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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Magnetresonanzgerät, das Folgendes umfasst: ein
erstes Magnetsystem zur Erzeugung eines stationären Magnetfelds; ein zweites
Magnetsystem zur Erzeugung von Gradientenfeldern; eine HF-Sendespule
und ein HF-Messspulensystem
zur Erfassung von in einem zu untersuchenden Objekt zu erzeugenden
Magnetresonanzsignalen, wobei das Messspulensystem eine mindestens
eindimensionale Anordnung von aneinander angrenzenden Nicht-Quadratur-Oberflächenspulen
enthält,
die so angeordnet sind, dass sie eine zu untersuchende Region umgeben,
und Mittel zur Entkopplung der Oberflächenspulen voneinander; und
eine Signalverarbeitungsschaltung, die mit den Oberflächenspulen
verbunden ist und eine Anzahl von Verarbeitungskanälen für die Verarbeitung von
durch die Oberflächenspulen
erzeugten HF-Signalen enthält,
und die vorgesehen ist, um die genannten HF-Signale zu kombinieren.
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Ein
Gerät dieser
Art ist aus der US-amerikanischen Patentschrift US-A-4.825.162 bekannt.
Die Oberflächenspulen
in dem bekannten Gerät
bilden zum Beispiel eine eindimensionale oder zweidimensionale Anordnung,
wobei jede Oberflächenspule
mit einem entsprechenden Verarbeitungskanal der Signalverarbeitungsschaltung
verbunden ist. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht in der Tatsache,
dass der Störabstand
des auf diese Weise erhaltenen Signals wesentlich größer ist
als im Fall einer einzelnen Oberflächenspule mit der gleichen
Gesamtoberfläche
wie die genannte Anordnung von Oberflächenspulen. Die ist vor allem
wichtig für
die Untersuchung von großen
Objekten, weil die Verwendung einer einzelnen, großen Oberflächenspule
dann sehr lange Messzeiten erforderlich machen würde, um immer noch nutzbare
Informationen aus dem Signal mit einem geringen Störabstand
extrahieren zu können. Aus
dem zitierten Dokument geht hervor, dass die Konstruktion jedes
Verarbeitungskanals vergleichsweise komplex ist. Die Signalverarbeitungsschaltung wird
daher kompliziert und teuer, wenn die Anzahl der Oberflächenspulen
in der Anordnung größer ist
als zum Beispiel vier oder sechs. Das bekannte Gerät ist daher
nicht sehr gut für
die Untersuchung von sehr großen
Objekten geeignet, zum Beispiel des gesamten Rumpfs eines Patienten.
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Die
Erfindung hat zur Aufgabe, ein Magnetresonanzgerät der erwähnten Art zu schaffen, in dem
eine vergleichsweise einfache Signalverarbeitungsschaltung zum Einsatz
kommt und das trotzdem für
die Untersuchung von vergleichsweise großen Objekten geeignet ist.
Um dies zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Gerät dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Oberflächenspulen
und der Signalverarbeitungsschaltung eine Kombinationsschaltung
vorgesehen ist, die mindestens zwei Addiereinheiten enthält, wobei
jede Addiereinheit mindestens zwei Eingänge und einen Ausgang hat und vorgesehen
ist, um den Eingängen
zugeführte
Signale, die mit einer vorgegebenen, nicht-verschwindenden wechselseitigen
Phasenverschiebung behaftet sind, zu addieren und das aus der Addition
resultierende Signal am Ausgang zur Verfügung zu stellen, wobei jeder
Eingang der Addiereinheit mit einer der Oberflächenspulen verbunden ist und
die mit den Eingängen
von ein und derselben Addiereinheit verbundenen Oberflächenspulen
einen angrenzenden Teil der Anordnung bilden, und wobei der Ausgang
jeder Addiereinheit mit einem der Verarbeitungskanäle der Signalverarbeitungsschaltung
verbunden ist, wobei die vorgegebene wechselseitige Phasenverschiebung
für jedes
Paar von angrenzenden Oberflächenspulen
so festgelegt ist, dass man einen maximalen Störabstand für ein Signal erhält, das
man durch die Addition von Signalen erhält, die von einem vorgegebenen
interessierenden Punkt in der zu untersuchenden Region stammen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Tatsache, dass wenn
eine begrenzte Anzahl von Verarbeitungskanälen, zum Beispiel vier oder
sechs, für
große
Objekte verwendet wird, die Größe der Spulen
zu einer vergleichsweise starken Kopplung zwischen den Spulen an
der Oberseite des Objekts und jenen an der Unterseite des Objekts
fährt.
