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Die Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomograph, mit einer Sendeentstöreinrichtung mit einer Sendeentstörsteuerung, einem Sensor und einer Sendeentstörantenne. Die Sendeentstöreinrichtung ist ausgelegt, mit dem Sensor ein Anregungssignal des Senders zum Anregen von Kernspins aufzunehmen, mit der Sendeentstörsteuerung ein Sendeentstörsignal in Abhängigkeit von dem aufgenommenem Anregungssignal des Senders zu bestimmen und über die Sendeentstörantenne auszusenden.
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Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Untersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Antennen empfangen wird.
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Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjektes bereitgestellt. Zum Empfang des Signals werden vorzugsweise lokale Empfangsantennen, sogenannte Lokalspulen verwendet, die zur Erzielung eines besseren Signal-Rauschabstandes unmittelbar am Untersuchungsobjekt angeordnet werden. Die Empfangsantennen können auch in einer Patientenliege verbaut sein.
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Magnetresonanztomographen erfordern in zweierlei Hinsicht eine Hochfrequenzabschirmung. Zum einen werden zur Anregung der Kernspins Hochfrequenzimpulse mit Leistungen im Kilowattbereich erzeugt, die nur teilweise im Patienten absorbiert werden. Radiowellen, die die Patientendurchführung verlassen, werden in den Raum abgestrahlt und müssen daher zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten abgeschirmt werden.
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Umgekehrt sind die für die Bildgebung zu empfangenden Magnetresonanzsignale extrem schwach. Um hier ein ausreichendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen, ist eine Abschirmung externer Störsignal erforderlich.
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Deshalb werden im Stand der Technik um einen Magnetresonanztomographen aufwändige Schirmkabinen installiert, um sowohl Emissionen als auch Immissionen zu reduzieren.
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Aus der Druckschrift
WO 2019/06867 A2 ist ein Magnetresonanztomograph mit aktiver Störunterdrückung und ein Verfahren zum Betrieb bekannt.
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Bei derartigen Vorrichtungen ist es problematisch, mit unterschiedlichen Störeinflüssen eine stabile Störunterdrückung zu erzielen.
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Es könnte daher eine Aufgabe der Erfindung sein, die Störunterdrückung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen nach Anspruch 1 und durch ein erfindungsgemä-ßes Verfahren zum Betrieb des Magnetresonanztomographen nach Anspruch 7 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist eine Magneteinheit, einen Sender und eine Sendeantenne zum Anregen von Kernspins auf. Üblicherweise ist ein Feldmagnet der Magneteinheit wegen der erzielbaren Feldstärken des statischen Magnetfeldes B0, dass die Resonanzfrequenz bzw. Larmorfrequenz der Kernspins bestimmt, als supraleitender Magnet ausgeführt.
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Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist weiterhin eine Sendeentstöreinrichtung mit einer Sendeentstörsteuerung, einem Sensor und einer Sendeentstörantenne auf. Die Sendeentstöreinrichtung ist dabei ausgelegt, mit dem Sensor ein Anregungssignal des Senders zum Anregen von Kernspins in einem Fernfeld der Sendeantenne aufzunehmen. Als Fernfeld wird dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld angesehen, erzeugt von der Sendeantenne, bei dem H- und E-Feld in Phase sind und das üblicherweise in einem Abstand größer als das einfache, zweifache oder vielfache der Wellenlänge vorherrscht.
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Der Sensor kann beispielsweise eine Antenne sein, beispielsweise eine Leiterschleife, in die durch eine magnetische Komponente eines Anregungssignals eine Spannung induziert. Als Anregungssignal wird dabei jedes hochfrequente magnetische Wechselfeld angesehen, das der Magnetresonanztomograph aussendet, um die Ausrichtung von Kernspins in dem Patienten im Magnetfeld B0 zu beeinflussen. Üblicherweise wird das Anregungssignal in Form von zeitlich begrenzten, meist kurzen Anregungspulsen emittiert. Der Sensor gibt ein Signal über das Anregungssignal an die Sendeentstörsteuerung weiter. Das Signal kann beispielsweise eine Spannung oder ein Strom sein, die proportional zum induzierten Strom sind oder bei einer elektrischen Antenne zur durch das elektrische Feld hervorgerufenen Spannung. Das Signal könnte aber auch schon durch einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert sein. Ein Sensor kann auch dazu ausgelegt sein, eine Polarisation des Feldes festzustellen, beispielsweise für das H-Feld durch zwei orthogonale Antennenschleifen oder für das E-Feld durch zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Dipole.
