DE102011079577A1

DE102011079577A1 - Oralspule für ein Magnetresonanztomographiesystem

Info

Publication number: DE102011079577A1
Application number: DE102011079577A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-01-24
Also published as: US20130190608A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oralspule für ein Magnetresonanztomographiesystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs eines Patienten, wobei die Oralspule (1) ein Hochfrequenz-Antennensystem (2) mit einer Anzahl von Hochfrequenzantennen (6) und ein Shimsystem (3) mit einer Anzahl von Shimelementen (7, 8) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung eine Hochfrequenz-Empfangseinrichtung (10) für ein Magnetresonanztomographiesystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs, das eine solche Oralspule (1) umfasst, sowie eine Magnetresonanzsystem (17) mit einem Kopfscanner und einer solchen Hochfrequenz-Empfangseinrichtung (10). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts mit einer solchen Oralspule sowie eine Verwendung einer solchen Oralspule zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems mit einem Kopfscanner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Oralspule für ein Magnetresonanztomographiesystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs eines Patienten, eine Hochfrequenz-Empfangseinrichtung sowie ein Magnetresonanzsystem mit einer solchen Oralspule, ein Verfahren zur Erzeugung von derartigen Magnetresonanzaufnahmen mit einer solchen Oralspule sowie eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Oralspule zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems mit einem Kopfscanner bei der Erzeugung solcher Magnetresonanzaufnahmen.
In der heutigen Zeit werden Erkrankungen der Zähne und des Zahnhalteapparates, wie zum Beispiel Parodontose oder Karies, in der Regel mit röntgenbasierten bildgebenden Verfahren diagnostiziert. Hierfür eingesetzte Röntgentechnologien reichen von konventionellen Röntgenverfahren über digitale Röntgenverfahren im Projektionsmodus bis hin zu neuartigen 3D-Röntgenverfahren. In der 3D-Röntgendiagnostik sind zum Beispiel DVT-Systeme (Digitale Volumendiagnostik) auf dem Markt, bei denen komplette Kieferbereiche aufgenommen oder zusätzlich hochauflösende 3D-Aufnahmen von Zahn- und Kieferbereichen angefertigt werden können. Die Strahlung der digitalen Systeme ist im Vergleich zu der konventionellen Diagnostik reduziert und ein Bild ist gleich verfügbar. Die DVT-Systeme erlauben eine Art Röntgen-Computertomographie der Zähne und des Gesichtsschädels bei einer hohen Auflösung und Ortstreue. Solche DVT-Diagnostiksysteme sind jedoch recht aufwändig und teuer, so dass die 3D-Röntgendiagnostik nur bei wenigen Indikationen angewendet wird. Deshalb gibt es Bedarf für neue bildgebende Systeme und Verfahren im Kieferbereich.
Für viele Erkrankungen der Zähne bzw. des Zahnhalteapparates wäre eine Magnetresonanztomographie-Untersuchung (MRT) eine gute Alternative zu den bisherigen Verfahren wie zum Beispiel der Röntgendiagnostik, da sie zum einen frei von ionisierender Strahlung ist und zum anderen auch eine bessere Darstellung von Weichteilkontrasten ermöglicht. Die hierfür verwendeten Systeme sind aber entweder zu teuer oder haben eine zu geringe Bildqualität.
In einem Magnetresonanzgerät wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundmagnetfeldsystems einem definierten Grundmagnetfeld (meist als B₀-Feld bezeichnet) ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines Gradientensystems ein Magnetfeldgradient angelegt. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antennen hochfrequente Magnetresonanz-Anregungssignale (HF-Signale) mit einer definierten Feldstärke ausgesendet. Die magnetische Flussdichte wird üblicherweise mit B₁ bezeichnet. Das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird daher im Allgemeinen auch kurz B₁-Feld genannt. Mittels dieser HF-Pulse werden die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds (B₀-Feld) verkippt. Bei der Relaxation der Kernspins werden wieder Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Magnetresonanzsignalen bzw. „Rohdaten“ können schließlich die gewünschten Magnetresonanz-Bilddaten (MR-Bilddaten) rekonstruiert werden. Eine Ortskodierung erfolgt durch die Schaltung passender Magnetfeldgradienten in den verschiedenen Raumrichtungen zu genau festgelegten Zeiten, insbesondere während der Aussendung der HF-Signale und/oder beim Empfang der Magnetresonanzsignale.
Die Aussendung der Hochfrequenzsignale zur Kernspin-Magnetisierung erfolgt meist mittels einer fest im Magnetresonanztomographen eingebauten so genannten „Ganzkörperspule“ oder „Bodycoil“. Ein typischer Aufbau hierfür ist eine Käfigantenne (Birdcage-Antenne), welche aus mehreren Sendestäben besteht, die parallel zur Längsachse verlaufend um einen Patientenraum des Tomographen herum angeordnet sind, in dem sich ein Untersuchungsobjekt, z. B. ein Patient, bei der Untersuchung befindet. Stirnseitig sind die Antennenstäbe jeweils ringförmig miteinander verbunden. Alternativ zu den Ganzkörperspulen (im Folgenden auch Ganzkörperscanner genannt), werden zur Untersuchung von Teilbereichen des Patienten Magnetresonanzsysteme mit einem sehr viel kleineren Sichtfeld (FoV) eingesetzt, die bei wesentlich geringerem apparativem Aufwand für kleine Teilbereiche sehr gute Bildqualitäten liefern. Solche Systeme werden gerade im Bereich der Kieferbildgebung üblicher Weise eingesetzt. Die so genannten dezidierten Kiefer- oder Kopfscanner sind hier auf Grund der Gesamtgröße des Magnetresonanzsystems und auf Grund des benötigten Homogenitätsvolumens zweckmäßiger als Ganzkörperscanner, wobei sie eine vergleichbare Bildqualität liefern.
