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Die Erfindung betrifft eine Vorverarbeitungseinrichtung für Empfangssignale einer Lokalspule, eine Lokalspule sowie ein Verfahren zur Bereitstellung wenigstens eines Hilfsfrequenzsignals einer Hilfsfrequenz an einer einer Lokalspule für eine Magnetresonanzeinrichtung zugeordneten Vorverarbeitungseinrichtung für Empfangssignale.
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In jüngster Zeit sind Vorschläge bekannt geworden, gemäß denen ein Teil der Signalverarbeitung für Empfangssignale bereits in oder zumindest im Bereich einer Lokalspule für Magnetresonanzeinrichtungen vorgenommen werden soll.
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Zur Aufnahme von Magnetresonanzbildern mit hohem Signal/Rauschverhältnis wird bei Magnetresonanzeinrichtungen verstärkt mit sogenannten Lokalspulen gearbeitet. Die angeregten Kerne im aufzunehmenden Objekt induzieren dabei im Spulenleiter der Lokalspule eine Spannung, die üblicherweise mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA) verstärkt und schließlich kabelgebunden bei der Magnetresonanzfrequenz (Sendefrequenz) an einen Eingang eines Empfängers des Empfangssystems weitergeleitet wird. Zur weiteren Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hoch aufgelösten Magnetresonanzbildern werden sogenannte Hochfeldanlagen eingesetzt, deren Grundfeldstärken bei drei Tesla oder höheren Werten liegen.
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Solche Lokalspulen werden üblicherweise über geeignete Steckplätze an einer Patientenliege angeschlossen. Aufgrund der Beweglichkeit der Patientenliege sind häufig meterlange Kabelverbindungen erforderlich, um die empfangenen Signale an das Empfangssystem weiterzuleiten. Insbesondere sind auch Lokalspulen bekannt, die mehrere einzelne, jeweils ein Empfangssignal liefernde Spulenelemente (Loops) aufweisen, so dass üblicherweise für jeden dieser sogenannten Empfangskanäle drahtgebundene Übertragungsstrecken erforderlich sind.
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Eine Anordnung zur Übertragung von mit Hilfe von Lokalspulen empfangenen Magnetresonanzsignalen ist aus der
DE 10 2008 023 467 A1 bekannt. Dort wird in einem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, zwei Empfangssignale über eine einzige Verbindungsleitung zu übertragen, folglich zu multiplexen (Frequenzmultiplex). Weiterhin wird dort vorgeschlagen, zur Übertragung der Empfangssignale niedrige Zwischenfrequenzen zu nutzen, wobei die Zwischenfrequenzen so gewählt sind, dass sie symmetrisch um die Abtastfrequenz des nachfolgenden Analog-Digitalwandlers liegen.
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Um die Empfangssignale auf die Zwischenfrequenzen umzusetzen, ist dort eine Vorverarbeitungseinrichtung vorgesehen, welche wenigstens einen ersten Mischer und wenigstens einen zweiten Mischer umfasst. Die Mischer wirken als Frequenzkonverter und nutzen zwei verschiedene Hilfsfrequenzsignale (Lokaloszillatorsignale), wobei die Hilfsfrequenzsignale der Vorverarbeitungseinrichtung über ein Koaxialkabel zugeführt werden, welches Koaxialkabel ebenfalls zur Übertragung der Empfangssignale (mit einer Zwischenfrequenz) zu einem Empfänger des Empfangssystems der Magnetresonanzeinrichtung verwendet werden. Auf einem Koaxialkabel können also ein oder mehrere Hilfsfrequenzsignale zur Lokalspule hin und ein oder mehrere (auf je eine Zwischenfrequenz transformierte) Magnetresonanzsignale (von der Lokalspule weg) übertragen werden.
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Die Anforderungen, die aus Sicht der Hilfsfrequenz-Signalverarbeitung an die Übertragungsstrecke gestellt werden müssen, sind geringer als die Anforderungen, die sich aus Sicht der Zwischenfrequenz-Signalverarbeitung ergeben. Am Einspeisepunkt kann die Leitungsdämpfung in weiten Grenzen über eine Erhöhung der Speiseleistung ausgeglichen werden. Jedoch ergeben sich mit steigender Frequenz des Hilfsfrequenzsignals zunehmend Probleme durch Bewegungs- und/oder zeit- und temperaturabhängige Phasengänge sowie durch von Diskontinuitäten (beispielsweise Steckverbindern) verursachten Reflexionen (Pegelunsicherheiten).
