DE102017214088A1

DE102017214088A1 - Bilddatenerzeugung in einem Untersuchungsraum einer MR-Anlage

Info

Publication number: DE102017214088A1
Application number: DE102017214088.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Popescu
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2019-02-14
Also published as: CN109387798B; US10746828B2; CN109387798A; US20190049537A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von Bilddaten in einem Untersuchungsraum einer MR-Anlage, wobei das System aufweist:- eine Bilderzeugungseinheit zur Erzeugung der Bilddaten,- einen ersten HF-Abschirmungsabschnitt, der die Bilderzeugungseinheit mit Ausnahme von zumindest einer Öffnung für den Austausch der Bilddaten mit Umgebung vollständig umschließt,- einen hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt, der um die zumindest eine Öffnung angeordnet ist und mit dem ersten HF Abschirmungsabschnitt derart verbunden ist, dass die zumindest eine Öffnung in dem hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt mündet.

Description

In einem Untersuchungsraum einer MR-Anlage werden oft zusätzliche Videogeräte wie beispielsweise eine Videokamera benötigt, um nicht diagnostische Bilddaten der untersuchten Person zu erstellen, oder um Bilddaten durch einen Projektor in die MR-Anlage zu projizieren für die funktionelle Bildgebung, bei der Änderungen in der Gehirnaktivität bei der Betrachtung verschiedener Bilder gemessen werden. DE 10 2015 211 331 A1 , DE 10 2015 211 148 A1 und DE 10 2015 200 477 A1 offenbaren jeweils eine Kameraeinheit, die innerhalb eines Untersuchungsraums, in dem sich eine medizinische Bildgebungsvorrichtung befindet, angeordnet ist.
Zusätzlich können die erzeugten Bilddaten zur Unterhaltung der Untersuchungsperson oder zur Gestaltung des Untersuchungsraums verwendet werden. Diese elektronischen Geräte in dem Untersuchungsraum der MR-Anlage können jedoch elektromagnetische Strahlung und damit elektromagnetische Interferenz, EMI erzeugen, die das empfindliche Empfangssystem für den Empfang der MR-Signale erheblich stören kann.
Daher ist es notwendig, die Geräte oder Systeme zur Bilderzeugung mit einer HF-Abschirmung zu versehen. Beispielsweise ist es bekannt, eine HF-Abschirmung um einen LCD Beamer in dem Untersuchungsraum zu positionieren. Der optische Lichtstrahl wird durch einen abgeschirmten zirkularen Wellenleiter innerhalb des Beamers übertragen. Jedoch weitet sich der Lichtstrahl eines Beamers vom Projektor ausgehend stark auf, wodurch die Länge des effektiven Wellenleiters sehr groß wird (siehe IP.com vom 24. Juni 2003 mit der Veröffentlichungsnummer IPCOM000016474D). Bei der dort gewählten Ausführungsform beinhaltet der Wellenleiter Linsen und Prismen, um den Durchmesser des Projektionsstrahls zu steuern. Diese Verwendung der Linsen und Prismen verkompliziert jedoch den Gesamtaufbau und verteuert somit die Herstellung eines derartigen Geräts.
Andere Abschirmungsverfahren umschließen eine Videokamera oder ein Videoprojektor vollständig in einer geschlossenen Abschirmung, wobei ein optisch transparentes Fenster vorgesehen ist, das mit einer elektrisch leitenden Folie versehen ist, wodurch der Blick der Videokamera nach außen durch das Fenster ermöglicht wird, gleichzeitig das Ausstrahlen von HF-Feldern durch das Fenster verhindert wird.
