DE102020205632A1

DE102020205632A1 - Doppelt abgestimmte Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie-System

Info

Publication number: DE102020205632A1
Application number: DE102020205632.3A
Authority: DE
Inventors: Chang-Hoon Choi; Jörg Felder; Suk Min Hong; Michael Schwerter; Nadim Joni Shah
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2020-05-05
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2021-11-11
Also published as: WO2021223977A1; EP4147064A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, ein Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, eine Empfangsspulenanordnung für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System sowie eine Verwendung einer PIN-Diode. Eine Empfangsspule (1) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System ist zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen (10) abstimmbar. Die Empfangsspule (1) umfasst einen Spulenkörper (2) zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper (2) angeordneten Kapazität (3) sowie eine mit dem Spulenkörper (2) in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1). Die Abstimmschaltung (9) weist eine PIN-Diode (8) und eine Induktivität (7) auf. Die PIN-Diode (8) ist in Serie mit der Induktivität (7) und parallel zu der Kapazität (3) geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, ein Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, eine Empfangsspulenanordnung für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System sowie eine Verwendung einer PIN-Diode.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein nicht-invasives bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von Körperteilen, mit dem hoch aufgelöste Schnittbilder des Körpers für die medizinische Diagnostik erzeugt werden können. Sie beruht auf der resonanten Anregung bestimmter im Körper enthaltener oder dem Körper zugeführter Atomkerne mittels starker Magnetfelder und magnetischer Wechselfelder im Radiofrequenzbereich (Kernspinresonanz), die die Induktion eines elektrischen Signals in einer Empfangsspule bewirkt. Auf diese Weise können hoch aufgelöste Bilder erzeugt werden.
Zur Durchführung der MRT werden Hochfrequenz-Antennen - in der MRT als Spulen bezeichnet - genutzt, die am zu untersuchenden Körper bzw. um diesen herum angeordnet werden. Eine besonders körpernahe Anordnung ist vorteilhaft für hohe Signal-Rausch-Verhältnisse und damit für hochwertige Bilder. Häufig werden zum Anregen der Atomkerne und zum Empfang der Kernspinresonanzsignale separate Sende- und Empfangsspulen genutzt. Die Publikation „A transmit-only/ receive-only (TORO) RF system for high-field MRI/MRS applications“ von Barberi et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt die Anwendung einer Vogelkäfig-Spule (engl. „birdcage“) als Sendespule und einer innerhalb der Vogelkäfig-Spule angeordneten Oberflächenspule als Empfangsspule.
Neben Protonen werden auch andere Atomkerne genutzt, um weitergehende Untersuchungen durchzuführen. Dies wurde vor einiger Zeit aufgrund der gestiegenen magnetischen Flussdichte von MRT-Geräten möglich, da mit diesen Systemen trotz eines geringeren Vorkommens dieser Nichtprotonenkerne und deren geringerer Sensitivität ein vergleichsweise hohes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt werden kann. Es existieren MRT-Geräte, die sowohl die Untersuchung von Protonen als auch von Nichtprotonenkernen ermöglichen. Die Publikation „Whole brain ³¹P MRSI at 7T with a dual-tuned receive array“ von Rowland et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt eine doppelt abgestimmte Empfangsspulenanordnung für ¹H und ³¹P, bei der die doppelte Abstimmung durch einen LC-Sperrkreis mit einer Spule und einem Kondensator erreicht wurde, welcher die Resonanz einer angeschlossenen Magnetresonanz-Spule aufteilt. Die Verwendung herkömmlicher, verlustbehafteter LC-Sperrkreise führt hierbei zu einer Verschlechterung der Spulenqualität bei Protonenkernen und Nichtprotonenkernen, was insbesondere bei Nichtprotonenkernen unerwünscht ist.
Die Publikation „Three-layered radio frequency coil arrangement for sodium MRI of the human brain at 9.4 tesla“ von Shajan et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt das Senden mittels einer Vier-Kanal-Spulenanordnung zwecks Anregung der Atomkerne und den Empfang von Kernspinresonanzsignalen mit einer 29-Kanal-RF-Empfangsspule für das ²³Na-Signal und einer Vier-Kanal-Dipol-Antenne für das ¹H-Signal. Die Publikation „An 8-channel receive array for improved ³¹P MRSI of the whole brain at 3T“ von van Uden et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt die Integration einer entwickelten Acht-Kanal-Empfangsspule für ³¹ P in eine kommerziell erhältliche zweifach abgestimmte Sende- und Empfangsspule für ¹H und ³¹P zur Steigerung der Sensitivität. Die beschriebenen Spulenanordnungen führen allerdings zu einer Beeinträchtigung der ¹H-Performance im Vergleich zu einer Anordnung von einfach abgestimmten Protonen-Mehrkanalempfangsspulen. Auch das Design der erforderlichen, der Empfangsspule zugeordneten Sendespule ist hier kompliziert, da eine große Anzahl an Sperrkreisen notwendig ist, um Kopplung und Interferenz von Nichtprotonenfrequenzen zu vermeiden.
In einigen Anwendungen werden auch kombinierte Sende- und Empfangsspulen genutzt. Die Publikation „Design and construction of a novel ¹H/¹⁹F double-tuned coil system using PIN-diode switches at 9.4 T“ von Choi et al., veröffentlicht im „Journal of Magnetic Resonance“, beschreibt das Schalten doppelt abgestimmter Sende- und Empfangsspulen zwischen zwei Frequenzen. Die Publikation „32-channel 3 tesla receive-only phased-array head coil with soccer-ball element geometry“ von Wiggins et al., veröffentlicht in „Magnetic Resonance in Medicine“, beschreibt dagegen eine Empfangsspule für die Bildgebung des menschlichen Gehirns. Diese ist als helmförmige Spulenanordnung mit 32 Kanälen ausgestaltet, die sich eng an den Kopf anschmiegt und einzelne fünfeckige und sechseckige Spulen aufweist, die in Form eines Fußballs angeordnet sind. In beiden Arbeiten wurden ähnliche Schaltungen verwendet, aber Choi et al. verwendeten sie zur doppelten Abstimmung der Sende- und Empfangsspule, während Wiggins et al. sie zur Verstimmung der ¹H-Empfangsspulenanordnung verwendeten.
