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Die Erfindung betrifft eine Verstimmungsvorrichtung für eine mehrere Spulenelemente umfassende Empfangsspule für eine Magnetresonanzeinrichtung, welche Spulenelemente über eine Schaltvorrichtung selektiv mit einem Empfangskanal einer Datenverarbeitungsvorrichtung verbindbar sind, wobei jedes Spulenelement wenigstens ein zwischen einem Verstimmungszustand und einem Empfangszustand über ein andauerndes Schaltsignal umschaltbares Verstimmungsbauteil, insbesondere eine PIN-Diode, umfasst und eine Steuereinrichtung zum Schalten der Schaltvorrichtung und zur Erzeugung der Schaltsignale vorgesehen ist. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung mit einer solchen Verstimmungsvorrichtung.
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Die Magnetresonanzbildgebung ist im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Dabei werden Spulenelemente einer Sendespule benutzt, um Kernspins in einem Zielobjekt, beispielsweise einer bestimmten Schicht des Zielobjekts, anzuregen. Die entstehenden Magnetresonanzsignale können dann mittels Spulenelementen wenigstens einer Empfangsspule aufgenommen werden, die auf dieser Frequenz resonant sein müssen, um einen Empfang zu ermöglichen. Es ist mithin notwendig, während des Sendens über die Sendespule Spulenelemente der Empfangsspule in einem Verstimmungszustand zu halten, damit nicht das Sendesignal dort eingekoppelt wird und negative Auswirkungen hat. Zu diesem Zweck ist es bekannt, ein Verstimmungsbauteil, insbesondere eine PIN-Diode, in dem Spulenelement vorzusehen, über die das Spulenelement wenigstens während des Sendevorgangs dynamisch verstimmbar ist.
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Immer häufiger werden Empfangsspulen verwendet, die eine große Zahl von Spulenelementen aufweisen, die für eine Messung nicht alle ausgelesen werden müssen, beziehungsweise nicht alle ausgelesen werden können. Hierfür ist es bekannt, eine Schaltvorrichtung vorzusehen, die auszulesende Empfangsspulenelemente mit entsprechenden Empfangskanälen einer Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere. einer Auswerteeinrichtung, verbindet. Dabei ist meist eine beliebige Verbindbarkeit von Spulenelementen zu Empfangskanälen möglich. Wird, beispielsweise aufgrund der technisch begrenzten Größe des Homogenitätsvolumens der Magnetresonanzeinrichtung eine Magnetresonanzuntersuchung in mehreren Schritten, in denen unterschiedliche Bereiche des Zielobjekts aufgenommen werden, durchgeführt, reicht es mithin aus, während einer Sequenz nur die Spulenelemente, die in dem jeweils untersuchten Bereich empfangen sollen, dynamisch zwischen einem resonanten Empfangszustand und einem nicht resonanten Verstimmungszustand (während der Sendephase mit der Sendespule) hin- und herzuschalten. Andere Spulenelemente, die gerade nicht zur Bildgebung beitragen, können statisch verstimmt sein.
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Zur konkreten Realisierung dieser Verstimmbarkeit sind im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt, von denen im Folgenden drei näher dargestellt werden sollen.
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In einer ersten Ausgestaltung ist es denkbar, dass jedes Spulenelement der Empfangsspule ein gekreuzt verschaltetes Diodenpärchen aufweist, das im Empfangsfall (also bei sehr kleiner Leistung) sperrt und im Hochfrequenz-Sendefall (also bei sehr hoher Hochfrequenzleistung) niederohmig wird. Über eine Lambda-Viertel-Leitung wird dieser Leerlauf beziehungsweise Kurzschluss dazu verwendet, das Empfangselement zu stimmen oder zu verstimmen. Diese Lösung ist dahingehend nachteilhaft, dass bei kleinen Sendeleistungen die Dioden unter Umständen nicht vollständig niederohmig werden, wobei zusätzlich der genaue Hochfrequenz-Sendepegel, bei dem der Übergang von einem nichtleitenden zu einem leitenden Zustand der Dioden stattfindet, von der Lage, Größe und Beladung der Empfangsspule abhängig ist. Daher kann es vorkommen, dass das Empfangselement nicht rechtzeitig verstimmt wird und so das Hochfrequenz-Sendefeld in seiner Homogenität beeinflusst, was zu einer reduzierten Bildqualität führen kann.
