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Die Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomograph mit einem Sender, einer Sendeüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Anregungssignals des Senders und einer Mehrzahl an Sendeantennen sowie ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs des Magnetresonanztomographen.
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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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Zur Anregung der Kernspins kommen Hochfrequenzimpulse mit Leistungen im Kilowattbereich zum Einsatz, die teilweise im Patienten absorbiert werden. Um den Patienten nicht zu gefährden, bestehen gesetzliche Grenzwerte für die Belastung durch elektromagnetische Felder, deren Einhaltung durch Überwachungsmaßnahmen sicherzustellen ist.
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Der Magnetresonanztomograph weist daher üblicherweise für jeden Sendeausgang und/oder Sendeantenne Sensoren auf, mittels derer eine korrekte Funktion überwacht werden kann.
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Da die Überwachung sicherheitsrelevant ist, sind die Sensoren und dazugehörige Auswerteschaltung häufig redundant ausgelegt. Auch ist Aufwand erforderlich, um Abweichungen über die Zeit durch Alterung auszuschließen. Der Aufwand für die Überwachungsmaßnahmen ist daher hoch.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstigere Überwachung bereitzustellen.
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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 8 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist einen Sender zum Anregen von zu erfassenden Kernspins mittels eines hochfrequenten Anregungssignals auf. Der Sender weist eine Leistung von mehr als 500 W, 1kW oder 5kW auf. Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist weiterhin eine Sendeüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Anregungssignals des Senders auf. Die Sendeüberwachungsvorrichtung ist ausgelegt, ein Ausgangssignal des Senders zu überwachen, insbesondere auf ein Überschreiten von Grenzwerten. Vorzugsweise ist die Sendeüberwachungsvorrichtung auch ausgelegt, ein Aussenden des Senders über eine Signalverbindung zu unterbrechen.
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Der Magnetresonanztomograph weist eine Mehrzahl an Sendeantennen auf. Diese Sendeantennen können insbesondere eine Körperspule und eine zum Senden geeignete Sende-Lokalspule sein. Auch ist es denkbar, dass die Körperspule mehrere Kanäle aufweist, beispielsweise zwei, um mit zwei um 90 Grad phasenverschobenen Signalen ein zirkular polarisiertes magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Die Kanäle können aktiv und unabhängig voneinander durch getrennte Verstärker erzeugt werden oder durch passive Elemente mittels Signalteilung.
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Weiterhin weist der Magnetresonanztomograph eine Umschaltvorrichtung auf. Die Umschaltvorrichtung ist ausgelegt, die Sendeüberwachungsvorrichtung wahlweise mit einer der Sendeantennen in Signalverbindung zu bringen. Die Umschaltvorrichtung kann beispielsweise elektromechanische Schalter wie Relais oder MEMS oder auch elektronische Schalter wie Feldeffekttransistoren oder PIN-Dioden aufweisen. Für digitalisierte Signale sind auch Logik-Gatter denkbar. Im Sinne der Erfindung ist es denkbar, dass, wie nachfolgend zu den Unteransprüchen näher dargelegt, die Sendeüberwachungsvorrichtung einen Sensor zum Erfassen des Anregungssignales aufweist. Der Sensor kann beispielsweise ein Richtkoppler oder eine PickUp-Spule sein.
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Der Sensor kann fest in bzw. an einem Sendepfad zwischen dem Sender und der Sendeantenne angeordnet sein, um eine Hochfrequenzleistung auf dem Sendepfad zu erfassen, und die Umschaltvorrichtung stellt eine Signalverbindung zwischen dem Sensor und der Sendeüberwachungsvorrichtung her, um ein Signal mit einer Information zu der erfassten Hochfrequenzleistung zu übertragen. Vorzugsweise ist jeder Sendeantenne bzw. deren Sendepfad ein Sensor zugeordnet, mit dem die Sendeüberwachungsvorrichtung über die Umschaltvorrichtung wahlweise in Signalverbindung treten kann.
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Es ist aber auch denkbar, dass die Umschaltvorrichtung ausgelegt ist, den Sendepfad einschließlich des darin integrierten Sensors mit einer anderen Sendeantenne zu verbinden, sodass die Sendeüberwachungsvorrichtung eine durch die Sendeantenne abgestrahlte Hochfrequenzleistung überwachen kann.
