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Die Erfindung betrifft eine Lokalspulenmatrix für einen Magnetresonanztomographen sowie einen Magnetresonanztomographen mit einer Lokalspulenmatrix. Die Lokalspulenmatrix weist eine flexible erste Spule mit zwei voneinander lösbaren Spulensegmenten auf.
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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, auch als Magnetresonanzsignal bezeichnet, 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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Zur Anregung der Präzession der Spins sind magnetische Wechselfelder mit einer Frequenz, die der Larmorfrequenz bei der jeweiligen statischen Magnetfeldstärke entspricht, und sehr hohen Feldstärken bzw. Leistungen erforderlich. Zur Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses des von den Antennen empfangenen Magnetresonanzsignals werden häufig als Lokalspulen bezeichnete Antennen verwendet, die unmittelbar am Patienten angeordnet werden.
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Die einzelnen Patienten unterscheiden sich jedoch in ihrer Physiognomie erheblich, sodass mit einer starren Lokalspule entweder nur bei wenigen Patienten ein optimales Signal erhalten wird oder viele in den Abmessungen unterschiedliche Lokalspulen bereitgehalten werden müssen.
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Eine andere Möglichkeit sind Lokalspulenmatrizen, bei der einzelne Spulen in einer Matrix angeordnet sind. Eine derartige Lokalspulenmatrix kann flexibel ausgelegt sein, sodass sie der Körperform in begrenztem Umfang angepasst werden kann. Die Verformbarkeit ist aber begrenzt, beispielsweise können in einer derartigen Lokalspulenmatrix nicht flexibel zusätzliche Öffnungen für Gliedmaßen bereitgestellt werden. Wenn die Gliedmaßen hingegen mit der flexiblen Lokalspulenmatrix umwickelt werden, überlappen die Enden und verändern die Hochfrequenzeigenschaften und verschlechtern die Bilderfassung.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 027 189 A1 ist eine Kopfspulenanordnung für ein Magnetresonanzgerät bekannt, die ein Gehäuse aufweist, auf oder in dem mehrere Spulen angeordnet sind. Das Gehäuse umfasst wenigstens zwei zur Anpassung an verschiedene Kopfgrößen gegeneinander bewegbare Gehäuseteile.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 039 380 A1 beschreibt eine Oberflächenspulenanordnung für Magnetresonanztomographen, mit einer Anordnung auf einer ersten Antenne angebrachter Spulenelemente, wobei die Antenne mindestens um eine weitere Antenne erweiterbar ist, die ebenfalls eine Anordnung von mindestens einem Spulenelement trägt und an der ersten Antenne lösbar oder beweglich befestigt ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 076 119 A1 offenbart eine Lokalspule für ein Magnetresonanztomographiesystem, die mehrere Spulenelemente aufweist. Die Spulenelemente weisen jeweils einen Angriffspunkt für ein weiteres Spulenelement auf, an dem ein Spulenelement mit einem weiteren Spulenelement gegenüber diesem schwenkbar verbunden ist.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Lokalspule bereitzustellen, die bessere Bildergebnisse bei unterschiedlichen Patienten liefert.
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Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix nach Anspruch 1 sowie einen erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen nach Anspruch 11 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix für einen Magnetresonanztomographen weist eine erste Spule mit zwei voneinander lösbaren Spulensegmenten auf. Eine Lokalspulenmatrix im Sinne der Erfindung ist eine im Wesentlichen zweidimensionale Anordnung von Spulen, die eine Fläche überdeckt. Die erste Spule ist flexibel in dem Sinne, dass sich die Form einer Fläche, in der die Spule liegt, mit einem geringen Kraftaufwand verformen lässt, wie er beispielsweise durch einen Klettverschluss, Schnalle oder einen elastischen Verbinder oder von Hand aufbringen lässt. Dabei weist die erste Spule zwei Segmente auf, die voneinander lösbar sind, sodass sich die Fläche, in der die erste Spule angeordnet ist, in zwei Teile teilen lässt. Die beiden Teile lassen sich dabei durch Verschieben auf einer Fläche, auf der die beiden Segmente angeordnet sind, voneinander trennen. Es handelt bei den beiden Segmenten beispielsweise um zwei halbe Kreise, Ellipsen, Ovale oder Segmente anderer geschlossener Kurven, die nebeneinander angeordnet sind, und nicht um zwei konzentrisch angeordnete Flächengebilde wie konzentrische Ringe oder ähnliches.
