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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung für ein Gelenk eines Menschen,
- – wobei die Aufnahmeeinrichtung aus einem HF-transparenten Material besteht,
- – wobei die Aufnahmeeinrichtung ein Basiselement aufweist, das an einer Patientenliege einer Magnetresonanzanlage befestigbar ist,
- – wobei die Aufnahmeeinrichtung ein Lagerungselement aufweist, in dem im an der Patientenliege befestigten Zustand des Basiselements ein Gelenkbereich einer Extremität des Menschen lagerbar ist,
- – wobei das Lagerungselement und das Basiselement über eine Führungsstruktur derart miteinander beweglich verbunden sind, dass das Lagerungselement im an der Patientenliege befestigten Zustand des Basiselements relativ zum Basiselement in einer Mehrzahl von definierten Lagen positionierbar ist,
- – wobei die Führungsstruktur als fünf Freiheitsgrade beschränkende Führungsstruktur ausgebildet ist, so dass eine Positionierung des Lagerungselements relativ zum Basiselement in einem der prinzipiell drei möglichen translatorischen Freiheitsgrade die Positionierung in den beiden anderen translatorischen Freiheitsgraden und in den drei rotatorischen Freiheitsgraden festlegt.
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Eine derartige Aufnahmeeinrichtung ist bekannt, siehe beispielsweise die
US 2011/0 030 698 A1 .
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In der Magnetresonanztomographie werden Bilder mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR = signal noise ratio) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulen aufgenommen. Lokalspulen sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) dem Patienten angebracht werden. Bei einer Magnetresonanzmessung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die über einen rauscharmen Vorverstärker (LNA = low noise amplifier) verstärkt und sodann – in der Regel kabelgebunden – an eine Auswertungseinrichtung weitergeleitet wird.
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Als Spule wird in der Magnetresonanztomographie in der Regel ein Antennensystem bezeichnet, das aus einem Antennenelement oder mehreren Antennenelementen besteht. Die einzelnen Antennenelemente sind meist als Loopantennen, Butterflyantennen oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Spule besteht aus den Antennenelementen, dem Vorverstärker bzw. den Vorverstärkern, weiterer Elektronik wie beispielsweise Mantelwellensperren, der Verkabelung, dem Gehäuse oder allgemein Einbettungsmaterial und meist einem Kabel mit Stecker, über den die Spule an die Auswertungseinrichtung angeschlossen wird.
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Für die Bildgebung im Bereich der Extremitäten, insbesondere der unteren Extremitäten (Knie, Fuß) eines Menschen werden heutzutage meist spezielle Spulen eingesetzt. Insbesondere für die Anforderungen der orthopädischen Bildgebungen ist es erforderlich, das entsprechende Gelenk in verschiedenen definierten Positionen anzuordnen, beispielsweise das Knie in verschiedenen Winkeln abgewinkelt, das Knie oder Fußgelenk leicht verdreht oder unter Last usw.. Diese so genannte „funktionelle Bildgebung” ist für orthopädische Untersuchungen von zunehmender Bedeutung.
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Im Stand der Technik wird oftmals die Ganzkörperspule (body coil) zum Empfang benutzt, eine flexible Empfangsspule verwendet und das Knie mit Kissen oder in freier Bewegung in verschiedene Positionen gebracht. Diese Ansätze sind sehr provisorisch und aufgrund der geringen Reproduzierbarkeit für klinische Anwendungen ungeeignet.
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Mittels der eingangs genannten Aufnahmeeinrichtung ist es bereits möglich, das Knie eines Menschen in definierte Positionen zu bringen. Die definierte Positionierbarkeit bezieht sich jedoch nur auf das betreffende Gelenk als solches. Auch mittels der genannten Aufnahmeeinrichtung ist es nicht ohne Weiteres möglich, eine definierte Positionierbarkeit auch bezüglich der Magnetresonanztomographieanlage zu erreichen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Aufnahmeeinrichtung für ein Gelenk eines Menschen zu schaffen, die eine funktionelle Bildgebung in einfacher und zuverlässiger Weise sowohl bezüglich der Positionierung des Gelenks als solchem als auch bezüglich der Positionierung in der Magnetresonanzanlage auf einfache und zuverlässige Weise unterstützt.
