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Die Erfindung betrifft einen Sender zur Pilotton-Navigation bei einem Magnetresonanztomographen sowie ein Verfahren zur Erkennung von Patientenbewegungen. Der Sender weist eine Energieversorgung und eine Antenne auf. Der Sender ist ausgelegt, über die Antenne ein Pilotton-Signal auszusenden.
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Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Untersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Antennen empfangen wird.
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Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjektes bereitgestellt.
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Die Bilderfassung bei einer Magnetresonanztomographie erfordert je nach verwendeter Pulsfolge, auch als Sequenz bezeichnet, etliche Millisekunden bis zu Sekunden, wobei üblicherweise eine längere Erfassungszeit zu geringen Rauschartefakten führt. Es ist daher sinnvoll, die Bilderfassung jeweils zu Beginn einer Phase zu starten, in der der Körper verhältnismäßig unbewegt bleibt, um Bewegungsartefakte durch eine Bewegung während der Bilderfassung zu vermeiden. Nicht vermeidbare Bewegungen sind zum Beispiel die Atmung und der Herzschlag. Jedoch folgt hier auf eine Phase mit Bewegungen auch eine Phase relativer Ruhe, zum Beispiel nach dem Ausatmen oder einer Kontraktion des Herzmuskels. Eine Bilderfassung in dieser Phase hat einen relativ langen Zeitraum mit wenig Bewegungen zu erwarten, sodass hier die besten Messergebnisse zu erwarten sind.
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Dabei ist es grundsätzlich schon bekannt, die Bewegungen beispielsweise mittels mechanischer Sensoren oder durch Elektroden zu erfassen, die die Anregungspotentiale der Muskeln messen.
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Die nicht vor dem Anmeldetag veröffentlichte
deutsche Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 102015203385 beschreibt ein grundsätzliches Verfahren, mittels eines Hochfrequenzsignals die Bewegungen zu erfassen. Dabei wird das Signal in einer Patientenaufnahme eines Magnetresonanztomographen permanent erfasst und Signalveränderungen durch Bewegungen, beispielsweise durch sich ändernde Interferenzen oder Dämpfung ausgewertet. Aus bestimmten Mustern dieses Signals kann dann eine Bewegung des Patienten, verursacht durch Atmung oder Herzschlag, erkannt werden.
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Dabei ist die Umgebung eines Magnetresonanztomographen in Hinblick auf Einstrahlungsfestigkeit anspruchsvoll, gleichzeitig stellt das verwendete Verfahren besondere Ansprüche an die Signalquelle, um eine gute Erkennbarkeit von Bewegungen zu ermöglichen.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, ein geeignetes Verfahren zur Feststellung von Bewegungen sowie eine Signalquelle für das erfindungsgemäße Verfahren bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Sender nach Anspruch 1 sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Sender zur Pilotton-Navigation bei einem Magnetresonanztomographen weist eine Energieversorgung und eine Antenne auf, wobei der Sender ausgelegt ist, über die Antenne ein Pilotton-Signal in Form eines elektromagnetischen Wechselfeldes abzustrahlen. Der Sender weist ein Entkopplungselement auf, das den Senderausgang von Signalen entkoppelt, die die Antenne in einem Magnetresonanztomographen durch Anregungspulse des Magnetresonanztomographen empfängt.