Die Kopplung zwischen Spulen ist vor allem problematisch im Fall
von niedrigen Feldstärken,
weil die gegenseitige Beeinflussung von KQ abhängt. Hier ist K der Kopplungsfaktor,
der von der Feldstärke
abhängt,
und Q ist die Güte
der durch einen Patienten belasteten Spule. Q nimmt im Fall niedriger
Feldstärken
schnell zu, zum Beispiel von ca. 15 bis 30 bei 1,5 T auf ca. 45
bis 90 bei 0,5 T. Dies wird äußerst problematisch
vor allem im Fall geringer Feldstärken (etwa 0,5 T), weil diese
Kopplungen aufgrund der Einkopplung von Rauschen von einem Kanal
in den anderen zu einer sehr starken Abnahme des Störabstands
führen.
Diese Kopplungen können nicht
oder kaum mit Hilfe bekannter Mittel, zum Beispiel Spulenüberlappung
oder elektronische Entkopplungsschaltungen, reduziert werden, weil
der Grad der Kopplung von der Position des (flexiblen) oberen Teils
des Spulensystems relativ zum (flexiblen) unteren Teil abhängig ist
und daher nicht vorhersagbar ist. Um derartige Kopplungen zu reduzieren, erscheint
die Verwendung von kleine ren Spulen attraktiv; dies würde jedoch
zu einer Erweiterung der Anzahl von Verarbeitungskanälen führen, was
eine sehr teuere Lösung
darstellt, die außerdem
eine lange Berechnungsdauer erforderlich macht. Die Erfindung schafft
die elektronische Addition der Signale von den kleinen Spulen mit
einer geeigneten Phasenverschiebung, so dass weniger Verarbeitungskanäle benötigt werden.
Die Anzahl der Verarbeitungskanäle
kann sich zum Beispiel auf die Hälfte
oder weniger als die Hälfte
der Anzahl von Oberflächenspulen
belaufen. Der Vorteil der schwachen Kopplung zwischen Spulen, die
auf andere Weise nicht angemessen entkoppelt werden können, wird
dadurch mit dem Vorteil einer begrenzten Anzahl von Verarbeitungskanälen kombiniert.
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Die
Erfindung ist von besonderer Bedeutung, wenn Objekte untersucht
werden müssen,
die vergleichsweise tief in dem Körper eines Patienten liegen.
Die Phasenverschiebung wird dann so gewählt, dass der Störabstand
für Objekte,
die sich in einer großen
Entfernung zur relevanten Oberflächenspule befinden,
maximal ist. Dieser Störabstand
ist in der Nähe
der Oberflächenspulen
etwas kleiner als maximal, jedoch ist dies nicht zu beanstanden,
weil die Signale von der direkten Nähe der Oberflächenspule auf
jeden Fall inhärent
wesentlich größer sind
als das Rauschen. Aus diesem Gründe
kann eine leichte Verschlechterung des Störabstands problemlos akzeptiert
werden.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 schematisch
ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts;
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines HF-Messspulensystems
für das
Gerät aus 1;
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3 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer Signalverarbeitungsschaltung für das Gerät aus 1; und
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4 die
Auswahl der optimalen Phasenverschiebung.
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Das
in 1 schematisch dargestellte Magnetresonanzgerät umfasst
ein erstes Magnetsystem 1 zur Erzeugung eines stationären Magnetfelds
H, ein zweites Magnetsystem 3 zur Erzeugung von magnetischen
Gradientenfeldern, und eine Stromversorgungsquelle 7 für das zweite
Magnetsystem 3. Eine HF-Sendespule 9 dient zur
Erzeugung eines hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes und ist zu
diesem Zweck mit einer HF-Sendevorrichtung
mit einer HF-Quelle 11 verbunden. Zur Erfassung der in einem
zu unter-[TEXT FEHLT]
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8 eine perspektivische Darstellung ist, die
eine andere Ausbildung eines wesentlichen Abschnitts des in 1 gezeigten
Projektors zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, weist ein Projektor gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 14 auf, in das
eine Flüssigkristallanzeige
(Liquid Crystal Display (LCD) für
rote Farbe 13r, eine LCD für grüne Farbe 13g und eine
LCD für blaue
Farbe 13b eingebaut sind, wobei diese LCDs als eine Bildanzeigeplatte
benutzt sind. Diese LCDs 13r, 13g und 13b empfangen
von einem Videosignalzuführinstrument
(beispielsweise ein TV-Tuner, ein VTR-Gerät und/oder ein Videoplattenspieler),
das außerhalb
des Gehäuses 14 angeordnet
ist, durch eine Steuerungsschaltung ein Videosignal. Auf der Basis
des Videosignals arbeiten die LCDs so, dass sie das korrespondierende
Bild anzeigen.
