DE102010040260B4 - Lokalspule mit einer Verstimmeinreichtung - Google Patents

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Abstract

Lokalspule (106) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), die folgendes aufweist: – einen Vorverstärker (50) zur Verstärkung eines durch die Lokalspule (106) von einem Untersuchungsobjekt (105, K) in einer Empfangsphase der Lokalspule (106) empfangenen Signals (E), – eine Verstimmungseinrichtung (6, 13, 40) zur Verstimmung der Lokalspule (106) in einer Sendephase der Lokalspule (106), und – eine Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) zur Spannungsversorgung des Vorverstärkers (50), wobei durch die Verstimmeinrichtung (6, 13, 40) die Lokalspule während einer Sendephase der Lokalspule für einen Empfang von Signalen (E) vom Untersuchungsobjekt (105) verstimmt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung für ein Magnetresonanztomographie-System.
  • Magnetresonanzgeräte zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus DE 103 14 215 B4 bekannt.
  • In der MR-Tomographie werden Signale mit sogenannten Lokalspulen (Loops, local coils) aufgenommen. Dabei induzieren angeregte Kerne eines Untersuchungsobjektes (z. B. eines Patienten) über von ihnen ausgesandte Strahlung in einer die Strahlung empfangenden Antenne einer Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA) verstärkt und schließlich kabelgebunden an eine Empfangselektronik eines MRT weitergeleitet wird.
  • Komponenten einer Lokalspule sind z. B. ein Vorverstärker und eine Einrichtung zur aktiven Verstimmung einer Antenne der Lokalspule während der Sendephase der Lokalspule. Eine aktive Verstimmung einer Lokalspule erfolgt z. B. mittels einer PIN Diode und einer Lamda/4 (= λ/4) Leitung im Resonanzkreis einer Lokalspule. Eine Versorgungsspannung für einen Vorverstärker kann z. B. lokal von einer Batterie seitens der Lokalspule erzeugt werden oder über eine oder zwei getrennte Leitungen der Lokalspule zugeführt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine MRT-Lokalspule zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
  • 1 schematisch eine erfindungsgemäße Lokalspule,
  • 2 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Lokalspule,
  • 3 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Lokalspule,
  • 4 schematisch ein MRT-System.
  • 4 zeigt (in einem mit einem Faraday-Käfig F isolierten Raum) ein bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einer Ganzkörperspule 102 mit einer röhrenförmigen oder seitlich offenen (einen Untersuchungsbereich FoV des MRT 101 z. B. oben und unten mit einer Gehäuse-Wand MRT 101 umgebenden) Untersuchungsobjektaufnahmeöffnung 103, in welche (103) eine Patientenliege 104 mit einem Untersuchungsobjekt 105 wie z. B. einem Patienten in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um Aufnahmen des Patienten 105 zu generieren. Auf dem Patienten 105 ist hier eine Lokalspulenanordnung 106 aufgelegt, mit welcher (wenn zumindest ein Teil des Patienten 105 in Richtung z bis in das FoV (field of view) geschoben ist), von einem lokalen Bereich (z. B. des Kopfes K) des Patienten Aufnahmen gemacht werden können. Empfangene Signale können von der Lokalspulenanordnung 106 z. B. über Koaxialkabel oder per Funk (Antenne 67) etc. an eine Komponente 67, 66, 15, 17 des MRT 101 übermittelt und bearbeitet (z. B. mit einer Auswerteeinrichtung in Bilder umgesetzt und/oder gespeichert und/oder angezeigt) werden.
  • Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 101 einen Körper 105 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper 105 eingestrahlt. Ein starker Magnet, oft ein Kryomagnet 107 in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 3, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B0, das z. B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper 105 wird auf einer Patientenliege 104 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV („field of view”) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers 105 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Körperspule 108a, b, c sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. über eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse werden z. B. von einer Pulserzeugungseinheit 109 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 111 werden sie zur Hochfrequenzantenne 108a, b, c geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Oft werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 109, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 108a, b, c in einem Magnet-Resonanz-Gerät 101 eingesetzt.
  • Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 101 über Gradientenspulen 12x, 12y, 12z, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 12x, 12y, 12z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 14 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
  • Die von den angeregten Kernspins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 108a, 108b, 108c und/oder mindestens einer Lokalspulenanordnung 106 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 16 verstärkt und von einer Empfangseinheit 17 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
  • Für eine Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule 108a, b, c, oder einer Lokalspule wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 18 geregelt.
