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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Einstrahlung eines Hochfrequenzfelds
in ein Untersuchungsobjekt bei einem Magnetresonanzgerät
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
der Magnetresonanztomographie bzw. Kernspintomographie wird ein
Untersuchungsobjekt einem möglichst homogenen statischen
Grundmagnetfeld ausgesetzt. Dieses Grundmagnetfeld wird von einem
Grundfeldmagneten des Magnetresonanzgeräts erzeugt.
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Dem
Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme der Magnetresonanzbilder
schnell geschaltete Gradientenfelder für eine Ortskodierung überlagert.
Die Gradientenfelder werden von Gradientenspulen erzeugt.
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Mit
Hochfrequenzantennen werden Hochfrequenzpulse einer definierten
Feldstärke in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die
magnetische Flussdichte dieser Hochfrequenzpulse wird üblicherweise mit
B1 bezeichnet, das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird kurz
B1-Feld genannt. Durch die Hochfrequenzpulse werden im Untersuchungsobjekt
Magnetresonanzsignale ausgelöst, die von Hochfrequenz-Empfangsantennen
empfangen werden.
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Zeitliche
und räumliche Schwankungen in der Feldstärke des
anregenden B1-Feldes können zu verfälschten Messergebnissen
führen. Diese unerwünschten Schwankungen treten
insbesondere bei Magnetflussdichten von mehr als 1,5 Tesla störend auf.
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Zum
Empfang von Magnetresonanzsignalen werden Hochfrequenzempfangsantennen
verwendet, die entweder fest im Magnetresonanzgerät eingebaut
sind oder die als bewegliche, sogenannte "Lokalspuleneinheiten"
ausgebildet sind. Diese Lokalspuleneinheiten werden zielgerichtet
nahe am Untersuchungsbereich positioniert und erlauben dadurch verbesserte
Messergebnisse.
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Aus
DE 103 45 176 A1 ist
eine Anordnung bekannt, bei der ein Gehäuse einer Lokalspuleneinheit
für ein Magnetresonanzgerät derart ausgebildet ist,
dass zumindest ein Teil des Gehäuses ein isolierendes,
dielektrisches Material aufweist. Damit werden auf passive Art und
Weise Inhomogenitäten des B1-Feldes kompensiert, um Messungen
am Untersuchungsobjekt zu verbessern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs
genannten Art anzugeben, mit der die passive Kompensation von Inhomogenitäten
des B1-Felds weiter verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung zur Einstrahlung eines
Hochfrequenzfelds in ein Untersuchungsobjekt weist eine Lokalspuleneinheit
mit einem Gehäuse auf. An zumindest einem Teil des Gehäuses
ist ein isolierendes, dielektrisches Material vorgesehen, um eine
im Untersuchungsobjekt auftretende Inhomogenität eines
B1-Feldes passiv zu kompensieren. Am Gehäuseteil sind Einstellmittel
angeordnet, die zur festen aber lösbaren Anordnung des isolierenden,
dielektrischen Materials ausgestaltet sind.
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Damit
wird eine Variation der Anordnung des isolierenden, dielektrischen
Materials bzw. eine Variation der elektrischen Kennwerte des Materials
ermöglicht, um eine flexibel einstellbare Kompensation zu
erlauben. Mit anderen Worten ist das isolierende, dielektrische
Material austauschbar am Gehäuseteil angeordnet.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich,
eine Kompensation durch Iteration flexibel einzustellen.
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Dabei
kann eine optimale Kompensation beispielsweise durch das Bedienpersonal
selbst vorgenommen werden, um je nach Anforderung an des Messergebnis
einzelne, ausgewählte (Teil-)Bereiche optimal darzustellen
oder um eine optimierte Darstellung eines größeren
Untersuchungsbereichs zu erhalten.
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Beispielsweise
kann durch adaptive Variation des isolierenden, dielektrischen Materials
ein ausgewählter Teilbereich eines größeren
Untersuchungsbereichs in einer Bilddarstellung sehr scharf und/oder
hell abgebildet werden, während der restliche Untersuchungsbereich
entsprechend in der Bildwiedergabe vernachlässigt wird.
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Mit
anderen Worten wird über die Material-Variation und der
damit einhergehenden Kompensation des B1-Felds eine anwenderspezifische
Fokussierung in der Bilddarstellung auch während der Untersuchung
ermöglicht.
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Das
isolierende, dielektrische Material wird in Bezug auf sein Volumen
und/oder in Bezug auf seine Permittivität bzw. dielektrischen
Leitfähigkeit an das jeweils zu untersuchende Objekt angepasst.