Die Patienten sowie die empfindlichen Empfangseinrichtungen inklusive der Empfangsspule selbst werden häufig geschützt, indem die Empfangsspule während des Sendens verstimmt oder entkoppelt wird. Die US 8 013 609 B2 beschreibt ein MRT-System mit einer Sendephase und einer Empfangsphase, das eine Sendespule, eine Empfangsspule und eine Verstimmschaltung zum Verstimmen der Empfangsspule während der Sendephase zum oben genannten Zweck aufweist. Die US 10 120 045 B2 offenbart eine Hochfrequenzspule für ein MRT-System, die für den oben genannten Zweck eine Entkopplungsschaltung mit schnell schaltenden PIN-Dioden zur passiven oder aktiven Entkopplung der Hochfrequenzspule von einer oder mehreren anderen Hochfrequenzspulen umfasst.
US2018/0252783 A1 beschreibt ein Dualfrequenzsystem zum Senden und Empfangen zweier Frequenzen in einem MRT-System. Das Dualfrequenzsystem umfasst eine doppelt abgestimmte Empfängerspule zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen. Auch hier ist eine Entkopplung vorgesehen, und zwar mittels aktiver und passiver Entkopplung. Die Abstimmung auf die jeweilige Frequenz erfolgt mittels einer PIN-Diode und einem Kondensator, die in Serie geschaltet sind, sodass die Resonanzfrequenz auf die Nichtprotonenfrequenz geschoben wird, wenn die PIN-Diode leitet, und die Resonanzfrequenz zurück auf die Protonenfrequenz geschoben wird, wenn die PIN-Diode sperrt. Durch den PIN-Dioden-Widerstand bzw. durch Injektion von Schrotrauschen verschlechtert sich die Qualität der Anordnung beim Leiten der PIN-Dioden, also bei Abstimmung auf die Nichtprotonenfrequenz.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine weiterentwickelte Empfangsspule, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, eine weiterentwickelte Empfangsspulenanordnung, ein weiterentwickeltes Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System sowie eine weiterentwickelte Verwendung einer PIN-Diode zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Empfangsspule gemäß Anspruch 1 sowie das Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule, die Empfangsspulenanordnung, das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System und die Verwendung einer PIN-Diode gemäß den nebengeordneten Ansprüchen. Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Zur Lösung der Aufgabe dient eine Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, welche zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen abstimmbar ist. Diese umfasst einen Spulenkörper zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen sowie eine mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung zur Abstimmung der Empfangsspule. Die Empfangsspule weist eine im oder am Spulenkörper angeordnete Kapazität auf und die Abstimmschaltung weist eine PIN-Diode und eine Induktivität auf. Die PIN-Diode ist in Serie mit der Induktivität und parallel zu der Kapazität geschaltet.
Dies ermöglicht die Abstimmung auf zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen bzw. Larmorfrequenzen, insbesondere zur Untersuchung unterschiedlicher Atomkerne oder zur Untersuchung bei unterschiedlichen magnetischen Flussdichten des statischen Magnetfeldes. Insbesondere erfolgt die Abstimmung zwecks Untersuchung unterschiedlicher Atomkerne. Die Empfangsspule wird auch als doppelt abgestimmte bzw. doppelt abstimmbare Empfangsspule bezeichnet. Die Erfindung ermöglicht die Beibehaltung der Sensitivität für Nichtprotonenkerne, die demnach so gut wie die einer einzeln abgestimmten Spule ist, bei der Entwicklung von doppelt abgestimmten mehrkanaligen Empfangsspulen und Empfangsspulenanordnungen.
Die Empfangsspule ist eine Empfangseinrichtung für ein Magnetresonanztomographie-System und/oder ein Magnetresonanzspektroskopie-System. Sie dient dem Empfang bzw. der Detektion von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere durch Detektion einer in der Empfangsspule induzierten elektrischen Spannung. Die Empfangsspule ist insbesondere eine Hochfrequenzspule. Eine Hochfrequenzspule ist eine Spule, die mit einer Frequenz im Radiowellenbereich bzw. Radiofrequenzbereich, insbesondere im MHz-Bereich, arbeitet, bzw. für einen solchen Bereich ausgelegt ist. Sie kann also ein Hochfrequenzfeld detektieren. Sie ist insbesondere Teil eines RF-Systems (englisch: radio frequency) und wird auch als Radiofrequenz- bzw. RF-Spule bezeichnet.
Der Spulenkörper kann eine Leiterschleife, beispielsweise Drahtschleife, sein. Er wird auch als Hauptspulenblock bezeichnet. Der Spulenkörper kann als Streifenleitung bzw. Mikrostreifenleitung ausgeführt sein. Er kann mittels 3D-Druck hergestellt sein. Auch eine Herstellung durch chemisches Ätzen einer Leiterplatte oder die Verwendung von selbstklebendem Kupfertape ist möglich. Der Spulenkörper kann auch durch ein Siebdruckverfahren hergestellt sein. Er kann flexibel sein, sodass er eingebettet in Textil am Körper getragen werden kann. Ein mehrteiliger Spulenkörper ist ein Spulenkörper, der mehrere Teile aufweist, zwischen denen eine Abstimmeinheit platzierbar ist. Die Teile können Abschnitte einer Leiterbahn bzw. Leiterschleife sein.
Die Resonanzfrequenz eines Resonators wird durch seine Induktivität und Kapazität bestimmt, die beide von der Geometrie und den verwendeten Materialien abhängen. Die Empfangsspule umfasst mindestens eine im oder am Spulenkörper angeordnete Kapazität, wobei jede Kapazität insbesondere wenigstens einen Kondensator umfasst, und ist somit ein Resonator bzw. Schwingkreis. Die Größe des Spulenkörpers beeinflusst die Induktivität und damit auch die Resonanzfrequenz des Resonators. Der Spulenkörper ist zum Empfang von Kernspinresonanzsignalen eingerichtet. Die Empfangsspule ist zum Empfang von Kernspinresonanzsignalen zweier unterschiedlicher Frequenzen eingerichtet. Der Spulenkörper kann auch eine oder mehrere Induktivitäten zur Beeinflussung der Empfangsfrequenz bzw. zur Abstimmung aufweisen. Insbesondere ist der Spulenkörper als Schleifenspule ausgestaltet. Selbstverständlich ist die Abstimmung auf mehr als zwei Frequenzen auch möglich. In diesem Fall kann der Spulenkörper mehrere Paare mit einer PIN-Diode und zumindest einer Induktivität und/oder mehrere Abstimmschaltungen aufweisen.