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Im oben dargestellten Beispiel der
DE 10 2008 023 467 A1 errechnet sich die erforderliche Hilfsfrequenz als die Magnetresonanzfrequenz (Sendefrequenz) plus/minus die Zwischenfrequenz. Ab Hilfsfrequenzen von etwa 150 MHz aufwärts zwingen die beschriebenen Effekte dazu, die Übertragungsstrecke derart anzupassen, dass die von der
DE 10 2008 023 467 A1 beschriebenen Vorteile – dünne und preiswerte Auslegung der Kabel, Verwendung preiswerter, beispielsweise nichtkoaxialer Steckverbinder, schmalbandige Auslegung von Schaltern zur Auswahl bestimmter Spulenelemente – zunehmend aufgezehrt werden.
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Soll beispielsweise das in
DE 10 2008 023 467 A1 beschriebene Empfangssystem mit seinen zu einem 10 MHz-Abtasttakt spiegelsymmetrisch angeordneten Zwischenfrequenzen für einen Betrieb mit einem sieben Tesla-Magnetresonanzsystem verwendet werden, so ergibt sich ein erforderliches Hilfsfrequenz-Signalpaar von 285 MHz und 305 MHz. Bei solchen Hilfsfrequenzen würden die durch die Verwendung der Zwischenfrequenzen gewonnenen Vorteile wieder verloren gehen.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass auch andere Arten der Vorverarbeitung durch eine Vorverarbeitungseinrichtung lokalspulenseitig vorgesehen sein können, die ebenso die Übertragung von Hilfsfrequenzsignalen erfordern.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, ein hochfrequentes Hilfsfrequenzsignal in einer Vorverarbeitungseinrichtung bereitzustellen, wobei weiterhin eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung der drahtgebundenen Übertragungsstrecke vorgenommen werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorverarbeitungseinrichtung für Empfangssignale einer Lokalspule vorgesehen, dass sie eine Anordnung zur Bereitstellung wenigstens eines Hilfsfrequenzsignals einer Hilfsfrequenz aufweist, die für wenigstens ein oder das Hilfsfrequenzsignal, insbesondere alle Hilfsfrequenzsignale, einen Frequenzvervielfacher, insbesondere Frequenzverdoppler, zur Erzeugung des Hilfsfrequenzsignals aus einem von einem Empfangssystem der Magnetresonanzeinrichtung über eine Übertragungsstrecke übertragenen Zwischensignal mit einer einem ganzzahligen Bruchteil der Hilfsfrequenz entsprechenden Frequenz, insbesondere der halben Hilfsfrequenz, umfasst.
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Erfindungsgemäß wird mithin vorgeschlagen, die Vorverarbeitungseinrichtung um einen Frequenzvervielfacher zu erweitern, so dass es möglich ist, die Hilfsfrequenzsignale erst vor Ort aus einem niederfrequenteren Zwischensignal, welches über eine Übertragungsstrecke von dem Empfangssystem zur Verfügung gestellt wird, zu erzeugen. Dabei kann es in vielen praktischen Fällen bereits ausreichend sein, einen Frequenzverdoppler vorzusehen, so dass das Zwischensignal eine Frequenz aufweist, die die Hälfte der Hilfsfrequenz beträgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die übertragenen Frequenzen auch bezüglich der Hilfsfrequenzsignale niedrig bleiben, so dass einfache, insbesondere also dünne und preiswerte Kabel verwendet werden können. Dies ist insbesondere bei Hochfeldsystemen, beispielsweise bei sieben Tesla, wünschenswert, bei denen Lokalspulen mit vielen Spulenelementen, beispielsweise 128 Empfangskanälen, eingesetzt werden, da hier eine große Anzahl von Kabeln benötigt wird. Gleichzeitig erlaubt die vorliegende Erfindung, kleine und einfache, beispielsweise nicht-koaxiale Steckverbinder einzusetzen. Ein weiterer Vorteil, den die erfindungsgemäße Anordnung bietet, liegt darin, dass bei geeigneter Wahl des Vervielfachungsfaktors Systemkomponenten aus Systemen mit niedrigerem Grundfeld, beispielsweise aus drei Tesla-Systemen, ohne Modifikationen auch in Systemen mit einem höheren Grundfeld, beispielsweise sieben Tesla-Systemen, verwendet werden können. Solche Systemkomponenten sind beispielsweise die Liegenverkabelung, eine Schaltmatrix zur Zuordnung von Empfangskanälen zu Eingängen von Empfängern, Lokaloszillatoren (Synthesizer), Zwischenfrequenzempfänger und dergleichen.