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In einer zweiten möglichen Ausgestaltung wurde vorgeschlagen, jedes Empfangsspulen-Spulenelement mit einer PIN-Diode zu versehen, die über eine entsprechende Leitung mit einer gesteuerten Strom-Spannungsquelle verbunden ist. Mittels der Strom-Spannungsquelle kann die PIN-Diode in einen niederohmigen oder hochohmigen Zustand gebracht werden, wobei üblicherweise der hochohmige Zustand, der bei Anlegen einer Spannung, beispielsweise von 40 V, vorliegt, für den Empfangsvorgang genutzt wird, nachdem hier das Rauschen deutlich niedriger ist als in einem Zustand, in dem die PIN-Diode bestromt ist, beispielsweise mit 30 mA, so dass dieser Zustand als Zustand der Verstimmung genutzt wird. Um die PIN-Diode zu verstimmen, ist also ein gewisser Stromfluss erforderlich, der ebenso von der Strom-Spannungsquelle geliefert werden kann.
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Dabei ist es bekannt, die zum Empfang genutzten Spulenelemente während einer Messung dynamisch zu stimmen und zu verstimmen. Dies geschieht über ein gemeinsames dynamisches Ansteuersignal, über das die Strom-Spannungsquellen dynamisch angesteuert werden. Für die Spulenelemente, die nicht zum Empfang von Magnetresonanzsignalen dienen sollen, wird eine statische Verstimmung aufrechterhalten, das bedeutet, die Strom-Spannungs-Quellen reagieren nicht auf das dynamische Steuersignal, wozu die Strom-Spannungsquellen beispielsweise einen weiteren Steuereingang besitzen können, der über eine Steuereinrichtung zusätzlich angesteuert wird. Hierzu ist es bekannt, beispielsweise ein Register als Teil einer Steuereinrichtung vorzusehen, welches gleichzeitig festlegt, ob eine Strom-Spannungsquelle auf das dynamische Signal reagiert und welche Spulenelemente über die Schaltvorrichtung mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden werden, um deren Empfangssignal auswerten zu können.
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Dabei sind die Strom-Spannungsquellen in dieser zweiten Ausgestaltung außerhalb des Untersuchungsvolumens, insbesondere also außerhalb der Empfangsspule, angeordnet, beispielsweise an der Hauptmagneteinheit oder in einem Technikraum. Hieraus resultieren zwei Nachteile. Zum einen muss die zum Umschalten der PIN-Diode benötigte elektrische Leistung über eine Verbindungsleitung zwischen der Strom-Spannungsquelle und der PIN-Diode übertragen werden, so dass sich entsprechende Anforderungen an diese Verbindungsleitung hinsichtlich der Querschnittsauslegung, Impedanz, Abblockung und dergleichen ergeben. Zum anderen wird für jede zu steuernde PIN-Diode eine separate Verbindungsleitung benötigt.
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Die Auswahl, welche Spulenelemente auf welche Empfangskanäle geschaltet werden und welche PIN-Dioden statisch oder dynamisch verstimmt werden, wird jeweils bisher getrennt getroffen und weitergeleitet. Die schaltbaren Strom-Spannungsquellen und die Schalter der Schaltvorrichtung werden jeweils über getrennte Steuerleitungen aktiviert, wodurch ein äußerst komplexes System entsteht.