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Die Sendeentstörsteuerung ist ausgelegt, ein Sendeentstörsignal in Abhängigkeit von dem aufgenommenem Anregungssignal des Senders zu bestimmen und über die Sendeentstörantenne auszusenden, sodass an einem vorbestimmten Ort außerhalb des Magnetresonanztomographen das von dem Sender über die Sendeantenne ausgesendete Anregungssignal abgeschwächt wird. Dies kann erreicht werden, indem beispielsweise über die Sendeentstörantennen durch Phasenverschiebung und Verstärkung/Dämpfung ein Signal bereitgestellt wird, das durch destruktive Interferenz am Ort des Sensors das Anregungssignal schwächt oder auslöscht. Es ist beispielsweise denkbar, in einem Optimierungsverfahren die Parameter Phasenverschiebung und Dämpfung zu variieren, dass die Feldstärke am Sensor minimal wird.
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Auf vorteilhafte Weise führt der erfindungsgemäß im Fernfeld angeordnete Sensor dazu, dass das Störfeld nicht nur am Ort des Sensors selbst reduziert bzw. minimiert wird, sondern auch für eine sich von der Störquelle über diesen Ort hinaus in die Umgebung ausbreitende Welle.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Schritt auf, eine Information über das Anregungssignal zu empfangen. Vorzugsweise betrifft die Information eine Amplitude oder Phase des Anregungssignals. Die Information kann beispielsweise das Signal einer Antennenschleife als Sensor sein.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt die Sendeentstörsteuerung ein Sendeentstörsignals in Abhängigkeit von der Information derart, dass bei einem Aussenden des Sendeentstörsignals über die Sendeentstörantenne eine Feldstärke des Anregungssignals an einem vorbestimmten Ort reduziert wird. Ein beispielhaftes Verfahren ist zum Vorrichtungsanspruch bereits dargelegt.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens sendet die Sendeentstöreinrichtung das Sendeentstörsignals über die Sendeentstörantenne.
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Das erfindungsgemäße Verfahren teilt die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomograph ist der vorbestimmte Ort durch einen regulatorisch vorbestimmten Abstand für eine EMV-Grenzwert vorgegeben. Für diesen Ort ist ein nicht zu überschreitender Grenzwert für den E- und/oder H-Feldbetrag durch regulatorische Vorgaben vorbestimmt. Es kann sich beispielsweise um einen vorbestimmten Abstand von mehr als 5m oder mehr als 10m von der Sendeantenne handeln. Denkbar ist auch die Grenze einer Zugangsbeschränkung zu dem Magnetresonanztomographen wie eine Trennwand, Mauer, Tür oder ähnliches.