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Besonders vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Vorverarbeitungseinrichtung auch im Rahmen des eingangs bereits diskutierten Frequenzmultiplexen gemäß
DE 10 2008 023 467 A1 einsetzen. Dort treten, wie dargelegt, vor allem bei Magnetresonanzeinrichtungen mit einem hohen Grundfeld bislang Probleme auf, die durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Frequenzvervielfachers beseitigt werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine einzige drahtgebundene Übertragungsstrecke zur Übertragung wenigstens eine Empfangssignals und wenigstens eines Zwischensignals vorgesehen ist. Die drahtgebundene Übertragungsstrecke, welche beispielsweise wenigstens ein Koaxialkabel umfassen kann, wird mithin mehrfach genutzt. Es sind auch Ausgestaltungen denkbar, in denen beispielsweise nicht zu vervielfachende, wie übertragen einzusetzende Hilfsfrequenzsignale über eine zur Übertragung wenigstens eines Empfangssignals genutzte Übertragungsstrecke, gegebenenfalls zusätzlich zu wenigstens einem Zwischensignal, übertragen werden.
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Bei einer solchen Mehrfachnutzung einer Übertragungsstrecke kann ferner dem Frequenzvervielfacher ein Multiplexer, insbesondere ein Diplexer, zur Trennung des Zwischensignals von dem Empfangssignal vorgesehen werden. Das Zwischensignal wird dann an den Frequenzvervielfacher weitergeleitet, welcher das Hilfsfrequenzsignal erzeugt.
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Bei einer Übertragung mehrerer Zwischensignale kann vorgesehen sein, dass dem Frequenzvervielfacher nach- oder bevorzugt vorgeschaltet ein Multiplexer zur Trennung der Hilfsfrequenzsignale oder der Zwischensignale vorgesehen ist. Ist der Frequenzvervielfacher dem Hilfsfrequenz-Multiplexer vorgeschaltet, ist nur ein Frequenzvervielfacher erforderlich, da dieser bereits auf der Basis der kombinierten Zwischensignale wirkt. Da hierbei allerdings unerwünschte Intermodulationsprodukte auftreten können, insbesondere bei Verwendung einer nicht linearen Frequenzvervielfachungsstufe, kann vorgesehen sein, dass der Multiplexer neben der spektralen Trennung der verschiedenen Zwischensignale auch zur Unterdrückung dieser unerwünschten Intermodulationsprodukte ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch, wenn die spektrale Trennung der Signale bereits in der tiefen Frequenzlage, also bezüglich der Zwischenfrequenzen, stattfindet. In diesem Fall sind wenigstens zwei Frequenzvervielfacher erforderlich, jedoch sinkt vorteilhafterweise die Dynamikanforderung an die Frequenzvervielfacher ab (dies begründet sich darin, dass das Zweifrequenz-Signal im Vergleich zu den jeweiligen Einzelfrequenzen eine größere Spitzenleistung (PEP, peek envelope power) aufweist. Zudem treten in einer solchen Anordnung störende Intermodulationsprodukte der Zwischensignale nicht länger auf.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Vorverarbeitungseinrichtung wenigstens einen Mischer umfasst, welcher ein Empfangssignal unter Verwendung der Hilfsfrequenz auf eine niedrige Zwischenfrequenz umformt. Dies ist beispielsweise dann nützlich, wenn das in der
DE 10 2008 023 467 A1 beschriebene Konzept angewendet werden soll.
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Besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann der Frequenzvervielfacher ein passiver Frequenzvervielfacher sein, insbesondere ein Diodenvervielfacher. Auf diese Weise wird vermieden, dass im Gehäuse der Vorverarbeitungseinrichtung bzw., falls diese Teil der Lokalspule ist, im Lokalspulengehäuse zusätzlich elektrische Leistung verbraucht wird.
