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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Bildgebung
durch kernmagnetische Resonanz sowie die Anwendungen dieser Technik
im medizinischen Bereich.
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Der
Gegenstand der Erfindung betrifft insbesondere eine universelle
Verbindungs-/Empfangseinrichtung, die es ermöglicht, an ein gegebenes Gerät zur Bildgebung
mehrere Typen von Funkfrequenzempfangsspulen anzupassen.
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Die
Bildgebungsgeräte
durch Kernmagnetresonanz sind im allgemeinen mit einem Magnetsystem
verbunden, das ein räumlich
variables Magnetfeld erzeugt, in dem das zu studierende Objekt angeordnet
ist, um an jedem Punkt desselben eine unterschiedliche Resonanzfrequenz
zu erhalten. Eine Funkfrequenzsendespule ist in dieses Magnetfeld getaucht,
um eine elektromagnetische Welle zu entsenden, die in Abhängigkeit
von der Frequenz dieser Welle und dem Magnetfeld an jedem Punkt
des zu studierenden Objekts eine Resonanz induziert, die vom Entsenden
eines magnetischen Signals begleitet ist. Eine Funkfrequenzempfangsspule
ermöglicht es,
dieses von der Resonanz induzierten Signals zu erfassen und es in
ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Funkfrequenzsende- oder -empfangsspulen,
auf die sich die Erfindung bezieht, betreffen Mittel, die es ermöglichen,
elektrische Signale in eine elektromagnetische Welle für eine so
genannte Sendespule oder in die andere Richtung für eine so
genannte Empfangsspule umzuwandeln. Diese Mittel sind auch unter
der Bezeichnung Antennen bekannt.
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Die
Funkfrequenzsendespule und die Funkfrequenzempfangsspule sind im
allgemeinen mit einem Funkfrequenzsendekontrollsystem und einer Vorrichtung
verbunden, die die Erstellung eines zwei- oder dreidimensionalen
Bildes von dem zu studierenden Objekt ermöglicht, wobei die Gesamtheit
dieser Mittel ein Bildgebungsgerät
durch Kernmagnetresonanz darstellt.
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Die
Funkfrequenzempfangsspule ist im allgemeinen an die Form und/oder
die Größe des zu studierenden
Objekts angepaßt.
Dieses Objekt kann jedes beliebige Objekt sein, das mit Hilfe eines
Bildgebers durch Kernmagnetresonanz beobachtet werden kann. Es entspricht
im allgemeinen einem Teil des Körpers
eines Patienten.
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Beispielsweise
beschreibt das Patent
US 5 473
252 ein Bildgebungsgerät
durch Kernmagnetresonanz, umfassend eine Funkfrequenzempfangsspule
und eine Funkfrequenzsendespule. Um das Signal-Lärm-Verhältnis zu verbessern, umfaßt das Gerät eine lokalisierte
Spule, die eine Antenne umfaßt, die
das durch die Magnetresonanz induzierte elektromagnetische Signal
in ein elektrisches Signal umwandelt, das von einem Verstärker auf
eine Antenne übertragen
wird, die mit der Funkfrequenzempfangsspule gekoppelt ist.
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Ebenso
beschreibt das Patent
US 5 969
526 ein Diagnosegerät
durch Magnetresonanz, umfassend ein Übertragungs-Empfangssystem,
das eine Ganzkörperantenne
umfaßt,
die dazu ausgeführt
ist, Magnetresonanzsignale mit einer spezifischen Frequenz zu erzeugen
und/oder empfangen. Das Übertragungs-Empfangssystem
umfaßt
eine Antenne und Mittel, die dazu ausgeführt sind, eine Bildgebung mit hyperpolarisierten
Gasen durchzuführen.
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Die
Funkfrequenzempfangsspule wird oft unter einem Satz von so genannten „Standard"-Funkfrequenzempfangsspulen
ausgewählt,
deren Merkmale und Leistungen in Abhängigkeit von der Form und/oder
der Größe des zu
studierenden Objekts variieren.