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Diese
LCDs 13r, 13g und 13b sind Bildanzeigeplatten
vom transparenten Typ. Sie dienen zum Anzeigen eines Bildes gemäß der Variation
(Tonus) des Transmissionsvermögens.
Die LCD für
rote Farbe 13r arbeitet so, dass sie eine Rotkomponente
des mit dem Videosignal korrespondierenden Bildes anzeigt. Die LCD
für blaue
Farbe 13b arbeitet so, dass sie eine Blaukomponente des
mit dem Videosignal korrespondierenden Bildes anzeigt.
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Innerhalb
des Gehäuses 14 ist
eine Lichtquelle 1 zur Beleuchtung der LCDs für die jeweiligen Farben 13r, 13g und 13b angeordnet.
Diese Lichtquelle ist eine Weißlampe
mit hoher Luminanz, beispielsweise eine Halogenlampe.
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Ein
von der Lichtquelle 1 emittierter Lichtfluss wird durch
ein UV-Filter (Ultraviolet Rays Cutting Filter (Ultraviolettstrahlenabschneidefilter)) 2, Mehrfachlinsenanordnungen 3a, 3b und
eine Kondensorlinse 4 in Folge transmittiert. Dann fällt der Lichtfluss
auf einen ersten dichroitischen Spiegel 5a ein, der in
einem Winkel von 45° gegen
den Lichtfluss angeordnet ist. Der erste dichroitische Spiegel 5a wirkt
so, dass er eine im Lichtfluss enthaltene Rotlichtkomponente R reflektiert,
um sie um 90° abzulenken,
so dass die verbleibende Grün-
und Blaulichtkomponente GB durch den Spiegel 5a transmittiert werden.
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Die
auf dem ersten dichroitischen Spiegel 5a reflektierte Rotlichtkomponente
R wird auf einem ersten Spiegel 6a reflektiert, um um 90° abgelenkt
zu sein. Die abgelenkte Rotlichtkomponente R geht durch einen Kondensor 9r und
ein dichroitisches Filter für
rote Farbe 12r und fällt
dann auf die LCD für eine
rote Farbe 13r ein. Das dichroitische Filter für rote Farbe 12r ist
ein Filter, das nur das rote Licht transmittiert. Das dichroitische
Filter für
rote Farbe 12r weist ein daran anhaftendes Polarisationsfilter auf.
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Das
auf die LCD einfallende rote Licht für rote Farbe 13r wird
durch die LCD für
rote Farbe 13r transmittiert und fällt dann auf eine Seite eines
gekreuzten dichroitischen Prisma 7 ein.
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[TEXT
FEHLT]nes Patienten in dem Messraum 29, zum Beispiel für Herzuntersuchungen. Zweidimensionale
Spulenanordnungen, wie sie zum Beispiel in der US-amerikanischen
Patentschrift US-A-4.825.162
beschrieben werden, sind ebenfalls für einige Untersuchungen von
Nutzen. Der Pfad eines in jeder der Spulen durch die von dem zu
untersuchenden Objekt emittierten Magnetresonanzsignale erzeugten
elektrischen Stroms ist in der Figur mit Pfeilen angegeben. Es ist
zu beachten, dass die Spulen nur schematisch dargestellt sind. Wie
bekannt enthalten sie in Wirklichkeit Abstimmmittel wie Kondensatoren
und Verbindungsleiter, über
die sie mit der Kombinationsschaltung 13 und der Signalverarbeitungsschaltung 15 verbunden
sind, welche nachstehend unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben
werden.
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Der Übersichtlichkeit
halber ist in 3 nur eine der Oberflächenspulenanordnungen
(die Anordnung 33) aus 2 dargestellt.