Bei komplexeren Videosystemen zur Erzeugung von Bilddaten, wie beispielsweise einer Videokamera mit einem Infrarotsensor und einem sogenannten Time-of-Flight Tiefensensor und Mikrofonen, ist es schwierig, diese Abschirmung des Systems zur Erzeugung der Bilddaten zu erreichen. Beispielsweise wird das optisch transparente Fenster ein Teil der Infrarotstrahlung reflektieren, die durch den Tiefensensor ausgestrahlt wird. Bei Verwendung eines abgeschirmten Hohlleiters, der unterhalb seiner Grenzwellenlänge arbeitet, sind zusätzliche Linsen notwendig, um die verschiedenen ausgestrahlten Signale durch den Hohlleiter mit einem geringen Durchmesser zu transportieren. Weiterhin kann dies zu Verzerrungen in den aufgenommenen Bilddaten oder in den projizierten Bilddaten führen. Weiterhin werden die Kosten zusätzlich erhöht.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfach ausgebildetes System zur Bilderzeugung in einem Untersuchungsraum eine MR-Anlage bereitzustellen, das einfach aufgebaut ist und trotzdem eine zufriedenstellende Abschirmung gegenüber der MR-Anlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungsformen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zur Erzeugung von Bilddaten in einem Untersuchungsraum einer MR-Anlage bereitgestellt, wobei das System eine Bilderzeugungseinheit zur Erzeugung der Bilddaten aufweist. Weiterhin ist ein erster HF-Abschirmungsabschnitt vorgesehen, der die Bilderzeugungseinheit mit Ausnahme von zumindest einer Öffnung für den Austausch der Bilddaten mit der Umgebung vollständig umschließt. Weiterhin weist das System einen hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt auf, der mit dem ersten HF-Abschirmungsabschnitt (110) elektrisch verbunden ist und mechanisch um die zumindest eine Öffnung so angeordnet ist, dass die zumindest eine Öffnung in dem hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt mündet.
Durch die Verwendung des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts wird eine Dämpfung der eventuell ausgestrahlten HF-Signale erreicht, wobei der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt unterhalb seiner Grenzwellenlänge betrieben wird. Es müssen keine weiteren optischen Einrichtungen zwischen der bilderzeugenden Einheit und der Projektionsfläche für die Bilddaten oder der abzubildenden Vorrichtungen vorgesehen werden. Dadurch werden die erzeugten Bilddaten nicht durch eventuelle optische Vorrichtungen wie Linsen oder Prismen verzerrt und es wird trotzdem eine effektive Abschirmung gegenüber der MR-Anlage erreicht.
Die erzeugten Bilddaten, bzw. ein optischer Strahl mit den Bilddaten geht von der Bilderzeugungseinheit in einem Bildwinkel aus, wobei der Öffnungswinkel des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts im Wesentlichen durch den Bildwinkel bestimmt ist. Dies bedeutet, dass der Öffnungswinkel des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts im Wesentlichen durch das Gesichtsfeld und den Bildwinkel der Bilderzeugungseinheit bestimmt ist. Der optische Strahl der erzeugten Bilddaten sollte möglichst die Innenwände des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts nicht oder so gut wie nicht berühren, so dass der optische Strahl nicht von der Geometrie des hornförmigen Abschirmungsabschnitts beeinträchtigt wird.
Der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt kann beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dies ist für die üblicherweise rechteckigen Bilddaten von Vorteil, damit die Ausmaße des hornförmigen Abschnitts in der Breite minimal sind, da das innere Volumen des hornförmigen Abschnitts im Wesentlichen durch die Bilddaten ausgefüllt ist.
Vorzugsweise wird die Tiefe des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts nicht zufällig sondern bestimmt derart gewählt, dass eine Abschwächung des HF-Feldes, das von der Bilderzeugungseinheit durch die zumindest eine Öffnung austritt bei der Ausbreitung durch den hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt entlang der Tiefe abgeschwächt wird, wobei die Schwächung größer ist als ein definierter unterer Grenzwert. Die Frequenz des betrachteten HF-Feldes liegt hierbei bei der Resonanzfrequenz der MR-Anlage und unterscheidet sich von dieser höchstens um einen definierten Frequenzwert. Dies bedeutet, dass innerhalb eines Messbandes der MR-Anlage um die Relevanzfrequenz herum die Tiefe des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitt so gewählt wird, dass eine gewünschte Schwächung der HF-Felder erreicht wird, die von der Bilderzeugungseinheit ausgehend durch die Öffnung abgestrahlt werden.
Der hornförmige HF-Abschirmungsabschnitt weist bei der zumindest einen ersten Öffnung einen Eintrittsquerschnitt auf, der geringer ist als der Austrittsquerschnitt am gegenüberliegenden Ende des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts. Der Eintrittsquerschnitt ist vorzugsweise rechteckig ausgebildet mit einer Breite b. Die Tiefe kann nun berechnet werden unter der Annahme, dass die Breite viel kleiner als die Wellenlänge des HF-Feldes ist, das aus der zumindest einen Öffnung austritt in Richtung des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts.