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Jedes
Bildgebermodell ist oft mit einem Eigentümerstecker versehen, der mit
den Steckern zusammenpaßt,
die von einem selben Satz von Standard-Funkfrequenzempfangsspulen
stammen.
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Der
Benutzer, der ein Bildgebermodell besitzt, kann im allgemeinen Funkfrequenzempfangsspulen,
die nicht dem Modell oder dem Herstellungsdatum des Bildgebers,
den er besitzt, entsprechen, nicht anpassen. Überdies ermöglicht es ein Satz von Standard-Funkfrequenzempfangsspulen,
der einem Bildgebermodell entspricht, im allgemeinen nicht, den
Umfang der medizinischen Anwendungen abzudecken, die für eine Gruppe
von Benutzern in einem selben Krankenhausverband wichtig sind.
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Das
Problem, das sich dem Benutzer stellt, ist somit der fehlenden Kompatibilität oder dem
Umfang der Investitionen, die erforderlich sind, um alle für die vorgesehenen
Anwendungen erforderlichen Bildgeber zu erwerben, verbunden.
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Genau
dies ist Gegenstand der Erfindung, nämlich eine Vorrichtung vorzuschlagen,
die diese fehlende Kompatibilität
aufhebt.
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Um
den Bedürfnissen
der Benutzer von Bildgebungstechniken zu entsprechen, schlägt die Erfindung
eine universelle Verbindungs-/Empfangseinrichtung für ein Gerät zur Bildgebung
durch kernmagnetische Resonanz nach Anspruch 1 vor.
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Auch
wenn es die vorher beschriebene universelle Verbindungs-/Empfangseinrichtung
ermöglicht,
das Anwendungsfeld des Benutzers zu erweitern, stellt die Frequenz
der eingesetzten elektromagnetischen Wellen im allgemeinen ein unveränderliches
Merkmal dar, das in Bezug auf den verwendeten Bildgebertyp vorgegeben
ist. Auch geht die Entwicklung der Bildgeber durch Kernmagnetresonanz hin
zur Anwendung von größeren Magnetfeldern, was
zur Notwendigkeit führt,
die Frequenz der zu verwendenden elektromagnetischen Wellen zu ändern. Überdies
kann der Benutzer unabhängig
vom verwendeten Magnetfeld dazu veranlaßt werden, unterschiedliche
Betriebsfrequenzen in Abhängigkeit
vom Kerntyp, der in Resonanz eintreten soll, vorzusehen. Aus diesem
Grund begrenzen Bildgeber, die es im allgemeinen ermöglichen,
nur mit einer Frequenz zu arbeiten, noch einmal das Feld der möglichen
Anwendungen.
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Genau
dies ist Gegenstand einer besonderen Ausführungsart der Erfindung, nämlich die
Verwendung einer universellen Verbindungs-/Empfangseinrichtung,
die es ermöglicht,
eine elektromagnetische Welle zu entsenden, deren Frequenz an die
vorgesehene Anwendung angepaßt
werden kann.
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Diese
besondere Ausführungsart
betrifft somit eine universelle Verbindungs-/Empfangseinrichtung,
wie vorher beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens
eine unabhängige
Funkfrequenzsendespule umfaßt,
die mit mindestens einer Sendekopplungsschleife verbunden ist, die
eine magnetische Kopplung mit der Funkfrequenzsendespule sicher
stellt, und daß ein
Frequenzaufbereitungsteil am Ausgang des Sendekopplungsschleife
und am Eingang der Empfangskopplungsschleife angeordnet ist, um
eine elektromagnetische Welle mit einer spezifischen Frequenz zu
entsenden und die Frequenz des elektrischen Signals, das von der
unabhängigen
Funkfrequenzempfangsspule kommt, an eine dem Bildgeber eigene Frequenz
anzupassen.
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Verschiedene
weitere Merkmale gehen aus der untenstehenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, die als nicht
einschränkende
Beispiele Ausführungs-
und Einsatzformen des Gegenstandes der Erfindung zeigen.
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1 stellt
eine Ausführungsart
der Erfindung dar, die es ermöglicht,
verschiedene Typen von unabhängigen
Funkfrequenzempfangsspulen an einen selben Bildgeber anzupassen.
