DE102008026849B4

DE102008026849B4 - Verfahren und Prüfeinrichtung zur Feld-Qualitätsprüfung einer Magnetresonanz-Antennenanordnung sowie Magnetresonanzsystem und Magnetresonanz-Antennenanordnung

Info

Publication number: DE102008026849B4
Application number: DE102008026849A
Authority: DE
Inventors: Dr. Biber Stephan
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: DE102008026849A1; US20090302845A1; US8115483B2

Abstract

Verfahren zur Feld-Qualitätsprüfung einer eine Mehrzahl von Antennenelementen (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) umfassenden Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') eines Magnetresonanzsystems (1), bei dem für zumindest einen Teil der einzelnen zum Empfang von Magnetresonanzsignalen geeigneten Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) jeweils an einer Empfängereinheit (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) ein Rauschsignal (RS) und/oder ein mittels einer Sendeantenne (4, 29, 30, 31) in die jeweiligen Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) eingespeistes Testsignal (TS) ermittelt wird und die Rauschh bestimmter Kenndaten (KD, KM) analysiert werden und darauf basierend ein Qualitätszustand (QZ) der Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Prüfeinrichtung zur Feld-Qualitätsprüfung einer eine Mehrzahl von Antennenelementen umfassenden Magnetresonanz-Antennenanordnung eines Magnetresonanzsystems. Unter einer Feld-Qualitätsprüfung ist dabei eine Qualitätsprüfung, insbesondere Fehlerprüfung, der Magnetresonanz-Antennenanordnung vor Ort in der Betriebstätte, insbesondere in einem im Magnetresonanz-Messraum des Magnetresonanzsystems befindlichen Zustand, zu verstehen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Magnetresonanzsystem mit einer solchen Prüfeinrichtung und eine Magnetresonanz-Antennenanordnung.
Die Magnetresonanztomographie ist ein inzwischen weit verbreitetes Verfahren zur Gewinnung von Bildern vom Inneren eines Körpers. Bei diesem Verfahren wird der zu untersuchende Körper einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 Tesla, oder bei neueren sogenannten Hochmagnetfeldanlagen sogar von 3 Tesla, ausgesetzt. Es wird dann mit einer geeigneten Antenneneinrichtung ein hochfrequentes Anregungssignal (das sog. B₁-Feld) ausgesendet, welches dazu führt, dass die Kernspins bestimmter durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen bestimmten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Das bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlte Hochfrequenzsignal, das sog. Magnetresonanzsignal, wird dann mit geeigneten Antennenanordnungen (im Folgenden „Magnetresonanz-Antennenanordnung” genannt) aufgefangen. Die so akquirierten Rohdaten werden schließlich genutzt, um die gewünschten Bilddaten zu rekonstruieren. Zur Ortskodierung werden dem Grundmagnetfeld während des Sendens und des Auslesens bzw. Empfangens der Hochfrequenzsignale jeweils definierte Magnetfeldgradienten überlagert.
Bei den Magnetresonanz-Antennenanordnungen zum Empfang der Magnetresonanzsignale kann es sich auch um die Antennenanordnungen handeln, die auch zum Aussenden des B₁-Felds verwendet werden. In der Regel ist zum Aussenden des B₁-Felds in der sog. Scannereinheit, in welcher sich der meist in Form eines Patiententunnels realisierte Magnetresonanz-Messraum befindet, eine sogenannte „Ganzkörperspule” (auch „Ganzkörperantenne” oder „Body-Coil” genannt) eingebaut. Sie ist so ausgebildet, dass sie in einem möglichst großen Bereich innerhalb des Magnetresonanz-Messraums ein homogenes B₁-Feld aussendet. Typische Antennenstrukturen für solche Ganzkörperspulen sind die bekannte Käfigstruktur oder eine Sattelspulenstruktur.
Bei den Magnetresonanzuntersuchungen bestimmter Teilbereiche eines zu untersuchenden Objekts bzw. eines Patienten werden als Antennen zum Empfang der Magnetresonanzsignale zunehmend sog. „Lokalspulen” eingesetzt. Diese Lokalspulen werden bei der Untersuchung relativ nah an der Körperoberfläche direkt am interessierenden Untersuchungsobjekt, beispielsweise einem bestimmten Organ oder Körperteil, angeordnet. Im Gegensatz zur Ganzkörperspule haben solche Lokalspulen den Vorteil, dass sie näher an den interessierenden Bereichen angeordnet sind. Dadurch wird der durch die elektrischen Verluste innerhalb des Untersuchungsobjekts verursachte Rauschanteil reduziert, so dass das sogenannte Signal-Rausch-Verhältnis (SNR: Signal-to-Noise-Ratio) einer Lokalspule prinzipiell besser ist als das einer weiter entfernten Antenne. Ein einzelnes Antennenelement, beispielsweise in Form einer einzelnen Leiterschleife mit einem Vorverstärker, ist jedoch nur in der Lage, ein effektives Bild innerhalb einer bestimmten räumlichen Ausdehnung zu erzeugen, die in der Größenordnung des Durchmessers der Leiterschleife liegt. Daher – und zur Minimierung der Messzeit mit paralleler Bildgebung – sind die meisten Lokalspulen als sogenannte „Mehrkanalspulen” mit einer Vielzahl von einzelnen Antennenelementen, beispielsweise vielen einzelnen matrixartig nebeneinander angeordneten oder sich überlappenden einzelnen Leiterschleifen mit i. d. R. jeweils eigenen Vorverstärkern aufgebaut. Zurzeit werden in der Regel bereits Lokalspulen mit bis zu 32 Kanälen bzw. einzelnen Antennenelementen eingesetzt. In der Planung bzw. im Versuchseinsatz sind Lokalspulen mit bis zu 128 Kanälen. Solche Lokalspulen können mechanisch in beliebiger Weise aufgebaut sein, beispielsweise als relativ flexible, flächige Antennenanordnungen, die auf, unter oder an das Untersuchungsobjekt gelegt werden, oder als z. B. stabile zylinderförmige Konstruktionen zur Verwendung als Kopfspulen oder dergleichen.