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Die zwei Spulensegmente weisen elektrische Verbindungselemente auf, die ausgelegt sind, in unterschiedlichen Relativpositionen der beiden Spulensegmente zueinander eine elektrische Verbindung zwischen den Spulensegmenten herzustellen. Die elektrischen Verbindungselemente können dabei je nach Ausführungsform der ersten Spule eine oder mehrere Leiter bzw. Leiterbahnen nebeneinander verbinden. Beispielsweise kann es sich um Kontaktschleifer auf dem einen Segment handeln, die mit Landeflächen auf dem andern Segment in Kontakt gebracht werden können. Es sind aber auch nebeneinander angeordnete Stifte oder Druckknöpfe denkbar, die mit unterschiedlichen Gegenstücken, die entlang des anderen Segmentes in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, in Eingriff gebracht werden können. Es kann sich dabei um einzelne Kontakte oder um mehrere nebeneinander angeordnete Kontakte handeln, sodass auch eine erste Spule mit mehreren Windungen in Segmente aufteilbar ist und über die elektrischen Verbindungen wieder zusammengefügt werden kann. Vorzugsweise sind die elektrischen Verbindungselemente durch einen Berührschutz, beispielsweise eine Isolationsschicht oder eine isolierende Abdeckung, dagegen geschützt, im geschlossenen Zustand der Spulensegmente von dem Patienten berührt zu werden.
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Die erste Spule kann eine Empfangsspule und/oder Sendespule sein. Es ist auch denkbar, dass in der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix sowohl Empfangsspulen als auch Sendespulen vorgesehen sind und diese erste Spulen im Sinne der Erfindung sind. Eine gleichzeitige Nutzung einer ersten Spule als Empfangs- und Sendespule ist ebenfalls denkbar. Auf vorteilhafte Weise erlaubt es die erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix an der Position der ersten Spule eine Öffnung bereitzustellen und auch mit einer veränderbaren Geometrie wieder elektrisch leitend zu schließen, sodass die Lokalspulenmatrix an der Position der ersten Spule einer Anatomie eines Patienten anpassbar ist.
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Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph teilt die Vorteile der Lokalspulenmatrix.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspule ist die erste Spule eine flexible Spule. Darunter ist zu verstehen, dass die erste Spule zumindest in einem größeren Abschnitt, also 20%, 50% oder mehr des Umfangs flexibel ausgeführt ist, sodass die erste Spule ohne Beschädigung verformbar ist. Insbesondere kann die erste Spule im Bereich der elektrischen Verbindungselemente flexibel ausgeführt sein.
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Eine flexible erste Spule vereinfacht auf vorteilhafte Weise eine Anpassung der Lokalspulenmatrix in Form und Größe und erleichtert auch die Handhabung der elektrischen Verbindungselemente.
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In einer denkbaren Ausführungsform sind die elektrischen Verbindungselemente ausgelegt, nur an diskreten vorbestimmten und räumlich voneinander getrennten Relativpositionen eine elektrische Verbindung herzustellen. Beispielsweise sind elektrisch leitende Druckknopfverbindungen oder Steckverbinder vorstellbar.
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Auf vorteilhafte Weise erlauben elektrische Verbindungselemente mit unterschiedlichen diskreten Schließpositionen gleichzeitig eine einfach veränderbare und handzuhabende Verbindung, die eine feste elektrische und mechanische Verbindung sicherstellt.