Eine Abstimmschaltung ist eine Schaltung, die zur Abstimmung der Empfangsspule auf eine bestimmte gewünschte Frequenz, insbesondere eine von mehreren unterschiedlichen Frequenzen, geeignet ist. Dies wird durch die Wirkverbindung mit der Empfangsspule realisiert. Insbesondere ist die Abstimmschaltung zur selektiven Abstimmung der Empfangsspule eingerichtet. Die Abstimmung auf unterschiedliche Frequenzen meint die Eignung der Empfangsspule, Signale dieser Frequenzen zu empfangen bzw. die Optimierung der Empfangsspule auf diese Frequenzen. Somit kann beispielsweise zwischen zwei unterschiedlichen Larmorfrequenzen umgeschaltet bzw. gewechselt werden. Eine reine Verstimmung, wie sie in herkömmlichen Einrichtungen zum Schutz der für den Empfang ausgelegten Bauteile in einer kombinierten Sende- und Empfangsspule möglich ist, ist keine Abstimmung im Sinne der Erfindung.
Die Empfangsspule ist als reine Empfangsspule ausgestaltet, es wird also zur Durchführung einer Magnetresonanztomographie oder -Spektroskopie eine zusätzliche Sendespule benötigt. Eine kombinierte Sende- und Empfangsspule ist keine Empfangsspule im Sinne der Erfindung.
Die Empfangsspule weist somit insbesondere keinen Schalter zum Umschalten zwischen Sende- und Empfangsfunktion, keinen Leistungsteiler zur Teilung der Sendeleistung bzw. zur Anpassung der Sendephasen wie beispielsweise einen Wilkinson-Teiler, keine Sendestromquelle bzw. keinen Leistungsverstärker und/oder keinen Phasenschieber zum Schutz des Vorverstärkers auf. Somit ist die erfindungsgemäße Empfangsspule kostengünstiger und einfacher herstellbar als eine kombinierte Sende- und Empfangsspule mit derselben Anzahl an Kanälen. Selbstverständlich ist es nicht ausgeschlossen, dass ein Leistungsteiler zur Kombination des Empfangssignals mehrerer Vorverstärker genutzt wird, insbesondere in einer Empfangsspulenanordnung mit mehreren Empfangsspulen.
Die Kapazität ist insbesondere zwischen Teilen des Spulenkörpers angeordnet und dient der Beeinflussung einer Resonanzfrequenz des Resonators, also der Beeinflussung der Frequenz bzw. Resonanzfrequenz der Empfangsspule. Die Empfangsspule umfasst somit einen Resonator, der den Spulenkörper und die zwischen den Teilen des Spulenkörpers angeordneten Kapazität umfasst bzw. aus diesen gebildet ist. Die Kapazität ist unabhängig von der Abstimmschaltung vorhanden und beeinflusst somit beide möglichen Frequenzen. Insbesondere umfasst die Kapazität zumindest einen Kondensator.
Die in der Abstimmschaltung angeordnete Induktivität bestimmt das Ausmaß der Frequenzverschiebung beim Abstimmen der Empfangsspule. Mit anderen Worten dient die Induktivität der Frequenzverschiebung.
Eine PIN-Diode weist eine zwischen der positiv dotierten Schicht und der negativ dotierten Schicht befindliche, intrinsisch leitende schwach dotierte oder undotierte Schicht auf. Dadurch ist sie in der Lage, abhängig von der positiven oder negativen Vorspannung, auch als Vorwärts- oder Durchlassstrom und Sperrspannung bezeichnet, zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Betrieb geschaltet zu werden. Dies wird auch als Betrieb in Durchlassrichtung oder Sperrrichtung bezeichnet. Zum Betrieb in Sperrrichtung wird eine Sperrvorspannung angelegt, sodass die PIN-Diode ausgeschaltet ist. Beim Betrieb in Durchlassrichtung fließt ein Vorwärtsstrom, sodass die PIN-Diode eingeschaltet ist. Die PIN-Diode dient somit als elektronischer Schalter, um die Abstimmschaltung selektiv zu aktivieren oder zu deaktivieren und auf diese Weise die Abstimmung zu realisieren. So ist ein schnelles Umschalten der Resonanzfrequenz der Spule möglich.
Auf diese Weise ist die Empfangsspule in Abhängigkeit des Betriebs der PIN-Diode in Sperrrichtung oder Durchlassrichtung durch Frequenzverschiebung auf unterschiedliche Frequenzen abstimmbar. Im leitenden Zustand der PIN-Diode wird mit anderen Worten ein Parallelschwingkreis erzeugt bzw. geschaltet, der die Resonanzfrequenz der Empfangsspule bzw. des Resonators beeinflusst.
Die Abstimmschaltung weist insbesondere kein Paar PIN-Dioden und/oder nur eine einzige PIN-Diode auf. Aufgrund der Ausgestaltung der Spule als reine Empfangsspule sind die Beschränkungen hinsichtlich der Stromstärke bzw. der Leistung, die in kombinierten Sende- und Empfangsspulen gelten, hier nicht einschlägig. Diese treten bei Sendespulen und kombinierten Sende- und Empfangsspulen auf, da PIN-Dioden bauartbedingt nur mit begrenzten Strömen bzw. Leistungen beaufschlagt werden können, insbesondere im Sperrbetrieb, zum Senden aber hohe Ströme bzw. Leistungen benötigt werden. Beim Empfangen hingegen treten nur die Kernspinresonanzsignale in Höhe weniger mW auf. Aus diesem Grund können die erfindungsgemäßen Empfangsspulen weitaus größer dimensioniert werden als herkömmliche Sende- und Empfangsspulen und auf diese Weise zum Untersuchen des menschlichen Körpers genutzt werden, was bisher mit anderen Konzepten auf der Basis von PIN-Dioden bzw. kombinierten Sende- und Empfangsspulen nicht möglich war.