Um die Funktionalität einer Lokalspule auch im Feld, d. h. vor Ort in der Betriebsstätte, sicherstellen und überprüfen zu können, ist es sinnvoll, standardisierte und weitgehend automatisierte Messverfahren zu generieren, die automatisch ausgewertet werden. Mit einer solchen Feld-Qualitätsprüfung, im Allgemeinen auch „QA-Check” (QA: quality assurance) genannt, kann ein Bediener des Magnetresonanzsystems selber, d. h. ohne den Einsatz eines Servicetechnikers, feststellen, ob eine Lokalspule funktioniert oder ob ein Defekt an einem einzelnen oder mehreren der Antennenelemente vorliegt. Wenn ein solcher QA-Check nicht erfolgreich verläuft, wird die Lokalspule zurück an den Hersteller geschickt, der gleichzeitig mit dem Ergebnis der Qualitätsprüfung gegebenenfalls Informationen über die mögliche Fehlerursache und den Fehlerort in der Lokalspule erhält. Heutzutage wird eine solche Feld-Qualitätsprüfung durchgeführt, indem die Spule zusammen mit einem bildgebenden Phantom in einer fest definierten Position in der Scannereinheit des Magnetresonanzsystems aufgebaut wird. Die Feld-Qualitätsprüfung beruht dabei auf der Erzeugung von Magnetresonanzbildern, die automatisch ausgewertet und auf Abweichungen von vordefinierten Schwellenwerten überprüft werden. Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile: Zum einen dauern die Qualitätsprüfungen meist mehrere Minuten, weil komplette Magnetresonanzbilder erzeugt werden müssen. Des Weiteren ist für die Prüfung die Verwendung eines Phantoms erforderlich, welches relativ zur Spule und zur Magnetresonanz-Scannereinheit genau nach einer vorgegebenen Messvorschrift positioniert werden muss. Fehler bei der Positionierung können dazu führen, dass eine Lokalspule fälschlich als defekt erkannt wird. Dies erzeugt hohe Kosten im Rückwarenverkehr. Schließlich muss eine solche Qualitätsprüfung immer als eigenständige Messung durchgeführt werden, die nicht einfach im Standard-Patientenbetrieb erledigt werden kann.
Die US 2006/0082494 A1 und die DE 299 11 541 U1 zeigen jeweils Diagnosevorrichtungen zur Überprüfung von Rundfunkantennen mit Hilfe von Testsignalen, wobei jeweils die Problematik von Rundfunkantennen in bewegten Kraftfahrzeugen im Vordergrund steht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes und dennoch sicheres Verfahren zur Feld-Qualitätsprüfung von Magnetresonanz-Antennenanordnungen sowie eine hierfür geeignete Prüfeinrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird zum einen durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Prüfeinrichtung gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Feld-Qualitätsprüfung einer eine Mehrzahl von Antennenelementen umfassenden Magnetresonanz-Antennenanordnung eines Magnetresonanzsystems werden zunächst für zumindest einen Teil der einzelnen zum Empfang von Magnetresonanzsignalen geeigneten Antennenelemente – vorzugsweise für alle Antennenelemente – der Magnetresonanz-Antennenanordnung jeweils an einer Empfängereinheit ein Rauschsignal und/oder ein mittels einer Sendeantenne in die jeweiligen Antennenelemente eingespeistes Testsignal ermittelt. Ein einzelnes Antennenelement besteht dabei, wie oben erwähnt, üblicherweise aus einer Leiterschleife und einem möglichst nah an der Leiterschleife angeordneten Vorverstärker sowie entsprechenden Leitungen und Anschlüssen, um das Signal am Vorverstärker abzugreifen und den Vorverstärker mit der nötigen Leistung zu versorgen. Die Empfängereinheit kann insbesondere auch eine Teileinheit eines Mehrkanal-Empfängers sein, wobei die einzelnen Antennenelemente bzw. deren Vorverstärker jeweils mit bestimmten Eingangskanälen dieses Mehrkanal-Empfängers verbunden sind. Die gemessenen Rauschsignale und/oder Testsignale werden dann hinsichtlich bestimmter Kenndaten analysiert. Dabei werden beispielsweise Kennwerte aus den Rauschsignalen und/oder Testsignalen extrahiert bzw. die Rausch- und/oder Testsignale so ausgewertet, dass die Kenndaten daraus generiert werden. Darauf basierend wird dann ein Qualitätszustand der Magnetresonanz-Antennenanordnung ermittelt. Bei einem solchen Qualitätszustand kann es sich um eine einfache Gut/Schlecht-Entscheidung handeln, die nur angibt, ob die Magnetresonanz-Antennenordnung in Ordnung ist oder nicht. Es kann sich aber auch um eine detailliertere quantitative und/oder qualitative Aussage handeln, beispielsweise, ob ein bestimmtes Antennenelement defekt ist oder bei welchem Antennenelement eine bestimmte Kennzahl um welchen Wert von einer Referenzkennzahl, insbesondere einer Normalkennzahl, abweicht oder dergleichen.