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Zur Vereinfachung des Systems wurde vorgeschlagen, eine Reduzierung der Verkabelung, insbesondere der Tatsache, dass separate Kabel für die Hochfrequenz-Empfangssignale und die PIN-Dioden-Ansteuersignale benötigt werden, dadurch zu erreichen, dass diese Signale zumindest teilweise auf einer gemeinsamen Leitung mittels Frequenzmultiplex übertragen werden. Hierzu werden die Ansteuersignale für die PIN-Dioden nach der Schaltvorrichtung mit auf die Leitungen zu den Spulenelementen aufgebracht. Dies ist möglich, da das Magnetresonanz-Empfangssignal eine Frequenz aufweist, die > 5 MHz ist, das PIN-Ansteuersignal aber ein Schaltsignal mit einer Umschaltzeit von ca. 10 μs.
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In einer dritten Ausgestaltung wurde vorgeschlagen, dass, abweichend zu der zweiten Ausgestaltung, die Strom-Spannungs-Quelle nicht außerhalb des Untersuchungsvolumens vorgesehen ist, sondern direkt an dem Spulenelement vorgesehen ist. Da dies äußerst nah am zu untersuchenden Objekt, welches ein Patient sein kann, ist, muss die Strom-Spannungsquelle klein und mit möglichst geringer Verlustleistung ausgelegt werden, wofür beispielsweise die Umschaltung zwischen einer hohen negativen Versorgungsspannung, beispielsweise – 40 V, als Spannungsquelle und einer kleineren positiven Versorgungsspannung, beispielsweise 5 V, mit einem entsprechend dimensionierten Vorwiderstand als Stromquelle vorgeschlagen wurde. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die zum Umschalten der PIN-Diode benötigte Energie nicht über die u. U. sehr langen Verbindungsleitungen übertragen werden muss, sondern nur ein Logiksignal auf der Leitung laufen muss.
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Neben den hier dargestellten Ausgestaltungen sind noch weitere Lösungen bekannt, die bislang ihren Weg noch nicht in ein tatsächliches Produkt gefunden haben, beispielsweise die Verstimmung über einen Hilfsträger, der mit der Ganzkörperantenne ausgestrahlt wird, oder die Verstimmung über einen optisch steuerbaren Halbleiterschalter, der über eine Glasfaser von der Messsteuerung geschaltet wird. Diese Methoden sind technisch äußerst schwierig zu realisieren.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2010 027 673 A1 betrifft eine Magnetresonanzeinrichtung, bei deren Empfangssystem eine Schaltvorrichtung zur veränderlichen Zuordnung einer ersten Zahl von Empfangskanälen zu einer zweiten Zahl an Eingängen des oder der Empfänger vorgesehen ist, welche einen Kreuzschienenverteiler und eine Vorauswahlschaltung aufweist. Es wird vorgeschlagen, über die Vorauswahlschaltung eine Aufteilung in festverdrahtete Eingänge einer ersten Gruppe und Eingänge einer zweiten Gruppe vorzunehmen. In einer konkreten Ausführungsform wird dort ferner vorgeschlagen, ein niederfrequentes Pindiodensignal über einen Tiefpassfilter auf seinem Weg zu den Pindioden der Lokalspule in eine Leitung einzukoppeln.
