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Die Erfindung betrifft eine MRT-Lokalspule für ein MRT-System.
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Magnetresonanztomographiegeräte zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie (abgekürzt auch MRT, MRI, MR) sind beispielsweise aus
DE 103 14 215 B4 ,
US 5 307 806 A ,
US 2007/0 152 667 A1 ,
JP 2001-095 776 A bekannt.
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In der MR-Tomographie werden Bilder mit einem hohem Signal-Rauschen-Verhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (=anterior) oder unter (=posterior) dem Patienten angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren angeregte Kerne (in einem Aufnahmebereich im zu Untersuchenden) in den einzelnen Antennen der Lokalspule jeweils Spannungen, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA, Preamp) verstärkt und schließlich z. B. kabelgebunden an eine Empfangselektronik weitergeleitet werden. Zur Verbesserung des Signal-Rauschen-Verhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden auch so genannte Hochfeldanlagen als MRT eingesetzt (mit z. B. 1.5 T bis 12 T und mehr). Da an ein MRT-Empfangssystem oft mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z. B. eine Schaltmatrix (auch RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist diejenigen, die gerade im Field of View des Magneten/MRT 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) und/oder im Homogenitätsvolumen des Magneten des MRT befinden.
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Als ”Spule” (Lokalspule) wird ein Antennensystem bezeichnet, das aus einem oder mehreren Antennenelementen (Spulenelementen) bestehen kann (Array-Spule). Diese einzelnen Antennenelemente sind meist als Loopantennen (Loops), Butterfly oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Spule besteht aus Spulenelementen, einem Vorverstärker, weiterer Elektronik (Mantelwellensperren etc.) und Verkabelung, dem Gehäuse und meistens einem Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Der anlagenseitig angebrachte Empfänger (RX) filtert und digitalisiert von der Lokalspule empfangene Signale und übergibt darauf basierend erzeugte Daten einer digitalen Signalverarbeitung, die aus der Messung meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer zur Diagnose zur Verfügung stellt.
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Zur Erreichung eines hohen SNR sollten die Antennenelemente möglichst nahe an die Patientenkontur des zu untersuchenden Patienten herangebracht werden. Das heißt, der Spulen-Innenraum zum Beispiel einer MR Kopfspule sollte klein sein. Besonders wichtig ist dieser Punkt bei Hochkanalspulen, deren kleinere Antennenelemente eine geringere optimale Eindringtiefe besitzen als andere Lokalspulen (mit weniger Spulenelementen).
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Ein Ziel ist aber trotz kleinerem Spuleninnenraums eine möglichst große Patientenabdeckung (vorzugsweise eine Eignung für z. B. 80–95% der Patienten) zu erreichen. Eine große Varianz zeigt der Gesichts- und Brustbereich des Patienten. Das bedeutet, eng anliegende Halsspulen kollidieren bei einem steil ansteigenden Hals-Brust-Übergang des Patienten an der Brust und sind dadurch nicht einsetzbar. Auch Kollisionen mit dem Kinn des Patienten oder mit der Nase sind möglich. Dies tritt besonders bei kräftigen Patienten mit großvolumiger oberer Rückenpartie auf, denn beim Hinlegen dieser Patienten fällt der Kopf in den Nacken und das Kinn befindet sich an einer relativ hohen Position in der Spule und führt dazu, dass das Kopfspulenoberteil (z. B. auch das Kopf-/Halsspulenoberteil) nicht wie gewünscht geschlossen werden kann. Der Stirnbereich ist wegen der geringeren Varianz weniger problematisch. Hier liegen die Höhenunterschiede bei 1–2 cm, während im Bereich Nase 2–3 cm, im Kinn und Brustbereich über 5 cm auftreten. Die Breite der Kopfspule ist aufgrund der hier fast konstanten Kopfform weniger problematisch.
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Zumindest intern bekannte Kopfspulen oder Kopfhalsspulen besitzen feste, nicht größenverstellbare Gehäuse und werden je nach Ausführung und Kundenanforderung dimensioniert, um 80%–95% Patientenabdeckung zu erzielen.
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Dadurch wird an verschiedenen Stellen SNR ”verschenkt”, weil die Spulen für eher große Köpfe dimensioniert werden und im Nasen-, Kinn- und oberen Brustbereich wegen der größeren Varianz in diesem Bereich genügend Raum vorgehalten wird. In der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 027 189 A1 wird eine größenverstellbare Kopfspule beschrieben, die zum Beispiel ihr Kopfspulenoberteil in Hinterkopf-Stirn Richtung (y-Richtung) verschieben kann. Das hilft um den Raum für Kinn und Nase zu vergrößern, und erhöht auch den Abstand der Antenne zur Stirn und zum vorderen Schädelbereich.
