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Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanz-(MR-)Apparatur, insbesondere für bildgebende und/oder spektroskopische Anwendungen, mit einem Messvolumen, in dem ein zu untersuchendes Messobjekt in einem homogenen Magnetfeld positionierbar ist, mit einer Einrichtung zur elektromagnetischen Anregung des Messobjekts, mit zumindest einem Magnetresonanz-(MR-)Sensor zum Detektieren von kernmagnetischen Resonanzsignalen, die von dem zu untersuchenden Messobjekt in Antwort auf die elektromagnetische Anregung emittiert werden und mit einer Energieversorgungseinrichtung zur Energieversorgung des MR-Detektors.
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In der Magnetresonanz-Bildgebung bzw. der Magnetresonanz-Spektroskopie wird das zu untersuchende Messobjekt in einem statischen und möglichst homogenen Magnetfeld (B0-Feld) positioniert, das in der Regel künstlich mittels eines supraleitenden Feldmagneten erzeugt wird.
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Dieses Magnetfeld bedingt bei Atomkernen mit einem von Null verschiedenen Kernspin eine Aufspaltung der Kernspinenergieniveaus. Diese Kernspinenergieniveaus lassen sich durch Anregen des Messobjekts mittels einer elektromagnetischen Strahlung (B1 Felder) mit geeigneten Frequenzen untersuchen.
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Bei einem bildgebenden Verfahren wird das B0-Feld mittels eines Gradientenspulensystems zusätzlich derart modifiziert, dass mittels der detektierten kernmagnetischen Resonanzsignale ortskodierte Informationen über das Messobjekt bereitgestellt werden können. Aus diesen Informationen kann mittels einer Auswerteeinheit eine 2D oder 3D-Rekonstruktion des untersuchten Bereichs, d. h. des interessierenden Volumens (sog. volume of interest), des Messobjekts erstellt werden.
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In der Praxis haben sich bei spezifischen Fragestellungen zwischenzeitlich MR-Detektoren etabliert, die unmittelbar in der Nähe des interessierenden Volumens des Messobjekts positionierbar sind. Diese MR-Detektoren werden in der Praxis in der Regel als sogenannte Körperspulen bezeichnet und können als reine Empfangseinheiten zur möglichst rauscharmen Detektion der kernmagnetischen Resonanzsignale oder auch als kombinierte Empfangs- und Transmissionseinheiten ausgebildet sein. Als Transmissionseinheiten dienen sie dazu, das Messobjekt bzw. dessen Kerne im Bereich des interessierenden Volumens möglichst homogen elektromagnetisch anzuregen, so dass alle Kerne dieselbe Anregung erfahren. Diese MR-Detektoren ermöglichen im Gegensatz zu herkömmlichen MR-Apparaturen mit zu dem Messobjekt weiter entfernt angeordneten MR-Detektoren ein geringeres Signal-Rausch-Verhältnis sowie eine elektromagnetische Anregung des Messobjekts mit hoher Feldstärke ohne dabei übermäßige thermische Effekte in Bereichen des Messobjekts zu verursachen, die nicht Gegenstand der Untersuchung sind.
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Die MR-Detektoren werden in der Praxis grundsätzlich über Stromkabel mit einer für den Betrieb der MR-Detektoren erforderlichen Energie versorgt. Die Stromkabel enthalten elektrische Leiter aus Metall oder Metalllegierungen, die in dem Magnetfeld der Apparatur als Antennen wirken und so zu Inhomogenitäten des Magnetfelds führen können. Infolgedessen ergeben sich selbst bei aufwändig geschirmten Stromkabeln oftmals Messartefakte, die beispielsweise bei der bildgebenden medizinischen Diagnostik ein zuverlässiges Befunden von Schnittbildern bzw. bei spektroskopischen Untersuchungen belastbare Ergebnisse erschweren bzw. sogar vereiteln können.