Die Bilderzeugungseinheit kann eine Kamera aufweisen die Bilddaten von der Umgebung der MR-Anlage aufnimmt, beispielsweise zur Erkennung der Positionierung der Untersuchungsperson, zur Erkennung der verwendeten MR-Sende- und Empfangsspulen etc. Weiterhin kann die Bilderzeugungseinheit einen Projektor aufweisen, der Bilddaten auf einen vorbestimmten Bereich der MR-Anlage zu projizieren. Zusätzlich kann die Bilderzeugungseinheit eine Infrarotkamera und einen 3-D Tiefensensor zur Bestimmung einer dreidimensionalen Bewegung in einem Gesichtsfeld des Tiefensensors aufweisen. Für jeden der verschiedenen Module der Bilderzeugungseinheit kann hierbei eine separate Öffnung in der ersten HF-Abschirmung vorgesehen sein.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung einer Geometrie eines hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts des oben beschriebenen Systems, wobei der erste HF-Abschirmungsabschnitt bereitgestellt wird, der die Bilderzeugungseinheit mit Ausnahme von zumindest einer Öffnung für den Austausch von Bilddaten mit der Umgebung vollständig umschließt. Weiterhin wird die Tiefe für den hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt derart bestimmt, dass eine Abschwächung des HF-Feldes, das von der Bilderzeugungseinheit durch die zumindest eine Öffnung austritt bei der Ausbreitung durch den hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt entlang der Tiefe größer ist als ein definierter unterer Grenzwert. Die Tiefe wird hierbei für ein HF-Feld mit einer Frequenz berechnet, die sich von der Resonanzfrequenz der MR-Anlage und um höchstens einen definierten Frequenzwert unterscheidet. Anschließend wird der hornförmige zweite Abschnitt mit der bestimmten Tiefe um die zumindest eine Öffnung derart angebracht und elektrisch damit verbunden, dass die zumindest eine Öffnung in dem hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt mündet.
Dies bedeutet, dass eine gewünschte Abschwächung definiert werden kann, die mindestens durch den hornförmigen Abschnitt erreicht werden soll, beispielsweise 10 oder 20 dB. Die Tiefe wird dann derart berechnet, dass die gewünschte Abschwächung für HF-Felder im Bereich der Resonanzfrequenz der MR-Anlage erreicht wird.
Beispielseise kann bei der Bestimmung der Tiefe die Abschwächung des HF-Feldes mit der folgenden Formel berechnet werden: $A_{[d B]} = 27,33 \cdot \int_{0}^{d} \frac{1}{a (x)} d x = 27,33 \frac{ln (1 + \frac{d}{a_{0}} 2 tan θ)}{2 tan θ}$
Hierbei ist A die Abschwächung in dB, d ist die Tiefe des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts, der Winkel θ ist der halbe Öffnungswinkel des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts, α₀ beschreibt die Breite des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts an der zumindest einen Öffnung, d.h. am Eintrittsfenster und a(x) beschreibt die geometrische Form des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts in Richtung der Tiefe.
Die oben dargelegten Merkmale und die nachfolgend beschriebenen Merkmale können nicht nur in den entsprechend explizit dargestellten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen, sofern es nicht explizit anders erwähnt ist, oder einzeln ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt schematisch die Verwendung eines Systems zur Erzeugung von nicht diagnostischen Bilddaten in einem Untersuchungsraum einer MR-Anlage.
2 zeigt schematisch den optischen Strahlenverlauf des Systems von 1, das ein Projektor zur Projektion von Bilddaten oder eine Kamera zur Erzeugung von Bilddaten aufweist.
3 zeigt schematisch die Abschirmung des Systems zur Erzeugung von Bilddaten.
4 zeigt schematisch eine Abbildung einer Hornantenne nach dem Stand der Technik mit einem rechteckigen Hohlleiter.
5 zeigt schematisch einen rechteckigen Hohlleiter, der zur Berechnung der Abschirmung verwendet werden kann.
6 zeigt schematisch die Geometrie wie erfindungsgemäß die Abschirmung in dem hornförmigen Abschirmungsabschnitt berechnet wird.
