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Die Erfindung betrifft eine Shimspulenanordnung für wenigstens eine Extremität eines Patienten, insbesondere einen Unterarm und/oder eine Hand, zum Einsatz in einer Magnetresonanzeinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung auch eine Lokalspule für eine Extremität mit einer solchen Shimspulenanordnung.
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Die Magnetresonanzbildgebung und dafür geeignete Magnetresonanzeinrichtungen sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Grundlage der Bildgebung in der Magnetresonanztomographie sind die in einem Hauptmagnetfeld (B0) ausgerichteten Spins von Atomkernen. Bekannt im Stand der Technik sind ebenso sogenannte Lokalspulen, die verwendet werden, wenn ein möglichst gutes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erzielt werden soll. Lokalspulen sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe beispielsweise auf (anterior) oder unter (posterior) dem Patienten angeordnet werden. Bei der Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen bzw. Spulenelementen der Lokalspule eine Spannung, die mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA) vorverstärkt und schließlich an eine Empfangsvorrichtung, die die Magnetresonanzbilddaten weiterverarbeitet, weitergeleitet wird. Eine weitere Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses, insbesondere bei hoch aufgelösten Magnetresonanzbildern, wird durch den Einsatz sogenannter Hochfeldanlagen angestrebt, deren Grundmagnetfeld eine Stärke von 1,5 T bis 12 T oder mehr aufweist.
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Für alle Magnetresonanz-Bildgebungszwecke ist die Homogenität des Grundmagnetfeldes der Magnetresonanzeinrichtung, des B0-Feldes, von besonderer Bedeutung. Sind zu starke Abweichungen von der Homogenität im Bildgebungsvolumen gegeben, so können Artefakte oder Verzerrungen entstehen. Bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise die Fettsättigung, sind bei einer bestimmten Inhomogenität des Grundmagnetfeldes nicht mehr durchführbar.
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Die Fettsättigung (fat saturation, fatsat) ist eine Bildgebungstechnik, bei der die Frequenzverschiebung der in Fett oder fettähnlichen Materialien gebundenen Protonen genutzt wird, um durch einen sogenannten Sättigungspuls als Sendepuls bei der Fett-Frequenz die vom Fettgewebe stammenden Signale sozusagen „auszublenden”. Da die Differenz zwischen der Protonenfrequenz in Wasser und der Protonenfrequenz in Fett sehr gering ist, insbesondere wenigen ppm des Grundmagnetfeldes entspricht, ist diese Bildgebungstechnik stark von der räumlichen Homogenität des Grundmagnetfeldes abhängig.
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Eine gut funktionierende Fettsättigung ist für viele diagnostische Fragestellungen von entscheidender Bedeutung. In vielen Sequenztypen zeigt nämlich pathologisches Gewebe ähnliches oder gleiches Kontrastverhalten wie Fett. Heute bekannte Verfahren zur Fettsättigung sind beispielsweise das Dixon-Verfahren und die spektrale Fettsättigung.
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Bei der spektralen Fettsättigung und verwandten Techniken wird die Tatsache ausgenutzt, dass, wie bereits erwähnt, Protonen in Fett und Protonen in Wasser leicht unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben, wobei die Abweichung der Frequenz von Protonen in Fett zu Protonen in Wasser beispielsweise ca. 3,1 ppm betragen kann. Ein starker Sendepuls auf der Fett-Frequenz unterdrückt das Signal der Protonen des Fetts, ohne die Bildgebung der zu den Wassermolekülen gehörenden Protonen zu beeinflussen. Die Funktionsfähigkeit aller Techniken, die auf der spektralen Trennung von Fett und Wasser beruhen, hängt entscheidend von der Homogenität des Grundfeldes ab. Weist das Grundfeld Inhomogenitäten in ähnlicher Größenordnung wie die spektrale Trennung von Protonen in Fett und Wasser auf, dann liegen die Fett- und Wasserresonanzen auf derselben Resonanzfrequenz und können spektral nicht mehr getrennt werden.
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Bei heutigen Magnetresonanzeinrichtungen ist es möglich, Magnetfeldhomogenitäten mit Abweichungen von weniger als 1 ppm über ein Volumen von ca. 30 × 40 × 50 cm zu erreichen. Probleme mit Inhomogenitäten können daher beispielsweise in weit außenliegenden Bereichen der Anatomie entstehen, z. B. im Bereich der Schulter, welche sich aufgrund des mangelnden Platzangebots in der Patientenaufnahme einer Magnetresonanzeinrichtung nicht mittig lagern lässt.