Die Erfindung wendet sich also von der bisherigen Methodik der Feld-Prüfverfahren, bei denen immer Magnetresonanzbilder aufgenommen und ausgewertet werden, völlig ab und geht dazu über, unter Durchführung eines nicht-bildgebenden (bildgebungsfreien) Messverfahrens direkt die hochfrequenztechnischen Eigenschaften der einzelnen Antennenelemente bzw. der gesamten Empfangskette von der eigentlichen Leiterschleife bis zum Empfänger zu prüfen. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass die typischerweise in solchen Magnetresonanz-Antennenanordnungen auftretenden Fehler meist auf folgenden hochfrequenztechnisch messbaren Ursachen beruhen:

i. Ein einzelnes Antennenelement liefert gar kein Signal. Hierfür mögliche Gründe sind z. B., dass die in der Regel für jedes Antennenelement vorgesehene Sicherung durchgebrannt ist, oder dass der zum Antennenelement gehörige Vorverstärker oder ein Kabel defekt ist.
ii. Ein Antennenelement liefert zu viel Rauschen. Ein möglicher Grund hierfür ist beispielsweise ein Vorverstärker, der eine erhöhte Rauschzahl hat oder eine verminderte Verstärkung (Gain) aufweist.
iii. Ein Antennenelement liefert zu wenig Signal. Dies kann beispielsweise dadurch begründet sein, dass der Vorverstärker eine verminderte Verstärkung hat.
iv. Die Verkopplung zwischen zwei Antennenelementen hat sich signifikant geändert. Dies kann beispielsweise durch einen mechanischen Defekt in der Spule, insbesondere einen Defekt am Vorverstärker-Eingang, verursacht werden.

Alle diese Defekte, die sich in einer Qualitätsprüfung durch Erstellen von Phantom-Magnetresonanzbildern in Form von verschiedensten Phänomenen zeigen, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nun direkt ermittelt werden. D. h. es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, mehr Informationen über die Fehlerart zu sammeln, was ein gezieltes Vorgehen bei der Defektanalyse und Reparatur der Magnetresonanz-Antennenanordnung erlaubt. Dennoch wird für das erfindungsgemäße Verfahren kein spezieller Testaufbau mit einem Phantom benötigt und je nach konkreter Ausgestaltung des Verfahrens kann das Verfahren gegebenenfalls sogar unmittelbar vor einer eigentlichen Magnetresonanzmessung, d. h. mit einem im Magnetresonanz-Messraum befindlichen Untersuchungsobjekt, durchgeführt werden.
Eine erfindungsgemäße Prüfeinrichtung zur Feld-Qualitätsprüfung gemäß diesem Verfahren benötigt zum einen eine Messsignal-Schnittstelle, um für zumindest einen Teil der einzelnen zum Empfang von Magnetresonanzsignalen geeigneten Antennenelemente jeweils an einer Empfängereinheit ein Rauschsignal und/oder ein mittels einer Sendeantenne in die jeweiligen Antennenelemente eingespeistes Testsignal zu messen. Weiterhin braucht sie eine Analyseeinheit, um die Rauschsignale und/oder Testsignale hinsichtlich bestimmter Kenndaten zu analysieren, sowie eine Bewertungseinheit, um darauf basierend einen Qualitätszustand der Magnetresonanz-Antennenanordnung zu ermitteln. Weiterhin benötigt sie eine Ausgabeschnittstelle zur Signalisierung des Qualitätszustands an einen Bediener. Bei dieser Signalisierung kann es sich beispielsweise um ein einfaches Warnsignal handeln, wenn die Magnetresonanz-Antennenanordnung fehlerhaft ist. Es kann sich aber auch um eine detailliertere Ausgabe von Qualitätszustandsinformationen, beispielsweise über ein Bedienerterminal oder dergleichen, handeln.
Eine solche Prüfeinrichtung kann in beliebige Magnetresonanzsysteme eingebaut werden, welche in üblicher Weise eine Scannereinheit mit einem Magnetresonanz-Messraum und einer Ganzkörperantenne aufweisen, um ein Hochfrequenzsignal in den Magnetresonanz-Messraum auszusenden, sowie eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Scannereinheit und eine Magnetresonanz-Antennenanordnung mit nachgeschalteten Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten zum Empfang von Magnetresonanzsignalen. Daher können auch herkömmliche Magnetresonanzsysteme durch Nachrüsten mit einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung zu erfindungsgemäßen Magnetresonanzsystemen erweitert werden.
Die Prüfeinrichtung kann zumindest zu einem großen Teil auch in Form von Software realisiert werden. So können beispielsweise die Analyseeinheit und die Bewertungseinheit in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor, beispielsweise einem zentralen Prozessor der Steuereinrichtung des Magnetresonanzsystems realisiert werden. Ebenso können die Messsignal-Schnittstelle und die Ausgabeschnittstelle zumindest zum Teil in Form von Software realisiert sein. Insbesondere kann die Messsignal-Schnittstelle auch rein softwaremäßig ausgebildet sein, sofern nur digitale Werte von einer anderen Komponente übernommen werden, die auf demselben Prozessor oder einem damit verbundenen Prozessor realisiert ist. Das heißt, die Messsignal-Schnittstelle ist dann lediglich zur softwaremäßigen Übernahme von Daten aus einem anderen Softwaremodul ausgebildet. Eine Realisierung in Form von Software ist in der Regel kostengünstiger und besser zur Nachrüstung bestehender Magnetresonanzsysteme geeignet.
Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere die abhängigen Ansprüche einer Kategorie auch gemäß den abhängigen Ansprüchen einer anderen Kategorie weitergebildet sein können.