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Es sei an dieser Stelle doch noch angemerkt, dass es nicht grundsätzlich vorgesehen sein muss, dass alle Zwischensignale jeweils vervielfacht werden, um hieraus unmittelbar die Hilfsfrequenzsignale zu erzeugen. Beispielsweise sind Anordnungen denkbar, in denen nur ein Zwischensignal über den Frequenzvervielfacher vervielfacht, beispielsweise verdoppelt, wird, um dann wenigstens einem Mischer zugeführt zu werden, dessen anderer Eingang durch ein an die Vorverarbeitungseinrichtung unverändert übertragenes Hilfsfrequenzsignal gebildet wird. Am Ausgang des Mischers liegt dann das gewünschte Hilfsfrequenzsignal an. Beispielsweise können auch zwei Hilfsfrequenzsignale und ein Zwischensignal verwendet werden, nämlich ein über den Frequenzvervielfacher in seiner Frequenz zu vervielfachendes Zwischensignal, welches dann einem ersten oder einem zweiten Mischer zugeführt wird, dessen andere Eingänge mit den beiden übertragenen Hilfsfrequenzsignalen beaufschlagt werden, um so ein erstes und ein zweites letztlich gewünschtes Hilfsfrequenzsignal zu erzeugen. Auf diese Weise gestaltet sich auch im Übrigen das Demultiplexen der beiden nicht zu vervielfachenden, übertragenen Hilfsfrequenzsignale als einfacher, da das entsprechende kombinierte Signal zunächst auf einen Multiplexer zur Auftrennung gegeben werden kann, bevor die Einzelhilfsfrequenzsignale auf je einen Mischer gegeben werden. Denn wird die spektrale Trennung vor dem Mischer vorgenommen, so ist sie technisch einfacher zu realisieren, da der relative Frequenzabstand größer ist. Wie bereits oben bezüglich der Vorschaltung des Multiplexers vor den Frequenzvervielfacher gilt auch hier, dass die Dynamikanforderung an die Mischer niedriger ist. Ein weiterer Vorteil von solchen Anordnungen ist es, dass der Frequenzabstand der beiden nicht zu vervielfachenden, übertragenen Hilfsfrequenzsignale so gewählt werden kann, dass er dem Frequenzabstand der letztendlich gewünschten Hilfsfrequenzsignale, die durch die Mischer erzeugt werden, entspricht, was vorteilhaft ist, wenn der Lokaloszillator auf den vorgegebenen Frequenzabstand ausgelegt ist. Auch vereinfacht sich, wie beschrieben, die Dimensionierung der Multiplexer (Trennfilter).
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Die Vorverarbeitungseinrichtung kann in einer Ausführungsform als separate Einrichtung realisiert werden, die beispielsweise zwischen einen Spulenstecker und einem Steckplatz auf einer Patientenliege geschaltet werden kann.
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Neben der Vorverarbeitungseinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Lokalspule mit einer solchen erfindungsgemäßen Vorverarbeitungseinrichtung. In dieser zweiten Ausführungsform ist die Vorverarbeitungseinrichtung also fester Teil einer Lokalspule und insbesondere im Lokalspulengehäuse verbaut. Sämtliche Ausführungen bezüglich der Vorverarbeitungseinrichtung lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Lokalspule übertragen.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Bereitstellung wenigstens eines Hilfsfrequenzsignals einer Hilfsfrequenz an einer einer Lokalspule für eine Magnetresonanzeinrichtung zugeordneten Vorverarbeitungseinrichtung für Empfangssignale, wobei für wenigstens ein Hilfsfrequenzsignal, insbesondere alle Hilfsfrequenzsignale, ein Zwischensignal mit einer einem ganzzahligen Bruchteil der Hilfsfrequenz entsprechenden Frequenz über eine Übertragungsstrecke von einem Empfangssystem an die Vorverarbeitungseinrichtung übertragen wird und mittels eines Frequenzvervielfachers aus dem Zwischensignal das Hilfsfrequenzsignal erzeugt wird. Auch das erfindungsgemäße Verfahren beruht mithin auf der Idee, zunächst Zwischensignale zu übertragen, deren Frequenz ein Bruchteil der Frequenz des eigentlich gewünschten Hilfsfrequenzsignals ist, um diese dann, insbesondere in der Vorverarbeitungseinrichtung, mittels eines Frequenzvervielfachers auf die gewünschte Hilfsfrequenz zu bringen. Auf diese Weise können die Vorteile erreicht werden, die auch bereits bezüglich der erfindungsgemäßen Vorverarbeitungseinrichtung diskutiert wurden.