7 zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten wie ein System zur Erzeugung von nicht diagnostischen Bilddaten zusammengestellt werden kann.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Weiterhin sind die Figuren als schematische Darstellung verschiedener Ausführungsform der Erfindung zu verstehen. Die in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt, sondern sie sind vielmehr derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und der Zweck für den Fachmann verständlich werden. Die in den Figuren dargestellten Verbindungen zwischen funktionellen Einheiten oder sonstigen Einheiten kann als indirekte Verbindung implementiert werden, wobei eine Verbindung drahtlos oder drahtgebunden sein kann. Funktionelle Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
In 1 ist schematisch eine MR-Anlage 10 dargestellt, mit der MR-Bilder aufgenommen werden können. Die MR-Anlage weist einen Magneten 11 zur Erzeugung eines Polarisationsfeldes B₀ auf, wobei eine auf einer Liege 12 angeordnete Untersuchungsperson 13 in den Magneten 11 gefahren wird, um dort ortskodierte Magnetresonanzsignale aus der Untersuchungsperson 13 aufzunehmen. Weiterhin ist die zur Signalaufnahme verwendete MR-Spule 14 schematisch dargestellt. Durch Einstrahlen von Hochfrequenzpulsen und Schalten von Magnetfeldgradienten kann die durch das Polarisationsfeld B₀ erzeugte Magnetisierung aus der Gleichgewichtslage ausgelenkt und ortskodiert werden, wobei die sich ergebende Magnetisierung von der oder den Empfangsspulen 14 detektiert wird. Wie allgemein durch Einstrahlen von HF-Pulsen und durch Schalten von Magnetfeldgradienten in verschiedenen Kombinationen und Reihenfolgen MR-Bilder erzeugt werden können, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Die von den Spulen detektierten MR-Signale sind sehr gering, so dass hochempfindliche HF-Empfangs- und Sendespulen verwendet werden müssen zum Empfang der zu detektierenden MR-Signale.
In dem Raum, in dem die MR-Anlage 10 untergebracht ist, ist weiterhin ein System 100 vorgesehen, das nicht MR-Bilder, d.h. nicht diagnostische Bilder der Umgebung der MR-Anlage erzeugen kann. Beispielsweise kann das bildgebende System eine Kamera, wie beispielsweise eine LCD Kamera aufweisen, die ausgebildet, ist Bilder von dem Bereich um die MR-Anlage herum aufzunehmen. Diese Bilddaten können dann ausgewertet werden für die Erkenntnis, wie die Untersuchungsperson 13 auf der Liege 12 positioniert ist, welche Empfangsspulen 14 verwendet werden etc. Die Bilderzeugungseinheit kann auch als Beamer bzw. Projektor ausgebildet sein, der Bilddaten auf eine Fläche projiziert, die für die Untersuchungsperson 13 sichtbar ist, wenn sie in der MR-Anlage liegt, beispielsweise für eine funktionelle Bildgebung. Zur genauen Erkennung der Objekte in der Umgebung der MR-Anlage kann die Bilderzeugungseinheit auch eine Infrarotkamera und oder einen 3-D Tiefensensor, z. B. einen Time-of-Flight Sensor zur Bestimmung dreidimensionalen Bewegung im einem Gesichtsfeld des Tiefensensors aufweisen. Die MR-Anlage kann weiterhin eine Steuereinheit 20 aufweisen, die zur Steuerung der MR-Anlage und zur Steuerung des Bildsystems verwendet werden kann. Die Steuereinheit 20 kann beispielsweise außerhalb eines Untersuchungsraums 50 angeordnet sein, wobei eine Bedienperson über die Steuereinheit 20 die einzelnen Komponenten der MR-Anlage und das System 100 zur Bilderzeugung steuern kann.
In 2 ist schematisch dargestellt wie das von dem System 100 erzeugte Bild ausgehend von der Bilderzeugungseinheit des Systems 100 erfolgt. Ein Strahlengang, der in horizontaler Richtung sich in einem Öffnungswinkel 2θ ausbreitet, wobei der horizontale Öffnungswinkel beispielsweise zwischen 50 und 60 Grad liegen kann. In der vertikalen Richtung ist der Ausbreitungswinkel 2γ wobei dieser Winkel zwischen 40 und 50 Grad sein kann. Im Falle eines Projektors werden die erzeugten Bilddaten auf eine Projektionsfläche 25 projiziert. Im Falle eines Kamerasensors werden die in dem Gesichtsfeld 26 liegenden Objekte dargestellt. Die Projektionsfläche liegt im Abstand D vor dem System 100, wobei das System einen hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitt 120 aufweist, der HF-Felder im Bereich der Resonanzfrequenz der MR-Anlage so weit dämpft, dass sie die Signaldetektion der MR-Anlage durch die Empfangsspulen 14 nicht mehr signifikant beeinflussen. Wie in 2 dargestellt ist hierbei der Öffnungswinkel des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts derart gewählt, dass dieser im Wesentlichen dem Verlauf des optischen Strahls der Bilderzeugungseinheit folgt und diesen nicht beeinflusst.