  • Eine Bildverarbeitungseinheit 19 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 21 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 22 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
  • In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulenanordnungen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) oder in dem Körper angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (z. B. LNA, Preamp) verstärkt und schließlich an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal-/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5 T oder 3 T und mehr). Da an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger eine Schaltmatrix (z. B. RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist die, die gerade im Field of View des Magneten liegen) auf die vorhandenen Empfänger. Dadurch ist es möglich, mehr Spulenelemente anzuschließen, als Empfänger vorhanden sind, da bei einer Ganzkörperabdeckung nur die Spulen ausgelesen werden müssen, die sich im FoV (Field of View) bzw. im Homogenitätsvolumen des Magneten befinden.
  • Ein Lokalspulensystem 106 kann z. B. ein oder (als Array-Spule) mehrere Antennenelemente (insb. Spulenelemente) umfassen. Ein Lokalspulensystem 106 umfasst z. B. Spulenelemente, einen Vorverstärker, weitere Elektronik, ein Gehäuse, Auflagen und eine Funkverbindung oder ein Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger 68 filtert und digitalisiert von einer Lokalspule 106 z. B. per Funk oder Kabel empfangene Signale und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und einem Nutzer z. B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn und/oder zur Speicherung zur Verfügung stellt.
  • Im Folgenden werden in 1–3 dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
  • Eine Magnetresonanztomographie-Lokalspule 106 eines Magnetresonanztomographiesystems 101 ist über eine Leitung 2 (z. B. ein Koaxialkabel etc) an eine Empfangseinrichtung und/oder Auswerteeinrichtung (1, 67, 66, 15, 17 usw.) eines Magnetresonanztomographiesystems 101 angeschlossen.
  • Von einer Antenne 5 (oder bei einem Lokalspulen-Array von mehreren Antennen) der Lokalspule 106 werden von einem (in 3 erheblich verkleinert dargestellten) Untersuchungsobjekt (z. B. Patienten) 105 ausgesendete (hochfrequente) Signale E in einer Empfangsphase (Phase in der die Spule empfangen soll) empfangen, mit (mindestens) einem Vorverstärker 50 in oder an der Lokalspule 106 verstärkt und über die Leitung 2 an eine Einrichtung (1, 67, 66, 15, 17 usw.) eines Magnetresonanztomographiesystems 101 übertragen.
  • An eine Verstimmeinrichtung 6, 13, 40 auf der Lokalspule 106 werden hier während die Lokalspule 106 (z. B. Hochfrequenz-Anregungssignale und/oder Gradientensignale etc) in einer Sendephase sendet über die Leitung 2 von einer Signal-Quelle 1 (bzw. Nr. 17 in 4) gesendete Signale S übertragen, die (S) dazu führen, dass die Verstimmeinrichtung (6, 13, 40 etc) die Lokalspule (während die Lokalspule sendet) für einen Empfang von Signalen E vom Untersuchungsobjekt 105 verstimmt, so dass also dieser Empfang von Signalen E vom Untersuchungsobjekt 105 weitgehend unterdrückt ist.
  • Während die Lokalspule 106 Signale E von (Atomkernen in) einem Untersuchungsobjekt 105 in einer Empfangsphase empfangen soll werden die (positiven) Signale S aber nicht an eine Verstimmeinrichtung auf der Lokalspule 106 übertragen oder es werden Signale S mit negativer (umgekehrter) Spannung (Vorspannung) übertragen (so dass z. B. PIN-Dioden 6 von einem durchlassenden in einen sperrenden Zustand schalten), so dass die Lokalspule 106 in ihrer Empfangsphase nicht verstimmt ist und die Signale E vom Untersuchungsobjekt 105 empfängt (und an das MRT 101 zur Auswertung überträgt).
  • Die aktive Verstimmung einer Lokalspule erfolgt z. B. mittels einer oder mehreren PIN-Diode(n) 6 und einer Lamda/4-Leitung im Resonanzkreis der Antenne(n) 5 der Lokalspule (106) (und ggf. einem oder mehreren Kondensatoren C). Eine PIN-Diode 6 wird mit einer negativen Vorspannung von im Empfangsfall z. B. ca. 10–15 V und mit einer positiven Spannung von im Sendefall z. B. ca. 10 V angesteuert. Der oder die Vorverstärker 50 werden mit einer Gleichspannung von z. B. ca. 6–10 V versorgt. Versorgungsspannungen (des Vorverstärkers 50 und der Verstimmeinrichtungs-PIN-Dioden 6) werden z. B. lokal von einer Batterie seitens der Lokalspule 105 erzeugt oder können mit dem Signal S über zwei getrennte Leitungen oder wie dargestellt gemeinsam mit dem Signal S über eine Leitung 2 der Lokalspule 106 zugeführt werden.
  • Das Steuersignal der PIN-Diode soll hier zur Gleichspannungsversorgung des Vorverstärkers 50 verwendet werden.
