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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Applikatorvorrichtung zur Durchführung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung, ein Verfahren zur Planung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung mittels einer Applikatorvorrichtung sowie ein entsprechend ausgestaltetes Magnetresonanzgerät.
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Bei einer Brachytherapie, auch interne Strahlentherapie, Kurzdistanz-Strahlentherapie oder Therapie mit umschlossenen Strahlenquellen genannt, werden Strahlenquellen, welche radioaktive Substanzen umfassen, in einen Körper eines Patienten eingebracht, um lokal im Körper des Patienten Zielgewebe, beispielsweise Tumoren, durch Strahlung zu schädigen oder zu vernichten. Dabei kann die Strahlenbelastung für gesundes Gewebe des Körpers minimiert werden, weil die Strahlenquellen radioaktive Substanzen mit einer kurzen Strahlungsreichweite, beispielsweise Betastrahler oder Gammastrahler geringer Energie, enthalten können. Weiterhin erfolgt die Bestrahlung lokal von innerhalb des Körpers und muss nicht, wie beispielsweise bei einer externen Strahlentherapie mittels eines Linearbeschleunigers, erst von außerhalb des Körpers durch gesundes Gewebe zum Zielgewebe durchdringen. Die Strahlenquellen werden typischerweise mittels zumindest eines Applikators, insbesondere mittels mehreren Applikatoren, in den Körper eingeführt.
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Für die Brachytherapie können permanent in den Körper implantierte Strahlenquellen verwendet werden. Diese permanent implantierten Strahlenquellen sind typischerweise mittels als Kapseln ausgebildeten Applikatoren, auch Seeds genannt, in der Nähe des Zielgewebes implantiert. Dieses Verfahren entspricht einer Brachytherapie mittels Strahlenquellen, welche eine niedrige Dosisleistung, typischerweise unter 2 Gray pro Stunde, aufweisen. Solch eine Brachytherapie wird auch Low-Dose-Rate-Brachytherapie (LDR-Brachytherapie) genannt.
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Alternativ kann für die Brachytherapie auch zumindest ein als eine Hohlnadel und/oder Katheter ausgebildeter Applikator in den Körper in der Nähe des Zielgewebes implantiert sein. Durch diese können dann temporär Strahlenquellen, typischerweise mit einer hohen Dosisleistung, typischerweise größer als 12 Gray pro Stunde, geführt werden. Dieses Verfahren wird auch High-Dose-Rate-Brachytherapie (HDR-Brachytherapie) genannt.
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Für eine Brachytherapie Behandlung wird, insbesondere wenn der zumindest eine Applikator in den Körper implantiert ist, typischerweise ein Bestrahlungsplan erstellt. Dieser Bestrahlungsplan sieht zum Beispiel vor, wie lange und/oder wie oft bei einer HDR-Brachytherapie die Strahlenquellen in der Nähe des Zielgewebes verweilen sollen. Alternativ oder zusätzlich kann der Bestrahlungsplan auch eine Empfehlung für eine Implantation weiterer Applikatoren, insbesondere bei einer LDR-Brachytherapie, vorsehen. Selbstverständlich kann der Bestrahlungsplan auch weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende, Maßnahmen vorsehen.
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Für das Erstellen des Bestrahlungsplans ist typischerweise eine Dosisberechnung, insbesondere wenn der zumindest eine Applikator bereits in den Körper implantiert ist, erforderlich. Für die Dosisberechnung ist dabei eine, möglichst genaue, Kenntnis über die Position des zumindest einen Applikators, insbesondere in Bezug auf das Zielgewebe und/oder umliegendes Gewebe erforderlich. Umliegendes Gewebe kann beispielsweise nicht zur Bestrahlung vorgesehenes strahlenempfindliches Risikogewebe (organs at risk, OAR) sein.
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Dabei erfolgt die Ermittlung der Position des Applikators bei der Erstellung des Strahlungsplans in der Regel mittels Computertomographieaufnahmen. Ein Nachteil dieser Aufnahmen besteht in einem geringen Weichteilkontrast, insbesondere in Regionen, in denen Tumore und strahlungsempfindliches Risikogewebe sehr nah beieinander liegen, wie beispielsweise dem kleinen Becken. Dort liegen Zielorgane, wie z.B. Prostata oder Cervix Uteri nahe bei den Risikoorganen, wie z.B. dem Rektum oder dem Neurovaskulärem Bündel und sind aufgrund der geringen Weichteilkontraste kaum zu unterscheiden.
