufnahme ein kurzzeitig gepulstes, lokales, möglichst homogenes, hochfrequentes Magnetfeld (B1-Feld) zur Auslenkung der Kernspins in den zu untersuchenden Objekten im Inneren des Untersuchungsvolumens erzeugt.
Für eine verbesserte Bildqualität mit höherer lokalen Auflösung werden zum Empfang der Kernspinsignale zunehmend größere Zahlen räumlich kleinerer Empfangsspulen oder Empfangselemente verwendet, die ausschließlich als Empfängerspulen oder Empfangselemente verwendet werden. Durch die unmittelbare Nähe der Empfangsspulen zum zu untersuchenden Gewebe als Quelle der Echosignalsequenzen und durch die individuelle Anpassung der Abmessungen der Empfangsspulen an den unmittelbar zu untersuchenden Gewebebereich kann das Signal-Rausch-Verhältnis der Bildgebungsprozedur und damit die Bildqualität ganz signifikant verbessert werden. Diese Empfängerspulen, die sogenannten Oberflächenspulen, dienen somit gezielt als spezialisierte Antennen zum Empfangen der lokalen Echosignalsequenzen. In den Pulspausen werden damit die hochfrequenten elektromagnetischen Signale der wieder in die Ausgangslage zurückkehrenden Spins empfangen und der rechnerbasierten Auswerteeinrichtung des Magnetresonanztomographen zur Bildgenerierung zugeführt. Durch die unmittelbare Nähe zum zu untersuchenden Objekt und durch die Verwendung von zum Empfang der Echosignalsequenzen bei der Larmorfrequenz spezialisierter ganzer Spulenfelder (arrays) einer hohen Anzahl von derzeit bis zu etwa 128 separaten Spulen, wird das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, Signal to Noise Ratio) der empfangenen Signale und damit die Bildqualität signifikant verbessert. Darüber hinaus werden Empfangsarrays nicht nur zur SNR-Verbesserung eingesetzt, sondern vor allem auch zur parallelen Bildgebung. Durch dieses Verfahren wird eine Beschleunigung der Bildgebung erzielt. Diese skaliert maximal linear mit der Anzahl der Empfangsspulen.
Für zukünftige neuere MRI-Systeme ist mit einer weiteren Erhöhung der Spulenzahl zu rechnen. Mit zunehmender Anzahl von Empfängerspulen wird jedoch eine zuverlässige elektrische Verbindung durch ein Bündel von Koaxialkabeln zwischen diesen Spulen auf dem Patienten im Untersuchungsvolumen und den außerhalb des Magnetresonanztomographen stationierten Empfängereinheiten zunehmend problematisch.
Die Verstimmung der Empfängerspulen durch die verschiedenen Kabelstränge, das Gewicht und das Volumen der Kabelbündel, die das Untersuchungsvolumen einengen, die Zuverlässigkeit der hohen Anzahl von Steckkontakten und ganz allgemein die Handhabbarkeit des MRI-Systems führt mit zunehmender Anzahl von Empfängerspulen zu immer mehr Schwierigkeiten.
Daher besteht schon seit geraumer Zeit der Wunsch, die von den Empfängerspulen aufgefangenen Signale möglichst drahtlos an die Empfängereinheiten zur weiteren Auswertung zu übertragen und auf die bisher dazu notwendigen Kabelbäume vollständig zu verzichten.
Zu diesem Zweck wurde bereits nach funktechnischen oder optischen Alternativen gesucht. Lösungen, die anstelle von Koaxialleitungen äquivalente faseroptische Verbindungen verwendeten, beseitigten zwar Probleme des Übersprechens, der elektromagnetischen Verstimmung der Empfangsspulen und der Interferenz, es entstanden jedoch Probleme durch die Wandlung der Signale in optische Daten und durch die Übertragung dieser Daten durch ganze Faserbündel, die letztlich auch nicht viel dünner als die Koaxialleiterbündel waren. Daher entstand die Problemlösung, sämtliche optische Daten ohne Faserbündel direkt durch die Luft, zu übertragen. Eine solche Problemlösung ist in der DE 10 2006 056 453 A1 gegeben. Diese Offenlegungsschrift beschreibt die „Optische Verbindung zum Übertragen von Daten aus mehreren Empfängerspulen in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem durch Luft”. Dort wird eine optische Datenverbindung mit einer in der Beschreibung aufgeführten Datenrate mit bis zu 4096 MB/S zum optischen Übertragen von Daten aus mehreren Empfangsspulen im freien Raum in einem MRI-System vorgestellt. Im Wesentlichen werden die Daten in den einzelnen Empfängerspulen elektronisch aufbereitet, mit einem Multiplexer in einen seriellen Datenstrom verwandelt und mit Hilfe einer optischen direkten Sichtverbindung durch die Luft aus dem Untersuchungsvolumen zu einer außerhalb des Magnetresonanztomographen stationierten Empfangseinheit übertragen. Neben notwendigen Vorverstärkern für jede einzelne Empfangsspule sind in den Ausführungsbeispielen weiterhin für jede einzelne Empfangsspule Analog-Digital-Wandler notwendig. Diese werden entweder direkt bei der Larmorfrequenz von ca. 65 MHz für Hauptfeldflussdichten von etwa 1,5 T betrieben und haben einen entsprechenden hohen Bedarf an Betriebsenergie oder es wird die Signalfrequenz mit Hilfe von Mischerschaltungen herabgesetzt, sodass stromsparende Analog-Digital-Wandler mit hinreichender Genauigkeit verwendet werden können. Dann muss allerdings die zusätzliche Betriebsenergie für die Mischer und die Lokaloszillatoren beachtet werden. Auf die Frage, wie denn diese Betriebsenergie zu jeder einzelnen, für jede Empfängerspule erforderlichen elektronische Baugruppe bereit gestellt werden kann, gibt die Patentanmeldung keine Hinweise. Eine herkömmliche Lösung wäre die Versorgung der jeweiligen elektronischen Baugruppen für die beispielsweise 128 oder mehr Empfangsspulen mit Hilfe von Koaxialleitungen, die zu einem Bündel zusammenfasst werden, was dann aber doch wieder zusätzliche Drahtverbindungen erforderlich machen würde.
Wegen des relativ hohen schaltungstechnischen Aufwandes zur Signalaufbereitung für jede einzelne Empfangsspule, der damit verbundenen Reduzierung der Betriebssicherheit und wegen der zusätzlichen, für die Versorgung der elektronischen Baugruppen mit der zum Betrieb erforderlichen elektrischen Energie und der dazu notwendigen Kabelstränge, ist diese Problemlösung nicht besser geeignet.
Nachteilig an dieser Erfindung ist weiterhin, dass hier für die Signalaufbereitung für jede einzelne Empfangsspule Analog-Digital-Wandler mit relativ hohem Energiebedarf, welcher in hohem Maße von der Grundfrequenz der zu verarbeitenden analogen Signale abhängt und mit zunehmender Signalfrequenz überproportional ansteigt, notwendig sind, die ebenfalls nicht problemlos ohne Versorgungsdrähte oder Netzteilkabel mit einer entsprechend leistungsfähigen Betriebsspannungsquelle versorgt werden können.
Alternative Lösungen des Problems der drahtlosen Übertragung dieser Spulensignale finden sich im Bereich der elektromagnetischen Funktechnik. Doch auch da müssen die jeweils verwendeten elektronischen Schaltungen zur Aufbereitung der Signale mit Betriebsenergie versorgt werden, was vorzugsweise drahtlos erfolgen sollte.
Offensichtlich keinerlei Probleme technischer Art hinsichtlich der drahtlosen Übertragung von Betriebsenergie gibt es in der WO 2009/081378 A1 . In der dort veröffentlichten Erfindung wird mit der Bezeichnung „Wireless Transmit and Receive MRI Coils” ein MRI-System vorgestellt, welches nicht nur die Empfangsspulen und deren elektronischen Bausteine zur Übertragung der Echosignalsequenz-Daten drahtlos ankoppelt und mit Betriebsenergie versorgt, sondern auch gleich noch die Senderspulen und deren Endverstärker zur Erzeugung des B1-Feldes, sowie weitere elektronische Baugruppen völlig drahtlos ankoppelt und mit Betriebsenergie versorgt. Dazu sind im Falle der Verwendung einer Kopfspulenanordnung beispielsweise Impulsleistungen von beachtlichen 2000 W als Spitzenwert erforderlich.