In 3 ist das System zur Erzeugung der Bilddaten näher dargestellt, wobei das System 100 den hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitt 120 aufweist und einen ersten Abschirmungsabschnitt 110, in dem die Bilderzeugungseinheit liegt. Der erste HF-Abschirmungsabschnitt 110 umschließt vollständig die Bilderzeugungseinheit. Die Stromversorgung und die Leitungen für die Videosignale 80 werden ebenfalls durch eine Abschirmung 90 abgeschirmt. Die Abschirmungskomponenten, d.h. die Abschirmung 90, der erste HF-Abschirmungsabschnitt 110 und der hornförmige HF-Abschirmungsabschnitt 120 sind elektrisch und mechanisch mit einander verbunden und können weiterhin beispielsweise an eine Haupt HF-Abschirmung angeschlossen sein, die in die Wände des Untersuchungsraums 50 eingelassen ist. Weiterhin ist es möglich, dass eine Videoinformation übertragen wird durch Modulation in optischen Signalen, die über eine optische Faser übertragen werden. Weiterhin kann die Information von der Bilderzeugungseinheit innerhalb des ersten HF-Abschirmungsabschnitts 110 zur Steuereinheit 20 auf einen HF-Träger übertragen werden, beispielsweise einer Frequenz von 2,4 GHz.
Der erste HF-Abschirmungsabschnitt 110 kann eine Öffnung 111 für eine Kamera aufweisen, eine Öffnung 112 für einen Infrarotsensor und eine Öffnung 113 für einen 3-D Tiefensensor.
Der hornförmige Abschirmungsabschnitt 120 kann als rechteckiges Frustum ausgebildet sein, wobei bei der Verbindung des hornförmigen Abschirmungsabschnitts 120 zum rechteckigen ersten HF-Abschirmungsabschnitt der hornförmige Abschirmungsabschnitt ein Einlassfenster mit einem Eintrittsquerschnitt aufweisen mit den Maßen a₀ für die Breite oder größere Länge des rechteckigen Eintrittsquerschnitts und der Größe b₀ für die Höhe oder kleinere Länge des rechteckigen Eintrittsquerschnitts. Am Austrittsabschnitt weist der hornförmige Abschirmungsabschnitt ein Austrittsquerschnitt aus, der ebenfalls rechteckig ist und durch die Breite a1 und die Höhe b1 definiert ist. Die Tiefe des hornförmigen Abschirmungsabschnitts ist mit d angegeben.
Wie erwähnt sind hierbei die horizontalen und vertikalen Öffnungswinkel 2θ bzw. 2γ so gewählt, dass die von den Öffnungen 111 bis 113 emittierten oder Bildsignale nicht in ihrem Ausbreitungswinkel von dem hornförmigen Abschnitt gestört sind, oder wenn nur minimal gestört sind.
Nachfolgend wird nun erläutert wie die Tiefe d bestimmt wird, damit ein HF-Feld, dass durch eine der Öffnung 111 bis 113 aus der ersten HF-Abschirmung austritt soweit gedämpft wird, dass die Aufnahme der MR-Signale im Wesentlichen nicht mehr beeinflusst wird. Hierfür müssen die HF-Felder insbesondere im Bereich der Resonanzfrequenz der MR-Anlage d.h. in einem Messband um die Resonanzfrequenz herum abgeschwächt werden. Bei einer MR-Anlage mit einem Polarisationsfeld B₀ von einem Tesla liegt die Resonanzfrequenz bei ca. 42 MHz, bei 1,5 Tesla bei 63 MHz und bei drei Tesla entsprechend höher gemäß der Formel ω = γ * B₀ mit γ dem gyromagnetischen Verhältnis, das ca. 42 MHz pro Tesla beträgt. Das Messband für die Detektion der MR-Signale beträgt ca. 1 bis 2 MHz, so dass in diesem Frequenzbereich um die Resonanzfrequenz herum die Empfangsspulen MR-Signale oder andere störende HF-Signale detektieren können.
