DE102012203331A1

DE102012203331A1 - Lokalschirm und Verfahren zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen

Info

Publication number: DE102012203331A1
Application number: DE102012203331A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber; Jörg Rothard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-03
Also published as: KR20130100729A; DE102012203331B4; KR101661131B1; CN103293497A; US9091743B2; US20130229178A1; CN103293497B

Abstract

Es wird ein Lokalschirm (1) zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjektes (P) bei einer Magnetresonanzbildgebung mit einem Magnetresonanzgerät (13) beschrieben. Der Lokalschirm (1) umfasst eine Mehrzahl an elektrisch leitfähigen Lokalschirmelementen (2, 2', 2''), die so angeordnet sind, dass keine unmittelbare elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Lokalschirmelementen (2, 2', 2'') besteht. Weiterhin umfasst der Lokalschirm (1) eine Trägereinrichtung (9) zur Aufnahme der Lokalschirmelemente (2, 2', 2'') sowie eine Anzahl an Schalteinrichtungen (3, 3', 3''), die mit den Lokalschirmelementen (2, 2', 2'') elektrisch leitend verbunden sind und die so ausgebildet sind, dass ihr elektrischer Widerstand mittels einer Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S'') steuerbar ist. Zusätzlich umfasst der Lokalschirm (1) eine Anzahl an Schirmsteuersignaleingängen (17, 17', 17'') für die Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S''). Darüber hinaus werden ein Lokalschirmsystem, ein Magnetresonanzsystem (15) und ein Verfahren zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjektes (P) bei einer Magnetresonanzbildgebung mit einem Magnetresonanzgerät (13) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lokalschirm zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjektes bei der Magnetresonanzbildgebung mit einem Magnetresonanzgerät. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Lokalschirmsystem für die Magnetresonanzbildgebung und ein Magnetresonanzsystem zur Magnetresonanzbildgebung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjektes bei der Magnetresonanzbildgebung mit einem Magnetresonanzgerät.
Bildgebende Systeme der Medizintechnik nehmen heute eine bedeutende Rolle bei der nicht-invasiven Untersuchung von Patienten ein. Die von den bildgebenden Systemen erzeugten Darstellungen der inneren Organe und Strukturen des Patienten werden zur Diagnose von Krankheitsursachen, zur Planung von Operationen, bei der Durchführung von Operationen oder auch zur Vorbereitung von therapeutischen Maßnahmen angewandt. Beispiele für solche bildgebenden Systeme sind Ultraschallsysteme, Röntgen-Computertomographie(CT)-Systeme, Positronen-Emissionstomographie(PET)-Systeme, Single-Photon-Emissionstomographie(SPECT)-Systeme oder Magnetresonanz (MR)-Systeme.
Bei den letztgenannten MR-Systemen wird der Patient üblicherweise einem konstantem Hauptmagnetfeld mit relativ hoher magnetischer Feldstärke, dem sog. B0-Feld, ausgesetzt. Darüber hinaus werden – um eine Ortsauflösung bei der Bildgebung zu ermöglichen – sog. magnetische Gradientenfelder in den verschiedenen Raumrichtungen überlagert. Die Gradientenfelder werden dabei während der Bilddatenaufnahme typischerweise in ihrer Feldstärke variiert bzw. auch zeitweise aktiviert oder deaktiviert. Die Variation der Gradientenfelder läuft dabei in der medzinischen Praxis gängigerweise mit Frequenzen im kHz-Bereich ab. Zusätzlich zu dem Hauptmagnetfeld und den magnetischen Gradientenfeldern wird der Patient einem gepulsten Hochfrequenzfeld im MHz-Bereich ausgesetzt. Dieses auch als MR-Anregungsfeld bezeichnete Feld bewirkt eine Anregung des Kernspins der Atome oder Moleküle, meist der Wasserstoff-Protonen, im Körper des Patienten zur sog. Kernspinresonanz. Nach einer Deaktivierung des MR-Anregungsfeldes gehen von den angeregten Materialien MR-Signale aus, die von geeigneten Empfangsantennen aufgezeichnet werden. Da sich die Wasserstoff-Protonen vor allem in den Wasser- und Fettbereichen des Patienten befinden, ist es mit anschließenden Rechenoperationen durch eine MR-Anlage möglich, Schichtbilder (Tomogramme) zu erzeugen, in denen beispielsweise die wasser- und fettreicheren Gebiete heller dargestellt werden als wasser- und fettärmere Gebiete, wie Knochenstrukturen.
Zum Empfang der MR-Signale des Untersuchungsobjekts werden heute meist sogenannte Lokalspulen ("local coils") eingesetzt. Bei diesen Lokalspulen handelt es sich um MR-Empfangsantennen-Baugruppen, welche MR-Empfangsantennenelemente, meist in Form von Leiterschleifen, enthalten. Die von den MR-Empfangsantennenelementen empfangenen MR-Signale werden in der Regel noch in der Lokalspule vorverstärkt und aus dem zentralen Bereich der MR-Anlage beispielsweise über Kabel ausgeleitet und einem geschirmten Empfänger einer MR-Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt. In dieser werden dann die empfangenen Daten digitalisiert und für die MR-Bildgebung weiterverarbeitet.
Die Lokalspulen werden bei der Untersuchung relativ nah an der Körperoberfläche möglichst direkt an dem zu untersuchenden Organ bzw. Körperteil des Patienten angeordnet. Im Gegensatz zu größeren, entfernter vom Patienten angeordneten Antennen, die ebenfalls zur Erzeugung eines gesamten Schnittbilds durch einen Patienten genutzt werden, haben die Lokalspulen den Vorteil, dass sie näher an den interessierenden Bereichen angeordnet sind. Dadurch wird der durch die elektrischen Verluste innerhalb des Körpers des Patienten verursachte Rauschanteil reduziert, was dazu führt, dass das sogenannte Signal-Rausch-Verhältnis (signal noise ratio, SNR) einer Lokalspule prinzipiell besser ist als das einer entfernteren Antenne. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann jedoch durch Signale, die von Körperbereichen des Patienten ausgehen, welche nicht zum interessierenden Bereich gehören, gestört werden. Das liegt daran, dass die hochfrequente Anregung der Protonen des Untersuchungsobjektes bei der MR-Bildgebung üblicherweise über eine Ganzkörperantenne ("remote body array" oder "remote body coil") erfolgt. Das heißt, dass auch die Bereiche des Patienten mit angeregt werden, welche außerhalb des interessierenden Bereichs liegen. Entsprechend gehen von diesen Bereichen auch MR-Signale aus, die die Messung der MR-Signale der interessierenden Bereiche beeinträchtigen. Insbesondere kann es hier zu sog. Rückfaltungs- oder Einfaltungs-Artefakten in den MR-Bilddaten kommen, wenn der nicht interessierende Körperbereich zwar nicht innerhalb des Sichtfeldes ("field of view") liegt, aber trotzdem MR-Signale in den Lokalspulen erzeugt. Derartige Artefakte in der MR-Bildgebung treten beispielsweise bei der Untersuchung des Abdomen oder des Herzens auf, da hier störende MR-Signale von den Armen des Patienten ausgehen, welche sich räumlich relativ nah an diesen Körperbereichen befinden.
Es besteht daher ein Bedarf an Lösungen für eine MR-Bildgebung, bei der der störende Einfluss nicht untersuchter Patientenkörperbereiche auf die Qualität der MR-Bildgebung reduziert oder sogar eliminiert wird.
Als naheliegende Lösung dieses Problems könnte beispielsweise ein größerer Bildbereich durch eine Vergrößerung der Anzahl der verwendeten Lokalspulen oder durch zusätzliche Ganzkörperempfangsantennen während der MR-Bildgebung aufgenommen werden, so dass es nicht zu den genannten Einfaltungs-Artefakten kommt bzw. dass im Anschluss an eine MR-Bilddatenaufnahme eine Kompensation der Bildgebungsartefakte der nicht interessierenden Körperbereiche möglich wird. Eine derartige Lösung bedingt jedoch eine nachteilige, erhöhte Dauer der MR-Bildgebung und auch eine unvorteilhaft erhöhte MR-Bilddatenmenge.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zur MR-Bildgebung mit einem MR-Gerät anzugeben, mit denen der störende Einfluss nicht interessierender Bereiche eines Patienten oder Untersuchungsobjektes reduziert oder eliminiert wird, so dass auch die genannten Nachteile der naheliegenden Lösung der Aufgabe vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch einen Lokalschirm nach Anspruch 1, ein Lokalschirmsystem nach Anspruch 11, ein Magnetresonanzsystem nach Anspruch 12 und ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst.
