DE102021106088A1 - Kabellose Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz, kabelloses Empfangsverfahren für Magnetresonanzsignale und Magnetresonanzsystem - Google Patents

Kabellose Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz, kabelloses Empfangsverfahren für Magnetresonanzsignale und Magnetresonanzsystem Download PDF

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Abstract

Durch die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung einer kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz, eines kabellosen Empfangsverfahrens für Magnetresonanzsignale und eines Magnetresonanzsystems. Die Vorrichtung umfasst mehrere Sendereinheiten und mehrere Empfängereinheiten, wobei die Anzahl der Empfängereinheiten der Anzahl der Sendereinheiten entspricht oder diese überschreitet, wobei jede der Sendereinheiten umfasst: eine Spulengruppe, eine ADC-Gruppe, zwei Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen und eine IQ-Sendemodulationsvorrichtung, wobei die Spulengruppe mit der ADC-Gruppe verbunden ist, die ADC-Gruppe mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen verbunden ist, die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen mit der IQ-Sendemodulationsvorrichtung verbunden sind und die IQ-Sendemodulationsvorrichtung eine Antenne aufweist. Jede der Spulengruppen umfasst eine oder mehrere Spulen, wobei die maximale Anzahl der in jeder der Spulengruppen umfassten Spulen nach der Modulationsweise und der Bandbreite der MR-Signale, der Erfassungsrate und der Erfassungspräzision festgelegt werden kann.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des MRI (Magnetic Resonance Imaging, Magnetresonanz-Bildgebung), insbesondere eine kabellose Empfängerspulenvorrichtung für MR (Magnetic Resonance, Magnetresonanz), ein kabelloses Empfangsverfahren für Magnetresonanzsignale und ein Magnetresonanzsystem.
  • Stand der Technik
  • Bei dem Lokalspulen-Array für MRI handelt es sich um ein weit verbreitetes Verfahren zur Steigerung der Bildgebungsqualität bei MRI. Normalerweise ist jedes Element des Lokalspulen-Arrays über Kabel mit dem MR-Empfangssystem verbunden. Um Gleichtaktsignale an den Kabeln zu unterdrücken und durch die Entstehung von elektrischem Strom am Patienten hervorgerufene Verbrennungen zu vermeiden, muss jeder Kanal der MR-Empfängervorrichtung mit einer Radiofrequenz-Wellenfalle (RF) versehen sein, wobei die Anordnung der Kabel so vorzusehen ist, dass der Induktionsstrom von Hochfrequenzimpulsen minimal ausfällt. Solche Kabel sind sehr umständlich, was zu erhöhten Wartungskosten, schwieriger Handhabung und unbequemer Verwendung führt.
  • Zur Lösung dieser Probleme wurden in den letzten Jahren Konzeptionen der kabellosen Lokalspulen für Magnetresonanz entwickelt, wobei hauptsächlich vorhanden sind:
    1. 1. Induktionskopplungsspulen, 2. Kabellose Spulen mit Analogamplitudenmodulation, 3. Kabellose Spulen mit Analogfrequenzmodulation, 4. Digitale kabellose Spulen mit Nutzung eines Frequenzabschnitts von 5.8GHz ISM (Industrial Scientific Medical, Industrie-Wissenschaft-Medizin), 5. Digitale kabellose Spulen mit Nutzung von Wi-Fi (Wireless Fidelity, kabellose Wiedergabetreue)-Standard 802.11ac, 802.11ad, 6. Digitale kabellose Spulen eines Frequenzabschnitts von 60GHz, 7. Digitale kabellose Spulen mit Nutzung des UWB (Ultra Wide Band, Hochfrequenzband)-Frequenzabschnitts.
  • Digitale kabellose Spulen weisen die Fähigkeit der Signalübertragung ohne Verlust der Bildqualität auf. Normalerweise sind für eine MRI-Spule mit einem Kanal eine Bandbreite von ungefähr +/- 0.4MHz und ein dynamischer Bereich von 18 bit erforderlich, was eine theoretische Beschränkung der Datengeschwindigkeit von ungefähr 30Mbit/s bedeutet. Bei Systemen mit 32-Kanal-Empfängervorrichtungen übersteigt die Datenübertragungsgeschwindigkeit 1Gbit/s bei weitem.
  • Die Konzeption nach dem Stand der Technik bei kabellosen Lokalspulen für Magnetresonanz weist die folgenden Mängel auf
    1. 1. Bei den kabellosen Induktionskopplungsspulen für Magnetresonanz nach dem Stand der Technik handelt es sich sämtlich um Einzelspulen, wobei die durch solche Spulen induzierte Menge an Magnetresonanz-Signalen relativ gering ist.
    2. 2. Bei der Verwendung von digitalen kabellosen Spulen eines Frequenzabschnitts von 5.8GHz ISM ist die verwendete Modulationsweise QAM (Quadrature Amplitude Modulation, Quadraturamplitudenmodulation) 256. Weil der Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM lediglich eine Bandbreite von 150MHz für die Datenübertragung zur Verfügung stellt, beträgt die maximale unterstützte Erfassungsrate 150MSPS, wobei im Falle der Verwendung von QAM256 die maximale theoretische Datengeschwindigkeit 8 x 150Mbits/s = 1.2Gbit/s beträgt und es erforderlich ist, am Senderende FPGA (Field-Programmable Gate Array, im Feld programmierbare Gatter-Anordnung) und am DAC (Digital to Analog Converter, Digital-Analog-Wandler) eine Signalverarbeitung vorzunehmen, was die Realisierung umständlich gestaltet und die Anwendung der kabellosen Spulen unattraktiv erscheinen lässt.
    3. 3. Bei der Verwendung von gegenwärtig vorhandenen Standard-Wi-Fi-Produkten ist es erforderlich, dass das Betriebssystem in Echtzeit das Wi-Fi-Standardprotokoll zur Kontrolle ausführt, was die Anforderungen bezüglich der Computerkapazität erheblich steigert und daher hohe Leistung und hohe Abschirmung verlangt.
    4. 4. Bei der Nutzung eines Frequenzabschnitts von 60GHz ist die Verwendung einer Bandbreite von über 1GHz gestattet und eine Datenübertragung von über 1Gbit/s möglich. Im Falle von Millimeter-Wellenfrequenzen sind die Anforderungen an durch Bekleidung oder den Patientenkörper hervorgerufene Signalabschwächungen oder Signaladsorptionen sehr viel höher. Gegenwärtig erfolgt die Verwendung von Hornstrahlern zur Verstärkung der Gerichtetheit der Wellenverbreitung, wobei allerdings nach wie vor erhebliche Beschränkungen der Übertragungsdistanz bestehen.
    5. 5. Durch die Nutzung des UWB-Frequenzbereichs kann die Datenübertragung zwischen der Spule und dem Magnetresonanzbildgebungssystem realisiert werden. Um mit der beschränkten Übertragungsleistungsdichte (-41.3 dBm/MHz) Daten von mehreren Gbit/s übertragen zu können, ist die Nutzung eines großen Teils des UWB-Frequenzbereichs von 3.1-10.6 GHz erforderlich. Am wahrscheinlichsten ist es, dass unterschiedliche Spulen unterschiedlichen Ubertragungsfrequenzen zugeordnet werden, was sich ungünstig auf Konzeption und Herstellung der Spulen auswirkt und die Komplexität des Systems erhöht. Gemäß den Überwachungsanforderungen unterliegt die Gesamtleistung bei UWB äußerst strengen Beschränkungen, was die Realisierung kabelloser Spulen schwierig gestaltet. Inhalt der Erfindung
  • Zur Lösung der genannten Probleme erfolgt durch die vorliegende Erfindung die Bereitstellung einer kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR, um die Menge der pro Einheit Frequenzband übertragenen MR-Signale zu erhöhen.
  • Durch die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines kabellosen Empfangsverfahrens für MR-Signale, um die Komplexität bei der Realisierung des Empfangs von MR-Signalen zu verringern.
  • Durch die vorliegende Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines MR-Systems, um die Komplexität bei der Realisierung des Empfangs von MR-Signalen zu verringern.
  • Die technische Konzeption der vorliegenden Erfindung wird wie folgt realisiert: Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR, welche in einem Magnetresonanz-System befindlich ist, wobei die betreffende Vorrichtung umfasst:
    • mehrere Sendereinheiten und mehrere Empfängereinheiten, wobei die Anzahl der vorstehend bezeichneten Empfängereinheiten der Anzahl der vorstehend bezeichneten Sendereinheiten entspricht oder diese überschreitet;
    • wobei jede der Sendereinheiten umfasst: eine Spulengruppe, eine Analog-Digital-Wandler(ADC)-Gruppe, zwei Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen und eine IQ-Sendemodulationsvorrichtung, wobei die Spulengruppe mit der ADC-Gruppe verbunden ist, die ADC-Gruppe mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen verbunden ist, die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen mit der IQ-Sendemodulationsvorrichtung verbunden sind und die IQ-Sendemodulationsvorrichtung eine Antenne aufweist;
    • wobei jede der Spulengruppen eine oder mehrere Spulen umfasst, wobei die maximale Anzahl der in jeder der Spulengruppen umfassten Spulen nach der Modulationsweise und der Bandbreite der MR-Signale, der Erfassungsrate und der Erfassungspräzision festgelegt werden kann.