Zum Empfang der Magnetresonanzsignale werden häufig so genannte Lokalspulen mit einem hohen Signal/Rauschverhältnis eingesetzt. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe an dem Patienten angebracht werden. Die Magnetresonanzsignale induzieren in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA, Preamp) verstärkt und schließlich kabelgebunden an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses, insbesondere auch bei hochaufgelösten Bildern, werden sogenannte Hochfeldanlagen eingesetzt. Hier wird mit einem Grundmagnetfeld B₀von 1,5 bis 12 Tesla und mehr gearbeitet.
Von besonderer Bedeutung ist bei vielen Magnetresonanz-Anwendungen, z.B. klinischer MRT, die Homogenität des B₀-Grundmagnetfeldes. So können bei Abweichungen der Homogenität zum Beispiel Artefakte oder Verzerrungen entstehen. Eine Verzerrung des B₀-Grundfeldes tritt regelmäßig auch in verschiedenen Körperregionen auf. Der Grund hierfür ist eine räumlich stark inhomogene Verteilung der Suszeptibilität des Körpergewebes. Hierbei ist die Suszeptibilität, meist als die magnetische Volumensuszeptibilität χ_V angegeben, ein Maß für die Magnetisierbarkeit von Materie in einem externen Magnetfeld und steht mit der magnetischen Permeabilität µ_r in einem einfachen Zusammenhang, nämlich µ_r = χ_V + 1.
Erschwerend kommt hinzu, dass die meisten Lokalspulen für die MRT-Diagnostik des Kopfbereichs gegenwärtig so gebaut sind, dass bei Kopfuntersuchungen das Gehirn bzw. die Mitte des Kopfes im Isozentrum des MRT-Systems liegt. Dies ist insbesondere bei dezidierten Kopfspulen mit einem kleinen Abtastbereich (Field of View, auch FoV genannt) relevant. Bei der MRT-Diagnostik des Kieferbereichs mit solchen Kopfspulen liegt der Kieferbereich von der Kopfmitte aus betrachtet ventral, d. h. von der Mittelachse des Kopfes aus gesehen in Richtung der Kopfvorderseite bzw. zum Gesicht hin versetzt. Durch diese ventrale Lage des Kiefers ist das Bildgebungsvolumen bei einer Kieferbereichsaufnahme mit einer üblichen Kopfspule jedoch immer außermittig und liegt somit nicht im optimalen Homogenitätsvolumen des B₀-Feldes.
Die durch eine Inhomogenität des B₀-Feldes auftretenden Verzerrungen werden üblicherweise über sogenannte Shimspulen korrigiert, die wie die Bodycoil im Magnetresonanztomographen fest eingebaut sind, Die Zahl der verschiedenen Shimspulen im Magnetresonanztomographen, deren Anordnung und deren Ansteuerung haben jedoch nur eine begrenzte Zahl von Freiheitsgraden, um eine B₀-Inhomogenität des meist supraleitenden Grundfeldmagnetensystems durch Shimströme in konventionellen Kupferspulen auszugleichen. Die Anzahl der Freiheitsgrade ist daher bei vielen herkömmlichen MR-Systemen auf Grund der ventralen Lage des zu untersuchenden Bereichs nicht ausreichend, um eine Inhomogenität des B₀-Feldes ausreichend auszugleichen.
Alternativ zu den im MR-System eingebauten Shimspulen, insbesondere wenn die Ordnungen der geräteintegrierten Shimspulen bzw. deren Freiheitsgrade nicht ausreichen, wurde versucht, die Inhomogenität im B₀-Feld bei Zahnaufnahmen zum Beispiel durch das Füllen der Mundhöhle des Patienten mit Wasser auszugleichen. Dies sollte insbesondere den Shim auf Grund des Ausgleichs lokaler Suszeptibilitätsunterschiede in der Mundhöhle verbessern. Das Füllen der Mundhöhle mit Wasser kann aber auf Grund der ventralen Lage des Kiefers während der Messung feine Unterschiede nicht differenziert ausgleichen und ist für den Patienten recht unangenehm.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Alternative zu den bisherigen Lokalspulen für den Kieferbereich, sogenannten Oralspulen, und ebenso Verfahren zur Erzeugung von verbesserten Magnetresonanzaufnahmen mit einer Oralspule zu schaffen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Oralspule nach Anspruch 1, durch eine Hochfrequenz-Empfangseinrichtung nach Anspruch 12 sowie ein Magnetresonanzsystem nach Anspruch 13 und zum anderen durch ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen nach Anspruch 14 bzw. die Verwendung nach Anspruch 15 gelöst.