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Dabei sind Inhomogenitäten, die durch die Magnetresonanzeinrichtungen und ihre Komponenten selber entstehen, grundsätzlich weniger kritisch, nachdem sie bestimmbar und deterministisch sind. Als kritischer erweisen sich die vom Gewebe des Patienten selbst eingebrachten Inhomogenitäten, wie beispielsweise in einem zusammenfassenden Artikel aufgrund des „New Zealand MR Users' Meeting” in Auckland, November 1996, mit dem Titel „Fat Suppression Techniques”, Autor Greg Brown, dargelegt wird, vgl.
hhtp://www.users.on.net/~vision/papers/fatsup/fatweb.htm.
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Das menschliche Gewebe weist eine relative magnetische Permeabilität auf, die von 1 verschieden ist. Dadurch führen insbesondere die Diskontinuitäten zwischen Luft und Gewebe und Grenzflächen verschiedener Gewebearten mit unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität zu relevanten (lokalen) Grundmagnetfeld-Verzerrungen. Auch die inhomogene Verteilung von Wasser/Luft/Knochen/Fett im menschlichen Körper führt zu einer für jeden Patienten anderen Verzerrung des Grundmagnetfeldes.
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Besonders problematisch erweist die Feldverzerrung für Extremitäten, beispielsweise das Knie, den Ellenbogen, die Arme, die Beine, den Fuß, insbesondere aber im Hand-Finger-Bereich, wo sich geometrisch komplexe Suszeptibilitätssprünge zwischen der Anatomie und dem umgebenden Raum, also beispielsweise der Luft oder einem Lokalspulengehäuse, ergeben. Lokalspulen für Handgelenke und Hände sind im Stand der Technik bereits bekannt. Diese weisen meist eine Aufnahme auf, die umgebend die Spulenelemente der Lokalspule, beispielweise an der Oberfläche der Aufnahme, angeordnet sind.
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Zur Lösung der Problematik inhomogener Grundmagnetfelder ist das sogenannte „Shimmen” bekannt. Während ein statischer Shimvorgang, beispielsweise mit metallenen Shimelementen, die speziell durch einen Patienten verursachen Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes nicht beseitigen kann, sind auch Verfahren bekannt, in denen Shimspulen verwendet werden, welche Korrekturfelder erzeugen, die die Grundfeldhomogenität im Bildgebungsbereich wiederherstellen sollen. Für derartige Shimspulen ist es bekannt, sie beispielsweise am Gehäuse der Magnetresonanzeinrichtung, mithin körperfern, vorzusehen. Sollen nun lokal starke Feldgradienten, wie sie beispielsweise im Hand-Finger-Bereich durch die geometrisch komplexen Suszeptibilitätssprünge auftreten, kompensiert werden, sind Shimspulen sehr hoher Ordnungen erforderlich, die eine komplexe Geometrie und einen großen Bauraum sowie eine sehr geringe Effizienz aufweisen, das bedeutet, sie benötigen einen hohen Strom und produzieren eine hohe Abwärme bei relativ kleiner Erzeugung von Korrekturfeldern.
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Doch auch bei der Verwendung von Shimspulen höherer Shimordnungen können je nach Anatomie und Lagerung Inhomogenitäten des Grundmagnetfelds auftreten, für die die Shimqualität dieser patientenfernen Shimspulen nicht ausreicht. Beispielsweise sind in der Magnetresonanzeinrichtung integrierte Shimspulen bekannt, die mit Strömen im Bereich von 0–20 A Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes patientenindividuell, insbesondere nach einer Justagemessung, ausgleichen können. Solche Systeme können für stark lokalisierte Effekte, wie sie im Bereich der Hand und insbesondere der Finger auftreten, keine Lösung anbieten. Mithin ist der Anatomiebereich Unterarm/Handgelenk/Hand/Finger bisher nicht akzeptabel mit Bildgebungstechniken, die auf spektraler Fettsättigung beruhen, abbildbar.