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Auf vorteilhafte Weise ist durch den Sensor an der Grenze der Beschränkung sichergestellt, dass außerhalb der Grenze die Grenzwerte zuverlässig eingehalten werden.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgraphen weist die Sendeentstörsteuerung eine Signalverbindung mit dem Sender auf. Die Signalverbindung ist ausgelegt, eine Information über das Anregungssignal zu empfangen. Dies kann beispielsweise eine Hochfrequenzleitung sein, die ein um einen vorbestimmten Faktor gedämpftes Signal des Anregungssignals, beispielsweise um den Faktor 40 dB, 60 dB oder mehr, von der Endstufe des Senders zu der Sendeentstörsteuerung leitet. Denkbar ist auch das unverstärkte Signal vor der Endstufe mit der Hochfrequenzleitung zu der Sendeentstörsteuerung zu leiten. Auch eine digitale oder drahtlose Übertragung sind denkbar. Wesentlich ist, dass die Information bei der Übertragung zu der Sendeentstörsteuerung nicht durch äußere Umstände, wie z.B. den Patienten, unmittelbar bei der Übertragung verändert wird. Die Sendeentstörsteuerung ist ausgelegt, das Sendeentstörsignal in Abhängigkeit von der empfangenen Information zu bestimmen. Beispielsweise kann das Sendeentstörsignal durch Dämpfung/Verstärkung und/oder Phasenverschiebung gewonnen werden.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen gibt die Information über das Anregungssignal eine Amplitude und/oder Phase des Anregungssignals an. Beispielsweise kann die Information das Signal proportional zum Anregungssignal sein, oder ein digital abgetastetes Signal mit einer Abtastfrequenz oberhalb der durch Nyquist definierten Mindestabtastrate. Denkbar ist aber auch bei einem zeitlich konstanten Signal eine Angabe der maximalen Amplitude und Frequenz sowie einer Phase. Auch sind Mischformen möglich wie die Amplitude, Frequenz und Phase einer Trägerwelle sowie ein zu modulierendes Basisbandsignal.
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Auf vorteilhafte Weise kann durch Übertragen der Information zu der Sendeentstörsteuerung diese jeweils das Entstörsignal an das aktuellen Anregungssignal anzupassen.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen ist die Information über das Anregungssignal proportional zu einem von der Sendeantenne erzeugten magnetischen Feld. Mit anderen Worten, die Sendeentstöreinrichtung erhält eine Information über das Anregungssignal, die eine Magnetfeldstärke des von der Sendeantenne ausgesendeten Anregungssignals angibt bzw. proportional zu dieser ist.
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Zwischen einem von dem Sender erzeugten Ausgangssignal und von der Sendeantenne daraus erzeugten magnetischen Feldstärke kann es beispielsweise bei unterschiedlichen Frequenzen oder unterschiedlichen Lasten durch einen Patienten zu erheblichen Unterschieden der magnetischen Feldstärke kommen, die wiederum die Feldstärke der sich in den Raum ausbreitenden Welle unmittelbar beeinflussen. Eine aktive Störunterdrückung lässt sich daher bei genauerer Kenntnis der magnetischen Felderbesser einstellen.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist die Sendeentstöreinrichtung einen Richtkoppler auf. Der Richtkoppler ist an einer Signalverbindung zwischen Sender und Sendeantenne angeordnet, sodass eine Stromstärke eines in Richtung der Sendeantenne fließenden Stroms von dem Richtkoppler als Signal erfasst wird. Vorzugsweise ist der Richtkoppler dabei nahe, d.h. kleiner als 10% einer Wellenlänge der Mittenfrequenz des Anregungssignals auf der Signalverbindung, bei einem Fußpunkt bzw. Speisepunkt der Sendeantenne angeordnet. Denkbar ist es auch, dass zwei Richtkoppler an der Signalverbindung angeordnet sind, die den Stromfluss jeweils des zu der Antenne hinlaufenden und des reflektierten Anregungssignals aufnehmen, sodass eine Differenz daraus gebildet werden kann.
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Mittels des Richtkopplers kann auf vorteilhafte Weise der Stromfluss erfasst werden, der unmittelbar die Felder beeinflusst. Durch eine Anordnung in der Nähe des Fußpunktes können Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung minimiert werden, zwei entgegengerichtete Richtkoppler erlauben es, den reflektierten Strom direkt zu erfassen und zu berücksichtigen.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist die Sendeentstöreinrichtung einen Hochfrequenzverstärker auf, der in unmittelbarer Nähe zu der Sendeentstörantenne angeordnet ist. Als unmittelbar in der Nähe angeordnet wird es dabei angesehen, wenn der Abstand vom Fußpunkt der Sendeentstörantenne kleiner als ein Zehntel der Wellenlänge der Mittenfrequenz des Anregungssignals auf der Signalleitung ist. Vorzugsweise ist dabei der Hochfrequenzverstärker ein Stromquellen-Verstärker.