  • Die Anzahl der in jeder der ADC-Gruppen umfassten ADC entspricht der Anzahl der in jeder der Spulengruppen umfassten Spulen oder unterschreitet diese, wobei die Spulengruppe in jeder der Sendereinheiten MR-Signale empfängt und die vorstehend bezeichneten MR-Signale an die verbundene ADC-Gruppe ausgibt,
    wobei die ADC-Gruppe die eingegebenen MR-Signale nach der erfolgten Umwandlung von analogen Signalen in digitale Signale auf zwei Wegen jeweils an die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen ausgibt,
    wobei die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen die Tiefpasswellenfilterung der eingegebenen digitalen Signale vornehmen, wobei das Frequenzband der Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt unterstützten Frequenzbandbreite begrenzt wird, wobei die nach der Tiefpasswellenfilterung erhaltenen Signale zweier Wege jeweils als Signale I, Q an die IQ-Sendemodulationsvorrichtung ausgegeben werden, wobei die IQ-Sendemodulationsvorrichtung unter Verwendung von Quadraturamplitudenmodulation QAM die eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts moduliert und die Signale nach erfolgter Modulierung über eine Antenne versendet werden.
  • Jede der Empfängereinheiten nimmt nach dem Empfang der von den jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung gesendeten Signale unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vor, wobei die Basisbandsignale I, Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen umgewandelt werden, wobei die nach der erfolgten Umwandlung erhaltenen digitalen Signale an eine Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung ausgegeben werden,
    oder nach dem Empfang der von den jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtungen gesendeten Signale erfolgt eine Verringerung der Frequenz der Signale, um anschließend die Signale von analogen Signalen in digitale Signale mittlerer Frequenz eines Weges umzuwandeln, wobei aus den digitalen Signalen mittlerer Frequenz die Demodulation der Basisbandsignale I, Q sowie die Ausgabe der Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung erfolgt.
  • Die Spulengruppe jeder der Sendereinheiten ist über eine Verstärkungsvorrichtungsgruppe mit der ADC-Gruppe verbunden,
    wobei die Spulengruppe in jeder der Sendereinheiten MR-Signale empfängt und die MR-Signale zunächst an die verbundene Verstärkungsvorrichtungsgruppe ausgibt, wobei die MR-Signale nach der durch die Verstärkungsvorrichtungsgruppe erfolgten Verstärkung der MR-Signale an die ADC-Gruppe ausgegeben werden.
  • Die vorstehend bezeichnete Spule ist seriell mit einem Fehlabstimmungskontrollstromkreis und einem Abstimmungsstromkreis verbunden,
    wobei zwischen der Spulengruppe der vorstehend bezeichneten Sendereinheit und der Verstärkungsvorrichtungsgruppe eine Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe und eine Frequenzmischvorrichtungsgruppe verbunden vorgesehen sind,
    wobei der Abstimmungsstromkreis jeder der Spulen in der vorstehend bezeichneten Spulengruppe jeweils mit einer Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtung in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe verbunden ist, wobei jede der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungen in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe jeweils mit einer Frequenzmischvorrichtung in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe verbunden ist, wobei jede der Frequenzmischvorrichtungen in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe jeweils mit einer Verstärkungsvorrichtung in der Verstärkungsvorrichtungsgruppe verbunden ist,
    wobei die vorstehend bezeichnete Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe die Niedriggeräusch-Verstärkungsverarbeitung der von der Spulengruppe ausgegebenen MR-Signale vornimmt, wobei anschließend die MR-Signale mit erfolgter Verstärkungsverarbeitung an die Frequenzmischvorrichtungsgruppe ausgegeben werden,
    wobei die Frequenzmischvorrichtungsgruppe die Frequenzmischverarbeitung der von der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe ausgegebenen MR-Signale vornimmt, wobei anschließend die MR-Signale auf eine andere voreingestellte Frequenz verlagert werden und die MR-Signale nach erfolgter Frequenzmischverarbeitung an die Verstärkungsvorrichtungsgruppe ausgegeben werden.
  • Der vorstehend bezeichnete Abstimmungsstromkreis ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der entsprechenden Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtung aus der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe in der betreffenden Sendereinheit verbunden,
    wobei die vorstehend bezeichnete Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der Frequenzmischvorrichtungsgruppe in der betreffenden Sendereinheit verbunden ist,
    wobei die vorstehend bezeichnete Frequenzmischvorrichtungsgruppe über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der Verstärkungsvorrichtungsgruppe in der betreffenden Sendereinheit verbunden ist.
  • Die vorstehend bezeichnete Sendereinheit umfasst weiter:
    • eine Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung, wobei die vorstehend bezeichnete Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung zwischen der ADC-Gruppe und den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen verbunden vorgesehen ist, oder innerhalb der ADC-Gruppe vorgesehen ist,
    • wobei die Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung dazu vorgesehen ist, die von der ADC-Gruppe nach erfolgter AD-Umwandlung erhaltenen digitalen Signale der Wellenfilterung und Frequenzmischung zu unterziehen, die Frequenz der digitalen Signale auf die voreingestellte niedrige Frequenz zu verlagern und anschließend die Erfassungsrate der digitalen Signale zu verringern, wobei danach mittels Faltungscode die Vorwärtsfehlerkorrekturverarbeitung der digitalen Signale vorgenommen wird und die digitalen Signale mit erfolgter Vorwärtskorrekturverarbeitung auf zwei Wegen jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen ausgegeben werden.
  • Die vorstehend bezeichnete IQ-Sendemodulationsvorrichtung moduliert die mittlere Frequenz der eingegebenen Signale unter Verwendung von QAM 16 oder QAM 64 oder QAM 256 auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts,
    wobei die vorstehend bezeichnete Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung über zwei DAC mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen verbunden ist, wobei die vorstehend bezeichneten beiden DAC der Umwandlung der von der Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung jeweils auf zwei Wegen ausgegebenen digitalen Signale in analoge Signale dienen, welche anschließend an die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen ausgegeben werden.
  • Die Spule in jeder der Sendereinheiten ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der ADC-Gruppe in der betreffenden Sendereinheit verbunden,
    wobei die ADC-Gruppe in jeder der Sendereinheiten über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen in der betreffenden Sendereinheit verbunden ist,
    wobei die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen in jeder der Sendereinheiten über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der IQ-Sendemodulationsvorrichtung in der betreffenden Sendereinheit verbunden sind.
  • Jede der Empfängereinheiten umfasst: eine Empfangsdemodulationsvorrichtung und zwei ADC, wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung mit den beiden ADC verbunden ist und die Empfangsdemodulationsvorrichtung eine Antenne aufweist,
    wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung gesendeten Signale von der Antenne unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei nach der erfolgten Tiefpasswellenfilterung der Basisband-Signale I, Q die Basisbandsignale I, Q jeweils an die beiden verbundenen ADC ausgegeben werden, wobei die beiden ADC die eingegebenen Basisbandsignale I oder Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen umwandeln und wobei die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung ausgegeben werden,
    oder jede der Empfängereinheiten umfasst: eine Empfangsdemodulationsvorrichtung, zwei Tiefpasswellenfiltervorrichtungen und zwei ADC, wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung mit den beiden Tiefpasswellenfiltervorrichtungen verbunden ist, wobei jede der Tiefpasswellenfiltervorrichtungen jeweils mit einer ADC verbunden ist und wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung eine Antenne aufweist,
    wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung gesendeten Signale von der Antenne unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei die Basisbandsignale I, Q jeweils an die Tiefpasswellenfiltervorrichtungen zur Tiefpasswellenfilterung ausgegeben werden, wobei die beiden Tiefpasswellenfiltervorrichtungen die Basisbandsignale I, Q mit erfolgter Tiefpasswellenfilterung an die jeweils verbundenen ADC ausgeben, wobei die beiden ADC die eingegebenen Basisbandsignale I oder Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen umwandeln und wobei die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung ausgegeben werden.
  • Die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden ADC in der betreffenden Empfängereinheit verbunden,
    oder die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen in der betreffenden Empfängereinheit verbunden, wobei jede der Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen jeweils über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit einem ADC verbunden ist.
  • Jede der Empfängereinheiten umfasst: eine Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung, einen ADC und eine IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung, wobei die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung mit dem ADC verbunden ist, der ADC mit der IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung verbunden ist und die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung eine Antenne aufweist,
    wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung gesendeten Signale von der Antenne eine Verringerung der Frequenz der Signale auf eine von dem ADC akzeptierte Frequenz vornimmt und die Signale mit erfolgter Frequenzverringerung an den ADC ausgibt, wobei der ADC die eingegebenen Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges umwandelt, wobei die digitalen Signale mittlerer Frequenz an die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung ausgegeben werden, wobei die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation aus eingegebenen digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges die Demodulation der Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei die Ausgabe der digitalen Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung erfolgt.
  • Die vorstehend bezeichnete Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit dem ADC in der betreffenden Empfängereinheit verbunden, wobei der vorstehende bezeichnete ADC über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung in der betreffenden Empfängereinheit verbunden ist.