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Die Aufgabe wird durch eine Aufnahmeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
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Erfindungsgemäß ist bei einer Aufnahmeeinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen,
- – dass das Lagerungselement im an der Patientenliege befestigten Zustand des Basiselements relativ zum Basiselement auf eine Ruhestellung zu belastet ist und
- – dass das Lagerungselement im an der Patientenliege befestigten Zustand des Basiselements durch die Muskelkraft der Extremität des Menschen, dessen Gelenk im Lagerungselement gelagert ist, aus der Ruhestellung heraus in eine Belastungsstellung überführbar ist.
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Unabhängig davon, ob die Führungsstruktur als fünf Freiheitsgrade beschränkende Führungsstruktur ausgebildet ist oder nicht, ist es möglich, dass das Lagerungselement im an der Patientenliege befestigten Zustand des Basiselements relativ zum Basiselement manuell verstellbar ist. In diesem Fall ist es möglich, dass die definierten Lagen diskrete Lagen sind und das Lagerungselement relativ zum Basiselement in den definierten Lagen arretierbar oder einrastbar ist. Alternativ ist es möglich, dass die definierten Lagen ein Kontinuum bilden und das Lagerungselement relativ zum Basiselement in den definierten Lagen durch Verspannen festlegbar ist.
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Vorzugsweise umfasst das Überführen des Lagerungselements von einer der definierten Lagen in eine andere der definierten Lagen eine translatorische Bewegung. In diesem Fall erfolgt vorzugsweise die translatorische Bewegung ausschließlich vertikal.
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Das Lagerungselement kann alternativ als Lagerungselement für ein Knie, einen Fußknöchel, einen Ellenbogen oder ein Handgelenk des Menschen ausgebildet sein. In dem Fall, dass das Lagerungselement als Lagerungselement für ein Knie eines Menschen ausgebildet ist, sind vorzugsweise am Basiselement eine Fußauflage und/oder eine Rumpfauflage angeordnet, die bei einer vertikalen translatorischen Bewegung des Lagerungselements relativ zum Basiselement horizontal bewegt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umschließt das Lagerungselement das Gelenk des Menschen ringartig. Das Lagerungselement kann in diesem Fall insbesondere als öffenbares Lagerungselement ausgebildet sein.
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In Einzelfällen kann es sinnvoll sein, wenn die Aufnahmeeinrichtung als rein mechanische Einrichtung, also ohne Spulenelemente für die Bildgebung, ausgebildet ist. Oftmals jedoch ist in dem Lagerungselement eine Lokalspule für Magnetresonanzanwendungen angeordnet. Die Lokalspule kann, falls sie vorhanden ist, alternativ als reine Sendespule, als reine Empfangsspule oder als kombinierte Sende- und Empfangsspule ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 schematisch eine Magnetresonanzanlage,
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2 schematisch eine Patientenliege mit einer Aufnahmeeinrichtung,
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3 und 4 schematisch mögliche Ausgestaltungen eines Lagerungselements,
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5 bis 7 schematisch manuell verstellbare Aufnahmeeinrichtungen,
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8 schematisch eine Patientenliege mit einer mittels eines Antriebs verstellbaren Aufnahmeeinrichtung und
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9 und 10 schematisch eine Patientenliege mit einer federbelasteten Aufnahmeeinrichtung.
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Gemäß den 1 und 2 soll ein Mensch 1 in einer Magnetresonanzanlage 2 untersucht werden. Der Mensch 1 wird zu diesem Zweck auf einer Patientenliege 3 angeordnet. Sodann wird die Patientenliege 3 einschließlich des darauf angeordneten Menschen 1 in einen Untersuchungsbereich 4 der Magnetresonanzanlage 2 transportiert.
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Magnetresonanzuntersuchungen erfolgen zu den verschiedensten Zwecken. Im vorliegenden Fall soll ein Gelenk einer Extremität des Menschen 1 im Rahmen einer funktionellen orthopädischen Untersuchung untersucht werden. Zu diesem Zweck wird das Gelenk des Menschen 1 in einem Lagerungselement 5 einer Aufnahmeeinrichtung 6 angeordnet.