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In dem Aufnahmebereich des Magnetresonanztomographen werden zur Anregung der Kernspins Hochfrequenzfelder mit einer Leistung im Bereich von Kilowatt erzeugt, die eine ungeschützte Elektronik eines Senders zerstören kann, insbesondere wenn dies zwangsläufig mit einer Antenne verbunden ist, die dem externen Hochfrequenzfeld ausgesetzt ist. Auf vorteilhafte Weise sorgt das Entkopplungselement dafür, dass der Senderausgang von über die Antenne eingestrahlten Anregungspulsen entkoppelt ist und nicht durch diese zerstört werden kann. Unterschiedliche beispielhafte Ausführungsformen der Entkopplungselemente sind in den nachfolgenden Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung einer Bewegung eines Patienten mittels eines Magnetresonanztomographen wird mit einem erfindungsgemäßen Sender ausgeführt. Das Verfahren weist den Schritt auf, dass der Sender in unmittelbarer Nähe des Herzens oder der Lunge des Patienten, insbesondere an einer Körperoberfläche des Patienten mit minimalem Abstand zu den genannten Organen, angeordnet wird. Der Sender sendet in einem weiteren Schritt das Pilotton-Signal aus. In einem anderen Schritt empfängt der Magnetresonanztomograph das Pilotton-Signal. Vorzugsweise nutzt der Magnetresonanztomograph dazu eine oder mehrere Antennen und Empfänger, die auch zum Empfang eines Magnetresonanz-Signals vorgesehen sind. In einer Ausführungsform hat dazu das Pilotton-Signal eine Frequenz in einem Frequenzbereich um die Larmor-Frequenz, beispielsweise in einem Bereich mit einer Abweichung kleiner als 10 Prozent. In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erkennt eine Steuerung des Magnetresonanztomographen eine bewegungsabhängige Veränderung des empfangenen Pilotton-Signals mittels einer Signalanalyse. Beispielsweise kann eine Bewegung durch Erkennen einer Variation der Amplitude des Pilotton-Signals erfolgen, verursacht durch Veränderungen der Lokalspulen-Belastung oder der Veränderung von Überlagerungen oder Dämpfung durch die Bewegung des Körpers oder Organs. Die Bewegung kann dabei beispielsweise durch die spezifische Frequenz und Signalverlauf einer Atembewegung und eines Herzschlages von anderen störenden Einflüssen unterschieden werden.
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Der erfindungsgemäße Sender mit seiner Resistenz gegen den Anregungspuls ermöglicht es, dass die Quelle des Pilotton-Signals in unmittelbarer Nähe von der Bewegungsursache, also an der Körperoberfläche in minimalem Abstand zu Herz und/oder Lunge, in dem Aufnahmebereich des Magnetresonanztomographen angeordnet werden kann. So wird der Einfluss der Bewegung auf das Pilotton-Signal auf vorteilhafte Weise maximiert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders weist das Entkopplungselement eine Diode oder ein anderes Bauelement mit nichtlinearer Kennlinie auf. Vorzugsweise hat dabei das Bauelement bei geringer Spannung einen hohen Innenwiderstand und bei größerer Spannung einen kleineren Innenwiderstand.
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Eine nichtlineare Kennlinie ermöglicht es, dass ein vom Sender erzeugtes und am Senderausgang an die Antenne geleitetes Signal aufgrund der geringen, für das Pilotton-Verfahren erforderlichen Amplitude, kaum gedämpft wird, während ein Anregungspuls des Magnetresonanztomographen am Senderausgang auf eine ungefährliche Spannung reduziert wird, beispielsweise auf die Durchgangsspannung einer Diode. So ist der Sender vorteilhaft gegen eine Zerstörung durch den Anregungspuls gesichert.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders weist das Entkopplungselement ein Element mit frequenzabhängiger Kennlinie auf. Beispielsweise kann ein Hoch-, Tief- oder Bandpassfilter zwischen Senderausgang und Antenne vorgesehen sein. Dabei liegt vorteilhafterweise die Grenzfrequenz des Filters zwischen der Frequenz des Anregungspulses, d.h. der Larmor-Frequenz, und der Frequenz des Pilotton-Signals, wobei die Steilheit des Filters so groß gewählt ist, dass die vom Anregungspuls erzeugte Spannung an der Antenne am Senderausgang auf ein unschädliches Maß gedämpft ist und gleichzeitig das Pilotton-Signal gleichzeitig nur geringfügig, beispielsweise um höchsten 3dB, 6dB oder 12 dB gedämpft wird. Beispielsweise weist ein Quarzfilter oder ein Oberflächenwellenfilter eine ausreichende Steilheit in der Kennlinie auf.