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In einem Artikel von C. Juchem et al., „Multi-Coil Shimming of the Mouse Brain”, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 19 (2011), Seite 97, werden Mehrspulenfelder zur Homogenisierung des Mausgehirns aus magnetischen Feldformen von 48 individuellen, runden Spulen verwendet, die in 6 Ringen von je 8 Spulen innerhalb eines Zylinderkörpers angeordnet sind. Durch 48 optimierte Spulenströme lässt sich ein spezifisches Shimfeld erzeugen. Eine ähnliche Spulenanordnung ist dem Artikel von C. Juchem et al., „Dynamic Multi-Coil Shimming of the Human Brain at 7 Tesla”, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 19 (2011), Seite 716, zu entnehmen. Dort werden 4 Ringe von 12 kreisförmigen Spulen auf einer elliptischen Oberfläche verwendet, wobei ein Shimmen durch Verwendung 48 optimierter, individueller Spulenströme erreicht wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Shimspulenanordnung anzugeben, die es ermöglicht, auch durch starke, lokale Magnetfeldgradienten auftretende Inhomogenitäten des Grundmagnetfelds, insbesondere im Bereich der Hand eines Patienten, auszugleichen und insbesondere eine hinreichende Homogenität des Grundmagnetfeldes herzustellen, so dass Fettsättigungstechniken angewendet werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Shimspulenanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Shimspulenanordnung eine Aufnahme für die Extremität umgebend angeordnet ist, wobei wenigstens zwei ebene Shimspulen, deren gemeinsame Spulenebene senkrecht zu der Richtung des Grundmagnetfeldes der Magnetresonanzeinrichtung im Einsatzzustand und/oder der Längsrichtung der Aufnahme liegt, entlang des Umfangs der Aufnahme angeordnet sind, wobei mehrere, in der Richtung des Grundmagnetfeldes der Magnetresonanzeinrichtung im Einsatzzustand und/oder der Längsrichtung der Aufnahme aufeinanderfolgende, zu der Richtung des Grundmagnetfeldes der Magnetresonanzeinrichtung im Einsatzzustand und/oder der Längsrichtung der Aufnahme senkrechte Spulenebenen mit Shimspulen vorgesehen sind.
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Vorgeschlagen wird mithin eine spezielle Anordnung lokaler Shimspulen, die mithin nahe an der aufzunehmenden Extremität, insbesondere eine Aufnahme für die Extremität unmittelbar umgebend, angeordnet werden. Hierzu ist es vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufig notwendig, dass die Shimspulenanordnung in eine die Aufnahme umfassende Lokalspule integriert ist. Eine solche Lokalspule kann zum Empfang der Magnetresonanzsignale verwendet werden.
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Dabei eignet sich die erfindungsgemäß vorgesehene Shimspulenanordnung besonders für den Bereich der Hand eines Patienten, da an der Hand aufgrund der unterschiedlichen Länge der Finger, der geringen Dicke der Finger und der komplexen Form der Hand und des Übergangs von der Hand zum Handgelenk diverse diskrete Sprünge der Suszeptibilität vorliegen und zu einer äußerst komplexen Grundmagnetfeldverzerrung führen. Diese kann optimal ausgeglichen werden, wenn viele lokale Shimspulen zur Ansteuerung zur Verfügung stehen, die je nach individueller Anatomie und der daraus resultierenden Grundmagnetfeldverzerrung angesteuert werden. Dabei wird konkret vorgeschlagen, die Shimspulen in Spulenebenen anzuordnen, die senkrecht zur Richtung des Grundmagnetfelds (z-Richtung) stehen. Derart ausgerichtete Shimspulen ermöglichen es, eine Ansteuerung so zu wählen, dass das Grundmagnetfeld nach Möglichkeit an allen Raumpunkten die gleiche Amplitude in der z-Richtung erhält. Dabei kann vorgesehen sein, dass Shimspulen sowohl oberhalb, unterhalb sowie auf beiden Seiten der Anatomie (mithin der Aufnahme) angeordnet werden. Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in z-Richtung, also der Richtung des Grundmagnetfeldes, die meist auch der Längsrichtung einer Patientenaufnahme der Magnetresonanzeinrichtung entspricht, mehrere Spulenebenen mit Shimspulen aufeinanderfolgen. Hierdurch ist es möglich, auch die in anterior-posterior-Richtung und in sagittaler Richtung verlaufenden Grundmagnetfeldgradienten, die primär durch die Suszeptibilitätsverteilung der Anatomie und nur sekundär durch die Inhomogenität des Grundfeldmagneten verursacht werden, auszugleichen.