Grundsätzlich ist ein solches erfindungsgemäßes Qualitätsprüfungsverfahren bei beliebigen Magnetresonanz-Antennenanordnungen einsetzbar, d. h. beispielsweise auch zur Überprüfung einer aus mehreren Antennenelementen bestehenden Ganzkörperspule. Vorzugsweise wird dieses Verfahren jedoch für Magnetresonanz-Antennenanordnungen in Form von Lokalspulen oder mit einer Lokalspule eingesetzt, wobei die Lokalspule bei der Qualitätsprüfung innerhalb des Magnetresonanz-Messraums des Magnetresonanzsystems angeordnet ist.
Ein geringes Rauschsignal entsteht üblicherweise in dem Antennenelement selbst, insbesondere im Vorverstärker des Antennenelements, der auch ohne ein Eingangsrauschen an seinem Ausgang ein Rauschsignal ausgibt. Dieses Signal reicht – wie nachfolgend noch detaillierter erläutert wird – in der Regel bereits zu einer Analyse aus.
Alternativ oder zusätzlich kann ein speziell für die Prüfung ausgesendetes Testsignal verwendet werden. Ein Testsignal kann im einfachsten Fall direkt mit der Ganzkörperantenne des Magnetresonanzsystems ausgesendet werden. Bevorzugt wird jedoch das Testsignal mit einer speziellen Proben-Sendeantenne ausgesendet. Diese kann beispielsweise innerhalb des Patiententunnels vor der Prüfmessung positioniert werden. Sie kann aber auch in der Scannereinheit schon fest eingebaut sein.
Bevorzugt weist die Prüfeinrichtung nicht nur eine Proben-Sendeantenne auf, sondern zumindest zwei Probenantennen, welche so ausgebildet und im Magnetresonanz-Messraum angeordnet sind, dass sie bestimmungsgemäß unterschiedlich polarisierte Testsignale aussenden und zwischen jeder Testantenne und zu testender Lokalspule immer ein Übertragungspfad mit einer Transmission größer als Null existiert.
Vorzugsweise weist die Prüfeinrichtung selbst zumindest eine Testsignal-Schnittstelle auf, um innerhalb der Prüfung die Aussendung eines genau definierten Testsignals durch eine Sendeantenne entweder durch die Ganzkörperantenne der Scannereinheit oder durch die vorgesehenen Proben-Sendeantennen indirekt oder direkt anzusteuern. Unter einer indirekten Ansteuerung ist hierbei zu verstehen, dass lediglich ein Befehl an eine die entsprechende Sendeantenne eigentlich ansteuernde Einheit übergeben wird, um so die Aussendung des Testsignals zu veranlassen. Dies bietet sich insbesondere bei einer Aussendung von Testsignalen mit der Ganzkörperspule an, da diese ja üblicherweise über eine hierfür vorgesehene Ansteuereinheit des Magnetresonanzsystems für den normalen Betrieb erfolgt. Es kann dann über die Testsignal-Schnittstelle der Prüfeinrichtung ein entsprechender Befehl an diese Antennensteuereinheit übergeben werden.
Die Rauschsignale und/oder Testsignale für die einzelnen Antennenelemente werden vorzugsweise jeweils an einem Analog/Digital-Wandler einer Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit des Magnetresonanzsystems ermittelt. Bei diesen Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten handelt es sich um dieselben Einheiten, die auch zur Weiterverarbeitung, insbesondere Demodulation, der Magnetresonanzsignale innerhalb des Magnetresonanzsystems ohnehin vorhanden sind. Hierzu muss lediglich die Messsignal-Schnittstelle zum Empfang der Rauschsignale und/oder Testsignale eines Antennenelements mit einem zugehörigen Analog/Digital-Wandler der entsprechenden Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit verbunden sein.
Wie bereits oben erläutert, kann es sich bei der Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit um ein Modul eines Mehrkanal-Empfängers handeln. Üblicherweise werden heutzutage ohnehin entsprechende Mehrkanal-Empfänger mit mehreren einzelnen Empfangseinheiten bzw. Empfangskanälen eingesetzt, welche jeweils einen Analog/Digital-Wandler aufweisen, um das von dem Antennenelement kommende analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln, dann zu decodieren und weiter auszuwerten.
Die Abzweigung des Signals auf der digitalen Seite des Analog/Digital-Wandlers hat den Vorteil, dass auch die weitere Analyse der Signale in der Analyseeinheit auf rein digitaler Ebene durchgeführt werden kann. Dies reduziert die Kosten für die Analyseeinheit. Grundsätzlich können, sofern dies im speziellen Aufbau gewünscht ist, natürlich auch separate Empfänger eingesetzt werden, die beispielsweise einen Signalanteil des zur normalen Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit übertragenen Signals abzweigen, was aber mit weiteren Kosten für die separaten Empfänger verbunden ist.
Eine besonders einfache Art, einen Qualitätszustand der Magnetresonanz-Antennenanordnung auf Basis der bei der Analyse ermittelten Kenndaten zu gewinnen, kann durch einen einfachen Vergleich der Kenndaten mit definierten Referenzdaten erfolgen, welche z. B. den Kenndaten bei einwandfrei funktionierender Magnetresonanz-Antennenanordnung entsprechen. Hierzu kann die Bewertungseinheit als Vergleichereinheit ausgebildet sein, die z. B. vorher festgelegte Schwellenwerte als Referenzdaten verwendet, die in einem Speicher hinterlegt worden sind. Es wird dann von der Bewertungseinheit geprüft, ob die ermittelten Kenndaten unter oder über den festgelegten Schwellenwerten liegen, um so zu entscheiden, ob die Qualität noch akzeptabel ist oder nicht.