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Die geschirmten Stromkabel weisen zudem in der Regel derartig große Kabelquerschnitte auf, dass die Stromkabel bei der Positionierung des MR-Detektors bzw. der MR-Detektoren oftmals hinderlich sind. Dies stellt insbesondere bei Einsatz einer größeren Anzahl von MR-Detektoren, einem sogenannten Detektorarray, einen erheblichen Handhabungsaufwand dar und erlaubt mitunter keine frei wählbare räumlichen Anordnungen der MR-Detektoren. Dies ist insbesondere auch bei den nur eingeschränkten Platzverhältnissen der für spektroskopische Untersuchungen eingesetzten MR-Apparaturen von Nachteil.
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Aufgabe der Erfindung ist eine MR-Apparatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei der der Handhabungsaufwand insgesamt verringert ist.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen MR-Detektor und ein MR-Detektor Array sowie ein Verfahren zum Betrieb einer MR-Apparatur anzugeben, bei denen der Handhabungsaufwand insgesamt verringert ist.
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Die die MR-Apparatur betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine MR-Apparatur mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Die den MR-Detektor betreffende Aufgabe wird durch einen MR-Detektor mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst, während die das MR-Detektor Array betreffende Aufgabe durch ein MR-Detektor Array mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen und die das Verfahren betreffende Aufgabe durch ein Verfahren mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß weist die Energieversorgungseinrichtung der MR-Apparatur eine Strahlungsquelle zum Versorgen des MR-Detektors mit Strahlungsenergie und eine dem MR-Detektor zugeordnete Energiewandlereinheit zum Umwandeln der Strahlungsenergie in elektrische Betriebsenergie sowie Energiespeichermittel zum Speichern der Betriebsenergie auf.
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Der mit der Erfindung verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass zur Energieversorgung des MR-Detektors bzw. der MR-Detektoren keine Stromkabel benötigt werden. Dadurch ergibt sich ein insgesamt verringerter Handhabungsaufwand der MR-Apparatur. Die MR-Detektoren können insgesamt flexibler, d. h. auch an schwer zugänglichen Stellen und in einer ansonsten nur schwer realisierbaren räumlichen Konfiguration zueinander bzw. an dem zu untersuchenden Messobjekt positioniert werden. Inhomogenitäten des B0-Felds durch metallhaltige Stromkabel werden ebenso vermieden wie auch Maßnahmen zu deren Kompensation, welche in der Regel hochkomplex und zeitaufwändig sind.
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Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Energiewandiereinheit eine Antenne oder eine photovoltaische Zelle, insbesondere eine Photodiode, zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung auf. Dadurch kann ein breites Spektrum von Leistungsstrahlung oder auch Licht energetisch genutzt werden. Im Falle der Nutzung einer hochfrequenten Leistungsstrahlung ist die Möglichkeit gegeben, diese mit bestehenden Komponenten der MR-Apparatur, beispielsweise einer HF-Körperspule bzw. einer Gradientenspule, ohne technischen Mehraufwand zu generieren.
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Zwecks einer möglichst kompakten Bauform des MR-Detektors ist die Antenne als Detektionsspule zum Empfang der von dem Messobjekt abgegebenen Kernresonanzsignale ausgebildet und schaltbar. Dadurch wird zudem die Gefahr einer bei einer separaten Antenne gegebenen induktiven Kopplung der Detektionsspule mit der Antenne vermindert. Zudem bieten sich dadurch fertigungstechnische Vorteile.
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Im Hinblick auf eine möglichst geringe Verfälschung von Messungen der Kernresonanzsignale hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Antenne eine steuerbare Impedanz aufweist.
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Dem MR-Detektor ist vorzugsweise eine Energiesteuereinrichtung zugeordnet, mittels derer eine definierte Verteilung und/oder Nutzung der Betriebsenergie ermöglicht ist. So kann die in den Speichermitteln bevorratete Betriebsenergie beispielsweise vorrangig einzelnen Baugruppen des MR-Detektors zur Verfügung gestellt werden.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Ladungszustand der Energiespeichermittel durch die Energiesteuereinheit überwachbar. Dadurch kann ein ausreichender Ladungszustand für den Betrieb des MR-Detektors sichergestellt werden. Überdies kann der Ladungszustand beispielsweise für Steuerungszwecke des MR-Detektors herangezogen werden.