Nachfolgend wird nun erläutert, wie die Tiefe d ausgebildet sein muss, damit eine Abschwächung für eine mögliche elektromagnetische Interferenz, EMI so stark ist, dass die Signaldetektion der MR-Anlage nicht mehr gestört wird. Der hornförmige Abschirmungsabschnitt kann als hornförmiger Wellenleiter verstanden werden, der unterhalb seiner Grenzwellenlänge f_c betrieben wird.
Wie in 4 zu erkennen ist, wird für die Berechnung eine Hornantenne 40 zu Grunde gelegt mit einem Hohlleiter 41 und einem hornförmigen Antennenbereich 42, wobei das Signal aus dem hornförmigen Antennenbereich 42 abgestrahlt wird. Durch die Geometrie des Hohlleiters wird die Grenzwellenlänge der Hornantenne bestimmt. Durch Vergleich der 3 und 4 ist zu erkennen, dass das erfindungsgemäße System 100 nicht den Hohlleiter 41 aufweist, sondern nur einen hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitt, der der Hornantenne 42 entspricht.
Die Grenzwellenlänge f_c bzw. λ_c eines Hohlleiters 60 wie in 5 dargestellt ist die Frequenz, bei der die halbe Wellenlänge gleich der maximalen Breite a ist, so dass a gleich λ_c/2 ist. Die Dimension b, d.h. die Höhe des Wellenleiters ist hierfür nicht von Bedeutung. Elektromagnetische Energie mit Frequenzen unterhalb der Grenzwellenlänge breiten sich in dem Hohlleiter nicht aus. Die Energie mit Frequenzen kleiner der Grenzwellenlänge schwächen sich exponentiell ab und nach durchqueren einer Distanz d wird eine totale Abschwächung A erreicht, die durch die bekannte Gleichung gegeben ist: $A_{[d B]} = 27,33 \cdot d \cdot i m g (\sqrt{\frac{4}{λ^{2}} - \frac{1}{a^{2}})})$
Bei Frequenzen in der Umgebung einer MR-Anlage liegen die Resonanzfrequenzen zwischen 42 MHz und 126 MHz für ein Tesla und drei Tesla. Geht man von von der Größe a ungefähr 10 cm aus, einer Wellenlänge bei drei Tesla λc/2 = 117 cm bzw. λ_c/2 = 243 cm bei 1,5 Tesla, so ist die Annahme gerechtfertigt, dass λ_c/2 viel größer als a ist. Dies führt dazu, dass der Anteil unter der Wurzel negativ ist, wodurch sich eine komplexe Zahl ergibt, wobei nur der Imaginärteil für die Abschwächung zuständig ist, während der Realteil den Phasenverlauf der abgestrahlten HF-Welle bestimmt. Wenn λ_c/2 nun viel größer als a ist, so kann obige Gleichung 1 angenähert werden durch die folgende Formel: $A_{[d B]} = 27,33 \cdot \frac{d}{a}$
6 zeigt nun schematisch wie die Abschwächung für eine Tiefe d des hornförmigen Abschirmungsabschnitts 120 berechnet werden kann. Der hornförmige HF-Abschirmungsabschnitt 120 hat bei der Öffnung einen Eintrittsquerschnitt 121 und bei der Austrittsfläche 122 einen Austrittsquerschnitt 122. Weiterhin ist der horizontale Bildwinkel relativ zu einer Symmetrieachse X dargestellt, so dass der gesamte horizontale Bildwinkel 2θ beträgt, wie in 6 zu erkennen ist. Bei der Eintrittsfläche 121 hat der hornförmige Abschirmungsabschnitt die Breite a₀, während am Austrittsquerschnitt die Breite a₁ vorliegt.
Mit der in 6 dargestellten Geometrie kann nun die Abschwächung berechnet werden durch ein Integral in Richtung der Tiefe X mit der folgenden Formel $A_{[d B]} = 27,33 \cdot \int_{0}^{d} \frac{1}{a (x)} d x = 27,33 \frac{ln (1 + \frac{d}{a_{0}} 2 tan θ)}{2 tan θ}$
Wenn man beispielsweise einen horizontalen Öffnungswinkel von 2θ gleich 57 Grad annimmt, so ist der Tangens von θ ungefähr 0,5 und obige Gleichung 3 kann durch folgende Gleichung angenähert werden: $A_{[d B]} ≅ 27,33 \cdot ln (1 + \frac{d}{a_{0}})$
Damit ist es möglich, eine gewünschte Abschirmung zu berechnen in Abhängigkeit von der Tiefe d. In der nachfolgenden Tabelle sind für verschiedene Geometrien die erreichten Abschwächungen angegeben. Wie zu erkennen ist, ist für eine Tiefe d von 20 bzw. 30 cm eine Abschwächung von über 30 dB erreicht worden, was als ausreichend angesehen wird. Beispielsweise kann eine minimale Abschwächung, d.h. der untere Grenzwert bei 20 dB liegen. Selbstverständlich können auch andere minimale Abschwächungsgrenzwerte verwendet werden wie 10 dB, 15 dB oder 25 dB.