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2 stellt
eine weitere Ausführungsart
der Erfindung dar, die es ferner ermöglicht, eine elektromagnetische
Welle mit einer spezifischen Frequenz zu entsenden und die Frequenz
des elektrischen Signals, das von der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule
kommt, an eine dem Bildgeber eigene Frequenz anzupassen.
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Die
in 1 dargestellte Ausführungsart ermöglicht es,
alle Bestandteile eines unter dem Bezugszeichen 1 dargestellten
Bildgebers zu zeigen. Eine der Funktionen des Bildgebers 1 ist
die Entsendung einer elektromagnetischen Welle, die eine gegebene
Amplitude und Frequenz hat. Diese Funktion wird durch eine Sendekette
sicher gestellt, die im allgemeinen Bestandteil des Bildgebers 1 ist.
Die Sendekette umfaßt
stromaufwärts
ein Kontrollsystem 2, das dazu bestimmt ist, ein elektrisches
Signal zu erzeugen, das dann mit Hilfe eines Verstärkers 3,
der mit dem Kontrollsystem 2 verbunden ist, verstärkt wird. Übereinstimmungs-
und Anpassungsmittel 4 sind stromabwärts zum Verstärker angeordnet,
um eine Filterung des verstärkten
Signals durchzuführen und
die Wirksamkeit der Verstärkung
zu optimieren. Am Ende der Sendekette ist eine Funkfrequenzsendespule 5 angeschlossen,
die es ermöglicht,
das verstärkte
elektrische Signal, das angepaßt
und übereingestimmt
ist, in eine elektromagnetische Welle umzuwandeln. Die Funkfrequenzsendespule 5 ist
im allgemeinen in das Magnetfeld eingesetzt, das von einem (nicht
dargestellten) Magneten erzeugt wird. Die Sendespule 5 ist
in den meisten Fällen
derart angeordnet, daß sie
im Inneren dieses Magnetfeldes das zu studierende Objekt umgibt.
Die Merkmale der elektromagnetischen Welle, die von der Funkfrequenzsendespule 5 entsendet
wird, sind im allgemeinen eine Frequenz im wesentlichen gleich 64
MHz mit einem annähernden
Durchlaßband
von 200 kHz bei einem Magnetfeld von 1,5 Tesla. Diese Merkmale können sich
jedoch in Abhängigkeit
von dem verwendeten Magnetfeld sowie dem durchgeführten Analysetyp
weiterentwickeln.
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Der
Bildgeber 1 kann Mittel umfassen, die es ermöglichen,
verschiedene Typen von Funkfrequenzsendespulen anzupassen. Er kann
ferner weitere Mittel umfassen, die es ermöglichen, die Einstellungsparameter
der Übereinstimmungs-
und Anpassungsmittel 4 sowie des Verstärkers 3 einzustellen.
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Wie
in 1 dargestellt, umfaßt der Bildgeber 1 mindestens
eine Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6. Die Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6 kann
selbst eine eigentliche Spule 7, Übereinstimmungs- und Anpassungsmittel 8 und
Entkoppelungsmittel 9 umfassen. Sie kann auch einen Vorverstärker 10 umfassen.
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Die
Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6 ist im allgemeinen
Teil eines Satzes von Standard-Funkfrequenzempfangsspulen, von denen
jede mit einem Standard-Stecker 11a versehen ist, der an den
Stecker 11b des verwendeten Bildgebertyps angepaßt werden
kann. Die Anschlußelemente 11 dieser
Standard-Funkfrequenzempfangsspulen in Verbindung mit einem Bildgebermodell
können
in Abhängigkeit
von dem Modell und dem Herstellungsdatum de Spule und/oder des verwendeten
Bildgebers variieren.
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Der
Bildgeber 1 umfaßt
auch einen Funkfrequenzempfänger 12,
der mit dem Stecker 11b versehen ist, der es ermöglicht,
das elektrische Signal zu empfangen, das von einer Standard-Funkfrequenzempfangsspule
kommt.