Ein erfindungsgemäßer Lokalschirm zur Abschirmung von MR-Signalen eines Untersuchungsobjektes bei einer MR-Bildgebung mit einem MR-Gerät umfasst eine Mehrzahl an elektrisch leitfähigen Lokalschirmelementen, die so angeordnet sind, dass keine unmittelbare elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Lokalschirmelementen besteht. Ein Untersuchungsobjekt kann dabei ein Patient sein, es sind jedoch andere Untersuchungsobjekte, beispielsweise gesunde Menschen bei einer Vorsorgeuntersuchung oder auch Untersuchungen an Tieren denkbar. Der Begriff Mehrzahl steht für mindestens zwei oder mehr als zwei Lokalschirmelemente. Die Geometrie der Lokalschirmelemente ist besonders bevorzugt flächig, dass heißt, dass ihre Abmessungen in einer der drei Raumachsen wesentlich geringer, beispielsweise um einen Faktor fünf geringer sind als die Abmessungen in den beiden anderen Raumachsen. Als elektrisch leitfähige Materialien bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Lokalschirmelemente kommen Metalle, wie Kupfer, Stahlblech oder Aluminium sowie Metallverbindungen, z.B. Legierungen, in Frage. Darüber hinaus können die Lokalschirmelemente nicht metallische aber elektrisch leitfähige Materialien umfassen, beispielsweise Kohle, Kohlefaser oder Verbundwerkstoffe aus Karbonfasern.
Die Anordnung der Lokalschirmelemente wird erfindungsgemäß so gewählt, dass keine unmittelbare elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Lokalschirmelementen besteht, dass heißt dass sie beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden Material zumindest in Teilbereichen ausgestattet sind, so dass keine elektrisch leitfähige Verbindung bei einer Berührung der Lokalschirmelemente auftritt. Auch können die Lokalschirmelemente in einem räumlichen Abstand zueinander angeordnet sein, so dass sich die Lokalschirmelemente nicht berühren und entsprechend keine unmittelbare elektrisch leitfähige Verbindung entstehen kann. Dennoch liegen die Lokalschirmelemente vorzugsweise relativ dicht beieinander, so dass sie eine Art Netz bilden. Eine derartige Anordnung setzt jedoch nicht voraus, dass die Lokalschirmelemente in einer Ebene angeordnet sind. Denkbar sind auch Ausgestaltungen, bei denen die Lokalschirmelemente mit einem räumlichen Abstand überlappend hintereinander angeordnet sind. Ein möglicher Abstand zwischen den Lokalschirmelementen beträgt bevorzugt maximal einige mm. Besonders bevorzugt ist der Abstand an die Frequenz des MR-Anregungsfeldes angepasst.
Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Lokalschirm eine Trägereinrichtung zur Aufnahme der Lokalschirmelemente. Die Trägereinrichtung kann dabei die Lokalschirmelemente ganz oder teilweise umschließen. Bevorzugt ist die Trägereinrichtung mit Materialen aufgebaut, die nur eine geringe oder keine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Außerdem enthält der erfindungsgemäße Lokalschirm eine Anzahl (d.h. eine oder mehrere) an Schalteinrichtungen, die mit den Lokalschirmelementen elektrisch leitend verbunden sind. Die Schalteinrichtungen sind dabei so ausgebildet, dass ihr elektrischer Widerstand mittels einer Anzahl an Schirmsteuersignalen steuerbar ist. Zudem umfasst der erfindungsgemäße Lokalschirm eine Anzahl an Schirmsteuersignaleingängen für die Anzahl an Schirmsteuersignalen. Die Schirmsteuersignale können dabei optisch, drahtlos, drahtgebunden oder in anderen Ausgestaltungen am Lokalschirm anliegen. Entsprechend sind die Schirmsteuersignaleingänge für optische, drahtlose, drahtgebundene oder andere Ausgestaltungen der Schirmsteuersignale vorbereitet.
Der erfindungsgemäße Lokalschirm weist den wesentlichen Vorteil auf, dass die Schirmwirkung oder Transparenz des Lokalschirms gegenüber elektromagnetischen Feldern durch die Schirmsteuersignale steuerbar ist. Die Steuerbarkeit der Schirmwirkung wird dabei durch eine entsprechende Steuerung der elektrischen Widerstände der Schalteinrichtungen erzielt.
Sind beispielsweise in einer bevorzugten Ausgestaltung des Lokalschirms die Lokalschirmelemente paarweise über Schalteinrichtungen miteinander elektrisch leitfähig verbunden, dann ergibt sich eine Schirmwirkung, die abhängig ist von den Widerstandswerten der Schalteinrichtungen. Hierbei wirken die elektrisch leitfähigen Lokalschirmelemente näherungsweise wie eine große elektrisch leitfähige Gesamtschirmfläche, falls die elektrischen Widerstände der Schalteinrichtungen auf einen sehr niedrigen Wert, beispielsweise kleiner als 1 Ohm, gesteuert werden. Die effektiv wirksame Gesamtschirmfläche wird dabei näherungsweise durch die räumliche Überlagerung der einzelnen Lokalschirmelemente definiert. Umgekehrt ergibt sich in bestimmten Frequenzbereichen in Abhängigkeit von den Abmessungen der Lokalschirmelemente eine geringere Schirmwirkung, falls der elektrische Widerstand auf einen relativ hohen Widerstandswert, beispielsweise größer als 100 kOhm, gesteuert wird. Die Lokalschirmelemente sind dann also näherungsweise elektrisch voneinander isoliert und wirken deshalb jeweils nur als einzelne, gegenüber der genannten Gesamtschirmfläche kleinere Schirme.
Mit einer derartigen steuerbaren Schirmwirkung des erfindungsgemäßen Lokalschirms lassen sich in sehr vorteilhafter Weise die MR-Signale nicht interessierender Körperbereiche bei der MR-Bildgebung analysieren und ggf. auch kompensieren. So lässt sich beispielsweise durch Vergleich von MR-Aufnahmen bei erhöhter und erniedrigter Schirmwirkung feststellen, welchen Einfluß die nicht interessierenden Körperbereiche auf die MR-Bilddaten haben. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, die Schirmwirkung des Lokalschirms zu reduzieren, falls sich durch in den Lokalschirmelementen induzierte Wirbelströme bei der MR-Bildgebung erhöhte Temperaturen im Lokalschirm einstellen. Durch eine derartige Steuerung ist es dann auch möglich, größere Körperbereiche abzuschirmen oder den Lokalschirm sehr nahe am Körper des Patienten zu platzieren, da Erwärmungen des Lokalschirms vermeidbar sind. Herkömmliche, einfache Abschirmungen auf Basis von großflächigen Kupferfolien würden hier nämlich während einer MR-Bildgebung zu Erwärmungen durch induzierte Wirbelströme führen, die von den Patienten als unangenehm empfunden werden.
Das heißt, dass der erfindungsgemäße Lokalschirm vielfach erst eine körpernahe Abschirmung von MR-Signalen nicht interessierender Körperbereiche ermöglicht, so dass die genannten Bildgebungsartefakte einfach und kostengünstig, das heißt insbesondere auch ohne eine Vergrößerung des Bildaufnahmebereichs, reduziert oder gänzlich vermieden werden.
Eine grundlegende Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abschirmung von MR-Signalen eines Untersuchungsobjektes bei einer MR-Bildgebung mit einem MR-Gerät besteht darin, den Grad der Schirmwirkung eines geeigneten Lokalschirms in Abhängigkeit von den Phasen der MR-Bildgebung zu steuern. Der Lokalschirm befindet sich dabei an oder in unmittelbarer Nähe von Körperbereichen des Untersuchungsobjektes, deren MR-Signale abzuschirmen sind.