a₀[cm] a₁[cm] d[cm] A[dB]

Geometrie 1 10 30 20 30

Geometrie 2 10 40 30 37
7 fasst die Schritte zusammen die zur Bereitstellung eines Systems zur Erzeugung von Bilddaten durchgeführt werden können. Das Verfahren startet in einem Schritt S71 und in einem Schritt S72 wird die Bilderzeugungseinheit mit dem ersten HF-Abschirmungsabschnitt 110 bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S72 kann dann der horizontale und vertikale Öffnungswinkel der in der Bilderzeugungseinheit verwendeten Sensoren bestimmt werden, wobei somit der Öffnungswinkel des hornförmigen Abschirmungsabschnitts 120 festgelegt werden kann. In einem Schritt S73 wird dann die Tiefe für den hornförmigen Abschirmungsabschnitt bestimmt wie oben erläutert. Bei der Wahl des Öffnungswinkels und der Breite ist zu berücksichtigen, dass je breiter die Breite des hornförmigen Abschirmungsabschnitts ist, d.h. die Größe a₀ ist, desto geringer wird die Schwächung, wobei mit zunehmender Tiefe d die Schwächung wieder größer wird. Für die insgesamte Größe des Systems 100 müssen damit der Öffnungswinkel, die Breite a₀ und die Tiefe d so aufeinander abgestimmt werden, dass eine gewünschte Abschwächung im Bereich der Resonanzfrequenz der MR-Anlage erreicht wird. Im Schritt S74 kann dann der hornförmige Abschirmungsabschnitt mit der bestimmten Tiefe mit dem ersten Abschirmungsabschnitt zusammengefügt werden, so dass das in 3 dargestellte System erreicht wird. Das Verfahren endet in Schritt S75.
Zusammenfassend wird durch die oben beschriebene Erfindung ein System zur Erzeugung von Bilddaten erreicht, das günstig herzustellen ist, da keine zusätzlichen Optiken für die Führung von Strahlen in einem Hohlleiter notwendig sind, wobei trotzdem die Beeinflussung des MR-Systems durch eventuale HF-Felder die von dem System ausgehen, minimiert wird durch die vorher bestimmte Abschwächung in dem Bereich der Resonanzfrequenz der MR-Anlage. Der hornförmige Abschirmungsabschnitt stört den Strahlengang der Bilddaten nicht. Weiterhin kann das beschriebene System mit kommerziell erhältlichen Videovorrichtungen oder Beamern zur Bilderzeugung kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015211331 A1 [0001]
DE 102015211148 A1 [0001]
DE 102015200477 A1 [0001]

Claims

System (100) zur Erzeugung von Bilddaten in einem Untersuchungsraum (50) einer MR-Anlage, wobei das System aufweist: - eine Bilderzeugungseinheit zur Erzeugung der Bilddaten, - einen ersten HF-Abschirmungsabschnitt (110), der die Bilderzeugungseinheit mit Ausnahme von zumindest einer Öffnung (111-113) für den Austausch der Bilddaten mit einer Umgebung vollständig umschließt, - einen hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt (120), der um die zumindest eine Öffnung (111-113) angeordnet ist und mit dem ersten HF-Abschirmungsabschnitt (110) elektrisch verbunden ist, wobei die zumindest eine Öffnung in dem hornförmigen zweiten HF- Abschirmungsabschnitt (120) mündet.
System (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Strahl der erzeugten Bilddaten in einem Bildwinkel von der Bilderzeugungseinheit ausgehen, wobei ein Öffnungswinkel des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt (120) im Wesentlichen durch den Bildwinkel bestimmt ist.