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Der
Bildgeber 1 umfaßt
natürlich
digitale Bearbeitungsmittel (nicht dargestellt), die es ermöglichen,
zwei- oder dreidimensionale Bilder von dem zu studierenden Objekt
herzustellen.
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Erfindungsgemäß ist der
Bildgeber durch Kernmagnetresonanz mit einer universellen Verbindungs-/Empfangseinrichtung 13 verbunden,
umfassend mindestens eine unabhängige
Funkfrequenzempfangsspule 14. Diese Spule ist unabhängig, da sie
keinen Bestandteil des Bildgebers 1 darstellt, wie vorher
definiert wurde. Die unabhängige
Funkfrequenzempfangsspule 14 ist mit einer Spule 15 im
eigentlichen Sinn versehen, die es ermöglicht, das durch die Resonanz induzierte
Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Diese Spule 14,
und insbesondere die Spule 15 im eigentlichen Sinn, ist
an die Form und/oder die Größe eines
zu studierenden Objekts angepaßt.
Die unabhängige
Funkfrequenzempfangsspule kann derart positioniert werden, daß sie das
zu studierende Objekt umgibt. Sie kann auch in der Nähe des zu
studierenden Objekts angeordnet sein. Sie ist im allgemeinen, wie
das zu studierende Objekt, im Inneren des Magnetfeldes angeordnet, das
von dem mit dem Bildgeber verbundenen Magneten erzeugt wird. Überdies
kann sie vorzugsweise im Inneren der Funkfrequenzsendespule 5 angeordnet
sein.
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Vorzugsweise
umfaßt
die unabhängige Funkfrequenzempfangsspule 14 Übereinstimmungs- und
Anpassungsmittel 16, mit denen die eigentliche Spule 15 verbunden
ist. Insbesondere kann diese unabhängige Funkfrequenzempfangsspule 14 Entkopplungsmittel 17 umfassen.
Diese Entkopplungsmittel 17, die auch Trennvorrichtungen
genannt werden, ermöglichen
es, die Kopplungen zwischen der Funkfrequenzsendespule 5 und
der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule 14 zu
minimieren. Diese Kopplung hat nämlich
zwei schädliche
Folgen:
- • die
erste ist die Verstärkung
des von der elektromagnetischen Sendewelle induzierten Feldes, wobei
die unabhängige
Funkfrequenzempfangsspule 14 nun die Rolle eines Magnetflußaufbereiters
spielt, wodurch der Normalbetrieb des Bildgebers gestört wird,
- • und
die zweite wird durch eine inakzeptable Erhitzung des zu studierenden
Objekts hervorgerufen, das im medizinischen Bereich im allgemeinen dem
Teil des Körpers
eines Patienten entspricht, wodurch der Patient gefährdet ist,
wenn eine gewisse Grenze überschritten
wird.
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Eine
elektronische Kontrollschaltung 18 ist mit den Entkopplungsmitteln 17 verbunden,
und nach einer vorteilhaften Ausführungsart ist die Schaltung auch
mit den Übereinstimmungs-
und Anpassungsmitteln verbunden. Die elektronische Kontrollschaltung 18 ermöglicht es
insbesondere, die Übereinstimmungs-
und Anpassungsmittel 16 und die Entkopplungsmittel 17 einzustellen.
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Die
Vorrichtung umfaßt
eine Überwachungsschleife 19,
die eine Magnetkopplung mit der Funkfrequenzspule 5 sicher
stellt und mit der elektronischen Steuerschaltung 18 verbunden
ist. Die Überwachungsschleife 19 ermöglicht es
insbesondere, die Entkopplungsmittel 17 der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule 14 in
Bezug auf die von der Funkfrequenzsendespule 5 gesendete
elektromagnetische Welle zu steuern, und zwar mit Hilfe der Elektronikschaltung 18.
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Die
Magnetkopplung der Überwachungsschleife 19 mit
der Funkfrequenzsendespule 5 kann auf jede beliebige Art
erfolgen. Diese Kopplung ermöglicht
es, in Form eines elektrischen Signals die von der Funkfrequenzsendespule 5 gesendete
elektromagnetische Welle zu der elektronischen Steuerschaltung 18 zu übertragen.