Die Figur zeigt jedoch die Verbindungsleiter der Oberflächenspulen, zum
Beispiel die Verbindungsleiter 37 und 39 der ersten
Oberflächenspule 33a.
Die Verbindungsleiter 37 und 39 sind mit den zwei
Eingangsanschlüssen
eines ersten phasenverschiebenden Verstärkers 41a verbunden,
dessen Ausgangsanschluss mit einem Eingang einer ersten Summierschaltung 43a verbunden ist,
die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei
Eingänge
hat. Der andere Eingang der ersten Summierschaltung 43a ist
mit dem Ausgangsanschluss eines zweiten phasenverschiebenden Verstärkers 41b verbunden,
dessen Eingangsanschlüsse
mit den Verbindungsleitern der zweiten Oberflächenspule 33b verbunden
sind, welche sich unmittelbar neben der ersten Oberflächenspule 33a in
der Anordnung 33 befindet. Der erste und der zweite phasenverschiebende
Verstärker 41a und 41b bilden in
Verbindung mit der ersten Summierschaltung 43a eine erste
Addiereinheit 45a. Die beiden Eingangsanschlüsse des
ersten phasenverschiebenden Verstärkers 41a bilden zusammen
einen ersten Eingang der ersten Addiereinheit 45a und die
Eingangsanschlüsse
des zweiten phasenverschiebenden Verstärkers 41b bilden zusammen
einen zweiten Eingang der ersten Addiereinheit. Die erste Summierschaltung 43 umfasst
auch einen Ausgang 47a, der gleichzeitig den Ausgang der
ersten Addiereinheit 45a bildet.
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Jeder
phasenverschiebende Verstärker 41a, 41b beaufschlagt
das von der mit dem relevanten Verstärker verbundenen Oberflächenspule 33a, 33b stammende
Signal mit einer vorgegebenen Phasenverschiebung. Wie im Folgenden
ausführlich
erläutert,
sind die Phasenverschiebungen für
benachbarte Oberflächenspulen
im Allgemeinen unterschiedlich, so dass eine Phasenverschiebung
zwischen den von diesen Spulen stammenden Signalen eingeführt wird.
Die Addiereinheit 45a ist also vorgesehen, um die ihren
Eingängen
zugeführten,
mit einer bestimmten wechselseitigen Phasenverschiebung behafteten Signale
zu addieren. Die beschriebene Addiereinheit kann durch eine Addiereinheit
von anderer Konstruktion ersetzt werden, die in der Lage ist, mit
einer wechselseitigen Phasenverschiebung behaftete Signale zu addieren.
Derartige Addiereinheiten sind an sich bekannt und werden zum Beispiel
für Quadraturspulen
eingesetzt, wo eine Phasenverschiebung von 90° üblich ist. Außerdem sind
zweite und dritte Addiereinheiten 45b und 45c vorgesehen,
die auf die gleiche Weise konstruiert sind wie die erste Addiereinheit 45a und
auch vorgesehen sind, um ihren Eingängen zugeführte, mit einer Phasenverschiebung behaftete
Signale zu addieren. Die Ausgänge
der zweiten und der dritten Addiereinheit sind mit den Bezugszeichen 47b bzw. 47c bezeichnet.
Die drei Addiereinheiten 45a, 45b und 45c bilden
zusammen die Kombinationsschaltung 13.
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Der
Kombinationsschaltung 13 folgt die Signalverarbeitungsschaltung 15.
Diese Schaltung kann eine an sich bekannte Schaltung sein, zum Beispiel eine
Schaltung, wie sie in der US-amerikanischen Patentschrift US-A-4.825.162
beschrieben ist. Die Signalverarbeitungsschaltung 15 umfasst
drei Verarbeitungskanäle 49a, 49b und 49c,
die mit den Ausgängen 47a, 47b bzw. 47c der
drei Addiereinheiten 45a, 45b bzw. 45c verbunden
sind. Die durch die drei Verarbeitungskanäle 49a, 49b und 49c verarbeiteten Signale
werden in einer Ausgangsstufe 51 kombiniert und über einen
Ausgangsanschluss 53 der zentralen Steuervorrichtung 17 (1)
zugeführt.
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Aus
der obigen Beschreibung wird ersichtlich sein, dass die Anzahl der
Verarbeitungskanäle 49a, 49b ...
wesentlich kleiner ist als die Anzahl der Oberflächenspulen 33a, 33b ....
