DE102013200481A1

DE102013200481A1 - Anwendung einer Mehr-Kanal-Spule zur Hand- Bildgebung

Info

Publication number: DE102013200481A1
Application number: DE102013200481.8A
Authority: DE
Inventors: Lars Lauer; Dominik Paul; Götz Welsch
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2033-01-16
Also published as: DE102013200481B4; US9671476B2; US20140197837A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Lokalspule (106) für ein bildgebendes MRT-System (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie (106) eine Handspule ist, die mehrere Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) aus jeweils mehreren Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lokalspule und ein Verfahren.
Magnetresonanzgeräte (MRTs) zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus der DE10314215B4 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lokalspule und ein Verfahren zur MRT-Bildgebung einer Hand 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 in Draufsicht eine erfindungsgemäße Lokalspule (zur MRT-Bildgebung einer Hand) mit auf Ringen verteilt angeordneten Spulenelementen,
2 einen Querschnitt einer Lokalspule wie z.B. der in 1 gezeigten,
3 in Draufsicht eine weitere erfindungsgemäße Lokalspule mit auf Ringen verteilt und/oder in Ringen konzentrisch angeordneten Spulenelementen,
4 schematisch und vereinfachend ein MRT-System.
4 zeigt (u.a. insbesondere auch zum technischen Hintergrund) ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einer Ganzkörperspule 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 (z.B. einer auf z.B. einem Kissen K aufliegenden Hand H) 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, 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 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 eine erfindungsgemäße (MRT-)Lokalspule 106 mit der eine MRT-Bildgebung einer Hand H eines Untersuchungsobjekts 105 erfolgen soll.
Die gestrichelt und vereinfacht dargestellte Hand H weist einen Daumen F1 und vier Finger F2, F3, F4, F5 auf. Die Lokalspule 106 weist hier in vier (alternativ zwei, drei oder mehr als vier) Ringen (hier als z.B. gleich große, runde oder elliptische Ringe dargestellt, die die Positionen der Spulenelemente darin umgeben) angeordnete Spulenelemente (Antennen) 106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I usw. auf, wie z.B. die positionsmäßig in einem Ring R1 angeordneten Spulenelemente (Antennen) 106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I.
Im Beispiel in 1 sind die Durchmesser D1, D2 der Spulenelemente gleich groß. Hier sitzen ferner jeweils die Mittelpunkte der positionsmäßig in einem Ring R1 angeordneten Spulenelemente (Antennen) 106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I auf der (gedachten) Linie des Rings R1; alternativ können z.B. auch alle positionsmäßig in einem Ring R1 angeordneten Spulenelemente (Antennen) 106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I innerhalb der Linie des Rings R1 sein.
2 zeigt im Querschnitt (im Bereich der proximalsten Gelenke von Fingern F2–F5 einer Hand) eine Hand H auf der eine Lokalspule 106 (wie z.B. diejenige in 1) mit einem Anschlusskabel AK1 aufliegt; auch einige (106C, 106B, 106A, 106J, 106K, 106L) der Spulenelemente der Lokalspule 106 sind in diesem Querschnitt gezeigt. Sehr vereinfachend dargestellt sind ferner Steuerung und Verstärker V der Lokalspule 106, sowie als Symbole drei von ggf. auch mehreren (beliebig realisierten) Schalteinrichtungen S1, S2, S3 über die einzelne oder mehrere Lokalspulen-Spulenelemente geschaltet werden können (so dass sie je nach Schaltelement-Schaltung ausgelesen werden und/oder senden – oder je nach Schaltelement-Schaltung nicht). Die Lokalspule 106 kann eine Mehrkanal-Spule mit mehreren Spulenelementen sein, von denen z.B. jeweils alle Spulenelemente in jeweils einem der Ringe (von Spulenelementen) gemeinsam über eine ihnen gemeinsame Schalteinrichtung wie S1 schaltbar sein können.
Wie 3 zeigt, kann erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich die Lokalspule 106 auf einem oder mehreren der Ringe konzentrisch angeordnete Spulenelemente (Antennen) aufweisen, wie z.B. in 3 links oben die im (die Position der Spulen als runder oder elliptischer etc. Ring angebenden) Ring R5 angeordneten (hier z.B. konzentrischen, im Durchmesser D1, D3 zueinander verschieden großen) Spulenelemente 106N, 106O, 106P.
Bei (mindestens) einer bildgebenden MR−Untersuchung im Bereich der rheumatischen Arthritis einer Hand H soll zum einen die ganze Hand H (also sowohl Handgelenk, als auch kleinere Fingergelenke (MCP, PIP, etc.)) gleichzeitig mit hoher Auflösung und hohem SNR aufgenommen werden, als auch (gleichzeitig oder mit einer folgenden weiteren bildgebenden MRT-Untersuchung) einzelne Bereiche (z.B. nur MCP, nur Handgelenk HG, usw.) selektiv in beliebiger Orientierung aufgenommen werden.
Bisherige zumindest intern bekannte Spulen haben im Wesentlichen die Handwurzel/Handgelenk gut abgedeckt. Die Spulen−Ausleuchtung bis zu den Fingern war eher zu gering, um dort (hochauflösend) Bilder aufzunehmen. Alternativ könnte eventuell eine Flexspule verwendet werden, welche aber aufgrund der geringen Kanalzahl und der vergleichsweise großen Spulenelemente ein schlechteres SNR liefern könnte und gleichzeitig (bei Lagerung der Hand neben dem Körper) störendes Signal von umliegendem Gewebe empfangen könnte. Eine zumindest intern bekannte weitere Alternative (gemäß etwa der noch unveröffentlichten DE102012201944 ) ist die Verwendung von zwei Loop−Coils, die mittels Tape auf und unter der Hand fixiert werden. Mit dieser Anordnung lässt sich eine sehr hohe Ortsauflösung erzielen, die jedoch örtlich eng begrenzt sein könnte (auf z.B. ein bis max. 2–3 MCP Gelenke) und eine für die klinische Routine ungeeignet aufwändige Patientenvorbereitung (anordnen und fixieren der Spulen) voraussetzen könnte.
Eine (Mehrkanal−Hand-)Lokalspule 106 für eine Hand H gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung (mit hier mehr als acht Spulenelementen) ist z.B. so ausgebildet, dass