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Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Zwischensignal empfangssystemseitig erzeugt wird, insbesondere mittels eines Lokaloszillators. Das Zwischensignal wird also bereits auf der Frequenz erzeugt, auf der es später auch über die Übertragungsstreckte übertragen werden soll. Selbstverständlich ist es alternativ auch denkbar, eine geeignete Elektronik einzusetzen, um das Signal zunächst auf die tiefere Frequenz hin umzuformen, dies wäre jedoch mit einem erhöhten Aufwand verbunden.
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Die Übertragungsstrecke kann sowohl zur Übertragung wenigstens eines Zwischensignals wie auch wenigstens eines insbesondere auf einer Zwischenfrequenz liegenden Empfangssignals verwendet werden. In diesem Fall können, wie bereits beschrieben, verschiedene Multiplexer verwendet werden; allgemein kann vorgesehen sein, dass zur Auftrennung verschiedener über die Übertragungsstrecke übertragener Signale wenigstens ein Multiplexer verwendet wird. Bevorzugt ist es, wenn Zwischensignale zur Erzeugung mehrerer Hilfsfrequenzsignale übertragen werden, eine Auftrennung der Zwischensignale vor der Frequenzerhöhung vorzunehmen, da, wie oben beschrieben, so die Dynamikanforderungen an die Frequenzvervielfacher bzw. Mischer erniedrigt werden können und insbesondere keine störenden Intermodulationsprodukte auftreten.
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Dies gilt im Übrigen auch, wenn neben wenigstens einem in der Vorverarbeitungseinrichtung zu vervielfachenden Zwischensignal zwei oder mehr Hilfsfrequenzsignale über die Übertragungsstrecke übertragen werden, die dann später durch einen Mischer durch Mischung mit dem aus dem Zwischensignal erzeugten Hilfsfrequenzsignal auf eine höhere Frequenz gebracht werden sollen. Es kann also mit anderen Worten vorgesehen sein, dass wenigstens ein weiteres Hilfsfrequenzsignal durch Mischung wenigstens eines mittels des oder eines Frequenzvervielfachers erzeugten Hilfsfrequenzsignals mit einem anderen Hilfsfrequenzsignal erzeugt wird. Dann ist es wiederum sinnvoll, gemeinsam übertragene Hilfsfrequenzsignale für die Mischer vor dem Mischen bereits durch einen Multiplexer (Trennfilter) zu trennen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzeinrichtung,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule, und
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4 eine erfindungsgemäße Vorverarbeitungseinrichtung.
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1 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine Magnetresonanzeinrichtung 1. Sie umfasst einen Magneten 2 mit einer Patientenaufnahme 3, in die eine Patientenliege 4, auf der das aufzunehmende Objekt, hier ein Patient 5, platzierbar ist, eingefahren werden kann. Die gesamte Patientenaufnahme 3 umgebend ist eine Ganzkörperspule 7 vorgesehen, die bei einer von der Stärke des Grundmagnetfelds abhängigen Sendefrequenz ein die Kerne im Patienten 5 anregendes Signal aussenden kann. Im vorliegenden Fall ist die Magnetresonanzeinrichtung 1 ein Hochfeldsystem mit einer Sendefrequenz (häufig auch Magnetresonanzfrequenz genannt) von 297,2 MHz, wobei dieser Wert als beispielhaft anzusehen ist, wie auch sämtliche anderen im Rahmen dieser Ausführungsbeispiele genannten Werte.