Eine reduzierte Schirmwirkung wird zumindest während einer Anregungsphase der MR-Bildgebung aktiviert. Die reduzierte Schirmwirkung tritt dabei zumindest in einem Frequenzbereich auf, der die Arbeitsfrequenz des MR-Gerätes umfasst. Als Arbeitsfrequenz des MR-Gerätes wird dabei die Frequenz verstanden, mit der im Patienten befindliche Protonen oder Atomkerne zur Kernspinresonanz angeregt werden, das heißt die Arbeitsfrequenz entspricht der Frequenz des genannten gepulsten Hochfrequenzfeldes. Bei einem MR-Gerät mit 1,5 Tesla ist dies üblicherweise eine Frequenz von 63,5 MHz, bei 2,9 Tesla 123,2 MHz und bei 7 Tesla 300 MHz, sofern wie üblich eine Anregung der Wasserstoff-Protonen erfolgen soll. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei anderen Frequenzen, oder bei der Anregung anderer Protonen oder Atomkerne ist jedoch gleichsam möglich. Der Begriff „reduzierte Schirmwirkung“ soll hierbei auch als eine Möglichkeit (je nach Aufbau des Lokalschirms und der verwendeten Arbeitsfrequenz) eine nahezu völlige Aufhebung der Schirmwirkung einschließen, d.h. dass die Schirmwirkung deaktiviert wird.
Weiterhin wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erhöhte Schirmwirkung des Lokalschirms während einer Empfangsphase der MR-Bildgebung aktiviert, wobei die erhöhte Schirmwirkung zumindest in einem Frequenzbereich auftritt, der die Arbeitsfrequenz des MR-Gerätes umfasst. Entsprechend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Abschirmung von MR-Signalen nicht interessierender Körperbereiche während der Empfangsphase der MR-Signale. Gleichzeitig wird aber durch eine reduzierte Schirmwirkung während der Anregungsphase verhindert, dass sich durch die genannten Wirbelströme im Lokalschirm erhöhte und für einen Patienten unangenehme Temperaturen einstellen können. Darüber hinaus können Objekte, insbesondere elektrisch leitfähige Objekte, welche sich im hochfrequenten MR-Anregungsfeld befinden, zu einer unerwünschten Verzerrung des MR-Anregungsfeldes führen. Dies trifft damit im Allgemeinen auch auf Schirmeinrichtungen zu, die sich im MR-Anregungsfeld befinden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch in vorteilhafter Weise der störende Einfluss einer Abschirmung auf das MR-Anregungsfeld reduziert oder sogar eliminiert, da der Lokalschirm während der Anregungsphase eine reduzierte Schirmwirkung aufweist, das heißt für das MR-Anregungsfeld näherungsweise transparent ist.
Die abhängigen Ansprüche und die weitere Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, wobei die Ansprüche einer Kategorie auch analog den Ansprüchen einer der anderen Kategorien weitergebildet sein können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Lokalschirms ist der Lokalschirm dadurch gekennzeichnet, dass er eine Lokalisierungseinrichtung umfasst, die so ausgestaltet ist, dass mit dem MR-Gerät die Position des Lokalschirms bestimmbar ist. Die Lokalisierungseinrichtung kann dabei so ausgeführt sein, dass die Bestimmung der Position mit optischen, elektromagnetischen oder akustischen Mitteln erfolgt. Entsprechend kann die Lokalisierungseinrichtung geeignete Schnittstellen aufweisen. Dazu zählen optische Schnittstellen, wie Laser- oder Leuchtdioden, Antennen für elektromagnetische Wellen, wie beispielsweise integrierte RFID (Radio Frequency IDentification)-Antennen oder Ultraschallwandler. Darüber hinaus sind auch einfache, nicht elektrisch aktive Markierungen denkbar, die am Lokalschirm angebracht sind und welche eine Bestimmung der Position des Lokalschirms erleichtern, beispielsweise Markierungen, die mit einer optischen Kamera erfassbar sind. Die Möglichkeit zur Positionsbestimmung bietet den Vorteil, dass fehlerhafte Positionierungen des Lokalschirms einfach durch das MR-Gerät oder das medizinische Personal erkannt werden können, insbesondere vor dem Beginn einer MR-Bildgebung. Störungsrisiken sind damit vermeidbar. Darüber hinaus lassen sich mit der Kenntnis der genauen Lage des Lokalschirms Bildgebungsartefakte, die sich aus der Verwendung des Lokalschirms ergeben, einfacher kompensieren.
Besonders bevorzugt umfasst die Lokalisierungseinrichtung eine Lokalempfangsantenneneinrichtung. Die Lokalempfangsantenneneinrichtung kann dabei die MR-Anregungsfelder und insbesondere die MR-Signale, die vom Körper des Patienten als Reaktion auf die MR-Anregung ausgehen, empfangen. Eine derartige Lokalempfangsantenneneinrichtung kann dabei aus einer oder mehreren einfachen Spulenanordnungen, wie beispielsweise Leiterschleifen bestehen, aber auch eine Mehrzahl an Spulenanordnungen, wie matrix-förmige Anordnungen von Leiterschleifen enthalten. Die von der Lokalempfangsantenneneinrichtung empfangenen Signale werden, ggf. nach einer Vorverstärkung und/oder Analog-Digital-Wandlung, über geeignete drahtlose, drahtgebundene oder optische Schnittstellensignale an das MR-Gerät weitergegeben. Mit weiteren Signalverarbeitungseinrichtungen ist dann über diese Signale die Position des Lokalschirms bestimmbar, so dass die oben genannten Vorteile erzielt werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lokalschirms umfasst der Lokalschirm, vorzugsweise die Lokalisierungseinrichtung, eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines Identifikationscodes. Eine derartige Speichereinrichtung kann dabei als Analog- oder Digitalspeicher ausgeführt sein. Das Auslesen bzw. die Übertragung des Identifikationscodes an ein MR-Gerät kann dabei wiederum mit geeigneten drahtgebundenen, drahtlosen oder optischen Signalen erfolgen. Mit Hilfe des Identifikationscodes ist in vorteilhafter Weise für das MR-Gerät oder das medizinische Personal einfach erkennbar, welcher Typ oder welche Ausführungsform eines Lokalschirms vorliegt und wie viele Lokalschirme eingesetzt werden. Dadurch lassen sich wiederum Fehlbedienungen und Sicherheitsrisiken reduzieren oder vermeiden. Darüber hinaus kann die weitere Verarbeitung der MR-Signale bei Kenntnis des Typs oder der Ausführungsform des Lokalschirms vorteilhaft an die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Lokalschirms angepasst werden.
Die Abmessungen der Lokalschirmelemente werden in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lokalschirms so gewählt, dass sie in einem Frequenzbereich, der die Arbeitsfrequenz des MR-Gerätes umfasst, eine hohe Schirmwirkung aufweisen. Besonders bevorzugt werden die flächigen Lokalschirmelemente so ausgestaltet, dass sie eine Dicke im Bereich von ca. 10um bis ca. 200um haben und eine Länge und/oder Breite von maximal 20mm und/oder minimal 5mm, ganz besonders bevorzugt von ca. 10mm, besitzen.