  • Verfahren zum Empfang von MR-Signalen, bei welchem die beschriebene Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR verwendet wird, wobei das betreffende Verfahren umfasst:
    • Die Spulengruppe in der Sendereinheit empfängt MR-Signale und gibt die vorstehend bezeichneten MR-Signale an die verbundene ADC-Gruppe aus,
    • wobei die vorstehend bezeichnete ADC-Gruppe die eingegebenen MR-Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen umwandelt und diese anschließend auf zwei Wegen jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen ausgibt,
    • wobei die vorstehend bezeichneten beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen jeweils die Tiefpasswellenfilterung der eingegebenen digitalen Signale vornehmen, wobei das Frequenzband der digitalen Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt unterstützten Frequenzbandbreite begrenzt wird, wobei die nach der Tiefpasswellenfilterung erhaltenen Signale jeweils als Signale I, Q an die IQ-Sendemodulationsvorrichtung ausgegeben werden, wobei die IQ-Sendemodulationsvorrichtung unter Verwendung von Quadraturamplitudenmodulation QAM die eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts moduliert und die Signale nach erfolgter Modulierung über eine Antenne versendet werden.
  • Nach dem Empfang der durch die jeweilige IQ-Sendemodulationsvorrichtung gesendeten Signale von der Empfängereinheit wird unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vorgenommen, wobei nach der Tiefpasswellenfilterung der Basisbandsignale I, Q die Basisbandsignale I, Q mit erfolgter Tiefpasswellenfilterung von analogen Signalen zu digitalen Signalen umgewandelt werden, wobei die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung ausgegeben werden,
    oder nach dem Empfang der von den jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtungen gesendeten Signale erfolgt eine Verringerung der Frequenz der Signale, um anschließend die Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges umzuwandeln, wobei aus den digitalen Signalen mittlerer Frequenz die Demodulation der Basisbandsignale I, Q sowie die Ausgabe der Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung erfolgt.
  • Die vorstehend bezeichnete Modulation der eingegebenen Signale I, Q unter Verwendung von QAM auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts durch die IQ-Sendemodulationsvorrichtung umfasst:
    • Die IQ-Sendemodulationsvorrichtung nimmt unter Verwendung von Quadratur-Phasenumtastung QPSK oder Versatz-Quadraturphasenumtastung OQPSK die Modulierung der eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts vor.
  • Nach der Umwandlung der eingegebenen MR-Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen durch die ADC-Gruppe ist weiter umfasst:
    • die digitalen Signale werden der Wellenfilterung und Frequenzmischung unterzogen,
    • wobei die Frequenz der digitalen Signale auf die voreingestellte niedrige Frequenz verlagert wird, um anschließend die Erfassungsrate zu verringern, wobei danach mittels Faltungscode die Vorwärtsfehlerkorrekturverarbeitung der digitalen Signale vorgenommen wird und die der Vorwärtskorrekturverarbeitung unterzogenen digitalen Daten auf zwei Wegen jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen ausgegeben werden,
    • wobei die Modulation der eingegebenen Signale auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts durch die vorstehend bezeichnete IQ-Sendemodulationsvorrichtung unter Verwendung von Quadratamplitudenmodulation QAM umfasst:
      • die vorstehend bezeichnete IQ-Sendemodulationsvorrichtung moduliert die eingegebenen Signale unter Verwendung von QAM 16 oder QAM 64 oder QAM 256 auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts.
  • Die vorstehend bezeichnete Begrenzung des Frequenzbandes der Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt unterstützten Frequenzbandbreite umfasst:
    • das Frequenzband der digitalen Signale ist innerhalb der durch den Frequenzabschnitt ISM Industrie-Wissenschaft-Medizin unterstützten Frequenzbandbreite begrenzt, wobei die Modulation der eingegebenen Signale I, Q durch die IQ-Sendemodulationsvorrichtung unter Verwendung von QAM auf eine Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts umfasst:
      • die IQ-Sendemodulationsvorrichtung moduliert die eingegebenen Signale I, Q unter Verwendung von QAM auf eine Frequenz von 5.8GHZ des Frequenzabschnitts ISM.
  • MR-System, wobei das betreffende System die beschriebene Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR umfasst.
  • Bei der vorliegenden Erfindung sind mehrere Sendereinheiten und mehrere Empfängereinheiten vorgesehen, wobei jede der Sendereinheiten eine Spulengruppe mit einer Spule oder mehreren Spulen umfasst, wobei mehrere Sendereinheiten gleichzeitig von unterschiedlichen Spulen kommende MR-Signale empfangen und wobei nach erfolgter Signalverarbeitung die Modulation auf die Trägerwellenfrequenz gleicher digitaler Signale erfolgt, um dann die Versendung vorzunehmen und anschließend über mehrere Empfängereinheiten gleichzeitig den Empfang der MR-Signale vorzunehmen, was die Menge der pro Einheit Frequenzband übertragenen Magnetresonanz-Signale erhöht.
  • Erläuterung der Abbildungen
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion der Empfängereinheit in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach einem praktischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion der Empfängereinheit in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach einem anderen praktischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung des Ablaufschemas des Sendeverarbeitungsverfahrens durch die Sendereinheit in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR aus im Verlauf des kabellosen Empfangs der MR-Signale nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung des Ablaufschemas des Empfangsverarbeitungsverfahrens durch die Empfängereinheit in der Empfängerspulenvorrichtung für MR aus im Verlauf des Empfangs der MR-Signale nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung des Ablaufschemas des Empfangsverarbeitungsverfahrens durch die Empfängereinheit in der Empfängerspulenvorrichtung für MR aus im Verlauf des kabellosen Empfangs der MR-Signale nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion der Sendereinheit in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach einem anderen praktischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion des Simulationssystems 6*6 in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion des Simulationssystems 6*12 in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der für unterschiedliche Modulationslösungen bei kabellosen Spulen für Magnetresonanz erforderlichen Bit- Kapazitäten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR
    11
    Sendereinheit
    111
    Spulngruppe
    1111
    Spule
    11111
    Fehlabstimmungskontrollstromkreis
    1112
    Abstimmungsstromkreis
    112
    Verstärkungsvorrichtungsgruppe
    113
    ADC-Gruppe in der Sendereinheit
    114
    Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtung
    115
    IQ-Sendemodulationsvorrichtung
    1151
    Antenne der IQ-Sendemodulationsvorrichtung
    116
    Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe
    117
    Frequenzmisch vorrichtungsgruppe
    118
    Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung
    12
    Emfänereinheit
    1211
    Empfangsdemodulationsvorrichtung
    12111
    Antenne der Empfangsdemodulationsvorrichtung
    1212
    ADC in der Empfängereinheit nach einem praktischen Ausführungsbeispiel
    1221
    Frequenzmischvorrichtung
    1222
    ADC in der Empfängereinheit nach einem anderen praktischen Ausführungsbeispiel
    1223
    IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung
    13
    Signalverarbeitungsvorrichtung
    401-405
    Schritte
    501-502
    Schritte
    601-603
    Schritte
  • Praktische Ausführungsbeispiele
  • Zur weiteren Verdeutlichung von Zweck, technischer Konzeption und Vorteilen der vorliegenden Erfindung erfolgt nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen und praktischen Ausführungsbeispielen eine noch detailliertere Beschreibung der technischen Konzeption der vorliegenden Erfindung.
  • Im Text der vorliegenden Beschreibung wie auch der beigefügten Ansprüche umfassen die Formulierungen in der Einzahl „ein“ oder „vorstehend bezeichnet“ ebenso die Mehrzahl, sofern im Text kein anderslautender Hinweis erfolgt.
  • Zur Überwindung der Mängel bei kabellosen Lokalspulen für MR nach dem Stand der Technik stellt die vorliegende Erfindung die folgende Konzeption bereit:
    • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung 10 für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die betreffende Vorrichtung ist in einem MR-System vorgesehen, wobei die betreffende Vorrichtung 10 umfasst: mehrere Sendereinheiten 11 und mehrere Empfängereinheiten 12, wobei die Anzahl der Empfängereinheiten 12 der Anzahl der Sendereinheiten 11 entspricht oder diese überschreitet,
    • wobei jede der Sendereinheiten 11 umfasst: eine Spulengruppe 111, eine Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112, eine ADC-Gruppe 113, zwei Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 und eine IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115.
  • 1) Die Spulengruppe 111 ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 verbunden,
    wobei im Falle eines relativ großen Abstands zwischen der Spulengruppe 111 und der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112, beispielsweise über 2cm (Zentimeter), ein Koaxialkabel für die Verbindung vorgesehen ist, während anderenfalls ein Leitungskabel vorgesehen wird, beispielsweise in Form einer Kupferkabelverbindung.
  • Die Spulengruppe 111 jeder der Sendereinheiten 11 umfasst eine oder mehrere Spulen 1111, wobei die maximale Anzahl der in jeder der Spulengruppen 111 umfassten Spulen 1111 nach der Modulationsweise und der Bandbreite der MR-Signale, der Erfassungsrate und der Erfassungspräzision festgelegt werden kann.
  • Die nutzbare Bandbreite beträgt beispielsweise die Bandbreite des Frequenzabschnitts 5.8GHz ISM.
  • Die Anzahl der in jeder der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 umfassten Verstärkungsvorrichtungen entspricht der Anzahl der in jeder der Spulengruppe 111 umfassten Spulen 1111.
  • 2) Die Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der ADC-Gruppe 113 verbunden,
    wobei im Falle eines relativ großen Abstands zwischen der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 und der ADC-Gruppe 113, beispielsweise über 2cm, ein Koaxialkabel für die Verbindung vorgesehen wird, während anderenfalls ein Leitungskabel vorgesehen wird, beispielsweise in Form einer Kupferkabelverbindung.
