DE102012216813B4 - Kombinierte HF-/Shim-/Gradienten- Signalführung - Google Patents

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    • G01R33/3875—Compensation of inhomogeneities using correction coil assemblies, e.g. active shimming

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein MRT-System (101) mit mindestens einem Kabel (K), dadurch gekennzeichnet, dass es (101) dazu ausgebildet ist, in mindestens einem Kabel (K) – sowohl HF-Signale (T) für mindestens eine HF-Sendespule (S-T) zu übertragen, – als auch Shim-Signale (S) für mindestens eine Shimspule (S-S) und/oder Gradientensignale (G) für mindestens eine Gradientenspule (S-G) zu übertragen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein MRT mit mindestens einem Kabel zur Signalübertragung.
  • Magnetresonanzgeräte (MRTs, MRT-Systeme) zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus DE 103 14 215 B4 , DE 10 2008 063 460 A1 und WO 2006/103591 A1 bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Signalübertragung in einem MRT zu optimieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
  • 1 schematisch ein MRT-System mit einem Kabel zur Signalübertragung.
  • 1 zeigt ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einer Ganzkörperspulen-Anordnung 102 mit einem hier röhrenförmigen Raum 103 in welchen eine Patientenliege 104 mit einem Körper z. B. eines Untersuchungsobjektes (z. B. eines Patienten) 105 (mit oder ohne Lokalspulenanordnung 106) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um durch ein bildgebendes Verfahren Aufnahmen des Patienten 105 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier eine Lokalspulenanordnung 106 angeordnet, mit welcher in einem lokalen Bereich (auch field of view oder FOV genannt) des MRT Aufnahmen von einem Teilbereich des Körpers 105 im FOV generiert werden können. Signale der Lokalspulenanordnung 106 können von einer z. B. über Koaxialkabel oder per Funk 167 etc. an die Lokalspulenanordnung 106 anschließbaren Auswerteeinrichtung (168, 115, 117, 119, 120, 121 usw.) des MRT 101 ausgewertet (z. B. in Bilder umgesetzt, gespeichert oder angezeigt) werden.
  • Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 101 einen Körper 105 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper 105 eingestrahlt. Ein starker Magnet (oft ein Kryomagnet 107) in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 103, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B0, das z. B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper 105 wird auf einer Patientenliege 104 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV („field of view”) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers 105 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse B1(x, y, z, t) die über eine hier als (z. B. mehrteilige = 108a, 108b, 108c) Körperspule 108 sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse werden z. B. von einer Pulserzeugungseinheit 109 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 111 werden sie zur Hochfrequenzantenne 108 geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Oft werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 109, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 108a, b, c in einem Magnet-Resonanz-Gerät 101 eingesetzt.
  • Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 101 über Gradientenspulen 112x, 112y, 112z (bzw. ggf auch S-G in der Lokalspule und/oder an der Patientenliege), mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder BG(x, y, z, t) zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 112x, 112y, 112z (und ggf. S-G) werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 114 (und ggf. über Verstärker Vx, Vy, Vz) gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
  • Von den angeregten Kernspins (der Atomkerne im Untersuchungsobjekt) ausgesendete Signale werden von der Körperspule 108 und/oder mindestens einer Lokalspulenanordnung 106 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 116 verstärkt und von einer Empfangseinheit 117 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
  • Für eine Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule 108 oder eine Lokalspule 106, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 118 geregelt.
  • Eine Bildverarbeitungseinheit 119 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 120 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 121 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 122 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
  • In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulenanordnungen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) oder an oder in dem Körper 105 angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (z. B. LNA, Preamp) verstärkt und schließlich an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5T–12T oder mehr). Wenn an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z. B. eine Schaltmatrix (auch RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist die, die gerade im Field of View des Magneten liegen) auf die vorhandenen Empfänger. Dadurch ist es möglich, mehr Spulenelemente anzuschließen, als Empfänger vorhanden sind, da bei einer Ganzkörperabdeckung nur die Spulen ausgelesen werden müssen, die sich im FoV (Field of View) bzw. im Homogenitätsvolumen des Magneten befinden.