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Nach einer unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Strahlungsquelle zur Energieversorgung des MR-Detektors durch ein Gradientensystem der MR-Apparatur, insbesondere eine Gradientenspule, gebildet. Dadurch kann die für die Energieversorgung des MR-Detektors erforderliche elektromagnetische Strahlung auf einfache Weise ohne einen technischen Mehraufwand generiert werden.
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Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die MR-Apparatur Kommunikationsmittel zur optischen und/oder drahtlosen Datenübertragung zwischen dem MR-Detektor und einer Auswerte und/oder Steuereinheit der MR-Apparatur auf. Der damit verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass die Handhabbarkeit der MR-Apparatur nochmals weiter verbessert wird. So können logische Steuersignale zur Steuerung des MR-Detektors (Tuning/Matching/Betriebsphasenschaltung) von der Steuereinheit zu dem MR-Detektor und/oder von dem MR-Detektor generierte MR-Daten an die Auswerteeinheit ohne Verwendung von metallhaltigen Datenkabeln übermittelt werden, welche das B0-Feld stören können. Im Falle einer drahtlosen Datenübertragung kann diese nach der Erfindung mit Licht über eine Freistrahlverbindung oder über Funk, beispielsweise mit Radiowellen oder mittels einer Hochfrequenzstrahlung, erfolgen. Dies ermöglicht eine besonders einfache und flexible Anordnung der MR-Detektoren selbst in Bereichen, die mit kabelgebundenen MR-Detektoren möglicherweise nur schwer zugänglich sind. Diesbezüglich sei beispielhaft auf das Körperinnere des Menschen verwiesen. Davon abgesehen können auch größere Distanzen ohne Weiteres überbrückt werden. Die Anordnung einer Vielzahl von für die jeweilige Untersuchung erforderlicher MR-Detektoren wird erleichtert bzw. erst ermöglicht. Im Falle einer Datenübertragung mittels eines Lichtwellenleiters kann dieser aus Glasfasern, polymeren optischen Fasern oder einer Kombination von Glas und polymeren optischen Werkstoffen gefertigt sein.
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Nach einer bevorzugten Bauart der Erfindung ist dem MR-Detektor eine erste Kommunikationsantenne zum Senden und/oder Empfangen von Datensignalen zugeordnet ist, die vorzugsweise durch eine Detektionsspule des MR-Detektors und/oder eine Antenne der Energiewandlereinheit gebildet ist. Dadurch kann eine in Abhängigkeit von den an den MR-Detektor gestellten Anforderungen besonders kompakte Bauform des MR-Detektors realisiert werden. Weiterhin wird einer Gefahr induktiver Kopplungen zwischen separaten Bauteilen entgegengewirkt.
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Vorzugsweise ist der Auswerte und/oder Steuereinheit der MR-Apparatur eine zweite, vorzugsweise als Strahlungsquelle schaltbare, Kommunikationsantenne zum Senden und/oder Empfangen von Datensignalen zugeordnet.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dem MR-Detektor eine, vorzugsweise in dem MR-Detektor integrierte, Speichereinheit für Messdaten, insbesondere ein Speicherchip, zugeordnet. Dadurch müssen die von dem MR-Detektor generierten MR-Daten nicht unmittelbar an die Steuer- bzw. Auswerteeinheit der MR-Apparatur übertragen werden, sondern können in der Speichereinheit zwischengespeichert werden. Die MR-Daten können so in einer auf einen Messbetrieb der MR-Apparatur abgestimmten Weise, beispielsweise zeitversetzt zu einer Messphase der MR-Apparatur, übertragen werden. Dies reduziert ggf. mit der Übertragung der MR-Daten einhergehende Störungen des B0-Felds bzw. der Erfassung kernmagnetischer Resonanzsignale. Weiterhin können die Daten auch bei einem für eine Datenübertragung unzureichendem Ladezustand der Speichermittel erst nach einem entsprechenden Aufladen der Speichermittel übertragen werden. Die Speichereinheit kann auch andere elektronische Speichermedien, wie beispielsweise eine Speicherkarte oder ein Festkörperlaufwerk umfassen.