  • Die Anzahl der in jeder der ADC-Gruppen 113 umfassten ADC entspricht der Anzahl der in jeder der Verstärkungsvorrichtungsgruppen 112 umfassten Verstärkungsvorrichtungen.
  • 3) Die ADC-Gruppe 113 ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 verbunden,
    wobei im Falle eines relativ großen Abstands zwischen der ADC-Gruppe 113 und den Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114, beispielsweise über 2cm, ein Koaxialkabel für die Verbindung vorgesehen wird, während anderenfalls ein Leitungskabel vorgesehen wird, beispielsweise in Form einer Kupferkabelverbindung.
  • 4) Die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 sind über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 verbunden und die IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 weist eine Antenne 1151 auf.
  • Die Antenne 1151 ist innerhalb oder außerhalb der IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 vorgesehen. Im Falle eines relativ großen Abstands zwischen den Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 und der IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115, beispielsweise über 2cm, wird ein Koaxialkabel für die Verbindung vorgesehen, während anderenfalls ein Leitungskabel vorgesehen wird, beispielsweise in Form einer Kupferkabelverbindung.
  • Für die Konstruktion der jeweiligen Empfängereinheiten 12 stehen die folgenden zwei Optionen zur Auswahl:
    • Die erste Option ist in dargestellt, wobei die Empfängereinheit 12 umfasst: eine Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 und zwei ADC 1212:
      1. 1) Die Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 wird über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der ADC 1212 verbunden und die Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 weist eine Antenne 12111 auf. Hierbei ist die Antenne 12111 innerhalb oder außerhalb der Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 vorgesehen.
  • Außerdem ist innerhalb der Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 eine Tiefpasswellenfiltervorrichtung vorgesehen, oder es erfolgt nach der externen Verbindung von zwei Tiefpasswellenfiltervorrichtungen die Verbindung mit zwei ADC 1212.
  • Im Falle eines relativ großen Abstands zwischen der Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 und der ADC 1212, beispielsweise über 2cm, wird ein Koaxialkabel für die Verbindung vorgesehen, während anderenfalls ein Leitungskabel vorgesehen wird, beispielsweise in Form einer Kupferkabelverbindung.
  • 2) Zwei ADC 1212 werden über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der Signalverarbeitungsvorrichtung 13 verbunden.
  • Im Falle eines relativ großen Abstands zwischen den ADC 1212 und der Signalverarbeitungsvorrichtung 13, beispielsweise über 2cm, wird ein Koaxialkabel für die Verbindung vorgesehen, während anderenfalls ein Leitungskabel vorgesehen wird, beispielsweise in Form einer Kupferkabelverbindung.
  • Die zweite Option ist in dargestellt, wobei die Empfängereinheit 12 umfasst: eine Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung 1221, einen ADC 1222 und eine IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung 1223, wobei die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung 1221 mit einem ADC 1222 verbunden ist, der ADC 1222 mit einer IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung 1223 verbunden ist und die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung 1223 mit der Signalverarbeitungsvorrichtung 13 verbunden ist, wobei die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung 1221 eine Antenne 12211 aufweist.
  • Innerhalb oder außerhalb der Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung 1221 ist die Antenne 12211 vorgesehen.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung des Ablaufschemas des Sendeverarbeitungsverfahrens durch die Sendereinheit in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR aus im Verlauf des kabellosen Empfangs der MR-Signale nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Die konkreten Schritte des Verfahrens sind wie folgt:
    • Schritt 401: Die jeweiligen Spulen 1111 in den mehreren Spulengruppe 111 in jeder der Sendereinheiten 11 nehmen gleichzeitig den Empfang der MR-Signale vor und die jeweiligen Spulen 1111 in den mehreren Spulengruppe 111 in jeder der Sendereinheiten 11 empfangen die MR-Signale und geben die MR-Signale an die entsprechenden Verstärkungsvorrichtungen der verbundenen Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 aus.
    • Schritt 402: Jede der Verstärkungsvorrichtungsgruppen in der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 nimmt die Verstärkungsverarbeitung der eingegebenen MR-Signale vor und es erfolgt die Ausgabe der verstärkten MR-Signale an die entsprechende ADC in der verbundenen ADC-Gruppe 113.
    • Schritt 403: Die eingegebenen MR-Signale jeder der ADC in der ADC-Gruppe 113 werden von analogen Signalen zu digitalen Signalen umgewandelt und die nach der erfolgten Umwandlung erhaltenen digitalen Signale werden in zwei Wege unterteilt jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 ausgegeben.
    • Schritt 404: Jede der Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 nimmt die Tiefpasswellenfilterung der eingegebenen digitalen Signale vor, wobei das Frequenzband der digitalen Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt (beispielsweise Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM) unterstützten Frequenzbandbreite (beispielsweise Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM ± 75MHz), begrenzt wird, wobei die nach der Tiefpasswellenfilterung erhaltenen Signale in zwei Wegen jeweils als Signale I, Q an die IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 ausgegeben werden.
    • Schritt 405: Die IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 moduliert unter Verwendung von Quadratamplitudenmodulation QAM die eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts (beispielsweise Frequenz 5.8GHz des Frequenzabschnitts ISM), wobei die Signale nach erfolgter Modulierung über eine Antenne 1151 versendet werden.
  • Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zur Verringerung der Komplexität der Realisierung des Empfangs der MR-Signale die IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 unter Verwendung von IQ QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, Quadratur-Phasenumtastung) oder IQ OQSPK (Offset-QPSK, Versatz-Quadratur-Phasenumtastung) die eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts moduliert.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung des Ablaufschemas des Empfangsverarbeitungsverfahrens durch die Empfängereinheit in der Empfängerspulenvorrichtung für MR aus im Verlauf des Empfangs der MR-Signale nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Schritt 501: Die Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 in jeder der Empfängereinheiten 12 nimmt nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 gesendeten Signale von der Antenne 12111 unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vor, wobei nach der erfolgten Tiefpasswellenfilterung der Basisband-Signale I, Q die Basisbandsignale I, Q jeweils an die beiden verbundenen ADC 1212 ausgegeben werden.
  • Die Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 empfängt die von den IQ-Sendemodulationsvorrichtungen 115 sämtlicher Sendereinheiten 11 gesendeten Signale und die Empfangsdemodulationsvorrichtung 1211 nimmt nach der Zusammenfassung sämtlicher erhaltender Signale die Demodulation der Signale vor, um die Basisbandsignale I, Q der jeweiligen Sendereinheiten zu separieren.
  • Schritt 502: Die beiden ADC 1212 jeder Empfängereinheit wandeln die jeweils eingegebenen Basisbandsignale I oder Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen um und geben die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung 13 zur Verarbeitung aus.
  • Die Signalverarbeitungsvorrichtung 13 nimmt die Verarbeitung der von sämtlichen ADC 1212 eingegebenen digitalen Basisbandsignalen I, Q vor, um das MR-Bild zu erhalten.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung des Ablaufschemas des Empfangsverarbeitungsverfahrens durch die Empfängereinheit in der Empfängerspulenvorrichtung für MR aus im Verlauf des kabellosen Empfangs der MR-Signale nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Schritt 601: Die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung 1221 in jeder der Empfängereinheiten 12 nimmt nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtungen 115 gesendeten Signale von der Antenne 12211 die Verringerung der Frequenz der Signale auf eine von dem ADC 1222 akzeptierte Frequenz vor und gibt die Signale mit erfolgter Frequenzverringerung an den ADC 1222 aus.
  • Schritt 602: Der ADC 1222 wandelt die eingegebenen Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges um, wobei die digitalen Signale mittlerer Frequenz an die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung 1223 ausgegeben werden.
  • Schritt 603: Die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung 1223 nimmt unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation aus eingegebenen digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges die Demodulation der Basisbandsignale I, Q vor, wobei die Ausgabe der digitalen Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung 13 zur Verarbeitung erfolgt.
  • Die Signalverarbeitungsvorrichtung 13 nimmt die Verarbeitung der von sämtlichen IQ-Digitaldemodulationsvorrichtungen 1223 eingegebenen digitalen Basisbandsignale I, Q vor, um das MR-Bild zu erhalten.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass bei der praktischen Anwendung zur Steigerung der Übertragungsqualität der MR-Signale bezüglich der in gezeigten Sendereinheit 11 die in gezeigte Verbesserung durchgeführt werden kann, was sich konkret wie folgt darstellt:
    • 1) Jede der Spulen 1111 in der Spulengruppe 111 ist seriell mit einem Fehlabstimmungskontrollstromkreis 11111 und einem Abstimmungsstromkreis 11112 verbunden, wobei der Fehlabstimmungskontrollstromkreis 1111 dafür sorgt, dass sich die Spule 1111 im Fehlabstimmungszustand befindet. Weil der MR-Scanvorgang die beiden Schritte Senden und Empfangen von Radiofrequenzsignalen umfasst, müssen die Empfängerspulen im Sendestatus im Fehlabstimmungsstatus befindlich sein, um zu verhindern, dass die Empfängerspulen im Stadium des Sendens andere Teile stören, wofür der Fehlabstimmungskontrollstromkreis 11111 vorgesehen ist.
  • Der Abstimmungsstromkreis 11112 dient der Abstimmung von Widerstand und Resonanz der Spulen 1111.