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Nach
einer besonderen Ausführungsart
wird die unabhängige
Funkfrequenzempfangsspule 14 unter den Standard-Funkfrequenzempfangsspulen, die
am Markt verfügbar
sind, ausgewählt.
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Erfindungsgemäß ist die
unabhängige
Funkfrequenzempfangsspule 14 mit einer Empfangskopplungsschleife 20 verbunden,
die eine Magnetkopplung mit der Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6 sicher
stellt.
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Daraus
folgt, daß es
bei einem selben Bildgeber möglich
ist, jeden beliebigen Typ einer unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule 14 zu
verwenden, unabhängig
vom Modell und Herstellungsdatum derselben.
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Die
Empfangskopplungsschleife 20 kann in der Nähe oder
vorzugsweise im Inneren der Standard-Funkfrequenzempfangsspule 7 im
eigentlichen Sinn positioniert sein.
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Im
allgemeinen sind die Empfangskopplungsschleife 20 und die
Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6 beide außerhalb
des Magnetfeldes lokalisiert, das von dem mit dem Bildgeber verbundenen
Magneten erzeugt wird. In diesem Fall besteht die Funktion der Empfangskopplungsschleife 20 darin,
ein elektrisches Signal weiterzuleiten, das von der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule 14 kommt.
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Nach
einer weiteren Verwendungsart sind die Empfangskopplungsschleife 20 und
die Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6 im Inneren des Magnetfeldes lokalisiert,
das von dem mit dem Bildgeber verbundenen Magneten erzeugt wird.
Die Empfangskopplungsschleife 20 und die Spule 7 haben
nun als Funktionen nicht nur die Weiterleitung eines elektrischen
Signals, das von der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule 14 kommt,
sondern auch den Empfang des elektromagnetischen Signals, das von
der Kernmagnetresonanz des zu studierenden Objekts induziert wird.
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Vorzugsweise
ist ein Kopplungsvorverstärker 21 zwischen
der unabhängigen
Funkfrequenzempfangsspule 14 und der Empfangskopplungsschleife 20 eingesetzt.
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Es
ist möglich,
eine Vorrichtung mit mehreren unabhängigen Funkfrequenzempfangsspulen 14 vorzusehen,
die durch eine Magnetkopplung mit Hilfe von ebenso vielen Empfangskopplungsschleifen 20 mit
ebenso vielen Standard-Funkfrequenzempfangsspulen 6, die
selbst an den Bildgeber angeschlossen sind, verbunden sind.
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Nach
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung sind beide unabhängige
Funkfrequenzempfangsspulen 14, die in Quadratur angeordnet sind,
mit zwei Empfangskopplungsschleifen 20 verbunden, die eine
Magnetkopplung mit zwei Standard-Funkfrequenzempfangsspulen 6 des
Bildgebers 1 sicher stellen. Die Anordnung der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspulen 14 in
Quadratur bedeutet, daß jede
von ihnen derart angeordnet ist, daß die Hauptachsen der Felder
einen Winkel von annähernd
90° bilden.
Es ist auch in diesem besonderen Fall notwendig, eine Vorrichtung
vorzusehen, die es ermöglicht,
die elektrischen Signale, die von den Standard-Funkfrequenzempfangsspulen 6 kommen,
zu addieren.
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Nach
einer anderen Ausführungsart
als der vorhergehenden sind zwei unabhängige Funkfrequenzempfangsspulen 14,
die in Quadratur angeordnet sind, mit den Eingängen einer Addiereinrichtung (nicht
dargestellt) verbunden, umfassend mindestens zwei Eingänge und
einen Ausgang, wobei der Ausgang mit der Empfangskopplungsschleife 20 verbunden
ist. Diese Ausführungsart
ermöglicht
es, nur eine einzige Empfangskopplungsschleife 20 und nur
eine einzige Standard-Funkfrequenzempfangsspule 6 zu verwenden.