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Auf vorteilhafte Weise kann die frequenzabhängige Kennlinie eine geringere Dämpfung des Pilotton-Signals im Vergleich z.B. einer Diode ermöglichen und so den Energieverbrauch des Senders minimieren. Handelt es sich um ein Bandpassfilter, wird gleichzeitig die Qualität des Pilotton-Signals in Bezug auf Bandbreite und Oberwellen verbessert.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders weist die Energieversorgung ein Fotoelement auf.
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Das Fotoelement ermöglicht es auf vorteilhafte Weise, dem Sender ohne Verwendung von metallischen Leitern, die die Hochfrequenzfelder bei einer Magnetresonanzaufnahme störend beeinflussen, permanent Energie zuzuführen, beispielsweise über einen Lichtleiter aus Glasfaser oder Kunststoff.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders ist das Fotoelement ausgelegt, das Signal einer hochfrequent modulierten Lichtquelle zu empfangen und in einen hochfrequenten Wechselstrom zu wandeln. Der erfindungsgemäße Sender kann dann allein mittels passiver Bauelementen, beispielsweise Spulen, Kondensatoren oder Filtern zumindest einen Teil der Energie des hochfrequenten Wechselstroms als elektromagnetisches Wechselfeld gleicher Frequenz über die Antenne abstrahlen.
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Auf vorteilhafte Weise weist der Sender im Aufnahmebereich somit ein Minimum an Bauelementen auf und kann gleichzeitig über unbegrenzte Dauer mittels einer Glas- oder Polymerfaserfaser, die ein mit dem Pilotton-Signal modulierten Lichtstrahl leitet, senden. Der Lichtstrahl kann dabei beispielsweise durch einen einfachen Wandler aus einem Sendesignal eines Sendekanals des Magnetresonanztomographen gewonnen werden.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders weist der Sender eine mit einem Magnetresonanztomographen koppelbare Signalverbindung auf. Dabei ist der Sender ausgelegt, dem Magnetresonanztomographen eine Identifikation mittels der Signalverbindung zu übermitteln.
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Auf vorteilhafte Weise kann der erfindungsgemäße Sender über die Signalverbindung eine Identifikation übermitteln, sodass der Magnetresonanztomograph beispielsweise einen Empfang des Pilotton-Signals bereitstellen kann oder ein Pilotton-Signal zum Aussenden dem Sender über die Signalverbindung übertragen kann. Die Signalverbindung kann dabei beispielsweise eine Kabelverbindung mit einem Stecker sein. Die Information kann dabei durch Potentiale an Polen des Steckers oder eine über das Kabel übermittelte Identifikation sein.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders weist dieser einen frequenzstabilen lokalen Oszillator auf.
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Ein lokaler Oszillator ermöglicht vorteilhafter Weise einen völlig autonomen Betrieb des Senders, sodass keine Verbindungen zum Magnetresonanztomographen erforderlich sind. Ein frequenzstabiler lokaler Oszillator hält dabei die Frequenz des Pilotton-Signals so konstant, dass eine Bewegung auch durch eine Phasenänderung erkannt werden kann. Als frequenzstabil wird dabei beispielsweise eine relative Frequenzänderung (Frequenzänderung/Frequenz) von kleiner als 5·10–6 während einer Überwachung auf eine Bewegung angesehen.
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In einer denkbaren Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Sender einen Modulator auf, der ausgelegt ist, ein über die Antenne ausgesendetes Signal in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter des Senders zu modulieren.
