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Die Erfindung betrifft eine Lokalspule.
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Magnetresonanzgeräte (MRTs) zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus der
DE10314215B4 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lokalspule für ein MRT zu optimieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
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1 im Querschnitt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Höhenverstellungseinrichtung für eine MRT-Brustspule,
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2 im Querschnitt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Höhenverstellungseinrichtung für eine MRT-Brustspule,
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3 im Sagitalschnitt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Höhenverstellungseinrichtung für eine MRT-Brustspule,
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4–6 in verschiedenen Höhen in einem MRT Bore angeordnete Brustspulen, und
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7 schematisch ein MRT-System.
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7 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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie 4–6 (als Teilausschnitte zur Verdeutlichung der räumlichen Verhältnisse) zeigen, werden in der Kernspintomographie mit einem MRT-System 101 zur Untersuchung verschiedener Körperregionen eines Körpers 105 zur Erhöhung des Signal-Noise-Ratio SNR und zur Beschleunigung der Messzeit Lokalspulen(arrays) 106 mit Antennen Sp1–Sp4 eingesetzt. Dies sind meist aktive Antennenstrukturen mit einem oder mehreren Antennenelementen (im Folgenden auch Spulen genannt) SP1, SP2, SP3, SP4, die nahe am Körper des Patienten 105 (lokal) positioniert werden. Zur Untersuchung einer weiblichen Brust BR1, BR2 werden dazu insbesondere sog. Brustspulen 106 eingesetzt. Bei der Brustuntersuchung wird die Frau 105 in Bauchlage auf der Brustspule 106 positioniert. Die Brustspule 106 ist auf einem Patiententisch 104 des MRT 101 angeordnet und wird auf diesem in die Öffnung (Bore) 103 des MR Systems 101 gebracht. Bei Horizontalfeldsystemen sind heute Boreöffnungen W von 55–70cm üblich. Innerhalb des Bores 103 ist das Untersuchungsvolumen FoV durch die Homogenität des Grundfeld-Magneten des MRT begrenzt. Dabei gibt es zwei Abstufungen: Zum ersten der Bereich V1 der eine Homogenität von besser als 1 ppm (Abweichung vom Nominalfeld) aufweist. Innerhalb dieser Zone V1 ist eine gute spektrale Fettstättigung möglich. Innerhalb eines größeren Volumens V2, das 20–30ppm Abweichung aufweist, ist grundsätzlich eine MR Bildgebung (aber eher ohne spektrale Fettsättigungstechniken) möglich. Ein Thema ist die Auslegung der Höhe der Brustspule 106 relativ zum Patiententisch 104, zur Oberkante des Boreeingangs 103 und zum Homogenitätsvolumen V1 bzw. V2. Patientinnen mit relativ großen Körperabmessungen (insbesondere hinsichtlich ihres Torso-Durchmessers) in y-Richtung stoßen leicht an der Oberkante des Bore-Eingangs 103 an und können schlechter oder nicht untersucht werden. Dies kann insbesondere für Systeme mit nur 60cm Boreöffnung ein Problem darstellen. Ein Absenken der Brustspule 106 nach unten wird einerseits mechanisch durch den Patiententisch 104, technisch aber hauptsächlich durch das Homogenitätsvolumen V1 bzw. V2 des (lichten) Grundfeld-Magneten-Innendurchmessers begrenzt: Rutscht die zu untersuchende Anatomie BR1, BR2 der Patientin nach unten aus dem V1 Volumen, so verschlechtert sich die Fettsättigung deutlich, rutscht das Volumen der zu untersuchenden Anatomie BR1, BR2 noch weiter nach unten, so kann die Bildgebung in diesen Bereichen auch komplett misslingen.