Durch ein kontinuierliches Nachladen mit Hilfe magnetischer Wechselfelder, elektrischer Wechselfelder oder hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder und mit Hilfe von ausgeklügelt zusammenwirkenden elektronischen Bausteinen wie Spitzenleistungsspeichern (Peak Power Storage), Nachladevorrichtungen (Trickle Charge), Spulen Netzteil (Coil Powersupply) und Nachladesystem (Recharge System) werden solche beeindruckenden Übertragungsleistungen erzielt.
Allerdings erscheint diese respektable Erfindung im Hinblick auf das Teilproblem der drahtlosen Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die reine Datenübertragung zu aufwändig. Außerdem ist hier eine Separation zwischen Sende- und Empfangsspulen nicht vorgesehen, was bei einer zu geringen Anzahl von Empfangsspulen zu einer reduzierten lokalen Auflösung führen könnte. Weil Sende- und Empfangsspulen hier identisch sind, müssen diese mit höherem Aufwand ausgerichtet werden und können nicht ohne weiteres als Array anschmiegsamer Oberflächenspulen gestaltet werden.
Nachteilig könnte weiterhin sein, dass wegen der drahtlosen Speisung der Endstufenverstärker zum drahtlosen Nachladen der Energiespeicher kontinuierlich hohe Speisefeldstärken auch in den Impulspausen ständig präsent sein müssen. Die genannten Impulsleistungen lassen sich auf erforderliche kontinuierliche Effektivwerte im Wertebereich von etwa mindestens 30 W abschätzen. Soll diese Leistung durch ein permanentes Speisefeld beispielsweise durch elektromagnetische Wechselfelder kontinuierlich aufgebracht werden, so müsste bei Abwesenheit jeglicher Versorgungskabel diese Feldenergie direkt am Patienten dauerhaft präsent sein. Diese kontinuierliche Speiseleistung zusätzlich zur temporären B1–Feld-Impulsleistung kann zusätzlich als ein Nachteil dieser Erfindung gesehen werden.
Insgesamt jedoch ist diese respektable Erfindung für die hier gestellte Aufgabe, die sich auf die drahtlose Übertragung lediglich der empfangenen Signale konzentriert, zu aufwändig, für den gewünschten Zweck zu kompliziert, dadurch zu teuer und zu störungsanfällig und deshalb auch nicht besser geeignet. Problemlösungen zur drahtlosen Übertragung ausschließlich der Oberflächenspulen-Signale sind derzeit noch Forschungsgegenstand.
In dem kurzen Zeitraum, während die zur Auslenkung der präzedierenden Kernspins erforderlichen Sendespulen für das B1-Feld durch eine hochfrequenten Impulsleistung bei der jeweiligen Larmorfrequenz erregt werden, müssen die resonanten Empfangsspulen verstimmt werden, weil sonst in Ihnen durch den Resonanzeffekt zu hohe Stromstärken fließen würden. Diese würden zu unerwünschten lokalen Feldverzerrungen des B1-Feldes, zu unzulässig hoher Absorption von magnetischer Feldenergie und zu unzulässig hohen Werten der elektrischen Spannungen an den empfindlichen Schaltkreisen der Empfangsverstärker führen.
Um eine aufwändige, zusätzliche Steuereinrichtung zum zeitsynchronen temporären Verstimmen der Resonanzfrequenz der einzelnen Empfängerspulen zu vermeiden, sind bereits raffinierte Verstimmungsschaltungen erfunden worden, die sich selbständig aus dem gepulsten B1-Feld speisen und synchronisieren. In der US 6850067 B1 wird die Problematik unter dem Titel „Transmit Mode Coil Detuning for MRI Systems” erläutert und sehr elegant gelöst. Dort werden zahlreiche, mit Hilfe von Schaltdioden und zusätzlichen Recktanzen betriebene, fremdgesteuerte und automatische gesteuerte und sogar automatisch aus dem B1-Feld gespeiste Verstimmungsschaltungen beschrieben. Hinsichtlich der Schaltungstechnik zur Verstimmung der Oberflächenspulen wird dieses lehrreiche Patent als der Stand der Technik angesehen, auf den weiter aufgebaut werden kann.
Während das Problem der automatischen Verstimmung der Empfängerspulen durch das genannte Patent weitestgehend gelöst ist, bleibt die drahtlose Übertragung der empfangenen Signale problematisch. Zahlreiche Problemlösungen wurden dazu im Jahr 2009 auf dem siebzehnten Treffen der „International Society for Magnetic Resonance in Medicine” vorgestellt und im Tagungsbericht (ISMRM Annual Meeting Proceedings) dokumentiert. Unter dem Titel „Cutting the Cord – Wireless Coils for MRU" beschreiben Heid et al. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 17 (2009) pp. 100 eine drahtlose Verbindung zwischen den Patientenspulen bzw. den Oberflächenspulen und den Empfangssystemen. Dabei werden jeder Patientenspule ein separater parametrischer Verstärker, Aufwärtskonverter und Mikrowellenantenne zugeordnet. Auf dem Zylindermantel angebrachte Antennen empfangen die Mikrowellensignale. Dort befinden sich auch die Mischer, um die empfangenen Mikrowellensignale wieder in das Basisband herunter zu mischen und zu verarbeiten. Ein Leistungsoszillator speist sowohl die Emfangsmischer auf dem Zylindermantel als auch, durch seine über die Antennen gleichzeitig auch abgestrahlte hochfrequente Mikrowellenleistung die parametrischen Verstärker und die Aufwärtskonverter. Diese werden im jeweils betrachteten Untersuchungsvolumen durch seine eingestrahlte Hochfrequenzleistung aktiviert. Empfängerspulen die außerhalb des Untersuchungsvolumens angeordnet sind, können kein Strahlungsfeld empfangen und bleiben so lange passiv, bis auch sie zusammen mit dem Patientenschlitten in den Bereich der vom Lokaloszillator abgestrahlten Feldenergie gelangen. Dieses vorgestellte Verfahren ist sicherlich eine von vielen Lösungen des Problems.
Wegen der zahlreichen notwendigen Mikrowellenverstärker, Mischer und Antennen ist der technische Aufwand jedoch noch sehr hoch, selbst dann, wenn nur parametrische Verstärker einfachster Bauart verwendet werden, wie sie unter dem Titel "Wireless Local Coil Signal Transmission Using A Parametric Upconverter" von Martius et al. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 17 (2009) pp. 2934 beschrieben wird. Besonders aufwändig ist die sich noch im Experimentalstadium befindliche Vorrichtung alleine schon dadurch, dass der parametrische Verstärker und Aufwärtskonverter, wie im Konferenzbeitrag beschrieben wird, sowohl eine separate Antenne für die Einspeisung des Oszillatorsignals, als auch eine separate Antenne für die Abstrahlung des in den Mikrowellenbereich herauf gemischten Nutzsignals verwenden muss. Dadurch ist der Raumbedarf für die zahlreichen Antennen doch sehr hoch. Die in den Bildern gezeigten Versuchsanordnungen wirken derzeit noch sehr aufwändig und voluminös. Diese Vorrichtung ist daher auch nicht besser geeignet, um die von den Empfangsspulen detektierten Echosignalsequenzen drahtlos zu den jeweiligen MRI-Empfangsvorrichtungen zu übertragen.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine wenig aufwändige aber zuverlässige kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für Magnetresonanztomographen zur Verfügung zu stellen. Dabei sollen zur Reduzierung des für die Datenübertragung erforderlichen Aufwandes auf zusätzliche schaltungstechnische Maßnahmen wie die Digitalisierung der Signale vor der Übertragung oder eine Mischung der Signale in einen anderen Frequenzbereich gänzlich verzichtet werden.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass keine Verfälschung der Originalsignale durch Interferenzen, Mischprodukte, Verzerrungen oder fehlerhafte Analog-Digital-Wandlung erfolgen kann. Durch den nur minimalen erforderlichen schaltungstechnischen Aufwand pro Oberflächenspuleneinheit ist die Wahrscheinlichkeit eines elektronischen Defektes sehr gering. Dadurch ist dieses Verfahren sehr zuverlässig und robust. Die drahtlose Speisung der Vorverstärker in den Empfangsspulen macht den Umgang mit dem Spulenarray zu einem einfach zu handhabenden Vorgang bei dem auf jegliche Form der Verkabelung verzichtet werden kann. Es gibt somit keine schwierig zu handhabende halbstarre Kabelbäume oder störanfällige und verschleißbehaftete Steckkontakte.