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Durch die Nähe, insbesondere bei einem Stromquellen-Verstärker, ist sichergestellt, dass das ausgesendete Sendeentstörsignal auch im Wesentlichen dem Signal entspricht, dass dem Hochfrequenzverstärker von der Sendeentstörsteuerung zugeführt wird. Insbesondere werden dadurch Frequenzabhängigkeiten minimiert.
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In einer möglichen Ausführungsform des Magnetresonanztomographen weist die Sendeentstöreinrichtung eine Mehrzahl an Sensoren und/oder Sendeentstörantennen an jeweils unterschiedlichen Orten auf. Beispielsweise können die Sensoren und/oder Sendeentstörantennen die Sendeantenne bzw. den Magnetresonanztomographen in einer Ebene, vorzugsweise horizontal umgeben, in der sich Personen oder andere möglicherweise störbare Vorrichtungen befinden. Denkbar ist aber auch, dass die Anordnung die Sendeantenne nur teilweise umgeben, um Störungen nur in einer bestimmten zu schützenden Richtung zu verhindern, oder auch vollständig in alle Raumrichtungen umschließen, um jegliche Störungen zu unterbinden. Die Sendeentstöreinrichtung ist weiterhin ausgelegt, ein Sendeentstörsignal in Abhängigkeit von den über die Mehrzahl an Sensoren aufgenommenem Anregungssignal des Senders zu bestimmen und über die Sendeentstörantennen auszusenden, sodass an den Orten der Sensoren das von dem Sender über die Sendeantenne ausgesendete Anregungssignal abgeschwächt wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Sendeentstörsteuerung durch ein Optimierungsverfahren die Phasenverschiebungen und Dämpfungen der einzelnen Sendeentstörsignale so bestimmt, dass durch Interferenz die Summe der Energien an den Sensoren minimiert wird.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist das Sendeentstörsignal eine Mehrzahl an Komponenten auf. Beispielsweise kann es sich um Signale handeln, die sich jeweils durch Phase und Amplitude unterscheiden. Die Sendeentstöreinrichtung ist ausgelegt, jeweils eine Komponente über eine der Mehrzahl an Sendeentstörantennen auszusenden. Beispielsweise kann die Sendeenstörvorrichtung eine Mehrzahl an Hochfrequenzverstärkern aufweisen, die die Komponenten verstärken und über Signalleitungen zu einer Mehrzahl an Sendeantennen leiten, über die das Sendeentstörsignal bzw. seine Komponenten abgestrahlt werden.
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Auf vorteilhafte Weise kann so die Sendeenstörvorrichtung eine Reduzierung der Abstrahlung in viele vorbestimmte Richtungen erzielen.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf, einen Testpuls mit dem Sender über die Sendeantenne auszusenden.
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Als Testpuls wird dabei ein zeitlich begrenzter, vorbestimmter Hochfrequenz-Wellenzug mit bekannter Amplitude, Frequenz und Phase angesehen. Vorzugsweise ist die Amplitude dabei deutlich kleiner als bei einem Anregungssignal, beispielsweise um mehr als 20 dB, 40 dB oder 60dB.
In einem weiteren Schritt erfasst der Sensor eine durch den Testpuls am Ort des Sensors hervorgerufene Feldstärke des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes, je nach Sensor beispielsweise E-Feld oder H-Feld.
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In einem weiteren Schritt bestimmt vorzugsweise die Sendeentstörsteuerung eine Übertragungsfunktion zwischen Sendeantenne und Sensor. Als Übertragungsfunktion wird dabei zumindest eine Dämpfung der Amplitude bzw. ein Proportionalitätsfaktor zwischen Amplitude des Testpulses und der davor hervorgerufenen, vom Sensor erfassten Feldstärke und eine Verzögerung bzw. Phasenverschiebung des erfassten Signals zum Testpuls angesehen. Der Schritt des Bestimmens des Sendeentstörsignals erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Übertragungsfunktion. Beispielsweise kann das Sendeentstörsignal durch ein Anwenden der Inversen der bestimmten Übertragungsfunktion sowie einer Inversen einer Übertragungsfunktion zwischen Sensor und Sendeentstörantenne auf ein Anregungssignal bestimmt werden.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Sendeentstöreinrichtung eine Mehrzahl an Sensoren und Sendeentstörantennen auf. Die Sensoren und Sendeentstörantennen umgeben dabei die Sendeantenne in mehreren Richtungen oder vorzugsweise vollumfänglich zumindest in einer Ebene oder in jede Raumrichtung, um die Ausbreitung der Störung in mehrere Richtungen reduzieren zu können. In dem Schritt des Erfassens erfasst dabei die Mehrzahl der Sensoren eine Feldstärke des Testpulses und in dem Schritt des Bestimmens bestimmt die Sendeentstörsteuerung eine Mehrzahl an Übertragungsfunktionen für die Mehrzahl der Sensoren. Wie bereits zu einem einzelnen Sensor angegeben, erfolgt anschließend der Schritt des Bestimmens des Sendeentstörsignals in Abhängigkeit von der Mehrzahl an Übertragungsfunktionen.