Eine solche erfindungsgemäße Oralspule für ein Magnetresonanztomographiesystem umfasst ein Hochfrequenz-Antennensystem mit einer Anzahl von Hochfrequenzantennen und ein Shimsystem mit einer Anzahl von Shimelementen zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems. Als statisches Grundmagnetfeld wird dabei das von außen mittels des Grundfeldmagneten angelegte B₀-Feld bezeichnet.
Unter Oralspulen versteht man im Sinne der Erfindung Lokalspulen für eine Magnetresonanztomographie des Kieferbereichs. Insbesondere wird im Sinne der Erfindung eine Oralspule verstanden, die für ein Magnetresonanzsystem mit kleinem Sichtfeld (FoV) angepasst ist. Solche Magnetresonanzsysteme sind zum Beispiel dezidierte Kopfscanner mit einem kleinen Homogenitätsvolumen, das für den Kieferbereich ausreichend ist. Unter Kopfscanner fallen insbesondere bevorzugt Kieferscanner. Solche dezidierten Kopfscanner sind im Vergleich zu Ganzkörpersystemen meist sehr viel kostengünstiger ausgestattet, da sie nicht ein so großes Homogenitätsvolumen erzeugen müssen. Jedoch ist eine Umlagerung oder Verschiebung des Patienten im Magnetresonanzsystem im Gegensatz zu Gesamtkörperscannern nicht oder nur bedingt möglich, so dass ohne die erfindungsgemäße Oralspule die für die Bildgebung interessanten Bereiche häufig außerhalb oder am Rande des Sichtfeldes (FoV) liegen würden.
Aufnahmen des Kieferbereichs sind solche Aufnahmen, die räumlich begrenzt von einem Bereich des Kiefers eines Patienten gefertigt werden, insbesondere des Oberkieferbereichs oder des Unterkieferbereichs, des gesamten Kiefers oder des Kiefergelenks, entweder alleine oder zusammen mit weiteren Kieferbereichen, und/oder einer Anzahl von Zähnen bzw. des Zahnhalteapparates, im Gegensatz zu kompletten Kopf-, Ganzkörper- oder Übersichtsaufnahme die lediglich u. a. auch Bereiche des Kiefers mit umfassen. Solche Oralspulen sind dem Fachmann grundsätzlich geläufig, bieten aber auf Grund des schlechten Signal/Rauschverhältnisses oft keine genügende Bildqualität. Dabei können ein oder mehrere Zähne, welche sowohl benachbart zueinander sein können, aber auch in unterschiedlichen Kieferbereichen, z.B. in Unter- und Oberkiefer, liegen können, Ziel der Untersuchung sein. Bei dem Patienten, von dessen Kieferbereich die Magnetresonanzaufnahmen gefertigt werden sollen, kann es sich um einen Menschen oder um ein Tier handeln.
Diese Kieferbereiche sind wie erwähnt auf Grund der ventralen Lage des Kiefers des Patienten in der Regel außerhalb oder am Rande des Sichtfelds (FoV), insbesondere ventral vom Isozentrum des gesamten Messsystems aus gesehen, angeordnet. Deshalb ist das erfindungsgemäße Konzept, ein Shimsystem mit einer Anzahl von Shimelementen in einer Oralspule zu integrieren, unter anderem deswegen vorteilhaft, da so vor Ort mit einfachen Mitteln eine Homogenisierung des statischen Grundmagnetfeldes erzielt werden kann. Durch die Verwendung des Shimsystems mit einer Anzahl von Shimelementen direkt in oder an der Oralspule kann auch eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses sowie eine verbesserte Reproduzierbarkeit erzielt werden, ohne das Gesamtsystem vergrößern zu müssen.
Gerade im Kieferbereich beeinflussen die gewöhnlicher Weise luftgefüllte Mundhöhle und Zahnfüllungen, Kronen bzw. Implantate die Homogenität des Magnetfeldes besonders stark, so dass es zu unterschiedlichsten lokalen Veränderungen und Verschiebungen der Magnetfeldlinien des Grundmagnetfeldes kommt. Durch die erfindungsgemäße Oralspule ist es möglich, eine Inhomogenität des Magnetfeldes, die auf inhomogenen Gewebestrukturen oder Materialien im Mund bzw. im Kiefer beruht, auszugleichen.
Eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Empfangseinrichtung für ein Magnetresonanztomographiesystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen des Kieferbereichs weist demnach wenigstens eine solche erfindungsgemäße Oralspule auf, welche mit einer Empfangseinheit der Hochfrequenz-Empfangseinrichtung verbunden ist, z.B. einem üblichen Empfangskanal zum Anschluss einer Lokalspule, welche das mit der Lokalspule erfasste Signal weiterverarbeitet und beispielsweise digitalisiert. Ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzsystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen des Kieferbereichs umfasst einen Kopfscanner mit Grundfeldmagnet (11), der ein kleines Sichtfeld (FoV) hat, also einen so genannten dezidierten Kopfscanner. Kopfscanner umfassen insbesondere bevorzugt Kieferscanner. Außerdem benötigt das Magnetresonanzsystem neben den üblichen, dem Fachmann bekannten Komponenten, wie einem Grundfeldmagnetsystem und einem Gradientensystem, eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Empfangseinrichtung bzw. Oralspule.