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Erfindungsgemäß wird also eine Vielzahl geschickt angeordneter Shimspulen vorgesehen, so dass auf möglichst einfache und gezielte Weise ein den Folgen der komplexen Suszeptibilitätsänderungen entgegenwirkendes, komplexes Shimfeld erzeugt werden kann, um die Grundfeldhomogenität im Bildgebungsbereich, insbesondere also im Bildgebungsbereich einer Lokalspule, in die die Shimspulenanordnung integriert ist, herzustellen.
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Dabei ist ein möglichst symmetrischer Aufbau der Shimspulenanordnung zweckmäßig, so dass beispielsweise vorgesehen sein kann, dass eine gerade Anzahl von Shimspulen in jeder Shimebene vorgesehen ist, wobei jeweils zwei Shimspulen sich bezüglich der Aufnahme gegenüberliegend angeordnet sind. Derartige Shimspulen können auf elegante Art und Weise Magnetfeldgradienten im Bereich zwischen ihnen erzeugen, um die durch Suszeptibilitätswechsel ausgelösten Grundmagnetfeldgradienten wieder auszugleichen.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn auf allen Seiten der Aufnahme wenigstens eine Shimspule vorgesehen ist, insbesondere in Sagittalrichtung und in Transversalrichtung jeweils wenigstens zwei sich gegenüberliegende Spulen vorgesehen sind. Die Sagittalrichtung, die auf der Frontalebene senkrecht steht, entspricht dabei meist der Senkrechten und wird für Magnetresonanzeinrichtungen als y-Richtung bezeichnet. Die Transversalrichtung steht senkrecht auf der Sagittalebene und bezeichnet mithin die Horizontale (rechts-links). Diese Richtung wird bei Magnetresonanzeinrichtungen meist als die x-Richtung bezeichnet.
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Auf diese Weise können die verschiedenen Richtungen hinreichend genau abgedeckt werden, wobei jedoch eine größere Zahl von Shimspulen auf jeder Seite eine genauere Einstellbarkeit eines Shimfeldes und somit eine bessere Abstimmung auf die konkrete Anatomie ermöglicht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme in einer gemeinsamen Spulenebene umgebend wenigstens acht Shimspulen vorgesehen sind. Wie bereits erwähnt, ist eine hohe Zahl von Shimspulen für den optimalen Ausgleich von Grundmagnetfeldverzerrungen aufgrund von Sprüngen in der Suszeptibilität besonders zweckmäßig.
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In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass insbesondere bei einer in einem wenigstens teilweise entlang einer im Einsatzzustand horizontalen Frontalebene aufklappbaren Gehäuse vorgesehenen Shimspulenanordnung an gegenüberliegenden, durch die Frontalebene unterbrochenen Seiten der Aufnahme auf jeder Seite wenigstens eine Shimspule oberhalb und wenigstens eine Shimspule unterhalb der Frontalebene vorgesehen ist. So sind im Stand der Technik beispielsweise schon Handgelenks- bzw. Handlokalspulen bekannt, deren Gehäuse aufklappbar, mithin entlang einer Frontalebene geteilt ist. Hier ist es besonders zweckmäßig, die Shimspulen so aufzuteilen, dass sie sich teilweise oberhalb und teilweise unterhalb der Frontalebene, die zum Aufklappen der Lokalspule bzw. der Shimspulenanordnung dient, befinden. Letztlich liegt dann eine Art Teilung der Shimspulen in auf der Anteriorseite und auf der Posteriorseite liegende Shimspulen vor. Dies erlaubt es, Durchkontaktierungen für die Shimspulen vom Gehäuseoberteil in das Gehäuseunterteil zu vermeiden. So ist es möglich, auch eine aufklappbare Shimspulenanordnung und eine aufklappbare Lokalspule ohne viele zusätzliche elektrische Kontaktstellen im Gehäuse zu realisieren.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Shimspulen unabhängig bestrombar sind, insbesondere über eine Steuereinrichtung. Durch diese getrennte Ansteuerbarkeit der einzelnen Shimspulen ist es, wie bereits beschrieben wurde, möglich, äußerst komplexe Shimfelder zu realisieren, die den äußerst komplexen Suszeptibilitätsverteilungen eines konkreten Patienten gerecht werden können und die nötige Homogenität herstellen können, um beispielsweise Fettsättigungstechniken anwenden zu können.
