DE102014214704A1

DE102014214704A1 - Kippbare Kopfspule

Info

Publication number: DE102014214704A1
Application number: DE102014214704.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Driemel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US10379178B2; US20160025823A1; CN205120947U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kopfspule (106) für ein bildgebendes MRT-System (101), die (106) ein Kopfspulenoberteil (1) und ein Kopfspulenunterteil (2) aufweist, wobei das Kopfspulenunterteil (2) eine Unterteilbasis (4) und ein bewegliches Unterteil (5) aufweist, die (4, 5) über einen Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung relativ zueinander beweglich (BEW) sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kopfspule für ein bildgebendes MRT-System.
Magnetresonanzgeräte (MRTs) zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus DE 103 14 215 B4 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kopfspule zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 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 eine erfindungsgemäße Kopfspule in Seitenansicht in ungekippter Anordnung,
2 eine erfindungsgemäße Kopfspule in Seitenansicht in gekippter Anordnung,
3 einen Mechanismus zum Kippen einer erfindungsgemäßen Kopfspule in schräg seitlicher Ansicht,
4 in einer Ansicht von schräg seitlich oben in eine Unterteilbasis eines Kopfspulenunterteils, ein Basiselement mit Rastausnehmungen einer Einrastanordnung,
5 in einer Ansicht von schräg seitlich oben in ein bewegliches Unterteil auf und in einer Unterteilbasis eines Kopfspulenunterteils ein Basiselement einer Einrastanordnung,
6 in Draufsicht von oben in ein bewegliches Unterteil auf und in einer Unterteilbasis eines Kopfspulenunterteils eine Rastanordnung,
7 in Seitenansicht eine Rastanordnung,
8 in teilgeschnittener Seitenansicht eine Rastanordnung mit einem Bedienhebel,
9 in Seitenansicht eine Rastanordnung mit einem Bedienhebel,
10 schematisch ein MRT-System.
10 zeigt (u.a. insbesondere auch zum technischen Hintergrund) ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einem Hohlzylinder 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 (auch „Field Of View“ oder „field of view“ genannt) 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. Möglicherweise werden auch 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 B_G (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.
1–10 zeigen Details erfindungsgemäßer Ausgestaltungen.
In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal-/Rauschen-Verhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe z.B. auf (anterior) oder unter (posterior) dem Patienten angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA, Preamp) verstärkt und schließlich kabelgebunden an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschen-Verhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden auch so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5T bis 12T und mehr). Da an ein MR-Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird z.B. zwischen Empfangsantennen und Empfänger eine Schaltmatrix (hier 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 Lokalspule („Spule“) 106 wird z.B. ein Antennensystem bezeichnet, das aus einem oder mehreren Antennenelementen (Spulenelementen) bestehen kann (Array-Spule). Diese einzelnen Antennenelemente sind meist als Loopantennen (Loops), Butterfly oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Spule besteht z.B. aus den Spulenelementen, dem Vorverstärker, weiterer Elektronik (Mantelwellensperren etc.) und Verkabelung, dem Gehäuse und meistens einem Kabel mit Stecker, durch den sie an die MR-Anlage 101 angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachter Empfänger 168 (RX) filtert und digitalisiert von der Lokalspule 106 empfangene Signale und übergibt die Daten der digitalen Signalverarbeitung 117, 110, die aus der Messung meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und einem Nutzer des MRT 101 zur Verfügung stellt.
Kopfspulen 106 (z.B. zur Bildgebung des Kopfes KO eines Patienten 104, oder kombinierte Kopf/Hals-Lokalspulen 106 zur Bildgebung des Kopfes KO und Halses HA eines Patienten 104) sollen zur Verbesserung des Patientenkomforts oder zur Lagerung von Patienten mit krankhaften Veränderungen der HWS (Bechterew, Schiefhals u.a.) mit Kippwinkeln gegenüber dem Patientenbett ausgeführt werden. Dazu wird ein Mechanismus vorgeschlagen, der einen Kippwinkel reproduzierbar einstellt und fixiert. Dies ist z.B. als einen Bechterew-Adapter in DE 10 2011 079 575 A1 diskutiert. Die vorliegende Erfindung betrifft einen alternativen Lösungsansatz.