1.) deren Aufbau mehrere (zwei oder mehr als zwei) Ringe R1, R2, R3, R4 aus Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) an unterschiedlichen Positionen der Hand H aufweist und/oder dass
2.) die ganze Hand H (insbesondere Handgelenk und Fingergelenke, bzw. vom Handgelenk bis zu den Fingerspitzen) in einer einzigen Aufnahme abgedeckt/ausleuchtet wird und/oder dass
3.) aufgrund der Größe (z.B. dem Durchmesser) und/oder der Dichte (z.B. dem mittleren Abstand) der Spulenelemente (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) MRT-Aufnahmen eine hohe Auflösung und gleichzeitig hohes SNR aufweisen können und/oder dass
4.) selektiv (durch Abschalten (S1, S2, S3) einzelner Spulenringe R1, R2, R4, R4 von Spulenelementen und/oder einzelner Spulenelemente) einzelne Bereiche (z.B. Handgelenk der Hand, oder MCP-Gelenk, usw.) hoch aufgelöst einzeln aufgenommen werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann bestehen in einer Anwendung einer (z.B. 16ch = 16-kanaligen) Handspule 106 für entsprechend optimierte Untersuchungen der RA, ggf. ergänzt um geeignet bewegungseinschränkende Kissen/Polster K für eine evtl. maximierte Ortsauflösung.
Vorteile der Anwendung der Lokalspule können neben einem hohen SNR auch eine gute Reproduzierbarkeit und somit hohe Validität der Ergebnisse sein, insbesondere wenn die gesamte Hand H abgebildet werden kann und damit die Gefahr durch falsche Positionierung der Lokalspule 106 über einem Teilbereich der Hand H reduziert wird.
Ein weiterer Vorteil kann darin liegen, dass mit dieser Lokalspule bei RA Untersuchungen sowohl das Handgelenk einer Hand H als auch die MCP-Gelenke einer Hand H erfasst werden können. Diese Bereiche können von hohem klinischen Interesse sein, da in vielen (z.B. 95%) der Fälle, eine Entzündungsaktivität dort (und eventuell teilweise nur dort) zu diagnostizieren sein könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10314215 B4 [0002]
DE 102012201944 [0023]