Die Referenzdaten können dabei für die einzelnen Antennenelemente auch in Abhängigkeit von einer Lage, d. h. Position und/oder Ausrichtung, des jeweiligen Antennenelements im Magnetresonanzsystem und/oder relativ zu einer ein Testsignal aussendenden Sendeantenne festgelegt werden. Es ist klar, dass es auch von der Position des jeweiligen Antennenelements relativ zu einer das Testsignal aussendenden Sendeantenne abhängt, inwieweit dieses Testsignal von dem betreffenden Antennenelement empfangen wird. Liegt beispielsweise ein Antennenelement sehr nah an der Sendeantenne, so wird es eine höhere Leistung empfangen als ein weiter entferntes Antennenelement. Ebenso kann die Polarisationsrichtung des Testsignals und somit die Ausrichtung des Antennenelements im Raum eine Rolle spielen. All dies kann bei den Referenzdaten berücksichtigt werden.
Wird das Testsignal von der Ganzkörperantenne des Magnetresonanzsystems ausgesendet, so ist die Lage der Magnetresonanz-Antennenanordnung relativ unempfindlich. Insbesondere in diesem Fall oder bei Verwendung einer in der Scannereinheit fest eingebauten Proben-Sendeantenne reicht es beispielsweise aus, wenn auf dem Patiententisch eine Position markiert ist, auf die die zu prüfende Lokalspule für eine Prüfung gelegt wird. Dies ist erheblich weniger aufwändig als eine genaue Positionierung der Antennenanordnung gemeinsam mit einem Phantom, wie es bei den bisherigen Verfahren notwendig ist.
Bei einer besonders bevorzugten Variante sind eine oder sogar mehrere Proben-Sendeantennen, gegebenenfalls mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen, an einer bestimmten Stelle direkt in die Lokalspule integriert. Mit einer solchen erfindungsgemäßen Magnetresonanz-Antennenanordnung mit einer integrierten Proben-Sendeantenne, welche ein definiertes Testsignal zur Prüfung der Magnetresonanz-Antennenanordnung aussenden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach durchführbar.
Ebenso ist die Magnetresonanz-Antennenanordnung bevorzugt mit einem Datenspeicher ausgestattet. In diesem werden für die konkrete Magnetresonanz-Antennenanordnung im erfindungsgemäßen Verfahren nutzbare Referenzdaten hinterlegt, welche beispielsweise von einem Hersteller der Magnetresonanz-Antennenanordnung für die einwandfrei funktionierende Antennenanordnung ermittelt und/oder vorgegeben werden. Hierzu müssen die Magnetresonanz-Antennenanordnung und die Prüfeinrichtung noch entsprechende weitere Schnittstellen aufweisen, damit die Referenzwerte von der Prüfeinrichtung für die Prüfung ausgelesen werden können. Eine solche individuelle Abspeicherung der Daten direkt in der Lokalspule hat zudem den Vorteil, dass es nicht notwendig ist, die Toleranzen der Randwerte so weit zu fassen, dass alle Lokalspulen aus einer Serie richtig getestet werden können, sondern es können tatsächlich die für die einzelnen Lokalspulen individuell gemessenen Werte im Speicher hinterlegt werden.
Als Kenndaten können verschiedenste Werte ermittelt werden.
Beispielsweise kann bei einem Rauschsignal als Kennwert für jeden Kanal ein Rauschleistungskennwert, z. B. eine mittlere Rauschleistungsdichte oder ein anderer die Rauschleistung repräsentierender Kennwert, ermittelt werden. Diese kann dann mit einem einfachen vorher festgelegten Schwellenwert verglichen werden, um festzustellen, ob die Rauschleistung in der Empfangskette des jeweiligen Antennenelements zu hoch ist und daher ein Defekt vorliegen könnte.
Ebenso können auch relative Kennzahlen zwischen den einzelnen Antennenelementen als Kenndaten erfasst werden. Bei solchen relativen Kennzahlen kann es sich vorzugsweise um zwischen den einzelnen Antennenelementen vorliegende Amplitudendifferenzen und/oder Phasendifferenzen handeln. Auf diese Weise können Schwankungen innerhalb einer Serie besser berücksichtigt werden.
Bei Verwendung eines Testsignals kann z. B. im einfachsten Fall die Verstärkung bzw. der Gewinn der Empfangskette bestimmt werden, indem das Testsignal gesendet und gleichzeitig die Empfangsspulen auf Empfang geschaltet werden. Als Testsignal kann z. B. ein monofrequenter Träger in der Bandbreite des Magnetresonanzsignals verwendet werden. Ebenso kann eine spektral breite Rauschquelle, z. B. mit einer „hot/cold”-Umschaltung (insbesondere der „Y-Faktor”-Methode), verwendet werden. Für solche Testsignale reicht eine relativ schwache Leistung zwischen 1 pW und 1 W aus. Auch hier ist ein Vergleich mit einem einfachen Schwellwert möglich. Wenn z. B. gar kein Signal gemessen wird, ist dies ein Zeichen dafür, dass ein Kanal eventuell total ausgefallen ist, beispielsweise weil die Schmelzsicherung durchgebrannt oder der Vorverstärker ausgefallen ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels können die Empfangsverstärker auch durch Erhöhung des Testsignals mit steigendem Eingangspegel ausgesteuert werden. Das heißt, die Leistung des Testsignals während der Messung wird schrittweise oder kontinuierlich erhöht. Die Kenndaten können dann auf einer Abhängigkeit einer an dem jeweiligen Antennenelement gemessenen Testsignal-Ausgangsleistung von der Testsignal-Eingangsleistung basieren. Hierzu kann beispielsweise ein Diagramm erstellt werden, in dem die Eingangsleistung gegen die Ausgangsleistung aufgetragen ist. Somit kann die Nicht-Linearität des Empfangsverstärkers und die Dekompression der Empfangskette festgestellt werden. Auch eine solche Kennzahl kann als Qualitätskennzahl zur Überprüfung der Empfängereigenschaften herangezogen werden.