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Auf vorteilhafte Weise ermöglicht der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph mit der Umschaltvorrichtung, kostengünstig unterschiedliche Sendeantennen überwachen zu können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen wird auf einem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen mit einem Sender, einer Sendeüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Anregungssignals des Senders und einer Mehrzahl an Sendeantennen ausgeführt. Der Magnetresonanztomograph weist eine Umschaltvorrichtung auf, die ausgelegt ist, die Sendeüberwachungsvorrichtung wahlweise mit einer der Sendeantennen in Signalverbindung zu bringen. Insbesondere weist der Magnetresonanztomograph mehr Sendeantennen bzw. Steckplätze für Sendeantennen auf, als die Sendeüberwachungsvorrichtung Signaleingänge für Überwachungssignale aufweist.
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In einem Schritt des Verfahrens wird eine Sende-Lokalspule mit dem Magnetresonanztomographen verbunden. Beispielsweise kann eine Sende-Lokalspule an einem Steckplatz des Magnetresonanztomographen von einer Bedienperson angesteckt werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Magnetresonanztomograph beispielsweise über einen Schalter nacheinander unterschiedliche Segmente einer Antennenmatrix mit dem Sender verbindet, währen der Patient bei einem Ganzkörperscan durch einen Aufnahmebereich fährt. Als Sende-Lokalspule im Sinne der Erfindung wird eine Sendespule zum Anregen der Kernspins angesehen, die nicht permanent Teil des Magnetresonanztomographen ist oder zumindest nicht permanent mit dem Sender verbunden ist.
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In einem weiteren Schritt wird eine Signalverbindung zwischen der Sendeüberwachungsvorrichtung und der Sende-Lokalspule mittels der Umschaltvorrichtung hergestellt. Dies kann, wie bereits zum erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen erläutert, geschehen, indem ein Sensor im Sendepfad in Signalverbindung mit der Sendeüberwachungsvorrichtung gebracht wird, oder der Sendepfad einschließlich des Sensors mittels der Umschaltvorrichtung mit der Sende-Lokalspule verbunden wird.
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In einem anderen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens sendet der Sender ein Anregungssignal über die Sende-Lokalantenne aus.
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In einem Schritt empfängt die Signalüberwachungsvorrichtung ein Überwachungssignals der Sende-Lokalspule über die Signalverbindung. Das Überwachungssignal enthält eine Information über das Anregungssignal, vorzugsweise über eine Feldstärke eines von der Sende-Lokalspule erzeugten hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes oder einer Leistung des Anregungssignals. Beispielsweise kann als Sensor ein Richtkoppler in der Zuleitung der Sende-Lokalspule angeordnet sein. Denkbar ist auch eine sogenannte Pickup-Coil in der Sende-Lokalspule. Das Überwachungssignal kann in dem Sensor auch bereits aufbereitet werden, beispielsweise gleichgerichtet, gefiltert, verstärkt und auch digitalisiert werden.
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In einem anderen Schritt vergleicht die Sendeüberwachungsvorrichtung das Überwachungssignals mit einem Sollwert. Beispielsweise kann es sich bei dem Sollwert um einen Spitzenwert und/oder einen zeitlichen Mittelwert handeln, der nicht überschritten werden darf.