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Heutige, zumindest intern bekannte Lösungen sehen vor, dass man auf z.B. 60cm MRT-Systemen Brustspulen 106 in einen Bereich positioniert, in dem eine Spine-Spule (= Wirbelsäulenspule) z.B. im Patiententisch 104 integriert sein kann bringen kann, um so noch weitere z.B. 3–7cm freien Bauraum nach unten nutzen zu können. Durch die mechanisch starre Lösung wären jedoch ggf. Kompromisse einzugehen: Sitzt die Brustspule 106 recht hoch (in y-Richtung wie die Lokalspule 106 in 5 im Vergleich zu 4), bietet sie gute Bildqualitätseigenschaften, weil beide "Brust-Töpfe" BT1, BT2 (Ausnehmungen in der Lokalspule 106 zur Aufnahme je einer Brust) der Brustspule 106 z.B. in 5 im V1 Volumen liegen, jedoch können gerade Frauen mit großen (Torso-/Brustraum-)Abmessungen schlechter oder nicht untersucht werden. Sitzt die Brustspule 106 sehr tief (in y-Richtung wie die Lokalspule 106 in 6 im Vergleich zu 4), kann ein höherer Prozentsatz an Frauen untersucht werden, für alle müssen jedoch Bildqualitätsprobleme bei spektraler Fettsättigung in Kauf genommen werden. 4–6 verdeutlichen beispielhaft zumindest intern bekannte Lösungen für Systeme mit verschiedenen V1N2 Größen, wobei der innere Kreis V1 eine 1 ppm Linie darstellt, und der äußere Kreis V2 eine 30ppm Linie darstellt. Würde man beim System in 6 die Brustspule 106 (so wie in 5) weiter nach oben (y-Richtung) setzen (z.B. in eine Spinespulenausnehmung in der Patienteliege hinein), würden weniger Patientinnen Platz haben (wegen der Boregröße), dafür wäre die Brust aber immer innerhalb des Fat-Sat Volumens V. Ein solcher Kompromiss bei diesen Systemen wäre ggf. zu Lasten der Fat-Sat Bildqualität gemacht, da Teile der Brustspulen-Töpfe BT1, BT2 in 6 aus dem V1 Volumen herausragen.
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1–3 zeigen jeweils erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Höhenverstelleinrichtungen F1, F2; AP1, AP2; Za1, Za2; K1, K2 einer Brustspule 106 für ein Magnetresonanztomographiegerät 101, wobei die in 1–3 dargestellten Lösungen F1, F2; AP1, AP2; Za1, Za2; K1, K2 auch miteinander beliebig kombinierbar sind. Eine Brustspule 106 kann (mindestens) eine mechanische Höhenverstelleinrichtung F1, F2; AP1, AP2; Za1, Za2; K1, K2 aufweisen – zur Höhenverstellung der Höhe H (der (untersten Bereiche der) Brusttöpfe BT1, BT2 einer Brustspule 106 über der Innenseite der mittleren, untersten Innen-Wandungs-Ummantelung UM des Bore 103) – und damit der Abstand A der untersten Bereiche der Brusttöpfe BT1, BT2 einer Brustspule 106 von der Mittellinie M des Bore 103. Diese Brustspule 106 kann für alle Patientinnen 105 mit weniger als außergewöhnlich großen Körpermaßen mit bester Bildqualität betrieben werden (indem die Brustspule 106 so weit möglich in Richtung Isozentrum M des MRT 101 verstellt wird). Für (nur) Frauen mit außergewöhnlich großen Körperdurchmessern, die man andernfalls gar nicht untersuchen könnte, können Bildqualitätsnachteile in Kauf genommen werden, indem die Brustspule in eine niedrigere Höhe H bewegt wird.
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Eine Höhenverstelleinrichtung für die Höhe H der Brusttöpfe BT1, BT2 einer Brustspule 106 über einer Patientenliege erlaubt es effizient, Teile der Brustspule oder die ganze Brustspule 106 vor und/oder nach dem Positionieren der Patientin 105 in y-Richtung zu bewegen.