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Beispielsweise kann es sich bei dem Zustandsparameter um eine Betriebsspannung der Energieversorgung wie einer Batterie, eines Akkumulators oder eines Superkondensators handeln. Denkbar ist dann, dass das Pilotton-Signal in Abhängigkeit von der Spannung moduliert wird, sodass der Magnetresonanztomograph durch Demodulation erkennen kann, wenn eine Funktion nicht mehr sichergestellt ist. Als Modulation sind analoge Verfahren denkbar, z.B. indem eine spannungsabhängige Frequenz aufmoduliert wird, oder digitale Verfahren wie BPSK.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders weist der Sender ein Schalterelement auf. Das Schalterelement ist ausgelegt, den Sender in Abhängigkeit von einem Umgebungsparameter zu aktivieren.
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Auf vorteilhafte Weise ermöglicht es das Schalterelement, dass der Sender nur aktiviert wird und damit Energie verbraucht und Hochfrequenz emittiert, wenn er sich in einem Aufnahmebereich befindet. Nachfolgend sind zwei Ausführungsformen angegeben.
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In einer möglichen Ausführungsform weist das Schalterelement einen Magnetfeldsensor auf. Vorzugsweise wird der Sender nur aktiviert, wenn er sich in dem B0-Feld eines Magnetresonanztomographen befindet. Bei dem Magnetfeldsensor kann es sich beispielsweise um ein Hall-Element oder ein Reed-Relay handeln.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform weist das Schalterelement einen Lichtsensor auf. Somit kann beispielsweise durch ein Lichtsignal, möglicherweise auf einer bestimmten Wellenlänge, moduliert oder auch kodiert der Sender nur dann aktiviert werden, wenn eine Bilderfassung erfolgt. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Batterie des Senders geschont werden.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders ist das Verhältnis der Frequenz des lokalen Oszillators zu der Frequenz des Pilotton-Signals eins zu fünf oder eins zu 25 ist. In einer möglichen Ausführungsform beträgt die Frequenz des Pilotton-Signals 62,5 MHz.
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Weist der Magnetresonanztomograph ein internes Frequenzraster mit Frequenzen gleich n × 2,5 MHz auf, so fallen sämtliche Harmonische des Oszillatorsignals in dieses Raster. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Frequenzplan des MR-Systems derart ausgelegt wurde, dass kein verwendetes Empfangs- oder ZF-Band Frequenzen aus diesem Raster einschließen. Systembedingt ist es daher ausgeschlossen, dass die erzeugten Harmonischen zu Artefakten führen.
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In einer Ausführungsform eines Systems aus einem erfindungsgemäßen Sender und einem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist der Magnetresonanztomograph eine interne Taktung auf. Dabei wird ein Frequenzraster verwendet, bei dem alle von der internen Taktung abgeleitete Frequenzen und Vielfache jeweils Frequenzen von n mal einer Grundfrequenz Fg entsprechen, wobei n eine natürliche Zahl ist. Die Frequenz des lokalen Oszillator des erfindungsgemäßen Senders und die Frequenz des Pilotton-Signals sind dabei ebenfalls Vielfache der Grundfrequenz Fg, also m mal Fg, wobei m ebenfalls eine natürliche Zahl ist. Dabei können die Frequenz des Pilotton-Signals und des lokalen Oszillators auch unterschiedlich sein, indem beispielsweise, wie zuvor angegeben, das Pilotton-Signal als Oberwelle des lokalen Oszillator-Signals gewonnen wird. So wird vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch der erfindungsgemäße Sender keine Störsignale auf systemkritischen Frequenzen erzeugt.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der Sender in einem Gehäuse eines Elements des Magnetresonanztomographen angeordnet ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Element des Magnetresonanztomographen, das bei einer Bilderfassung in unmittelbarer Nähe des Patienten angeordnet wird oder mit dem Patienten in Kontakt steht, wie beispielsweise eine Lokalspule, z.B. eine Spine-Spule oder eine Body-Matrix, oder eine Patientenliege. Es ist aber ebenso denkbar, dass der erfindungsgemäße Sender mit einem eigenen, separaten Gehäuse vorgesehen ist.