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Die Speichereinheit ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lösbar in bzw. an dem MR-Detektor angeordnet. Dadurch kann die Speichereinheit auf einfache Weise von dem Detektor abgekoppelt bzw. diesem entnommen werden, so dass in der Speichereinheit abgespeicherte Daten auf einfache Weise an einer (beliebigen) Auswerteeinheit ausgewertet und weiterverarbeitet werden können. Zudem kann dadurch auf Kommunikationsmittel für eine drahtgebundene bzw. drahtlose Übertragung von Daten des MR-Detektors an eine Auswerteeinheit verzichtet werden, wodurch einerseits ein technisch einfacherer Aufbau des MR-Detektors ermöglicht ist. Andererseits entfällt in diesem Falle ein Energieverbrauch für die Übertragung der bei MR-Messungen üblicherweise sehr großen (MR-)Datenmengen, was im Hinblick auf eine mögliche Einsatzzeit des MR-Detektors bis zu einem erforderlichen Wiederaufladen der Energiespeichermittel günstig ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die von dem MR-Detektor verursachten Feldstörungen des homogenen Magnetfelds shimbar.
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In Abhängigkeit von dem zu untersuchenden Messobjekt bzw. der Untersuchungsmethode können nach der Erfindung mehrere MR-Detektoren zum Einsatz kommen. Dadurch können an einem Patienten beispielsweise verschiedene Körperregionen oder aber eine Körperregion bzw. ein Organ detailliert untersucht werden. Im Falle spektroskopischer Untersuchungen kann auf diese Weise eine Vielzahl von Messobjekten, beispielsweise von Analyten oder Mikroorgansimen bzw. Viren, simultan untersucht werden.
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Erfindungsgemäß ist der MR-Detektor zur Verwendung in einer vorstehend beschriebenen MR-Apparatur einsetzbar. Dabei hat es sich im Hinblick auf spektroskopische Untersuchungen als vorteilhaft erwiesen, dass der MR-Detektor Aufnahmemittel zur Aufnahme eines zu untersuchenden Messobjekts, beispielsweise eines chemischen Analyten oder auch von Mikroorganismen bzw. Viren, aufweist.
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Nach der Erfindung weist das MR-Detektor Array eine Mehrzahl von, vorzugsweise an einer gemeinsamen Halteeinrichtung angeordneten, MR-Detektoren nach Anspruch 14 oder 15 auf. Im Falle einer gemeinsamen Halteeinrichtung können damit komplexe Arrays mit mehreren Dutzend MR-Detektoren bereitgestellt werden, wie diese bei speziellen medizinischen Fragestellungen, insbesondere bei einer zerebralen (Funktions-)Diagnostik, vorteilhaft sind. Dadurch wird der Handhabungsaufwand beim Aufbau eines solchen Arrays erheblich vereinfacht, was im Hinblick auf Personalkosten und einen möglicherweise bestehenden Zeitdruck für die Durchführung der Untersuchung günstig ist.
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Erfindungsgemäß wird/werden bei einem Verfahren zum Betrieb einer vorstehend erläuterten MR-Apparatur der MR-Detektor bzw. die MR-Detektoren mittels einer Strahlungsquelle mit Strahlungsenergie versorgt, wobei die Strahlungsenergie mittels einer dem MR-Detektor bzw. den MR-Detektoren zugeordneten Energiewandlereinheit in eine für den Betrieb des MR-Detektors/der MR-Detektoren erforderliche elektrische Betriebsenergie umgewandelt und mittels Speichermitteln gespeichert wird.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die von dem MR-Detektor/den MR-Detektoren generierten Daten an eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit der MR-Apparatur und von der Steuereinheit generierte Steuersignale an den MR-Detektor/die MR-Detektoren optisch und/oder drahtlos übertragen.