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In einem weiteren Schritt unterbricht die Sendeüberwachungsvorrichtung das Aussenden des Senders über eine Signalverbindung in Abhängigkeit von dem Vergleich. Vorzugsweise erfolgt eine Unterbrechung, wenn der Sollwert überschritten wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren teilt die die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind zu den Unteransprüchen angegeben.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist die Sendeüberwachungsvorrichtung eine Mehrzahl an Sensoren zum Erfassen einer Hochfrequenzleistung auf. Der Magnetresonanztomograph weist weiterhin eine Mehrzahl an Sendepfaden auf, die eine Signalverbindung für das bzw. die Anregungssignale zwischen Sender und der Mehrzahl an Sendeantennen bereitstellen. Die Mehrzahl der Sensoren ist jeweils in der Mehrzahl an Sendepfaden zu der Mehrzahl an Sendeantennen angeordnet, vorzugsweise mindesten ein Sensor je Sendepfad, sodass jeweils eine Hochfrequenzleistung auf dem jeweiligen Sendepfad durch den Sensor erfasst werden kann. Im Sinne der Erfindung kann dabei eine Hochfrequenzleistung durch einen Messwert erfasst werden, aus dem sich die Hochfrequenzleistung bestimmen lässt. Beispielweise kann bei einem bekannten Strom oder Spannung und bekannter Impedanz der Sendeantenne am Speisepunkt auf die Hochfrequenzleistung geschlossen werden. Der Sensor stellt ein Signal mit einer Information zu der Hochfrequenzleistung bereit und leitet es über eine Signalverbindung zu der Sendeüberwachungsvorrichtung weiter. Das Signal kann analog oder auch digital sein, je nach Vorbearbeitung durch den Sensor. Es sind auch zwei Sensoren an einem Sendepfad denkbar, beispielsweise um Redundanz bereitzustellen, um bei Richtkopplern vorlaufendes Signal und rücklaufendes Signal zu erfassen oder um Strom und Spannung zu erfassen.
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Auf vorteilhafte Weise kann durch einen Sensor in jedem Sendepfad ein wegen der hohen Leistung aufwändiges Umschalten der Sensoren in die Sendepfade vermieden werden.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen ist die Umschaltvorrichtung ausgelegt, gesteuert von der Sendeüberwachungsvorrichtung mindestens einen vorbestimmten Sensor der Mehrzahl an Sensoren in Signalverbindung mit der Signalüberwachungsvorrichtung zu bringen. So kann einer oder eine zumindest geringere Anzahl an Signaleingängen im Vergleich zur Anzahl der Sendepfade und/oder Sendeantennen der Sendeüberwachungsvorrichtung eine größere Anzahl an Sensoren alternierend erfassen.
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Auf vorteilhafte Weise kann durch die Umschaltvorrichtung für die Signalwege auf zusätzliche Signaleingänge für nicht gleichzeitig verwendete Sendeantennen verzichtet werden, die wegen der erforderlichen Genauigkeit und Zuverlässigkeit einen erheblichen Aufwand bedeuten. Auch kann eine typgleiche Sendeüberwachungsvorrichtung in unterschiedlichen Magnetresonanzsystemen mit unterschiedlicher Anzahl an Sendeantennen verwendet werden.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen ist die Sendeentstörvorrichtung ausgelegt, ein Signal des vorbestimmten Detektors mit einer vorbestimmten Gewichtung zu skalieren. Diese Gewichtung kann eine Kalibrierung des jeweiligen Sensors sein, die unterschiedliche Kennlinien berücksichtigt. Vorzugsweise weist die Sendeüberwachungsvorrichtung dazu einen Speicher auf, der ausgelegt ist, eine Mehrzahl an Kalibrierdatensätzen für die Mehrzahl an Sensoren zu speichern. Die Sendeüberwachungsvorrichtung ist weiterhin ausgelegt, einen für den vorbestimmten Sensor geeigneten Kalibrierdatensatz bei einem nachfolgend beschriebenen Vergleich mit einem Schwellwert anzuwenden. Der Kalibrierdatensatz kann eine Tabelle von Werten aufweisen, mit denen die Signale des Sensors zu multiplizieren sind. Der Kalibrierdatensatz kann aber beispielsweise auch Parameter wie Koeffizienten für ein Polynom bereitstellen, mit dem die Signale multipliziert werden oder in die sie als Eingangswert eingesetzt werden. Es sind auch Mischformen denkbar, bei denen zwischen zwei Tabellenwerten ein Kalibierfaktor interpoliert wird.