Zur Erläuterung der Erfindung sind Zeichnungen gegeben, die im Folgenden näher beschrieben werden. Es zeigt
1 schematisch den typischen Aufbau einer drahtlosen Übertragungsstrecke für die Daten einer jeweiligen Empfangsspule im Magnetresonanztomographen mit kapazitiv belasteten symmetrischen Dipolen auf der Sender- und Empfängerseite,
2 schematisch den typischen Aufbau einer drahtlosen Übertragungsstrecke für die Daten einer jeweiligen Empfangsspule im Magnetresonanztomographen mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol auf der Sender- und einem kapazitiv belasteten Monopol auf der Empfängerseite,
3 schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Empfangsmoduls mit einem kapazitiv belasteten Monopol,
4 schematisch und beispielhaft eine vollständige funktionsfähige Schaltung eines möglichen Empfangsmoduls zur Demonstration des geringen schaltungstechnischen Aufwandes,
5 schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Empfangsmoduls mit einem kapazitiv belasteten Monopol und einer integrierten Sendespule zur alternativen Speisung der lokalen Oberflächenspulenverstärker,
6 schematisch die Aufsicht auf ausschnittsweise sechs zu einem Array zusammengefasste Empfangsmodule mit kreisrunden Dachkapazitäten,
7 schematisch die Aufsicht auf ausschnittsweise sechs zu einem Array zusammengefasste Empfangsmodule mit quadratischen Dachkapazitäten,
8 schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der mittig angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen,
9 schematisch die Aufsicht auf ein beispielhaftes Sendemoduls in kreissymmetrischer Ausgestaltung mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der konzentrisch angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen,
10 schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der unsymmetrisch angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen,
11 schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der unsymmetrisch angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen mit zusätzlicher Speisespule,
12 schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten unsymmetrischen Dipol und der unsymmetrisch angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen mit zusätzlicher Speisespule,
13 schematisch und beispielhaft eine vollständige funktionsfähige Schaltung eines möglichen Sendemoduls mit symmetrischem Dipol und Speisung aus der Bi-Pulsenergie zur Demonstration des geringen schaltungstechnischen Aufwandes,
14 schematisch und beispielhaft eine vollständige funktionsfähige Schaltung eines möglichen Sendemoduls mit unsymmetrischem Dipol und Speisung durch einen Zusatzresonanzkreis zur Demonstration des geringen schaltungstechnischen Aufwandes.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in 1 schematisch der typische Aufbau einer drahtlosen Übertragungsstrecke für die Daten einer jeweiligen Empfangsspule im Magnetresonanztomographen mit kapazitiv belasteten symmetrischen Dipolen auf der Sender- und Empfängerseite gezeigt. Die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen ist der wichtigste Bestandteil der Empfangsanordnung. Sie ist im wesentlichen eine Draht- oder planare Leiterbahnschleife mit einem Schleifendurchmesser von typischerweise etwa 10 cm für MRT-Anlagen mit einer magnetischen Flussdichte des B0-Hauptfeldes von 1,5 Tesla, was einer Wasserstoff-Larmorfrequenz von etwa 65 MHz entspricht. Die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen kann kreisförmig, quadratisch oder beliebig sinnvoll eckig geformt sein. Als induktiver Bestandteil eines bei der Larmorfrequenz betriebenen Resonanzkreises empfängt sie die Echosignalsequenzen, die bei der Relaxation auftreten, also die bei der Rückkehr in den Ausgangszustand der durch den hochfrequenten Bi-Feldimpuls ausgelenkten Kernspins auftretenden Hochfrequenzsignale. Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnis der Bildgebungsprozedur wird diese lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen möglichst nahe an das zu untersuchende Gewebe herangeführt und es wird eine Vielzahl solcher Spulen verwendet, um große Gewebebereiche abzudecken und damit alle Echosignalsequenzen möglichst dämpfungsarm zu empfangen. Die von der lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen aufgenommenen Signale werden in einem rauscharmen ersten Vorverstärker (2) elektronisch verstärkt. Dieser Vorverstärker (2) besitzt zusätzliche kapazitive Bauelemente, um mit der lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen einen Resonanzkreis zu bilden. Er besitzt zusätzliche nichtlineare Bauelemente, um die Eingangssignalpegel zu begrenzen und um den Resonanzkreis zum Zeitpunkt eines aktiven B1-Impulses selbsttätig zu verstimmen, damit das B1-Feld möglichst wenig verfälscht und möglichst nur gering bedämpft wird. Weiterhin besitzt der rauscharme erste Vorverstärker (2) reaktive Bauelemente zur Anpassung der Vorverstärker-Sendeantenne (3). Der rauscharme erste Vorverstärker (2) entnimmt der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen die Signale aus dem Gewebe, verstärkt sie und führt die verstärkten Signale der Vorverstärker-Sendeantenne (3) direkt zu. Es findet keinerlei Digitalisierung oder Frequenzumsetzung statt. Die Signale der jeweiligen Echosignalsequenzen werden lediglich in ihrem Pegel signifikant angehoben.
Dies geschieht für jede einzelne lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen. Bei einem Spulenfeld von beispielsweise 128 lokalen Empfangsspulen (1) für die Echosignalsequenzen gibt es also 128 rauscharme erste Vorverstärker (2) und 128 Vorverstärker-Sendeantennen (3).
Dabei muss unbedingt beachtet werden, dass die verstärkten Signale nicht vom Ausgang wieder in den Eingang zurück gekoppelt werden. Dies wäre eine unerwünschte Rückkopplung und hätte eine unkontrollierte Schwingung zur Folge. Das ganze Verfahren wäre dadurch unbrauchbar. Hier helfen die physikalischen Gesetze weiter.
Bei einer Larmorfrequenz von etwa 65 MHz hat die zugeordnete elektromagnetische Welle eine Freiraumwellenlänge von etwa 4,62 m. Dies bedeutet, dass bei einem typischen, drahtlos zu überbrückenden Arbeitsabstand im Bereich von etwa 0,10 m bis 0,30 m sogenannte Nahfeldverhältnisse herrschen. Dadurch lassen sich die elektrisch dominanten Feldanteile von den magnetisch dominanten Feldanteilen in unmittelbarer Nähe zur Quelle noch sehr gut trennen. Dieser Effekt wird hier ausgenutzt. Während die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen als großflächiger Bestandteil eines Empfangsresonanzkreises bei der Larmorfrequenz magnetisch dominant wirkt, besitzt die zum Abstrahlen der verstärkten Signalleistung verwendete Vorverstärker-Sendeantennen (3) im Nahfeld lediglich elektrisch dominante Feldkomponenten. Einer Verkopplung dieser beiden Feldkomponenten findet im unmittelbaren Nahfeld nicht statt. Es ist also möglich, mit einer magnetisch dominanten Empfangsantenne ein Signal zu empfangen, dieses in unmittelbarer Nähe des Empfangsortes zu verstärken und dann dieses verstärkte Signal wieder in unmittelbarer Nähe des Empfangsortes mit Hilfe einer elektrisch dominanten Sendeantenne auszusenden.
Bedauerlicherweise liegen in der Praxis jedoch selten ideale Verhältnisse vor, so dass Kompromisse eingegangen werden müssen, um ein hohes Maß an Betriebssicherheit zu gewährleisten. Solange die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen nur mit den magnetischen Feldkomponenten der Signale aus dem Gewebe wechselwirkt und solange die Vorverstärker-Sendeantennen (3) lediglich elektrische Feldkomponenten in Form einer elektrischen Flussdichte produziert, kann der Grad der Verstärkung des rauscharmen ersten Vorverstärkers (2) sehr hoch eingestellt werden. Es gibt jedoch in der Praxis unerwünschte, bei der Handhabung mit den jeweiligen Vorrichtungen auf Dauer nur schwer zu vermeidende parasitäre Kopplungseffekte, die den Verstärkungsfaktor des rauscharmen ersten Vorverstärker (2) zwangsweise auf ein durch Kompromisse bestimmtes Maß beschränken.
Werden beispielsweise zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Vorverstärker-Sendeantennen (3) zusätzliche Induktivitäten zur elektrischen Verlängerung der Strahlerlänge oder zum Anpassen der Impedanzverhältnisse verwendet, so kann das parasitäre magnetische Streufeld dieser elektronischen Bauteile mit der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen koppeln. Da im Bereich supraleitender Hauptfeldmagneten keine ferromagnetischen Materialien erlaubt sind, kommt eine magnetische Schirmung nicht in Frage. Es bleibt nur, die parasitären magnetischen Streufelder auf mikroskopisch kleine Bereiche zu beschränken und dafür zu sorgen, dass die Streufelder so ausgerichtet sind, dass die jeweiligen Felder sich nicht störend auswirken können. Durch die Verwendung von Induktivitäten in Form von SMD-Bauteilen und deren, hinsichtlich der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen, ortogonaler Ausrichtung, können Verkopplungen der magnetischen Felder sehr gering gehalten werden, solange niemand beispielsweise im Rahmen einer ungewollten Krafteinwirkung (Unfall) die jeweiligen Vorrichtungen verbiegt und damit die ursprüngliche Ausrichtung verändert. Im Zweifelsfall muss auf optionale Induktivitäten verzichtet werden.