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In der Patentschrift
US 5 307 806 A ist eine Beckenspule beschrieben. Die Beckenspule weist ein Oberteil und ein Unterteil auf, die gegeneinander gedreht werden können. Ferner offenbart die Patentschrift
US 6 037 773 A eine Spulenanordnung mit einem Oberteil und einem Unterteil, die mit einem Drehgelenk miteinander verbunden sind.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Magnetresonanztomographie-Lokalspule weiter zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung ermöglicht in einer zu verwendeten Spulen alternativen Weise ihren Einsatz an Patienten unterschiedlicher Kopfform.
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Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
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1 perspektivisch als Lokalspule eine Kopfspule mit einem Unterteil und einem relativ dazu aufklappbaren, abnehmbaren Oberteil,
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2 perspektivisch vergrößert einen Klappmechanismus am Unterteil und Oberteil der Kopfspule aus 1 zum Aufklappen des Oberteils,
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3 perspektivisch eine Kopfspule mit einem Unterteil und einem relativ dazu aufklappbaren, abnehmbaren, unverriegelten Oberteil, einem Klappmechanismus, Federungen und einer Einrasteinrichtung,
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4 perspektivisch und vergrößert eine Federungseinrichtung und ein Einrasteinrichtung aus 3,
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5 eine Lokalspule in einer ersten Raststellung mit (relativ) größtem Lokalspulen-Innenraum (in einem eingerasteten, etwas geschlossenen Zustand),
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6 eine Lokalspule in einer weiteren Raststellung mit (relativ) kleinstem Lokalspulen-Innenraum (im maximal geschlossenen/eingerasteten Zustand),
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7 schematisch ein MRT.
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Hintergrund
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7 zeigt ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einer Ganzkörperspule 102 mit einem hier röhrenförmigen Raum 103, in welchen eine Patientenliege 104 mit einem Körper z. B. eines Untersuchungsobjektes (z. B. eines Patienten) 105 (mit oder ohne Lokalspulenanordnung 106) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um durch ein bildgebendes Verfahren Aufnahmen des Patienten 105 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier eine Lokalspulenanordnung 106 (z. B. Kopfspule, insb. Kopf-Hals-Spule) angeordnet, mit welcher in einem lokalen Bereich (auch Field of View oder FoV genannt) des MRT Aufnahmen von einem Teilbereich (K etc.) des Körpers 105 im FoV generiert werden können. Signale der Lokalspulenanordnung 106 können von einer z. B. über Koaxialkabel oder per Funk (167) etc. an die Lokalspulenanordnung 106 anschließbaren Auswerteeinrichtung (168, 115, 117, 119, 120, 121 usw.) des MRT 101 ausgewertet (z. B. in Bilder umgesetzt, gespeichert oder angezeigt) werden.
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Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 101 einen Körper 105 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz-Bildgebung zu zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper 105 eingestrahlt. Ein starker Magnet (oft ein Kryomagnet 107) in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 103, 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 B1(x, y, z, t), die über eine hier als mehrteilige Körperspule 108a, b, c sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. 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.
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Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 101 über Gradientenspulen 112x, 112y, 112z, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 112x, 112y, 112z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 114 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
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Von den angeregten Kernspins (der Atomkerne im Untersuchungsobjekt) ausgesendete Signale werden von der Körperspule 108a, b, c und/oder mindestens einer Lokalspulenanordnung 106 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 116/115 verstärkt und von einer Empfangseinheit 117 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.
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Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule 108a, b, c oder eine Lokalspule 106, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 118 geregelt. Eine Bildverarbeitungseinheit 119 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 120 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 121 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 122 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
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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 an oder in dem Körper 105 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 und mehr). Wenn an ein MR-Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z. B. eine Schaltmatrix (hier 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.
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Als Lokalspulenanordnung 106 wird z. B. allgemein ein Antennensystem bezeichnet, das z. B. aus einem oder als Array-Spule aus mehreren Antennenelementen (insb. Spulenelementen) bestehen kann. Diese einzelnen Antennenelemente sind z. B. als Loopantennen (Loops), Butterfly oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Lokalspulenanordnung umfasst z. B. Spulenelemente, einen Vorverstärker, weitere Elektronik (Mantelwellensperren etc.), ein Gehäuse, Auflagen und meistens ein Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger 168 filtert und digitalisiert ein von einer Lokalspule 106 z. B. per Funk etc. empfangenes Signal und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer z. B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn und/oder Speicherung zur Verfügung stellt.