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Konkret kann dabei jedoch auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Shimspulen einander parallel geschaltet oder in Serie geschaltet sind. Auf diese Weise ist eine Reduktion der anzusteuernden Shimkanäle möglich, nachdem zwei oder mehr Shimspulen in Reihe oder parallel geschaltet werden können.
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In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Bestromung der Shimspulen anhand einer festen, insbesondere in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung abgelegten Vorgabe und/oder zur Ermittlung von Shimströmen unter Berücksichtigung wenigstens eines Patientenparameters ausgebildet ist. Es kann mithin vorgesehen sein, dass eine konkrete Vorgabe für die Shimströme abgespeichert ist, die möglichst gut auf die unterschiedlichen, möglichen Ausbildungen von Extremitäten, insbesondere Händen, der Patienten abgestimmt ist und bereits eine Verbesserung ermöglicht. Bevorzugt ist es jedoch, wenn eine solche Vorgabe patientenadaptiv variiert wird bzw. eine patientenadaptive Auswahl der Vorgabe erfolgt. Mithin können Shimströme unter Berücksichtigung wenigstens eines Patientenparameters, insbesondere aus wenigstens einer Vorgabe, ermittelt werden, wobei beispielsweise anatomische Daten des Patienten, das Gewicht des Patienten, die Größe des Patienten, das Geschlecht des Patienten, das Alter des Patienten und/oder Positionsdaten einer Patientenliege als Patientenparameter berücksichtigt werden können. So ist eine bessere Anpassung an den konkreten Patienten möglich.
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Erfindungsgemäß wird es jedoch bevorzugt, wenn in einer alternativen Ausgestaltung vorgesehen ist, dass die Steuereinrichtung zur Ermittlung von Shimströmen anhand einer Messung einer Grundmagnetfeldverzerrung ausgebildet ist, insbesondere in einem iterativen Verfahren. In dieser Ausgestaltung wird also zunächst die Grundmagnetfeldverzerrung gemessen. Aufgrund dieser Messergebnisse können nun, nachdem die geometrische Lage der Shimspulen ja bekannt ist, Shimströme zur Kompensation dieser Grundmagnetfeldverzerrungen berechnet werden. Werden diese angelegt, erfolgt eine Kompensation der Grundmagnetfeldverzerrungen. Hier ist es gegebenenfalls möglich, die Messung und die Ermittlung der Shimströme iterativ zu wiederholen, bis sich bei der Messung eine gewünschte Grundmagnetfeldhomogenität ergibt. Danach kann dann die eigentliche Bilddatenaufnahme in der klinischen Messung erfolgen, insbesondere unter Verwendung einer spektralen Fettsättigungstechnik.
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In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass jeder Shimspule ein Tiefpassfilter vorgeschaltet ist. Ein Versehen der Shimspulen mit Tiefpassfiltern ist vorteilhaft, wenn nahe gelegene Hochfrequenz-Lokalspulen-Spulenelemente vorliegen, insbesondere also dann, wenn die Shimspulenanordnung in eine Lokalspule integriert ist. Derartige Spulenelemente der Lokalspule arbeiten beispielsweise bei 40–300 MHz für 1–7 T, wobei es ein Tiefpassfilter erlaubt, eine Wechselwirkung mit den Spulenelementen zu unterbinden. Hierfür können beispielsweise Drosseln verwendet werden, die Induktivitäten von 1–10 μH in Serie aufweisen. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von LC-Tiefpassfiltern.