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Durch die Verwendung unterschiedlicher Kalibrierdaten ist es auf vorteilhafte Weise möglich, unterschiedliche Sensoren und Sensortypen mit dem gleichen Signaleingang zu verarbeiten. Beispielsweise unterscheiden sich die Leistungswerte für Körperspulen und lokale Sendespulen um den Faktor 2, 5, 10 oder mehr.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist die Sendeüberwachungsvorrichtung einen Sensor mit Signalverbindung zu der Sendeentstörvorrichtung auf. Die Signalverbindung ist dabei vorzugsweise permanent, insbesondere nicht durch die Umschaltvorrichtung veränderbar. Der Sensor ist in oder an einem Sendepfad angeordnet, um das Anregungssignal in dem Sendepfad zu erfassen, wobei der Sendepfad die Signalverbindung zwischen einem Signalausgang des Senders für ein Anregungssignal und einem Anschlusspunkt an einer Sendeantenne umfasst. Die Umschaltvorrichtung ist Teil des Sendepfades und ausgelegt, den Sendepfad gesteuert von der Sendeüberwachungsvorrichtung mit einer vorbestimmten Sendeantenne zum Aussenden eines Signals in Signalverbindung am Anschlusspunkt der Sendeantenne zu bringen.
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Indem der Sensor mit dem Sendepfad mit unterschiedlichen Sendeantennen verbunden werden kann, reicht auf vorteilhafte Weise auch eine Anzahl an Sensoren, die kleiner als die Mehrzahl an Sendeantennen ist, zur Überwachung der aktiven Sendeantennen aus.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist der Sendepfad einen Hybrid-Signalverteiler mit mindestens zwei Signalausgängen auf. Ein Hybrid-Signalverteiler ist eine passive Schaltung, beispielsweise aus Kapazitäten, Induktivitäten und/oder Widerständen, die ein Signal von einem Signaleingang auf zwei Signalausgänge verteilt. Die Verteilung kann dabei auch eine für die Signalausgänge unterschiedliche Phasenverschiebung und/oder Impedanztransformation umfassen. Derartige Hybrid-Signalverteiler werden beispielsweise verwendet, um ein einzelnes Anregungssignal auf zwei Anschlusspunkte einer Körperspule zu verteilen, um damit ein zirkular polarisiertes B1-Feld zu erzeugen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hybrid-Signalverteiler um einen Vierpol-90-Grad-Hybrid-Signalverteiler. Dabei ist der Sender mit einem Signaleingang des Hybrid-Signalverteilers verbunden. Mindestens zwei Signalausgänge des Hybrid-Signalverteilers sind über die Umschaltvorrichtung umschaltbar wahlweise mit einer ersten Sendeantenne verbindbar, z.B. mit zwei Anschlusspunkten einer Körperspule zur Erzeugung eines zirkular polarisierten magnetischen Wechselfeldes, oder einer zweiten Sendeantenne, z.B. einer lokalen-Sendespule wie einer Kniespule. Dabei ist der dritte Signalausgang bzw. der vierte Pol des Vierpol-90-Grad-Hybrid-Signalverteilers mit einem Abschlusswiderstand abgeschlossen, sodass eine an dem offenen, durch die Sende-Lokalspule nicht belegten Signalausgang reflektierte Leistung in dem Abschlusswiderstand in Wärme umgesetzt wird. Für eine Untersuchung des Knies mit der Kniespule wird dann einer der Ausgänge des Hybrid-Verteilers durch die Umschaltvorrichtung mit dem Steckplatz der Sende-Lokalspule verbunden.
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Da die Sende-Lokalspule mit vergleichsweise zur Körperspule geringer Leistung betrieben werden kann, ist durch den Abschluss des ungenutzten Ausgangs des Hybrid-Verteilers auf vorteilhafte Weise ein einfaches Umschalten und Überwachen der Sende-Lokalspule möglich.