Besonders vorteilhaft erfolgt diese Anpassung abhängig von
den Gegebenheiten während der Untersuchung.
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Bei
gleichzeitiger Verwendung von mehreren dieser Materialen, die sich
in Größe, Volumen und deren elektrischen Werten
unterscheiden können, stellen sich entsprechende resultierende
Werte ein. Damit ist eine sehr feinstufige Anpassung möglich.
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Zur
Variation des Volumens ist es möglich, das Material plattenförmig
auszubilden, um dieses als Teil des Gehäuses oder im Gehäuse
zu stapeln.
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Durch
Variation der Dicke der Platten und/oder deren Fläche werden
jeweils geeignete Volumen eingestellt.
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Bei
einer Stapelung von Platten ist es möglich, mit Hilfe eines
vorbekannten Luftspaltes zwischen den Platten die resul tierende
dielektrische Leitfähigkeit zusätzlich zu beeinflussen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Material eine relative
Dielektrizitätszahl εr von größer
50 – bevorzugt von größer 100 auf.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Material einen dielektrischen
Verlustfaktor von tanδ kleiner 2,5 × 10–2, bevorzugt von kleiner 1 × 10–3, auf.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Lokalspuleneinheit
ist das Material als möglichst geschlossene Fläche
ausgebildet, welche bevorzugt 100 cm2 bis
500 cm2 groß ist. Diese Fläche entspricht
in etwa den Ausmaßen der Wirbelströme, die zur
B1-Feldabschwächung führen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch einen Untersuchungsbereich eines Magnetresonanzgeräts,
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2 einen
Längsschnitt durch den Untersuchungsbereich,
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3 zeigt prinzipielle Ausgestaltungen zur Variation
der Kompensation,
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4 zeigt Variationen der dielektrischen Leitfähigkeit
und/oder des Volumens des Materials,
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5 bis 7 zeigen
dielektrische Resonanzen einzelner Platten,
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8 und 9 zeigen
dielektrische Resonanzen gestapelter Platten mit einem Luftabstand zur
schwachen Kopplung, und
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10 bis 12 zeigen
dielektrische Resonanzen gestapelter Platten ohne Luftabstand, also mit
starker Kopplung.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch einen Untersuchungsbereich 1 eines
Magnetresonanzgeräts, in dem ein Patient 3 mit einer
Körper- und einer Wirbelsäulenspuleneinheit 5, 7 untersucht
wird.
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Mithilfe
des Grundfeldmagneten 9 wird das Grundmagnetfeld im Untersuchungsbereich 1 erzeugt.
Diesem wird ein mithilfe einer Ganzkörperantenne 11 erzeugtes
Hochfrequenzfeld überlagert. Mithilfe der Ganzkörperspule 11 wird
versucht, innerhalb des Körpers des Patienten 3 ein
möglichst homogenes B1-Feld zu erzeugen. Restliche Inhomogenitäten
des B1-Feldes sind im Körper des Patienten 3 schematisch
skizziert. Die durchgezogenen Linien 15 entsprechen Gebieten
mit reduzierter B1-Feldstärke, die gestrichelten Linien 17 skizzieren
schematisch Bereiche mit erhöhter B1-Feldstärke.
Die Inhomogenitäten werden im Wesentlichen durch induktiv
erzeugte Wirbelströme im Patienten 3 erzeugt. Diese
fließen zum einen im Herzbereich und zum anderen im Bereich
der Rückenmuskulatur.
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Magnetresonanzsignale
des Rumpfes des Patienten 3 werden mit Lokalspuleneinheiten
empfangen, beispielsweise die Körperspuleneinheit 5 und
die Wirbelsäulenspuleneinheit 7. Diese enthalten mehrere
Spulen, die in einem Gehäuse 19, 21 angeordnet
sind.
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An
einem Teil des Gehäuses ist ein isolierendes dielektrisches
Material 23, 25 angeordnet. Bevorzugt ist es in
den Bereichen der Spuleneinheit 5, 7 angeordnet,
die mit dem Patienten 3 in Kontakt stehen.
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Dabei
kann das isolierende dielektrische Material 23, 25 je
nach Ausgestaltung einen Teil des Gehäuses bilden, d. h.
in eine Gehäusewand integriert sein, oder es ist im Gehäuse
selbst angeordnet oder es ist von außen auf das Gehäuse
aufgebracht.