Eine weitere, besonders zu beachtende Möglichkeit der Verkopplung besteht durch den parasitären kapazitiven Anteil des Drahtes der Leiterschleife der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen. Wird der Draht sehr dünn gewählt, ist die parasitäre Kapazität des Drahtes gering, aber die Verluste des Resonanzkreises führen zu einer Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Wird der Draht relativ dick gewählt, verringern sich die Verluste, aber die parasitären Streukapazitäten nehmen zu. Noch stärker ist die parasitäre kapazitive Kopplung, wenn die Leiterschleife der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen als planare Spule in Form einer gedruckten Schaltung realisiert wird.
Es ist also bei der Konstruktion der Vorrichtung, hinsichtlich der parasitären Verkopplung von Ausgang und Eingang, unbedingt das geringste mögliche Maß der Verkopplung anzustreben. Der Grad der Verkopplung, beispielsweise der Dachkapazität der Antenne mit der parasitären Streukapazität der lokalen Empfangsspule, bestimmt maßgeblich den Betrag der Verstärkung, den der rauscharme erste Vorverstärker (2) maximal aufweisen darf, ohne dass Instabilitäten durch Rückkopplungseffekte auftreten. Die zum Betrieb der jeweiligen rauscharmen ersten Vorverstärker (2) erforderliche Energie wird entweder direkt aus dem im Betrieb der MRT-Anlage ohnehin zyklisch erzeugten hochfrequenten B1-Feldimpuls oder aber aus einem zusätzlichen hochfrequenten Speisefeld bezogen. Das besondere an dieser Erfindung ist die Verwendung von speziellen Vorverstärker-Sendeantennen (3). Es handelt sich dabei um mechanisch sehr stark verkürzte Dipole mit einer relativ großen Dachkapazität. Werden solche stark verkürzten Dipole mit einer relativ großen Dachkapazität auch für die Empfangsverstärkerantennen (5) verwendet, so findet eine intensive elektromagnetische Wechselwirkung (4) im Nahfeld beider Antennen primär aufgrund einer kapazitiven Streufeldkopplung zwischen einerseits den jeweiligen Dachkapazitäten der Vorverstärker-Sendeantennen (3) und andererseits den jeweiligen Dachkapazitäten der Empfangsverstärkerantennen (5) statt.
Eine Verkopplung zwischen den jeweiligen lokalen Empfangsspulen (1) für die Echosignalsequenzen und den jeweiligen Dachkapazitäten der Vorverstärker-Sendeantennen (3) findet dagegen nicht statt, da die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen in erster Linie mit den magnetischen Feldkomponenten und die Vorverstärker-Sendeantennen (3) in erster Linie mit den elektrischen Feldkomponenten in Wechselwirkung tritt. Trotzdem ist eine große Sorgfalt erforderlich, damit keine unerwünschten Rückkopplungen zwischen dem Ausgang und dem Eingang des rauscharmen ersten Vorverstärkers (2) auftritt. So ist bei einer Realisierung der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen beispielsweise in planarer Leitungstechnik unbedingt darauf zu achten, dass die parasitären Streukapazitäten einer solchen Spulenbauform nicht mit den Dachkapazitäten der Vorverstärker-Sendeantennen (3) Wechselwirken. Werden zusätzliche Bauelemente wie Spulen zur elektrischen Anpassung der Vorverstärker-Sendeantennen (3) verwendet, dann darf das Streufeld dieser Spule keinesfalls mit der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen Wechselwirken. Je nach Bauform genügt schon eine gezielte Anordnung der Induktivitäten um beispielsweise eine orthogonale Ausrichtung der Feldlinien zu bewirken und dadurch eine unerwünschte Rückkopplung zu vermeiden. Je sorgfältiger bei der Konstruktion vorgegangen wird, umso geringer sind die Rückwirkungen der verstärkten Signale auf den Eingang. Je geringer diese Rückwirkungen sind, umso höher ist der Grad der Verstärkung, der problemlos realisiert werden kann. In der Praxis muss ein gewisser Kompromiss eingegangen werden, um im Vorfeld auch für Störfälle wie Verformungen durch unsachgemäße Handhabungen der Oberflächenspulen und damit eine erhöhte Rückkopplungsgefahr gerüstet zu sein. Eine erste Anhebung der Signalleistung um etwa 20 dB ist so durchaus noch mit ausreichender Betriebssicherheit möglich.
Die so verstärkten Echosequenzsignale gelangen also durch die elektromagnetische Wechselwirkung (4) im Nahfeld beider Antennen aufgrund einer kapazitiven Streufeldkopplung nach einer ersten Vorverstärkung von den jeweiligen Dachkapazitäten der Vorverstärker-Sendeantennen (3), mit einer Streckendämpfung, die vom Abstand der jeweiligen Dachkapazitäten abhängt, zu den jeweiligen Dachkapazitäten der Empfangsverstärkerantennen (5) und werden dort einem zweiten Empfangsverstärker (6) zugeführt. Hier werden die betreffenden Signale erneut verstärkt und gelangen schließlich als, hinsichtlich des Signalpegels aufbereitete Signale (7) zur Empfangs- und Auswerteeinheit des MRI-Systems.
Die jeweiligen zweiten Empfangsverstärker (6) sind stationär und werden mit Hilfe von Drähten mit den jeweiligen Netzgeräten direkt verbunden. Es gibt somit keine kritische Energiebilanz zu beachten, wie es beispielsweise bei den fremdgespeisten rauscharmen ersten Vorverstärkers (2) der Fall ist. Der Wirkungsgrad der Verstärker spielt daher keine wichtige Rolle. Auch Probleme mit der Rückkopplung sind nicht besonders nennenswert, da die aufbereiteten Signale (7) über nicht abstrahlende koaxiale Leitungen der Empfangs- und Auswerteeinheit des MRI-Systems zugeführt werden. Es kann an dieser Stelle also ein sehr hoher Verstärkungsgrad realisiert werden, ohne mit großen Problemen rechnen zu müssen.
Eine favorisierte, alternative Lösung ist in 2 skizziert. Diese zeigt schematisch den typischen Aufbau einer gleichartigen drahtlosen Übertragungsstrecke für die Daten einer jeweiligen Empfangsspule im Magnetresonanztomographen mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol auf der Sender- und einem kapazitiv belasteten Monopol auf der Empfängerseite. Als elektrisch wirksames Gegengewicht für den Monopol wird nun eine metallisch leitende Ebene (8) verwendet. Dadurch verringert sich die Bauhöhe des gesamten zweiten Empfangsverstärkers, welche wesentlich von der geometrischen Länge der Empfangsverstärkerantenne (5) abhängt, um etwa die Hälfte. Als metallisch leitende Ebene (8) könnte beispielsweise die Schirmung der Zylindermantelinnenfläche des Untersuchungsvolumens oder eine andere, ohnehin vorhandene ausreichend große metallisch leitende Fläche dienen.
Solchermaßen verkürzt zeigt die 3 schematisch den beispielhaften inneren Aufbau im Querschnitt eines beispielhaften Empfangsmoduls mit einem kapazitiv belasteten Monopol. Auf der metallisch leitenden Ebene (8), beispielsweise der Zylindermantelinnenfläche des Untersuchungsvolumens, ist das gesamte Empfangsmodul montiert. Als wesentliche elektronische Bausteine finden sich dort eine Empfangsverstärkerantenne (5), die als kapazitiv belasteter Monopol gestaltet ist. Sie befindet sich derart im Gehäuse des Empfangsmoduls (10), dass die Dachkapazität mit ihrer größten Fläche zur Vorverstärker-Sendeantenne (3) hin gerichtet ist. Während das Gehäuse des Empfangsmoduls (10) aus einem nicht leitenden Material besteht, welches das Empfangsmodul insgesamt umschließt, besteht die Dachkapazität der Empfangsverstärkerantenne (5) aus einem metallisch leitendem Material und bildet zusammen mit der entsprechend zugeordneten Dachkapazität der Vorverstärker-Sendeantenne (3) sozusagen einen Plattenkondensator mit sehr großem Plattenabstand. An die Dachkapazität der Empfangsverstärkerantenne (5) angeschlossen ist eine optionale Verlängerungsspule (9) und diese ist wiederum mit dem Eingang des zweiten Empfangsverstärkers (6) verbunden. Die Verlängerungsspule (9) ist optional, d. h. sie verbessert zwar die elektrischen Eigenschaften, sie kann jedoch auch fortgelassen werden, wenn dies zweckdienlich ist, um dadurch beispielsweise unerwünschte Rückkopplungen zu vermeiden. Die verstärkten und aufbereiteten Signale (7) werden über eine koaxiale Leitung (11) zur weiteren Bearbeitung der Empfangseinheit des MRI-Systems zugeführt.