  • Als Lokalspulenanordnung 106 wird z. B. allgemein ein Antennensystem bezeichnet, das z. B. aus einem oder als Array-Spule aus mehreren Antennenelementen (insb. Spulenelementen) bestehen kann. Diese einzelnen Antennenelemente sind z. B. als Loopantennen (Loops), Butterfly, Flexspulen oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Lokalspulenanordnung umfasst z. B. Spulenelemente, einen Vorverstärker, weitere Elektronik (Mantelwellensperren etc), ein Gehäuse, Auflagen und meistens ein Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger 168 filtert und digitalisiert ein von einer Lokalspule 106 z. B. per Funk etc empfangenes Signal und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer z. B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn und/oder Speicherung zur Verfügung stellt.
  • 1 zeigt insbesondere als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein MRT-System 101 mit einem Kabel K (mit Buchsen und/oder Steckern St1 und/oder St2) zur Signalübertragung von z. B. einem Interface I an einer Patientenliege 104 zu einer Lokalspule 106, die (106) hier Sendespulen S-T (zum Senden von Feldern (B1(x, y, z, t) gemäß HF-Signalen T und auch zum Empfang) und/oder Shimspulen S-S (zum Erzeugen von statischen oder quasistatischen (Frequenzen kleiner 10 kHz) Feldern (BS(x, y, z, t) gemäß Shimsignalen S) und/oder Gradientenspulen S-G (zum Senden von Feldern (BG(x, y, z, t) gemäß Gradientensignalen G) aufweist.
  • Von einer Gradientensystemsteuerung 114 zu einem Interface I an einer Patientenliege 104 erfolgt eine Übertragung von Gradientensignalen G hier über ein Kabel KG; von einer Shimsignalsteuerung (hier in 110) zu einem Interface I an einer Patientenliege 104 erfolgt eine Übertragung von Shimsignalen S hier über ein Kabel KS; von einer HF-Signalerzeugungseinrichtung 117 zu einem Interface I an einer Patientenliege 104 erfolgt eine Übertragung von HF-Signalen T hier über ein Kabel KT. Auch die Übertragung von Gradientensignalen G und/oder Shimsignalen S und/oder HF-Signalen T zum Interface I könnte gemeinsam über ein Kabel KG erfolgen, z. B. in einem Kabel-Abschnitt der am Interface I endet und/oder durch die Patientenliege 104 und/oder zur Patientenliege 104 verläuft.
  • Bei MRT-Systemen speziell im UHF-Bereich können als Lokalspule 106 z. B. lokale Mehrkanalsendespulen 106 und/oder lokale Shimspulen S-S (z. B. in einer Lokalspule und/oder der Patientenliege) eingesetzt werden. Bei N HF-Sendekanälen und M Shimkanälen werden N + M Signalzuführungen verwendet. Die erforderlichen Kabel oder Kabelstränge können wegen der Zahl der Kanäle und der nötigen Kabelquerschnitte schnell sehr schlecht zu handhabende Dimensionen annehmen. Bisherige zumindest intern bekannte Konzepte verwenden getrennte Signalführungen für die HF- und Shim-Kanäle, also in Summe N + M Kabel (ein Kabel beinhalten Signal-Hin- und Rückpfad). Eventuell könnte die Zahl der HF-Kanäle und der lokalen Shimkanäle ziemlich nahe beieinanderliegen (z. B. acht bis sechzehn). Für die HF-Kanäle werden Koaxkabel (Koaxialkabel) verwendet; auch für die Shimkabel können Koaxkabel geeignet sein, da sie neben der Abschirmung auch eine Lorentz-Kräfte-freie Signalführung ermöglichen können.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine gemeinsame Nutzung eines Kabel K oder mehrerer Kabel (ggf. z. B. auch von KG, KS, KS) sowohl für eine HF-Signal-(T,R)-Übertragung als auch für eine Shim-Signal-(S)-Übertragung (also ein HF-Kanal und ein Shimkanal pro Koaxialkabel K), also für die Speisung einer Kombination von lokalen HF-Sende- und Shimarrays in z. B. der Lokalspule 106 (und/oder in der Patientenliege). Dadurch könnte sich die Zahl der benötigten Kabel z. B. etwa auf die Hälfte reduzieren. Aufgrund der weit auseinanderliegenden Frequenzbereiche ist eine Einspeisung und Ausspeisung der Signale (T, (R für empfangene Signale), S und ggf. auch G) ohne besonderen Aufwand möglich. Für die anzunehmenden Shimströme im Amperebereich ist der Kupferquerschnitt eines typischen 10 mm Sende-Koaxkabels ausreichend bemessen, aufgrund des Skineffektes bleibt der Großteil des Kupferquerschnittes bei reiner HF-Übertragung ungenutzt.