    • 2) Hinter jedem Abstimmungsstromkreis 11112 ist eine Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtung in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe 116 und Frequenzmischvorrichtung in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 verbunden vorgesehen, wobei anschließend jede der Frequenzmischvorrichtungen in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 jeweils mit einer Verstärkungsvorrichtung in der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 verbunden ist, wobei der Abstimmungsstromkreis 11112 über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der entsprechenden Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtung in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe 116 der betreffenden Sendereinheit 11 verbunden ist.
  • Jede der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungen in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe 116 ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der entsprechenden Frequenzmischvorrichtung in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 der betreffenden Sendereinheit 11 verbunden.
  • Jede der Frequenzmischvorrichtung in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 ist über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der entsprechenden Verstärkungsvorrichtung in der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 der betreffenden Sendereinheit 11 verbunden.
  • Jede der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungen in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe 116 dient dazu, nach der Niedriggeräusch-Verstärkungsverarbeitung der in den Abstimmungsstromkreis 11112 eingegebenen MR-Signale die Ausgabe an die entsprechende Frequenzmischvorrichtung in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 vorzunehmen.
  • Jede der Frequenzmischvorrichtungen in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 dient dazu, die Frequenzmischverarbeitung der von den Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungen in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe 116 ausgegebenen MR-Signale vorzunehmen, die Frequenz der MR-Signale auf eine andere voreingestellte Frequenz zu verlagern und die MR-signale mit erfolgter Frequenzmischverarbeitung an die entsprechende Verstärkungsvorrichtung in der Verstärkungsvorrichtungsgruppe 112 auszugeben.
  • Der Zweck der Verlagerung der Frequenz der MR-Signale auf eine andere Frequenz besteht in der Erleichterung der AD-Umwandlung im nächsten Schritt und in der Vorbeugung der durch mehrstufige Verstärkungen hervorgerufenen Eigenresonanzen.
  • 3) Zwischen der ADC-Gruppe 113 und den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 ist eine Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung 118 verbunden vorgesehen, oder die Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung 118 ist innerhalb der ADC-Gruppe 113 vorgesehen,
    wobei die Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung 118 dazu vorgesehen ist, die von der ADC-Gruppe 113 nach AD-Umwandlung erhaltenen digitalen Signale der Wellenfilterung und Frequenzmischung zu unterziehen, die Frequenz der digitalen Signale auf die voreingestellte niedrige Frequenz zu verlagern und anschließend die Erfassungsrate zu verringern, wobei danach mittels Faltungscode die Vorwärtsfehlerkorrekturverarbeitung der digitalen Signale vorgenommen wird und die der Vorwärtskorrekturverarbeitung unterzogenen digitalen Daten auf zwei Wegen jeweils an die verbundenen beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 ausgegeben werden.
  • Um die Qualität der AD-Umwandlung sicherzustellen, erfolgt nach der AD-Umwandlung durch die Frequenzmischvorrichtungsgruppe 117 die Verlagerung der Frequenz der MR-Signale auf eine andere Frequenz, so dass die Datenmenge der MR-Signale enorm ist, wobei nach der AD-Umwandlung zur Reduzierung der Datenmenge die MR-Signale zunächst Wellenfilterung + Frequenzmischung unterzogen werden und die Frequenz der MR-Signale auf eine niedrigere Frequenz verlagert wird, um anschließend die Erfassungsrate zu verringern und schließlich das Ziel der Reduzierung der Datenmenge zu erreichen.
  • Durch die Vorwärtsfehlerkorrektur kann die Fehlerquote bei der Übertragung der MR-Signale gesenkt werden, ebenso wie dies die Vorbereitung für die Modulation darstellt. Gemäß den Anforderungen an kabellose Spulen kann ein Faltungscode für die Vorwärtsfehlerkorrektur verwendet werden und die Empfangsmodulationsvorrichtung 1211 kann unter Verwendung einer entsprechenden Viterbi-Decodierung die Decodierung vornehmen. Es versteht sich, dass auch andere Fehlerkorrekturcodes und Decodierungen verwendet werden können.
  • Wenn die IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 Modulationen hoher Stufen, wie beispielsweise QAM 16 oder QAM 64 oder QAM 256 verwendet, ist es erforderlich, zwischen der Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung 118 und den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 zwei DAC vorzusehen, welche dazu dienen, die auf zwei Wegen von der Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung 118 ausgegebenen digitalen Signale nach der Umwandlung in analoge Signale an die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 auszugeben.
  • Bei dem vorliegenden praktischen Ausführungsbeispiel sind die von der IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 verwendeten QAM-Modulationsweisen beispielsweise QAM4 (QPSK), QAM16, QAM64 oder QAM256, wobei im Zuge der Zunahme von Modulationsstufen auch die Komplexität der Modulation zunimmt. Um die Komplexität der Modulation zu verringern, ist bei den praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft die Verwendung von QPSK oder OQPSK als Modulationsweise vorgesehen. Bei der Anwendung von QPSK oder ähnlich einfachen Modulationsverfahren ist keine Verwendung von DAC erforderlich und das Rechenvolumen für die entsprechenden digitalen Signale wird reduziert, was Volumen und Verbrauch verringert.
  • Bei den praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird die Anzahl der Spulen innerhalb einer Spulengruppe hauptsächlich durch die nutzbare Bandbreite, die Modulationsweise, die Bandbreite der MR-Signale sowie durch die Erfassungsrate und die Erfassungspräzision der MR-Signale bestimmt, ebenso wie eine Berücksichtigung des Verhältnisses der Vorwärtsfehlerkorrektur, des Prozentanteils der Bandbreite des Roll-Off (roll-off) der Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 erfolgt.
  • Beispiel: Bei der Anwendung von QPSK oder OQPSK als Modulationsweise ist die maximale Bandbreite der MR-Signale mit 1MHz vorgesehen bei einer minimalen erforderlichen Erfassungsrate von 2MSPS und einer vorgesehenen Erfassungspräzision von 20bit. Dies bedeutet, dass die Datenmenge jedes Kanals 40Mbit/s und das Verhältnis der Vorwärtsfehlerkorrektur 8:10, wobei die Datenmenge jedes Kanals 50Mbit/s beträgt. Die Bandbreite des Frequenzabschnitts 5.8GHz ISM beträgt 150Mbit/s und für die Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen 114 ist ein roll-off-Prozentanteil von 20% vorgesehen. Die nutzbare Bandbreite beträgt somit 150/1.2 = 125MHz. Bei der Anwendung der Modulationsweise QPSK beträgt die modulierbare Datenmenge 125*2 = 250Mbit/s, so dass bei dem Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM Signale von 250Mbit/s/50Mbit/s = 5 Kanälen übertragen werden können. Unter Berücksichtigung der Konzeption der Redundanz kann schließlich die Berücksichtigung von 4-5 Spulen zur Bildung einer Spulengruppe erfolgen.
  • Die Anzahl der in der Empfängerspulenvorrichtung für MR 10 umfassten Sendereinheiten 11 N = zu erreichende Gesamtdaten-Übertragungsgeschwindigkeit/maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit jeder Sendereinheit 11. Beispiel: Die Datenrate der MR-Signale ist mit 125Msps vorgesehen und der Prozentanteil des Roll-Off (roll-off) der Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtung 114 beträgt 20%, wobei die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit jeder der Sendereinheiten 11 mit 250Mbit/s vorgesehen ist. Falls eine Gesamtdaten-Übertragungsgeschwindigkeit von m Gbit/s zu erreichen ist, gilt für die Anzahl N der vorzusehenden Sendereinheiten 11: N = m Gbit/s/250Mbit/s. Beispiel: Falls eine Gesamtdaten-Übertragungsgeschwindigkeit von 1.5Gbit/s zu erreichen ist, gilt für die Anzahl N der vorzusehenden Sendereinheiten 11: N = 1.5 Gbit/s/250Mbit/s = 6 Stück.
  • Um die MR-Signale sämtlicher Sendereinheiten 11 präzise rekonstruieren zu können, hat die Anzahl der Empfängereinheiten 12 der Anzahl der Sendereinheiten 11 zu entsprechen oder diese zu überschreiten.
  • Im Vergleich zu anderen Frequenzabschnitten bietet der Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM die folgenden Vorteile:
    1. 1. Der Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM unterstützt Datenübertragungen über kurze Distanzen (0.5 Meter) und bei ungerichteten Antennen können deren Eigenabschwächungen akzeptiert werden, während bei einem Frequenzabschnitt 60GHz bereits eine zu hohe Abschwächung der kabellosen Spulen besteht.
    2. 2. Bei einer Wellenlänge des Frequenzabschnitts 5.8GHz ISM von 5.2cm besteht nach wie vor eine effektive Umgehung von Hindernissen, während bei einem Frequenzabschnitt 60GHz eine nahezu lineare Übertragung erforderlich ist. Bei dem Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM ist die Adsorption durch Bekleidung oder Plastikabdeckungen nicht so hoch wie beim Frequenzabschnitt von 60GHz und ist für kabellose MRI-Spulen akzeptabel.
    3. 3. Die Bandbreite des Frequenzabschnitts 5.8GHz ISM beträgt 150MHz und die diesbezüglichen Anforderungen für kabellose MRI-Spulen können erfüllt werden. Bei niedriger Frequenz (beispielsweise 2.4GHz) ist gemäß den Anforderungen an die Radiofrequenzregulierung die nutzbare Bandbreite zu gering und die Anforderungen an kabellose MRI-Spulen können nicht erfüllt werden.