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In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen weist der Sendepfad einen Hybrid-Signalverteiler mit mindestens zwei Signalausgängen auf. Die Umschaltvorrichtung ist in dieser Ausführungsform ausgelegt, den Sendepfad unter Umgehung des Hybrid-Signalverteilers mit der vorbestimmten Sendeantenne zu verbinden. Mit anderen Worten, die Umschaltvorrichtung stellt eine Signalverbindung des Senders über den Sendepfad mit der vorbestimmten Sendeantenne zum Aussenden des Anregungssignals her. Dazu kann die Umschaltvorrichtung den Hybrid-Signalverteiler von dem Sendepfad und gleichzeitig von dem Sender trennen und den Sendepfad direkt mit der vorbestimmten Sendeantenne verbinden. Es ist aber auch denkbar, dass die Umschaltvorrichtung den Hybrid-Signalverteiler in Signalverbindung mit dem Sendepfad belässt und parallel dazu eine direkte Signalverbindung mit der vorbestimmten Sendeantenne schaltet. Dann ist es jedoch erforderlich, dass die Signalwege und Abschlüsse der Signalwege so ausgelegt sind, dass keine nennenswerte Leistung in den Hybrid-Signalverteiler fließt, beispielsweise weniger als 20 %, 10 %, 5 % oder 1 %. Denkbar wäre es beispielsweise, dass die Signalausgänge des Hybrid-Signalverteilers offen sind und dieser einem Signalweg von einer Hälfte der Wellenlänge Lambda des Anregungssignals oder allgemeiner Lambda*(2n+1)/2 mit n als einer natürlichen Zahl einschließlich Null entspricht, sodass auch an dem Anschlusspunkt des Hybrid-Signalverteilers zu dem Sendepfad eine gegen unendlich gehende Impedanz des Weges über den Hybrid-Signalverteilers erscheint. Dies kann auch erreicht werden, indem die Signalausgänge des Hybrid-Signalverteilers kurzgeschlossen werden und der Signalweg einem Viertel der Wellenlänge Lambda oder allgemeiner Lambda*(2n+1)/4 mit n als einer natürlichen Zahl einschließlich Null entspricht.
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In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Magnetresonanztomograph einen Hybrid-Signalverteiler auf. In dem Schritt, die Sende-Lokalspule mit einem ersten Signalausgang des Hybrid-Signalverteilers zu verbinden, wird ein zweiter Signalausgang des Hybrid-Signalverteilers durch die Umschaltvorrichtung mit einem Abschlusswiderstand abgeschlossen. Vorzugsweise entspricht der Abschlusswiderstand der Impedanz des Signalausgangs des Hybrid-Signalverteilers bzw. der Sendeantenne, um eine Reflektion zu vermeiden. Wenn aber wie zuvor beschrieben der Hybrid-Signalverteiler Teil einer Impedanz-Transformation ist, kann der Abschlusswiderstand auch wie bereits dargelegt davon abweichen.
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Auf vorteilhafte Weise kann mit der Umschaltvorrichtung und einem Hybrid-Signalverteiler auch bei einem Sender mit nur einem Senderausgang sowohl eine kostengünstige Ansteuerung der Körperspule als auch Umschaltung auf eine Lokal-Sendespule bereitgestellt werden.
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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 erfindungsgemä-ßen Magnetresonanztomographen;
- 2 eine schematische Darstellung für eine beispielhafte Ausführungsform spezifischer Komponenten;
- 3 eine schematische Darstellung für eine beispielhafte Ausführungsform spezifischer Komponenten;
- 4 eine schematische Darstellung für eine beispielhafte Ausführungsform spezifischer Komponenten;
- 5 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1.
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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 Magnetfeldstärken 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 zeitlich und räumlich 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.
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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 eine Lokalspule 50 angeordnet, die über eine Anschlussleitung 33 mit der Hochfrequenzeinheit 22 und deren Empfänger verbindbar ist.
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Die Lokalspule 50 weist eine Sendefunktion als lokale Sendespule auf und wird auf bzw. an dem Patienten 100 angeordnet, wenn nur ein Teilbereich untersucht werden muss. Beispiele für lokale Sendespulen sind beispielsweise Knie-, Brust oder Kopf-Spulen mit Sendefunktion.
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Die Überwachung der Sendefunktion erfolgt durch eine Sendeüberwachungsvorrichtung 60 der Hochfrequenzeinheit 22, die nachfolgend zu den 2 bis 4 näher erläutert wird.
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2 zeigt die Komponenten des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen, die in einer Ausführungsform am Sendevorgang und dessen Überwachung beteiligt sind.