Im Sinne der Erfindung ist die erfindungsgemäße Oralspule an einen solchen dezidierten Kopfscanner angepasst. Solche Scanner haben bevorzugter Weise ein Sichtfeld (FoV), das vergleichbar mit dem eines typischen Kopfscanners ist, zum Beispiel ein kugelförmiges Sichtfeld zwischen etwa 15 cm bis etwa 30 cm Durchmesser. Alternativ zu einem kugelförmigen Sichtfeld kann der Scanner auch ein zylinderförmiges Sichtfeld haben. Bevorzugt kann das Sichtfeld ein Homogenitätsvolumen von etwa 10 cm Länge (in z-Richtung des B₀-Feldes – auch Patientenlängsachse) und etwa 25 cm in x- oder y-Richtung (Senkrechte zur z-Richtung) haben. Somit ist in diesen bevorzugten Bereichen zwar eine sehr hohe Homogenität auf einfache Weise und auch relativ kostengünstig mit geringem apparatetechnischem Aufbau erzielbar, jedoch ist dieses Homogenitätsvolumen teilweise zu klein für eine vollständige Aufnahme des Kieferbereichs. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Oralspule in einem solchen dezidierten Kieferscanner kann dieses eigentlich zu kleine Homogenitätsvolumen derart erweitert werden, dass noch eine sinnvolle Bildgebung, zum Beispiel der Frontzähne, des gesamten Kieferbereichs erzielt werden kann.
Es ist auch denkbar, dass die erfindungsgemäße Oralspule nicht dazu eingesetzt wird, das Homogenitätsvolumen zu erweitern, sondern sie kann das Homogenitätsvolumen derart verändern, insbesondere deformieren, dass zum Beispiel auf der hinteren Seite, das heißt im Nackenbereich, des Patienten kein homogenes Feld mehr vorliegt, dafür aber die Homogenität im Kieferbereich erweitert oder verbessert wird. Da bei der Untersuchung des Kieferbereichs nur der Kiefer bzw. die Zähne interessieren, ist eine Verschlechterung der Bildgebung im Nackenbereich unerheblich. Deshalb ist es zweckmäßig, die Bildgebung insbesondere im für den Zahnarzt oder Kieferchirurgen interessanten Bereich durch die erfindungsgemäße Oralspule zu verbessern.
Demgemäß wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs eines Patienten während einer Akquisition von Magnetresonanzsignalen, insbesondere unter Verwendung eines dezidierten Kopfscanners, mittels einer Anzahl von Hochfrequenz-Antennen des Hochfrequenz-Antennensystems einer Oralspule zur Homogenisierung des statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems ein in die Oralspule integriertes Shimsystem mit einer Anzahl von Shimelementen eingesetzt.
Durch diese Verwendung einer Oralspule, welche neben einem Hochfrequenz-Antennensystem mit einer Anzahl von Hochfrequenz-Antennen ein Shimsystem mit einer Anzahl von Shimelementen zur Homogenisierung des statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems aufweist, können die Nachteile der herkömmlichen Methoden überwunden werden. Insbesondere kann so eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit sowie des Signal/Rauschverhältnisses erzielt werden.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Oralspule, der erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Empfangseinrichtung, des erfindungsgemäßen Magnetresonanzsystems und des Verfahrens bzw. der Verwendung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei können die erfindungsgemäße Oralspule, die erfindungsgemäße Hochfrequenz-Empfangseinrichtung, das erfindungsgemäße Magnetresonanztomographiesystem, das Verfahren und die Verwendung auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen der jeweils anderen Kategorien ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise bilden in einer erfindungsgemäßen Oralspule das Hochfrequenz-Antennensystem und das Shimsystem eine bauliche Einheit. Eine bauliche Einheit heißt in diesem Sinne, dass das Hochfrequenz-Antennensystem und das Shimsystem als ein gemeinsames Teil ausgebildet sein können. Alternativ können das Hochfrequenz-Antennensystem und das Shimsystem aus unterschiedlichen Einheiten gebildet und abnehmbar miteinander verbunden sein. Eine Möglichkeit ist dabei, dass das Shimsystem mittels Schiebeverbindungen auf das Hochfrequenz-Antennensystem aufgesteckt ist. Alternativ kann es auch über entsprechende Verbindungsmittel wie z.B. Steckverbindungen hinter dem Hochfrequenz-Antennensystem montiert sein, wobei für eine fixe Montageposition während der Messung entsprechende Halterungssysteme vorgesehen sein können.
Bei allen Varianten kann das Shimsystem an dem Hochfrequenz-Antennensystem, vorteilhafterweise vom Mund aus gesehen hinter dem Hochfrequenz-Antennensystem, angebracht werden. Aber auch eine umgekehrte Anordnung, das heißt mit einem näher zum Untersuchungsobjekt angeordneten Shimsystem ist denkbar und fällt unter die Erfindung, auch wenn später zur Vereinfachung nur auf die erste Alternative näher eingegangen wird.
In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Oralspule ein bei der Anwendung in oder vor dem Mund angeordnetes, im Wesentlichen dem Kieferverlauf folgendes bogenförmiges Gehäuse für das Hochfrequenz-Antennensystem und/oder das Shimsystem umfassen. D. h. heißt, dass das Gehäuse der in einer im Wesentlichen parallel zwischen Ober- und Unterkiefer verlaufenden Querschnittebene bogenartigen Verlaufsform bzw. Wölbung des Kieferbereiches eines Patienten angepasst ist oder angepasst werden kann.