  • Durch die Mehrbelegung von Signalzuführungen zu lokalen Sende- und Shimarrays mit Signalen, die in weit auseinanderliegenden Frequenzbereichen liegen, kann sich eine deutliche Reduzierung der benötigten Kabelanzahl mit Vorteilen bei Kosten und Kabelführung ergeben. Insbesondere bei nicht zu hohen Gradientenströmen oder geeigneten (dicken) Kabeln lässt sich die Erfindung auch für die kombinierte Speisung von lokalen Mehrkanal-HF-Sendearrays und Gradientenarrays einsetzen.

Claims (29)

  1. Verfahren zur Übertragung von Signalen (G, T, S) in mindestens einem Kabel (K) in einem bildgebenden MRT-System (101), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kabel (K) – sowohl HF-Signale (T) für mindestens eine HF-Sendespule (S-T) des MRT-Systems (101) übertragen werden, – als auch Shim-Signale (S) für mindestens eine Shimspule (S-S) und/oder Gradientensignale (G) für mindestens eine Gradientenspule (S-G) übertragen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kabel (K) jeweils nur HF-Signale (T) und Shim-Signale (S) übertragen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kabel (K) jeweils nur HF-Signale (T) und Gradienten-Signale (G) übertragen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kabel (K) jeweils HF-Signale (T) und Shim-Signale (S) und Gradienten-Signale (G) übertragen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eines der Kabel (K) ein Koaxialkabel verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Kabel (K) zu einer Lokalspule (106) des MRT (101) vorgesehen ist, und in mehreren der Kabel (K) jeweils sowohl HF-Signale (T) übertragen werden als auch Shim-Signale (S) und/oder Gradienten-Signale (G) übertragen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) eine Mehrkanalspule ist, insbesondere mit mehreren Sende-Spulen (S-T) und/oder mehreren Shim-Spulen (S-S) und/oder mehreren Gradientenspulen (S-G).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren der Kabel (K) pro Kabel (K) jeweils: – sowohl genau ein HF-Kanal in Form einer Übertragung von HF-Signalen (T) zu mindestens einer HF-Sendespule (S-T) der Lokalspule (106) – als auch genau ein Shim-Kanal in Form einer Übertragung von Shim-Signalen (S) zu mindestens einer Shimspule (S-S) der Lokalspule (106) und/oder genau ein Gradientenkanal in Form einer Übertragung von Gradientensignalen (G) zu mindestens einer Gradientenspule (S-G) der Lokalspule (106) vorgesehen ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein HF-Kanal in einem Kabel (K) die Übertragung von HF-Signalen (T) zu mindestens einer der Sendespulen (S-T) der Lokalspule (106) umfasst und/oder dass ein Shim-Kanal in einem Kabel (K) die Übertragung von Shim-Signalen (S) zu mindestens einer der Shim-Spulen (S-S) der Lokalspule (106) umfasst und/oder dass ein Gradientenkanal die Übertragung von Gradientensignalen (G) zu mindestens einer Gradientenspule (S-G) der Lokalspule (106) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Shim-Signale (S) Shimströme von 0,5–10 Ampere verwendet werden.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferquerschnitt eines Koaxkabels (K) fünf bis zwanzig mm, insbesondere zehn mm beträgt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Kabel (K) zwischen einer Lokalspule (106) und einem Interface (I) am MRT (101) und/oder an einer Patientenliege (104) verlaufen.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens ein Kabel (K) jeweils eine Einspeisung (I) von einerseits HF-Signalen (T) sowie anderseits von Shim-Signalen (S) und/oder von Gradientensignalen (G) erfolgt.