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Ein auszusendendes Hochfrequenzsignal, insbesondere ein Anregungssignal, wird in der Hochfrequenzeinheit 22 erzeugt. Die Koordination der Aussendung mit den anderen Komponenten wie Gradientensteuerung 21 erfolgt dabei im Rahmen einer Bilderfassungssequenz koordiniert von der Steuereinheit 20. Beispielsweise werden dazu Steuersignale über einen Signalbus 25 ausgetauscht.
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Die Hochfrequenzeinheit weist zwei Signalausgänge auf, die in Signalverbindung mit zwei Sendeantennen, hier einer Körperspule 14 und einer Lokalspule 50 als lokale Sendeantenne stehen. Es ist dabei auch denkbar, dass weitere Signalausgänge der Hochfrequenzeinheit 22 vorhanden sind, beispielsweise ein weiterer in Signalverbindung mit der Körperspule 14, um ein zirkular polarisiertes magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, oder für weitere lokale Sendespulen.
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In der Hochfrequenzeinheit 22 werden die Hochfrequenzsignale beispielsweise durch Oszillatoren und Hochfrequenz-Leistungsverstärker bereitgestellt, die der Übersicht halber nicht im Detail dargestellt sind.
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In die Signalverbindungen zwischen der Hochfrequenzeinheit und den Sendeantennen, im Folgenden als Sendepfad bezeichnet, über die das Anregungssignal ausgesendet wird, sind jeweils Sensoren 61 zum Erfassen einer Information über das Anregungssignale angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei den Sensoren um einen oder mehrere Richtkoppler handeln, um eine vor- und/oder rücklaufende Hochfrequenzamplitude und/oder Hochfrequenzleistung zu erfassen. Denkbar ist auch eine Pickup-Spule mit der ein durch das Anregungssignal erzeugtes hochfrequentes magnetisches Wechselfeld direkt erfasst werden kann. Der Sensor 61 kann dabei auch erste Teile einer Signalaufbereitung umfassen, wie Vorverstärker, Anpassungsglieder, Filter oder Analog/Digitalwandler.
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Eine Umschaltvorrichtung 62 ist mit den Sensoren 61 in Signalverbindung und empfängt von diesen die erzeugten Signale mit Informationen zu den Hochfrequenzsignalen auf den Sendepfaden. Die Umschaltvorrichtung 62 steht weiterhin in Signalverbindung mit der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 und ist ausgelegt, unter Kontrolle des Magnetresonanztomographen 1 mindestens eines der Signale von den Sensoren 61 auszuwählen und an die Sendeüberwachungsvorrichtung weiterzuleiten. Es können in einer nicht in 2 dargestellten Ausführungsform mit mehreren Signalverbindungen zwischen Umschaltvorrichtung 62 und Sendeüberwachungsvorrichtung 60 aber auch mehrere Sensoren 61 gleichzeitig mit der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 sein, beispielsweise bei einer Lokalspulenmatrix wie einer Spine-Coil. Auf vorteilhafte Weise ist die Signalverbindung zwischen Sensor 61 und Sendeüberwachungsvorrichtung 60 eine Kleinleistungsverbindung, die mit kleinen und kostengünstigen Schaltern geschaltet bzw. gemultiplext werden kann, beispielsweise auch mit Halbleiterschaltern.
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Es ist dabei auch denkbar, dass über die in 2 dargestellten Sendeantennen noch weitere Sendeantennen vorhanden sind, wobei die Sensoren 61 einiger Sendepfade zu diesen Sendeantennen permanent mit der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 verbunden sind und beispielsweise nur die Sensoren 61 von Sendepfaden zu lokalen Sendeantennen über die Umschaltvorrichtung 62 umschaltbar verbunden sind.
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Vorzugsweise ist die Sendeentstörvorrichtung 60 dabei ausgelegt, in Abhängigkeit von dem durch die Umschaltvorrichtung 62 verbundenen Sensor 61 das Signal zu bewerten. Beispielsweise kann die Sendeüberwachungsvorrichtung 60 einen Kalibrierspeicher aufweist, in dem für die Sensoren 61 jeweils Kalibrierdaten abgelegt sind. Diese können beispielsweise Parameter für eine Gewichtungsfunktion sein, mit dem Signalwerte multipliziert werden. Denkbare wäre auch eine Tabelle mit korrespondierenden Wertepaaren, wobei zwischen den Tabellenwerten die Sendeüberwachungsvorrichtung 60 interpoliert. Auf diese Weise können Unterschiede in der Empfindlichkeit, der Kennlinie und/oder Offset der Sensoren 61 berücksichtigt werden.