  • Gemäß der vorstehend aufgeführten Analyse erfolgt bei den praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bei den kabellosen Lokalspulen für MR bevorzugt die Verwendung von Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM.
  • Bei den genannten praktischen Ausführungsbeispielen ist eine Empfängerspulenvorrichtung für MR mit mehreren Empfängereinheiten und mehreren Sendereinheiten vorgesehen, wobei in jeder der Sendereinheiten eine Spulengruppe mit einer Spule oder mehreren Spulen umfasst ist, wobei mehrere Sendereinheiten gleichzeitig MR-Signale senden und empfangen, während mehrere Empfängereinheiten gleichzeitig die der Modulation unterzogenen MR-Signale empfangen, was die pro Einheit Frequenzband übertragbare Menge an MR-Informationen erhöht und die Datenübertragung hoher Geschwindigkeit realisiert. Außerdem kann durch eine Erhöhung der Anzahl der Sendereinheiten eine flexible Erweiterung der Anzahl der durch das MR-System unterstützten Kanäle vorgenommen werden. Weiterhin wird durch die Anwendung der Modulationsweise QPSK die Modulation der MR-Signale auf die Frequenz 5.8GHZ des Frequenzabschnitts ISM realisiert, was die Spulenkonzeption vereinfacht sowie die Komplexität von Herstellung und Anwendung der Empfängerspulenvorrichtung für MR verringert.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die Empfängerspuleneinrichtung für MR nach den praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mehrere Sendereinheiten verwendet, wobei die in der Sendereinheit befindlichen IQ-Sendemodulationsvorrichtungen bei der gleichzeitigen Versendung von Signalen möglicherweise gegenseitige Störungen aufweisen, was zu Verlust bei der Leistung und dem Signal-Rausch-Verhältnis führt. Um diesen Verlust an Leistung oder Signal-Rausch-Verhältnis bei der Empfängerspulenvorrichtung für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu berechnen, erfolgt bei den praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Systems zur Simulation des Empfangs von MR, wobei durch die Simulation des tatsächlichen Betriebsablaufs der Empfängerspulenvorrichtung für MR nach der vorliegenden Erfindung die Berechnung des beim tatsächlichen Betrieb der Empfängerspulenvorrichtung für MR auftretenden Verlustes an Leistung oder Signal-Rausch-Verhältnis durchgeführt wird. Bei dem betreffenden System zur Simulation des Empfangs von MR erfolgt gemäß der physiologischen Masse des menschlichen Körpers die Berechnung des Volumens des Patienten, wobei sich eine Anzahl von N Sendereinheiten 11 unterhalb des Patientenkörpers befindet, während sich eine Anzahl von Q (Q ≥ N) Empfängereinheiten 12 oberhalb des Patientenkörpers befindet. Durch die Verwendung dieses Systems kann durch Simulation die Berechnung des Verlusts an Leistung oder Signal-Rausch-Verhältnis beim tatsächlichen Betrieb der Empfängerspulenvorrichtung für MR nach der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Falls die Berechnung ergibt, dass in einer maximal ungünstigen Umgebung der Verlust an Leistung oder Signal-Rausch- Verhältnis der Empfängerspulenvorrichtung für MR xdB beträgt, ist es erforderlich, dass die Leistung der in der Sendereinheit 11 vorgesehenen IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 um xdB erhöht wird, um das gleiche Signal-Rausch Verhältnis oder die gleiche Fehlercoderate wie bei der einzelnen Sendereinheit/Empfangsantenne zu erreichen.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion des Simulationssystems 6*6 in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Bei beträgt die Anzahl der Sendereinheiten 116 Stück und die Anzahl der Empfängereinheiten 12 beträgt ebenfalls 6 Stück. Bei dem genannten Simulationssystem erfolgt die Simulation für eine Empfängerspulenvorrichtung für MR vom Typ 6 * 6 und für den Fall einer maximal ungünstigsten Umgebung beträgt der Verlust an Signal-Rausch- Verhältnis der betreffenden Empfängerspulenvorrichtung für MR 8.2dB. Dies bedeutet, dass bei einer maximal ungünstigen Umgebung die Leistung jeder der IQ-Sendemodulationsvorrichtungen 115 um ungefähr 8.2dB erhöht werden muss, um die gleichen Funktionen bezüglich von Signal-Rausch-Verhältnis oder Fehlercodierung wie bei einzelnen Sendereinheiten/Empfangsantennen zu erreichen. Es ist zu berücksichtigen, dass 6 Sendereinheiten vorhanden sein müssen und nicht lediglich 1 Sendereinheit. Die Gesamt-Sendeleistung bei 1.5Gbit/s muss das 40-Fache von 250Mbit/s, 8.2dB+10*log10 (6) = 16dB betragen.
  • Bei der praktischen Anwendung kann durch die Verwendung mehrerer Empfängereinheiten 12 eine Verringerung der Sendeleistung der IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 erfolgen.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der Konstruktion des Simulationssystems 6*12 in der kabellosen Empfängerspulenvorrichtung für MR nach praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der betreffenden Empfängerspulenvorrichtung für MR werden 6 Sendereinheiten und 12 Empfängereinheiten vorgesehen. Nach der Erhöhung der Anzahl der Empfängereinheiten kann die erforderliche Sendeleistung der IQ-Sendemodulationsvorrichtung 115 erheblich gesenkt werden. Im Vergleich zu der Empfängerspulenvorrichtung für MR vom Typ 6*6 kann als Ergebnis der Simulation festgestellt werden, dass die Empfängerspulenvorrichtung für MR vom Typ 6*12 die erforderliche Sendeleistung um 12dB senken kann.
  • Die praktischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bieten die folgenden Vorteile:
    1. 1. Dadurch, dass mehrere Sendereinheiten und mehrere Empfängereinheiten die kabellose Empfängerspulenvorrichtung für MR bilden und dass in jeder Empfängereinheit eine aus einer Spule oder mehreren Spulen gebildete Spulengruppe umfasst ist, dass mehrere Sendereinheiten gleichzeitig MR-Signale senden und empfangen und mehrere Empfängereinheiten gleichzeitig MR-Signale empfangen, erfolgt eine Erhöhung der pro Einheit Frequenzband übertragenen Informationen für die Magnetresonanz.
    2. 2. Dass bei dem Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM die Bekleidung beziehungsweise Plastikabdeckungen oder der Patientenkörper nach wie vor durchlässig sind, ist für die Anwendung der kabellosen Spulen von äußerster Bedeutung. Daher wird bei den praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Frequenzabschnitt 5.8GHz ISM verwendet. Gleichzeitig erfolgt durch die Anwendung von Sendereinheiten gleicher Sendeleistung eine Verringerung der Schwierigkeiten bei Herstellung und Anwendung.
    3. 3. Die in jeder Sendereinheit vorgesehenen Spulengruppen bestehen aus mehreren Spulen und für die Sendereinheiten ist keine Verbindung außerhalb des Spulengehäuses erforderlich. Dies bedeutet eine erhebliche Vereinfachung der Konzeption der Spulen und die durch elektrischen Strom hervorgerufenen Nebenwirkungen bei unterschiedlichen MR-Frequenzen werden auf ein Minimum reduziert.
    4. 4. Jede der Sendereinheiten kann unabhängig betrieben werden und es ist nicht erforderlich, eine Bündelung oder Synchronisierung der Daten vorzunehmen. Somit kann entsprechend dem Bedarf bezüglich der Anzahl von Empfangskanälen für MR die Auswahl der entsprechenden Anzahl von Sendereinheiten erfolgen. Dies bedeutet, dass durch die Bereitstellung von noch mehr Empfangskanälen für MR die durch das MR-System unterstützte maximale Anzahl an Spulen ohne weiteres vergrößert werden kann.
    5. 5. Verwendung einer sehr einfachen Modulationsweise: Die Modulation QPSK bietet im Vergleich zu der hochstufigen QAM-Modulation den Vorteil, dass keine Verwendung von DAC oder FPGA erforderlich ist. Dies ist für die Realisierung der kabellosen Spule von äußerster Bedeutung. Bei der kabellosen Spule sind der Raum- und Leistungsverbrauch von äußerster Bedeutung. Außerdem ist die einfache Modulation für die Verringerung der Anforderungen an die Systemeigenschaften (beispielsweise die Stabilität der Phasenverschiebung oder die Nichtlinearität) von Vorteil. Bei QPSK, insbesondere bei OQPSK sind die Amplitudenveränderungen relativ gering, so dass einfache und effiziente Sendeverstärkungsvorrichtungen verwendet werden können.
  • Bei handelt es sich um die Darstellung der für unterschiedliche Modulationslösungen bei kabellosen Spulen für Magnetresonanz erforderlichen Bit-Kapazitäten.
  • Hierbei handelt es sich bei der horizontalen Achse um EbNo (Bit-Kapazität pro Einheit), während es sich bei der vertikalen Achse um die BER (Bit-Fehlercodierungsrate) handelt.
  • Bei der Kurve 61 handelt es sich um QAM4, also QPSK oder OQPSK. Bei der Kurve 62 handelt es sich um QAM 16. Bei der Kurve 63 handelt es sich um QAM 64. Bei der Kurve 64 handelt es sich um QAM 256. Die Modulation von QPSK, also 4-QAM (2bit pro Zeichen) wird auf 256-QAM (8bit, 1Gbit/s pro Zeichen) erhöht und der Hamming-Abstand zwischen benachbarten Zeichen wird um das 7-Fache verringert.