Es ist anzumerken, daß vorgesehen werden
kann, eine mehr als zwei unabhängige
Funkfrequenzempfangsspulen 14 zu verwenden.
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Nach
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung ermöglicht
es die universelle Verbindungs-/Empfangseinrichtung, eine elektromagnetische
Welle mit einer spezifischen von der Eigenfrequenz des Bildgebers
unterschiedlichen Frequenz zu entsenden und die Frequenz des elektrischen
Signals, das von der unabhängigen
Funkfrequenzempfangsspule 14 kommt, an die Eigenfrequenz
des Bildgebers anzupassen. Dies ermöglicht es ferner, andere Kerne
als jene der Wasserstoffatome in Resonanz treten zu lassen, deren
Resonanzfrequenz annähernd
42 MHz bei einem Magnetfeld von 1 Tesla beträgt. Aus diesem Grund kann vorgesehen
werden, Kerne von Molekülen,
wie beispielsweise Phosphor oder Helium, in Resonanz treten zu lassen.
Ferner neigt die Entwicklung im Bereich der Bildgebung durch Kernmagnetresonanz
dazu, höhere
Magnetfelder, beispielsweise 3 Tesla, zu verwenden, so daß die Frequenzen
der entsendeten elektromagnetischen Wellen neu anzupassen sind.
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Wie
in 2 dargestellt, umfaßt die universelle Verbindungs-/Empfangseinrichtung 13 nach dieser
besonderen Ausführungsart
der Erfindung mindestens einen unabhängige Funkfrequenzsendespule 30,
die mit mindestens einer Sendekopplungsschleife 31 verbunden
ist, die eine Magnetkopplung mit der Funkfrequenzsendespule 5 sicher
stellt. Die universelle Empfangseinrichtung 13 umfaßt ferner
einen Frequenzaufbereiter 32, der am Ausgang der Sendkopplungsschleife 31 und
am Eingang der Empfangskopplungsschleife 20 angeordnet
ist. Der Frequenzaufbereiter 32 ermöglicht es, eine elektromagnetische
Welle mit einer spezifischen Frequenz zu entsenden und die Frequenz
des von der unabhängigen
Funkfrequenzempfangsspule 14 kommen elektrischen Signals
an eine Eigenfrequenz des Bildgebers 1 anzupassen. Der
Frequenzaufbereiter 32 ist am Ausgang der Sendekopplungsschleife 31 mit Hilfe
einer Frequenzanpassungsvorrichtung 33 angeordnet, die
es ermöglicht,
die Frequenz des elektrischen Signals, die dem Bildgeber 1 eigen
ist, in eine spezifische Frequenz umzuwandeln. Auf dieselbe Weise
ist der Aufbereiter 32 am Eingang der Empfangskopplungsschleife 20 dank
einer weiteren Frequenzanpassungsvorrichtung 34 (wie beispielsweise eines
Mischers) angeordnet, die es ermöglicht,
die Frequenz des von der unabhängigen Funkfrequenzempfangsspule 14 kommenden
elektrischen Signals an eine Eigenfrequenz des Bildgebers 1 anzupassen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsart
ist die Frequenzanpassungsvorrichtung 33 mit einer unabhängigen Funkfrequenzsendespule 30 über einen Verstärker 35 verbunden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsart
umfaßt
die unabhängige
Funkfrequenzsendespule 30 Übereinstimmungs- und Anpassungsmittel.
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Die
Erfindung ermöglicht
es vorzugsweise, elektromagnetische Wellen zu verwenden, deren Frequenz
an eine spezifische, von der Eigenfrequenz des Bildgebers unterschiedliche
Frequenz angepaßt werden
kann. Dies ermöglicht
es, andere Atomkerne als Wasserstoff, wie beispielsweise Phosphor
oder Helium, in Resonanz treten zu lassen. Dies ermöglicht es
ferner, die Frequenz der elektromagnetischen Wellen an größere Magnetfelder
als die üblicherweise
verwendeten anzupassen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele
beschränkt,
da verschiedene Änderungen
an ihr vorgenommen werden können,
ohne über
ihren Rahmen hinauszugehen.