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Aus diesem Grund werden zunehmend Magnetresonanzaufnahmen für eine Erstellung eines Strahlungsplans herangezogen. Eine Herausforderung liegt dabei allerdings in einem Erhalt einer bestmöglichen Bildqualität bei kürzest möglicher Scanzeit. Speziell bei Therapien im kleinen Becken sind dafür notwendige externe Spulen allerdings relativ weit vom Zielorgan entfernt, was sich auf ein Signal-Rausch-Verhältnis uns somit wieder auf die Bildqualität auswirkt.
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Bekannt ist die Verwendung von Intrarektalspulen für das Erstellen des Bestrahlungsplans mittels Magnetresonanzaufnahmen. Diese befinden sich näher am Zielorgan und erlauben damit eine höhere Bildqualität. Allerdings sind diese Spulen kompliziert in der Handhabung und die Vorgehensweise bietet essentielle Einschränkungen im Patientenkomfort, da zusätzlich zu den ohnehin vaginal oder transperineal eingebrachten Brachytherapie-Applikatoren auch noch eine rektale Spule eingebracht werden muss. Zudem kann die Spule auch Veränderungen in der Anatomie hervorrufen, wenn sie für die eigentliche Behandlung wieder entfernt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Applikatorvorrichtung zur Durchführung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung anzugeben, die es ermöglicht, eine bessere Bildqualität und damit einen verbesserten und genaueren Strahlungsplan bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Applikatorvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren nach Anspruch 11, ein Magnetresonanzgerät nach Anspruch 12, ein Computerprogramm nach Anspruch 13, sowie durch ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Dabei wird eine Applikatorvorrichtung zur Durchführung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung bereitgestellt, umfassend:
- – einen Applikations-Grundkörper zur Aufnahme von mindestens einer Strahlungsquelle und
- – zumindest ein mit dem Applikations-Grundkörper verbundenes Antennenelement als Empfangseinheit für ein Magnetresonanzgerät.
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Der Applikations-Grundkörper ist vorzugsweise als Hohlnadel und/oder Katheter ausgebildet und dazu ausgelegt zumindest eine Strahlungsquelle aufzunehmen. Damit verbunden ist zumindest ein Antennenelement, das als integrierte Empfangsspule für ein Magnetresonanzgerät dient.
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Dadurch ist es auf einfache Art und Weise möglich, einen Abstand eines Zielorgans von der Empfangsspule zu verringern und die Bildqualität eines Magnetresonanzabbildes und damit die Brachytherapieplanung zu verbessern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Applikatorvorrichtung ferner ein Verarbeitungsmodul für eine Vorverstärkung und/oder eine Digitalisierung. Dabei ist unter einem Verarbeitungsmodul vorzugsweise eine Elektronik zu verstehen. Das Verarbeitungsmodul kann dabei entweder direkt an dem zumindest einen Antennenelement angebracht sein oder außerhalb eines mit der Applikatorvorrichtung zu untersuchenden Untersuchungsobjekts. Die Anbringung außerhalb des Untersuchungsobjekts ist vorteilhaft, da so eine Schädigung des Verarbeitungsmoduls durch Strahlung nicht zu erwarten ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das Verarbeitungsmodul an dem zumindest einen Antennenelement angebracht.