  • Dies kann hier auch in der Sendephase der Lokalspule erfolgen (also in einer Phase in der die Verstimmeinrichtung 6, 13, 40 der Lokalspule 106 die Lokalspule verstimmt) also wenn der Vorverstärkers 50 eigentlich keine Empfangssignale E vom Untersuchungsobjekt verstärken muss, so dass der Vorverstärker während der Empfangs- und Sendephase immer mit einer konstanten Spannung versorgt wird (und im Leerlauf läuft) – so dass er in der Empfangsphase nicht erst wie in der DE 10 2004 038 849 A1 thermisch oder elektrisch einschwingen muss und zumindest etwas schneller optimiert arbeiten könnte. Am Vorverstärker 50 (bzw. dessen Spannungs-Versorgungseingang) liegt hier das der Verstimmeinrichtung 6 zugeführte, mit der Gleichrichtungseinrichtung 3, 30 gleichgerichtete (Steuer-)Signal S von einem Ausgang AU+ einer Gleichrichtungseinrichtung 3, 30 direkt (über eine Leitung) oder (ggf. auch spannungs-geteilt oder anders verändert) über zwischengeschaltete Schaltungs-Elemente an (mindestens) einem Spannungsversorgungseingang UV+ des Vorverstärkers 50 an.
  • In 1 wird durch eine Gleichrichtung mittels einer Brückenschaltung 30 das Steuersignal S für die PIN-Dioden 6 zu einer positiven Gleich-Spannung für eine kontinuierliche Spannungsversorgung des Vorverstärkers 50 umgeformt.
  • Der Vorverstärker kann im 'Steady State' betrieben werden und muss dann kein thermisches oder elektrisches Einschwingverhalten aufweisen.
  • Die HF-Drossel-Spulen 10 und ein Kondensator 11 (als Trennvorrichtung) trennen hier z. B. das niederfrequente Steuersignal S für die Verstimmeinrichtungs-PIN-Dioden 6 vom hochfrequenten Nutzsignal E, das die Lokalspule 106 über ihre (eine oder bei einem Array mehreren) Antenne(n) 5 vom Untersuchungsobjekt 106 empfängt und (mit 50) verstärkt über die Leitung 2 an ein MRT überträgt, und/oder von einem Sendesignal.
  • Das Steuersignal S gelangt z. B. über einen Vorwiderstand 6 V (in 2) oder über eine Stromquelle 9 (in 3) an die PIN-Diode(n) 6. In einer Ausführungsform stellt sich der Strom für die PIN-Diode(n) 6 über den Spannungsabfall an einem Widerstand 6 V (2) ein, in einer weiteren Ausführungsform wird der Strom PIN-Diode(n) 6 genau durch eine Stromquelle 9 definiert (3).
  • Eine PIN-Diode 6 kann sich, wie in der 1, direkt am Eingang eines Vorverstärkers 50 befinden, und/oder z. B. irgendwo im Resonanzkreis der Antenne, wie in der Ausführungsform in der 3.
  • In der 1 ist in einer Tuning- und Verstimmschaltung 40 eine Verstimmeinrichtung und eine Abstimmeinrichtung (zur Abstimmung der Antenne 5 der Lokalspule im Empfangsfall) verbunden oder kombiniert vorgesehen.
  • In der 3 sind eine Verstimmeinrichtung 13 (mit einer Verstimmspule 4 und einer PIN-Diode 6) und eine Anpassungseinrichtung 12 (= Tuningeinrichtung, Abstimmeinrichtung) voneinander getrennt ausgeführt.
  • Parallel zur Beaufschlagung einer Verstimmeinrichtung mit dem Signal S wird das Steuersignal auch über ein Diodennetzwerk (z. B. eine sog. Brückenschaltung 30) an den Vorverstärker 50 zu dessen Spannungsversorgung an dessen einen Spannungsversorgungseingang geführt. Die Dioden 3 schalten die Polarität des (wegen abwechselnder Sendephase und Empfangsphase) alternierenden Steuersignals immer in eine kontinuierliche positive Versorgungsspannung für den Vorverstärker 50. Der Vorverstärker 50 wird somit während der Empfangs- und Sendephase immer mit einer konstanten Spannung versorgt – so dass er also auch (leer-) läuft wenn er in der Sendephase gerade eigentlich gar nicht zur Verstärkung benötigt wird und deshalb nicht einschwingen muss.
  • Ein Eingang EG der Gleichrichtungseinrichtung 3, 30 kann z. B. mit einem Anschluss AS (z. B. Steckdose oder Stecker etc) für eine Leitung 2 über die die Lokalspule mit einem Magnetresonanztomographiesystem 17, 101 verbindbar ist, verbunden sein.