Insbesondere weist die Abstimmschaltung keine weiteren Einrichtungen auf, die das Signal-Rausch-Verhältnis verringern könnten. Insbesondere ist die PIN-Diode beim Sperren abgeschaltet, sodass die Schaltung bei sperrender PIN-Diode insgesamt einer einfach abgestimmten Spule entspricht. Somit treten keine Verluste auf und es wird eine hohe Qualität der Detektion gewährleistet. Der Widerstand der PIN-Diode tritt beim Betrieb in Sperrrichtung nicht auf.
In einer Ausgestaltung umfasst die Empfangsspule mehrere mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltungen zur Abstimmung der Empfangsspule. Auf diese Weise ist die Empfangsspule auf mehr als zwei unterschiedliche Frequenzen abstimmbar. Jede der Abstimmschaltungen kann denselben Aufbau aufweisen, wobei selbstverständlich unterschiedliche Induktivitäten bzw. unterschiedliche Paare aus PIN-Dioden und Induktivitäten nutzbar sind, um das Ausmaß der Frequenzverschiebung der jeweiligen Abstimmschaltung und damit die jeweiligen Frequenzen zu definieren, auf die abgestimmt werden soll, beispielsweise ¹H, ¹³C, ³¹P und/oder weitere.
In einer Ausgestaltung ist die Abstimmschaltung zur Abstimmung der Empfangsspule auf eine Protonenfrequenz und auf eine Nichtprotonenfrequenz eingerichtet.
Eine Protonenfrequenz ist eine zur Detektion der Kernspinresonanzsignale von Protonen bzw. Wasserstoff-Atomkernen (¹H) geeignete Frequenz, insbesondere eine Frequenz, auf welche die Empfangsspule optimiert ist. Eine Nichtprotonenfrequenz ist eine zur Detektion der Kernspinresonanzsignale von anderen Atomkernen als Protonen geeignete, insbesondere optimierte, Frequenz. Als Nichtprotonen beim MRT nutzbare Atomkerne sind beispielsweise ²H, ³He, ⁷Li, ¹³C, ¹⁷O, ¹⁹F, ²³Na, ³¹P, ³⁵Cl, ³⁹K oder ¹²⁹Xe. Diese ermöglichen weitergehende Untersuchungen, die mit einem reinen ¹H-Scan nicht möglich sind, und die beispielsweise zur Ermittlung metabolischer oder zellulärer Informationen dienen. In einer Ausführungsform ist die Empfangsspule auf zumindest zwei nahe beieinanderliegende Frequenzen abstimmbar. Nahe beieinanderliegende Frequenzen können Frequenzen solcher Atomkerne sein, deren gyromagnetische Verhältnisse weniger als 20%, insbesondere weniger als 10% voneinander abweichen und/oder deren gyromagnetische Verhältnisse weniger als 10 MHz/T, insbesondere weniger als 5 MHz/T voneinander abweichen. Auf diese Frequenzen sind herkömmliche Entkopplungs- und/oder Abstimmverfahren, beispielsweise mit LC-Sperrkreisen, häufig nicht gut anwendbar. Derartige Frequenzen lassen sich außerdem erfindungsgemäß besonders effektiv umschalten. Mit einer doppelt abgestimmten Spule mit PIN-Diode kann die Frequenzumschaltung zwischen eng beieinanderliegenden Frequenzen effektiv erreicht werden, während Spulen mit herkömmlichen LC-Fallen bei vergleichbarer Doppelabstimmung deutliche Nachteile zeigen, da die Peaks in diesem Fall zu nahe beieinander liegen, so dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Eng beieinanderliegende Frequenzen können beispielsweise die Frequenzen von ¹H und ¹⁹F oder von ²H, ¹³C und ²³Na sein.
In einer Ausgestaltung ist die Empfangsspule auf die Nichtprotonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode sperrt, und auf die Protonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode leitet.
Mit anderen Worten werden Kernspinresonanzsignale von Protonen detektiert, wenn die PIN-Diode leitet, und Kernspinresonanzsignale von Atomkernen eines von Wasserstoff abweichenden chemischen Elements detektiert, wenn die PIN-Diode sperrt. Im letzteren Fall entspricht die Empfangsspule durch Wegfall bzw. Nichtbenutzung der Abstimmschaltung einer einfach abgestimmten Empfangsspule.
Aufgrund des geringeren Vorkommens der Nichtprotonen im Vergleich zu Protonen ist für die Nichtprotonen ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis bzw. eine hohe Sensitivität besonders wichtig, um eine gute Qualität der erzeugten Bilder zu erhalten. Dies wird hier auf dem hohen Niveau einer auf die Frequenz der Nichtprotonen einfach abgestimmten Empfangsspule erreicht. Zusätzlich ermöglicht die erfindungsgemäße Empfangsspule die Detektion von Protonensignalen. Insbesondere dient die Abstimmschaltung der Erhöhung der Resonanzfrequenz der Empfangsspule.
In einer Ausgestaltung ist die Empfangsspule auf eine Protonenfrequenz und auf die Nichtprotonenfrequenz von ¹⁹F abstimmbar.
Die jeweilige Frequenz ist abhängig von dem genutzten Atomkern. Das gyromagnetische Verhältnis von ¹H beträgt 42,58 MHz/Tesla und das von ¹⁹F beträgt 40,05 MHz/Tesla. Die tatsächlichen Frequenzen ergeben sich in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes, also der magnetischen Flussdichte.
Eine auf ¹⁹F basierende MR-Technik ermöglicht als molekulares Bildgebungsinstrument den direkten Nachweis und die Quantifizierung von extrem spezifischen Zellen, die zuvor markiert werden können. Sie ist für eine Reihe verschiedener Anwendungen einsetzbar, z.B. zur Überwachung einer gezielten Wirkstoffabgabe, zur Verfolgung markierter Zellen bzw. Nanopartikel, zur Messung einer Tumoroxymetrie oder zur Visualisierung von Entzündungen.
In einer Ausgestaltung besteht die PIN-Diode aus nicht-magnetischem Material. Mit anderen Worten umfasst die PIN-Diode keine magnetischen Materialien. Mit nichtmagnetisch ist insbesondere gemeint, dass bei Anlegen eines Magnetfelds keine wesentliche Anziehung oder Abstoßung erfolgt. Insbesondere bestehen auch die mit dem Spulenkörper verbundenen Kondensatoren aus nicht-magnetischem Material. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass die Genauigkeit der Detektion verbessert wird, da keine Wechselwirkungen mit den beim MRT erzeugten Magnetfeldern auftreten.