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In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist diese eine Abstimmeinrichtung mit einem Abstimmelement auf. Das Abstimmelement kann beispielsweise eine veränderliche Kapazität, Induktivität oder auch ein Bauelement mit komplexem Widerstand sein. Die Abstimmeinrichtung ist ausgelegt, einen Resonanzkreis, der die erste Spule aufweist, in unterschiedlichen Relativpositionen der Spulensegmente der ersten Spule auf eine vorbestimmte Resonanzfrequenz abzustimmen. Die vorbestimmte Resonanzfrequenz ist dabei vorzugsweise die Larmorfrequenz des Magnetresonanztomographen.
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Mittels der Abstimmvorrichtung ist es möglich, die für die Bilderfassung relevanten elektrischen Eigenschaften der ersten Spule in unterschiedlichen Relativpositionen unverändert zu halten und auf diese Weise eine gleichmäßige Bildqualität auch bei Untersuchungsobjekten mit unterschiedlichen Abmessungen bereitzustellen.
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In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix sind die elektrischen Verbindungsmittel in einer ersten Relativposition der unterschiedlichen Relativpositionen ausgelegt, eine erste Abstimmeinrichtung derart zu aktivieren, dass der Resonanzkreis auf die vorbestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die elektrischen Verbindungsmittel in zwei unterschiedlichen Relativpositionen schließbar sind und in einer dieser Position eine erste Abstimmvorrichtung, z. B. mit einer ersten Induktivität als Abstimmelement, in den Stromkreis der Spule eingeschleift ist, sodass diese auch bei veränderter Geometrie die gleiche Gesamtinduktivität und vorbestimmte Resonanzfrequenz aufweist.
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In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix eine zweite Abstimmvorrichtung auf, wobei die elektrischen Verbindungsmittel in einer zweiten Relativposition der unterschiedlichen Relativpositionen die zweite Abstimmeinrichtung derart aktivieren, dass der Resonanzkreis auf die vorbestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Beispielsweise kann in der zweiten Position eine zweite Induktivität eingeschleift sein, sodass die Spule auch mit dieser wiederum veränderten Geometrie die gleiche Gesamtinduktivität und vorbestimmte Resonanzfrequenz aufweist.
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Auf vorteilhafte Weise kann die zweite oder auch weitere Abstimmvorrichtung eine Anpassung der Geometrie in zwei oder mehr Schritten ermöglichen, ohne die Resonanzfrequenz zu verändern und so die Handhabung der Lokalspulenmatrix flexibler und einfacher machen.
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In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Abstimmeinrichtung einen Positionsdetektor zur Ermittlung der Relativposition der beiden Spulensegmente zueinander auf. Die Relativposition kann beispielsweise durch Kodierkontakte in vorbestimmten Relativpositionen erfolgen, durch Abstandsmessung mit elektrischen Größen wie Widerstand, optischen Messverfahren wie eine optische Kodierung mit Auslesesensoren oder mit anderen Methoden. Die Abstimmeinrichtung ist ausgelegt, einen Parameter des Abstimmelements in Abhängigkeit von der ermittelten Relativposition derart zu verändern, dass der Resonanzkreis auf die vorbestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Denkbar sind hier beispielsweise spannungsgesteuerte PIN-Dioden als variable Kapazitäten, die von der Abstimmeinrichtung angesteuert werden. Möglich sind beispielsweise auch feste Induktivitäten oder Kapazitäten, die durch Schalterelemente von der Abstimmeinrichtung flexibel mit der Spule verschaltet werden.
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Die Abstimmeinrichtung kann selbst eine Steuerung oder Regelung aufweisen, die eine Veränderung der Eigenschaften der ersten Spule in unterschiedlichen Relativpositionen kompensiert. Es ist aber auch denkbar, dass die Steuerung oder Regelung Teil des Magnetresonanztomographen ist und über eine Signalverbindung das Abstimmelement in seinen elektrischen Eigenschaften verändert.