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Neben der Shimspulenanordnung betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Lokalspule für eine Extremität, insbesondere eine Hand und/oder einen Unterarm, eines Patienten zum Einsatz in einer Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine Aufnahme für die Extremität und eine in die Lokalspule integrierte erfindungsgemäße Shimspulenanordnung. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Shimspulenanordnung lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Lokalspule übertragen, mit welcher mithin auch die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können. Insbesondere ist es durch die Integration von Shimspulenanordnung und Lokalspule möglich, sowohl mit niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis vor Ort zu messen als auch lokale Inhomogenitäten gleich vor Ort zu korrigieren, und dies alles mit einem einzigen Bauelement, nämlich der Lokalspule mit integrierter Shimspulenanordnung. Insbesondere handelt es sich dabei, wie bereits dargelegt wurde, um eine Hand- und/oder Handgelenkslokalspule. Eine derartige Lokalspule kann eine Vielzahl von bezogen auf die Oberfläche der Aufnahme oberflächennahen Spulenelementen umfassen, beispielsweise 32 oder 64 Spulenelemente. Diese Spulenelemente können beispielsweise weitgehend angeformt auf der anatomisch angeformten Oberfläche des Spulengehäuses vorgesehen sein. Wie bezüglich der erfindungsgemäßen Shimspulenanordnung bereits dargelegt wurde, werden die Shimspulen bevorzugt senkrecht zur Spulengehäuseoberfläche angeordnet, nämlich in den Spulenebenen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spulenelemente der Lokalspule benachbart einer Oberfläche der Aufnahme angeordnet sind und die Shimspulen weiter außen in einem Gehäuse der Lokalspule integriert sind. Es wird also weiterhin, auch bei der erfindungsgemäßen Lokalspule, eine größtmögliche Nähe der Spulenelemente der Lokalspule zu der zu untersuchenden Extremität ermöglicht, während sich die Shimspulen weiter nach außen anschließen.
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Die Lokalspule kann ferner ein wenigstens teilweise entlang einer im Einsatzzustand horizontalen Frontalebene aufklappbares Gehäuse aufweisen, wie bereits bezüglich der Shimspulenanordnung erläutert wurde. Dann können mithin Shimspulen zu beiden Seiten der Frontalebene vorgesehen sein, so dass die Zahlen nötiger elektrischer Verbindungen zwischen dem Oberteil und dem Unterteil reduziert ist.
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Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn wenigstens für einen nicht entlang der Frontalebene aufklappbaren Anteil des Gehäuses die Stromzuführungen der Shimspulen gemeinsam realisiert sind. In diesem Fall ist die Lokalspule zwar aufklappbar, besteht aber zumindest teilweise, beispielsweise im Bereich vor den Fingern, aus einem gemeinsamen Ober- und Unterteil, wobei die Verdrahtung der Shimspulen des Ober- und des Unterteils zusammen zu einem Kabelstrang, einer Verteilerplatine oder dergleichen geführt werden kann.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze zum Suszeptibilitätsverlauf bei einer Hand,
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2 eine erfindungsgemäße Lokalspule im Querschnitt,
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3 eine erfindungsgemäße Lokalspule im Längsschnitt, und
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4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Lokalspule.
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Die vorliegende Erfindung soll nun am Beispiel einer als Handgelenksspule bzw. Handspule ausgebildeten Lokalspule näher erläutert werden, in die eine erfindungsgemäße Shimspulenanordnung integriert ist. Zunächst sei jedoch durch die Prinzipskizze in 1 das der Erfindung zugrunde liegende Problem näher erläutert.
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1 zeigt eine Hand 1 in zwei zueinander senkrechten Querschnitten. Die Richtung des Grundmagnetfeldes (z-Richtung), die hier auch der Längsrichtung einer Aufnahme für die Hand 1 entspricht, ist durch den Pfeil 2 näher erläutert. Innerhalb der Hand 1 liegt eine Suszeptibilität, beispielsweise die von Gewebe und/oder Knochen, vor, die sich deutlich von der Suszeptibilität der Luft, welche bei 1 liegt, unterscheidet. Daher kommt es an den Übergängen, angedeutet durch zu dem Pfeil 2 parallele Pfeile, zu Suszeptibilitätssprüngen, die Verzerrungen des Grundmagnetfelds und mithin Inhomogenitäten auslösen, wenn die Hand 1 innerhalb der Lokalspule in einer Magnetresonanzeinrichtung positioniert wird.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass letztlich zwei Positionierungsmöglichkeiten für eine Hand innerhalb der Patientenaufnahme einer Magnetresonanzeinrichtung denkbar sind, nämlich zum einen dann, wenn die Hand seitlich des Körpers, mithin vertikal gehalten wird. Die Handfläche liegt dann mithin im Wesentlichen parallel zur Sagittalebene des Patienten, welche innerhalb der Patientenaufnahme häufig als die y-z-Ebene bezeichnet wird, wobei y mithin die Vertikale bezeichnet.