Bei den vorbeschriebenen Verfahren werden primär die Eigenschaften der gesamten Empfangskette, bestehend aus Leiterschleife, Vorverstärker, Verkabelung und Empfängereingang betrachtet. Häufig ist es so, dass die Signalausgänge der Antennenelemente zudem noch über eine Umschalteinrichtung (bzw. Schaltmatrix) mit den Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten verbunden sind. Über eine solche Umschalteinrichtung kann festgelegt werden, welche Antennenelemente überhaupt mit Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten während einer bestimmten Messung verbunden sind. Dies wird insbesondere dann genutzt, wenn die Magnetresonanz-Antenneneinrichtung mehr Kanäle aufweist als Empfangskanäle im Magnetresonanzsystem zur Verfügung stehen. In diesem Fall gehen auch die Eigenschaften der Umschalteinrichtung in die Empfangskette ein.
Jedoch kann diese Umschalteinrichtung auch bei der Prüfung vorteilhaft genutzt werden. z. B. können während einer Prüfung mehrere Messungen von Rauschsignalen und/oder Testsignalen desselben Antennenelements durchgeführt werden, wobei zwischen zumindest zwei Messungen die Umschalteinrichtung so umgeschaltet wird, dass ein Signalausgang des Antennenelements mit unterschiedlichen Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten verbunden ist. Hierzu weist die Prüfeinrichtung bevorzugt eine Umschalt-Schnittstelle auf, um die Umschalteinrichtung während einer Qualitätsprüfung definiert umzuschalten. Indem beispielsweise ein als defekt erkannter Spulenkanal durch die Umschalteinrichtung auf eine andere Empfangseinrichtung geschaltet wird, lässt sich der Fehler genauer lokalisieren. So kann insbesondere ausgeschlossen werden, dass der Defekt nicht an der Empfangseinrichtung selbst liegt, sondern an den Komponenten vor der Umschalteinrichtung, d. h. entweder an der Verkabelung auf der Antennenseite oder an dem betreffenden Antennenelement selbst.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird aus den Rauschsignalen eine Rauschkorrelationsmatrix erzeugt. Bei einer solchen Rauschkorrelationsmatrix handelt es sich um eine paarweise Kreuzkorrelation zwischen allen Einzelkanälen einer Magnetresonanz-Antennenanordnung. Hierdurch erhält man Informationen über die Verkopplung der einzelnen Antennenelemente untereinander. Eine solche Rauschkorrelationsmatrix kann als Fingerabdruck einer bestimmten Lokalspule oder eines bestimmten Spulentyps angesehen werden. Änderungen in der Rauschkorrelationsmatrix sind ein Indikator für Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Spule, beispielsweise eine Entkopplung benachbarter Elemente oder ein verändertes Vorverstärkerrauschen. Insofern bietet sich eine Rauschkorrelationsmatrix als eine Form von Kenndaten an, da Veränderungen in der Rauschkorrelationsmatrix leicht unter Verwendung von Schwellenwerten als Fehler identifiziert werden. Vorzugsweise wird hierfür eine komplette Referenz-Rauschkorrelationsmatrix verwendet. Es kann dann vorzugsweise eine Differenzmatrix aus der gemessenen Rauschkorrelationsmatrix und der Referenzmatrix erzeugt werden, wobei in der Differenzmatrix dann sofort auffällt, ob es zu signifikanten Veränderungen gekommen ist, die auf Fehler in der Antennenanordnung hinweisen können.
Die meisten der oben genannten Messungen können in weniger als 0,1 s durchgeführt werden. Dabei ist es möglich, die einzelnen Antennenelemente parallel über die einzelnen Empfängereinheiten auszulesen, sofern ausreichende Empfängereinheiten zur Verfügung stehen. Gegebenenfalls muss noch eine Umschaltung erfolgen, so dass die Antennenelemente nacheinander oder gruppenweise ausgelesen werden. Auch dies erhöht aber die Messzeit nicht so signifikant, dass diese mit den bisher für die Qualitätsprüfung benötigten Messzeiten verglichen werden können. Selbst für eine etwas aufwändigere Messung mit schrittweiser oder kontinuierlicher Erhöhung eines Testsignals wird eine erheblich geringere Messzeit als bei dem herkömmlichen Verfahren gebraucht. So wird für eine solche, etwas umfangreichere Messung eine Messzeit von weniger als 0,2 s benötigt, wogegen die bisherigen Prüfungen einen Zeitaufwand von 0,5 min bis 5 min mit sich bringen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
2 eine detailliertere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanz-Antennenanordnung mit integrierter Proben-Sendespule,
3 ein Diagramm mit einem Beispiel für ein Rauschsignal,
4 ein Diagramm, welches beispielhaft die Ausgangsleistung an einem Antennenelement in Abhängigkeit von der Leistung eines eingestrahlten Testsignals zeigt,
5 ein Beispiel für eine Rauschkorrelationsmatrix für eine Magnetresonanz-Antennenanordnung mit 32 Antennenelementen,
6 eine Referenz-Rauschkorrelationsmatrix für die Magnetresonanz-Antennenanordnung, welche die Rauschkorrelationsmatrix gemäß 5 zeigt,
7 eine Differenzmatrix zwischen der Rauschkorrelationsmatrix gemäß 5 und der Referenz-Rauschkorrelationsmatrix gemäß 6.
In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dargestellt.