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Mittels der Abstimmvorrichtung ist es vorteilhafter Weise möglich, die Eigenschaften der ersten Spule in unterschiedlichen Relativpositionen unverändert zu halten und auf diese Weise eine gleichmäßige Bildqualität auch bei Untersuchungsobjekten mit unterschiedlichen Abmessungen bereitzustellen.
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In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix sind die elektrischen Verbindungselemente der ersten Spule von einer zweiten Spule derart beabstandet, dass eine Koppelung der ersten Spule mit einer benachbarten zweiten Spule bei einer Veränderung der Relativposition zueinander der zwei Spulensegmente der ersten Spule im Wesentlichen unverändert bleibt. So können beispielsweise benachbarte zweite Spulen mit der ersten Spule in Bereichen zur Kompensation überlappen, die von den elektrischen Verbindungselementen einen großen bzw. einen möglichst großen Abstand haben, sodass eine Veränderung der Geometrie der ersten Spule bei unterschiedlicher Relativposition der Spulensegmente keine oder nur geringe Auswirkung auf die Kopplung hat, da sich die Geometrie der ersten Spule in der Nähe der zweiten Spulen nicht oder nur geringfügig ändert. Beispielsweise ändert sich die Kopplung der Spulen nur um 5, 10 oder 20 Prozent.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der elektrischen Verbindungselemente in Bezug auf die benachbarten zweiten Spulen ist eine Möglichkeit, auf vorteilhafte Weise die erste Spule von den zweiten Spulen unabhängig von der Relativposition der Spulensegmente der ersten Spule zu entkoppeln.
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In einer möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Lokalspulenmatrix nimmt die Lokalspulenmatrix in einem wesentlichen Anteil eine vorbestimmte starre Form ein. In einem wesentlichen Anteil kann beispielsweise bedeuten, dass mehr als 20, 50 oder 80 Prozent einer gesamten Fläche der Lokalspulenmatrix als starre Fläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Lokalspulenmatrix aus zwei Halbschalen ausgebildet sein, die durch zwei flexible Abschnitte miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist dabei die erste Spule in einem flexiblen Abschnitt angeordnet. Es ist aber ebenso denkbar, dass die Lokalspulenmatrix nur jeweils einen starren Anteil aufweist und einen flexiblen Anteil oder eine Mehrzahl an flexiblen und starren Anteilen.
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In einer anderen denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix ist die Lokalspulenmatrix in einem wesentlichen Anteil flexibel ausgeführt. In einem wesentlichen Anteil kann beispielsweise bedeuten, dass mehr als 20, 50 oder 80 Prozent einer gesamten Fläche der Lokalspulenmatrix flexibel ausgebildet ist.
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Auf vorteilhafte Weise ermöglichen starre Anteile der Lokalspulenmatrix, z. B. eine Halbschale für ein Knie, eine bessere Positionierung eines Untersuchungsobjektes auch in Bezug auf den Feldmagneten des Magnetresonanztomographen, während der flexible Anteil eine bessere Anpassung auf die Abmessungen des Untersuchungsobjektes ermöglicht, beispielsweise an den Umfang des Knies. Eine Mehrzahl an starren und flexiblen Abschnitten kann dabei die Anpassung in drei Dimensionen erleichtern.
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In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix weist die Lokalspulenmatrix eine Mehrzahl an ersten Spulen auf. Dabei können die ersten Spulen beispielsweise benachbart angeordnet sein.