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Auf vorteilhafte Weise kann durch ein gemeinsames Gehäuse mit einer Lokalspule ein zusätzliches Gehäuse gespart und das Anordnen des Senders vereinfacht werden.
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Umgekehrt erlaubt ein separates Gehäuse eine flexiblere Wahl der Position und kann auch nachträglich in einem vorhandenen Magnetresonanztomographen angewendet werden, wenn die vorhandenen Antennen und Empfänger sowie die Steuerung zur Auswertung des Signals benützt werden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen und einer erfindungsgemäßen Senders;
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Senders;
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3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Senders;
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4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Senders;
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5 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 mit einem erfindungsgemäßen Sender 50.
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Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. Patienten 40 in einem Untersuchungsvolumen erzeugt. Das Untersuchungsvolumen ist in einer Durchführung 16 angeordnet, die sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. Üblicherweise handelt es sich bei dem Feldmagneten 11 um einen supraleitenden Magneten, der magnetische Felder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3T, bei neuesten Geräten sogar darüber, bereitstellen kann. Für geringere Feldstärken können jedoch auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden.
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Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Untersuchungsvolumen dem Magnetfeld B0 variable Magnetfelder in drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 sind üblicherweise Spulen aus normalleitenden Drähten, die zueinander orthogonale Felder in dem Untersuchungsvolumen erzeugen können.
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Die Magneteinheit 10 weist ebenfalls eine Körperspule 14 auf, die dazu ausgelegt ist, über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 40 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über die Signalleitung abzugeben. Bevorzugter Weise wird aber die Körperspule 14 für das Aussenden des Hochfrequenzsignals und/oder das Empfangen durch Lokalspulen 50 ersetzt, die in der Durchführung 16 nahe am Patient 40 angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar, dass die Lokalspule 50 zum Senden und Empfangen ausgelegt ist und deshalb eine Körperspule 14 entfallen kann.
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Eine Steuereinheit 20 versorgt die Magneteinheit 10 mit den verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 und wertet die empfangenen Signale aus.
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So weist die Steuereinheit 20 eine Gradientenansteuerung 21 auf, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zuleitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die erwünschten Gradientenfelder in dem Untersuchungsvolumen bereitstellen.
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Weiterhin weist die Steuereinheit 20 eine Hochfrequenzeinheit 22 auf, die ausgelegt ist, einen Hochfrequenz-Puls mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf, Amplitude und spektraler Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 40 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Senders 50, die nachfolgend zu 2 näher erläutert wird, und des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 weist die Hochfrequenzeinheit 22 einen Oszillator 35 zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit der Pilotton-Frequenz auf. Weiterhin weist die Hochfrequenzeinheit 22 einen elektrooptischen Wandler 34 auf, der aus dem elektrischen Signal mit der Pilotton-Frequenz einen modulierten Lichtstrahl erzeugt.
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Als Wandler ist beispielsweise eine LED oder ein Halbleiter-Laser denkbar.
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Der modulierte Lichtstrahl wird anschließend mit einem Lichtleiter 33 zu dem Sender 50 geleitet, der wie nachfolgend zu 2 erläutert, das in dem Lichtstrahl modulierte Pilotton-Signal als elektromagnetische Welle abstrahlt.
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Denkbar sind aber auch erfindungsgemäße Sender 50 gemäß 3 und 4, die ohne den Oszillator 35, den Modulator 34 und den Lichtwellenleiter mit einem eigenen lokalen Oszillator 56 ein Pilotton-Signal erzeugen.