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In 3 ist eine andere denkbare Ausführungsform dargestellt. Der Gegenstand der 3 unterscheidet sich dadurch von dem Gegenstand, dass der Sensor 61 permanent in den Sendepfad zwischen der Hochfrequenzeinheit 22 und der Umschaltvorrichtung angeordnet ist. Ebenso steht der Sensor 61 permanent in Signalverbindung mit der Sendeüberwachungsvorrichtung 60. Die Umschaltvorrichtung 62 schaltet in dieser Ausführungsform nicht die Signalverbindung zwischen unterschiedlichen Sensoren 61 und der Sendeüberwachungsvorrichtung 60, sondern den Sendepfad hinter der Umschaltvorrichtung 62 zu unterschiedlichen Sendeantennen. Auf diese Weise kann mit einem einzelnen Sensor 61 eine Mehrzahl an Sendeantennen überwacht werden.
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4 stellt eine Weiterbildung der Ausführungsform aus 3 dar. In dieser Ausführungsform ist ein Hybrid-Signalverteiler 63 zwischen der Hochfrequenzeinheit 22 auf der Senderseite und den Sensoren 61 und der Umschaltvorrichtung 62 auf der Antennenseite angeordnet. An einem Port wird das Anregungssignal vom Sender der Hochfrequenzeinheit 22 zu der Sendeantenne geführt. In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Hybrid-Signalverteiler daraus zwei um 90 Grad phasenverschobene Ausgangssignale. Die Ausgangssignale können beispielsweise über die Umschaltvorrichtung 62 mit zwei Anschlusspunkten einer Körperspule 14 verbunden werden, um ein zirkular polarisiertes magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kernspins zu erzeugen. In einer anderen Schaltstellung verbindet die Umschaltvorrichtung einen ersten Signalausgang des Hybrid-Signalverteilers 63 mit einer lokalen Sendeantenne. Die Signalausgänge des Hybrid-Signalverteilers 63 sind dabei so ausgewählt, dass bei einem unverschaltet bleibenden zweiten Signalausgang eine dort anliegende Hochfrequenzleistung zu einem Abschlusswiderstand 64 an einem dritten Signalausgang reflektiert und dort in Wärme umgewandelt wird. Es ist aber auch denkbar, dass an dem zweiten Signalausgang über die Umschaltvorrichtung eine weitere Sendeantenne verbunden wird.
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Auf vorteilhafte Weise reduziert der Hybrid-Signalverteiler 63 die Anzahl der erforderlichen Sendeendstufen in der Hochfrequenzeinheit 22 und sichert über den Abschlusswiderstand 64 gleichzeitig die Endstufe gegen eine reflektierte Leistung, wenn nur eine lokale Sendespule mit dem ersten Signalausgang verschaltet wird.
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Die Erfindung ist dabei nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere sind auch Mischformen denkbar. So könnte beispielsweise nur ein Teil der Antennen umschaltbar sein, insbesondere lokale Sendespulen, da wegen der kleineren Sendeleistung im Vergleich zur Körperspule 14 umgeschaltet werden müssen und damit die Schalter einfacher und kostengünstiger ausfallen können. Ebenso ist es denkbar, dass nur ein Teil der Sensoren 61 und/oder der Sendepfade umschaltbar ist. Insbesondere kann die Bodycoil 14 bzw. deren Sensoren 61 permanent verbunden sein.
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In 5 ist ein schematischer Ablaufplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen ausgeführt.
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In einem Schritt S10 des Verfahrens wird eine Sende-Lokalspule mit dem Magnetresonanztomographen 1 verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine Bedienperson erfolgen, die eine Sende-Lokalspule 50 in einen Steckplatz des Magnetresonanztomographen 1 einsteckt und so eine elektrische Verbindung herstellt. Denkbar ist auch, dass die Sende-Lokalspule Teil einer Antennenmatrix, z.B. einer Spine Coil ist, die von der Steuerung 23 mittels einer Schaltmatrix mit der Hochfrequenzeinheit verbunden wird.