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Der MR-Detektor bzw. die MR-Detektoren werden nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zeitversetzt oder zeitgleich in eine Betriebsphase zur Energiegewinnung, eine Betriebsphase zur Datenübertragung und/oder eine Betriebsphase zur Detektion von kernmagnetischen Resonanzsignalen geschaltet. Dies kann beispielsweise mittels definierter Steuerpulse erfolgen, die über die Strahlungsquelle abgegeben werden. Zudem kann dabei ein mit einer Energiesteuereinrichtung erfasster Ladezustand der Energiespeichermittel des MR-Detektors berücksichtigt werden.
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Die Erfindung betrifft eine Magnetresonanz-(MR-)Apparatur, insbesondere für bildgebende, spektroskopische oder kombinierte bildgebende und spektroskopische Anwendungen. Die MR-Apparatur weist ein Messvolumen auf, in dem ein zu untersuchendes Messobjekt in einem homogenen Magnetfeld positionierbar ist. Die MR-Apparatur umfasst weiterhin eine Einrichtung zur elektromagnetischen Anregung des Messobjekts und zumindest einen Magnetresonanz(MR)-Detektor zum Detektieren von kernmagnetischen Resonanzsignalen, die von dem zu untersuchenden Messobjekt in Antwort auf die elektromagnetische Anregung emittiert werden. Eine Energieversorgungseinrichtung zur Energieversorgung des MR-Detektors weist eine Strahlungsquelle zum Versorgen des MR-Detektors mit Strahlungsenergie und eine dem MR-Detektor zugeordnete Energiewandlereinheit zum Umwandeln der Strahlungsenergie in elektrische Betriebsenergie sowie Energiespeichermittel zum Speichern der Betriebsenergie auf. Die MR-Apparatur umfasst ferner Kommunikationsmittel zum optischen bzw. drahtlosen Kommunizieren des MR-Detektors mit einer Auswerte- bzw. Steuereinheit der MR-Apparatur.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße MR-Apparatur für bildgebende Verfahren mit einer zu untersuchenden Person, an der mehrere MR-Detektoren angeordnet sind.
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2 einen MR-Detektor mit einer Antenne zur energetischen Nutzung von Strahlungsenergie;
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3 einen MR-Detektor, der über optische Kommunikationsmittel mit einer einer Auswerte- bzw. Steuereinheit der MR-Apparatur zugeordneten Sende- und Empfangseinheit kommuniziert,
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4 einen zu der 3 ähnlichen MR-Detektor, der optisch über einen Lichtwellenleiter mit einer einer Auswerte- bzw. Steuereinheit der MR-Apparatur zugeordneten Sende- und Empfangseinheit kommuniziert;
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5 eine erfindungsgemäße MR-Apparatur für spektroskopische Untersuchungen, bei der eine Mehrzahl von MR-Detektoren auf einer gemeinsamen Halteplatte angeordnet sind, und
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6 eine Detaildarstellung eines einzelnen in der 5 gezeigten MR-Detektors mit einem Probehalter für das bzw. die zu untersuchenden Messobjekte.
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In der 1 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Magnetresonanz-(MR-)Apparatur für die Anfertigung von Schnittbildern am menschlichen Körper gezeigt.
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Die MR-Apparatur 10 weist ein in der Fig. aus Darstellungsgründen gebrochen dargestelltes Spulensystem 12 mit einem supraleitenden Feldmagneten 14 auf. Der Feldmagnet 14 dient zur Erzeugung eines homogenen Magnetfelds (sog. B0-Feld) innerhalb eines durch das Spulensystem umfangsseitig begrenzten röhrenförmigen Messvolumens 16.
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Das Spulensystem 12 umfasst weiterhin sogenannte Shim-Spulen 18 zum Kompensieren von Feldstörungen des homogenen B0-Magnetfelds, wie diese beispielsweise durch ein zu untersuchendes Messobjekt, aber auch durch einzelne Komponenten der MR-Apparatur 10 verursacht werden können.
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Gradientenspulen 20 dienen dem Anlegen eines ortsabhängigen Magnetfelds, während eine als Hochfrequenz-(HF-)Körperspule ausgebildete Einrichtung 22 zur elektromagnetischen Anregung eines innerhalb des Messvolumens 16 angeordneten Messobjekts 24, hier einer Person, vorgesehen ist.