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Die ermittelte Übertragungsfunktion vereinfacht und beschleunigt auf vorteilhafte Weise das Bestimmen der Sendeentstörsignale.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verfahren den Schritt des Erfassens einer Feldstärke des Anregungssignals mit dem Sensor auf. Bei dem Schritt des Bestimmens des Sendeentstörsignals minimiert ein Optimierungsalgorithmus die Energie des mit dem Sensor empfangenen Anregungssignals in Abhängigkeit von der erfassten Feldstärke.
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Auf vorteilhafte Weise lässt sich durch ein Optimierungsverfahren die gesamte Störabstrahlung durch das Anregungssignal reduzieren.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Magnetresonanztomographen mit einer erfindungsgemäßen Sendeentstöreinrichtung;
- 2 schematisch eine mögliche Ausführungsform der Sendeentstöreinrichtung im Detail;
- 3 schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Sendeentstöreinrichtung im Detail;
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm für eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Magnetresonanztomographen 1 mit einer erfindungsgemäßen Sendeentstöreinrichtung 70.
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Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. des Patienten 100 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich zeichnet sich durch ein äußerst homogenes statisches Magnetfeld B0 aus, wobei die Homogenität insbesondere die Magnetfeldstärke bzw. den Betrag betrifft. Der Aufnahmebereich ist nahezu kugelförmig und in einem Patiententunnel 16 angeordnet, der sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. Eine Patientenliege 30 ist in dem Patiententunnel 16 von der Verfahreinheit 36 bewegbar. 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 100 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben. Im Folgenden bezeichnet der Begriff Sendeantenne eine Antenne, über die das Hochfrequenzsignal zur Anregung der Kernspins ausgestrahlt wird. Dies kann die Körperspule 14 sein, aber auch eine Lokalspule 50 mit Sendefunktion.
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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 100 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden. Die Anregungssignale können über die Körperspule 14 oder auch über eine lokale Sendeantenne in den Patienten 100 abgestrahlt werden.
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Eine Steuerung 23 kommuniziert über einen Signalbus 25 mit der Gradientensteuerung 21 und der Hochfrequenzeinheit 22.
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Auf dem Patienten 100 ist als eine erste Empfangsspule eine Lokalspule 50 angeordnet, die über eine Anschlussleitung 33 mit der Hochfrequenzeinheit 22 und deren Empfänger verbunden ist. Denkbar ist es aber auch, dass die Körperspule 14 eine erste Empfangsantenne im Sinne der Erfindung ist.