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In einer denkbaren Ausführungsform weist der Magnetresonanztomograph 1 einen Hybrid-Signalverteiler 63 auf, und die Sende-Lokalspule wird mit einem ersten Signalausgang des Hybrid-Signalverteilers 63 verbunden. Auf vorteilhafte Weise wird bei einem unbelegten zweiten Signalausgang die Leistung dort reflektiert und vorzugsweise zu einem vierten Signalausgang des Hybrid-Signalverteilers 63 geleitet, der mit einem Abschlusswiderstand 64 terminiert ist.
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In einem anderen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Steuereinheit 20 des Magnetresonanztomographen 1 mittels der Umschaltvorrichtung 62 eine Signalverbindung zwischen der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 und der Sende-Lokalspule her.
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Dies kann dadurch erfolgen, dass der Sensor 61 fest in Signalverbindung mit der Sende-Lokalspule bzw. dem Steckplatz der Sende-Lokalspule 50 steht und die Umschaltvorrichtung 62 eine Rückverbindung für das Sensorsignal von dem Sensor 61 zu der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 über die Umschaltvorrichtung 62 herstellt. Vorzugsweise ist dabei die Anzahl der Signaleingänge für Sensorsignale der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 kleiner als die Anzahl der Sensoren 61.
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In einer anderen Ausführungsform des Magnetresonanztomographen 1 kann der Sensor 61 fest in einem Sendepfad zwischen Hochfrequenzeinheit 22 und der Umschaltvorrichtung 62 angeordnet sein und eine dauerhafte Signalverbindung zwischen dem Sensor 61 und der Sendeüberwachungsvorrichtung bestehen. Die Steuereinheit 20 stellt dann die Signalverbindung mit der Sende-Lokalspule her, indem die Umschaltvorrichtung 62 den Sendepfad bis zu der Sendeüberwachungsvorrichtung 60 durchschaltet.
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In einem weiteren Schritt S30 sendet der Sender der Hochfrequenzeinheit 22 das Anregungssignal über die Sende-Lokalspule aus.
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In einem anderen Schritt S40 empfängt die Sendeüberwachungsvorrichtung 60 ein Überwachungssignals der Sende-Lokalspule über die Signalverbindung. Das Überwachungssignal weist eine Information über das Anregungssignal, die der Sensor 61 über das Anregungssignal ermittelt hat. Das Überwachungssignal kann beispielsweise von einem Richtkoppler als Sensor 61 erzeugt werden, und eine Spannung sein, die proportional zu einer vor- und/oder zurücklaufenden Leistung sein. Bei einer Pickupspule als Sensor 61 kann die Spannung auch proportional zu einer von der Sendeantenne erzeugten Feldstärke sein. Das Signal kann auch gefiltert, gleichgereichtet oder auch digitalisiert sein.
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In einem weiteren Schritt S50 vergleicht die Sendeüberwachungsvorrichtung 60 das Überwachungssignals bzw. die Information über das Anregungssignal mit einem Sollwert. Der Sollwert kann beispielsweise ein Spitzenwert sein, der nicht überschritten werden darf. Denkbar ist beispielsweise auch ein gewichteter Mittelwert.
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Dabei verwendet die Sendeentstörsteuerung 60 vorzugsweise in Abhängigkeit von dem verbundenen Sensor 61 bzw. Sendeantenne jeweils eine unterschiedliche Gewichtung, Kennlinie bzw. Schwellwert.
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In einem anderen Schritt S60 unterbricht die Sendeüberwachungsvorrichtung 60 das Aussenden des Anregungssignals durch die Hochfrequenzeinheit 22 in Abhängigkeit von dem Vergleich. Beispielsweise kann die Sendeüberwachungsvorrichtung 60 im Vergleich feststellen, dass ein Schwellwert durch das Anregungssignal überschritten ist und über den Signalbus 25 ein Unterbrechungssignal an die Hochfrequenzsteuerung senden.
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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.