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Eine andere Möglichkeit zur Positionierung einer Hand ist es, diese über den Kopf auszustrecken und letztlich flach oberhalb der Patientenliege zu positionieren, so dass es insbesondere möglich ist, die Hand möglichst zentral in der Patientenaufnahme der Magnetresonanzeinrichtung anzuordnen. Die Handfläche liegt dabei letztlich im Wesentlichen parallel zu der Frontalebene des Patienten, welche bezüglich der Patientenaufnahme eine x-z-Ebene bildet, so dass letztlich x die horizontale Richtung in der Patientenaufnahme der Magnetresonanzeinrichtung bezeichnet.
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In beiden Fällen sorgen, wie bereits beschrieben wurde, die geometrisch äußerst komplexen Suszeptibilitätsverläufe, vgl. 1, für geometrisch ebenso komplexe Feldverzerrungen, die beispielsweise im Bereich von 1 bis hin zu 10 ppm liegen können. Damit lassen sich beispielsweise Fettsättigungstechniken, insbesondere die, die auf spektraler Fettsättigung basieren, nicht mehr korrekt anwenden, weshalb die vorliegende Erfindung eine Shimspulenanordnung vorschlägt, die in die Lokalspule integriert wird, mithin nah am Patienten vorliegt und die komplexen Feldverzerrungen aufgrund einer großen Zahl von einzelnen Shimspulen soweit korrigieren kann, dass eine hinreichende Homogenität für Fettsättigungstechniken vorliegt.
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2 zeigt in einer Prinzipskizze einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lokalspule 3, der hier, wie das Koordinatensystem 4 zeigt, in einer x-y-Ebene liegt. Das Koordinatensystem zeigt auch die z-Richtung, die der Richtung des Grundmagnetfeldes und gleichzeitig der Längsrichtung der zentral für die Hand und das Handgelenk vorgesehenen Aufnahme 5 entspricht. Die Aufnahme 5 ist dabei üblicherweise, was hier der Einfachheit halber nicht gezeigt ist, anatomisch dem Verlauf der Hand angeformt. Die Aufnahme 5 wird definiert durch ein Gehäuse 6 der Lokalspule 3, wobei die Spulenelemente 7 der Lokalspule 3, die mithin zum Empfangen der Magnetresonanzsignale ausgebildet sind, entlang der aufnahmenseitigen Oberfläche 8 des Gehäuses 6, wie gezeigt, angeordnet sind. Den Spulenelementen 7 ausgehend von der Oberfläche 8 nach außen folgend sind in dem Gehäuse 6 Shimspulen 9 vorgesehen, vorliegend acht Shimspulen 9 in einer gemeinsamen Spulenebene, die hier der gezeigten x-y-Schnittebene entspricht. Dabei decken die Shimspulen 9 der Spulenebene den gesamten Umfang der Aufnahme 5 ab, wobei auf jeder Seite der Aufnahme 5 jeweils zwei Shimspulen 9 vorgesehen sind, von denen sich wiederum jeweils zwei Shimspulen 9 gegenüberliegen. Die genauere weitere Verdrahtung der Shimspulen 9 ist hier der Übersichtlichkeit halber nicht genauer dargestellt, genau wie auch nur bei den beiden linken und den beiden rechten Shimspulen 9 ein Tiefpassfilter 10 gezeigt ist, der grundsätzlich bei allen Shimspulen 9 vorgesehen ist, um eine Wechselwirkung mit den Spulenelementen 7 zu vermeiden.
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Der 2 zu entnehmen ist ferner eine Frontalebene 11, entlang der das Gehäuse 6 wenigstens teilweise geteilt ist, so dass ein Aufklappvorgang möglich ist, welcher im Hinblick auf 4 noch näher erläutert werden wird. Ersichtlich sind die seitlichen Shimspulen 9 so angeordnet, dass auf jeder Seite der Frontalebene 11 eine Shimspule 9 vorgesehen ist, so dass hier keine Durchkontaktierungen durch die Frontalebene 11 erforderlich sind.
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3 zeigt nun schematisch einen Längsschnitt durch die Lokalspule 3 in der z-x-Ebene, wie durch das Koordinatensystem 12 näher erläutert wird. Die Spulenelemente 7 sind der Übersichtlichkeit halber hier nun nicht mehr dargestellt, stattdessen ist die der Anatomie der Hand angepasste Form der Aufnahme 5 deutlich ersichtlich.