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Der Empfang der elektromagnetischen Welle mit der Pilotton-Frequenz kann am einfachsten mit bereits in der Durchführung 16 vorhandenen Antennen wie z.B. der Körperspule 14 oder auch Lokalspulen erfolgen. Eine weitere Auswertung kann dann durch einen Empfänger der Hochfrequenzeinheit 22 erfolgen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Pilotton-Signal eine Frequenz hat, die sich zwar von der Larmor-Frequenz unterscheidet, aber noch in einem benachbarten Frequenzbereich liegt, beispielsweise weniger als 1, 5 oder 10 Prozent abweicht. Indem die Frequenz des Pilotton-Signals von der Larmor-Frequenz abweicht, ist es möglich, den Sender 50 durch frequenzselektive Mittel für die Anregungspulse des Magnetresonanztomographen 1 von der Antenne 51 zu entkoppeln und so den Sender 50 zu schützen. Es ist auf diese Weise sogar denkbar, die Bewegungserkennung mit Pilotton während eines Anregungspulses fortzusetzten.
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Indem die Abweichung der Frequenz des Pilotton-Signals von der Larmor-Frequenz nicht zu groß wird, können auch die Empfänger des Magnetresonanztomographen 1 zur Auswertung des Pilotton-Signals genutzt werden, denn durch den geringen Frequenzabstand können beispielsweise Bandpass-Filter am Empfängereingang unverändert verwendet werden. Diese sind oft durch eine Schaltung realisiert, die sich nicht beliebig in ihren Eigenschaften anpassen lässt.
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Grundsätzlich können aber auch separate Antennen und Empfänger in dem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 für den Empfang des Pilotton-Signals vorgesehen sein. Dies ermöglich eine flexiblere Wahl der verwendeten Frequenz für das Pilotton-Signal, auch mit großem Abstand zur Larmor-Frequenz, was besonders bei einer Bewegungsüberwachung während einer Bilderfassung von Vorteil ist, da gegenseitige Störungen reduziert und einfacher ausgeblendet werden können.
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Es ist auch denkbar, dass der Sender 50 in einem Gehäuse der Patientenliege 30 oder einer nicht abgebildeten Lokalspule des Magnetresonanztomographen 1 vorgesehen ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Senders 50. In einem Gehäuse 52 ist eine Fotozelle 54 vorgesehen, die in Verbindung mit einem über den Lichtleiter 33 zugeführten amplitudenmodulierten Lichtstrahls eine Fotospannung erzeugt, die in den elektrisch verbundenen Bauelementen einen Strom erzeugt. Aufgrund der hochfrequenten Amplitudenmodulation des Lichtstrahls, der beispielsweise von dem elektro-optischen Wandler 34 der Hochfrequenzeinheit 22 in 1 erzeugt wird, hat auch der in dem Sender 50 hervorgerufene Strom einen hochfrequenten Wechselstromanteil. Die Fotozelle 54 ist damit auch gleichzeitig die Energieversorgung des Senders 50.
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Indem dargestellten Beispiel ist die Antenne 51 eine Antennenspule, die in Verbindung mit einem Kondensator als Entkopplungslement 53 einen Resonanzkreis bildet. Der Resonanzkreis ist auf die Frequenz des Pilotton-Signals abgestimmt und filtert zum einen unerwünschte breitbandige Anteile durch Nichtlinearitäten aus dem ausgesendeten Signal und verhindert gleichzeitig, sofern Larmor-Frequenz und Frequenz des Pilotton-Signals mit geeignetem Abstand gewählt sind, eine starke Einkopplung des Anregungspulses in den Sender 50, die sonst bis zur Zerstörung des Fotozelle 54 führen könnte.
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Anstelle des Kondensators als Entkopplungselement 53 sind auch komplexere Filter und Bandpassfilter denkbar, bis hin zu Quarzfiltern oder Oberflächenwellenfiltern.
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Je nach Frequenz des Pilotton-Signals sind auch andere Antennenformen wie z.B. Dipol oder Streifenleiter denkbar.
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Grundsätzlich ist es auch bei dem Sender der 2 denkbar, dass dieser ohne eigenes Gehäuse beispielsweise in einer Patientenliege 30 oder einer Lokalspule angeordnet ist.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Senders 50. Gleiche Gegenstände sind wieder mit gleichen Referenzzeichen versehen.