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Im Rahmen der nachfolgenden Ausführungen wird stets angenommen, dass das zu untersuchende Gelenk des Menschen 1 ein Kniegelenk ist. Dies ist jedoch nur insoweit zwingend erforderlich, als später auf eine Fußauflage 7 und/oder eine Rumpfauflage 7' der Aufnahmeeinrichtung 6 Bezug genommen wird. Soweit es auf die Fußauflage 7 und die Rumpfauflage 7' nicht ankommt, könnte es sich bei dem Gelenk des Menschen 1 alternativ zu dem Kniegelenk um einen Fußknöchel, ein Ellenbogengelenk oder ein Handgelenk handeln.
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Die Aufnahmeeinrichtung 6 weist, wie bereits erwähnt, das Lagerungselement 5 auf. In dem Lagerungselement 5 ist das Gelenk des Menschen 1 lagerbar. Das Lagerungselement 5 kann das Gelenk des Menschen 1 entsprechend der Darstellung von 2 ringförmig umschließen. Alternativ könnte das Lagerungselement 5 beispielsweise rinnenartig ausgebildet sein.
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Im Falle einer ringförmigen Ausgestaltung ist das Lagerungselement 5 vorzugsweise öffenbar. Beispielsweise kann das Lagerungselement 5 entsprechend der Darstellung von 3 auf einer Seite ein Scharnier 8 und auf der anderen Seite einen Verschluss 9 aufweisen, so dass ein Oberteil 10 des Lagerungselements 5 wie der Deckel einer Truhe von einem Unterteil 11 des Lagerungselements 5 um das Scharnier 8 aufgeklappt werden kann. Alternativ kann das Lagerungselement 5 gemäß 4 auf beiden Seiten einen Verschluss 9 aufweisen, so dass das Oberteil 10 vollständig vom Unterteil 11 abgenommen werden kann.
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Die Aufnahmeeinrichtung 6 weist weiterhin ein Basiselement 12 auf. Das Basiselement 12 ist an der Patientenliege 3 befestigbar, beispielsweise verrastbar oder steckbar. Das Basiselement 12 ist mit dem Lagerungselement 5 über eine Führungsstruktur 13 verbunden. Wie erwähnt, ist in dem Lagerungselement 5 der Aufnahmeeinrichtung 6 das Gelenk des Menschen 1 lagerbar. Die Lagerbarkeit, also das Einführen des Gelenks in das Lagerungselement 5, und auch das spätere Entnehmen des Gelenks aus dem Lagerungselement 5 sind möglich, während das Basiselement 12 an der Patientenliege 3 befestigt ist.
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Das Lagerungselement 5 ist mit dem Basiselement 12 über die Führungsstruktur 13 beweglich verbunden. Die bewegliche Verbindung ist derart, dass das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 in einer Mehrzahl von definierten Lagen positionierbar ist, und zwar während das Basiselement 12 an der Patientenliege 3 befestigt ist. Es kann also zunächst das Basiselement 12 an der Patientenliege 3 befestigt werden und danach die gewünschte definierte Lage des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 eingestellt werden. Die Verstellbarkeit des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 ist in 2 durch einen entsprechenden Doppelpfeil A angedeutet.
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Das Basiselement 12, die Führungsstruktur 13 und das Lagerungselement 5 sowie – falls vorhanden – weitere Elemente der Aufnahmeeinrichtung 6 (beispielsweise die bereits erwähnte Fußauflage 7 und die ebenfalls erwähnte Rumpfauflage 7') bestehen aus einem HF-transparenten Material, beispielsweise aus einem Kunststoff. Im Ergebnis besteht somit die gesamte Aufnahmeeinrichtung 6 aus einem HF-transparenten Material, damit sie die Magnetresonanz-Datenerfassung nicht negativ beeinflusst.
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Es ist möglich, dass das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 – und zwar im an der Patientenliege 3 befestigten Zustand des Basiselements 12 – manuell verstellbar ist. In diesem Fall können beispielsweise die definierten Lagen ein Kontinuum bilden und das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 in den definierten Lagen durch Verspannen festlegbar sein. Beispielsweise kann das Lagerungselement 5 mit dem Basiselement 12 gemäß 5 über eine Stange 14 verbunden sein, die in einer Führung 15 verschiebbar gelagert ist. Die Stange 14 kann in diesem Fall beispielsweise mittels eines Spannelements 16 festlegbar sein. Das Spannelement 16 ist vorzugsweise als werkzeugfrei betätigbares Spannelement 16 ausgebildet, beispielsweise als exzentrisch gelagerter Spannhebel. Die Stange 14 und die Führung 15 sind bei der Ausgestaltung gemäß 5 Teile der Führungsstruktur 13.