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DE 10 2007 053 429 A1 betrifft eine Lokalspulenanordnung mit einem Magnetfeldsensor und eine Magnetresonanzanlage mit einer derartigen Lokalspulenanordnung. Die Magnetfeldsensoren sollen die Größe eines statischen Magnetfelds erfassen. Es wird überprüft, ob eine Feldstärke des statischen Magnetfelds größer als eine Mindestfeldstärke ist. Die Lokalspulenanordnung weist Magnetresonanzantennen auf, die über eine Schaltmatrix mit einer Steuer- und Auswertungseinrichtung signaltechnisch zumindest temporär verbindbar sind. Weiterhin kann jeder der Magnetresonanzantennen eine Verstimmschaltung zugeordnet sein, die in Abhängigkeit des aus den Messwerten der Magnetfeldsensoren ermittelten Anwesenheitssignals aktiviert und deaktiviert werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Komplexität einer Verstimmungsvorrichtung insbesondere im Hinblick auf die Verkabelung und den Ansteuerungsaufwand weiter zu reduzieren, insbesondere im Hinblick auf die zweite und die dritte Ausgestaltung.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Verstimmungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstimmungsvorrichtung der Schaltvorrichtung vorgechaltete erste Frequenzweichen zum Einkoppeln von Schaltsignalen für dynamisch zu schaltende Spulenelemente und Verstimmbaugruppen für jedes Spulenelement zum Schalten des Verstimmungsbauteils in den Verstimmungszustand bei nicht vorliegendem Schaltsignal aufweist.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, das Schaltsignal für das Verstimmungsbauteil auch über die Schaltvorrichtung, also die Empfangsauswahlvorrichtung, zu schalten, indem auch hier ein Frequenzmultiplexer eingesetzt wird, der in diesem Fall eine Einspeisung des Schaltsignals auf die Leitung zum Empfang der Magnetresonanzsignale jedoch bereits vor der Schaltvorrichtung vorsieht. Auf diese Weise wird erreicht, dass nur noch die von der Schaltvorrichtung ohnehin ausgewählten Spulenelemente mit dem dynamischen Schaltsignal versorgt werden. Da nun die nicht zum Empfang ausgewählten Spulenelemente kein dynamisches Schaltsignal erhalten, ist zusätzlich eine geeignete Beschaltung, nämlich die Verstimmbaugruppe vorgesehen, die diese nicht ausgewählten Spulenelemente insbesondere statisch, in jedem Fall aber beim Sendevorgang, verstimmt hält.
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Dabei wird der Frequenzmultiplex des Magnetresonanz-Empfangssignals und des dynamischen Schaltsignals für die Verstimmungsbauteile, insbesondere die PIN-Dioden, über entsprechende Frequenzweichen realisiert. Über die erste Frequenzweiche wird das Schaltsignal bereits vor der Schaltvorrichtung eingespeist, durchläuft diese, die Verbindungsleitung von der Schaltvorrichtung zu dem Spulenelement und gelangt so zu dem Verstimmungsbauteil. In Gegenrichtung durchläuft das Magnetresonanz-Empfangssignal auch die Verbindungsleitung, die Schaltvorrichtung und wird am ersten Frequenzmultiplexer von dem Schaltsignal getrennt und der Datenverarbeitungsvorrichtung zugeleitet. Die ursprünglich allein für die Zuordnung von Spulenelementen zu Empfangskanälen vorgesehene Schaltvorrichtung, die beispielsweise durch ein Register der Steuereinrichtung angesteuert werden kann, übernimmt somit auch die Funktion der Auswahl der dynamisch zu verstimmenden PIN-Dioden und somit Spulenelemente.
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Auf diese Weise kann durch die Erfindung eine deutliche Vereinfachung des Infrastrukturaufwandes erreicht werden, insbesondere im Hinblick auf die Komplexität der Ansteuerung und die Menge beziehungsweise den Aufwand der Verkabelung.
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Dabei existieren im Wesentlichen zwei grundsätzliche Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
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So kann in einer ersten, weniger bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass wenigstens eine Strom- und/oder Spannungsquelle zur Erzeugung einer Schaltspannung und/oder eines Schaltstroms für das Verstimmungsbauteil der ersten Frequenzweiche vorgeschaltet ist, so dass das Schaltsignal die Schaltspannung und/oder den Schaltstrom umfasst. In dieser Ausgestaltung ist mithin die Strom- und/oder Spannungsquelle deutlich außerhalb des Untersuchungsvolumens, insbesondere außerhalb der Empfangsspule, angeordnet, so dass als Schaltsignal über die erste Frequenzweiche unmittelbar die Schaltspannung und/oder der Schaltstrom eingekoppelt werden können. In diesem Fall ist es nicht nötig, eine Strom- und/oder Spannungsquelle nahe des Spulenelements zu integrieren, sondern diese kann weiterhin außerhalb realisiert werden, so dass beispielsweise weniger Wärme vor Ort erzeugt wird. Es besteht allerdings der Nachteil, dass die Schalter der Schaltvorrichtung dem erforderlichen hohen Strom beziehungsweise der erforderlichen hohen Spannung standhalten müssen. Auch in dieser Ausführungsform ist eine zweite, spulenelementseitige Frequenzweichen zur Extraktion des zur Umschaltung des Verstimmungsbauteils genutzten Schaltsignals notwendig, die nahe des Spulenelements das Schaltsignal abtrennt, nachdem dem eigentlichen Spulenelement üblicherweise ein Verstärker (Vorverstärker, LNA) nachgeschaltet ist, der von dem Schaltsignal nicht in Gegenrichtung durchlaufen werden kann.