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Das Gehäuse 52 ist in 3 nicht dargestellt, auch wenn sich der Sender 50 der 3 aufgrund des Fehlens von externen Anschlüssen für eine unabhängige Bauform mit separatem Gehäuse geeignet ist. Er lässt sich aber ebenso z.B. in einer Lokalspule oder Patientenliege 30 verbauen.
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Der Sender 50 der 3 unterscheidet sich von dem Sender der 2 dadurch, dass er nicht über einen Lichtleiter 33 mit einer anderen Vorrichtung verbunden ist. Stattdessen weist der Sender 50 in 3 eine unabhängige Energieversorgung 57 in Form einer Batterie auf. Weiterhin weist der Sender 50 einen lokalen Oszillator 56 auf, der mittels eines Quarzes und Logikgattern realisiert ist. Durch die Verwendung eines Quarzes als Frequenzbestimmendes Glied wird sichergestellt, dass die Frequenz des Pilotton-Signals soweit konstant gehalten wird, dass nicht durch Frequenzschwankungen im Zeitraum einer typischen Bewegung des Patienten 40 im Sekundenbereich durch sich mit der Frequenz verändernde Interferenzen eine Bewegung des Patienten 40 vorgetäuscht wird.
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Die Energieversorgung 57 wird über ein Schalterelement 55 mit dem lokalen Oszillator 56 verbunden. Das Schalterelement 55 wird vorzugsweise magnetfeldabhängig aktiviert. Es kann sich im einfachsten Fall um ein Reed-Relay handeln, oder auch um einen Schalter, der von einer Hall-Sonde HS aktiviert wird. Auf diese Weise wird der lokale Oszillator 56 nur aktiviert, wenn sich der Sender 50 in der Durchführung der Magneteinheit 10 befindet, wodurch sich die Nutzungsdauer des Senders 50 verlängert. Denkbar sind aber auch ein optischer Sensor und die Aktivierung durch ein optisches Signal, beispielsweise eine modulierte Lichtquelle in der Durchführung 16.
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Als Entkopplungselemente 53 sind in der 3 zwei antiparallel geschaltete Dioden vorgesehen, die zwischen Ausgang des lokalen Oszillators 56 und der Antenne 51 nach Masse geschaltet sind. Damit wird sichergestellt, dass eine von einem Anregungspuls des Magnetresonanztomographen in die Antenne induzierte Spannung unterhalb einer Durchlassspannung begrenzt wird. Dabei ist aufgrund der Nähe ein Pilotton-Signal, das mit einer Spannung von 0,7 Volt erzeugt werden kann, völlig ausreichend für eine Erfassung von Bewegungen. Insbesondere wird durch die geringe Sendeleistung des Senders 50 der SAR-Grenzwert für die MR-Messung nicht weiter eingeschränkt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Senders 50. Auch hier sind gleiche Gegenstände mit gleichen Referenzzeichen dargestellt.
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Der Sender 50 der 4 unterscheidet sich von dem Sender 50 der 3 zum einen dadurch, dass die Energieversorgung 57 durch eine aufladbare Batterie bzw. Akkumulator oder auch als sogenannter Superkondensator ausgeführt ist. Dann ist es erforderlich, dass ein Lademanager 59 vorgesehen ist, der insbesondere einen bevorstehenden Betriebsausfall des Senders 50 anhand der Spannung der Batterie erkennt. Damit diese Information auch außerhalb des Senders 50 erfasst werden kann, weist der Sender 50 weiterhin einen Modulator 58 auf, der das Pilotton-Signal abhängig von der Spannung der Batterie moduliert. Die Auswertung des Pilotton-Signals in der Steuerung 23 des Magnetresonanztomographen 1 kann dann das Pilotton-Signal demodulieren und eine Warnung an den Nutzer ausgeben.
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Denkbar sind Modulationsverfahren wie Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation oder Phasenmodulation, auch in Verbindung mit digitaler Kodierung. Vorzugsweise wird ein Modulationsverfahren verwendet, das sich von dem Effekt einer Bewegung des Patienten 40 unterscheiden lässt, beispielsweise eine Phasenmodulation.