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Alternativ können im Falle einer manuellen Verstellbarkeit die definierten Lagen diskrete Lagen sein. In diesem Fall kann das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 gemäß 6 in den definierten Lagen beispielsweise arretierbar sein, beispielsweise mittels eines Haltestifts 17, der entfernt werden muss, um das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 bewegen zu können. Alternativ zu einer Arretierbarkeit kann das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 gemäß 7 beispielsweise jeweils einrasten, wenn es eine der definierten Lagen erreicht. Der Unterschied zum Arretieren gemäß 6 besteht darin, dass das Lagerungselement 5 durch Ausüben einer hinreichend hohen Kraft aus der jeweiligen definierten Lage herausbewegt werden kann, ohne ein das Einrasten realisierendes Rastelement 18 zuvor manuell lösen zu müssen. Auch im Falle der 6 und 7 ist das Bewegen des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 möglich, während das Basiselement 12 an der Patientenliege 3 befestigt ist.
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Es sind auch Mischformen denkbar. Beispielsweise kann ein Ausfahren des Lagerungselements 5 nach oben (also gegen die Gewichtskraft) ohne vorheriges Lösen eines Rastmechanismus möglich sein, während ein Einfahren des Lagerungselements 5 nur mit Lösen eines Rastmechanismus möglich ist.
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Das Überführen des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 von einer der definierten Lagen in eine andere der definierten Lagen umfasst gemäß 2 eine translatorische Bewegung. Soweit es die translatorische Bewegung des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 betrifft, weist die translatorische Bewegung des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 vorzugsweise nur einen einzigen Freiheitsgrad auf. Der entsprechende Freiheitsgrad kann gemäß der Darstellung der 2 insbesondere ausschließlich vertikal gerichtet sein, die entsprechende Bewegung also ausschließlich vertikal erfolgen.
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Im Falle einer manuellen Verstellbarkeit können zusätzlich zu einem translatorischen Freiheitsgrad (mag dieser ausschließlich vertikal gerichtet sein oder auch nicht) bis zu drei weitere rotatorische Freiheitsgrade, d. h. ein Verdrehen des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12, möglich sein. Alternativ kann die Führungsstruktur 13 als fünf Freiheitsgrade beschränkende Führungsstruktur 13 ausgebildet sein, so dass für die Bewegung des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 nur ein einziger Freiheitsgrad verbleibt, insbesondere die bereits erwähnte ausschließlich vertikale translatorische Bewegung.
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Alternativ zu einer manuellen Verstellbarkeit ist es gemäß 8 möglich, dass die Aufnahmeeinrichtung 6 einen Antrieb 19 aufweist, mittels dessen das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 verstellbar ist. In Verbindung mit der Verstellbarkeit über den Antrieb 19 ist die Führungsstruktur 13 sinnvollerweise derart ausgebildet, dass sie nur einen einzigen Freiheitsgrad zulässt, insbesondere das bereits erwähnte ausschließlich vertikale translatorische Verstellen des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12. Auch in Verbindung mit 8 ist die Verstellbarkeit gegeben, während das Basiselement 12 an der Patientenliege 3 befestigt ist.
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Der Antrieb 19 kann nach Bedarf ausgebildet sein. Beispielsweise kann er als pneumatischer Antrieb oder als aufblasbares Kissen ausgebildet sein.
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Eine Alternative zu einer Verstellbarkeit des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 mittels eines Antriebs 19 besteht gemäß 9 darin, dass das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 im an der Patientenliege 3 befestigten Zustand des Basiselements 12 auf eine Ruhestellung zu belastet ist. Beispielsweise kann, wie in 9 dargestellt, zu diesem Zweck eine Federeinrichtung 20 vorhanden sein. Alternativ kann beispielsweise über einen Seilzug ein Belastungsgewicht die entsprechende Belastung auf die Ruhestellung zu bewirken.