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Eine Höhenverstellungseinrichtung F1, F2; AP1, AP2; Za1, Za2; K1, K2 kann (in 1 schematisch angedeutete) zwischen Liege 104 und Brustspule 106 eingebrachte Adapterplatten AD1, AD2, und/oder (z.B. wie 3 zeigt) verstellbare Keile, K1, K2 und/oder Zahnräder und/oder Seilzüge und/oder (z.B. wie 1 zeigt) ausfahrbare "Füße" F1, F2 und/oder pneumatische Anordnungen (z.B. zum Aufblasen oder Ablassen eines Luftsacks) und/oder Kissen (z.B. an der Position der Füße oder Adapterplatten), die durch Gewicht eingedrückt werden und/oder andere (z.B. wie 2 zeigt) mechanische Verschiebeeinrichtungen in der Höhe H über der Patientenliege 104 umfassen.
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Gemäß 1 sind beispielsweise (anstatt oder neben Adapterplatten AP1, AP2) als eine Höhenverstellungseinrichtung (für die Höhe H der (Brusttöpfe BT1, BT2 der) Brustspule 106 über einer Patientenliege 104) an der Brustspule 106 Füße F1, F2 usw. vorgesehen, die z.B. in Ausnehmungen und/oder Führungsschienen im unteren Teil der Brustspule 106 vertikal (y) nach Nut und Feder oder anders beweglich sind (und z.B. in verschiedenen Höhen einrastbar sein können). Gemäß 2 weist als Höhenverstellungseinrichtung (für die Höhe H der (untersten Punkte der Brusttöpfe BT1, BT2 der) Brustspule 106 über einer Patientenliege 104) der obere Teil der Brustspule 106 Führungszapfen ZA1, Za2 auf, die vertikal (y) nach Nut und Feder in Führungsschienen Si1, Si2, Si3, Si4 im unteren Teil der Brustspule 106 beweglich sind (und z.B. in verschiedenen Höhen mit einer (elastischen) Rasteinrichtung R einrastbar sind); wie dargestellt können der obere und der untere Teil des Gehäuses der Brustspule 106 jeweils als (zwei) Schalen Sch1 und Sch2 ausgeführt sein, die aufeinander liegen und (in Richtung des Pfeiles d2 in 2) relativ zueinander verschiebbar sind.
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Gemäß 3 ist beispielsweise die Höhe H der (untersten Punkte der Brusttöpfe BT1 der) Brustspule 106 über einer Patientenliege 104 dadurch verschiebbar, dass ein oder mehrere Keile K1, K2 unter einem oberen Teil der Brustspule 106 und hier über einem (mit dem oberen Teil O z.B. elastisch oder über mindestens eine vertikale Schiene(n) etc verbundenen) unteren Teil U der Brustspule 106 (in Richtung des Pfeils d) verschiebbar sind, insbesondere relativ zueinander (in Richtung des Pfeils d) verschiebbar sind, um so die Höhe H der Brustspule über einer Patientenliege zu verändern.
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Auch elektromechanische Antriebe zum automatischen Einstellen der Höhe H sind denkbar. Bei elektronisch steuerbaren Lösungen oder auch pneumatische Lösungen könnte die günstigste Höhe H bereits vorher grob aus dem Gewicht der Patienten 105 ermittelt werden oder durch einen Sensor am Bore-Eingang oder im Bore 103 ermittelt werden. Die Brustspule könnte dann beim Einfahren oder im Isozentrum M erst auf minimaler Höhe stehen und dann mit Hilfe der Sensorinformation auf die günstigste Höhe gebracht werden. Eine höhenverstellbare Brustspule kann zur Höhenverstellung einen mechanischen Antrieb aufweisen, der z.B. manuell bedienbar sein kann – z.B. mit einem Hebel und/oder mit einer Schraube, die ein Gewinde betätigt und dadurch zwei Schalen der Brustspule zueinander verschiebt.
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Ein möglicher Vorteil liegt in einer mechanischen Ausgestaltung einer Brustspule 106 zur besseren Ausnutzung des Magnet-Homogenitätsvolumens V1 durch eine flexible Anpassung der Brustspulenhöhe H über der Patientenliege 104 an die Anforderungen der Boreöffnung und der Patientengröße. Dies könnte beim Design der Brustspule 106 die Anforderungen hinsichtlich eines Kompromisses zwischen maximaler Patientengröße einerseits und Bildqualität bei der Fettsättigung andererseits ändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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