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In z-Richtung, also der Längsrichtung der Aufnahme und im Einsatzzustand des Richtungsgrundmagnetfeldes, folgen mehrere parallele Spulenebenen 13 mit darin angeordneten Shimspulen 9 aufeinander.
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Somit sind eine Vielzahl geschickt angeordneter Shimspulen 9 gegeben, die im Gegensatz zu den Spulenelementen 7 im Wesentlichen senkrecht zu der anatomisch angeformten Oberfläche 8 des Spulengehäuses 6 in Spulenebenen 13 angeordnet sind, so dass das Feld in diesen Spulenebenen 13 durch geeignete Bestromung der Shimspulen 9 so ausgeglichen werden kann, dass es möglichst exakt die gleiche Amplitude in z-Richtung erhält. Durch das Vorsehen von Shimspulen in mehreren Spulenebenen entlang der z-Richtung ist es auch möglich, in x-Richtung und y-Richtung verlaufende Grundfeldgradienten auszugleichen. Dazu werden durch die Shimspulen 9 die möglichst genau entgegengesetzt verlaufenden Grundfeldgradienten erzeugt. So können die stark lokalisierten Grundfeldinhomogenitäten, die insbesondere zum Versagen von spektralen Fettsättigungstechniken führen, kompensiert werden. Durch die spezielle Anordnung der Shimspulen 9 können Grundfeldgradienten in mehrere Richtungen erzeugt werden.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht der Lokalspule 3. Ersichtlich ist nur ein Teil des Gehäuses 6 entlang der Frontalebene 11 geteilt und mithin aufklappbar, Pfeil 14. Entsprechend existieren zwei Teile 15, 16 des Gehäuses 6, deren Verkabelung, was die Shimspulen 9 angeht, jeweils gemeinsam von dem Teil 15, 16 weggeführt wird, beispielsweise als Kabelstränge 17, 18. In 4 ist zudem eine Steuereinrichtung 19 der Shimspulenanordnung schematisch angedeutet.
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Die Shimspulen 9 der Shimspulenanordnung, die in die Lokalspule 3 integriert ist, sind weitgehend, insbesondere vollständig, unabhängig ansteuerbar, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, um die Zahl der anzusteuernden Kanäle zu reduzieren, wenigstens teilsweise Shimspulen 9 parallel oder in Serie zu schalten.
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Die Ermittlung der Shimströme im Gebrauch der Lokalspule 3 erfolgt vorliegend derart, dass zunächst eine Messung des Grundmagnetfeldes ohne aktivierte Shimströme durchgeführt wird. Hieraus können die Grundfeldverzerrungen abgeleitet werden. Sind diese bekannt, lassen sich daraus aufgrund der bekannten Anordnung der Shimspulen 9 Shimströme ermitteln, die diese Inhomogenitäten bestmöglich ausgleichen. Dieser Vorgang kann iterativ wiederholt werden, das bedeutet, die ermittelten Shimströme werden angelegt und es wird eine erneute Messung durchgeführt, woraufhin die Shimströme angepasst werden können oder, wenn eine hinreichende Homogenität gegeben ist, endgültige Shimströme für die eigentliche Messdatenaufnahme verwendet werden.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch denkbar, dass eine Vorgabe oder mehrere Vorgaben für die Shimströme der Steuereinrichtung 19 gespeichert sind, wobei dann eine Anpassung anhand von Patientenparametern erfolgt. Solche Patientenparameter können anatomische Daten, das Gewicht, die Größe, das Geschlecht und das Alter des Patienten umfassen. Zur weiteren Anpassung an die individuelle Situation ist es auch möglich, die Liegenposition zu betrachten.
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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
- Hand
- 2
- Pfeil
- 3
- Lokalspule
- 4
- Koordinatensystem
- 5
- Aufnahme
- 6
- Gehäuse
- 7
- Spulenelemente
- 8
- Oberfläche
- 9
- Shimspule
- 10
- Tiefpassfilter
- 11
- Fontalebene
- 12
- Koordinatensystem
- 13
- Spulenebene
- 14
- Pfeil
- 15
- Teil
- 16
- Teil
- 17
- Kabelstrang
- 18
- Kabelstrang
- 19
- Steuereinrichtung