Die Anzahl der Schalteinrichtungen des Lokalschirms können in verschiedener Weise ausgeführt sein. Beispielsweise sind einfache, mechanische Schalter denkbar, die durch eines der Schirmsteuersignale ein- bzw. ausgeschaltet werden. Zu diesen Ausführungsvarianten zählen insbesondere auch Relais-Schalter und Vakuum-Relais-Schalter, die sich im ausgeschalteten Zustand durch einen sehr hohen, nahezu unendlichen elektrischen Widerstand auszeichnen, und die umgekehrt im eingeschalteten Zustand einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand besitzen, der häufig unter einem Ohm liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Lokalschirms der Erfindung sind zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen als Hochpassfilter ausgebildet. Das heißt, dass die Schalteinrichtungen bei höheren Frequenzen der abzuschirmenden Signale einen geringeren Widerstand haben als bei niedrigeren Frequenzen. Eine derartige Ausgestaltung einer Schalteinrichtung kann beispielsweise durch die serielle Verbindung eines Schalters mit einer Kapazität erzielt werden. In einem geschlossenen, das heißt niederohmigen Zustand des Schalters würde die Schalteinrichtung dann als Hochpassfilter wirken. Damit kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass die Schirmwirkung des Lokalschirms bei elektromagnetischen Feldern mit hoher Frequenz höher ist als bei elektromagnetischen Feldern niedriger Frequenz. Bei entsprechender Ausgestaltung des Hochpassfilters resultiert eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Lokalschirms, bei der in einem ersten Frequenzbereich, der die Arbeitsfrequenz des MR-Gerätes umfasst, ein niedriger elektrischer Widerstand in den Schalteinrichtungen vorliegt als in einem zweiten Frequenzbereich, der unter dem ersten Frequenzbereich liegt. Besonders bevorzugt umfasst der zweite Frequenzbereich die Frequenzen mit denen die magnetischen Gradientenfelder während der MR-Bildgebung variiert werden. Mit den als Hochpassfilter ausgebildeten Schalteinrichtungen ergibt sich dadurch eine Schirmwirkung des Lokalschirms, die im zweiten Frequenzbereich geringer ist als im ersten Frequenzbereich. Damit lassen sich in vorteilhafter Weise unerwünschte Wirbelströme, die durch die magnetischen Gradientenfelder in allgemeinen Schirmeinrichtungen üblicherweise bewirkt werden, durch den erfindungsgemäßen Lokalschirm zu reduzieren oder zu vermeiden.
Bevorzugt umfassen zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen des erfindungsgemäßen Lokalschirms Dioden, bei denen entweder die Anoden oder die Kathoden der Dioden über die Anzahl der Schirmsteuersignale elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Über eine geeignete Wahl der Spannung des Schirmsteuersignals lassen sich damit die Dioden entweder in Sperr- oder in Durchlassrichtung betreiben. Ist beispielsweise ein Schirmsteuersignal mit den Kathoden der Dioden verbunden, dann bewirkt ein elektrisches Potenzial des Schirmsteuersignals, das niedriger ist als das elektrische Potenzial an den Anoden der Dioden, dass die Dioden in Durchlassrichtung betrieben werden. Übersteigt die Differenz der beiden Potenziale die Durchlassspannung der Dioden, so werden diese leitfähig, das heißt ihr elektrischer Widerstand nimmt deutlich ab. Umgekehrt würde ein elektrisches Potenzial des Schirmsteuersignals, das höher ist als das Potenzial an den Anoden der Dioden, bewirken, dass die Dioden in Sperrrichtung betrieben werden und entsprechend einen elektrischen Widerstand aufweisen, der höher ist als der elektrische Widerstand in der Durchlassrichtung. Eine entsprechende Steuerung mit umgekehrter Anordnung der elektrischen Potenziale ist ebenfalls möglich, wenn die Schirmsteuersignale mit den Anoden der Dioden verbunden sind. Zusammenfassend ist also über die Spannung des Schirmsteuersignals der Widerstand der Dioden und damit in vorteilhafter Weise die Schirmwirkung des Lokalschirms variierbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform des Lokalschirms sind zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen als sogenannte PIN-Dioden ("positive-intrinsic-negative diode") ausgeführt. Wie bei den regulären Dioden verfügt eine PIN-Diode über eine p-dotierte Schicht, die mit der Anode verbunden ist und eine n-dotierte Schicht, die mit der Kathode der Diode verbunden ist. Darüber hinaus verfügt die PIN-Diode zusätzlich über eine gering dotierte, intrinsische Schicht, die zwischen der p- und der n-dotierten Schicht angeordnet ist. Die Ausdehnung der intrinsischen Schicht hängt dabei von der Spannung bzw. dem Strom ab, der an der Kathode und Anode der Diode anliegt. Aufgrund der geringen Dotierung der intrinsischen Schicht weist die PIN-Diode, insbesondere bei einer Polung in Sperrrichtung, ein Hochpass-Verhalten auf, da die intrinsische Schicht wie eine Kapazität wirkt. Damit ergibt sich für den Lokalschirm eine Schalteinrichtung, deren elektrischer Widerstand frequenzabhängig ist, wobei sich die Frequenzabhängigkeit selbst durch das Potenzial des Schirmsteuersignals bzw. über den durch das Schirmsteuersignal eingeprägten Diodenstrom steuern lässt. Bei entsprechender Wahl der PIN-Dioden und des Schirmsteuersignals ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Lokalschirms, bei der in Sperrrichtung betriebene PIN-Dioden in einem ersten Frequenzbereich, der die Arbeitsfrequenz des MR-Gerätes umfasst, ein niedriger elektrischer Widerstand in den Schalteinrichtungen vorliegt als in einem zweiten Frequenzbereich, der unter dem ersten Frequenzbereich liegt. Besonders bevorzugt umfasst der zweite Frequenzbereich die Frequenzen, mit denen die magnetischen Gradientenfelder während der MR-Bildgebung variiert werden. Es ergibt sich dadurch eine Schirmwirkung des Lokalschirms, die im zweiten Frequenzbereich geringer ist als im ersten Frequenzbereich. Damit lassen sich wiederum in vorteilhafter Weise unerwünschte Wirbelströme, die durch die magnetischen Gradientenfelder in allgemeinen Schirmeinrichtungen üblicherweise bewirkt werden, durch den erfindungsgemäßen Lokalschirm reduzieren oder vermeiden.
Neben Dioden können zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen des Lokalschirms auch Transistoren, bevorzugt Feldeffekt-Transistoren (FET), umfassen. Die Transistoren können dabei in verschiedenen Varianten mit den Lokalschirmelementen verbunden sein. Denkbar ist beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Schirmsteuersignale mit den Steuereingängen der Transistoren verbunden sind. Bei Bipolar-Transistoren wäre dies der sog. Basis-Anschluß; bei Feldeffekt-Transistoren der sog. Gate-Anschluß. Die anderen Anschlüsse der Transistoren sind dann entweder mit den Lokalschirmelementen oder einem weiteren elektrischen Potenzial verbunden. Beispielsweise könnten die Lokalschirmelemente mit den sog. Kollektor-Anschlüssen der Bipolar-Transistoren bzw. den sog. Drain-Anschlüssen der Feldeffekt-Transistoren elektrisch leitend verbunden sein. Entsprechend wären die sog. Emitter-Anschlüsse der Bipolar-Transistoren bzw. die sog. Source-Anschlüsse der Feldeffekt-Transistoren mit dem genannten weiteren elektrischen Potenzial elektrisch leitend verbunden. Bei einer derartigen Ausführungsform lassen sich die Widerstände der Transistoren durch das Potenzial des Schirmsteuersignals oder dem durch das Schirmsteuersignal eingeprägten Strom variieren, so dass die Schirmwirkung des Lokalschirms über das Schirmsteuersignal einstellbar ist. Alternativ sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen der Emitter- bzw. Source-Anschluß mit den Lokalschirmelementen verbunden ist und der Kollektor- bzw. Drain-Anschluß an dem weiteren elektrischen Potenzial liegt. Darüber hinaus können die Transistoren in Dioden-Konfiguration verschaltet sein und entsprechend den vorstehenden Ausführungen mit den Lokalschirmelementen verbunden sein.
Bevorzugt ist der Lokalschirm so ausgeführt, dass die Lokalschirmelemente und die Schalteinrichtungen so ausgebildet sind, dass der Lokalschirm in einem Frequenzbereich, der die Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgerätes umfasst, bei einem niedrigen elektrischen Widerstand der Schalteinrichtungen eine hohe Schirmwirkung und bei einem hohen elektrischen Widerstand der Schalteinrichtungen eine geringe Schirmwirkung aufweist.