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Das
isolierende, dielektrische Material ist vorzugsweise als geschlossene
Fläche ausgebildet und weist vorzugsweise eine Dicke von
einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern auf.
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Das
isolierende, dielektrische Material hat vorzugsweise einen spezifischen
Widerstand von größer als 108 Ωm
und eine relative Dielektrizitätskonstante (Dielektrizitätszahl
bzw. Permitivitätszahl) εr von
mindestens 50, vorzugsweise von über 100.
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Ferner
hat das Material vorzugsweise auch einen kleinen dielektrischen
Verlustfaktor tanδ von maximal 2,5 × 10–2, bevorzugt maximal 1 × 10–3.
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Materialien,
die die angegebenen Bedingungen für die relative Dielektrizitätskonstante εr und den dielektrischen Verlustfaktor tanδ erfüllen,
sind insbesondere keramische Dielektrika, wie sie z. B. für HF-Kondensatoren
verwendet werden.
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Entsprechende
Dielektrika sind in der deutschen Norm für Keramik und
Glasisolierstoffe "DIN VDE 0335", Teil 1 und Teil 3, Februar 1988,
oder in der entsprechenden internationalen Norm "IEC 672-1 und 672-3"
unter der Gruppenbezeichnung "C-300" aufgeführt.
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Einige
geeignete keramische Massen aus Titanaten mit perowskitartiger Kristallstruktur
sind auch dem Buch
"HÜTTE des Ingenieurstaschenbuchs", 28.
Auflage, Bd. Hütte IV A: Elektrotechnik, Teil A, 1957,
Seiten 802, 803 zu entnehmen. Besonders geeignete Materialien
sind oxidkeramische Werkstoffe, beispielsweise Pyro- oder Piezooxide,
wie z. B. TiO
2, BaTiO
3,
(BaSr)TiO
3, PbTiO
3PbZrO
3 oder Pb(Zr,Ti(O
3)).
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In
einer vorteilhaften Ausbildungsform der Wirbelsäulenspuleneinheit 7 ist
das Material plattenförmig im Deckel des flach und kastenförmig
ausgebildeten Gehäuses der Wirbelspuleneinheit 7 angeordnet.
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2 zeigt
einen Längsschnitt durch den Untersuchungsbereich 1,
in den der Patient 3 auf der Patientenliege 6 zur
Untersuchung seines Rumpfes hineingefahren wurde. Die Körperspule 5 bedeckt
die Brust des Patienten 3, der im Bereich seiner Wir belsäule
auf dem Rücken liegend auf der Wirbelsäulenspuleneinheit 7 liegt.
Das Material 23, 25 ist nahe der B1-Feldminima
im Patienten plattenförmig in den Spuleneinheiten angeordnet
und steht möglichst großflächig in Kontakt
mit dem Patienten.
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Zur
Einstellung der Kompensation durch das isolierende, dielektrischen
Material am Gehäuse bzw. am Gehäuseteil sind beispielsweise
die in den Figuren 3A bis 3F dargestellten
Ausgestaltungsformen denkbar.
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Bei
einer ersten Ausgestaltung gemäß 3A werden,
um die Gesamtwirkung des Materials MAT kundenspezifisch einzustellen,
am Gehäuse GEH Aussparungen AUS für vorkonfektionierte
Materialformen vorgesehen. Dabei kann das Material MAT beispielsweise
in Form eines Riegels bzw. eines Barren ausgebildet sein.
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Das
Gehäuse GEH selbst ist vorteilhafterweise aus einem elektrisch
neutralen bis schwach "dielektrisch leitendem" Material gefertigt.
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Die
Aussparungen AUS zur Materialaufnahme sind beispielsweise nach Art
eines Schachbrettes am Gehäuse GEH verteilt, so dass der
Anwender die Aussparungen AUS an beliebigen Stellen mit dem isolierenden,
dielektrischen Material MAT bestücken kann.
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Erfolgt
die Bestückung der Aussparungen an einer Gehäuse-Außenseite,
so werden Mittel zum Einrasten bzw. zum Verriegeln des Materials
bei den Aussparung vorgesehen – hier nicht dargestellt.
Damit wird vorteilhaft eine Demontage der Lokalspule vermieden,
die Bestückung erfolgt von außen, ohne das Gehäuse
GEH öffnen zu müssen.
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Bei
einer zweiten Ausgestaltung gemäß 3B wird
das Gehäuse GEH und das jeweils angeordnete Material MAT
von einer Schutzhülle SH umschlossen. Diese Schutzhülle
SH ist eng an das Gehäuse GEH angepasst, um ein Verrutschen
des zur Kompen sation verwendeten Materials MAT aus den zugeordneten
Positionen zu vermeiden.