In einer Ausgestaltung ist die Empfangsspule zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt.
Mit anderen Worten sind die Größe und/oder die Ausgestaltung hinsichtlich der Empfangsleistung derart, dass MRT-Untersuchungen von ganzen menschlichen Körpern oder menschlichen Körperteilen möglich sind. Dies ist im Vergleich zu kleineren Anwendungen für Tiere oder Anwendungen im Labormaßstab mit kombinierten Sende- und Empfangsspulen vergleichbarer Technik nicht möglich, da die nutzbaren Ströme bzw. Leistungen durch den Einsatz von PIN-Dioden limitiert sind.
Insbesondere weist der Spulenkörper eine Größe von mindestens 5 cm, typischerweise mindestens 10 cm, insbesondere mindestens 20 cm, bevorzugt mindestens 35 cm und besonders bevorzugt mindestens 50 cm auf. Die Größe kann beispielsweise der größte Abstand zweier gegenüberliegender Bereiche des Spulenkörpers sein.
In einer Ausführungsform ist die Empfangsspule für die Verwendung mit einer Sendespule mit einer Sendeleistung von wenigstens 2 kW, insbesondere wenigstens 5 kW, beispielsweise wenigstens 10 kW und in einer Ausführungsform wenigstens 20 kW eingerichtet.
In einer Ausführungsform umfasst die Empfangsspule zumindest einen und gegebenenfalls mehrere Vorverstärker zur Verstärkung mittels der Spule detektierter Kernspinresonanzsignale bzw. elektrischer Spannung, insbesondere rauscharme Vorverstärker. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Empfangsspule eine Vorverstärker-Entkopplungsschaltung. Hierdurch wird ein verlustfreier bzw. verlustarmer und ohne Beschädigung des Vorverstärkers oder der Schaltung erfolgender Empfang des Kernspinresonanzsignals ermöglicht.
In einer Ausführungsform weist die Empfangsspule eine Einrichtung zur Impedanzanpassung auf. Diese kann zwischen Teilen des Spulenkörpers angeordnet und/oder mit diesen verbunden sein. In einer Ausführungsform wird beim Anpassen die Kapazität in einer Spule so eingestellt oder beeinflusst, dass eine gewünschte Reaktanz erreicht wird. Die Einrichtung zur Impedanzanpassung weist insbesondere zumindest eine und insbesondere mehrere Kapazitäten auf, beispielsweise Kondensatoren, bzw. besteht aus diesen. Die Einrichtung zur Impedanzanpassung auf jede der unterschiedlichen Frequenzen abstimmbar sein.
Die hier offenbarten Ausführungsformen und Merkmale können auch auf alle weiteren Aspekte der Erfindung angewendet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Abstimmung einer erfindungsgemäßen Empfangsspule, bei dem die PIN-Diode vorgespannt wird, sodass die Empfangsspule mittels der Abstimmschaltung auf eine der beiden Frequenzen abgestimmt wird.
Das Vorspannen erfolgt insbesondere durch Beaufschlagung der Abstimmschaltung, insbesondere einer darin enthaltenen PIN-Diode, mit einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung. Somit wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Strom und/oder der elektrischen Spannung die Abstimmschaltung aktiviert oder deaktiviert, sodass die Resonanzfrequenz der Empfangsspule bzw. des Resonators erhöht oder verringert wird. Insbesondere erfolgt die Aktivierung oder Deaktivierung der Abstimmschaltung mittels einer PIN-Diode. Diese kann je nach Betrieb in Durchlassrichtung oder Sperrrichtung die Abstimmschaltung aktivieren oder deaktivieren. Auf diese Weise kann besonders einfach und schnell zwischen den Frequenzen hin und her geschaltet werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist eine Empfangsspulenanordnung für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, die mehrere erfindungsgemäße Empfangsspulen umfasst.
Die Empfangsspulenanordnung erlaubt die Anordnung einer dem jeweiligen Fall angepassten Anzahl und ggf. Form und/oder Größe von Empfangsspulen, ist mit anderen Worten also eine personalisierte Empfangsspulenanordnung. Eine Empfangsspulenanordnung wird auch als Mehrkanalspule bezeichnet, wobei ein Kanal einer erfindungsgemäßen Spule entspricht. Die Empfangsspulenanordnung umfasst mehrere doppelt abgestimmte bzw. abstimmbare Empfangsspulen. Für kleine zu untersuchende Körper oder Körperteile können dementsprechend weniger und/oder kleinere Empfangsspulen vorgesehen werden, während für größere zu untersuchende Körper oder Körperteile mehr und/oder größere Empfangsspulen vorgesehen werden können.
In einer Ausführungsform sind wenigstens zwei Empfangsspulen, insbesondere benachbarte Empfangsspulen, elektromagnetisch entkoppelt. Die Entkopplung dient der Reduktion der wechselseitigen elektromagnetischen Beeinflussung zwischen den einzelnen Empfangsspulen, die sonst das Rauschen verstärken würde. Eine Entkopplung kann beispielsweise durch Überlappen von Empfangsspulen, gemeinsame Leiterbahnen von Empfangsspulen, kapazitives Entkoppeln und/oder induktives Entkoppeln realisiert sein. Es kann alternativ oder zusätzlich durch hochohmige Ausgestaltung der Empfangsspulen, also mittels hoher Impedanzen, und/oder durch Selbst-Entkopplungs-Ansätze realisiert sein. Die Empfangsspulenanordnung kann zumindest eine Entkopplungseinheit zur elektromagnetischen Entkopplung zumindest zweier insbesondere benachbarter Empfangsspulen aufweisen. Insbesondere weist jedes Paar benachbarter Empfangsspulen eine Entkopplungseinheit auf.
