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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 Inhomagenitäten des B1-Feldes kompensiert, um Messungen am Untersuchungsobjekt zu verbessern.
US 6 294 972 B1 und
DE 101 60 073 A1 offenbaren MRTs.
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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 resultierende 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 tan δ 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 tan δ 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 tan δ 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. TiO2, BaTiO3, (BaSr) TiO3, PbTiO3PbZrO3 oder Pb(Zr, Ti(O3)).
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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 Wirbelsäule 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 Kompensation 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 PAK1 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 PAK1, PAK2 übereinander zu fahren, so dass eine maximale Überlappung der Plattenpakete PAK1, 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 aus isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt, wobei die Platte eine dielektrische Leitfähigkeit von ε = 2000 aufweist.
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Bei 4B werden auf das Messobjekt MO zwei Platten aus isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt, wobei die beiden Platten 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 auch die resultierende dielektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden.
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Bei 4C werden auf das Messobjekt MO insgesamt fünf Platten aus isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt. Dabei weisen eine erste und eine zweite Platte jeweils eine dielektrische Leitfähigkeit von ε = 2000 auf. Eine dritte und eine vierte Platte weisen eine jeweilige dielektrische Leitfähigkeit von ε = 1300 auf. Eine fünfte Platte weist eine dielektrische Leitfähigkeit von ε = 1700 auf.
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Die fünf Platten 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 auch die resultierende dielektrische Leitfähigkeit zusätzlich beeinflusst werden.
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Bei 4D werden auf das Messobjekt MO insgesamt fünf Platten aus isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt.
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Dabei weisen eine erste und eine zweite Platte jeweils eine dielektrische Leitfähigkeit von ε = 2000 auf. Eine dritte und eine vierte Platte weisen eine jeweilige dielektrische Leitfähigkeit von ε = 1300 auf. Die erste bis vierte Platte sind in einer Ebene angeordnet.
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Eine fünfte Platte 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 aus isolierendem, dielektrischen Material aufgelegt. Dabei weisen eine erste und eine zweite Platte 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 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.