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Indem die erste Spule bzw. eine Mehrzahl an ersten Spulen in einem flexiblen Bereich angeordnet ist, kann die erfindungsgemäße Lokalspulennmatrix gewünschten Abmessungen besser angepasst werden. Sind die ersten Spulen benachbart, so kann darüber hinaus auf vorteilhafte Weise in der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix eine Öffnung bereitgestellt werden, die über die Dimensionen einer einzelnen ersten Spule hinausreicht.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
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1 schematisch einen erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen;
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2 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix bzw. einen Ausschnitt davon;
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3 schematisch eine Ausführungsform einer ersten Spule einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix;
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4 schematisch eine Ausführungsform einer ersten Spule einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix;
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5 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix;
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6 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 mit einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 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. in einem Körper eines Patienten 40 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich ist in einem Patiententunnel 16 angeordnet, der 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, ein über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 40 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph eine oder mehrere Lokalspulen 50 auf, die in dem Patiententunnel 16 nahe am Patient 40 angeordnet sind.
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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. Die einzelnen Einheiten sind über einen Signalbus 25 untereinander verbunden.
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Das von der Hochfrequenzeinheit 22 erzeugte Hochfrequenzsignal wird über eine Signalverbindung 31 der Patientenliege 30 zugeführt und an eine oder mehrere Lokalspulen 50 verteilt und in den Körper des Patienten 40 ausgesendet, um dort die Kernspins anzuregen.
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Die Lokalspule 50 empfängt dann vorzugsweise ein Magnetresonanzsignal aus dem Körper des Patienten 40, denn aufgrund des geringen Abstandes ist das Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) der Lokalspule 50 besser als bei einem Empfang durch die Körperspule 14. Das von der Lokalspule 50 empfangene MR-Signal wird in der Lokalspule 50 aufbereitet und an die Hochfrequenzeinheit 22 des Magnetresonanztomographen 1 zur Auswertung und Bilderfassung weitergeleitet. Vorzugsweise wird dazu ebenfalls die Signalverbindung 31 genutzt, es sind aber auch separate Signalverbindungen oder eine drahtlose Übertragung denkbar. Es ist ebenso denkbar, dass für das Empfangen eigene Lokalspulen oder andere Antennen vorgesehen sind.
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2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 bzw. einen Ausschnitt einer derartigen Lokalspulenmatrix 50. In der Darstellung der 2 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine der Zuleitungen bzw. Signalverbindungen 31 dargestellt, die die einzelnen Signalspulen 60, 70 mit der Steuereinheit 20 zur Übertragung eine Empfangssignals und/oder Sendesignals verbinden. Üblicherweise weist jede Signalspule 60, 70 eine separate Signalverbindung 31 zu der Steuereinheit 20 auf, oder die Signale mehrerer Signalspulen 60, 70 werden durch passive oder aktive Schaltungen auf eine oder mehrere Signalleitungen 31 gemultiplext.
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In der Lokalspulenmatrix 50 sind mehrere erste Spulen 60 nebeneinander angeordnet und von angrenzenden zweiten Spulen 70 umgeben. Die Spulen 60, 70 überlappen in den Randbereichen, um ein Übersprechen der elektromagnetischen Wechselfelder zu kompensieren. Denkbar sind aber auch andere Möglichkeiten zur Kompensation, beispielsweise durch Koppelelemente wie Induktivitäten oder Kapazitäten. Die Anzahl und Anordnung der ersten Spulen 60 in einer Reihe ist hierbei nur beispielhaft und kann je nach Anwendungszweck der Lokalspulenmatrix 50 variieren.