Um den schaltungstechnischen Gesamtaufwand für ein solches Empfangsmodul abschätzen zu können, werden die wesentlichen Schaltungsbausteine anhand einer einfachen, aber funktionstüchtigen Empfängerschaltung, diskutiert. Die 4 zeigt schematisch und beispielhaft eine vollständige funktionsfähige Schaltung eines möglichen Empfangsmoduls zur Demonstration des geringen schaltungstechnisch erforderlichen Aufwandes. Das wegen der elektromagnetischen Wechselwirkung (4) im Nahfeld beider Antennen von der Dachkapazität der, als mechanisch verkürzter Dipol gestalteten, Empfangsverstärkerantenne (5) aufgenommene Signal, gelangt zunächst zur optionalen Verlängerungsspule (9) und von dort auf eine resonante Anpassschaltung, die in Form eines sogenannten Pi-Filters mit Hilfe eines ersten Kondensators (12), einer Pi-Filter Spule (13) und eines zweiten Kondensators (14), gestaltet ist.
Die am zweiten Kondensator (14) anliegende Spannung wird durch ein Paar schneller Schaltdioden (18) und (19) in bekannter Weise auf den Wert des Betrages der jeweiligen Flussspannungen begrenzt.
Sowohl die optionale Verlängerungsspule (9) als auch die Pi-Filter Spule (13) befinden sich permanent im Feldraum des Untersuchungsvolumens. Sie müssen daher beide unbedingt so ausgerichtet sein, dass keine Verkopplung zum dort impulsartig aufgebauten magnetischen B1-Feld auftreten kann, um die parasitäre Wechselwirkung zum B1-Feld möglichst gering zu halten. Da es sich in der Regel bei dem zu untersuchenden Gewebe um lebende Personen handelt, die sich abrupt bewegen und damit die Feldstruktur stören können, wodurch die Entkopplung der ausgerichteten Bauteile womöglich reduziert wird, ist die Begrenzung der am zweiten Kondensator (14) anliegenden Spannung durch ein Paar schneller Schaltdioden (18) und (19) zum Schutze der nachfolgenden elektronischen Bausteine erforderlich. Als weiterer Gesichtspunkt ergibt sich durch diese einfache Schaltung eine signifikante Reduktion der Wechselwirkung des Empfangsmoduls mit dem B1-Feld für den Fall einer Störung der Feldstruktur im Untersuchungsvolumen durch den sich bewegenden Patienten.
Die Empfangsverstärkerantenne (5) mit ihrer Dachkapazität und ihrer optionalen Verlängerungsspule (9) bildet zusammen mit der Pi-Filter Anpassschaltung, bestehend aus einem ersten Kondensators (12), einer Pi-Filter Spule (13) und einem zweiten Kondensators (14), ein komplexes resonantes elektrisches System, dessen Resonanzfrequenz im Empfangsfall mit der Larmorfrequenz identisch ist. Auf diese Weise wird ja gerade die hohe Eingangsempfindlichkeit für die Echosignale sicher gestellt.
Andererseits wird der B1-Feld Impuls zur Auslenkung der Kernspins mit hoher Leistung ebenfalls bei der Larmorfrequenz ausgesendet. Die Erzeugung eines homogenen B1-Feldes ist von großer Wichtigkeit für die mit dem MRI-System erzielte Bildqualität und darf möglichst nicht gestört werden.
Wird nun also im Fehlerfall eine zu hohe Wechselwirkung zwischen dem B1-Impuls und dem Empfangsmodul verursacht, so führt ein geringfügiger Teil der fehlerhaft eingespeisten hochfrequenten B1-Impulsleistung zum Durchschalten des antiparallel geschalteten Paares schneller Schaltdioden (18) und (19), bewirkt dadurch schaltungstechnisch quasi einen temporären Kurzschluss des zweiten Kondensators (14), wodurch sich die Resonanzfrequenz des komplexen resonanten elektrischen Systems aus Pi-Filter und Empfangsantenne zu tieferen Frequenzen als der Larmorfrequenz hin verschiebt. Durch die so bewirkte Änderung der Resonanzfrequenz, wird das elektromagnetische B1-Feld von diesem Empfangsmodul temporär nicht empfangen, damit nicht lokal absorbiert und stört somit auch nicht die Homogenität der Feldstruktur.
Dies ist eine automatische und reproduzierbare schaltungstechnische Maßnahme zur Begrenzung der ungewünschten Auswirkungen im Störfall, die zusätzlich auch noch die empfindliche Empfängerschaltung schützt. Über einen Einkoppelkondensator (15) werden die Signale einem ersten Transistor (22) an der Basis zugeführt, der mit einem zweiten Transistor (23) eine Darlington-Schaltung bildet. Die beiden Widerstände (16) und (17) dienen der Einstellung des Arbeitspunktes des gleichstromgekoppelten Verstärkers. Die jeweiligen Emitterwiderstände (20) und (21) begrenzen die individuellen Emitterströme. Am Kollektor des zweiten Transistors (23) wird das verstärkte und aufbereitete Signale (7) über einen Auskoppelkondensator (26) einer koaxiale Leitung (11) zur weiteren Bearbeitung der Empfangseinheit des MRI-Systems zugeführt.
Die Gleichspannungs-Versorgungsleistung zum Betrieb der Verstärkereinheit wird von außerhalb über den Innenleiter der koaxialen Leitung (11) zugeführt. Über eine Drosselspule (28), die als Frequenzweiche für Gleichstrom dient und einer Diode (27), die als Verpolungsschutz dient, wird ein Glättungskondensator (25) mit der erforderlichen Versorgungsspannung aufgeladen. Ein Arbeitswiderstand (24) bewirkt den Betrieb des Verstärkers im optimalen Arbeitspunkt.
Um die notwendige Betriebsenergie für den rauscharmen ersten Vorverstärker (2) drahtlos bereit zu stellen, bietet es sich an, diese mit Hilfe einer Speisespule (29) zu übertragen. Die 5 zeigt schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Empfangsmoduls mit einem kapazitiv belasteten Monopol und einer integrierten Sendespule zur alternativen Speisung der lokalen Oberflächenspulenverstärker. Dazu müssen lediglich in den ohnehin vorhandenen und montierten Gehäusen der Empfangsmodule (10) jeweils noch zusätzliche Speisespulen (29) integriert werden, welche zweckmäßigerweise ebenfalls im Rahmen einer resonanten Wechselwirkung mit entsprechenden Resonanzkreisen in den jeweiligen rauscharmen ersten Vorverstärkern (2) integriert sind. Die hochfrequente Speiseleistung wird der Speisespule (29) mit Hilfe einer koaxialen Einspeisung (30) zugeführt. Die Betriebsfrequenz zur Übertragung der erforderlichen Speiseleistung muss selbstverständlich signifikant von allen für die Bildgebung der MRI-Anlage benutzten Frequenzen und insbesondere von der Larmorfrequenz erheblich abweichen um jegliche störende Wechselwirkung auszuschließen.
Für eine möglichst großflächige drahtlose Ankopplung der einzelnen rauscharmen ersten Vorverstärker (2) mit den äußeren zweiten Empfangsverstärkern (6) ist die Anordnung zahlreicher Empfangsmodule auf der Innenseite der Zylindermantelfläche des Untersuchungsvolumens sinnvoll. Dadurch ergeben sich großflächige Felder (arrays) bestückt mit Empfangsmodulen. Die 6 zeigt schematisch die Aufsicht auf hier beispielhaft ausschnittsweise sechs zu einem Array zusammengefasste Empfangsmodule mit kreisrunden Dachkapazitäten als äußerlich erkennbare Bestandteile der Empfangsverstärkerantennen (5) im jeweiligen Gehäuse des Empfangsmoduls (10). Diese lassen sich in der angedeuteten Weise entsprechend der jeweiligen Erfordernisse nahezu beliebig aneinander reihen. Die 7 zeigt schematisch die Aufsicht auf ausschnittsweise sechs zu einem Array zusammengefasste Empfangsmodule mit alternativen quadratischen Dachkapazitäten. Weitere Formen der Flächen, insbesondere das Octogon, sind für die Ausgestaltung der Dachkapazitäten sinnvoll, können im Rahmen der hier aufgeführten Anwendungsbeispiele jedoch nicht vollständig aufgeführt werden.