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In dieser ersten Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass die Verstimmbaugruppen jeweils eine eigene Strom- und/oder Spannungsquelle umfassen, die bei nicht vorliegendem Schaltsignal eine insbesondere niedrigere Schaltspannung oder einen insbesondere niedrigeren Schaltstrom für die Aktivierung des Verstimmungszustands liefert. Zur statischen Verstimmung von nicht über die Schaltvorrichtung mit dem Schaltsignal versorgten Spulenelementen wird mithin vorgeschlagen, eine Stromquelle oder eine Spannungsquelle, insbesondere eine Stromquelle, nachdem der Verstimmungszustand, wie eingangs dargelegt, üblicherweise durch den Strom erzielt wird, unmittelbar an dem Spulenelement vorzusehen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Stromquelle eine Spannungsquelle und einen Vorwiderstand zur Erzeugung des Stroms umfasst. Dabei ist mit besonderem Vorteil der Strom kleiner, als es der durch das Schaltsignal gegebene Strom wäre. Beispielsweise kann ein Strom in der Größenordnung von 5 mA durch eine 10 V-Spannungsquelle und einen entsprechenden Vorwiderstand erzielt werden. Der Vorteil hieran ist, dass der Strom, der durch die weitere Stromquelle erzeugt wird, so klein ist, dass er in dem Fall, dass ein Schaltsignal auftritt, mithin ein Auswahlschalter geschlossen ist, durch die größere Strom- und/oder Spannungsquelle „überstimmt” wird. Eine solche Realisierung mittels eines Stroms, der niedriger ist als der im Schaltsignal enthaltene Strom, ist insbesondere deswegen möglich, da sich die nicht zum Empfangs ausgewählten Spulenelemente üblicherweise ohnehin außerhalb des Sendefeldes der Hochfrequenz-Sendespule befinden, so dass ein geringerer Strom ausreichend ist.
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In einer alternativen Lösung für die erste grundsätzliche Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Verstimmbaugruppen jeweils eine Wandlereinrichtung zur Umwandlung eingestrahlter Hochfrequenzenergie in eine Schaltspannung oder einen Schaltstrom zur Aktivierung des Verstimmungszustands aufweisen. Hier kann beispielsweise eine Schaltung zur Gleichrichtung eingekoppelter Hochfrequenz-Spannung vorgesehen sein, die einen Gleichstrom erzeugt, der die Verstimmung zum Sendezeitpunkt ermöglicht. Diese Lösung benötigt keine zusätzliche Spannungsquelle oder Stromquelle, ist jedoch weniger bevorzugt, da es erst eine kurze Zeit dauert, bis genügend Strom beziehungsweise Spannung erzeugt wird, um die Verstimmung zu erreichen.
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In einer zweiten, alternativen, grundsätzlichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass für jedes Spulenelement eine Strom- und/oder Spannungsquelle zur Erzeugung einer Schaltspannung und/oder eines Schaltstroms für das Verstimmungsbauteil in der Empfangsspule vorgesehen ist, wobei das durch zweite, spulenelementseitige Frequenzweichen zur Extraktion des zur Umschaltung des Verstimmungsbauteils genutzten Schaltsignals wieder extrahierbare Schaltsignal ein von einem der Strom- und/oder Spannungsquelle zugeordneten Schaltmittel interpretierbares Logiksignal ist. Das Schaltmittel kann dabei auch in die Strom- und/oder Spannungsquelle, welche mithin spulenelementseitig vorgesehen ist, integriert sein, so dass diese beispielsweise einen Steuereingang für das als Logiksignal ausgebildete Schaltsignal aufweisen kann. In dieser Ausgestaltung besitzt also jedes Spulenelement eine eigene, zugeordnete, umschaltbare Strom- und/oder Spannungsquelle, so dass über die Schaltvorrichtung nur ein Logiksignal geführt werden muss, so dass sich die Anforderungen an die Schaltvorrichtung reduzieren. So kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die Schaltvorrichtung als ein MEMS-Relais ausgebildet ist (MEMS = Microelectromechanical System).