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Die ersten Spulen 60 sind hierbei in geöffnetem Zustand dargestellt, in dem die Spulensegmente 61, 62 elektrisch voneinander getrennt sind. An einem Spulensegment 61 sind jeweils elektrische Verbindungselemente 63 in unterschiedlichen Positionen angeordnet, die dazu vorgesehen sind, mit den elektrischen Verbindungselementen 64 an dem anderen Segment 62 der jeweiligen ersten Spule 60 in Eingriff und elektrischen Kontakt gebracht zu werden. Die elektrischen Verbindungselemente 63, 64 können beispielsweise als Druckknopf und entsprechendes Gegenstück (Schüssel und Noppen) oder als Buchse und Stecker ausgebildet sein, sodass neben dem elektrischen Kontakt auch gleichzeitig eine mechanisch Befestigung bereitgestellt wird. Es ist aber auch denkbar, dass die elektrischen Verbindungselemente als Landefläche und korrespondierender Kontakt ausgebildet sind, sodass die vorbestimmte Relativposition für einen elektrischen Kontakt einen gewissen Spielraum zur Anpassung bietet, wobei die mechanische Fixierung durch ein separates Befestigungselement (nicht dargestellt) geleistet wird. Denkbar sind hierbei Klettverschlüsse oder andere veränderliche Befestigungselemente.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 sind die elektrischen Verbindungselemente 63, 64 gegen eine Berührung durch den Patienten geschützt. Beispielsweise können die Verbindungselemente 63, 64 an frei liegenden Oberflächen mit einer Isolationsschicht versehen sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Lokalspulenmatrix 50 eine isolierende Überdeckung aufweist, die nach dem Schließen der elektrischen Verbindung der Spulensegmente 61,62 diese gegen eine Berührung durch den Patienten 40 sichert. Denkbar sind beispielsweise eine flexible Klappe oder ein Schieber.
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Die in 2 dargestellten elektrischen Verbindungselemente 64 des Spulensegmentes 62 können wahlweise mit zwei unterschiedlichen elektrischen Verbindungselementen 63 des Spulensegmentes 61 in Verbindung gebracht werden. Je nachdem, welches der beiden elektrischen Verbindungselemente 63 gewählt wird, nehmen die beiden Spulensegmente 61, 62 einer ersten Spule unterschiedliche Relativpositionen 81, 82 zueinander an. Auf diese Weise ist es beispielsweise denkbar, dass die Lokalspulenmatrix 50 Teil einer Manschette um eine Gliedmaße ist und durch die Wahl der Verbindungselemente 63 in dem Umfang angepasst werden kann.
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Mit der unterschiedlichen Relativposition 81, 82 ändert sich aber auch die Geometrie der ersten Spule 60. Wird eine elektrische Verbindung der elektrischen Verbindungselemente 63, 64 an der vorbestimmten Relativposition 82 hergestellt, so vergrößert sich die Fläche der ersten Spule 60 und damit deren Induktivität. Die erste Spule 60 bildet dabei mittels Ihrer Eigenkapazität oder weiterer, nicht dargestellter Komponenten wie einen Kondensator einen Resonanzkreis 55, dessen Resonanzfrequenz durch die vergrößerte Induktivität der ersten Spule 60 in der vorbestimmten Relativposition 82 gegenüber der vorbestimmten Relativposition 81 sinkt. Dieser Effekt kann beispielsweise dadurch kompensiert werden, dass als Abstimmelement 54 ein Kondensator in den Resonanzkreis geschaltet ist, der nur wirksam ist, wenn die Spulensegmente 61, 62 in der zweiten Relativposition elektrisch miteinander verbunden sind. Durch die Serienschaltung des Abstimmelements 54 mit einem Resonanzkondensator oder der Eigenkapazität der ersten Spule 60 wird die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises wieder angehoben und der Effekt der veränderten Geometrie kompensiert. Eine einfache Abstimmeinrichtung 53 ergibt sich dabei durch das Zusammenwirken des Abstimmelements 54 und den elektrischen Verbindungselementen 63, 64 in den unterschiedlichen vorbestimmten Relativpositionen. Ein elektrischer Wert des Abstimmelements 54 ist dabei gerade so gewählt, dass die Resonanzfrequenz in beiden Relativpositionen 81, 82 den vorbestimmten Wert annimmt, vorzugsweise den der Larmorfrequenz des Magnetresonanztomographen. Denkbar ist es aber beispielsweise auch, dass eine Induktivität als Abstimmelement 54 in Serie in die erste Spule 60 geschaltet ist, wenn der elektrische Kontakt der elektrischen Verbindungselemente 63, 64 an der ersten Position hergestellt wird und kein zusätzliches Abstimmelement 54 in die erste Spule 60 geschaltet ist, wenn der elektrische Kontakt in der vorbestimmten Position 82 hergestellt ist. Eine Induktivität in Serie in der ersten Spule 60 kompensiert deren Induktivitätsverlust durch die kleinere Fläche. Ebenso denkbar sind aber auch andere Ausführungsformen, die durch Kombination unterschiedlicher Schaltelemente als Abstimmelement 54 den gleichen Effekt erzielen.