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Weiterhin unterscheidet sich der Sender 50 der 4 dadurch von dem Sender der 3, dass als Entkopplungselement 53 ein Bandpassfilter zwischen lokalem Oszillator 56 und der Antenne 51 angeordnet ist. Der Bandpassfilter weist für Signale unterschiedlicher Frequenz einen unterschiedlichen Leitwert auf, sodass bei unterschiedlicher Wahl von Frequenz des Pilotton-Signals und Larmor-Frequenz und geeigneter Frequenzcharakteristik des Bandpass-Filters das Pilotton-Signal nur geringfügig, z.B. weniger als 2, 6 oder 12 dB gedämpft wird, während ein über die Antenne 51 empfangener Anregungspuls um mehr als 20, 40 oder 60 dB gedämpft wird. Auf diese Weise kann der lokale Oszillator geschützt werden. Im Gegensatz zu Begrenzungsdioden beschränkt der Bandpassfilter den Pegel des Pilotton-Signals nicht auf die Durchlassspannung, sondern lässt auch höhere Leistungen zu. Gleichzeitig verbessert der Bandpassfilter die spektrale Qualität (Bandbreite, Oberwellen) des Pilotton-Signals. Der Bandpass-Filter kann beispielsweise aus Induktivitäten und Kapazitäten, als Quarzfilter oder Oberflächenwellenfilter bereitgestellt werden.
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Der Bandpassfilter ermöglicht es beispielsweise auch, als lokalen Oszillator eine digitale Schwingschaltung mit Gattern zu realisieren und über den Bandpassfilter eine Oberwelle als Pilotton-Signal zu selektieren. Dies ermöglicht es auf vorteilhafte Weise einen einfachen und energiesparenden Sender mit hoher Signalgüte.
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Es ist dabei auch denkbar, dass anstelle des Bandpassfilters ein Hoch- bzw. Tiefpassfilter vorgesehen wird. Dabei muss die Frequenz des Pilotton-Signals im Durchlassbereich liegen und die Kennlinie des Filters zwischen Pilotton-Signal und Larmor-Frequenz ausreichend steil sein.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bewegungserkennung mit dem erfindungsgemäßen Sender 50.
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In einem Schritt S10 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Sender 50 in unmittelbarer Nähe des Herzens oder der Lunge des Patienten positioniert. Beispielsweise wird der Sender auf dem Brustkorb des Patienten gelegt, es ist aber auch denkbar, dass der Sender in einer Patientenliege oder einer Spine-Matrix oder einer anderen Lokalspule eingebaut ist und so unter oder auf den Brustkorb gelangt. In einem Schritt S20 sendet der Sender 50 ein Pilotton-Signal aus. Dabei ist es denkbar, dass der Sender 50 beispielsweise erst durch das BO-Feld des Magnetresonanztomographen 1 aktiviert wird, möglich ist aber auch eine manuelle Aktivierung, eine Aktivierung über den Lichtleiter 33 aus 1 oder ein kodiertes optisches Signal. In einem Schritt S30 empfängt Magnetresonanztomographen das Pilotton-Signal. Er kann dazu entweder die vorhandenen Antennen (Körperspule, Lokalspule) und Empfänger vorsehen, oder separate Empfänger und Antennen für das Pilotton-Signal aufweisen. In einem Schritt S40 analysiert eine Steuerung des Magnetresonanztomographen bewegungsabhängige Veränderungen des empfangenen Pilotton-Signals mittels einer Signalanalyse. Beispielsweise kann eine Mustererkennung typische Rhythmen der Atmung und des Herzschlages aus dem empfangenen Pilotton-Signal herausfiltern und identifizieren. Denkbar ist aber auch, dass eine separate Erkennungseinheit in dem Magnetresonanztomographen vorgesehen ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel 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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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