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In dieser Ausgestaltung kann zur Realisierung der Verstimmbaugruppe mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass für jedes Spulenelement dem insbesondere in der Strom- und/oder Spannungsquelle integrierten Schaltmittel ein Pull-Up-Widerstand als Teil der Verstimmbaugruppe vorgeschaltet ist. Das bedeutet, über den Pull-Up-Widerstand wird der Eingang des Schaltmittels, insbesondere ein Steuereingang der Strom- und/oder Spannungsquelle, auf einen Zustand gezogen, der die Strom- und/oder Spannungsquelle in den Zustand schaltet, der zur Verstimmung führt, insbesondere also, wie bereits dargelegt wurde, dazu führt, dass die Strom- und/oder Spannungsquelle einen geeigneten Schaltstrom durch das Verstimmungsbauteil leitet, so dass jenes im Verstimmungszustand vorliegt. Auch in diesem Fall kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass ein anhand des durch die Verstimmbaugruppe erzeugten Logiksignals für das Schaltmittel erzeugter Schaltstrom niedriger als ein bei einem über die Frequenzweichen zugeführten Logiksignal entstehender Schaltstrom ist. Auch hier ist es also möglich, die Strom- und/oder Spannungsquelle in einen Stromzustand mit reduziertem Strom zu schalten, nachdem sich nicht zum Empfang ausgewählte Spulenelemente üblicherweise außerhalb des Sendefelds befinden.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass durchaus auch mehrere Empfangsspulen die zu schaltenden bzw. verstimmenden Spulenelemente umfassen können, mithin die Verstimmungsvorrichtung mehreren Empfangsspulen zugeordnet ist.
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Neben der Verstimmungsvorrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, umfassend wenigstens eine Empfangsspule mit einer zugeordneten erfindungsgemäßen Verstimmungsvorrichtung sowie die Datenverarbeitungsvorrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich der Verstimmungsvorrichtung lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstimmungsvorrichtung in einer Prinzipskizze,
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2 relevante Komponenten einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstimmungsvorrichtung,
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3 der Bereich eines Spulenelements bei einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstimmungsvorrichtung, und
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4 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Verstimmungsvorrichtung 1, wie sie in einer Magnetresonanzeinrichtung mit wenigstens einer Empfangsspule 2 eingesetzt werden kann. Die Empfangsspule 2 kann beispielsweise eine Lokalspule sein. Sie umfasst ersichtlich eine Mehrzahl von Spulenelementen 3, die zum Empfang von Magnetresonanzsignalen dienen und von denen der Einfachheit halber hier nur zwei dargestellt sind. Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, müssen die Spulenelemente 3 während des Sendevorgangs über eine hier nicht näher gezeigte Sendespule, beispielsweise eine Ganzkörper-Sendespule, in einen nicht resonanten Zustand, also einen Verstimmungszustand, gebracht werden, damit keine Hochfrequenzenergie des Sendesignals eingekoppelt wird. Hierfür ist an dem Spulenelement 3 ein Verstimmungsbauteil 4 vorgesehen, das vorliegend als PIN-Diode 5 ausgebildet ist.