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Der Magnetresonanztomograph 1 weist eine erfindungsgemäße Sendeentstöreinrichtung 70 auf. Diese weist einen Sensor 71 oder vorzugsweise eine Mehrzahl an Sensoren 71 auf, die Ausgelegt sind, ein Hochfrequenzsignal mit der Larmorfrequenz des Magnetresonanztomographen, insbesondere Streustrahlung eines Anregungssignals des Magnetresonanztomographen, zu erfassen und als Signal an die Sendeentstörsteuerung 72 weiterzuleiten. Dies können beispielsweise magnetische oder elektrische Antennen sein oder andere Detektoren für hochfrequente elektrische und/oder magnetische Wechselfelder sein. Der bzw. die Sensoren 71 sind zumindest in einer Raumrichtungen relativ zu der Sendeantenne angeordnet, in die eine Reduzierung der Störstrahlung durch Anregungssignale zu reduzieren ist. Vorzugsweise umschließen die Sensoren 71 zumindest in einer Ebene, beispielsweise der horizontalen, oder vollumfänglich in alle Raumrichtungen, um eine Ausbreitung von Störstrahlung des Magnetresonanztomographen 1 in die Umgebung zu reduzieren. Dabei sind der bzw. die Sensoren 71 in einem Fernfeld der Sendeantenne angeordnet, in dem elektrisches und magnetisches Feld des elektromagnetischen Hochfrequenzwechselfeldes in Phase sind und emittierte elektromagnetische Wellen sich im Raum ausbreiten. Da sich der bzw. die Sensoren 71 im Fernfeld befinden, kann durch den Messwert des Sensors 71 auch jeweils gut auf die Feldstärken von der Sendeantenne aus gesehen hinter dem Sensor geschlossen werden.
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Indem der Sensor in einem Abstand angeordnet ist, der einem für einen Grenzwert vorbestimmten Abstand entspricht, kann mit der erfindungsgemäßen Sendeentstöreinrichtung 70 die Einhaltung dieses Grenzwerts sichergestellt werden.
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Die Sendeentstörantenne 60 ist wiederum vorzugsweise in der Nähe der Sendeantenne im Patiententunnels 16, beispielsweise an, oder bei mehreren Sendeentstörantennen, um die Öffnung herum angeordnet. Die Sendeentstörantenne liegt so auf dem Ausbreitungsweg der elektromagnetischen Welle zwischen der Sendeantenne und dem Sensor 71. Entsprechendes gilt auch für mehrere Sender.
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2 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform der Sendeentstöreinrichtung 70 im Detail.
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In 2 ist nur ein Sensor 60 dargestellt, vorzugsweise weist die Sendeentstöreinrichtung 70 jedoch eine Mehrzahl an Sensoren 60 auf, wie z.B. nachfolgend in 3 angegeben.
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Der Sensor 60 weist zunächst eine Antenne auf, die das elektrisches und/oder magnetische hochfrequente Wechselfeld des von der Sendeantenne ausgesendeten Pulses in einen Strom und/oder Spannung in einem Leiter wandelt. Beispielsweise kann die Antenne eine Induktionsschleife sein. Das so erzeugte elektrische Signal wird üblicherweise durch einen rauscharmen Vorverstärker (LNA) noch in dem Sensor verstärkt, bevor es über eine Signalverbindung zur weiteren Verarbeitung in der Sendeentstöreinrichtung 70 weitergeleitet wird.
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In der 2 ist dabei eine analoge Signalverarbeitung als beispielhafte Ausführungsform dargestellt.
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Grundsätzlich ist es das Konzept, dass ein sich in die Umgebung als elektromagnetische Welle ausbreitendes Anregungssignal durch destruktive Interferenz reduziert wird und so die Emission des Magnetresonanztomographen in die Umgebung unter einem regulativen Grenzwert gehalten wird. Dazu sind verschieden Möglichkeiten denkbar. Zum einen kann der Sensor 71 dabei lediglich als Messgerät für die Stärke der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle dienen. Die Sendeentstöreinrichtung muss dann auf einem anderen Weg, z.B. über eine Signalleitung von der Hochfrequenzeinheit 22 oder der Steuerung 23 eine Information über das Anregungssignal erhalten, die geeignet ist, ein Signal für eine destruktive Interferenz zu erzeugen. Die können zum Beispiel das Signal sein, das in der Hochfrequenzeinheit 22 einer Endstufe zum Erzeugen des Anregungssignals zugeführt wird oder ein gedämpftes Ausgangssignal der Endstufe. Es können aber auch eine digitalisierte Form des Anregungssignals oder Parameter bzw. Signale sein, aus denen das Anregungssignal erzeugt wird und die diesen ausreichend für die Erzeugung eines Differenzsignals definieren.