Zumindest intern bekannte Kopfspulen mit Direktsteckung (Bezeichnung für eine starre Steckverbindung der Lokalspule zur Patientenliege) sind bisher nicht in erfindungsgemäßer Weise kippbar. Kopfspulen mit flexibler Anschlussleitung werden zum Beispiel nach zumindest intern bekannter Ausführung auf Keilkissen gestellt, oder auf einen Bechterev-Adapter gestellt.
1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer (MRT-)Kopfspule 106, die in ein Kopfspulenoberteil 1 und ein Kopfspulenunterteil 2 geteilt ist, und einen Mechanismus 3 zur Kippwinkeleinstellung und Positionsarretierung aufweist. Das Kopfspulenunterteil 2 ist in eine Unterteilbasis 4 und ein bewegliches Unterteil 5 gegliedert.
Das Kopfspulenunterteil 2 kann z.B. auf dem bewegliches Unterteil 5 aufgelegt werden, nachdem der Kopf KO eines Patienten 105 oder Dummies auf dem beweglichen Unterteil aufgelegt ist, und dann oberhalb des Kopfes liegen.
Die Unterteilbasis 4 beinhaltet die Direktsteckeinheit 6 zum Anstecken und Anschließen an eine Patientenliege 104 und ist (eingesteckt, 6) nicht relativ zu dieser 104 beweglich.
Das bewegliche Unterteil 5 ist im Drehpunkt 7 (z.B. einer Achse oder Stange oder Gelenken) drehbar zur Unterteilbasis 4 auf und innerhalb dieser gelagert.
2 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer (MRT-)Kopfspule 106 wie in 1, aber in einer (in Richtung des Pfeiles BEW um die Achse 7 verglichen mit der Stellung in 1) gekippten Stellung des beweglichen Unterteil 5 (mit dem Kopfspulenoberteil 1) relativ zur Unterteilbasis 4.
3 zeigt einen Mechanismus zum Kippen (des beweglichen Unterteils 5 auf der Unterteilbasis 4) in einer erfindungsgemäßen Kopfspule 106 mit Drehgelenken auf einer Achse 7 in Ansicht von schräg unten seitlich.
4 zeigt eine Unterteilbasis 4 mit einem Basiselement 8 eines Mechanismus 3 zur Kippwinkeleinstellung und Arretierung.
Wie 5 zeigt, umfasst ein Mechanismus 3 zur Kippwinkeleinstellung und Arretierung hier zur Arretierung an der Unterteilbasis 4 ein Basiselement 8, und am beweglichen Unterteil 5 einen Rastbolzen 9 und eine Führung 10. Z.B. kann ein Mechanismus 3 gemäß 4 und 5 nahe einer (oder gemäß 6 auf beiden) der Seitenwände auf der Bodenseite der Unterteilbasis 4 angeordnet sein.
7 zeigt als Detail vergrößert in Seitenansicht ein Basiselement 8, einen Rastbolzen 9 und eine Führung 10.
Das Beispiel in 7 zeigt den Mechanismus mit drei Rastpositionen (in drei Rastausnehmungen RA). Es können jedoch auch zwei oder mehr als drei Rastpositionen sein.
In 8 ist in einer Führung 10 der Rastbolzen 9 linear geführt und wird mittels einer Druckfeder 11 gegen das Basiselement 8 gedrückt. Mindestens ein Basiselement 8 ist fest zum Beispiel mittels Schraubverbindung oder formschlüssig eingerastet mit der Unterteilbasis 4 verbunden, z.B. an (mindestens) einer der Position in 4, 5, 6.
In 5 ist die Führung 10 oder der Rastbolzen 9 des Mechanismus 3 am beweglichen Unterteil 5 befestigt (zum Beispiel geschraubt) und wird zusammen mit diesem, angetrieben z.B. durch Anheben des beweglichen Unterteils 5 durch das Bedienpersonal oder abwärts durch die Gewichtskraft, bewegt.
Der Rastbolzen 9 findet seine Rastposition (hier in einer Rastausnehmung RA) im (durch mindestens eine Ausnehmung des beweglichen Unterteils 5 von unten in dieses 5 hineinragenden) Basiselement 8 selbst, weil er durch die Druckfeder 11 ständig in Richtung VR gegen das Basiselement 8 gedrückt wird.
Gemäß 8 wird die Arretierung (des Rastbolzens 9 in einer Rastausnehmung RA des Basiselements 8) entriegelt in Richtung des Pfeiles ER mittels (Bewegung in Richtung RB+ oder RB– oder schräg dazu) eines Bedienhebels 12, der den Rastbolzen 9 gegen die Druckfeder 11 bewegt und dadurch die Rastposition außer Eingriff bringt. Der Rastbolzen 9 wird bei Auf- oder Abwärtsbewegung (RB+ oder RB–) automatisch in die nächste Rastposition RA eingreifen. Zur besseren Positionsfindung sind die Rastpositionen RA im Basiselement 8 und der Rastbolzen 9 mit Fasen 13 (z.B. beliebig langen Anschrägungen und/oder Abrundungen) an Rastausnehmungen RA des Basisteils 8 versehen.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der gesamte Rastmechanismus z.B. aus Platzgründen (wie bei einer Direktsteckung der Direktsteckeinheit 6 in einen Anschluss an der Patientenliege 104) nicht mittig in der Lokalspule 106 platziert wird, sondern links und rechts positioniert ist. Die beiden Rastmechanismen 3 (z.B. in 6) sollen in diesem Fall synchron einrasten. Hier leisten die Fasen (13) einen wichtigen Beitrag als Toleranzausgleich der linken zu rechten Seite.
Mögliche Vorteile können insbesondere sein:

– Eine durch Direktsteckung („direct connect“) einfach in eine Patientenliege 104 einsteckbare&kontaktierbare MRT-Kopfspule 106 mit einer Kippwinkeleinstellung und Positionsarretierung,
– die Möglichkeit von mindestens zwei Winkelpositionen beim Kippen,
– Rastpositionen für reproduzierbare Untersuchungen,
– arretierte Rastpositionen,
– eine Arretierung einer Rastposition mit dem Vorteil, dass die Kopfspule 106 beim Ziehen aus der Direktsteckung ihren Kippwinkel nicht verändert und somit das Drehgelenk und der Rastmechanismus beim Entfernen der Kopfspule von der Patientenliege nicht überlastet werden müssen,
– hinsichtlich der Arretierung der Vorteil, dass beim Handling der Kopfspule außerhalb der Patientenliege keine ungewollte Kippbewegung der Kopfspule erfolgt,
– durch eine Druckfeder angetrieben selbstfindende Rastpositionen,
– Einführschrägen (Fasen 13) zur besseren Positionsfindung,
– z.B. bei Platzmangel in der Kopfspulenmitte (wie bei einer Direktsteckung) ein doppelt vorhandener Kippmechanismus, insbesondere links und rechts zur optimalen Lastverteilung und Stabilität,
– bei doppeltem Mechanismus 3 Toleranzausgleich durch Fasen 13 für eine beidseitig synchrone Einrastung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10314215 B4 [0002]
DE 102011079575 A1 [0025]

Claims

Kopfspule (106) für ein bildgebendes MRT-System (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie (106) ein Kopfspulenoberteil (1) und ein Kopfspulenunterteil (2) aufweist, wobei das Kopfspulenunterteil (2) eine Unterteilbasis (4) und ein bewegliches Unterteil (5) aufweist, die (4, 5) über einen Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung relativ zueinander beweglich (BEW) sind.
Kopfspule (106) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilbasis (4) eine Direktsteckeinheit (6) aufweist, durch welche Direktsteckeinheit (6) die Unterteilbasis an einer Patientenliege (104) festlegbar ist und Kontakte der Direktsteckeinheit (6) mit Kontakten an einer Patientenliege (104) verbindbar sind.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Unterteil (5) in einem Drehpunkt (7) drehbar zur Unterteilbasis (4) gelagert ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung ein Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung und Arretierung ist, und (3) zumindest ein Basiselement (8), einen Rastbolzen (9) und eine Führung (10) aufweist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (10) des Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung und Arretierung ein Rastbolzen (9) linear geführt ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (10) des Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung und Arretierung ein Rastbolzen (9) mittels einer Druckfeder (11) gegen ein Basiselement (8) des Mechanismus (3) gedrückt ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (3) zur Kippwinkeleinstellung und Arretierung zwei oder drei oder mehr als drei Rastpositionen (RA) aufweist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (8), vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung oder formschlüssig eingerastet, an der Unterteilbasis (4) festgelegt ausgebildet ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (10) des Mechanismus (3), insbesondere dessen Führung (10), am beweglichen Unterteil (5) befestigt ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (3) gemeinsam mit dem Unterteil (5) durch Anheben des beweglichen Unterteils (5) aufwärts und/oder durch Gewichtskraft abwärts bewegbar ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastbolzen (9) des Mechanismus (3) in eine Rastposition (13) im Basiselement (8) durch eine während einer Bewegung (BEW) des Rastbolzens (9) entlang dem Basiselement (8) gegen das Basiselement (8) drückende Druckfeder (11) einrastbar (VR) ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entriegelung (ER) einer Arretierung (13) des Rastbolzens (9) in dem Basiselement (8) ein Bedienhebel (12) vorgesehen ist, durch den (12) der Rastbolzen (9) gegen die Druckfeder (11) bewegbar (ER) ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Basiselement (8) und/oder am Rastbolzen (9) als Einführschrägen Fasen (13) vorgesehen sind, insbesondere zur Verbesserung eines Eingreifens in eine Rastposition der beiden zueinander.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rastmechanismus mit Basiselement (8) und Rastbolzen (9) mittig in der Lokalspule (106) oder seitlich in dieser angeordnet ist.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rastmechanismen in der Lokalspule (106) angeordnet sind.
Kopfspule (106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kopfspule zur Bildgebung nur des Kopfes (KO) eines Patienten (104) ist, oder eine kombinierte Kopf/Hals-Lokalspule (106) zur Bildgebung des Kopfes (KO) und Halses (HA) eines Patienten (104) ist.