Bevorzugt kann das Gehäuse in einem etwa gleichbleibenden Abstand zum Mund bzw. zu den Zahnreihen angeordnet sein. Das Gehäuse der Oralspule erstreckt sich dabei beispielsweise vom rechten Ohr bis zum linken Ohr eines Patienten in einer weitgehend symmetrischen Ausgestaltung, so dass es den gesamten Kieferbereich abdeckt. Es kann in einer alternativen Ausführung aber auch nur die linke bzw. rechte Kieferseite abdecken. Dazu kann die Oralspule so ausgestaltet sein, dass sie sowohl für die linke als auch die rechte Kieferbereichsseite einsetzbar ist. Links und rechts bedeutet im Sinne der Erfindung, dass in der Draufsicht auf den Hinterkopf eines Patienten, d. h. in Blickrichtung des Patienten, die entsprechende Richtung angegeben wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung können in einem solchen Gehäuse das Hochfrequenz-Antennensystem und das Shimsystem angeordnet sein. Dazu kann das jeweilige System fest integriert in dem Gehäuse angeordnet sein oder das Gehäuse kann entsprechende Aufnahmen für das jeweilige System aufweisen.
Das in dem Gehäuse fest integrierte bzw. in einem eigenen Gehäuse angeordnete Shimsystem kann Halterungen für Shimelemente umfassen. Diese Halterungen können so ausgebildet sein, dass sie einzelne Shimelemente oder alternativ mehrere Shimelemente aufnehmen. Unter einer Halterung für ein Shimelement wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung verstanden, in die ein Shimelement temporär, z.B. nur im Betrieb der Oralspule, oder fest eingebaut werden kann. Halterungen für Shimelemente hängen von der Größe und der Form der Shimelemente ab und sind entsprechend ausgestaltet. Zum Beispiel können die Halterungen in Form von Rastelementen ausgebildet sein, in die einzelne oder mehrere Shimelemente eingesetzt werden können und diese dann durch einen Rastmechanismus in der Halterung festgehalten werden. Alternativ dazu sind auch Halterungen in Form von Kammern oder dergleichen möglich, in die eine Anzahl von Shimelementen eingeschoben ist. Je nach Form der Shimelemente können dabei in eine Halterung auch mehrere Shimelemente, zum Beispiel in einer Reihenanordnung, vorgesehen sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich auch Shim-aktive Elemente mit inaktiven Elementen abwechseln können oder Shimelemente mit unterschiedlicher Shimstärke relativ einfach je nach Anforderung an den Shim speziell ausgewählt und positioniert werden können.
Die Halterungen können vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass sich im Betrieb ein Array aus Shimelementen realisieren lässt. Array im Sinne der Erfindung heißt, dass die Shimelemente in Reihen und/oder Zeilen ohne oder mit definierten Abständen zwischen den einzelnen Reihen und Zeilen angeordnet werden können. Dabei kann zum Beispiel ein annähernd regelmäßiges Array aus Shimelementen aufgebaut werden.
Je nach Form und Ausgestaltung der Shimelemente lassen sich so Arrays aus Shimelementen aufbauen, in denen je nach Besetzung der einzelnen Reihen und Zeilen mit Shimelementen eine an die momentanen Anforderungen angepasste Abstimmung des Shims erzielen lässt. Da die B₀-Feldinhomogenität je nach Untersuchungsobjekt und Lage des Untersuchungsbereiches in Bezug auf das Isozentrum des Messsystems unterschiedlich ist, kann dadurch eine individuelle Anpassung erreicht werden. Insbesondere die Bildqualität lässt sich durch diese individuelle Anpassungsmöglichkeit an den jeweiligen Untersuchungsbereich verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oralspule kann zumindest eines der Shimelemente ein passives Element aus einem Material mit definierter magnetischer Suszeptibilität zur Anpassung einer B₀-Feldinhomogenität sein. Das hierbei verwendete Material hat bei Raumtemperatur bevorzugt eine magnetische Suszeptibilität χ von größer als 10² und insbesondere bevorzugt von größer als 10³.
Beispiele solcher Materialien, welche die vorstehenden Suszeptibilitäten aufweisen, sind diamagnetische Materialien und bevorzugt sind Materialien, die Eisen, Kobalt, Nickel oder Legierungen dieser Metalle, insbesondere Eisen und Eisenlegierungen, umfassen.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Oralspule, kann zumindest eines der Shimelemente eine elektrische Shimspule sein. Erfindungsgemäß ist eine solche elektrische Shimspule zur lokalen Veränderung einer B₀-Feldinhomogenität ausgebildet. Bevorzugt können mehrere der Shimelemente, z.B. drei, vier, fünf, sechs oder sieben, elektrische Shimspulen sein, wobei diese auch zusammen mit passiven Shimelementen, wie sie vorstehend erläutert wurden, in Kombination eingesetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oralspule kann das Shimsystem ein Shimspulen-Array aus mehreren elektrischen Shimspulen umfassen. Shimspulen-Array im Sinne der Erfindung heißt, dass in dem Gehäuse des Shimsystems mehrere in Zeilen und/oder Spalten angeordnete Shimspulen integriert sind. Dabei kann das Array nur eine Zeile aber auch zwei, drei oder mehrere, weitgehend parallel zueinander angeordnete Zeilen umfassen. Entsprechend wird eine Anzahl von einer, zwei, drei oder auch mehreren Spalten eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in dem Gehäuse der Oralspule mehrere Shimspulen, z.B. fünf, sechs oder sieben Shimspulen, in einem bogenförmigen Bereich entlang des Kiefers benachbart in einer Zeile angeordnet, um beispielsweise den gesamten Kieferbereich abdecken zu können.