Besondere Sorgfalt erfordert das aus der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen, dem rauscharmen ersten Vorverstärker (2) und der Vorverstärker-Sendeantenne (3) gebildete Sendemodul.
Die 8 zeigt schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und einer örtlich mittig angeordneten lokalen Empfangsspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen. Anhand der 8 lässt sich die prinzipielle Problematik und der erforderliche Aufbau erläutern Für die praxistaugliche Version des Sendemoduls muss dieses anschließend noch sinnvoll modifiziert werden. Das Sendemodul befindet sich beispielsweise im Zentrum der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen. Der rauscharme erste Vorverstärker (2) ist mit seinem Eingang mit der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen verbunden und speist mit seinem Ausgang die Vorverstärker-Sendeantenne (3), die hier als symmetrischer Dipol mit Dachkapazitäten an den jeweiligen Enden ausgebildet ist, um so das verstärkte Signal der Kernspin-Echosignalsequenzen zu den entfernt angebrachten Empfangsmodulen drahtlos zu übertragen. Optionale Verlängerungsspulen für die Sendeantennen (41) sorgen in bekannter Weise für eine mechanisch kurze Leiterlänge der Vorverstärker-Sendeantenne (3). Das gesamte Sendemodul befindet sich bis auf die lokalen Empfangsspule (1) und den zugehörigen Zuleitungen im Sendemodulgehäuse (40). Für eine beispielhafte runde Ausführungsform zeigt die 9 schematisch die Aufsicht auf ein Sendemodul in kreissymmetrischer Ausgestaltung mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der konzentrisch angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen. Anders geformte Ausführungsformen sind denkbar und sinnvoll. Sowohl quadratische, rechteckige oder Ausführungen in Form eines Octogon gehören zu den sinnvollen Gestaltungsmöglichkeiten mit jeweils spezifischen Vorteilen, können an dieser Stelle aber nicht vollständig diskutiert werden. Für die als Beispiel gewählte kreissymmetrische Ausgestaltung fällt zunächst die relativ großflächige lokale Empfangsspule (1) als in der Größe dominierendes Bauteil des Sendemoduls in das Blickfeld des Betrachters. Gut zu erkennen sind die beiden Zuleitungsdrähte, die zum zentral und mittig positionierten Sendemodulgehäuse (40) führen. Die Zuleitungsdrähte sind mit dem rauscharmen ersten Vorverstärker (2) verbunden, der dann schließlich die Vorverstärker-Sendeantenne (3) speist, deren Dachkapazität hier ebenfalls kreisrund ist.
Um die lokalen Empfangsspule (1) noch näher an das Gewebe heran zu führen und um dem Sendemodul eine höhere mechanische Stabilität zu verleihen, bleibt die lokalen Empfangsspule (1) zwar nach wie vor zentrisch um das Sendemodulgehäuse (40) angeordnet. Die lokalen Empfangsspule (1) befindet sich nun jedoch nicht mehr mittig, sondern unsymmetrisch bodenseitig zur Höhe des Sendemodulgehäuses (40). Die 10 zeigt schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der unsymmetrisch angeordneten lokalen Empfangsspule (1) für die Kernspin-Echosignalsequenzen. Durch diese Maßnahme verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis der Bildgebungsprozedur, weil nun die lokale Empfängerspule (1) näher zum Gewebe hin positioniert ist. Anstelle der geringen Bodenfläche des Sendemodulgehäuses (40) liegt nun die lokale Empfängerspule (1) mit ihrem signifikant größeren Durchmesser großflächig auf dem Gewebe auf, wodurch die mechanische Stabilität deutlich verbessert wird.
Um eine Fremdspeisung des Sendemoduls und den in ihm integrierten rauscharmen ersten Vorverstärker (2) mit Hilfe eines zusätzlichen Speisefeldes mit einer Betriebsfrequenz, die deutlich von der Larmorfrequenz abweicht, zu ermöglichen, muss im Sendemodulgehäuses (40) noch eine Speiseenergieempfangsspule (42) integriert werden. Sie bildet das Pendant zur Speisespule (29), die im Gehäuse des Empfangsmoduls (10) zum Einsatz kommt. Die 11 zeigt schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten symmetrischen Dipol und der in der Höhe unsymmetrisch angeordneten lokalen Empfangsspule (1) für die Kernspin-Echosignalsequenzen mit zusätzlicher integrierter Speiseenergieempfangsspule (42).
Neben den Spulen als Wechselwirkungselemente zur Fremdspeisung sind grundsätzlich auch weitere Möglichkeiten denkbar. So können beispielsweise auch die ohnehin bereits vorhandenen Dachkapazitäten dazu verwendet werden, die jeweils notwendige Betriebsenergie für die Sendemodule durch äußere Felder einzuspeisen. Die hier vorgestellten Möglichkeiten sollen nur als Ausführungsbeispiele dienen. Welche Form der Fremdspeisung am besten geeignet ist, hängt von vielen Faktoren ab. Für das hier vorgestellte Verfahren ist die genaue Art und Weise der Realisierung der Fremdspeisung von eher untergeordneter Bedeutung. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, gleichzeitig Signaldaten und Speiseenergie über elektrische Streufelder zu transportieren. Es muss jedoch sicher gestellt sein, dass sich die gleichzeitig auftretenden Felder nicht gegenseitig behindern. Dazu sollte beispielsweise die Frequenz der Speisefelder unbedingt signifikant von der Signalfrequenz abweichen.
Eine weitere, sehr interessante Möglichkeit die Speiseenergie für das Sendemodul aus einem zusätzlich präsenten Speisefeld zu beziehen besteht darin, die lokale Empfangsspule (1) mehrfach auszunutzen und diese mit mehreren Resonanzfrequenzen zu betreiben. Dies ist deshalb ein sehr interessantes Konzept, weil die lokalen Empfangsspule (1) eine relativ große Fläche aufspannt und damit erheblich besser an ein Speisefeld ankoppeln kann, als eine Spule mit einem geringeren Spulendurchmesser. Es kann gezeigt werden und es ist dem Fachmann bekannt, dass durch einfache schaltungstechnische Maßnahmen wie zum Beispiel eine Spulenanzapfung und die Verwendung zusätzlicher Kondensatoren aus einem einfachen Resonanzkreis mit nur einer einzigen Resonanzfrequenz leicht ein sogenannter Reaktanzkreis mit zwei oder mehr Resonanzfrequenzen aufgebaut werden kann. Wendet man diese Vorgehensweise an, dann kann die lokale Empfangsspule (1) nach einer Anzapfung an geeigneter Stelle als Bestandteil eines Reaktanzkreises mit wenigsten zwei voneinander unterschiedlichen Resonanzfrequenzen betrieben werden. Wird dann eine dieser Resonanzfrequenzen auf die Larmorfrequenz abgestimmt und die andere Resonanzfrequenz auf die Frequenz eines zusätzlich eingestrahlten Speisefeldes, so kann das Sendemodul mit hohem Wirkungsgrad dem Speisefeld seine zum Betrieb erforderliche Energie entziehen und gleichzeitig die Magnetresonanz-Signale störungsfrei empfangen.