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Die zweiten Spulen 70 sind dabei von den elektrischen Verbindungselementen 63, 64 der ersten Spulen 60 beabstandet. Vorzugsweise ändert sich durch das Schließen der ersten Spule in den unterschiedlichen Positionen ein Überlappungsbereich der ersten Spulen 60 mit den zweiten Spulen 70 nicht, sodass die Kopplung der ersten Spulen 60 und der zweiten Spulen 70 weitgehend unverändert bleibt.
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Denkbar bei der Lokalspulenmatrix der 2 ist es auch, dass einzelne erste Spulen 60 in der ersten vorbestimmten Relativposition 81 geschlossen werden, während andere erste Spulen 60 in der zweiten vorbestimmten Relativposition 82 geschlossen werden. So ist es beispielsweise möglich, in der Lokalspulenmatrix 50 eine Wölbung auszubilden, um sie einer Schulter oder einem Knie anzupassen. Dabei ist es auch denkbar, dass einzelne oder wenige erste Spulen 60 in einer Fläche aus zweiten Spulen 70 angeordnet sind.
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In 2 und in der nachfolgenden 3 wird nicht unterschieden, ob es sich bei den dargestellten ersten Spulen 60 und den zweiten Spulen 70 um Empfangsspulen oder um Sendespulen handelt. Das Prinzip der Erfindung ist dabei sowohl auf Sende- als auch Empfangsspulen anwendbar. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass zumindest eine oder mehrere der dargestellten ersten Spulen 60 und der zweiten Spulen 70 in einer Doppelfunktion als Empfangs- und Sendspule verwendbar sind oder dass eine erfindungsgemäße Lokalspulenmatrix 50 eine zweite, nicht dargestellte Struktur an ersten Spulen 60 und zweiten Spulen 70 aufweist, sodass die Lokalspulenmatrix 50 sowohl eine Matrix aus Sendespulen als auch eine Matrix aus Empfangsspulen aufweist.
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In 3 ist eine erste Spule 60 einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50 schematisch dargestellt. Gleiche Referenzzeichen bezeichnen gleiche Gegenstände.
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Die Spule 60 weist weitere elektrische Verbindungsmittel 63 auf, die derart angeordnet sind, dass die erste Spule 60 auch in einer dritten vorbestimmten Relativposition 56 elektrisch geschlossen werden kann. Um auch unter dieser noch einmal veränderten Geometrie die Gleiche Resonanzfrequenz bereitzustellen, weist die Spule 60 ein zweites Abstimmelement 57 auf, dass in Verbindung mit dem zusätzlichen elektrischen Verbindungsmittel 63 eine zweite Abstimmvorrichtung 56 bereitstellt. Beispielsweise kann das Abstimmelement 57 wie zuvor zu 2 beschrieben, ein weiterer Kondensator sein. Es sind aber auch andere Abstimmelemente und Schaltungen denkbar, die die Resonanzfrequenz der ersten Spule im Wesentlichen unverändert von der Relativposition 81, 82, 56 der Spulensegmente 61, 62 halten.
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4 stellt eine erste Spule 60 einer weiteren denkbaren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix dar. Gleiche Referenzzeichen bezeichnen wieder gleiche Gegenstände.