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Am Kopf und im Bereich des Brustkorbs der Person sind mehrere MR-Detektoren 26 angeordnet. Die MR-Detektoren 26 sind vorliegend als reine Empfangseinheiten ausgebildet und dienen dem Detektieren von kernmagnetischen Resonanzsignalen, die von dem interessierenden Volumen, d. h. denjenigen Körperstrukturen der Person, die im Schnittbildverfahren zu untersuchen sind, in Antwort auf eine elektromagnetische Anregung mittels der HF-Körperspule 22 emittiert werden. Die MR-Detektoren 26 können je nach medizinischer Fragestellung in unterschiedlicher Anzahl und an beliebigen Körperregionen einer Person angeordnet sein. Selbst eine Anordnung innerhalb des menschlichen Körpers ist möglich.
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Die MR-Detektoren 26 werden erfindungsgemäß drahtlos, d. h. über eine elektromagnetische Strahlung mit einer für deren Betrieb erforderlichen Energie versorgt. Stromkabel zur Energieversorgung der MR-Detektoren 26 sind demzufolge nicht vorhanden.
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Die MR-Apparatur 10 weist zur Energieversorgung der MR-Detektoren eine Energieversorgungseinrichtung auf, die eine von einer Steuereinheit 28 steuerbare Strahlungsquelle 30 umfasst, welche zur Abgabe einer elektromagnetischen. Strahlung mit definierter Strahlungsenergie eingerichtet ist. Die Strahlungsquelle 30 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als separate Komponente der MR-Apparatur ausgebildet und dabei außerhalb des homogenen B0-Magnetfelds der MR-Apparatur 10 angeordnet. Nach einem in der Zeichnung nicht näher wiedergegebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Strahlungsquelle 30 aber auch innerhalb des homogenen Magnetfelds angeordnet sein bzw. durch die Gradientenspulen 20 oder auch die HF-Körperspule der MR-Apparatur 10 gebildet sein.
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In der 2 ist einer der in der 1 gezeigten MR-Detektoren näher wiedergegeben. Der MR-Detektor 26 verfügt zur energetischen Nutzung der von der Strahlungsquelle 30 emittierten elektromagnetischen Strahlung über eine insgesamt mit 32 bezeichnete Energiewandlereinheit, mittels derer die elektromagnetische Strahlungsenergie in eine elektrische Betriebsenergie umwandelbar ist. Die Energiewandlereinheit 32 umfasst eine Antenne 34 zum Empfangen der von der Strahlungsquelle emittierten elektromagnetischen Strahlung, welche vorliegend eine Hochfrequenzstrahlung ist.
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Energiespeichermittel 36 dienen einer Speicherung der so gewonnenen elektrischen Betriebsenergie. Eine Energiesteuereinrichtung 38 dient zur Überwachung sowie zur definierten Verteilung und Nutzung der Betriebsenergie während jeweiliger Betriebsphasen des MR-Detektors 26.
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Die Antenne 34 ist sowohl zur Energiegewinnung, d. h. zum Empfang der von der Strahlungsquelle 30 abgegebenen HF-Strahlung, als auch zum Empfang von Kernresonanzsignalen sowie als Kommunikationsantenne zur drahtlosen Kommunikation des MR-Detektors 26 mit einer Auswerte- oder Steuereinheit der MR-Apparatur einsetzbar.
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Die Antenne 34 ist diesbezüglich über einen von einer Steuereinrichtung 40 steuerbaren ersten Schalter 42 mit den Energiespeichermitteln 36 oder aber mit einem rauscharmen Verstärker 44 verbindbar, der eingerichtet ist, mit der als Detektionsspule geschalteten Antenne 34 empfangene Kernresonanzsignale zu verstärken. Die solchermaßen aufgenommenen Kernresonanzsignale sind über eine Datenmanagementeinheit 46 als MR-Daten in einer Speichereinheit 48 für Messdaten speicherbar und bei Bedarf auslesbar. Die Speichereinheit 48 weist vorliegend eine dem MR-Detektor entnehmbare und zusätzlich separat auslesbare SD Memory Card auf. Nach der Erfindung kann die Speichereinheit 48 jedoch auch andere, vorzugsweise elektronische Speichermedien, wie beispielsweise einen sogenannten Flash-Speicher, aufweisen.