Claims

Lokalspule (106) für ein bildgebendes MRT-System (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie (106) eine Handspule ist, die mehrere Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) aus jeweils mehreren Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) aufweist.
Lokalspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) so angeordnet sind, dass sie (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) bei einer MRT-Aufnahme einer Hand (H) an unterschiedlichen Positionen (P1, P2, P3, P4) einer Hand (H) positioniert sind.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie (106) Spulenelemente (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie bei einer MRT-Aufnahme einer Hand (H) eine MRT-Aufnahme der gesamten Hand (H) erlauben, und/ oder dass sie die Breite und Länge einer Hand (H) abdecken.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schalteinrichtungen (S1, S2, S3) zum jeweils selektiven Schalten jeweils einzelner oder mehrerer Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) von Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) vorgesehen sind, insbesondere um selektiv durch Schalten einzelner Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) von Spulenelementen mindestens einen einzelnen Bereich der Hand (H) bildgebend aufzunehmen.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) eine Handspule mit mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens vier Ringen (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) und/oder mit mindestens sechzehn parallel auslesbaren Kanälen ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bewegungs−einschränkendes Element, insbesondere ein Kissen (K) oder Polster, vorgesehen ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Lokalspule (106) sowohl das Handgelenk (HG) der Hand (H) als auch MCP-Gelenke der Hand (H) bildgebend erfassbar sind.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrkanal−Spule mit mindestens neun Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) und /oder mit mindestens neun parallel auslesbaren Kanälen für Signale von Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) der Lokalspule ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass sie mehr als zwei Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) aus Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) aufweist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass alle oder einige der Spulenelemente (106N, 106O, 106P) in einem Ring (R1) oder in mehreren oder in allen Ringen (R1, R2, R3, R4) der Lokalspule (106) gleiche Durchmesser (D1, D2) aufweisen.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass alle oder einige der Spulenelemente (106N, 106O, 106P) in einem oder mehreren Ringen (R1, R2, R3, R4) der Lokalspule (106) unterschiedliche Durchmesser (D1, D3) aufweisen.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie so ausgebildet ist, dass Größe (D1, D2, D3) und/oder Dichte der Spulenelemente (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) eine MRT-Aufnahme mit einer hohen Auflösung und gleichzeitig hohes SNR ermöglichen.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass sie (106) zehn bis zwanzig cm breit (x) und zehn bis dreißig cm lang (z) ist, insbesondere zehn bis fünfzehn cm breit (x) und zehn bis zwanzig cm lang (z), insbesondere hinsichtlich der maximalen räumlichen Erstreckung (x, z) ihrer Spulenelemente.
Verfahren zur MRT-Aufnahme einer Hand (H), insbesondere mit einer Lokalspule (106, 106A, 106B) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine MRT-Aufnahme einer Hand (H) mit einer Mehrkanal-Spule erfolgt, die mehrere Ringe (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) aus Spulenelementen (106A, 106B, 106C, 106D, 106E, 106F, 106G, 106H, 106I, ...106N, 106O, 106N..) aufweist, die (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) so angeordnet sind, dass sie (R1, R2, R3, R4; R5, R2, R3, R4) bei einer MRT-Aufnahme einer Hand (H) an unterschiedlichen Positionen der Hand (H) positioniert sind.