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Aufgrund einer aktuellen, möglicherweise bereichsweise vorgenommenen Messung und/oder aufgrund der Tatsache, dass nur eine bestimmte Zahl von Empfangskanälen vorliegt, sind nicht alle Spulenelemente 3 fest mit einem Empfangskanal einer Datenverarbeitungsvorrichtung 6 verbunden, sondern können über eine Schaltvorrichtung 7, die in dieser ersten Ausführungsform als ein MEMS-Relais ausgebildet ist, bei Bedarf einem Empfangskanal zugeordnet werden, die einzelnen Schalter 8 der Schaltvorrichtung 7 werden dabei vorliegend über ein Register 9 einer Steuereinrichtung 10 gesteuert. Somit kann das Empfangssignal nach Durchlaufen eines Verstärkers 11 über eine Verbindungsleitung 12 und die Schaltvorrichtung 7 der Datenverarbeitungsvorrichtung 6, beispielsweise einer Auswerteeinrichtung, zugeführt werden. Um das Schalten der PIN-Dioden 5 zu ermöglichen, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedem Spulenelement 3 eine Strom- und Spannungsquelle 13 zugeordnet, über die zur Erzeugung des Verstimmungszustandes ein Strom, beispielsweise von 30 mA, erzeugt werden kann, der die PIN-Diode 5 auf einen sehr niedrigen Widerstand, beispielsweise 0,1 Ohm, schaltet, und somit für die Verstimmung des Spulenelements 3 sorgt. Soll das Spulenelement 3 resonant sein, wird eine negative Schaltspannung von beispielsweise –40 V von der Strom- und Spannungsquelle 13 ausgegeben, so dass die PIN-Diode einen höheren Widerstand aufweist (sperrt) und das Spulenelement 3 resonant ist und empfangen kann. Die Strom- und Spannungsquelle 13 muss also über ein geeignetes Signal, welches ihr beziehungsweise von einem dedizierten Schaltmittel, welches hier nicht näher dargestellt ist, über einen Steuereingang zugeführt wird, zwischen diesen Zuständen hin- und hergeschaltet werden, wenn das Spulenelement 3 dynamisch verstimmt werden soll.
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Das entsprechende Schaltsignal, welches hier als Logiksignal ausgebildet ist, wird ebenso von der Steuereinrichtung 10 zur Verfügung gestellt, und es wird gemäß der vorliegenden Erfindung ebenso über die Schaltvorrichtung 7 und die Verbindungsleitung 12 transportiert, wofür ein Frequenzmultiplex-Verfahren eingesetzt wird. In Richtung zu dem Spulenelement 3 ist der Schaltvorrichtung 7 mithin eine Frequenzweiche 14 vorgeschaltet, die das Schaltsignal in die Leitung 15 zu der Schaltvorrichtung 7 einkoppelt. Mithin bestimmen auch die Schalter 8 der Schaltvorrichtung 7, welchen Spulenelementen 3 das dynamische Schaltsignal überhaupt zugeführt wird. Somit ist kein weiteres Steuersignal der Steuereinrichtung 10 mehr erforderlich, welches entscheidet, ob die Strom- und Spannungsquellen 13 auf das Schaltsignal reagieren sollen, da diese über die Schaltvorrichtung 7 bereits gewählt werden. Gleichzeitig ist es möglich, für jedes Spulenelement 3 mit der Verbindungsleitung 12 nur eine einzige Kabelverbindung vorzusehen, was die Komplexität und den Verkabelungsaufwand deutlich reduziert. Spulenelementseitig ist eine zweite Frequenzweiche 16 vorgesehen, über die das Schaltsignal wieder extrahiert werden kann und der Strom- und Spannungsquelle 13 zugeordnet werden kann.
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Um die nicht zum Empfang über die Schaltvorrichtung 7 ausgewählten Spurenelemente 3 statisch verstimmt halten zu können, ist dem Steuereingang jeder Strom- und Spannungsquelle 13 hier eine Verstimmbaugruppe 17 vorgeschaltet, welche im vorliegenden Fall einen Pull-Up-Widerstand 18 umfasst, der den Steuereingang der Strom- und Spannungsquelle 13 auf einen Zustand zieht, der die Strom- und Spannungsquelle 13 in einen Strom liefernden Zustand schaltet, der einen niedrigeren Strom liefert als der bei einem vorliegenden Schaltsignal gelieferte Strom, welcher aber insbesondere dann, wenn sich das Spulenelement 3 nicht innerhalb des Sendefeldes befindet, dennoch sicher ausreichend ist, das Spulenelement 3 zu verstimmen. So wird ein statisch verstimmter Zustand der Spulenelemente 3 erreicht, für die kein Schaltsignal weitergeführt wird.