Die Lokalschirmelemente des Lokalschirms sind an der Trägereinrichtung angeordnet und können durch diese auch teilweise oder vollständig umschlossen sein. Bevorzugt wird die Trägereinrichtung Materialien umfassen, die elektrisch isolierend sind, oder welche nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, insbesondere im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit der Lokalschirmelemente. Darüber hinaus können in vorteilhafter Weise das Material oder die Materialien der Trägereinrichtung so gewählt sein, dass sie eine thermische Isolierung zwischen dem Patienten und den Lokalschirmelementen bewirken. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn durch Wirbelströme während der MR-Bildgebung eine Erwärmung der Lokalschirmelemente auftritt. Besonders bevorzugt ist der Lokalschirm so ausgestaltet, dass er in mindestens einer Raumrichtung mechanisch flexibel ist. Damit kann der Lokalschirm vor einer MR-Bildgebung durch eine Anpassung an die anatomischen Gegebenheiten des Patienten so positioniert werden, dass er möglichst nah an den nicht interessierenden Körperbereichen des Patienten anliegt, so dass sich eine erwünschte, hohe Schirmwirkung gegenüber den MR-Signalen der nicht interessierenden Körperbereiche ergibt. Im Besonderen ist die Trägereinrichtung dabei so ausgeführt, dass sie ein formstabiles Material umfasst, wodurch eine Positionierung und Anpassung des Lokalschirms an die räumlichen Gegebenheiten des MR-Geräts und die Anatomie des Patienten ermöglicht wird. Als formstabile Materialien sind beispielsweise Materialen auf Basis von Polyurethan-Schaum oder formstabilen Kunststofffolien denkbar.
Die Lokalschirmelemente können dabei auf unterschiedliche Arten an der Trägereinrichtung angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind die Lokalschirmelemente in einer Matrixstruktur angeordnet. Eine derartige Anordnung setzt jedoch nicht notwendigerweise voraus, dass die flächigen Lokalschirmelemente eine rechteckige Grundform aufweisen. Andere Grundformen, wie Kreisformen oder Ovalformen, welche in einer Matrixstruktur angeordnet sind, sind ebenfalls denkbar.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lokalschirms umfasst der Lokalschirm mindestens zwei Schalteinrichtungen, die durch mindestens zwei Schirmsteuersignale gesteuert werden, wobei ein erstes Schirmsteuersignal den elektrischen Widerstand einer ersten Gruppe der Schalteinrichtungen steuert und ein zweites Schirmsteuersignal den elektrischen Widerstand einer zweiten Gruppe der Schalteinrichtungen steuert. Eine derartige Ausgestaltung des Lokalschirms ermöglicht eine vorteilhafte, einfache Steuerung der Stärke der Abschirmung und eine vorteilhafte, einfache Steuerung der räumlichen Ausdehnung der Abschirmung mit Hilfe der Schirmsteuersignale. Wird beispielsweise nur für eine erste Gruppe der Schalteinrichtungen über ein erstes Schirmsteuersignal der elektrische Widerstand erniedrigt während die elektrischen Widerstände der zweiten Gruppe der Schalteinrichtungen auf einem hohen Widerstandswert verbleiben, so ergibt sich eine mittlere Schirmwirkung, die höher ist als wenn alle elektrischen Widerstände aller Schalteinrichtungen einen hohen Widerstandswert aufweisen würden, die aber auch niedriger ist, als wenn alle elektrischen Widerstände aller Schalteinrichtungen einen niedrigen Widerstandswert aufweisen würden. Weiterhin kann, insbesondere bei größeren Lokalschirmen, die räumliche Ausbreitung der Schirmwirkung durch die genannte Gruppierung der Schalteinrichtungen, der Lokalschirmelemente und der Schirmsteuersignale in vorteilhafter Weise gesteuert werden. Sind beispielsweise die Schalteinrichtungen einer ersten Gruppe sowie die mit ihnen verbundenen Lokalschirmelemente räumlich getrennt von einer zweiten Gruppe an Schalteinrichtungen und Lokalschirmelementen, dann kann sich durch eine entsprechende Steuerung der Schirmsteuersignale die Schirmwirkung der ersten Gruppe von der Schirmwirkung der zweiten Gruppe während der MR-Bildgebung unterscheiden. Eine derartige Gruppierung und Steuerung des Lokalschirms ist u.a. dann vorteilhaft, wenn größere Körperbereiche des Patienten abzuschirmen sind. So lässt sich z.B. ein Lokalschirm angeben, der so bemessen ist, dass er die unerwünschten MR-Signale des Arms eines Patienten abschirmt. Über eine entsprechende Gruppierung der Schalteinrichtungen und der mit ihnen elektrisch verbundenen Lokalschirmelemente sowie eine geeignete gruppenweise Steuerung der Schirmsteuersignale können dann in sehr einfacher Weise wahlweise nur die MR-Signale des Unterarmbereichs, nur die MR-Signale des Oberarmbereichs oder auch die MR-Signale beider Armbereiche abgeschirmt werden. Durch eine derartige Ausgestaltung können zeitaufwändige Neupositionierungen eines Lokalschirms während der Untersuchung vermieden werden.
Die Schirmsteuersignale des Lokalschirms können sowohl in analoger als auch in digitaler Form ausgebildet sein. Bei einer Steuerung von PIN-Dioden lässt sich beispielsweise über eine analoge elektrische Spannung die Schirmwirkung des Lokalschirms in einem weiten Bereich durch eine Variation der analogen elektrischen Spannung variieren. Bevorzugt ist der Lokalschirm so ausgestaltet, dass die Anzahl der Schirmsteuersignale jeweils zwei Zustände aufweisen und ein erster Zustand einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand der Schalteinrichtungen bewirkt als ein zweiter Zustand der Schirmsteuersignale.
Ein erfindungsgemäßes Lokalschirmsystem für die MR-Bildgebung umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Lokalschirm und mindestens eine Steuereinrichtung, die im Betrieb die Anzahl an Schirmsteuersignalen erzeugt und die im Betrieb mit der Anzahl der Schirmsteuersignaleingänge des Lokalschirms verbunden ist. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dabei so ausgestaltet, dass sie über Ausgänge verfügt, die Schirmsteuersignale erzeugen kann, die drahtlos, drahtgebunden oder optisch an die Schirmsteuersignaleingänge des Lokalschirms weitergegeben werden. Die Steuereinrichtung kann dabei direkt am Lokalschirm oder in räumlicher Nähe des Lokalschirms angeordnet sein. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung räumlich getrennt vom Lokalschirm angeordnet, um nachteilige Wechselwirkungen zwischen den elektromagnetischen Feldern des MR-Gerätes und der Steuereinrichtung zu reduzieren oder zu vermeiden. Neben den Schirmsteuersignalen kann die Steuereinrichtung darüber hinaus eine Anzahl an Spannungsversorgungen für den Lokalschirm bereitstellen. Eine derartige Spannungsversorgung kann beispielsweise dazu dienen, aktive elektrische oder elektronische Komponenten des Lokalschirms zu versorgen, u.a. aktive Elemente in den Schalteinrichtungen oder Vorverstärker einer Lokalempfangsantenneneinrichtung.
Ein erfindungsgemäßes MR-System zur MR-Bildgebung umfasst ein MR-Gerät, mindestens einen erfindungsgemäßen Lokalschirm sowie mindestens eine Steuereinrichtung, die im Betrieb die Anzahl an Schirmsteuersignalen erzeugt und an den mindestens einen Lokalschirm abgibt. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung dabei direkt an oder in dem MR-Gerät angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schirmwirkung des Lokalschirms durch eine Steuereinrichtung des MR-Geräts über eine Anzahl an Schirmsteuersignalen, bevorzugt in Abhängigkeit von Parametern der MR-Bildgebung, gesteuert. Insbesondere kann eine derartige Steuerung während einer MR-Bildgebung stattfinden, um eine optimierte Einstellung der Schirmwirkung zu erzielen. Das heißt beispielsweise, dass über das MR-Gerät oder das medizinische Personal die Schirmwirkung mit Hilfe der Schirmsteuersignale modifiziert wird, falls anhand der MR-Bilddaten feststellbar ist, dass die Schirmwirkung zu gering oder zu stark ist. Darüber hinaus kann der Lokalschirm über die Anzahl an Schirmsteuersignalen so angesteuert werden, dass ein in eine Mehrzahl von Lokalschirmzonen unterteilter Lokalschirm in den Lokalschirmzonen verschiedene Stärken der Schirmwirkung aufweist. Insbesondere bei Aufnahmen, bei der größere Körperbereiche des Patienten untersucht werden, lassen sich dadurch in vorteilhafter Weise immer nur die Lokalschirmzonen durch das MR-Gerät oder das medizinische Personal aktivieren, die gerade im Sichtfeld der MR-Bildgebung liegen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei werden gleichartige Komponenten mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Für Signale, Zeitangaben und Bezüge auf Patienten und Körperbereiche der Patienten werden Buchstaben verwendet. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms,
3 den zeitlichen Verlauf von Signalen eines erfindungsgemäßen MR-Geräts,
4 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms,
5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms,
6 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen MR-Systems,
7 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes MR-System,
8 die Bilddaten einer MR-Untersuchung an einem Körpermodell mit einem erfindungsgemäßen Lokalschirm.