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Aufgenommen werden sollen Empfangssignale (Magnetresonanzsignale) mittels einer auf dem Patienten 5 platzierten Lokalspule 6. Diese kann über in der Patientenliege 4 vorgesehene Steckplätze 8 angeschlossen werden. Dabei sollen die Empfangssignale der Lokalspule 6 über eine Übertragungsstrecke an ein Empfangssystem 9 der Magnetresonanzeinrichtung 1 übertragen werden. Da hierfür meterlange Kabelverbindungen, insbesondere umfassend Koaxialkabel, verwendet werden müssen, ist es wünschenswert, diese möglichst einfach und kostengünstig realisieren zu können. Dies ist bei den dargestellten Ausführungsbeispielen möglich und auch so realisiert, da es die vorliegende Erfindung, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, erlaubt, nur niederfrequente Signale über die Übertragungsstreckte zu transportieren.
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2 zeigt nun eine Prinzipskizze einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspule 6. Diese umfasst zunächst mehrere einzelne Spulenelemente (Loops) 10, von denen hier der Einfachheit halber nur zwei dargestellt sind. Ferner ist vorgesehen, die empfangenen Magnetresonanzsignale auch gleich innerhalb der Lokalspule 6 zu verarbeiten, weshalb eine Vorverarbeitungseinrichtung 11 im Lokalspulengehäuse angeordnet ist. Ziel in der gezeigten Anordnung ist es, bereits in der Lokalspule 6 die Empfangssignale der zwei dargestellten Spulenelemente 10 auf zwei verschiedene Zwischenfrequenzen zu transformieren, um so zwei Empfangssignale in der Frequenz über die drahtgebundene Übertragungsstrecke 12 an das Empfangssystem 9 zu übertragen. Um diese Zwischenfrequenzen (ZF1, ZF2) zu erzeugen, müssen zwei Hilfsfrequenzsignale (LO1, LO2) bereitgestellt werden. Diese werden in in einem frequenzumsetzenden Modul 13 vorgesehenen Mischern 14 zur Transformation der Empfangssignale auf die Zwischenfrequenzen benötigt.
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Es ist nun nicht vorgesehen, die Hilfsfrequenzsignale LO1 und LO2 unmittelbar über die Übertragungsstrecke 12 vom Empfangssystem 9 zur Verfügung zu stellen. Dies liegt darin begründet, dass, um beispielsweise Zwischenfrequenzen von 7,8 MHz und 12,2 MHz zu erzeugen, die beide um 2,2 MHz vom Systemtakt 10 MHz beabstandet sind, Hilfsfrequenzen von 285 MHz und 305 MHz bei der genannten Sendefrequenz benötigt werden, die eine teuerere und komplexere Umsetzung der Übertragungsstrecke 12 erfordern würden.
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Stattdessen werden im in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Empfangssystem 9 zwei Zwischensignale erzeugt, hier SS1 und SS2 genannt, deren Frequenz die Hälfte der benötigten Hilfsfrequenzen beträgt, mithin ein Zwischensignal von 142,5 MHz und ein Zwischensignal von 152,5 MHz. Diese werden über die Übertragungsstrecke 12, die mithin sowohl für die Zwischensignale wie auch für die Empfangssignale auf der Zwischenfrequenz genutzt wird, an die Vorverarbeitungseinrichtung 11 übertragen.
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Dort stoßen sie zunächst auf einen Diplexer 15 (Trennfilter), welcher die Empfangssignale auf der Zwischenfrequenz und die Zwischensignale trennt. Die Zwischensignale werden dann an einen Frequenzvervielfacher 16, hier einen Frequenzverdoppler, weitergeleitet. Hier entstehen die Hilfsfrequenzsignale LO1 und LO2 aus den Zwischensignalen SS1 und SS2, welche dann mit Hilfe eines weiteren Diplexers 17 aufgetrennt werden. Sie werden dann jeweils getrennt den Mischern 14 zugeführt, so dass die unterschiedlichen Zwischenfrequenzen ZF1 und ZF2 erzeugt werden.
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Die so frequenztransformierten Empfangssignale werden einem Diplexer 18 zugeführt, der die beiden Empfangssignale auf den Zwischenfrequenzen zusammenführt und über den Diplexer 15 schließlich auf die Übertragungsstrecke 12 leitet, wo sie dann an das Empfangssystem 9 übertragen werden können.