Sie umfasst zum einen die eigentliche Magnetresonanz-Scannereinheit 2, in welcher auf einer Patientenliege (nicht dargestellt) in einem Magnetresonanz-Messraum 3 bzw. Patiententunnel 3 ein Untersuchungsobjekt bzw. ein Patient oder Proband während einer Untersuchung gelagert wird. In dieser Magnetresonanz-Scannereinheit 2 gibt es eine Vielzahl von Komponenten. Diese Komponenten umfassen zum einen eine Grundmagnetfelderzeugungseinheit, welche dafür sorgt, dass innerhalb des Patiententunnels 3 ein möglichst homogenes Grundmagnetfeld vorliegt. Weiterhin enthält die Magnetresonanz-Scannereinheit 2 sogenannte Gradientenspulen, mit denen ein Magnetfeldgradient in definierter Weise innerhalb des Patiententunnels 3 angelegt werden kann, sowie eine Ganzkörperantenne 4, über die Hochfrequenzfelder in den Patiententunnel 3 ausgesendet werden können.
Neben den bereits erwähnten Komponenten, von denen der Übersichtlichkeit halber in 1 lediglich die Ganzkörperantenne 4 schematisch dargestellt ist, weist die Magnetresonanz-Scannereinheit 2 üblicherweise noch eine Vielzahl weiterer Komponenten auf, beispielsweise ein Shim-System, um die Homogenität des Grundmagnetfelds zu verbessern, ein Überwachungssystem für allgemeine Überwachungsaufgaben etc.
Angesteuert wird die Scannereinheit 2 von einer Steuereinrichtung 10, von der in 1 ebenfalls nur die Komponenten dargestellt sind, die für die Erläuterung der Erfindung wesentlich sind. Grundsätzlich sind solche Magnetresonanzsysteme 1 und die zugehörigen Steuereinrichtungen 10 dem Fachmann bekannt und brauchen daher nicht im Detail erläutert zu werden.
Ein Großteil der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 10 ist in Form von Softwaremodulen auf einem oder mehreren Prozessoren innerhalb eines Gehäuses der Steuereinrichtung 10 realisiert. Grundsätzlich kann eine solche Steuereinrichtung aber auch aus mehreren räumlich verteilt angeordneten und in geeigneter Weise untereinander vernetzten Komponenten bzw. Modulen bestehen.
Die Steuereinrichtung 10 weist hier verschiedene Schnittstellen auf, beispielsweise eine Terminalschnittstelle 18, mit der die Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 7 für den Bediener verbunden ist. Dieses Terminal 7 weist in üblicher Weise eine Benutzerschnittstelle, beispielsweise eine Tastatur und einen Bildschirm sowie ggf. ein Zeigegerät (eine Maus oder dergleichen) auf, so dass dem Benutzer auch eine graphische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
Weitere wesentliche Schnittstellen sind eine Hochfrequenz-Sendeschnittstelle 12, die hier den kompletten Hochfrequenz-Sendezweig des Magnetresonanzsystems 1 repräsentiert, und ein Mehrkanal-Empfänger 11, welcher mehrere Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten (in 1 nicht einzeln dargestellt) umfasst.
Über die Hochfrequenz-Sendeschnittstelle 12 wird beispielsweise die Ganzkörperspule 4 in der Scannereinheit 2 angesteuert. An den Mehrkanal-Empfänger 11 ist eine Magnetresonanz-Antennenanordnung 5 (im Folgenden weiterhin kurz als Lokalspule 5 bezeichnet) angeschlossen, die mehrere Antennenelemente 50 aufweist. Diese sind über eine Schaltmatrix 6 mit den Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten (im Folgenden auch als Empfangskanäle bezeichnet) des Mehrkanal-Empfängers 11 gekoppelt, wobei über die Schaltmatrix 6 jeweils festgelegt wird, welches Antennenelement 50 mit welchem der Empfangskanäle verbunden ist.
Dies ist in 2 noch einmal detaillierter dargestellt. Hier ist eine Magnetresonanz-Antennenanordnung 5' mit insgesamt fünf einzelnen Antennenelementen 50a, 50b, 50c, 50d, 50e gezeigt. Diese bestehen jeweils aus einer einfachen Leiterschleife mit drei Kondensatoren 54 und jeweils an einer Abgriffstelle angeordneten Vorverstärkern 51a, 51b, 51c, 51d, 51e. Die Antennenelemente 50a, 50b, 50c, 50d, 50e können im Prinzip je nach der gewünschten Empfangscharakteristik der Lokalspule 5' beliebig angeordnet sein, beispielsweise überlappend, wie die Elemente 50a, 50b, 50c, 50d, oder auch nicht mit anderen Antennenelementen überlappend, wie das Antennenelement 50e. Der in 2 dargestellte Aufbau ist lediglich ein beispielhafter Aufbau, welcher verschiedene Möglichkeiten zeigen soll.
Die Ausgänge der Vorverstärker 51a, 51b, 51c, 51d, 51e der Antennenelemente 50a, 50b, 50c, 50d, 50e sind jeweils über Leitungen mit Anschlüssen 52a, 52b, 52c, 52d, 52e der Magnetresonanz-Antennenanordnung 5' verbunden. Die Signalausgänge 52a, 52b, 52c, 52d, 52e können jeweils mit entsprechenden Eingängen 60a, 60b, 60c, 60d, 60e der Schaltmatrix 6 verbunden sein, welche je nach Schaltzustand diese Eingänge 60a, 60b, 60c, 60d, 60e auf bestimmte Signalausgänge 61a, 61b, 61c, 61d, 61e umschaltet. Die Signalausgänge 61a, 61b, 61c, 61d, 61e der Schaltmatrix 6 sind wiederum mit den Magnetresonanz-Empfangseinheiten 11a, 11b, 11c, 11d, 11e verbunden, welche hier, wie meist üblich, in einem Mehrkanal-Empfänger 11 als einzelne Empfangskanäle integriert sind. Grundsätzlich können sie aber auch als separat aufgebaute Empfangseinheiten ausgebildet sein. Diese Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten 11a, 11b, 11c, 11d, 11e sind in üblicher Weise aufgebaut, beispielsweise mit einem Digital/Analog-Wandler sowie mit verschiedenen Demodulatoren, um aus den Magnetresonanzsignalen die gewünschten Informationen herauszufiltern.