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Diese
Variante bietet eine maximale Flexibilität und erlaubt
eine "anwendungsspezifische" Kompensation bei wiederkehrenden Untersuchungen.
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Der
Anwender gestaltet selbst die Eigenschaften und/oder die Verteilung
des Kompensations-Materials, angepasst an die spezifische Anwendung.
Die Optimierung der Homogenität des B1-Felds wird iterativ
und interaktiv durchgeführt.
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Bei
einer dritten Ausgestaltung gemäß 3C ist
das Gehäuse GEH zum Öffnen ausgestaltet. Eine
Anpassung des Kompensationsmaterials MAT wird im Inneren des Gehäuses
GEH ab Werk oder durch ein berechtigtes Labor durchgeführt.
Die Vorbestückung erfolgt wieder nach kundenspezifischen
Vorgaben.
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Bei
einer vierten Ausgestaltung gemäß 3D weist
das Gehäuse beispielsweise eine Hohlwandung HW auf, d.
h. zwei Wände W umschließen einen Zwischenraum
ZR und weisen somit einen Abstand zueinander auf. Innerhalb der
Hohlwandung HW ist das dielektrische Material MAT plattenförmig ausgebildet
und in Form eines Stapels STA angeordnet. Die einzelnen dielektrischen
Platten sind untereinander durch elastische Schaumstoffkissen SK
getrennt.
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Mit
Hilfe einer Stellschraube STS wird der durch die Schaumstoffkissen
SK eingestellte Abstand zwischen den einzelnen Materialplatten MAT variiert.
Wird die Stellschraube STS angezogen, so verringert sich durch die
Kompression des Schaumstoffes SK der Abstand zwischen den dielektrischen Platten
MAT. Diese koppeln damit stärker, die Gesamtwirkung bzw.
die resultierende dielektrische Leitfähigkeit des Stapels
STA nimmt also zu. Vorteilhafterweise ist an der Position der Stellschraube
die Wandung des Gehäuses GEH beweglich gelagert.
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Diese
Ausgestaltung mit Stellschraube STS wird als "sagitale Kompressionsschraube"
bezeichnet.
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Bei
einer fünften Ausgestaltung gemäß 3E weist
das Gehäuse GEH wieder eine Hohlwandung HW auf. Das dielektrische
Material ist plattenförmig ausgebildet, wobei die einzelnen
Platten in Form zweier Kämme, hier "E"-förmig",
angeordnet sind.
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Damit
ist es möglich, dass zwischen jeweils zwei Platten P1 eines
ersten Pakets PAKT eine Platte P2 eines gegenüber liegenden
zweiten Pakets PAK2 hineinragt.
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Weiter
ist eine durch eine Stellschraube STS einstellbare Lagerung der
Pakete vorgesehen, so dass durch die Stellschraube STS die einzelnen kammförmigen
bzw. "E"-förmigen Pakete linear ineinander geschoben werden
können. Damit ist es möglich, über die
Stellschraube STS die kammförmigen bzw. "E-förmigen"
Pakete PAK1, PAK2 entweder auseinander zu fahren, um eine minimale Überlappung
der Plattenpakete PAK1, PAK2 einzustellen, oder die Platten P1,
P2 der Pakete PAKT, PAK2 übereinander zu fahren, so dass
eine maximale Überlappung der Plattenpakete PAKT, PAK2
eingestellt ist.
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Bei
einer sechsten Ausgestaltung gemäß 3F sind
die "E-förmigen" Plattenpakete nicht linear sondern radial
ineinander geschoben, vergleichbar zum Prinzip eines Plattenkondensators
mit variabel einstellbarer Kapazität. Die aus dem dielektrischen
Material gefertigten Platten eines Rotors R vollziehen dann eine
Rotationsbewegung und werden zwischen die aus dem dielektrischen
Material gefertigten Platten eines Stator S geschoben.
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Bei
der fünften Ausgestaltung gemäß 3E und
der sechsten Ausgestaltung gemäß 3F werden Überlappungsbereiche
der einzelnen Platten bzw. Plattenpakete variiert, die Gesamtwirkung
bzw. die resultierende dielektrische Leitfähigkeit der Konstruktion
wird an die Erfordernisse der Anwendung angepasst und spezifisch
eingestellt.
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Die
hier geschilderten Ausgestaltungen der 3 sind
lediglich beispielhaft und ohne Einschränkung auf das Prinzip
der Erfindung.