1 zeigt eine grob schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms 1, welcher eine Anzahl an Lokalschirmelementen 2 umfasst, die matrixförmig auf einer Trägereinrichtung 9 angeordnet sind. Die Lokalschirmelemente 2 sind dabei paarweise über Schalteinrichtungen 3 elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei die Schalteinrichtungen 3 von einem Schirmsteuersignal S gesteuert werden, welches über einen Schirmsteuersignaleingang 17 bereitgestellt wird. Werden durch das Schirmsteuersignal S die Schalteinrichtungen 3 in einen niederohmigen Zustand versetzt, beispielsweise durch das Schließen eines Schalters oder eines Relais, dann sind alle Lokalschirmelemente 2 niederohmig elektrisch leitend miteinander verbunden. Die einzelnen Lokalschirmelemente 2 wirken in diesem Zustand näherungsweise wie eine große zusammenhängende Schirmfläche, wodurch sich eine hohe Schirmwirkung des Lokalschirms 1 ergibt. Werden dagegen die Schalteinrichtungen 3 durch das Schirmsteuersignal S in einen hochohmigen Zustand versetzt, beispielsweise durch das Öffnen eines Schalters oder eines Relais, dann ergibt sich eine deutlich geringere Schirmwirkung und auch nur eine geringe oder keine Verzerrung des MR-Anregungsfeldes bei der MR-Bildgebung, insbesondere bei einer hinreichend kleinen Wahl der Lokalschirmelemente 2. Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass die 1 lediglich schematischen Charakter hat, da bei einer geeigneten Dimensionierung die Lokalschirmelemente 2 typischerweise eine Länge und Breite von ca. 10mm aufweisen. Das heißt, dass ein Lokalschirm 1, der zur Abschirmung von Armen LA, RA oder Beinen eines Patienten P dimensioniert ist, wesentlich mehr Lokalschirmelemente 2 umfassen kann, als in 1 gezeigt. Weiterhin ist die Grundfläche der Lokalschirmelemente 2 nicht auf rechteckige Formen beschränkt, andere Formgebungen wie Kreise oder Ovale sind ebenfalls für die Lokalschirmelemente 2 denkbar.
2 stellt eine grob schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms 1 dar. Die Lokalschirmelemente 2 sind wiederum in Matrix-Form auf der Trägereinrichtung 9 angeordnet; das Schirmsteuersignal S wird über den Schirmsteuersignaleingang 17 zugeführt. Weiterhin werden hier die Lokalschirmelemente 2 über Dioden 4 innerhalb der Schalteinrichtungen 3 mit dem Schirmsteuersignal S verbunden, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Kathoden der Dioden 4 mit dem Schirmsteuersignal S und die Anoden der Dioden 4 mit den Lokalschirmelementen 2 elektrisch leitend verbunden sind. Eine alternative Ausgestaltung mit umgekehrter Polung der Dioden 4 ist ebenfalls möglich. Der Widerstand der Schalteinrichtungen 3 wird durch das Schirmsteuersignal S gesteuert. Liegt beispielsweise das elektrische Potenzial des Schirmsteuersignals S um mindestens die sog. Dioden- oder Diodeneinsatzspannung unter dem elektrischen Potenzial der Lokalschirmelemente 2, so werden die Dioden leitfähig, d.h. sie weisen einen niedrigen elektrischen Widerstand auf. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen zu 1 ergibt sich dann eine Schirmwirkung des Lokalschirms, die höher ist als die Schirmwirkung, die sich einstellt, falls die Dioden 4 einen hohen Widerstand aufweisen, also beispielsweise in Sperrrichtung betrieben werden. Ein Betrieb in Sperrrichtung liegt vor, wenn das elektrische Potenzial des Schirmsteuersignals S über dem elektrischen Potenzial der Lokalschirmelemente 2 liegt. Zusammenfassend ist es mit der in 2 dargestellten Ausführungsform also möglich, über die Polung des Schirmsteuersignals S die elektrischen Widerstände in den Schalteinrichtungen 3 und damit die Schirmwirkung des Lokalschirms 1 zu steuern.
Besonders bevorzugt werden die Dioden 4 in 2 als PIN-Dioden ausgeführt. Dabei ist es möglich, wie vorstehend dargelegt, frequenzabhängige Widerstände in den Schalteinrichtungen 3 zu realisieren, welche in vorteilhafter Weise unerwünschte Wirbelströme, die durch die magnetischen Gradientenfelder in allgemeinen Schirmeinrichtungen sonst üblicherweise bewirkt werden, zu reduzieren oder zu vermeiden. Die Frequenzabhängigkeit des Widerstandes der PIN-Dioden kann dabei durch ein Stromsignal, das dem Schirmsteuersignal S eingeprägt wird, bzw. ein elektrisches Potential das am Schirmsteuersignal S anliegt, eingestellt werden. Besonders bevorzugt erfolgt dies über einen Gleichstrom oder eine Gleichspannung. Ein eingeprägter Gleichstrom wird dabei über eine Versorgungsspannung 5 abgeführt, die elektrisch leitend mit den Lokalschirmelementen 2 verbunden ist. Die Versorgungsspannung 5 ist dabei bevorzugt als Masseverbindung (sog. GND-Verbindung) ausgeführt.