  • Bei Bedarf kann die (durch Beaufschlagung mit dem Signal S gelieferte) Spannung mit Zehnerdioden 7, 8 an die benötigte Versorgungsspannung des Vorverstärkers 50 angepasst werden.

Claims (18)

  1. Lokalspule (106) für ein Magnetresonanztomographiesystem (101), die folgendes aufweist: – einen Vorverstärker (50) zur Verstärkung eines durch die Lokalspule (106) von einem Untersuchungsobjekt (105, K) in einer Empfangsphase der Lokalspule (106) empfangenen Signals (E), – eine Verstimmungseinrichtung (6, 13, 40) zur Verstimmung der Lokalspule (106) in einer Sendephase der Lokalspule (106), und – eine Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) zur Spannungsversorgung des Vorverstärkers (50), wobei durch die Verstimmeinrichtung (6, 13, 40) die Lokalspule während einer Sendephase der Lokalspule für einen Empfang von Signalen (E) vom Untersuchungsobjekt (105) verstimmt ist.
  2. Lokalspule nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) für den Vorverstärker (50) eine Brückenschaltung (30) umfasst.
  3. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannung des der Verstimmeinrichtung (6) zugeführten Signals (S) mit Zehnerdioden (7, 8) verändert wird, insbesondere auf eine vom Vorverstärker (50) benötigte Versorgungsspannung verändert wird.
  4. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gleichspannungsweiche (20) vorgesehen ist, über welche das Verstimmungseinrichtungs-Ansteuerungs-Signal (S) als Gleichspannung an einer Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) und an einer Verstimmeinrichtung (6, 40) anliegt und über welche ein durch den Vorverstärker (50) verstärktes Empfangssignal (E) einer Antenne (5) an einer Leitung (2) zu einem Magnetresonanztomographiesystem (101) anliegt.
  5. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) für den Vorverstärker (50) ein auch an der Verstimmeinrichtung (6, 13, 40) anliegendes Signal (S) sowohl in einer Empfangsphase der Lokalspule (106) als auch in einer Sendephase der Lokalspule (106) anliegt.
  6. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Vorverstärker (50) in einem „Steady State” Modus betrieben wird.
  7. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) ausgangsseitig zur Stromversorgung und/oder Spannungsversorgung des Verstärkers (50) an einem Stromversorgungs- und/oder Spannungsversorgungs-Eingang des Verstärkers (50) angeschlossen ist.
  8. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem Eingang (EG) der Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) ein auch an einem Eingang der Verstimmeinrichtung (6, 13, 40) anliegendes Signal (S) anliegt.
  9. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Trenneinrichtung, insbesondere eine Trenneinrichtung mit einer Spule (10) und einem Kondensator (11), für eine Trennung eines niederfrequenten, der Verstimmeinrichtung (6) zugeführten Steuersignals (S) von einem hochfrequenten, durch die Lokalspule (106) von einem Untersuchungsobjekt (105) empfangenen Empfangssignal (E) vorgesehen ist.
  10. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstimmungseinrichtung (6) eine oder mehrere PIN-Dioden (6) umfasst.
  11. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem Anschluss (AS) der Lokalspule eine Leitung (2) zu einer Signalquelle (1) für ein der Verstimmeinrichtung (6) zugeführtes Signal (S) anschließbar ist.
  12. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das der Verstimmeinrichtung (6, 13) zugeführte Signal (S) ein Steuersignal ist, dass die Verstimmeinrichtung dazu ansteuert, die Lokalspule während einer Sendephase der Lokalspule für den Empfang (E) zu verstimmen.
  13. Lokalspule nach Anspruch 12, wobei das Steuersignal über einen Vorwiderstand an der Verstimmeinrichtung (6, 13) anliegt.
  14. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, wobei das Steuersignal über eine Stromquelle (9) an der Verstimmeinrichtung (6, 13) anliegt.
  15. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Pin-Diode (6) sich am Eingang des Vorverstärkers (50) befindet.
  16. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Pin-Diode (6) sich im Resonanzkreis mindestens einer Antenne (5) der Lokalspule (106) befindet.
  17. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ausgang (AU+) einer Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) mit einem Spannungsversorgungseingang (UV+) des Vorverstärkers (50) verbunden ist, und wobei ein weiterer Ausgang (AU–) einer Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) mit einem weiteren Spannungsversorgungseingang (UV–) des Vorverstärkers (50) verbunden ist.
  18. Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Eingang (EG) der Gleichrichtungseinrichtung (3, 30) mit einem Anschluss (AS) für eine Leitung (2), über die die Lokalspule mit einem Magnetresonanztomographiesystem (101) verbindbar ist, direkt oder über ein zwischengeschaltetes Element verbunden ist.
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