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Dadurch wird eine besonders kompakte Ausgestaltung der Applikatorvorrichtung erreicht.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform ist das Verarbeitungsmodul strahlungsfest ausgestaltet, für den Fall, dass die Elektronik nahe an der Strahlungsquelle angebracht ist. Dadurch werden Schäden durch die Strahlung vermieden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem Halbleiterbauelemente mit größeren Strukturbreiten als üblich verwendet werden, die dann weniger strahlungsempfindlich sind. Alternativ kann das Verarbeitungsmodul auch gegen Strahlung abgeschirmt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verarbeitungsmodul mit dem Antennenelement trennbar verbunden ausgestaltet. So kann das Verarbeitungsmodul vor einer eigentlichen Behandlung, die außerhalb eines Magnetresonanzsystems erfolgt, abgetrennt werden, um eine Schädigung durch die Strahlung zu vermeiden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst das Antennenelement zumindest einen Teil des Applikations-Grundkörpers. Dies kann realisiert werden, indem röhrenartige Elemente des Applikations-Grundkörpers als Teil einer Antenne fungieren, beispielsweise indem sie aus einem leitfähigem Material hergestellt sind oder indem Leiterbahnen auf die röhrenartigen Elemente des Applikations-Grundkörpers aufgebracht werden, welche eine Antennenfunktion übernehmen. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauweise der Applikatorvorrichtung realisiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform sind der Applikations-Grundkörper und/oder das zumindest eine Antennenelement als Einwegmodul ausgestaltet. Diese erlauben einen schnellen Einsatz von Applikations-Grundkörper und/oder Antennenelement, da etwaige zuvor verwendete Teile nicht gereinigt werden müssen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen Applikations-Grundkörper und/oder dem zumindest einen Antennenelement destruktiv ausgestaltet. Dabei ist unter einer destruktiven Ausgestaltung vorzugsweise eine Steckverbindung zu verstehen, die nach einem Abtrennen nicht mehr wiederverwendbar ist, um eine Mehrfachverwendung zu vermeiden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst das Verarbeitungsmodul ferner ein Schwächungsmodul mit einer Schwächungskarte der Applikatorvorrichtung. Da die Applikatorvorrichtung auch die Strahlung schwächt, muss dies bei einer Planung berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn sich das Verarbeitungsmodul im Strahlengang befindet und dieses einer zusätzlichen Schirmung bedarf. Da ein Magnetresonanzabbild alleine nicht ohne Weiteres geeignet ist, die dafür notwendigen Schwächungsdaten bereitzustellen, kann durch das erfindungsgemäße Vorgehen sichergestellt werden, eine Geometrie und eine Schwächung der Applikatorvorrichtung bereits im Gerät vorzuhalten. Zur Gewinnung dieser Daten kann die Applikatorvorrichtung beispielsweise vorab mit einem Computertomographiegerät gescannt werden, oder die Daten werden aus den Konstruktionsdaten der Vorrichtung erzeugt, da für alle verwendeten Materialien die Schwächung bekannt ist. Diese Daten müssen dann lediglich einmal in dem Schwächungsmodul hinterlegt werden und können von dort dann entweder mittels eines Magnetresonanzgeräts oder einer anderen dafür geeigneten Schnittstelle ausgelesen werden.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform ist das Schwächungsmodul für eine Verformung der Schwächungskarte ausgestaltet. Für den Fall, dass die Applikatorvorrichtung eine veränderliche, positionsabhängige Geometrie aufweist, müssen Schwächungsdaten für mehrere Positionen der Applikatorvorrichtung vorliegen. Erfindungsgemäß ist das Schwächungsmodul in der Lage, aus Bilddaten, die von unterschiedlichen Positionen der Applikatorvorrichtung aufgenommen wurden einen verformten Schwächungsdatensatz, also die Verformung der Schwächungskarte zu bestimmen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch Verfahren zur Planung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung mittels einer Applikatorvorrichtung sowie ein Magnetresonanzgerät zur Planung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung bereitgestellt.
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Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts laden kann. Mit diesem Computerprogramm können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Magnetresonanzgeräts läuft. Dabei benötigt das Computerprogramm eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogramm gerichteten Anspruch eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode, der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, z.B. eine DVD, eine Festplatte oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Speichermedium gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts, des erfindungsgemäßen Computerprogramms und des erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermediums entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Applikatorvorrichtung, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf eine Vorrichtung gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Applikatorvorrichtung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Applikatorvorrichtung 101.
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Die Applikatorvorrichtung 101 umfasst einen Applikations-Grundkörper 102, vorzugsweise als Hohlnadel und/oder Katheter ausgebildet, zur Aufnahme von mindestens einer Strahlungsquelle 106 und ein mit dem Applikations-Grundkörper 102 verbundenes Antennenelement 103 als Empfangseinheit für ein Magnetresonanzgerät.
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Sie umfasst ferner ein Verarbeitungsmodul 107 für eine Vorverstärkung und/oder eine Digitalisierung. Das Verarbeitungsmodul 107 ist hierbei an dem Antennenelement 103 angebracht und strahlungsfest ausgestaltet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem Halbleiterbauelemente mit größeren Strukturbreiten als üblich verwendet werden, die dann weniger strahlungsempfindlich sind. Alternativ kann das Verarbeitungsmodul 107 auch gegen Strahlung abgeschirmt werden.