Die Signalverarbeitungsschaltung 15 ist daher wesentlich
einfacher und kostengünstiger
als dies der Fall wäre,
wenn jede Oberflächenspule
direkt mit ihrem eigenen Verarbeitungskanal verbunden wäre. Für das HF-Messspulensystem 12 aus 2 mit
zwölf Oberflächenspulen
werden nur sechs Verarbeitungskanäle benötigt, wenn die in 3 dargestellten
Addiereinheiten verwendet werden. Diese Anzahl kann weiter reduziert
werden, indem Addiereinheiten mit mehr als zwei Eingängen verwendet
werden. In diesem Fall können
zum Beispiel die Oberflächenspulen 33a, 33b und 33c mit
einer gemeinsamen Addiereinheit verbunden werden, ebenso die Oberflächenspulen 33d, 33e und 33f die Oberflächenspulen 35a, 35b und 35c und
die Oberflächenspulen 35d, 35e und 35f.
Für jede
aus drei Spulen bestehende Gruppe ist dann nur ein einziger Verarbeitungskanal
erforderlich. Natürlich
lassen sich auch andere Kombinationen von Oberflächenspulen und Addier einheit
realisieren, zum Beispiel eine Kombination der Spulen 33a, 33b und 33c,
eine Kombination der Spulen 33b, 33c und 33d usw.
Im letztgenannten Fall werden nur vier Verarbeitungskanäle für die sechs
Spulen der ersten Anordnung 33 benötigt.
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4 zeigt
eine schematische Querschnittansicht in der X-Y-Ebene von einem
Objekt 55 in dem Messraum 29 (1),
zum Beispiel dem Körper
eines Patienten. Abgebildet sind auch zwei der Oberflächenspulen 33a und 33b der
ersten Anordnung 33, wobei die Spulen auf der Oberfläche des
Objekts 55 angeordnet sind. Angenommen, die Region 56 des Objekts 55 ist
für die
durchzuführende
Untersuchung von Bedeutung, wobei diese Region einen Punkt 57 enthält, der
sich ungefähr
in der Mitte des Objekts befindet. Die Verbindungslinien 59a und 59b zwischen dem
Punkt 57 und den Spulen 33a bzw. 33b umschließen einen
Winkel ϕ. Theoretisch würde
man einen maximalen Störabstand
erhalten, wenn die mit den Spulen 33a und 33b verbundenen
phasenverschiebenden Verstärker 41a und 41b (3)
so justiert werden, dass die Signale der beiden Spulen einer Phasenverschiebung
gleich ϕ relativ zueinander unterzogen werden. Dieser theoretische
Fall basiert auf der Annahme, dass das von den beiden Spulen 33a und 33b stammende
Rauschen vollkommen unkorreliert ist. In der Praxis hat sich jedoch
gezeigt, dass ein gewisses Maß an
Korrelation zwischen diesem Rauschen besteht. Es hat sich gezeigt,
dass man einen maximalen Störabstand
erhält,
indem man die Phasenverschiebung etwas größer als ϕ wählt.
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Der
genaue Wert der Phasenverschiebung, der einen maximalen Störabstand
ergibt, lässt
sich leicht experimentell bestimmen, indem ein geeignetes Phantom
in den Messraum 29 gebracht wird.
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Aus
der obigen Beschreibung wird klar sein, dass der maximale Störabstand
also nur für
den einen Punkt 57 justiert werden kann. Für alle Punkte, die
von den Oberflächenspulen 33a, 33b aus
gesehen tiefer oder weniger tief in dem Objekt liegen, wird der
Störabstand
kleiner sein als das theoretische Maximum. Für Punkte, die näher an den
Oberflächenspulen 33a, 33b liegen
(d.h. für
die weniger tief gelegenen Punkte) ist dies jedoch nicht zu beanstanden, weil
das nutzbare Signal umso größer wird,
je kleiner der Abstand von der betreffenden Oberflächenspule ist.
Der Störabstand
nahe der Oberfläche
des Objekts 55 ist daher zwar nicht maximal, aber dennoch sehr
hoch. Eine optimale Lösung
wird dann erreicht, wenn die Phasendifferenz zwischen den von den
beiden Oberflächenspulen 33a und 33b stammenden Signalen
so gewählt
wird, dass der Störabstand
für Signale,
die von dem tiefsten Punkt 57 in der interessierenden Region 56 des
zu untersuchenden Objekts 55 stammen, maximal ist.