Durch eine weitere Verringerung des Abstandes des Hochfrequenz-Antennensystems zum Untersuchungsbereich kann eine weitere Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses erzielt werden. Hierzu kann das Hochfrequenz-Antennensystem bevorzugt zumindest teilweise in einem im Betrieb intraoral angeordneten Gehäusteil angeordnet sein. Dies ist insbesondere für die Untersuchung von einzelnen Zähnen oder kleineren Zahn-/Kieferbereichen von Vorteil.
Alternativ oder zusätzlich kann das Hochfrequenz-Antennensystem oder zumindest ein Teil davon in einem Gehäuseteil angeordnet sein, dass sich im Betrieb außerhalb des Kopfs des Patienten befindet. Durch die Kombination kann unter anderem eine verbesserte Ortsbestimmung erzielt werden, da von mehreren Blickwinkeln der Empfang der Hochfrequenzstrahlung gemessen werden kann.
Eine weiter bevorzugte Ausgestaltung der Oralspule umfasst in einem Gehäuseteil, das während des Betriebs außerhalb des Kopfs des Patienten angeordnet ist, die Shimelemente. Dadurch kann eine hohe Shimgenauigkeit erreicht werden, ohne zusätzlich Raum innerhalb der Mundhöhle für das Shimsystem zur Verfügung stellen zu müssen. Diese Ausführungsform bietet auch einen verbesserten Komfort für den Patienten, da die innerhalb des Mundraumes anzuordnenden Gerätschaften möglichst klein ausgestaltet werden können oder gar nicht notwendig sind.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 ein schematischer Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Oralspule,
2 eine schematische seitliche Ansicht der Oralspule gemäß 1,
3 ein schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäßen Oralspule gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 ein schematischer Querschnitt durch die Oralspule gemäß 3.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Oralspule 1 nach einer ersten Ausführungsform sowie dessen Anwendung als Teil einer Hochfrequenz-Empfangseinrichtung 10 eines Magnetresonanztomographiesystems 17. Von dem Magnetresonanztomographiesystem 17 ist hier beispielhaft neben dem aus der Oralspule 1 und einer Empfangseinheit 16 gebildeten Hochfrequenz-Empfangseinrichtung 10 nur schematisch der Grundfeldmagnet eine dezidierten Kopfspule angedeutet, welcher sich ringförmig um einen Patientenraum erstreckt, in dem eine Patient 19 bzw. ein Teil des Patienten, insbesondere der Kopf des Patienten, gelagert wird. Dabei ist der Patient 19 so gelagert, dass die Oralspule 1 ventral zu dem Isozentum I angeordnet, das gewöhnlich in der Mitte des Grundfeldmagneten 11 in dem Magnetresonanztomographiesystem 20 festgelegt ist. Selbstverständlich weist das Magnetresonanztomographiesystem 17 alle üblichen dem Fachmann bekannten Komponenten, wie z.B. ein Gradientensystem, eine Bodycoil und gegebenenfalls weitere Lokalspulen etc. auf. Diese Komponenten sind hier der Vereinfachung wegen aber nicht dargestellt.
Die Oralspule 1 umfasst ein Hochfrequenz-Antennensystem 2 mit einer Anzahl von Hochfrequenzantennen 6 sowie ein Shimsystem 3 mit einer Anzahl von passiven Shimelementen 7. Die Hochfrequenz-Antennen 6 der Oralspule 1 sind mit einer Empfangseinheit 16 verbunden, welche die von den Hochfrequenz-Antennen 6 empfangenen Magnetresonanzsignale in bekannter Weise weiter verarbeitet, z.B. verstärkt, filtert, auf die passende Frequenz mischt und digitalisiert.
Sowohl das Hochfrequenz-Antennensystem 2 als auch das Shimsystem 3 sind in einem bogenförmigen Gehäuse angeordnet, in dem die Hochfrequenzantennen 6 zeilenweise in einem Bereich mit annähernd gleichbleibenden Abstand zum Mund bzw. Kieferbereich des Patienten 19 angeordnet sind. In 1 ist eine Schnittansicht (in einer Schnittebene parallel zwischen Ober- und Unterkiefer) zu einer Ausführungsform gezeigt, bei dem eine Zeile aus sechs nebeneinander angeordneten Hochfrequenzantennen 6 in dem bogenförmigen Gehäuse integriert ist. Mehrere solcher Zeilen können übereinander angeordnet sein. Das bogenförmige Gehäuse des Hochfrequenz-Antennensystems 2 erstreckt sich dabei annähernd vom linken Ohr zum rechten Ohr des Patienten 19.