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Ein skaliertes Anregungssignal wird dann beispielsweise von dem Phasensteller 73 mit einer Phasenverschiebung beaufschlagt und anschließend von dem Hochfrequenzverstärker 74 verstärkt, bevor er über die Sendeentstörantenne 60 abgestrahlt wird. Die Sendeentstörsteuerung 72 stellt dabei die Parameter, hier beispielsweise Phasenverschiebung und Verstärkung, in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors 71 ein. Denkbar ist, dass die Sendeentstörsteuerung 72 in einem Optimierungsverfahren die Energie des Sensorsignals durch Variation von Phase und Verstärkung minimiert.
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Es wäre aber auch denkbar, dass das Signal des Sensors selbst die Information über das Anregungssignal liefert und durch Verstärkung und Phasenverschiebung daraus das Sendeentstörsignal erzeugt wird. Auch hier ist ein Optimierungsverfahren zur Reduzierung der Energie des Sensorsignals denkbar, eine vollständige Auslöschung ist aber kaum denkbar, da dann die Verstärkung des Sensorsignals gegen unendlich gehen müsste und die Schleife instabil wird.
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Die Sendeentstörantenne 60 ist wiederum möglichst in der Nähe der Sendeantenne im Patiententunnels 16, beispielsweise an, oder bei mehreren Sendeentstörantennen 60, um die Öffnung herum angeordnet.
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Eine weitere denkbare Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sendeentstöreinrichtung ist in 3 dargestellt.
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Die Ausführungsform der 3 unterscheidet sich zum einen dadurch, dass mehrere Sensoren 71 und auch mehrere Sendeentstörantennen 60 vorgesehen sind. Diese sind möglichst über unterschiedliche Raumrichtungen in Bezug auf die Sendeantenne, hier die Körperspule 14 verteilt, sodass die Emission in verschiedene Raumrichtungen optimal unterdrückt werden kann. Zur Versorgung dieser Mehrzahl an Sendeentstörantennen 60 mit unterschiedlichen Signalen, wie es zur adaptiven Unterdrückung der Störaussendung in unterschiedliche Richtungen erforderlich ist, weist der steuerbare Hochfrequenzverstärker 74 eine Mehrzahl an unabhängigen Verstärkerkanälen zur Verstärkung der einzelnen Signale auf.
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In der Ausführungsform in 3 weist die Sendeentstörsteuerung 72 eine Signalverarbeitungsresource auf, beispielsweise einen Digitalen Signalprozessor DSP oder ein FPGA. Die Sensoren 71 digitalisieren in dieser beispielhaften Ausführungsform die Signale bereits und reichen diese an die Sendeentstörsteuerung 72 weiter. Wie bereits zu 2 beschrieben, können dabei die Phasenverschiebungen und Dämpfungs-/Verstärkungsfaktoren durch ein Optimierungsverfahren zum Minimieren der von den Sensoren 71 empfangenen Energie des Anregungssignals bestimmt werden. Die Phasenverschiebung und Verstärkung/Dämpfung kann dann durch entsprechende digitale Rechenoperation ausgeführt werden.
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Denkbar ist es aber auch, dass diese Schritte in einer analogen Signalverarbeitung erfolgen, wobei die Mischung beispielsweise durch eine Crossbar-Matrix mit einstellbaren Kopplungen und Phasenverschiebung an Kreuzungspunkten erfolgt.
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4 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Sendeentstöreinrichtung 70 in einem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1.
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In einem Schritt S50 empfängt die Sendeenstöreinrichtung 70 eine Information über das Anregungssignal. Im einfachsten Fall kann dies das Anregungssignal selbst sein oder ein dazu proportionales Signal, beispielsweise um einen Faktor 20 dB, 40 dB, 60 dB oder mehr gedämpft. Bei vorbestimmten Anregungssignalen für bekannte Sequenzen, z.B. einen Sinc-Puls, kann es aber auch hinreichend sein, wenn als Information Skalierungsfaktor, Mittenfrequenz, Phasenbeziehung und/oder Dauer gegeben sind. Denkbar sind z.B. auch das Basisband-Signal des Anregungssignals und die Mischfrequenz.