Als ein weiterer Schritt zur Verbesserung und zur Verkleinerung des Sendemoduls kann nun noch die Vorverstärker-Sendeantenne (3) modifiziert werden. Anstelle eines symmetrischen Dipols kann auch hier, ähnlich wie bei dem Empfangsmodul, ein kapazitiv belasteter unsymmetrischer Dipol verwendet werden. Die 12 zeigt schematisch den Querschnitt eines beispielhaften Sendemoduls mit einem kapazitiv belasteten unsymmetrischen Dipol und der unsymmetrisch angeordneten lokalen Empfängerspule für die Kernspin-Echosignalsequenzen mit zusätzlicher Speisespule. Durch diese Maßnahme wird die erforderliche Bauhöhe des Sendemodulgehäuses (40) noch weiter reduziert. Durch das Entfernen einer Dipolhälfte muss das nun fehlende Antennengegengewicht näherungsweise nachgebildet werden. Dies geschieht durch eine großflächige Metallisierung (43) des Bodens des Sendemodulgehäuses (40). Auf diese Weise kann ein guter Kompromiss zwischen den Vorteilen einer verringerten Bauhöhe des Sendemodulgehäuses (40) und den Nachteilen durch eine Verschlechterung der Antennenabstrahlung gefunden werden. Um mögliche Wirbelstromverluste zu vermeiden, die womöglich die zu empfangenden Echosignal-Sequenzen bedämpfen könnten, genügt es beispielsweise, die großflächige Metallisierung (43) des Bodens des Sendemodulgehäuses (40) nicht aus massivem Material, sondern als gitterförmig unterbrochenem oder geschlitztem Folienmaterial zu realisieren. Wichtig ist lediglich, dass zur Verbesserung des Abstrahlungsverhaltens der Vorverstärker-Sendeantenne (3) ein elektrisch wirksames Gegengewicht zum Monopol aufgebaut wird. Eine nennenswerte Stromstärke tritt in der großflächige Metallisierung (43) nicht auf. Deshalb können die entsprechenden Metallisierungen zur Realisierung des Gegengewichtes sehr dünn und hinreichend zerklüftet sein, um jegliche Form von möglichen Wirbelstromverlusten zu unterbinden.
Zur Diskussion von möglichen Schaltungsrealisierungen werden nachfolgend zwei prinzipiell funktionsfähige Schaltungen mit den wesentlichen elektronischen Bausteinen diskutiert. Es zeigt 13 schematisch und beispielhaft eine vollständige funktionsfähige Schaltung eines möglichen Sendemoduls mit symmetrischem Dipol und Speisung aus der B1-Pulsenergie zur Demonstration des geringen schaltungstechnischen Aufwandes. Die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen bildet zusammen mit den beiden Serienkondensatoren (59) und dem Resonanzkreiskondensator (58) einen im Empfangsfall, also bei Absenz des Kernspin auslenkenden leistungsstarken B1-Impulses, auf die Larmorfrequenz abgestimmten Resonanzkreis, der die vom Gewebe ausgehenden Echosignalsequenzen empfängt und dem rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) an den jeweiligen Eingängen zuführt. Da die Signalspannungen sehr gering sind, bleiben die beiden antiparallel geschalteten schnellen Schaltdioden (56) und (57) im Empfangsfall wegen ihrer Flussspannungsschwelle ohne einen Einfluss auf die im Vergleich dazu sehr geringen Signalspannungen. Das verstärkte Signal gelangt von den jeweiligen Ausgängen des rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) über die beiden Auskoppelkondensatoren (54) auf ein symmetrisches Doppel-PI-Filter, welches aus den Induktivitäten (52) und den Abstimmkondensatoren (53) und (51) besteht und wird dann jeweils über Verlängerungsinduktivitäten (41) der als symmetrischer Dipol mit Dachkapazitäten gestalteten Vorverstärker-Sendeantenne (3) zugeführt und von dort wie gewünscht abgestrahlt. Im Falle der Präsenz eines zur Auslenkung der Kernspins gepulsten B1-Feldes wird die in der lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen durch dieses Feld induzierte Spannung so groß, dass die beiden schnellen Schaltdioden (56) und (57) leitend werden. Dadurch wird der Resonanzkreiskondensator (58) quasi elektrisch kurzgeschlossen, wodurch sich wiederum der Resonanzkreis, gebildet aus der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen, den beiden Serienkondensatoren (59) und dem Resonanzkreiskondensator (58), hinsichtlich seiner Resonanzfrequenz verstimmt. Es kann deshalb kein nennenswerter Stromfluss durch den Spulendraht der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen stattfinden, der seinerseits eine Feldverzerrung oder eine unzulässig hohe lokale Absorption des Bi-Feldes verursachen könnte. Zusätzlich wirken die durchgeschalteten schnellen Schaltdioden (56) und (57) spannungsbegrenzend und schützen somit den empfindlichen rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) vor der Zerstörung. Für die zum Betrieb des rauscharmen ersten Vorverstärkers (2) und hier insbesondere zum Betrieb des rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) erforderliche Betriebsenergie kann ein geringer Teil der in der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen parasitär induzierten Spannung ausgenutzt werden. Bei einer gesamten Pulsleistung mit einem Spitzenwert von 2000 Watt in einer Entfernung von weniger als einem halben Meter wird auch an der Spule eines verstimmten Resonanzkreises noch eine genügend hohe Spannung induziert, um damit rauscharme Vorverstärker zu betreiben. Durch die Verwendung der ohnehin bereits vorhandenen der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen als Induktionsspule zum Empfang eines Teils der Hochfrequenzleistung des gepulsten B1-Feldes, den Gleichrichterdioden (62) und den Vorwiderständen (63) wird so die Hochfrequenzenergie des Bi-Pulses genutzt, um nach der Gleichrichtung dieser empfangenen Wechselspannung den Ladekondensator (60) auf den gewünschten Wert der zum Betrieb erforderlichen Speisespannung aufzuladen. Der Ladekondensator muss einen hinreichend großen Kapazitätswert besitzen, um in den Pausenzeiten zwischen den zyklischen B1-Pulsen noch genügend Betriebsenergie zur Verfügung stellen zu können. Mit Hilfe einer Zenerdiode (61) und den Vorwiderständen (63) wird die Speisespannung begrenzt.
Bei einer großen Anzahl von Sendemodulen ist jedoch die so parasitär dem B1-Feld entnommene Feldenergie insgesamt möglicherweise nicht mehr zu vernachlässigen. Außerdem ist der technische Aufwand zur Aufbereitung eines homogenen Bi-Feldes zu hoch, um einen unnötig hohen Anteil davon zur Fernspeisung zu verwenden. Deshalb werden für den rauscharmen ersten Vorverstärker (2) solche Sendemodule favorisiert, die ihre Betriebsenergie aus einem separaten speziellen Speisefeld beziehen. Dazu ist lediglich eine kleine Modifikation der Schaltung notwendig. Die 14 zeigt schematisch und beispielhaft, zur Demonstration des geringen schaltungstechnischen Aufwandes, eine vollständige funktionsfähige Schaltung eines möglichen Sendemoduls mit unsymmetrischem Dipol und Fremdspeisung durch einen Zusatzresonanzkreis. Die lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen bildet auch in dieser Schaltung zusammen mit den beiden Serienkondensatoren (59) und dem Resonanzkreiskondensator (58) einen im Empfangsfall, also bei Absenz des Kernspin auslenkenden leistungsstarken B1-Impulses, auf die Larmorfrequenz abgestimmten Resonanzkreis, der die vom Gewebe ausgehenden Echosignalsequenzen empfängt und dem rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) an den jeweiligen Eingängen zuführt. Da die Signalspannungen sehr gering sind, bleiben die beiden antiparallel geschalteten schnellen Schaltdioden (56) und (57) im Empfangsfall wegen ihrer Flussspannungsschwelle ohne einen Einfluss auf die im Vergleich dazu sehr geringen Signalspannungen. Das verstärkte Signal gelangt dann vom Ausgang des rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) über den Auskoppelkondensator (54) auf ein Pi-Filter, welches aus der Induktivität (52) und den Abstimmkondensatoren (53) und (51) besteht und wird dann über eine Verlängerungsinduktivität (41) der als unsymmetrischer Dipol mit Dachkapazitäten gestalteten Vorverstärker-Sendeantenne (3) zugeführt und von dort wie gewünscht abgestrahlt. Im Falle der Präsenz eines zur Auslenkung der Kernspins gepulsten B1-Feldes wird die in der lokale Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen durch dieses Feld induzierte Spannung so groß, dass die beiden schnellen Schaltdioden (56) und (57) leitend werden. Dadurch wird der Resonanzkreiskondensator (58) quasi elektrisch kurzgeschlossen, wodurch sich wiederum der Resonanzkreis, gebildet aus der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen, den beiden Serienkondensatoren (59) und dem Resonanzkreiskondensator (58), hinsichtlich seiner Resonanzfrequenz verstimmt. Es kann deshalb kein nennenswerter Stromfluss durch den Spulendraht der lokalen Empfangsspule (1) für die Echosignalsequenzen stattfinden, der seinerseits eine Feldverzerrung oder eine unzulässig hohe lokale Absorption des B1-Feldes verursachen könnte. Zusätzlich wirken die durchgeschalteten schnellen Schaltdioden (56) und (57) spannungsbegrenzend und schützen somit den empfindlichen rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) vor der Zerstörung. Die zum Betrieb des rauscharmen ersten Vorverstärkers (2) und hier insbesondere zum Betrieb des rauscharmen integrierten Verstärkerbaustein (55) erforderliche Betriebsenergie wird einem speziellen Speisekreis entnommen, der für die Fremdspeisung der ursprünglichen zuvor beschriebenen Schaltung hinzugefügt wird. Der Speisekreis besteht aus der Speisekreisspule (65) und dem Speisekreiskondensator (64). Beide bilden zusammen einen Resonanzkreis, der auf die Frequenz des Speisefeldes abgestimmt ist. Eine Gleichrichterdiode (62) richtet die vom Speisekreis aufgenommene hochfrequente Wechselspannung gleich und lädt den Ladekondensator (60) auf den gewünschten Wert der zum Betrieb erforderlichen Speisespannung auf. Mit Hilfe einer Zenerdiode (61) wird die Speisespannung begrenzt.