System (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt (120) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
System (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt (120) eine Tiefe aufweist, die derart gewählt wird, dass eine Abschwächung eines HF-Feldes, das von der Bilderzeugungseinheit durch die zumindest eine Öffnung (111-113) austritt, bei der Ausbreitung durch den hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt entlang der Tiefe größer als ein definierter unterer Grenzwert ist, wobei das HF-Feld eine Frequenz aufweist, die sich von einer Resonanzfrequenz der MR-Anlage um höchstens einen definierten Frequenzwert unterscheidet.
System (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt (120) bei der zumindest einen ersten Öffnung (111-113) einen Eintrittsquerschnitt aufweist, der geringer ist als ein Austrittsquerschnitt am gegenüberliegenden Ende des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts, wobei der Eintrittsquerschnitt rechteckförmig ausgebildet ist mit einer Breite b, wobei die Tiefe berechnet wird unter der Annahme, dass die Breite viel kleiner als die Wellenlänge des HF-Feldes ist, das aus der zumindest einen Öffnung in Richtung des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts austritt.
System (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel derart gewählt wird, dass der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt (120) nicht in den erzeugten Bilddaten abgebildet ist.
System (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinheit eine Kamera aufweist, die ausgebildet ist, die Bilddaten von der Umgebung der MR-Anlage aufzunehmen.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinheit einen Projektor aufweist, der ausgebildet ist, die Bilddaten auf einen vorbestimmten Bereich der MR-Anlage zu projizieren.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungseinheit eine Infrarot Kamera und/oder einen 3D Tiefensensor zur Bestimmung einer 3 dimensionalen Bewegung in einem Gesichtsfeld des Tiefensensors aufweist.
Verfahren zur Bestimmung einer Geometrie eines hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts (120) eines Systems (100) zur Erzeugung von Bilddaten in einem Untersuchungsraum (50) einer MR-Anlage, wobei das System (100) eine Bilderzeugungseinheit zur Erzeugung der Bilddaten, einen ersten HF-Abschirmungsabschnitt (110) und den hornförmigen zweiten HF Abschirmungsabschnitt (120) aufweist, mit den folgenden Schritten: -Bereitstellen des ersten HF-Abschirmungsabschnitts (110), der die Bilderzeugungseinheit mit Ausnahme von zumindest einer Öffnung (111-113) für den Austausch der Bilddaten mit einer Umgebung vollständig umschließt, - Bestimmen einer Tiefe für den hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt (120) derart, dass eine Abschwächung eines HF-Feldes, das von der Bilderzeugungseinheit durch die zumindest eine Öffnung (111-113) austritt, bei der Ausbreitung durch den hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt (120) entlang der Tiefe größer als ein definierter unterer Grenzwert ist, wobei das HF-Feld eine Frequenz aufweist, die sich von einer Resonanzfrequenz der MR-Anlage um höchstens einen definierten Frequenzwert unterscheidet, - Anbringen des hornförmigen zweiten HF Abschirmungsabschnitts (120) mit der bestimmten Tiefe um die zumindest eine Öffnung (111-113) derart, dass die zumindest eine Öffnung in dem hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitt (120) mündet, und dass der hornförmige zweite Abschirmungsabschnitt elektrisch mit dem ersten HF Abschirmungsabschnitt verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der hornförmige zweite HF-Abschirmungsabschnitt (120) bei der zumindest einen ersten Öffnung einen Eintrittsquerschnitt aufweist, der geringer ist als ein Austrittsquerschnitt am gegenüberliegenden Ende des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts (120), wobei der Eintrittsquerschnitt rechteckförmig ausgebildet ist mit einer Breite b, wobei die Tiefe berechnet wird unter der Annahme, dass die Breite viel kleiner ist als die Wellenlänge des HF-Feldes ist, das aus der zumindest einen Öffnung (111-113) in Richtung des hornförmigen zweiten HF-Abschirmungsabschnitts austritt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Tiefe die Abschwächung des HF-Feldes gemäß der folgenden Formel berechnet wird: $A_{[d B]} = 27,33 \cdot \int_{0}^{d} \frac{1}{a (x)} d x = 27,33 \frac{ln (1 + \frac{d}{a_{0}} 2 tan θ)}{2 tan θ}$
wobei A die Abschwächung in dB, d die Tiefe des hornförmigen HF Abschirmungsabschnitts, θ der Öffnungswinkel des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts, a₀ die Breite des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts an der zumindest einen Öffnung a(x) die geometrische Form des hornförmigen HF-Abschirmungsabschnitts in Richtung der Tiefe beschreibt.