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Nachfolgend werden einige vorteilhafte Details von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer MRT-Lokalspulen anhand 1–6 näher beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine Lokalspule 106 in Form einer Kopf-Hals Spule. Auch eine Ausführung der Lokalspule als (nur-)Kopfspule (ohne Aufnahme des Halses) ist möglich.
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Das Oberteil 2 der Kopf-Hals-Spule 1 ist relativ zum Unterteil 3 der Lokalspule klappbar ausgeführt. Im hinteren (cranial-terminalen = über dem Kopf befindlichen = von den Füssen entferntesten) Bereich der Untersuchungsobjektes und der Lokalspule befindet sich am Unterteil 3 ein Drehgelenk 4 mit Einführungsflächen 5.
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Im in 2 dargestellten vergrößerten Ausschnitt der Spule aus 1 ist am Oberteil 2 der Spule 1 eine (hier überwiegend etwa zylinderförmige längliche) Achse 6 angebracht, die (hier an ihren Enden oder endseitigen Bolzen) zwei parallele (Einführ-)Flächen 7 besitzt. Diese Flächen 7 in Zusammenhang mit Einführungsflächen 5 im Drehgelenkbereich des Unterteils 3 gewährleisten, dass das Oberteil 2 nur in einem bestimmten Winkel oder Winkelbereich (hier im weit (z. B. >45° oder >65° oder >80° etc.) aufgeklappten Zustand der Lokalspule) auf das Unterteil adaptiert oder aufgesetzt werden kann, um ein Berühren des Oberteils mit dem Patienten (z. B. im Gesicht) beim Anlegen des Oberteils 2 auf das Unterteil 3 zu vermeiden.
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Nach dem Einschieben (der Achse oder der (hier zwei) Bolzen 6) des Oberteils 2 in Ausnehmungen des Drehgelenks 4 am Unterteil 3 können sich die Achse 6 oder die Bolzen 6 des Oberteils 6 im Drehgelenk 4 (insbesondere in das Drehgelenk am Unterteil bildenden Ausnehmungen im Unterteil) drehen und das Oberteil 2 kann in Richtung des Patienten-Kopfes K und/oder des Unterteils 3 geklappt werden, wobei die in 3 sichtbaren, beidseitig am Oberteil 2 befestigten Raststangen 8 auf (durch 10) gefederte Platten 9 am Unterteil 3 treffen und/oder aufliegen.
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Die Druckfedern 10 sind so dimensioniert, dass sie zuverlässig die Last des Oberteils 2 tragen können. Die Druckfedern 10 unterstützen eine Verstellung des Oberteils 2 vom größten zum kleinsten Innenraumvolumen innerhalb der Lokalspule und entgegengesetzt. Das ist sehr vorteilhaft, um sich der Patientenkontur (Oberfläche) schrittweise anzunähern und Berührungen des Patienten durch das Lokalspulen-Oberteil zu vermeiden.
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Nach einem Herunterklappen des Oberteils 2 auf das Unterteil 3 drückt das Bedienpersonal auf das Oberteil 2 bis (mindestens) eine in 4 sichtbare erste Rastkante 11 (oder Rastzahn) der Raststangen 8 durch ihre Schräge eine Verriegelungsplatte 12 verschiebt. Die beidseitigen Druckfedern 13 bewirken nach dem Passieren des ersten Rastzahns ein Einrasten der Verriegelungsplatte 12 (mit einer Rückbewegung). Die Verzahnung ist als Sägezahn ausgeführt, um durch die Schräge die notwendige Verstellkraft für den Bediener zu verringern und um nach dem Einrasten (wobei eine zur Verriegelungsplatte 12 parallele Rast-Kante wirksam/daran in Anlage ist) eine feste Verriegelung zu erhalten, die nicht durch (geringe) Krafteinwirkung nach oben (durch den Patienten) versehentlich geöffnet werden kann.
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Diese Kante kann anstatt etwa parallel alternativ auch etwas schräg gestellt werden, um eine Notentriegelung durch den Patienten (als Panikreaktion) zu ermöglichen. Der Winkel der Schrägstellung dieser Kante definiert dabei die gewünschte Entriegelungskraft.