In einer Ausführungsform umfasst die Empfangsspulenanordnung eine Positionierungseinheit zur Positionierung der Empfangsspulen in Bezug zu einander und/oder zu einem zu untersuchenden Körper. Zur Anpassung an die Form und/oder Größe des zu untersuchenden Körpers oder Körperteils kann die Positionierungseinheit an die Form und/oder Größe des zu untersuchenden Körpers oder Körperteils angepasst sein. Die Empfangsspulen können auf diese Weise flexibel mit unterschiedlichen Positionierungseinheiten in unterschiedlichen Anwendungen genutzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Empfangsspulenanordnungen, die für eine bestimmte Größe vorgesehen sind und bei abweichenden Größen unzureichende Resultate erzielen, beispielsweise durch niedrige Signal-Rausch-Verhältnisse und schlechte Performance bei paralleler Bildgebung, können mit der erfindungsgemäßen Empfangsspulenanordnung durch die Anpassung bei jeder Größe gute Ergebnisse erzielt werden. Dies ist insbesondere bei der Nutzung von Nichtprotonenkernen vorteilhaft.
Die Positionierung muss nicht notwendigerweise eine fixe Positionierung sein; beispielsweise kann die Positionierungseinheit als bewegliches bzw. flexibles Teil, beispielswiese Textil, zum Bedecken zumindest eines zu untersuchenden Körperteils ausgestaltet sein. Sie kann beispielsweise als flexibler, am Körper eines Patienten tragbarer Gegenstand wie beispielsweise ein Handschuh oder ein Hemd ausgestattet sein. Die Positionierungseinheit kann als Halteeinrichtung zum Halten der Empfangsspulen ausgestaltet sein. Sie kann zur fixen Positionierung der Empfangsspulen aneinander bzw. in Bezug zu einander ausgestaltet sein. Sie kann ein fester Gegenstand sein, der an einem Körper oder Körperteil angeordnet werden kann bzw. in den ein Teil eines Körpers eingebracht werden kann. Die Positionierungseinheit kann als Befestigungseinheit zur mechanischen Befestigung der Empfangsspulen aneinander ausgestaltet sein. Insbesondere sind die Empfangsspulen nebeneinander angeordnet.
Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System. Dieses umfasst zumindest eine erfindungsgemäße Empfangsspule und/oder zumindest eine erfindungsgemäße Empfangsspulenanordnung. Insbesondere ist das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt.
Die Auslegung zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils meint, dass das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System hinsichtlich seiner Größe und/oder Ausgestaltung, insbesondere umfassend die Größe und/oder Ausgestaltung seiner Sende- und Empfangsspulen, für MRT-Untersuchungen von ganzen menschlichen Körpern und menschlichen Körperteilen geeignet ist und insbesondere für diesen Zweck hergestellt ist.
In einer Ausgestaltung weist das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System weiterhin wenigstens eine Sendespule auf, wobei die Sendeleistung der Sendespule oder Sendespulen wenigstens 2 kW, insbesondere wenigstens 5 kW, bevorzugt wenigstens 10 kW und besonders bevorzugt wenigstens 20 kW beträgt.
Mit anderen Worten ist die Sendeleistung an die Untersuchung menschlicher Körper und/oder Körperteile angepasst. Die Sendespule kann als Teil einer Sendespulenanordnung angeordnet sein. Dementsprechend ist auch die Stromversorgung bzw. Verstärkung vorzusehen.
In einer Ausführungsform ist das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System und/oder die Empfangsspule für eine magnetische Flussdichte zwischen 0,1 Tesla und 25 Tesla eingerichtet, insbesondere zwischen 1 T und 20 T, bevorzugt zwischen 2 Tesla und 12 Tesla, besonders bevorzugt zwischen 3 Tesla und 9 Tesla beispielsweise zwischen 4 Tesla und 8 Tesla.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist die Verwendung einer PIN-Diode zur Abstimmung einer Empfangsspule für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen. Dabei umfasst die Empfangsspule einen Spulenkörper zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper angeordneten Kapazität sowie eine mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung zur Abstimmung der Empfangsspule. Die Abstimmschaltung weist die PIN-Diode und eine Induktivität auf und die PIN-Diode ist in Serie mit der Induktivität und parallel zu der Kapazität geschaltet. Insbesondere wird die PIN-Diode zur selektiven Aktivierung und Deaktivierung der Abstimmschaltung genutzt.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung auch anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Empfangsspule;
2: eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Empfangsspule;
3A und 3B: zwei Diagramme mit Darstellungen der Leistung einer erfindungsgemäßen Empfangsspule in einem ersten Zustand;
4A und 4B: zwei Diagramme mit Darstellungen der Leistung der erfindungsgemäßen Empfangsspule in einem zweiten Zustand;
5A und 5B: zwei Diagramme mit überlagerten Darstellungen der Leistungen der erfindungsgemäßen Empfangsspule im ersten und zweiten Zustand; und
6: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Empfangsspulenanordnung.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Empfangsspulenanordnung 1. Der Spulenkörper 2 ist im Wesentlichen quadratisch geformt und aus fünf Teilen zusammengesetzt, zwischen denen jeweilige Kapazitäten 3 in Form von Kondensatoren angeordnet sind. Spulenkörper 2 und Kapazitäten 3 bilden gemeinsam einen Resonator. Somit ist die Empfangsspule 1 zum Empfang von Kernspinresonanzsignalen eingerichtet. Die Kapazitäten 3 stimmen die Empfangsspule 1 auf eine gewünschte Frequenz.
Die Empfangsspule 1 weist eine Abstimmschaltung 9 zur Abstimmung der Empfangsspule 1 auf, die in Wirkverbindung mit dem Spulenkörper 2 steht und mit derer die Empfangsspule 1 auf 2 unterschiedliche Frequenzen abstimmbar ist. Die Abstimmschaltung 9 umfasst eine Induktivität 7 in Form einer Spule sowie eine mit der Induktivität 7 in Reihe geschaltete PIN-Diode 8, welche durch Vorspannen zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Betrieb geschaltet werden kann, wobei im leitenden Betrieb die Induktivität 7 in Parallelschaltung mit einer Kapazität 3 des Spulenkörpers 2 geschaltet wird, wodurch sich die Resonanzfrequenz der Empfangsspule 1 ändert. Die PIN-Diode 8 enthält keinerlei magnetische Materialien, sodass eine Beeinflussung von Magnetfeldern oder durch Magnetfelder beim MRT ausgeschlossen ist.