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Es sei angemerkt, dass im hier vorliegenden Fall der LO-Diplexer 17 neben der spektralen Trennung der beiden Komponenten auch der Unterdrückung von unerwünschten Intermodulationsprodukten dient, die in der nicht linearen Verdopplerstufe (Frequenzverdoppler 16) aus den zwei Zwischensignalen SS1, SS2 erzeugt werden.
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3 zeigt eine gegenüber der Ausführungsform von 2 bevorzugte Ausführungsform einer Lokalspule 6', wobei zur Vereinfachung der Darstellung gleiche Bezugszeichen für entsprechende Elemente verwendet werden. Im Unterschied zu 2 ist der Diplexer hier zur Auftrennung der Zwischensignale SS1, SS2 ausgebildet, bevor eine Frequenzverdopplung durch die Frequenzvervielfacher 16A, 16B, hier Frequenzverdoppler, getrennt für die beiden Zwischensignale erfolgt. Die spektrale Trennung geschieht hier bereits in der tiefen Frequenzlage, also bei 142,5 MHz und 152,5 MHz. Es sind zwei separate Frequenzverdoppler 16A, 16B vorhanden. Hierdurch sinkt die Dynamikanforderung an die Frequenzverdoppler 16A, 16B um 6 dB, da das Doppelfrequenz-Signal im Vergleich zu den jeweiligen einzelnen Zwischensignalen eine um 6 dB größere Spitzenleistung (PEP, peek envelope power) besitzt. Störende Intermodulationsprodukte treten in dieser Anordnung nicht auf.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es rein grundsätzlich selbstverständlich auch möglich ist, mehr als zwei Empfangssignale auf die gezeigte Art zu multiplexen, wobei dies jedoch mit einem größeren Aufwand verbunden wäre. Dann würden auch eine größere Zahl von Hilfsfrequenzsignalen benötigt.
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Die in den 2 und 3 als in dem Lokalspulengehäuse der Lokalspule 6 verbaut gezeigten Vorverarbeitungseinrichtungen 11 können im Übrigen auch als separates Bauteil, welches beispielsweise zwischen Spulenstecker und Steckplatz auf der Patientenliege 4 vorgesehen werden kann, ausgebildet sein.
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4 zeigt nun eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form einer Vorverarbeitungseinrichtung 19 für eine Lokalspule mit N Sendekanälen K1–KN. Die entsprechenden Signaleingänge sind auf der linken Seite von 4 schematisch dargestellt. Auch in diesem Fall ist vorgesehen, jeweils zwei der Empfangskanäle zusammenzufassen, die Empfangssignale auf unterschiedliche Zwischenfrequenzen ZF1, ZF2 zu transformieren und im Multiplex-Verfahren über ein gemeinsames Kabel an das Empfangssystem 9 zu übertragen, so dass, wie auf der rechten Seite von 4 zu erkennen ist, nur N/2 Übertragungsstrecken erforderlich sind.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4 zeigt zudem eine Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung in einem System auf, in dem aus Frequenzplangründen eine Vorgabe erfüllt werden muss, die die Wahl von Zwischensignalfrequenzen und Hilfssignalfrequenzen ausschließt, die nicht ganzzahlige Vielfache von beispielsweise 5 MHz sind.
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Im Ausführungsbeispiel nach 4 werden zur Erzeugung der zwei benötigten Hilfsfrequenzsignale LO1, LO2 mit Hilfsfrequenzen von 285 MHz und 305 MHz zwei übertragene Hilfsfrequenzsignale und ein Zwischensignal benutzt, nämlich ein Zwischensignal A auf 85 MHz, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die den Kanälen K1 und K2 zugeordnete zweite Übertragungsstrecke S1 zugeführt wird, sowie das Hilfsfrequenzsignalpaar B1 und B2 auf 115 MHz und 135 MHz, welches über die den Kanälen K3 und K4 zugeordnete Übertragungsstrecke S2 zu der Vorverarbeitungseinrichtung 19 gelangt. Über die übrigen Übertragungsstrecken werden keine Zwischensignale oder Hilfsfrequenzsignale übertragen.