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4A bis 4E zeigen
Variationen der dielektrischen Leitfähigkeit des Materials
zu einer resultierenden dielektrischen Leitfähigkeit und
des Volumens des Materials zu einem resultierenden Volumen.
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Bei 4A wird
auf ein Messobjekt MO eine einzelne Platte 1 aus isolierendem,
dielektrischen Material aufgelegt, wobei die Platte 1 eine
dielektrische Leitfähigkeit von ε = 2000 aufweist.
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Bei 4B werden
auf das Messobjekt MO zwei Platten 2 aus isolierendem,
dielektrischen Material aufgelegt, wobei die beiden Platten 2 jeweils
eine dielektrische Leitfähigkeit von ε = 2000
aufweisen.
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Hier
wurde in Bezug auf 4A bei gleich bleibender Plattengröße
das resultierende Volumen vergrößert.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann über einen vorbekannten
Luftspalt zwischen den beiden Platten 2 auch die resultierende
dielektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden.
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Bei 4C werden
auf das Messobjekt MO insgesamt fünf Platten 5 aus
isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt. Dabei weisen eine
erste und eine zweite Platte 5 jeweils eine dielektrische Leitfähigkeit
von ε = 2000 auf. Eine dritte und eine vierte Platte 5 weisen
eine jeweilige dielektrische Leitfähigkeit von ε =
1300 auf. Eine fünfte Platte 5 weist eine dielektrische
Leitfähigkeit von ε = 1700 auf.
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Die
fünf Platten 5 sind vertikal übereinander gestapelt,
so dass in Bezug auf 4A neben dem Volumen auch die
resultierende dielektrische Leitfähigkeit verändert
wurde.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann über vorbekannte
Luftspalte bzw. Abstände zwischen den Platten 5 auch
die resultierende dielektrische Leitfähigkeit zusätzlich
beeinflusst werden.
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Bei 4D werden
auf das Messobjekt MO insgesamt fünf Platten 1, 2, 3 aus
isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt.
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Dabei
weisen eine erste und eine zweite Platte 1 jeweils eine
dielektrische Leitfähigkeit von ε = 2000 auf.
Eine dritte und eine vierte Platte 2 weisen eine jeweilige
dielektrische Leitfähigkeit von ε = 1300 auf.
Die erste bis vierte Platte 1, 2 sind in einer
Ebene angeordnet.
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Eine
fünfte Platte 3 weist eine dielektrische Leitfähigkeit
von ε = 1700 auf und ist auf diese Ebene aufgesetzt.
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Durch
die Anordnung der fünf Platten wird in Bezug auf 4A neben
dem Volumen auch die resultierende dielektrische Leitfähigkeit
verändert.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann über vorbekannte
Luftspalte bzw. Abstände zwischen den einzelnen Platten
auch die resultierende dielektrische Leitfähigkeit zusätzlich
beeinflusst werden.
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Bei 4E werden
auf das Messobjekt MO insgesamt zwei Platten 1 aus isolierendem,
dielektrischen Material aufgelegt. Dabei weisen eine erste und eine
zweite Platte 1 jeweils eine dielektrische Leitfähigkeit
von ε = 2000 auf.
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Durch
die Anordnung der beiden Platten wird in Bezug auf 4A das
Volumen verändert.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung kann über einen vorbekannten
Luftspalt bzw. Abstand zwischen den Platten 1 auch die
resultierende dielektrische Leitfähigkeit zusätzlich
beeinflusst werden.
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5 bis 7 zeigen
dielektrische Resonanzen einzelner Platten.
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8 und 9 zeigen
dielektrische Resonanzen gestapelter Platten mit einem Luftabstand zur
schwachen Kopplung.
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10 bis 12 zeigen
dielektrische Resonanzen gestapelter Platten ohne Luftabstand, also mit
starker Kopplung.
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Zu
den Figuren 5 bis 12 ist
festzustellen, dass durch die beschriebenen Variationen des Kompensationsmaterials
jeweilige Resonanzfrequenzen einstellbar sind. Diese weisen eine
größere oder kleinere Abweichung von einer Resonanzfrequenz
auf, die zur MR-Untersuchung verwendet wird. Über diese
Abweichung kann die oben beschriebene Fokussierung eingestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - "HÜTTE
des Ingenieurstaschenbuchs", 28. Auflage, Bd. Hütte IV
A: Elektrotechnik, Teil A, 1957, Seiten 802, 803 [0042]