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Bei der in 4 dargestellten ersten Spule 60 weist diese ein Abstimmelement 54, eine Abstimmsteuerung 58 und einen Positionsdetektor 59 auf. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen erfolgt die Abstimmung der Resonanzfrequenz der ersten Spule auf die vorbestimmte Resonanzfrequenz (Larmorfrequenz) nicht mehr unmittelbar durch das Schließen der elektrischen Verbindungselemente 63, 64. Die Verbindungselemente 63, 64 können daher beispielsweise auch als Kontaktbahn und Schleifer ausgeführt werden, sodass die Relativposition der beiden Spulensegmente 61 und 62 der ersten Spule 60 auch stufenlos veränderbar sein kann. Mittels des Positionsdetektors 58 erfasst die Abstimmsteuerung 59 die Relativposition der beiden Spulensegmente 61, 62 zueinander. Der Positionsdetektor kann beispielsweise eine Kamera oder optischer Scanner sein, der eine optische Markierung an dem Spulensegment 62 ausliest und so die Relativposition erfasst. Denkbar ist aber auch beispielsweise ein Linearpotentiometer als Positionsdetektor, das mit den beiden Spulensegmenten 61, 62 mechanisch gekoppelt ist, sodass es bei einem Verschieben der beiden Spulensegmente zueinander seinen Widerstandswert ändert. In Abhängigkeit von der erfassten Relativposition stimmt die Abstimmsteuerung das Abstimmelement 54 so ab, dass die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 55 mit der ersten Spule 60 im Wesentlichen unverändert bleibt, d. h. sich nur um 2, 5, 10 oder 20 Prozent ändert. Beispielsweise kann die Abstimmsteuerung 59 ein Prozessor sein, der mittels der Kamera die Relativposition erfasst und abhängig davon eine Spannung an eine PIN-Diode als Abstimmelement 54 abgibt. Die Abstimmsteuerung könnte aber auch eine analoge Schaltung sein, die die Spannung für die PIN-Diode von dem Widerstand des Linearpotentiometers ableitet. Es wäre auch denkbar, dass die Abstimmsteuerung nicht in der Lokalspulenmatrix 50 vorgesehen ist, sondern in dem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50.
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Die Lokalspule in 5 weist einen starren Abschnitt 52 auf, der beispielsweise bei einer Kniespule als Fuß ausgebildet sein kann, der einem Knie einen Halt gibt. Daran schließen sich zwei flexible Abschnitte 51 an, die sich an das Knie anpassen können Die elektrischen Verbindungselemente 63, 64 erlauben wie bereits erläutert, zwei Spulensegmente 61, 62 einer ersten Spule 60 in unterschiedlichen Relativpositionen zueinander zu schließen und so die Lokalspulenmatrix 50 an unterschiedliche Kniedurchmesser anzupassen. In 5 sind als elektrische Verbindungselemente 63, 64 Druckknöpfe angedeutet. Es wäre aber auch denkbar, dass die beiden flexiblen Abschnitte 70 zusätzlich mit einem mechanischen Schließelement wie einem Gurt oder Klettverschluss fixiert werden und die elektrischen Verbindungselemente nur mittels Kontaktspitzen und Landeflächen einen elektrischen Kontakt sicherstellen.
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6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspulenmatrix 50.
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Die Lokalspule in 6 weist zwei starre Abschnitte 52 auf. Um einen einfachen Zugang für den Patienten 40 zu ermöglichen, ist dabei der obere starre Abschnitt 52 an jedem Ende mit einer ersten Spulen 60 versehen. Jeweils ein Spulensegment 61 ist in dem unteren starren Abschnitt 52 und ein Spulensegment 62 in dem oberen starren Abschnitt 52. Verbunden werden die Spulensegmente 61, 62 jeweils durch die bereits beschriebenen elektrischen Verbindungsmittel 63, 64.
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Denkbar ist es natürlich auch, dass die Lokalspulenmatrix 50 nur flexible Abschnitte 51 aufweist.
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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.