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2 zeigt in Form einer vereinfachten Darstellung, die nur die wesentlichen Komponenten einer zweiten Ausführungsform einer Verstimmungsvorrichtung zeigt, eine mögliche Realisierung mit einer außerhalb der Empfangsspule 2, insbesondere außerhalb des gesamten Untersuchungsvolumens, angeordneten Strom- und Spannungsquelle 19, wobei eine einzige Strom- und Spannungsquelle 19 für alle Empfangskanälen zugeordneten Leitungen vorgesehen sein kann, aber auch für jede einem Empfangskanal zugeordnete Leitung eine eigene Strom- und Spannungsquelle 19 vorgesehen werden kann. In diesem Fall wird als Schaltsignal also entweder die Schaltspannung oder der Schaltstrom über die Schaltvorrichtung 7 und die Leitungen 12 transportiert, weshalb die Schalter 8 ausgelegt sind, dem Schaltstrom und der Schaltspannung Stand zu halten. Das Schaltsignal wird nach Durchlaufen der Leitung 12 wieder durch eine zweite Frequenzweiche 16 ausgekoppelt.
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Zur Verstimmung der Spulenelemente 3, die nicht zum Empfang ausgewählt sind, mithin kein Schaltsignal erhalten, umfasst die Verstimmbaugruppe 17 hier eine Wandlereinrichtung 20 zur Umwandlung eingestrahlter Hochfrequenzenergie in einen Schaltstrom zur Aktivierung des Verstimmungszustands der PIN-Dioden 5.
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3 zeigt eine alternative Lösung für die Verstimmbaugruppe 17 zu der in 2 gezeigten Lösung, wobei in 3 zur statischen Verstimmung des Spulenelements 3 eine Stromquelle 21 vorgesehen ist, die vorliegende eine Spannungsquelle 22 und einen Vorwiderstand 23 umfasst. Dabei ist der von der Stromquelle 21 gelieferte Strom niedriger als der üblicherweise von der Strom- und Spannungsquelle 19 gelieferte Schaltstrom, beispielsweise 5 mA, so dass es problemlos möglich ist, diesen durch eine bei geschlossenem zugeordneten Schalter 8 gelieferte Schaltspannung zu „überstimmen”.
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4 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 24, deren grundsätzlicher Aufbau mit einer Hauptmagneteinheit mit Patientenaufnahme, einer Gradientenspulenanordnung, einer Sendespule 25 und dergleichen grundsätzlich bekannt ist, so dass er hier nicht näher dargelegt werden muss. Ersichtlich umfasst die Magnetresonanzeinrichtung 24 wenigstens eine Empfangsspule 2, insbesondere als Lokalspule ausgebildet, der eine erfindungsgemäße Verstimmungseinrichtung 1 in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform, bevorzugt in der ersten Ausführungsform, zugeordnet ist. Die Empfangssignale der Empfangsspule 2 werden durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 6 verarbeitet. Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Steuereinrichtung 10 auch in die allgemeine Steuereinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung 24 integriert vorgesehen sein kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstimmungsvorrichtung
- 2
- Empfangsspule
- 3
- Spulenelemente
- 4
- Verstimmungsbauteil
- 5
- PIN-Diode
- 6
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 7
- Schaltvorrichtung
- 8
- Schalter
- 9
- Register
- 10
- Steuereinrichtung
- 11
- Verstärker
- 12
- Verbindungsleitung
- 13
- Spannungsquelle
- 14
- Frequenzweiche
- 15
- Leitung
- 16
- Frequenzweiche
- 17
- Verstimmbaugruppe
- 18
- Pull-Up-Widerstand
- 19
- Spannungsquelle
- 20
- Wandlereinrichtung
- 21
- Stromquelle
- 22
- Spannungsquelle
- 23
- Vorwiderstand
- 24
- Magnetresonanzeinrichtung
- 25
- Sendespule