Die Empfangsspule 1 umfasst weiterhin eine Interfaceeinheit 16, die auch als Schnittstelleneinheit bezeichnet wird. Diese dient als Schnittstelle zur Umgebung, insbesondere zwecks Übertragung bzw. Weiterleitung der empfangenen und ggf. vorverstärkten Signale. Die Interfaceeinheit kann einen Vorverstärker zur Verstärkung der empfangenen Signale aufweisen. Dieser kann als Breitband-Vorverstärker ausgestaltet sein, insbesondere bei eng beieinanderliegenden Frequenzen, oder mittels zweier Schmalband-Vorverstärker realisiert sein. Die Interfaceeinheit 16 kann einen Balun, eine doppelt abgestimmte Anpassungsschaltung und/oder eine Vorverstärker-Entkopplungseinheit umfassen.
Die Empfangsspule 1 ist derart eingerichtet, dass je nach Vorspannung der PIN-Diode 8 zwischen einer Protonenfrequenz und der Nichtprotonenfrequenz von ³¹P hin und her geschaltet werden kann. Dabei ist die Empfangsspule 1 auf die Nichtprotonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode 8 sperrt, und auf die Protonenfrequenz abgestimmt, wenn die PIN-Diode 8 leitet.
In 2 ist anstelle der Interfaceeinheit 16 eine konkrete Schaltung dargestellt. Die hier gezeigte Empfangsspule 1 umfasst eine Einrichtung zur Impedanzanpassung mit Kondensatoren 4, einen rauscharmen Vorverstärker 6 sowie einen zwischen der Einrichtung zur Impedanzanpassung und dem Vorverstärker 6 angeordneten Balun 5, welcher ebenfalls zur Entkopplung des Vorverstärkers 6 dient. Diese Ausgestaltung mit einem einzigen breitbandigen Vorverstärker 6 ist insbesondere für eng beieinanderliegende Frequenzen geeignet. Im Falle weiter auseinanderliegender Frequenzen können stattdessen für jede der Frequenzen separate schmalbandige Vorverstärker verwendet werden, wobei geringfügige Modifikationen der jeweiligen Schaltungen möglich sind.
In 3 sind in zwei nebeneinander angeordneten Diagrammen die Reaktionen einer erfindungsgemäßen Empfangsspule, insbesondere der Empfangsspule aus 1, dargestellt, wenn die PIN-Diode leitet bzw. eingeschaltet ist. Die gezeigten Daten wurden mittels eines Vektornetzwerkanalysators gemessen. Die sogenannten S21-Messungen wurden mit einer doppelten Aufnahmeschleife durchgeführt. Diese sind ein Maß für das am Anschluss 2 austretende Signal im Verhältnis zum HF-Signalpegel am Anschluss 1. Wie auch in den 4 und 5 ist in den hier gezeigten Diagrammen auf der x-Achse die Frequenz 10 in MHz dargestellt. Mittig auf der x-Achse befindet sich in allen Diagrammen die Frequenz 10, auf welche abgestimmt werden soll. Die insgesamt dargestellte Frequenzspanne beträgt jeweils 100 MHz und jeder vertikale Teilstrich entspricht 10 MHz. Auf den y-Achsen ist jeweils die Leistung 13 in dB, also als Leistungspegel, dargestellt. Eine Differenz von -3 dB bedeutet somit in etwa eine Halbierung der Leistung. Die horizontalen Teilstriche entsprechen dabei jeweils 10 dB.
In der links dargestellten 3A befindet sich mittig auf der x-Achse die Protonenfrequenz 11, die 300 MHz beträgt und der auf ¹H abgestimmten Frequenz bei einer magnetischen Flussdichte von 7 Tesla entspricht. In der rechts dargestellten 3B befindet sich mittig auf der x-Achse die Nichtprotonenfrequenz 12, die 120,5 MHz beträgt und der auf ³¹P abgestimmten Frequenz bei derselben magnetischen Flussdichte von 7 Tesla entspricht. Dies gilt ebenso für die 4A und 4B sowie 5A und 5B.
In 4 ist somit die Reaktion der Empfangsspule gezeigt, die auf 300 MHz, also auf ¹H, abgestimmt ist. In 3A ist ersichtlich, dass bei der Protonenfrequenz 11 von 300 MHz ein Maximum auftritt, welches als erste Leistung bei Protonenfrequenz M1A bezeichnet ist. In 3B zeigt sich, dass bei der Nichtprotonenfrequenz 12 von 120,5 MHz dagegen kein Maximum auftritt. Diese Position ist als erste Leistung bei Nichtprotonenfrequenz M1B bezeichnet. Es wird deutlich, dass die Empfangsspule bei eingeschalteter bzw. leitender PIN-Diode auf die Protonenfrequenz 11 abgestimmt ist, nicht jedoch auf die Nichtprotonenfrequenz 12.
Die 4A und 4B zeigen entsprechende Darstellungen für den Fall, dass die PIN-Diode ausgeschaltet ist bzw. sperrt. In 4A zeigt sich, dass bei der Protonenfrequenz 11 von 300 MHz kein Maximum auftritt. Diese Position ist als zweite Leistung bei Protonenfrequenz M2A bezeichnet. Demnach ist die Empfangsspule bei ausgeschalteter PIN-Diode nicht auf die Protonenfrequenz abgestimmt. Demgegenüber wird in 4B deutlich, dass bei der Nichtprotonenfrequenz 12 von 120,5 MHz ein Maximum auftritt, welches als zweite Leistung bei Nichtprotonenfrequenz M2B bezeichnet ist. Die Empfangsspule ist also in diesem Fall auf die Nichtprotonenfrequenz 12 von ³¹P abgestimmt.
5A zeigt eine Überlagerung der Diagramme aus den 3A und 4A, zeigt also das Verhalten der Protonenfrequenz 11 von 300 MHz im leitenden und nichtleitenden Betrieb der PIN-Diode. Hierbei wird deutlich, dass zwischen den Positionen M1A und M2A eine erste Differenz 14 von mehr als 20 dB erreicht wird, was die effektive selektive Abstimmung auf die Protonenfrequenz 11 von 300 MHz zeigt. Analog dazu ist in 5B eine Überlagerung der Diagramme aus den 3B und 4B dargestellt, sodass das Verhalten der Nichtprotonenfrequenz 11 von 120,5 MHz im leitenden und nichtleitenden Betrieb der PIN-Diode dargestellt ist. Die sich zwischen den Positionen M1B und M2B ergebende zweite Differenz 15 beträgt ebenfalls mehr als 20 dB, was auch im Bereich der Nichtprotonenfrequenz 12 die effektive selektive Abstimmung zeigt. Die in den Positionen M2A und M1B gezeigten „Nicht-Abstimmungen“ werden auch als Verstimmung (engl. „detuning“) bezeichnet. Sie sind in reinen Empfangsspulen erforderlich, um diese während der Sendephase vor erhöhtem Stromfluss zu schützen, der ansonsten zur Beschädigung der Vorverstärker führt, was eine Unterbrechung des MRT-Betriebs mit sich bringt.