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In einem Schritt S60 bestimmt die Sendeentstörsteuerung ein Sendeentstörsignal in Abhängigkeit von der Information derart, dass bei einem Aussenden des Sendeentstörsignals über die Sendeentstörantenne eine Feldstärke des Anregungssignals an einem vorbestimmten Ort reduziert wird.
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Denkbar ist beispielsweise eine Berechnung anhand der Maxwellschen Feldgleichung und einer bekannten Geometrie, bei der aus dem bekannten Anregungssignal die Abschwächung und Phasenverschiebung des Anregungssignals beim Sensor ermittelt wird, ebenso eine Abschwächung und Phasenverschiebung. Mittels der Information über das Anregungssignal kann dann ein entsprechendes Sendeentstörsignal mit der inversen Phasenverschiebung und entsprechender Verstärkung bestimmt werden, sodass eine negative Interferenz mit einer Abschwächung größer als 6 dB, 12 dB oder mehr erzielt wird. Anschließend wird in einem Schritt S70 das Sendeentstörsignal über die Sendeentstörantenne 60 ausgesendet.
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Es ist aber auch denkbar, dass anstelle der Berechnung in einem Schritt S10 Aussenden ein Testpuls mit dem Sender über die Sendeantenne ausgesendet wird und anschließend in einem Schritt S20 Erfassen einer durch den Testpuls hervorgerufenen Feldstärke durch den Sensor. Der Sensor kann beispielsweise die elektrische oder die magnetische Komponente erfassen.
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Schließlich wird in einem Schritt S30 mittels der bekannten Eigenschaften des Testpulses und der mittels des Sensors 71 erfassten Eigenschaften eine Übertragungsfunktion zwischen Sendeantenne und Sensor 71 durch die Sendeentstöreinrichtung 70 bestimmt. Denkbar ist beispielsweise ein Autokorrelationsalgorithmus. Vorzugsweise werden zumindest Verzögerung, d.h. die Phasenverschiebung und die Dämpfung ermittelt.
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Schließlich wird in einem Schritt S60 das Sendeentstörsignal in Abhängigkeit von der Übertragungsfunktion ermittelt. Dies kann, wie bereits zur Berechnung dargelegt, mit der durch den Testpuls bestimmten Übertragungsfunktion durch eine entsprechende inverse Phasenverschiebung und Verstärkung, bzw. allgemeiner durch die inverse Übertragungsfunktion erreicht werden.
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Das Bestimmen der Übertragungsfunktion bzw. Übertragungsfunktionen durch einen Testpuls erlaubt es, auch Bedingungen zu erfassen, die der Berechnung nicht zugänglich sind, da beispielsweise die Eigenschaften des Patienten nur teilweise bekannt sind.
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Denkbar ist es auch, dass auf gleiche Weise eine Übertragungsfunktion zwischen einer oder mehreren Sendeentstörantennen 60 und einem oder mehreren Sensoren 71 bestimmt wird. Es sind dann verschiedene Variationen des Verfahrens denkbar. Beispielsweise kann das Sendeentstörsignal unmittelbar aus den Übertragungsfunktionen und er Information über das Anregungssignal bestimmt werden. Dabei ist es möglich, dass die Übertragungsfunktion bzw. Übertragungsfunktionen einmal bei der Installation des Magnetresonanzsystems 1 bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen aber zumindest jeweils vor einer Bilderfassung, um die Veränderung durch den Patienten zu berücksichtigen.
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Es ist auch denkbar, dass zusätzlich die Übertragungsfunktionen bzw. die Parameter der Übertragungsfunktionen wie Dämpfung und Phasenverschiebung durch ein Optimierungsverfahren permanent angepasst werden, bei dem beispielsweise die Energie des von den Sensoren 71 erfassten Signals, resultierend aus Anregungssignal und Sendeentstörsignal, minimiert wird. Damit wird gleichzeitig die auch die Emission des Anregungssignals in der Umgebung des Magnetresonanztomographen minimiert, da die Sensoren vorteilhafter Weise bereits im Fernfeld angeordnet sind und damit ein Maß für die Felder in gro-ßem Abstand angeben.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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