  • Um die Fehlercodierungsrate beizubehalten, muss die Übertragungsleistung um das (8-1)2 = 49-Fache, oder 17dB, erhöht werden. Dies entspricht einer Erhöhung um 11dB pro bit. Bei 4096-QAM erfolgt die Bereitstellung von 12bit/Zeichen. Um einen identischen Durchsatz von 1.5Gbit/s wie bei der Empfängerspulenvorrichtung für MR vom Typ 6*6 mit der Verwendung der Modulation QPSK bei praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist theoretisch eine Leistung des (64-1)2 = 3969-Fachen (36dB) erforderlich, was das 100-Fache des bei der Empfängerspulenvorrichtung für MR vom Typ 6*6 mit der Verwendung der Modulation QPSK bei praktischen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verlangten Wertes bedeutet.
  • Bei der hochstufigen QAM-Modulation ist ein relativ großer linearer dynamischer Bereich erforderlich, so dass noch mehr Batterieleistung in Anspruch genommen wird. Außerdem weisen sämtliche 4 QPSK-Zeichen identische Stufen auf, wobei Veränderungen der Ausgabeleistung lediglich durch Zeichensprünge infolge von Bandbreitenbeschränkungen hervorgerufen werden. Es ist allgemein bekannt, dass ohne eine Beeinträchtigung der Bandbreite oder der Datengeschwindigkeit die Verschiebung der Halbzeichenzeit zwischen den Stellen I und Q (OQPSK-Modulation) die Zeichensprünge abmildern kann.
    • 6. Im Vergleich zu kabellosen Spulen mit Verwendung des Wi-Fi-Standards 802.11ac und 802.11ax (Verwendung von 5.2-5.8GHz Wi-Fi bei QAM-256-QAM-1024) oder 802.11ad (Verwendung von 60GHz Wi-Fi) ist bei der einfachen QPSK-Modulation keine Protokollverarbeitung vorzunehmen und daher ist keine Unterstützung durch FPGA oder DSP erforderlich, wobei die Realisierung relativ einfach erfolgen kann.
    • 7. Durch die Modulation und Demodulation mit OQPSK für die Kanalerfassung I, Q bei simulierter 90°-Phasenverschiebung kann ebenfalls eine Verringerung der Anforderungen an die Eigenschaften der IQ-Sendemodulationsvorrichtung bewirkt werden.
  • Durch die vorliegende Erfindung erfolgt außerdem die Bereitstellung eines MR-Systems, wobei das MR-System die genannte Empfängerspulenvorrichtung für MR umfasst.
  • In der vorliegenden Beschreibung erfolgt anhand der Abbildungen und anhand vorteilhafter praktischer Ausführungsbeispiele eine detaillierte Erläuterung der vorliegenden Erfindung, wobei die vorliegende Erfindung allerdings nicht auf die hier offenbarten praktischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Auf der Basis der mehreren angegebenen praktischen Ausführungsbeispiele kann ein Fachmann des betreffenden technischen Gebietes durch Kombinationen der in den praktischen Ausführungsbeispielen beschriebenen Mittel noch weitere praktische Ausführungsbeispiele erhalten, wobei solche praktischen Ausführungsbeispiele unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims (19)

  1. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10), dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Vorrichtung mehrere Sendereinheiten (11) umfasst, wobei jede der Sendereinheiten (11) umfasst: eine Spulengruppe (111), eine Analog-Digital-Wandler(ADC)-Gruppe (113), zwei Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) und eine IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115), wobei jede der Spulengruppen (111) eine oder mehrere Spulen (1111) umfasst, wobei die Anzahl der in jeder der Analog-Digital-Wandler ADC-Gruppen (113) umfassten ADC der Anzahl der in jeder der Spulengruppen (111) umfassten Spulen (1111) entspricht oder diese unterschreitet, wobei die Spulengruppe (111) mit der ADC-Gruppe (113) verbunden ist, die ADC-Gruppe (113) mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) verbunden ist, die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) mit der IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) verbunden sind und die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) eine Antenne (1151) aufweist; wobei die Spulengruppe (111) in jeder der Sendereinheiten (11) MR-Signale empfängt und die vorstehend bezeichneten MR-Signale an die verbundene ADC-Gruppe (113) ausgibt, wobei die ADC-Gruppe (113) die eingegebenen MR-Signale nach der erfolgten Umwandlung von analogen Signalen zu digitalen Signalen auf zwei Wegen jeweils an die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) ausgibt, wobei die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) die Tiefpasswellenfilterung der eingegebenen digitalen Signale vornehmen, wobei das Frequenzband der Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt unterstützten Frequenzbandbreite begrenzt wird, wobei die nach der Tiefpasswellenfilterung erhaltenen Signale zweier Wege jeweils als Signale I, Q an die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) ausgegeben werden, wobei die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) unter Verwendung von Quadraturamplitudenmodulation QAM die eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts moduliert und die Signale nach erfolgter Modulierung über eine Antenne (1151) versendet werden.
  2. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) außerdem mehrere Empfängereinheiten (12) umfasst, wobei die Anzahl der vorstehend bezeichneten Empfängereinheiten (12) der Anzahl der vorstehend bezeichneten Sendereinheiten (11) entspricht oder diese überschreitet; wobei jede der Empfängereinheiten (12) nach dem Empfang der von der jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) gesendeten Signale unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei die Basisbandsignale I, Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen umgewandelt werden, wobei die nach der erfolgten Umwandlung erhaltenen digitalen Signale an eine Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung ausgegeben werden, oder nach dem Empfang der von den jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtungen (115) gesendeten Signale eine Verringerung der Frequenz der Signale erfolgt, um anschließend die Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges umzuwandeln, wobei aus den digitalen Signalen mittlerer Frequenz die Demodulation der Basisbandsignale I, Q sowie die Ausgabe der Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung erfolgt.
  3. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulengruppe (111) jeder der Sendereinheiten (11) über eine Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) mit der ADC-Gruppe (113) verbunden ist, wobei die Spulengruppe (111) in jeder der Sendereinheiten (11) MR-Signale empfängt und die MR-Signale zunächst an die verbundene Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) ausgibt, wobei die MR-Signale nach der durch die Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) erfolgten Verstärkung der MR-Signale an die ADC-Gruppe (113) ausgegeben werden.
  4. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete Spule (1111) seriell mit einem Fehlabstimmungskontrollstromkreis (11111) und einem Abstimmungsstromkreis (11112) verbunden ist, wobei zwischen der Spulengruppe (111) der vorstehend bezeichneten Sendereinheit (11) und der Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) eine Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) und eine Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) verbunden vorgesehen sind, wobei der Abstimmungsstromkreis (11112) jeder der Spulen (1111) in der vorstehend bezeichneten Spulengruppe (111) jeweils mit einer Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtung in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) verbunden ist, wobei jede der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungen in der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) jeweils mit einer Frequenzmischvorrichtung in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) verbunden ist, wobei jede der Frequenzmischvorrichtungen in der Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) jeweils mit einer Verstärkungsvorrichtung in der Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) verbunden ist; wobei die vorstehend bezeichnete Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) die Niedriggeräusch-Verstärkungsverarbeitung der von der Spulengruppe (111) ausgegebenen MR-Signale vornimmt, wobei anschließend die MR-Signale mit erfolgter Verstärkungsverarbeitung an die Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) ausgegeben werden; wobei die Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) die Frequenzmischverarbeitung der von der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) ausgegebenen MR-Signale vornimmt, wobei anschließend die MR-Signale auf eine andere voreingestellte Frequenz verlagert werden und die MR-Signale nach erfolgter Frequenzmischverarbeitung an die Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) ausgegeben werden.
  5. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorstehend bezeichnete Abstimmungsstromkreis (11112) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der entsprechenden Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtung aus der Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) in der betreffenden Sendereinheit (11) verbunden ist; wobei die vorstehend bezeichnete Niedriggeräusch-Verstärkungsvorrichtungsgruppe (116) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) in der betreffenden Sendereinheit (11) verbunden ist; wobei die vorstehend bezeichnete Frequenzmischvorrichtungsgruppe (117) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der Verstärkungsvorrichtungsgruppe (112) in der betreffenden Sendereinheit (11) verbunden ist.
  6. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete Sendereinheit (11) weiter umfasst: eine Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung (118), wobei die vorstehend bezeichnete Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung (118) zwischen der ADC-Gruppe (113) und den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) verbunden vorgesehen ist, oder innerhalb der ADC-Gruppe (113) vorgesehen ist; wobei die Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung (118) dazu vorgesehen ist, die von der ADC-Gruppe (113) nach erfolgter AD-Umwandlung erhaltenen digitalen Signale der Wellenfilterung und Frequenzmischung zu unterziehen, die Frequenz der digitalen Signale auf die voreingestellte niedrige Frequenz zu verlagern und anschließend die Erfassungsrate der digitalen Signale zu verringern, wobei danach mittels Faltungscode die Vorwärtsfehlerkorrekturverarbeitung der digitalen Signale vorgenommen wird und die digitalen Signale mit erfolgter Vorwärtskorrekturverarbeitung auf zwei Wegen jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) ausgegeben werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) die mittlere Frequenz der eingegebenen Signale unter Verwendung von QAM 16 oder QAM 64 oder QAM 256 auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts moduliert; wobei die vorstehend bezeichnete Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung (118) über zwei DAC mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) verbunden ist, wobei die vorstehend bezeichneten beiden DAC der Umwandlung der von der Digitalsignalverarbeitungsvorrichtung (118) jeweils auf zwei Wegen ausgegebenen digitalen Signale zu analogen Signalen dienen, welche anschließend an die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) ausgegeben werden.