Insbesondere muss die erfindungsgemäße Empfangsspule, ausgehend von der Empfangsfrequenz, während des Sendens verstimmt werden. Dies kann erreicht werden, indem die eine Frequenz 10 wie in 5 gezeigt auf die andere umgeschaltet wird und auf diese Weise - beispielhaft - eine Verstimmung von ca. -20 dB erreicht werden kann. Mit anderen Worten wird zum Empfang der Kernspinresonanzsignale von ¹H die Protonenfrequenz benötigt. Während des ¹H-Sendens wird die erfindungsgemäße doppelt abgestimmte Empfangsspule durch Ausschalten der PIN-Diode auf die Nichtprotonenfrequenz, also die ³¹P-Frequenz, abgestimmt. Die Empfangsspule wird somit aus der Perspektive der ¹H-Empfangsspule verstimmt.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Empfangsspulenanordnung 20, die auch als Mehrkanalspule oder englisch „Array“ bezeichnet wird. Diese umfasst sechs gleichartig aufgebaute Empfangsspulen 1, die entsprechend auch als Kanäle bezeichnet werden können. Die Empfangsspulen 1 sind insbesondere so ausgestaltet, wie in 1 dargestellt. Für eine bessere Übersichtlichkeit wurde auf die Bezeichnung der einzelnen Komponenten verzichtet und es wird diesbezüglich auf 1 verwiesen. Die hier gezeigte Empfangsspulenanordnung 20 ist beispielsweise zur flächigen Anordnung auf einem menschlichen Thorax zwecks MRT-Untersuchung desselben geeignet. Die Anzahl von sechs Empfangsspulen ist rein beispielhaft; je nach Anforderungen können ebenso mehr oder weniger Empfangsspulen genutzt werden.
Die Spulenkörper 2 jeweilig benachbarter Empfangsspulen 1 weisen Überlappungsbereiche auf, die zur elektromagnetischen Entkopplung der jeweiligen Empfangsspulen 1 dienen.
Bezugszeichenliste

1: Empfangsspule
2: Spulenkörper
3: Kapazität
4: Kondensator
5: Balun
6: Vorverstärker
7: Induktivität
8: PIN-Diode
9: Abstimmschaltung
10: Frequenz
11: Protonenfrequenz
12: Nichtprotonenfrequenz
13: Leistung
14: Erste Differenz
15: Zweite Differenz
16: Interfaceeinheit
20: Empfangsspulenanordnung
M1A: Erste Leistung bei Protonenfrequenz
M1B: Erste Leistung bei Nichtprotonenfrequenz
M2A: Zweite Leistung bei Protonenfrequenz
M2B: Zweite Leistung bei Nichtprotonenfrequenz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8013609 B2 [0007]
US 10120045 B2 [0007]
US 2018/0252783 A1 [0008]

Claims

Empfangsspule (1) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, welche zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen (10) abstimmbar ist, umfassend einen Spulenkörper (2) zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper (2) angeordneten Kapazität (3) sowie eine mit dem Spulenkörper (2) in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1), wobei die Abstimmschaltung (9) eine PIN-Diode (8) und eine Induktivität (7) aufweist, wobei die PIN-Diode (8) in Serie mit der Induktivität (7) und parallel zu der Kapazität (3) geschaltet ist.
Empfangsspule (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1) auf eine Protonenfrequenz (11) und auf eine Nichtprotonenfrequenz (12) eingerichtet ist.
Empfangsspule (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (1) auf die Nichtprotonenfrequenz (12) abgestimmt ist, wenn die PIN-Diode (8) sperrt, und auf die Protonenfrequenz (11) abgestimmt ist, wenn die PIN-Diode (8) leitet.
Empfangsspule (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (1) auf eine Protonenfrequenz (11) und auf die Nichtprotonenfrequenz (12) von ³¹P abstimmbar ist.
Empfangsspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PIN-Diode (8) aus nicht-magnetischem Material besteht.
Empfangsspule (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (1) zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt ist.
Verfahren zur Abstimmung einer Empfangsspule (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die PIN-Diode (8) vorgespannt wird, sodass die Empfangsspule (1) mittels der Abstimmschaltung (9) auf eine der beiden Frequenzen (10) abgestimmt wird.
Empfangsspulenanordnung (20) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, umfassend mehrere Empfangsspulen (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6.
Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System, umfassend zumindest eine Empfangsspule (1) gemäß einem der Ansprüche 1-6 und/oder zumindest eine Empfangsspulenanordnung (20) gemäß Anspruch 8, wobei das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System insbesondere zur Untersuchung eines menschlichen Körpers oder Körperteils ausgelegt ist.
Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System weiterhin wenigstens eine Sendespule aufweist, wobei die Sendeleistung der Sendespule oder Sendespulen wenigstens 2 kW, insbesondere wenigstens 5 kW, bevorzugt wenigstens 10 kW und besonders bevorzugt wenigstens 20 kW beträgt.
Verwendung einer PIN-Diode (8) zur Abstimmung einer Empfangsspule (1) für ein Magnetresonanztomographie- und/oder -Spektroskopie-System zum Empfang zweier unterschiedlicher Frequenzen (10), wobei die Empfangsspule einen Spulenkörper (2) zur Detektion von Kernspinresonanzsignalen mit einer im oder am Spulenkörper (2) angeordneten Kapazität (3) sowie eine mit dem Spulenkörper (2) in Wirkverbindung stehende Abstimmschaltung (9) zur Abstimmung der Empfangsspule (1) umfasst, wobei die Abstimmschaltung (9) die PIN-Diode (8) und eine Induktivität (7) aufweist und wobei die PIN-Diode (8) in Serie mit der Induktivität (7) und parallel zu der Kapazität (3) geschaltet ist.