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Das Verarbeitungsmodul 107 kann alternativ dazu aber auch außerhalb eines mit der Applikatorvorrichtung 101 zu untersuchenden Untersuchungsobjekts angebracht sein. Die Anbringung außerhalb des Untersuchungsobjekts ist vorteilhaft, da so eine Schädigung des Verarbeitungsmoduls 107 durch Strahlung nicht zu erwarten ist.
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Das Antennenelement 103 kann aber alternativ auch zumindest einen Teil des Applikations-Grundkörpers 102 umfassen. Dies kann realisiert werden, indem röhrenartige Elemente des Applikations-Grundkörpers 102 als Teil einer Antenne fungieren, beispielsweise indem sie aus einem leitfähigem Material hergestellt sind oder indem Leiterbahnen auf die röhrenartigen Elemente des Applikations-Grundkörpers 102 aufgebracht werden, welche eine Antennenfunktion übernehmen.
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Das Verarbeitungsmodul 107 ist mit dem Antennenelement 103 trennbar verbunden. So kann das Verarbeitungsmodul 107 vor einer eigentlichen Behandlung, die außerhalb eines Magnetresonanzsystems erfolgt, abgetrennt werden, um eine Schädigung durch die Strahlung zu vermeiden.
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Die Verbindung zwischen dem Applikations-Grundkörper 102 und/oder dem zumindest einen Antennenelement 103 kann alternativ auch destruktiv ausgestaltet sein. Dabei ist unter einer destruktiven Ausgestaltung vorzugsweise eine Steckverbindung zu verstehen, die nach einem Abtrennen nicht mehr wiederverwendbar ist, um eine Mehrfachverwendung zu vermeiden.
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Das Verarbeitungsmodul 107 umfasst ferner ein Schwächungsmodul 104 mit einer Schwächungskarte der Applikatorvorrichtung 101 und das Schwächungsmodul 104 ist für eine Verformung der Schwächungskarte ausgestaltet. Da die Applikatorvorrichtung 101 auch die Strahlung schwächt, muss dies bei einer Planung berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn sich das Verarbeitungsmodul 107 im Strahlengang befindet und dieses einer zusätzlichen Schirmung bedarf. Da ein Magnetresonanzabbild alleine nicht ohne Weiteres geeignet ist, die dafür notwendigen Schwächungsdaten bereitzustellen, kann durch das erfindungsgemäße Vorgehen sichergestellt werden, eine Geometrie und eine Schwächung der Applikatorvorrichtung 101 bereits im Gerät vorzuhalten. Zur Gewinnung dieser Daten kann die Applikatorvorrichtung 101 beispielsweise vorab mit einem Computertomographiegerät gescannt werden, oder die Daten werden aus den Konstruktionsdaten der Vorrichtung erzeugt, da für alle verwendeten Materialien die Schwächung bekannt ist. Diese Daten müssen dann lediglich einmal in dem Schwächungsmodul 104 hinterlegt werden und können von dort dann entweder mittels eines Magnetresonanzgeräts oder einer anderen dafür geeigneten Schnittstelle ausgelesen werden. Für den Fall, dass die Applikatorvorrichtung 101 eine veränderliche, positionsabhängige Geometrie aufweist, müssen Schwächungsdaten für mehrere Positionen der Applikatorvorrichtung 101 vorliegen. Erfindungsgemäß ist das Schwächungsmodul 104 in der Lage, aus Bilddaten, die von unterschiedlichen Positionen der Applikatorvorrichtung 101 aufgenommen wurden einen verformten Schwächungsdatensatz, also die Verformung der Schwächungskarte zu bestimmen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele 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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Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Applikatorvorrichtung zur Durchführung einer Brachytherapie und/oder Magnetresonanzbildgebung, umfassend:
- – einen Applikations-Grundkörper zur Aufnahme von mindestens einer Strahlungsquelle und
- – zumindest ein mit dem Applikations-Grundkörper verbundenes Antennenelement als Empfangseinheit für ein Magnetresonanzgerät.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Applikatorvorrichtung ferner ein Verarbeitungsmodul für eine Vorverstärkung und/oder eine Digitalisierung, das Verarbeitungsmodul ist strahlungsfest und mit dem Antennenelement trennbar verbunden ausgestaltet und das Antennenelement umfasst zumindest einen Teil des Applikations-Grundkörpers.