Alle hier gezeigten Schaltungen dienen lediglich der Demonstration von Ausführungsbeispielen. Insbesondere sind viele der verwendeten Induktivitäten prinzipiell optional. Sie verbessern in der Regel zwar das elektrische Verhalten der Schaltung, können jedoch auch fortgelassen werden, wenn dies insgesamt Vorteile ergibt. So können beispielsweise die Verlängerungsspulen für die Antennen des Sendemoduls fortgelassen werden, wenn dadurch der Grad der Verkopplung zwischen Ausgang und Eingang reduziert wird. Oder es kann auf Induktivitäten als Anpasselemente verzichtet werden, wenn die Nachteile einer Fehlanpassung durch die Vorteile einer erhöhten Betriebssicherheit kompensiert werden. Entsprechend dem kontinuierlich fortschreitenden Stand der Technik und der Verfügbarkeit besser geeigneter Bauelemente müssen die jeweiligen Schaltungen sinnvoll aktualisiert und optimiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006056453 A1 [0007]
WO 2009/081378 A1 [0011]
US 6850067 B1 [0017]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Cutting the Cord – Wireless Coils for MRU” beschreiben Heid et al. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 17 (2009) pp. 100 [0018]
”Wireless Local Coil Signal Transmission Using A Parametric Upconverter” von Martius et al. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 17 (2009) pp. 2934 [0019]

Claims

Vorrichtung und Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie, – mit durch ein hochfrequentes Wechselfeld fremdgespeisten Sendemodulen für jede einzelne der lokalen Empfangsspulen (1), die sich jeweils beide in unmittelbarer Nähe des zu untersuchenden Objektes befinden und im Untersuchungsvolumen des Magnetresonanztomographen auf den dafür vorgesehenen Vorrichtungen, zusammen mit dem zu untersuchenden Objekt, frei bewegt werden können, – wobei die durch ein hochfrequentes Wechselfeld fremdgespeisten Sendemodule jeweils wenigstens eine lokale Empfangsspule (1), einen rauscharmen ersten Vorverstärker (2) und eine Vorverstärker-Sendeantenne (3) besitzen, – mit einer Anzahl von Empfangsmodulen, die sich in unmittelbarer Nähe der inneren Zylindermantelfläche des Untersuchungsvolumens des Magnetresonanztomographen, also parallel zur Zylinderachse am äußeren Randbereich des Untersuchungsvolumens nach innen, zum zu untersuchenden Objekt hin zeigend, befinden und dort entweder auf einer stationären oder einer verschiebbaren Halterung fixiert sind oder dort fest in dem Untersuchungsvolumens des Magnetresonanztomographen angebracht sind, – wobei die Empfangsmodule jeweils wenigstens eine Empfangsverstärkerantenne (5) und einen zweiten Empfangsverstärker (6) besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass – die von der lokalen Empfangsspule (1) als hochfrequente, aus dem zu untersuchenden Objekt aufgenommenen Magnetresonanzsignale direkt, also ohne eine Mischung in einen anderen Frequenzbereich und ohne eine Analog-Digital-Wandlung, als analoge Signale im Frequenzbereich der Larmorfrequenz im Sendemodul einem rauscharmen ersten Vorverstärker (2) zugeführt und von diesem verstärkt werden und die so verstärkten Signale direkt eine Vorverstärker-Sendeantenne (3) speisen – und dass die von der Vorverstärker-Sendeantenne (3) abgestrahlten Signale von einer Empfangsverstärkerantenne (5) eines Empfangsmoduls aufgenommen und direkt einem zweiten Empfangsverstärker (6) zugeführt und von diesem verstärkt werden und die so verstärkten und aufbereiteten Signale (7) durch eine geschirmte Hochfrequenzleitung weiter zur Empfangs- und Auswerteeinheit des MRI-Systems geführt werden, – wobei der Abstand zwischen den jeweiligen Sendemodulen und den jeweiligen Empfangsmodulen weniger als ein zehntel der Freiraumwellenlänge der jeweiligen Larmorfrequenz beträgt, – wobei sowohl die Vorverstärker-Sendeantennen (3) als auch die Empfangsverstärkerantennen (5) als mechanisch stark verkürzte Halbwellen-Dipolantennen oder mechanisch stark verkürzte Viertelwellen-Stabantennen ausgebildet sind, die an ihren Strahler-Enden jeweils eine hinsichtlich ihrer Flächen große Dachkapazitäten besitzen, deren metallisch leitenden Flächen etwa ein zehntel der von der jeweiligen lokalen Empfangsspule (1) aufgespannten Fläche entspricht, – wobei sowohl die Sendemodule als auch die Empfangsmodule so ausgerichtet sind, dass die jeweiligen metallisch leitenden Flächen der Dachkapazitäten der jeweiligen Antennen in ihren Ebenen, ähnlich wie bei einem Plattenkondensator mit ungewöhnlich großem Plattenabstand, parallel zueinander verlaufen – und das die verkoppelnd wirkende physikalische Feldgröße zwischen einerseits den Dachkapazitäten der Vorverstärker-Sendeantennen (3) in den Sendemodulen und andererseits den Dachkapazitäten der Empfangsverstärkerantennen (5) in den Empfangsmodulen, primär und dominant das zeitlich veränderliche elektrische Feld oder die zeitlich veränderliche elektrische Flussdichte zwischen den jeweiligen Dachkapazitäten ist.
Vorrichtung und Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendemodul seine zum Betrieb notwendige Energie aus den hochfrequenten Pulsen zur Erzeugung des B1-Feldes bezieht.
Vorrichtung und Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in den Gehäusen der Empfangsmodule (10) jeweils noch zusätzliche Speisespulen (29) als felderzeugende Teile von Speiseenergieresonanzkreisen für ein äußeres elektromagnetisches Speisefeld, dessen Betriebsfrequenz signifikant von der Larmorfrequenz abweicht, integriert sind und – in den Sendemodulgehäusen (40) zusätzlich jeweils eine Speiseenergieempfangsspule (42) als wechselwirkender Teil eines Speiseenergieresonanzkreises mit einem äußeren elektromagnetischen Speisefeld, integriert ist und – das Sendemodul seine zum Betrieb notwendige Energie aus einem hochfrequenten Speisefeld bezieht, dessen Betriebsfrequenz signifikant von der Larmorfrequenz abweicht.
Vorrichtung und Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – mit geeigneten Mitteln in das Untersuchungsvolumen ein elektromagnetisches Speisefeld eingebracht wird, dessen Betriebsfrequenz signifikant von der Larmorfrequenz abweicht und – die mit dem Sendemodul elektrisch leitend verbundene lokalen Empfangsspule (1) als Bestandteil eines Reaktanzkreises mit wenigstens zwei Resonanzfrequenzen betrieben wird, wovon die eine Resonanzfrequenz mit der Larmorfrequenz identisch ist und die andere Resonanzfrequenz mit der Frequenz des Speisefeldes übereinstimmt und – das Sendemodul seine zum Betrieb notwendige Energie aus diesem hochfrequenten Speisefeld bezieht, dessen Betriebsfrequenz signifikant von der Larmorfrequenz abweicht.
Vorrichtung und Verfahren für eine kabellose Verbindung zum Übertragen von Daten aus zahlreichen Empfangsspulen für die Magnetresonanztomographie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in den Sendemodulgehäusen (40) als auch in den Empfangsmodulgehäusen (10) zusätzliche Mittel wie schnelle Schaltdioden (18) und (19) oder (56) und (57) zur automatischen temporären Verstimmung der auf die Larmorfrequenz abgestimmten Resonanzkreise vorhanden sind, um den jeweiligen B1-Impuls während seiner Präsenz nicht oder nur unwesentlich zu bedämpfen.