Analog zum Hochfrequenz-Antennensystem 2 ist das Shimsystem 3 ebenso aus einem bogenförmigen Gehäuse mit annähernd gleichem Krümmungsradius ausgebildet. Es liegt in der in 1 gezeigten Ausführungsform, und zwar vom Patienten aus gesehen, hinter dem Hochfrequenz-Antennensystem 2, d. h. weiter außen. Das Shimsystem 3 umfasst mehrere Spalten von passiven Shimelementen 7, die in dem bogenförmigen Gehäuse mit definiertem Abstand zueinander in einer Reihe angeordnet sind. In dem in 1 gezeigten Schnitt, erkennt man acht Spalten mit passiven Shimelementen 7, die in entsprechenden Halterungen bzw. Taschen (nicht gezeigt) eingebracht sind. Dabei sind, wie aus 2 zu ersehen ist, mehrere Zeilen solcher Shimelemente 7 übereinander angeordnet, um den Shim zu verbessern. Durch die Verwendung mehrerer Zeilen und Spalten aus einzelnen Shimelementen 7 kann mittels geeigneter Auswahl der Stärke der magnetischen Suszeptibilität der einzelnen Shimelemente 7 eine individuellere Einstellung des Shims erzielt und damit die Inhomogenität ausgeglichen werden.
Alternativ zu der in 1 gezeigten Anordnung der Shimelemente 7, können diese dicht neben- und übereinander sitzen, d. h. dass eine vollflächige Anbringung von Shimelementen vorliegt. Dadurch kann eine noch feinere Abstimmung des Shims erzielt werden.
In der 2 ist eine seitliche Ansicht der Oralspule 1 der ersten Ausführungsform gezeigt. Darin erkennt man gut, wie die Oralspule 1 um den Mund des Patienten 19 herum im Bereich des Kiefers, d. h. in der vertikalen Ausrichtung von etwa der Nase bis etwa zum Kinn des Patienten 19 angeordnet ist. Die Oralspule 1 besitzt im Bereich des Shimsystems 3 Halterungen 14 für passive Shimelemente 7.
Die Halterungen 14 können dabei, wie in 2 gezeigt ist, längliche Aussparungen bzw. Taschen sein, in denen ein oder mehrere Shimelemente 7 eingeschoben werden können. Die Halterungen 14 können sich dabei vertikal über annähernd den gesamten Bereich der Oralspule erstrecken. Wie aus 2 ersichtlich ist, können mehrere Halterungen 14 in horizontaler Richtung weitgehend parallel zueinander angeordnet sein, so dass sich ein Shimelemente-Array mit mehreren Spalten und Zeilen ergibt.
Die in die Halterungen eingeschobenen Shimelemente 7 sind hier passive Shimelemente, die Eisen als diamagnetisches Material umfassen. Je nach Größe der Abweichung des B₀-Feldes von dem idealen Homogenitätszustand kann ein jedes Shimelement unterschiedliche Eisengehalte umfassen, um so über die jeweilige magnetische Suszeptibilität der Shimelemente 7 das B₀-Feld entsprechend einzustellen und dadurch die Homogenität zu verbessern. Dabei hängt die Auswahl der Shimelemente mit geeigneter Suszeptibilität von der entsprechenden Stärke der Inhomogenität ab. Falls an einer bestimmten Stelle keine Inhomogenität vorliegt, z.B. weil die Entfernung zum Isozentrum nicht so groß ist, kann auch an der entsprechenden Stelle des Shimsystems ein inaktives Shimelement 7 eingefügt werden. Bei einer großen Inhomogenität kann andererseits ein Shimelement mit einer größeren magnetischen Suszeptibilität, zum Beispiel mit einem höheren Eisengehalt, in unmittelbarer Nähe der Inhomogenität eingesetzt werden, um diese entsprechend auszugleichen.
Dadurch dass die Shimelemente 7 leicht zugänglich sind, kann eine einfache Einstellung des Shimsystems, zum Beispiel durch Austausch einzelner Shimelemente 7, erfolgen.
In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Oralspule 1 gezeigt, bei der in einem Gehäuse sowohl Hochfrequenz-Antennen 6 als auch elektrische Shimspulen 8 integriert sind. Die Hochfrequenz-Antennen 6 der Oralspule 1 sind auch hier mit einer Empfangseinheit 16 verbunden, welche die Magnetresonanzsignale weiter verarbeiten. Die Shimspulen 8 sind mit einer Shimsteuereinheit 18 (hier lediglich als Beispiel integriert in die Empfangseinheit 16) für die Ansteuerung der elektrischen Shimspulen 8 verbunden. Diese kann z.B. wieder von einer Messsteuerung (nicht dargestellt) angesteuert werden, welche auf Basis von Justagemessungen, feststellt, ob und wo das Grundmagnetfeld eine Inhomogenität aufweist, und dementsprechend Steuersignale an die Shimsteuereinheit 18 ausgibt, die dann die Shimspulen 8 mit einem geeigneten Strom der passenden Richtung beaufschlagt, so dass sich das gewünschte lokale Magnetfeld um die betreffende Shimspule 8 zur Homogenisierung des Grundmagnetfelds in diesem Bereich ausbildet. Die Inhomogenität im B₀-Feld kann dabei fein abgestimmt ausgeglichen werden. Die Shimspulen 8 können hierzu über mehrere separate Shimsteuereinheiten 18 einzeln angesteuert werden. Alternativ können auch mehrere elektrische Shimspulen von einer Shimsteuereinheit 18 angesteuert werden.