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Ein ebenfalls von dem Steuereinrichtung 40 gesteuerter zweiter Schalter 50 ist eingerichtet, die Antenne 34 zwischen einem Betrieb zum Empfang der kernmagnetischen Resonanzsignale und einem Betrieb zur Datenkommunikation des MR-Detektors 26 mit einer Sende- und Empfangseinheit 52 zu schalten, die vorliegend die Strahlungsquelle 30 umfasst und einer Auswerteeinheit 54 zum Auswerten der MR-Daten bzw. der Steuereinheit 28 der MR-Apparatur 10 zugeordnet ist (1). Bei letzterem Schaltzustand der Antenne 34 ist diese mit einem Sende- und Empfangsmodul 56 der Steuereinrichtung 40 des MR-Detektors 26 verbunden.
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Die beiden Schalter 42, 50 schützen den Verstärker 44 vor Überspannungen, wie diese bei einem Empfang von HF-Pulsen der Strahlungsquelle 30 bzw. mit HF-Pulsen der HF-Körperspule 22 einhergehen können, indem sie die Detektionsantenne während des Empfangs der jeweiligen HF-Pulse von dem Verstärker 44 trennen.
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Die Energieversorgung des MR-Detektors 26 bzw. der MR-Detektoren 26 kann auch mittels Licht erfolgen. Der MR-Detektor 26 weist dann in nicht näher wiedergegebener Weise ein photoelektrisches Bauelement, wie beispielsweise eine photovoltaische Zelle oder eine Photodiode, zum direkten Umwandeln des eingestrahlten Lichts in elektrische Energie auf. Die so gewonnene Energie wird in zu vorstehend erläutertem Ausführungsbeispiel entsprechender Weise gespeichert.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Datenkommunikation zwischen dem MR-Detektor 26 und der Auswerteeinheit 54 bzw. der Steuereinheit 28 der MR-Apparatur 10 auch optisch über eine Freistrahlverbindung erfolgen. Wie aus der 3 näher hervorgeht, weist das Sende- und Empfangsmodul 56 des MR-Detektors 26 in diesem Fall erste optische Kommunikationsmittel 58 auf, die eingerichtet sind, mittels Lichtsignalen mit dazu entsprechend ausgebildeten zweiten optischen Kommunikationsmitteln 60 zu kommunizieren, welche kabelgebunden mit der Sende- und Empfangseinheit 52 der Auswerte- bzw. Steuereinheit 54, 28 verbunden sind (vgl. 1). Als weitere Kommunikationsmittel sind jeweilig Linsensysteme 62 vorgesehen, mittels derer eine Bündelung und gerichtete Abstrahlung der Lichtsignale ermöglicht ist. Die ersten und zweiten Kommunikationsmittel können zum Empfangen von Daten eine Photodiode oder eine Solarzelle und zum Senden von Daten eine LED umfassen.
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Die in der 4 wiedergegebene Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der im Zusammenhang mit der 3 erläuterten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass zur optischen Datenkommunikation des MR-Detektors 26 mit der Sende- und Empfangseinheit 52 der Auswerte- bzw. Steuereinheit 56, 28 ein Lichtwellenleiter 64 vorgesehen ist. Der Lichtwellenleiter 64 kann dabei aus Glasfasern, polymeren optischen Fasern oder auch aus einer Kombination von Glas und polymeren optischen Werkstoffen gefertigt sein.
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In der 5 ist eine MR-Apparatur 10' für den Einsatz bei spektroskopischen Untersuchungen stark schematisiert wiedergegeben. Eine Mehrzahl von MR-Detektoren 26' (MR-Detektor Array) sind bei dieser Ausführungsform an einer gemeinsamen Halteeinrichtung 70 angeordnet. Die MR-Detektoren sind in einer zu den vorstehenden Ausführungen entsprechenden Weise ausgebildet und weisen, wie aus der Darstellung der 6 näher hervorgeht, jeweils einen Probenhalter 72 für die Halterung bzw. Aufnahme eines bzw. mehrerer Messobjekte, wie beispielsweise einen Analyten oder Mikroorgansimen, auf. Der Probenhalter 72 wird von der Antenne 34 umgriffen, so dass emittierte kernmagnetische Resonanzsignale von der als Detektionsspule schaltbaren Antenne 34' aus nächster Nähe aufgenommen werden können.