3 zeigt den zeitlichen Verlauf von Signalen eines erfindungsgemäßen MR-Geräts 13 bei Aussenden einer typischen Sendepulsfolge im Betrieb. Das Anregungssignal A (oberste Zeit-Achse) stellt dabei den Verlauf der Amplitude des MR-Anregungsfeldes bei der MR-Bildgebung über der Zeit t dar, welcher sich mit einer Repetitionszeit tR wiederholt. Das Auslesefenster L (zweite Zeitachse von oben) gibt grob schematisch den zeitlichen Verlauf der vom Körper des Patienten P ausgehenden MR-Signale wieder (also die durch die Anregungs- und Refokussierungspulse des Anregungsfeldes induzierten Echos). Weiterhin zeigt die 3 den zeitlichen Verlauf des Schirmsteuersignals S (unterste Zeitachse). Erfindungsgemäß wird dabei über das Schirmsteuersignal S die Schirmwirkung des Lokalschirms 1 gesteuert. Entsprechend ergibt sich bei einer Ausführung des Lokalschirms 1 nach 2 eine höhere Schirmwirkung bei einer Aktivierung des Lokalschirms 1 im Zeitraums ta, da hier die Dioden 4 in Durchlassrichtung betrieben werden, also leitend sind. In einem Zeitraum ti dagegen ist der Lokalschirm 1 inaktiv, d.h. er weist eine geringere Schirmwirkung als im Zeitraum ta auf, da die Dioden 4 in Sperrrichtung betrieben werden, also nicht leitend sind. Die Aktivierung und Deaktivierung des Lokalschirms 1 wird dabei so gewählt, dass der Lokalschirm 1 zumindest während der Anregung durch das Anregungssignal A nicht aktiv ist, d.h. eine geringe Schirmwirkung aufweist. Damit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine nur geringe oder gar keine Verzerrung des MR-Anregungsfeldes durch den Lokalschirm 1. Weiterhin wird der Lokalschirm 1 zumindest während des Auslesefensters aktiviert, wenn MR-Signale vom Körper des Patienten P ausgehen, so dass MR-Signale von nicht interessierenden Körperbereichen des Patienten P abgeschirmt werden. Die innerhalb einer Pulssequenz notwendigen Gradientenpulse sind in 3 der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
4 ist eine grob schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms 1. Dabei sind die Lokalschirmelemente 2', 2'' in zwei Gruppen unterteilt, wobei die Lokalschirmelemente 2', 2'' räumlich abwechselnd einer ersten Gruppe von Lokalschirmelementen 2' und einer zweiten Gruppe von Lokalschirmelementen 2'' zugeordnet werden. Die Schalteinrichtungen 3', 3'' werden entsprechend einer ersten Gruppe von Schalteinrichtungen 3' und einer zweiten Gruppe von Schalteinrichtungen 3'' zugeordnet, wobei die erste Gruppe von Schalteinrichtungen 3' mit der ersten Gruppe von Lokalschirmelementen 2' und einem ersten Schirmsteuersignal S' elektrisch leitend verbunden sind und die zweite Gruppe von Schalteinrichtungen 3'' mit der zweiten Gruppe von Lokalschirmelementen 2'' und einem zweiten Schirmsteuersignal S'' elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Lokalschirmelemente 2', 2'' sind in Matrix-Form auf einer gemeinsamen Trägereinrichtung 9 angeordnet; die Schirmsteuersignale S', S'' werden über Schirmsteuersignaleingänge 17', 17'' zugeführt, wobei auch abweichend von der Ausführungsform in 4 ein einzelner Schirmsteuersignaleingang 17 der Zuführung der beiden Schirmsteuersignale S', S'' dienen könnte. Die Schalteinrichtungen 3', 3'' umfassen wiederum Dioden 4. In einer derartigen Ausführung des Lokalschirms 1 kann die Schirmwirkung der ersten Gruppe der Lokalschirmelemente 2' unabhängig von der Schirmwirkung der zweiten Gruppe der Lokalschirmelemente 2'' gesteuert werden. Beispielsweise können die Schirmsteuersignale S', S'' so gewählt werden, dass die Dioden 4 in den Schalteinrichtungen 3' in Sperrrichtung betrieben werden und die Dioden 4 in den Schalteinrichtungen 3'' in Durchlassrichtung betrieben werden. Entsprechend bewirkt die erste Gruppe der Lokalschirmelemente 2' eine geringere Schirmwirkung als die zweite Gruppe der Lokalschirmelemente 2''. In Summe resultiert eine mittlere Gesamtschirmwirkung des Lokalschirms 1. Das heißt, dass mit einer derartigen Ausgestaltung vorteilhaft zwischen einer geringen Schirmwirkung, einer oder mehreren mittleren Schirmwirkungen sowie einer hohen Schirmwirkung durch eine entsprechende Aktivierung bzw. Deaktivierung von Gruppen an Lokalschirmelementen 2', 2'' gewechselt werden kann.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lokalschirms 1. Dabei sind wiederum die Lokalschirmelemente 2', 2'' in zwei Gruppen unterteilt, wobei die Lokalschirmelemente 2', 2'' in räumliche Bereiche getrennt einer ersten Gruppe von Lokalschirmelementen 2' und einer zweiten Gruppe von Lokalschirmelementen 2'' zugeordnet werden. Die Schalteinrichtungen 3', 3'' werden entsprechend in räumliche Bereiche getrennt einer ersten Gruppe von Schalteinrichtungen 3' und einer zweiten Gruppe von Schalteinrichtungen 3'' zugeordnet, wobei die erste Gruppe von Schalteinrichtungen 3' mit der ersten Gruppe von Lokalschirmelementen 2' und einem ersten Schirmsteuersignal S' elektrisch leitend verbunden sind und die zweite Gruppe von Schalteinrichtungen 3'' mit der zweiten Gruppe von Lokalschirmelementen 2'' und einem zweiten Schirmsteuersignal S'' elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Auch hier kann wiederum die Schirmwirkung der ersten Gruppe der Lokalschirmelemente 2' unabhängig von der Schirmwirkung der zweiten Gruppe der Lokalschirmelemente 2'' gesteuert werden. Eine derartige Ausgestaltung des Lokalschirms 1 ist insbesondere bei MR-Bildgebungen von Vorteil, bei denen größere Körperbereiche des Patienten P untersucht werden. Es lassen sich dadurch nämlich in vorteilhafter Weise immer nur die Bereiche des Lokalschirms 1 durch das MR-Gerät 13 oder das medizinische Personal aktivieren, die gerade im Sichtfeld der MR-Bildgebung liegen.
6 gibt eine grob schematische Darstellung einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen MR-Systems 15 wieder. Auf einer Patientenliege 10 einer Liegeeinrichtung 11 befindet sich ein Patient P. Die Patientenliege 10 kann entlang einer Längsachse Z mittels geeigneter Rolleinrichtungen 7 bewegt werden, um den Patienten P für die MR-Bildgebung in einem Untersuchungsraum 16 im inneren Bereich des MR-Geräts 13 zu positionieren. An dem linken Arm LA eines Patienten P angeordnet ist ein erfindungsgemäßer Lokalschirm 1 mit Lokalschirmelementen 2, einer Lokalisierungseinrichtung 6, einem Schirmsteuersignaleingang 17 und einer Trägereinrichtung 9. Die Lokalisierungseinrichtung 6 überträgt Lokalisierungsdaten oder einen Identifikationscode über ein Identifikationssignal I an einen Empfänger 14, der in der Steuereinrichtung 12 des MR-Gerätes 13 angeordnet ist. Weiterhin wird von der Steuereinrichtung 12 ein Schirmsteuersignal S erzeugt, das mit dem Schirmsteuersignaleingang 17 des Lokalschirms 1 verbunden ist.
Zu den weitere Komponenten eines MR-Geräts 13 zählen u.a. Steuereinrichtungen, um den Grundfeldmagneten und die Gradientenfelder entsprechend ansteuern zu können, sowie Hochfrequenz-Sendeeinrichtungen zur Erzeugung und Verstärkung der Hochfrequenzpulse, um diese über eine Antennenanordnung auszusenden, und entsprechende Empfangseinrichtungen, um über Antennenanordnung(en) MR-Signale aus dem Messraum bzw. dem Untersuchungsobjekt P empfangen, verstärken und weiterverarbeiten zu können. Die Sende- und Empfangseinrichtungen weisen darüber hinaus meistens auch Anschlüsse auf, um externe Lokalspulen anschließen zu können, die auf, unter bzw. an das Untersuchungsobjekt P gelegt werden und mit in den Messraum oder MR-Untersuchungsraum 16 des MR-Geräts 13 hinein gefahren werden können. All diese Komponenten und ihre Funktionsweise sind dem Fachmann aber bekannt und sind daher in 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Es wird an dieser Stelle auch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur bei MR-Geräten 13 eingesetzt werden kann, welche einen zylinderförmigen Patiententunnel aufweisen, sondern auch an anders aufgebauten MR-Geräten 13, beispielsweise mit dreiseitig offenem Messraum.
7 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes MR-System 15 gemäß 6 entlang der Schnittebene C-C'. Neben den in 6 gezeigten Einrichtungen ist zusätzlich im MR-Untersuchungsraum 16 eine auf dem Patienten P gelagerte Lokalantenneneinrichtung 8 dargestellt, welche die vom Patienten P ausgehenden MR-Signale empfängt. Der erfindungsgemäße Lokalschirm 1 ist zwischen dem linken Arm LA des Patienten P und dem Brustkorb B des Patienten P positioniert. Dadurch wird erreicht, dass die von dem linken Arm LA des Patienten P ausgehenden MR-Signale gegenüber der Lokalantenneneinrichtung 8 abgeschirmt werden. Ebenfalls denkbar wäre auch eine Anwendung eines zweiten Lokalschirms 1 am rechten Arm RA des Patienten, insbesondere dann, wenn die Lokalantenneneinrichtung 8 mittig auf dem Brustkorb B des Patienten P angeordnet wäre.