Die Oralspule ist außerhalb des Mundes des Patienten 19 auf Höhe der Zähne 20 angeordnet. Ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ist das Hochfrequenz-Antennensystem mit den Hochfrequenzantennen 6 in dem Gehäuse der Oralspule näher zu dem Shimsystem mit den Shimspulen 8 angeordnet, um eine Störung der durch die Hochfrequenzantennen 6 empfangenen Hochfrequenzsignale durch die Shimspulen 8 möglichst zu vermeiden.
4 zeigt wieder einen Querschnitt (ähnlich wie in 1 für das erste Ausführungsbeispiel) auf eine Oralspule gemäß der zweiten Ausführungsform, aus der deutlich die ventrale Lage des Untersuchungsbereichs des Patienten 19 und damit der Oralspule 1 bezüglich des Isozentrums I ersichtlich ist.
Aus dieser Draufsicht kann man die bogenförmige Ausgestaltung des Gehäuses der Oralspule mit dem Hochfrequenz-Antennensystem 2 und dem Shimsystem 3 erkennen. In dem Hochfrequenz-Antennensystem 2 sind mehrere, hier zum Beispiel sechs, Hochfrequenzantennen in Reihe, das heißt nebeneinander liegend, angeordnet. Ähnlich umfasst das vom Patienten aus gesehen, weiter entfernt liegende Shimsystem 3 mehrere, hier zum Beispiel neun, nebeneinander angeordnete Shimspulen 8, wobei jeweils darunter oder darüber weitere Zeilen aus Shimspulen angeordnet sind.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend dargestellten Oralspulen, der Hochfrequenz-Empfangseinrichtung sowie bei dem detailliert beschriebenen Verfahren bzw. der Verwendung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Außerdem können „Einheiten“, „Vorrichtungen“, „Mittel“, „Elemente“ aus einer oder mehreren, auch räumlich verteilt angeordneten Komponenten bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Oralspule
2: Hochfrequenz-Antennensystem
3: Shimsystem
6: Hochfrequenzantenne
7: Shimelement
8: Shimspule
10: Hochfrequenz-Empfangseinrichtung
11: Grundfeldmagnet
14: Halterungen
16: Empfänger
17: Magnetresonanztomographiesystem
18: Shim-Verstärker
19: Patient
20: Zahn
I: Isozentrum

Claims

Oralspule (1) für ein Magnetresonanztomographiesystem (17) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs eines Patienten (19), umfassend ein Hochfrequenz-Antennensystem (2) mit einer Anzahl von Hochfrequenzantennen (6) und ein Shimsystem (3) mit einer Anzahl von Shimelementen (7, 8) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems.
Oralspule (1) nach Anspruch 1, wobei das Hochfrequenz-Antennensystem (2) und das Shimsystem (3) eine bauliche Einheit bilden.
Oralspule (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oralspule ein bei der Anwendung in oder vor dem Mund des Patienten (19) im Wesentlichen einem Kieferverlauf folgendes, bogenförmiges Gehäuse für das Hochfrequenz-Antennensystem (2) und/oder das Shimsystem (3) umfasst.
Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Shimsystem (3) Halterungen (14) für Shimelemente (7) umfasst.
Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Shimelemente (7) ein passives Element aus einem Material mit definierter magnetischer Suszeptibilität zur Anpassung einer B₀-Feldinhomogenität, bevorzugt eine magnetische Suszeptibilität χ von größer als 10², umfasst.
Oralspule (1) nach Anspruch 5, wobei das Material Eisen, Kobalt, Nickel oder eine Legierung aus diesen Metallen umfasst.
Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Shimelemente eine elektrische Shimspule (8) umfasst.
Oralspule (1) nach Anspruch 7 mit einem in dem Shimsystem integrierten Shimspulen-Array aus mehreren elektrischen Shimspulen (8).
Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hochfrequenz-Antennensystem (2) zumindest teilweise in einem im Betrieb intraoralen Gehäuseteil angeordnet ist.
Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Hochfrequenz-Antennensystem (2) im Betrieb in einem Gehäuseteil außerhalb des Kopfes des Patienten (19) angeordnet ist.
Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Shimelemente (7, 8) im Betrieb in einem Gehäuseteil außerhalb des Kopfes des Patienten (19) angeordnet sind.
Hochfrequenz-Empfangseinrichtung (10) für ein Magnetresonanztomographiesystem zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs, umfassend eine Oralspule (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Magnetresonanztomographiesystem (17) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs, umfassend einen Kopfscanner mit Grundfeldmagnet (11) und eine Hochfrequenz-Empfangseinrichtung (10) nach Anspruch 12.
Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs eines Patienten (19) mit einer Oralspule (1), umfassend ein Hochfrequenz-Antennensystem (2) und ein Shimsystem (3) mit einer Anzahl von Shimelementen (7, 8), wobei für eine Akquisition von Magnetresonanzsignalen mittels des Hochfrequenz-Antennensystems (2) mit Hilfe des Shimsystems (3) eine Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems (17) mit einem Kopfscanner erfolgt.
Verwendung einer Oralspule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem Hochfrequenz-Antennensystem (2) und einem Shimsystem (3) mit einer Anzahl von Shimelementen (7, 8) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Kieferbereichs eines Patienten (19).