  14. MRT-System (101) mit mindestens einem Kabel (K), dadurch gekennzeichnet, dass es (101) dazu ausgebildet ist, in mindestens einem Kabel (K) – sowohl HF-Signale (T) für mindestens eine HF-Sendespule (S-T) zu übertragen, – als auch Shim-Signale (S) für mindestens eine Shimspule (S-S) und/oder Gradientensignale (G) für mindestens eine Gradientenspule (S-G) zu übertragen.
  15. MRT-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgebildet ist, in einem Kabel (K) jeweils nur HF-Signale (T) und Shim-Signale (S) zu übertragen.
  16. MRT-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgebildet ist, in einem Kabel (K) jeweils nur HF-Signale (T) und Gradienten-Signale (G) zu übertragen.
  17. MRT-System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgebildet ist, in einem Kabel (K) jeweils HF-Signale (T) und Shim-Signale (S) und Gradienten-Signale (G) zu übertragen.
  18. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Kabel (K) ein Koaxialkabel ist.
  19. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–18, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Kabel (K) vorgesehen ist, und dass mehrere der Kabel (K) und/oder Interfaces (I) für die Kabel (K) dazu ausgebildet sind, dass die Kabel (K) jeweils sowohl einerseits HF-Signale (T) übertragen als auch andererseits Shim-Signale (S) und/oder Gradienten-Signale (G).
  20. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) eine Mehrkanalspule ist, insbesondere mit mehreren Sende-Spulen (S-T) und/oder mehreren Shim-Spulen (S-S) und/oder mehreren Gradientenspulen (S-G).
  21. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehreren der Kabel (K) pro Kabel (K) jeweils: – sowohl genau ein HF-Kanal in Form einer Übertragung von HF-Signalen (T) zu mindestens einer HF-Sendespule (S-T) der Lokalspule (106) – als auch genau ein Shim-Kanal in Form einer Übertragung von Shim-Signalen (S) zu mindestens einer Shimspule (S-S) der Lokalspule (106) und/oder genau ein Gradientenkanal in Form einer Übertragung von Gradientensignalen (G) zu mindestens einer Gradientenspule (S-G) der Lokalspule (106) vorgesehen ist.
  22. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–21, dadurch gekennzeichnet, dass ein HF-Kanal in einem Kabel (K) die Übertragung von HF-Signalen (T) zu mindestens einer der Sendespulen (S-T) der Lokalspule (106) umfasst und/oder dass ein Shim-Kanal in einem Kabel (K) die Übertragung von Shim-Signalen (S) zu mindestens einer der Shim-Spulen der Lokalspule (106) umfasst und/oder dass ein Gradientenkanal die Übertragung von Gradientensignalen (G) zu mindestens einer Gradientenspule (S-G) der Lokalspule (106) umfasst.
  23. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–22, dadurch gekennzeichnet, dass Shim-Signale (S) Shimströme von 0,5–10 Ampere sind.
  24. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupferquerschnitt eines Koaxkabels 5–20 mm, insbesondere 10 mm beträgt.
  25. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–24, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Kabel (K) zwischen einer Lokalspule (106) und einem Interface (I) an einer Patientenliege (104) verlaufen.
  26. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–25, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Kabel (K) zwischen einem Interface (I) am MRT und/oder an einer Patientenliege (104) und einer weiteren insbesondere ortsfesten Einrichtung (110, 114, 117) des MRT (101) verlaufen.
  27. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–26, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Kabel (K) von einem Interface (I) aus durch eine Patientenliege (104) verlaufen.
  28. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–27, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Interface (I) vorgesehen ist zur Einspeisung von HF-Signalen (T) sowie von Shim-Signalen (S) und/oder Gradientensignalen (G) in ein Kabel (K), das (K) daran (I) anliegt.
  29. MRT-System nach einem der Ansprüche 14–27, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kabel (K) zusammen einen Kabelstrang bilden, insbesondere einen Kabelstrang der von einer Lokalspule zu einem Interface (I) verläuft und/oder einen Kabelstrang der von einem Interface (I) durch die Patientenliege (104) verläuft und/oder einen Kabelstrang der von einer Patientenliege (104) zu einer weiteren Einrichtung (110, 114, 117) des MRT (101) verläuft.
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