8 zeigt MR-Bilddaten einer MR-Untersuchung an einem Körpermodell die testweise unter Nutzung eines erfindungsgemäßen Lokalschirms 1 erzeugt wurden. Das Körpermodell des Patienten P umfasst dabei einen Brustkorb B und ein Modell des linken Arms LA. Der erfindungsgemäße Lokalschirm 1 ist zwischen dem linken Arm LA und dem Brustkorb B angeordnet, wobei dieser in den MR-Bilddaten selbst hier nicht sichtbar ist. Auf der linken Seite der 8 werden die MR-Bilddaten mit einem Lokalschirm 1 wiedergegeben, bei dem über die Schirmsteuersignale S, S', S'' die Schirmwirkung reduziert wurde. Die rechte Seite der 8 dagegen zeigt die MR-Bilddaten der gleichen Anordnung bei einem aktivierten Lokalschirm 1, d.h. bei einer Schirmwirkung, die mittels der Steuersignale S, S', S'' erhöht wurde. Aus dem Vergleich der beiden MR-Bilddaten ist die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Lokalschirms 1 sofort entnehmbar, da im rechten Bild der unerwünschte Einfluss des linken Arms LA deutlich reduziert werden konnte.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Lokalschirm und dem Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können z.B. die Lokalschirmelemente eines Lokalschirms mit unterschiedlichen Arten an Schalteinrichtungen untereinander verbunden sein, ggf. auch parallel über unterschiedliche Schalteinrichtungen, z.B. die oben genannten Dioden und Transistoren. Wenn diese unterschiedlichen Schalteinrichtungen verschiedene Frequenzfiltereigenschaften aufweisen, kann so ein Lokalschirm mit selektiv wählbarer oder auch multimodaler Filterwirkung realisiert werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ bzw. „Modul“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. Das gleiche gilt auch für das Lokalschirmsystem und das MR-Gerät deren Komponenten ebenfalls räumlich voneinander getrennt in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sein können.
Bezugszeichenliste

1: Lokalschirm
2, 2', 2'': Lokalschirmelement
3, 3', 3'': Schalteinrichtung
4: Diode
5: Versorgungsspannung
6: Lokalisierungseinrichtung
7: Rolleinrichtung
8: Lokalempfangsantenneneinrichtung
9: Trägereinrichtung
10: Patientenliege
11: Liegeeinrichtung
12: Steuereinrichtung
13: MR-Gerät
14: Empfänger
15: MR-System
16: MR-Untersuchungsraum
17, 17', 17'': Schirmsteuersignaleingang
A: Anregungssignal
B: Brustkorb
I: Identifikationssignal
L: Auslesefenster
LA: Linker Arm
P: Untersuchungsobjekt/Patient
RA: Rechter Arm
S, S', S'': Schirmsteuersignal
t: Zeit
ta: Zeitraum mit erhöhter Schirmwirkung
ti: Zeitraum mit reduzierter Schirmwirkung
tr: Repetitionszeit MR-Untersuchung
Z: Längsachse einer Patientenliege

Claims

Lokalschirm (1) zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjektes (P) bei einer Magnetresonanzbildgebung mit einem Magnetresonanzgerät (13) mit: – einer Mehrzahl an elektrisch leitfähigen Lokalschirmelementen (2, 2', 2''), die so angeordnet sind, dass keine unmittelbare elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Lokalschirmelementen (2, 2', 2'') besteht, – einer Trägereinrichtung (9) zur Aufnahme der Lokalschirmelemente (2, 2', 2''), – einer Anzahl an Schalteinrichtungen (3, 3', 3''), die mit den Lokalschirmelementen (2, 2', 2'') elektrisch leitend verbunden sind und die so ausgebildet sind, dass ihr elektrischer Widerstand mittels einer Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S'') steuerbar ist, und – einer Anzahl an Schirmsteuersignaleingängen (17, 17', 17'') für die Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S'').
Lokalschirm (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lokalschirm (1) eine Lokalisierungseinrichtung (6) umfasst, die so ausgestaltet ist, dass mit dem Magnetresonanzgerät (13) die Position des Lokalschirms (1) bestimmbar ist.
Lokalschirm (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierungseinrichtung (6) eine Lokalempfangsantenneneinrichtung (8) umfasst.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') als Hochpassfilter ausgebildet sind.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') Dioden (4), bevorzugt PIN-Dioden, umfassen und dass entweder die Anoden oder die Kathoden der Dioden (4) über die Anzahl der Schirmsteuersignale (S, S', S'') elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') Transistoren, besonders bevorzugt Feldeffekt-Transistoren, umfassen.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalschirmelemente (2, 2', 2'') und die Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') so ausgebildet sind, dass der Lokalschirm (1) in einem Frequenzbereich, der die Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgerätes (13) umfasst, bei einem niedrigen elektrischen Widerstand der Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') eine hohe Schirmwirkung und bei einem hohen elektrischen Widerstand der Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') eine geringe Schirmwirkung aufweist.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lokalschirm (1) in mindestens einer Raumrichtung mechanisch flexibel ist, und bevorzugt so ausgestaltet ist, dass die Trägereinrichtung (9) ein formstabiles Material umfasst.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lokalschirm (1) mindestens zwei Schalteinrichtungen (3', 3'') umfasst, die durch mindestens zwei Schirmsteuersignale (S', S'') gesteuert werden, wobei ein erstes Schirmsteuersignal (S') den elektrischen Widerstand einer ersten Gruppe der Schalteinrichtungen (3') steuert und ein zweites Schirmsteuersignal (S'') den elektrischen Widerstand einer zweiten Gruppe der Schalteinrichtungen (3'') steuert.
Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schirmsteuersignale (S, S', S'') jeweils zwei Zustände aufweisen und ein erster Zustand einen wesentlich höheren elektrischen Widerstand der Schalteinrichtungen (3, 3', 3'') bewirkt als ein zweiter Zustand der Schirmsteuersignale (S, S', S'').
Lokalschirmsystem für die Magnetresonanzbildgebung, das mindestens einen Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und mindestens eine Steuereinrichtung (12) umfasst, die im Betrieb die Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S'') erzeugt und die im Betrieb mit der Anzahl der Schirmsteuersignaleingänge (17, 17', 17'') des Lokalschirms (1) verbunden ist.
Magnetresonanzsystem (15) zur Magnetresonanzbildgebung, das ein Magnetresonanzgerät (13), mindestens einen Lokalschirm (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie mindestens eine Steuereinrichtung (12) umfasst, die im Betrieb die Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S'') erzeugt und an den mindestens einen Lokalschirm (1) abgibt.
Verfahren zur Abschirmung von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjektes (P) bei einer Magnetresonanzbildgebung mit einem Magnetresonanzgerät (13), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Positionierung eines Lokalschirms (1) an oder in unmittelbarer Nähe von Körperteilen des Untersuchungsobjektes (P) deren Magnetresonanzsignale abzuschirmen sind, – Aktivierung einer reduzierten Schirmwirkung des Lokalschirms (1) zumindest während einer Anregungsphase der Magnetresonanzbildgebung, wobei die reduzierte Schirmwirkung zumindest in einem Frequenzbereich auftritt, der die Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts (13) umfasst, und – Aktivierung einer erhöhten Schirmwirkung des Lokalschirms (1) während einer Empfangsphase der Magnetresonanzbildgebung, wobei die erhöhte Schirmwirkung zumindest in einem Frequenzbereich auftritt, der die Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgerätes (13) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmwirkung des Lokalschirms (1) durch eine Steuereinrichtung (12) des Magnetresonanzgeräts (13) über eine Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S''), bevorzugt in Abhängigkeit von Parametern der Magnetresonanzbildgebung, gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lokalschirm (1) über die Anzahl an Schirmsteuersignalen (S, S', S'') so angesteuert wird, dass ein in eine Mehrzahl von Lokalschirmzonen unterteilter Lokalschirm (1) in den Lokalschirmzonen verschiedene Stärken der Schirmwirkung aufweist.