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Die Hilfsfrequenzsignale LO1 und LO2 werden aus den drei Signalen A, B1, B2 nun wie folgt erzeugt: Zunächst werden das Zwischensignal A bzw. die Hilfsfrequenzsignale B1, B2 wie bereits in 2 und 3 gezeigt durch einen Diplexer 15 von den Empfangssignalen auf der Zwischenfrequenz ZF1, ZF2 getrennt. Für das Hilfsfrequenzsignalpaar B1, B2 schließt sich ein weiterer Diplexer 21 an, so dass danach die Hilfsfrequenzsignale B1 und B2 getrennt vorliegen. Parallel hierzu wird das Zwischensignal A durch einen Frequenzvervielfacher 23, hier wiederum einen Frequenzverdoppler, auf 170 MHz zu einem Hilfsfrequenzsignal LA verdoppelt. Das Hilfsfrequenzsignal LA wird durch einen Signalteiler 24 verdoppelt und jeweils als Eingangssignal einem Mischer 25 zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem Signal B1 oder B2 beaufschlagt ist. Die sich ergebenden Hilfsfrequenzsignale LO1 und LO2 werden über Filter 26 selektiert und stehen dann im System mit den Frequenzen 285 MHz und 305 MHz zur Verfügung.
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Das Synthesizer-Hilfsfrequenzsignalpaar B1, B2 wird mithin zunächst spektral in seine beiden Komponenten zerlegt, bevor die Einzelhilfsfrequenznsignale B1, B2 auf je einen Mischer 25 gegeben werden. Dabei ist die spektrale Trennung des Signalpaars B1, B2 bei (hier) 125 MHz Mittenfrequenz technisch einfacher zu realisieren als eine (alternative) spektrale Trennung des Hilfsfrequenzsignalpaars LO1 und LO2 bei einer Mittenfrequenz von 295 MHz, da aufgrund des hier vorteilhafterweise gleichbleibenden Frequenzabstands von 20 MHz bei den niedrigeren Frequenzen ein größerer relativer Frequenzabstand gegeben ist. Zudem sinkt analog zum Ausführungsbeispiel nach 3 die Dynamikanforderung an die Mischer 25 hier um 6 dB.
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Die Hilfsfrequenzsignale LO1 und LO2 werden, einmal bereitgestellt, dann entsprechend für die jeweiligen Kanäle zur Erzeugung der Zwischenfrequenzen ZF1 und ZF2 den Modulen 27 mit den Mischern 28 zugeführt.
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Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat im Übrigen den weiteren Vorteil, dass die verwendeten Zwischen- und Hilfsfrequenzsignale sämtlich in einem vorgegebenen Raster von beispielsweise 5 MHz liegen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Konzept der Erzeugung von zwei Hilfsfrequenzsignalen aus zwei Hilfsfrequenzsignalen und einem Zwischensignal auch unabhängig von einer derartigen Rasterung anwendbar ist. Zudem sei darauf hingewiesen, dass auch die Vorverarbeitungseinrichtung 19 bereits fester Bestandteil einer Lokalspule sein kann.
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In allen Ausführungsbeispielen sind die dargestellten Frequenzvervielfacher 16, 16A, 16B, 23 als Diodenvervielfacher, also passive Frequenzvervielfacher, realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetresonanzeinrichtung
- 2
- Magnet
- 3
- Patientenaufnahme
- 4
- Patientenliege
- 5
- Patient
- 6
- Lokalspule
- 6'
- Lokalspule
- 7
- Ganzkörperspule
- 8
- Steckplätze
- 9
- Empfangssystem
- 10
- Spulenelemente
- 11
- Vorverarbeitungseinrichtung
- 12
- Übertragungsstrecke
- 13
- Modul
- 14
- Mischer
- 15
- Diplexer
- 16
- Frequenzvervielfacher
- 16A
- Frequenzvervielfacher
- 16B
- Frequenzvervielfacher
- 17
- Diplexer
- 18
- Diplexer
- 19
- Vorverarbeitungseinrichtung
- 20
- Diplexer
- 21
- Diplexer
- 23
- Frequenzvervielfacher
- 24
- Signalteiler
- 25
- Mischer
- 26
- Filter
- 27
- Module
- 28
- Mischer
- ZF1, ZF2
- Zwischenfrequenzen
- LO1, LO2
- Hilfsfrequenzsignale
- SS1, SS2
- Zwischensignale
- K1–KN
- Sendekanäle
- B1, B2
- Zwischenkanäle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008023467 A1 [0005, 0008, 0008, 0009, 0014, 0019]