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In dem Fall, dass das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 auf eine Ruhestellung zu belastet ist, ist das Lagerungselement 5 gemäß 10 relativ zum Basiselement 12 durch die Muskelkraft der entsprechenden Extremität des Menschen 1, dessen Gelenk in der Aufnahmeeinrichtung 6 (genauer: dem Lagerungselement 5) gelagert ist, aus der Ruhestellung heraus in eine Belastungsstellung überführbar.
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Auch in Verbindung mit der Ausgestaltung der 9 und 10 ist die Verstellbarkeit des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 gegeben, während das Basiselement 12 an der Patientenliege 3 befestigt ist. Auch hier beschränkt die Führungsstruktur 13 vorzugsweise fünf Freiheitsgrade, so dass für die Verstellbarkeit nur ein einziger Freiheitsgrad – vorzugsweise die bereits erwähnte ausschließlich vertikale translatorische Bewegbarkeit – verbleibt.
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Wie bereits mehrfach erwähnt, wird das Lagerungselement 5 relativ zum Basiselement 12 vorzugsweise ausschließlich vertikal bewegt. Weiterhin ist in dem Fall, dass die Aufnahmeeinrichtung 6 zum Lagern eines Kniegelenks bestimmt ist, zusätzlich die Fußauflage 7 sowie alternativ oder zusätzlich die Rumpfauflage 7' vorhanden. Die Fußauflage 7 und/oder die Rumpfauflage 7' sind in diesem Fall gemäß den 2, 9 und 10 derart angeordnet, dass sie bei einer vertikalen Bewegung des Lagerungselements 5 relativ zum Basiselement 12 horizontal zum Basiselement 12 bewegt werden. Insbesondere ist eine Bewegung des Lagerungselements 5 nach unten (also auf das Basiselement 12 zu) mit einer Bewegung der Fußauflage 7 und/oder der Rumpfauflage 7' vom Basiselement 12 weg gekoppelt.
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In der Regel weist das Lagerungselement 5 zusätzlich zum Lagern des Gelenks des Menschen 1 dienende Funktionen auf. Insbesondere ist in der Regel – siehe rein beispielhaft die 3 und 4 – im Lagerungselement 5 eine Lokalspule 21 für Magnetresonanzanwendungen angeordnet. Es ist möglich, dass die Lokalspule 21 als reine Sendespule ausgebildet ist. In diesem Fall werden von einer Steuer- und Auswertungseinrichtung 22 der Magnetresonanzanlage 2 zwar Anregungssignale TX zur Lokalspule 21 übertragen, aber nicht umgekehrt von der Lokalspule 21 empfangene Magnetresonanzsignale RX an die Steuer- und Auswertungseinrichtung 22. Alternativ ist es möglich, dass die Lokalspule 21 umgekehrt als reine Empfangsspule ausgebildet ist. In diesem Fall werden von der Lokalspule 21 zwar empfangene Magnetresonanzsignale RX an die Steuer- und Auswertungseinrichtung 22 übertragen, nicht aber umgekehrt von der Steuer- und Auswertungseinrichtung 22 Anregungssignale TX an die Lokalspule 21. Wiederum alternativ ist es möglich, dass die Lokalspule 21 sowohl als Sendespule als auch als Empfangsspule ausgebildet ist, dass also sowohl Anregungssignale TX an die Lokalspule 21 übertragen werden als auch von der Lokalspule 21 empfangene Magnetresonanzsignale RX übertragen werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Aufnahmeeinrichtung 6 ist auf einfache Weise eine effiziente funktionelle orthopädische Bildgebung bei Magnetresonanzanlagen realisierbar.
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Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mensch
- 2
- Magnetresonanzanlage
- 3
- Patientenliege
- 4
- Untersuchungsbereich
- 5
- Lagerungselement
- 6
- Aufnahmeeinrichtung
- 7
- Fußauflage
- 7'
- Rumpfauflage
- 8
- Scharnier
- 9
- Verschlüsse
- 10
- Oberteil
- 11
- Unterteil
- 12
- Basiselement
- 13
- Führungsstruktur
- 14
- Stange
- 15
- Führung
- 16
- Spannelement
- 17
- Haltestift
- 18
- Rastelement
- 19
- Antrieb
- 20
- Federeinrichtung
- 21
- Lokalspule
- 22
- Steuer- und Auswertungseinrichtung
- A
- Doppelpfeil
- RX
- Magnetresonanzsignale
- TX
- Anregungssignale