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Nach einem (nach dem Aufsetzen des Oberteils auf das Unterteil) ersten Einrasten der Verriegelungsplatte 12 (unter eine Rastkante) ist die erste und größtmögliche Betriebsstellung (max. Innenraum der Lokalspule) der Lokalspule gemäß 5 erreicht. Durch weiteres Drücken auf das Oberteil 2 (in Richtung des Unterteils) kann der Innenraum der Lokalspule schrittweise verkleinert werden, bis ein minimaler Patientenabstand (Abstand des Oberteils zum Patienten) erreicht ist.
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Zum Öffnen des Oberteils 2 greift ein Bediener in die in 6 sichtbare Zuglasche 14 der Verriegelungsplatte 12 und zieht diese zurück (in eine Zugrichtung vom Unterteil weg). Der Anschlag 15 begrenzt den Weg soweit, dass nur die Verzahnung (an der mindestens einen Raststange und Verriegelungsplatte) freigegeben wird. Die gefederten Druckplatten 9 drücken das Oberteil 2 nach oben in die nicht verriegelte Ausgangslage. Danach klappt der Bediener das Oberteil 2 weiter auf, bis die Flächen (5 und 7) parallel sind und dann kann das Oberteil 2 vom Unterteil 3 abgenommen werden.
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Das klappbare Oberteil 2 bewirkt eine einstellbare Größe des Spuleninnenraumes.
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Die Größenverstellung bewirkt eine größere Patientenabdeckung bei gleichem SNR als bisher zumindest intern bekannte Spulen. Die Klappbewegung des Oberteils 2 (gegenüber dem Unterteil) ermöglicht eine der Anatomie von Patienten angepasste, differenzierte Höhenänderung des Oberteils.
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Ein SNR-Gewinn durch differenzierte Höhenänderung des Oberteils 2 ist möglich.
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Durch Wahl der Position des Drehgelenkes 4 wird eine Größenverstellung erreicht, die nicht parallel erfolgt und somit an jeder Stelle gleich wäre, sondern in den Bereichen, an denen eine größerer Verstellweg vorteilhaft ist (oberer Brustbereich und Kinn) ist der Hub am größten. Im Bereich der Stirn und des vorderen Schädels von Patienten, wo die Unterschiede von Patient zu Patient wesentlich kleiner sind, ist der Hub am Kleinsten.
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Flächen 5, 7 am Drehgelenk 4 und einer Achse 6 definieren eine bestimmte Einfügeposition für das Oberteil 2, so dass die Kopfspule in dieser Lage möglichst weit offen steht (zur Vermeidung einer Patientengefährdung beim Einsetzen des Oberteils).
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Die Ausführung ist so gestaltet, dass die Größenverstellung vom größten zum kleinsten Innenraum erfolgt (zur Vermeidung einer Patientengefährdung).
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Gefederte Druckplatten 9 tragen das Gewicht des Oberteils 2 und verhindern ein Zuklappen der Spule. Sie halten somit die größtmögliche Stellung als Ausgangslage.
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Durch leichten Druck auf das Oberteil 2 kann der Innenraum verringert werden.
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Die Winkelstellung des Sägezahns der Raststangen 8 definiert die notwendige Verstellkraft.
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Mindestens eine gefederte Verriegelungsplatte 12 verriegelt automatisch das Oberteil 2.
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Eine beidseitige Rastverriegelung 8, 12 schafft definierte Verstellstufen und befestigt das Oberteil während der MR-Untersuchung (unter Vermeidung von Vibrationen).
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Die zur Verriegelungsplatte 12 parallele Kante des Sägezahns 8 verhindert ein ungewolltes Öffnen des Oberteils 2 durch Krafteinwirkung aus dem Innenraum der Spule (durch einen Patienten 105).
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Über eine leichte Schrägstellung dieser Kante lässt sich eine Grenzkraft definieren, durch deren Einwirkung die Spule durch den Patienten geöffnet werden könnte (als Panikreaktion oder Not-Entriegelung).
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Eine komfortable Einhandbedienung durch Betätigung der Zuglasche (14) der gefederten Verriegelungsplatte (12) zum Öffnen der Spule ist möglich.
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Gefederte Druckplatten (9) ermöglichen ein automatisches Öffnen des Oberteils (2) bis in die Ausgangslage.
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Anschläge (15) bilden eine beidseitige Wegbegrenzung der Verriegelungsplatte (12).