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Die MR-Detektoren 26, 26' können erfindungsgemäß auch als kombinierte Transmissions-Empfängereinheiten ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird die grundsätzliche erfindungsgemäße Funktionsweise der MR-Apparatur 10; 10' anhand der 1 und 2 näher erläutert: Zur Energieversorgung der MR-Detektoren 26 werden mittels der Strahlungsquelle 30 elektromagnetische Strahlungspulse emittiert.
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Die Antenne 34 empfängt die Strahlungspulse und leitet die elektrische Energie über den ersten Schalter 42 über die Energiesteuereinrichtung 38 zu den Energiespeichermitteln 36, in der diese als elektrische Betriebsenergie gespeichert wird. Gleichzeitig wird der Eingang des rauscharmen Verstärkers 44 des MR-Detektors 26 vor dem Strahlungspuls geschützt.
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In einer zweiten Phase erfolgt die eigentliche Messung von Kernresonanzsignalen. Zunächst wird das Messobjekt bzw. der im interessierenden Volumen des Messobjekts liegende Bereich des Messobjekts 24 durch einen mittels der HF-Körperspule 22 generierten HF-Puls angeregt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Verstärker 44 noch durch die Position des ersten Schalters vor dem HF-Puls geschützt.
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Während einer Empfangsphase des MR-Detektors 26 werden der erste Schalter 42 und der zweite Schalter 50 von der Steuereinrichtung 40 des MR-Detektors 26 umgelegt. Dadurch ist die Antenne 34 nunmehr als Detektionsspule für den Empfang von kernmagnetischen Resonanzsignalen, die von dem Messobjekt in Antwort auf die elektromagnetische Anregung emittiert werden, geschaltet. Die so empfangenen Resonanzsignale werden dem rauscharmen Verstärker 44 zugeführt und über die Datenmanagementeinheit 46 in der herausnehmbaren Speichereinheit 48 als MR-Daten aufgezeichnet.
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In einer Datenübermittlungsphase des MR-Detektors 26 wird durch den zweiten Schalter 50 die Antenne (bzw. die optische Einheit) mit der herausnehmbaren Speichereinheit 48 verbunden und die in der Speichereinheit aufgezeichneten MR-Daten an die Sende- und Empfangseinheit 52 der Auswerteeinheit 56 funkübertragen. Die MR-Daten werden in der Auswerteeinheit ausgewertet und softwaregestützt über ein Anzeigeelement, etwa einen Bildschirm, in Form von Schnittbildern bzw. 3D-Rekonstruktionen der untersuchten Körperregion ausgegeben. Die MR-Daten können alternativ auch mittels eines in der Zeichnung nicht näher wiedergegebenen Auslesegeräts aus der, vorzugsweise zuvor dem MR-Detektor 26 entnommenen, Speichereinheit 48 ausgelesen und an einer (beliebigen) Auswerteeinheit ausgewertet bzw. weiterverarbeitet werden.
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Die vorstehend erläuterten Betriebsphasen des MR-Detektors 26 können nach einer Ausführungsform der Erfindung auch zeitgleich erfolgen, so dass sich der MR-Detektor 26 beispielsweise während der HF-Anregung des Messobjekts 24 mit Energie versorgt, oder dass die aufgenommenen MR-Daten während der Energieaufnahme simultan an die Sende- und Empfangseinheit 52 gesendet werden. Die Schalter 42, 50 können beispielsweise in Abhängigkeit von über die Strahlungsquelle eingestrahlten Steuerpulsen bzw. in Abhängigkeit von einem mit der Energiesteuereinrichtung 38 erfassten Ladezustand der Energiespeichermittel 36 von der Steuereinrichtung 40 gesteuert werden.