  8. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (111) in jeder der Sendereinheiten (11) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der ADC-Gruppe (113) in der betreffenden Sendereinheit (11) verbunden ist; wobei die ADC-Gruppe (113) in jeder der Sendereinheiten (11) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) in der betreffenden Sendereinheit (11) verbunden ist; wobei die beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) in jeder der Sendereinheiten (11) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) in der betreffenden Sendereinheit (11) verbunden sind.
  9. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Empfängereinheiten (12) umfasst: eine Empfangsdemodulationsvorrichtung (1211) und zwei ADC (1212), wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung (1211) mit den beiden ADC (1212) verbunden ist und die Empfangsdemodulationsvorrichtung (1211) eine Antenne (12111) aufweist; wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung (1211) in jeder der Empfängereinheiten (12) nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) gesendeten Signale von der Antenne (12111) unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei nach der erfolgten Tiefpasswellenfilterung der Basisband-Signale I, Q die Basisbandsignale I, Q jeweils an die beiden verbundenen ADC (1212) ausgegeben werden, wobei die beiden ADC (1212) die eingegebenen Basisbandsignale I oder Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen umwandeln und wobei die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung ausgegeben werden; oder jede der Empfängereinheiten (12) umfasst: eine Empfangsdemodulationsvorrichtung, zwei Tiefpasswellenfiltervorrichtungen und zwei ADC, wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung mit den beiden Tiefpasswellenfiltervorrichtungen verbunden ist, wobei jede der Tiefpasswellenfiltervorrichtungen jeweils mit einer ADC verbunden ist und wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung eine Antenne aufweist; wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten (12) nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) gesendeten Signale von der Antenne unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei die Basisbandsignale I, Q jeweils an die Tiefpasswellenfiltervorrichtungen zur Tiefpasswellenfilterung ausgegeben werden, wobei die beiden Tiefpasswellenfiltervorrichtungen die Basisbandsignale I, Q mit erfolgter Tiefpasswellenfilterung an die jeweils verbundenen ADC ausgeben, wobei die beiden ADC die eingegebenen Basisbandsignale I oder Q von analogen Signalen zu digitalen Signalen umwandeln und wobei die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung ausgegeben werden.
  10. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsdemodulationsvorrichtung (1211) in jeder der Empfängereinheiten (12) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden ADC (1212) in der betreffenden Empfängereinheit (12) verbunden ist; oder die Empfangsdemodulationsvorrichtung in jeder der Empfängereinheiten (12) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit den beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen in der betreffenden Empfängereinheit (12) verbunden ist, wobei jede der Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen jeweils über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit einem ADC verbunden ist.
  11. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Empfängereinheiten (12) umfasst: eine Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung (1221), einen ADC (1222) und eine IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung (1223), wobei die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung (1221) mit dem ADC (1222) verbunden ist, der ADC (1222) mit der IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung (1223) verbunden ist und die Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung (1221) eine Antenne (12211) aufweist; wobei die Empfangsdemodulationsvorrichtung (1221) in jeder der Empfängereinheiten (12) nach dem Empfang der durch die jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) gesendeten Signale von der Antenne (12211) eine Verringerung der Frequenz der Signale auf eine von dem ADC (1222) akzeptierte Frequenz vornimmt und die Signale mit erfolgter Frequenzverringerung an den ADC (1222) ausgibt, wobei der ADC (1222) die eingegebenen Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges umwandelt, wobei die digitalen Signale mittlerer Frequenz an die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung (1223) ausgegeben werden, wobei die IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung (1223) unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation aus eingegebenen digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges die Demodulation der Basisbandsignale I, Q vornimmt, wobei die Ausgabe der digitalen Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung erfolgt.
  12. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete Frequenzabwärtswandler-Frequenzmischvorrichtung (1221) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit dem ADC (1222) in der betreffenden Empfängereinheit (12) verbunden ist, wobei der vorstehend bezeichnete ADC (1222) über ein Koaxialkabel oder ein Leitungskabel mit der IQ-Digitaldemodulationsvorrichtung (1223) in der betreffenden Empfängereinheit (12) verbunden ist.
  13. Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Anzahl der in jeder der Spulengruppen (111) umfassten Spulen (1111) nach der Modulationsweise und der Bandbreite der MR-Signale, der Erfassungsrate und der Erfassungspräzision festgelegt werden kann.
  14. Verfahren zum Empfang von MR-Signalen, bei welchem die Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) aus Anspruch 1 verwendet wird, wobei das betreffende Verfahren umfasst: die Spulengruppe (111) in der Sendereinheit (11) empfängt MR-Signale und gibt die vorstehend bezeichneten MR-Signale an die verbundene ADC-Gruppe (113) aus; wobei die vorstehend bezeichnete ADC-Gruppe (113) die eingegebenen MR-Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen umwandelt und diese anschließend auf zwei Wegen jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) ausgibt; wobei die vorstehend bezeichneten beiden Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) jeweils die Tiefpasswellenfilterung der eingegebenen digitalen Signale vornehmen, wobei das Frequenzband der digitalen Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt unterstützten Frequenzbandbreite begrenzt wird, wobei die nach der Tiefpasswellenfilterung erhaltenen Signale jeweils als Signale I, Q an die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) ausgegeben werden; wobei die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) unter Verwendung von Quadraturamplitudenmodulation QAM die eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts moduliert und die Signale nach erfolgter Modulierung über eine Antenne (1151) versendet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Empfang der durch die jeweils IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) gesendeten Signale von der Empfängereinheit (12) unter Verwendung von der QAM-Modulation entsprechender Demodulation die Demodulation der Signale und die Wiederherstellung als Basisbandsignale I, Q vorgenommen wird, wobei nach der Tiefpasswellenfilterung der Basisbandsignale I, Q die Umwandlung von analogen Signalen zu digitalen Signalen erfolgt, wobei die digitalen Signale mit erfolgter Umwandlung an die Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung ausgegeben werden; oder nach dem Empfang der von den jeweiligen IQ-Sendemodulationsvorrichtungen (115) gesendeten Signale eine Verringerung der Frequenz der Signale erfolgt, um anschließend die Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen mittlerer Frequenz eines Weges umzuwandeln, wobei aus den digitalen Signalen mittlerer Frequenz die Demodulation der Basisbandsignale I, Q sowie die Ausgabe der Basisbandsignale I, Q an die Signalverarbeitungsvorrichtung (13) zur Verarbeitung erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete Modulation der eingegebenen Signale I, Q unter Verwendung von QAM auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts durch die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) umfasst: die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) nimmt unter Verwendung von Quadratur-Phasenumtastung QPSK oder Versatz-Quadratur-Phasenumtastung OQPSK die Modulierung der eingegebenen Signale I, Q auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts vor.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Umwandlung der eingegebenen MR-Signale von analogen Signalen zu digitalen Signalen durch die ADC-Gruppe (113) weiter umfasst ist: die digitalen Signale werden der Wellenfilterung und Frequenzmischung unterzogen, wobei die Frequenz der digitalen Signale auf die voreingestellte niedrige Frequenz verlagert wird, um anschließend die Erfassungsrate zu verringern, wobei danach mittels Faltungscode die Vorwärtsfehlerkorrekturverarbeitung der digitalen Signale vorgenommen wird und die der Vorwärtskorrekturverarbeitung unterzogenen digitalen Daten auf zwei Wegen jeweils an die beiden verbundenen Basisband-Tiefpasswellenfiltervorrichtungen (114) ausgegeben werden; wobei die Modulation der eingegebenen Signale auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts durch die vorstehend bezeichnete IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) unter Verwendung von Quadraturamplitudenmodulation QAM umfasst: die vorstehend bezeichnete IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) moduliert die eingegebenen Signale unter Verwendung von QAM 16 oder QAM 64 oder QAM 256 auf die Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend bezeichnete Begrenzung des Frequenzbandes der Signale innerhalb der durch den genutzten Frequenzabschnitt unterstützten Frequenzbandbreite umfasst: das Frequenzband der digitalen Signale ist innerhalb der durch den Frequenzabschnitt ISM Industrie-Wissenschaft-Medizin unterstützten Frequenzbandbreite begrenzt; wobei die Modulation der eingegebenen Signale I, Q durch die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) unter Verwendung von QAM auf eine Frequenz des genutzten Frequenzabschnitts umfasst: die IQ-Sendemodulationsvorrichtung (115) moduliert die eingegebenen Signale I, Q unter Verwendung von QAM auf eine Frequenz von 5.8GHZ des Frequenzabschnitts ISM.
  19. MR-System, dadurch gekennzeichnet, dass das betreffende System die Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz MR (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1-13 umfasst.
DE102021106088.5A 2020-03-13 2021-03-12 Kabellose Empfängerspulenvorrichtung für Magnetresonanz, kabelloses Empfangsverfahren für Magnetresonanzsignale und Magnetresonanzsystem Pending DE102021106088A1 (de)

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