Wie in 1 weiter zu sehen ist, werden die vom Mehrkanal-Empfänger 11 bzw. den einzelnen Empfangskanälen oder Teileinheiten empfangenen Magnetresonanzsignale der einzelnen Antennenelemente einer Bildrekonstruktionseinheit 16 zugeführt, welche aus den so empfangenen Rohdaten in der üblichen Weise Magnetresonanzbilder erzeugt.
Als eine weitere Schnittstelle weist die Steuereinrichtung 10 eine Ansteuer-Schnittstelle 13 für die sonstigen Komponenten der Scannereinheit 2 auf, über die beispielsweise die oben erwähnten Gradientenspulen etc. angesteuert werden. Auch hier kann es sich um mehrere Schnittstellen handeln, die lediglich der Einfachheit halber in 1 zu einem Schnittstellenblock zusammengefasst sind. Die Ansteuerschnittstelle 13 und die Hochfrequenz-Sendeschnittstelle 12 werden von einer Messsteuereinheit 14 angesteuert, welche gemäß genau vorgegebenen Messprotokollen, die beispielsweise in einem Speicher 15 hinterlegt sein und/oder von einem Benutzer über das Terminal 7 vorgegeben bzw. verändert werden können, für eine Aussendung der für eine bestimmte Magnetresonanzmessung erforderlichen Gradientenpuls- und Hochfrequenzpulssequenzen sorgt.
Erfindungsgemäß weist die Steuereinrichtung 10 hier außerdem eine Prüfeinheit 19 auf, welche Teil einer erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung 20 des Magnetresonanzsystems 1 ist. Diese Prüfeinheit 19 kann beispielsweise auch in Form von Softwaremodulen realisiert sein. Ein Modul ist eine Messsignal-Schnittstelle 21. Diese Messsignal-Schnittstelle 21 fragt an der Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit 11 jeweils von den Antennenelementen 50 generierte Rauschsignale und/oder davon erfasste Testsignale TS in digitaler Form ab. Die Signale werden dabei am Ausgang eines Digital/Analog-Wandlers der einzelnen Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten für die verschiedenen Antennenelemente 50 übernommen.
Eine weitere Komponente der Prüfeinheit 19 ist eine Analyseeinheit 26, welche das jeweilige Testsignal TS bzw. Rauschsignal RS so analysiert, dass daraus bestimmte Kenndaten KD, KM extrahiert werden. Diese Kenndaten KD, KM werden an eine Bewertungseinheit 27, beispielsweise einen einfachen Vergleicher, übergeben, welcher die Kenndaten mit Referenzdaten RD, RM vergleicht, die beispielsweise auch in dem Speicher 15 hinterlegt sein können.
Der dabei ermittelte Qualitätszustand QZ kann dann an eine Ausgabeschnittstelle 22 übergeben werden, welche entsprechende Qualitätszustands-Informationen QZI an die Terminalschnittstelle 18 weiterleitet, um diese dann auf dem Terminal 7 an den Benutzer auszugeben, beispielsweise in Form eines einfachen Hinweises, dass die Magnetresonanz-Antennenanordnung defekt ist oder auch mit weiteren Informationen, wie sich dieser Defekt auswirkt.
Die Prüfeinheit 19 weist hier zusätzlich eine Prüfablauf-Steuereinheit 24 auf, welche insbesondere dafür sorgt, dass bestimmte Testsignale ausgesendet werden können, um bestimmte Prüfungen durchzuführen. Hierzu kann die Prüfablauf-Steuereinheit 24 über eine Testsignal-Schnittstelle 23 die Messsteuereinheit 14 so ansprechen, dass von der Ganzkörperspule 4 ein gewünschtes Testsignal TS'' ausgesendet wird. Diese Testsignal-Schnittstelle 23 ist außerdem mit einer Peripheriegeräte-Schnittstelle 17 der Steuereinrichtung 10 verbunden. Eine solche Peripheriegeräte-Schnittstelle kann eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle sein, an der verschiedene externe Geräte, beispielsweise ein EKG zur Überwachung des Patienten etc., angeschlossen sein können. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hier als weiterer Teil der Prüfeinrichtung 20 ein Testsignal-Generator 28 angeschlossen, welcher ein Testsignal TS' mit einer Leistung zwischen 0,1 pW und 1 W erzeugt. Dieses Testsignal TS' wird über einen Sendeantennen-Umschalter 29 entweder auf eine erste Proben-Sendeantenne 30a oder eine zweite Proben-Sendeantenne 30b geschaltet, wobei die beiden Proben-Sendeantennen 30a, 30b an verschiedenen Stellen innerhalb des Magnetresonanzmessraums 3 angeordnet und so ausgerichtet sind, dass sie linear polarisierte Signale mit unterschiedlicher Polarisation (eine erste Proben-Sendeantenne 30a eine lineare Polarisation in y-Richtung und eine zweite Proben-Sendeantenne 30b eine lineare Polarisation in x-Richtung) aussenden. Die Anordnung der Proben-Sendeantennen 30a, 30b innerhalb des Magnetresonanzmessraums ist derart, dass der Patient nicht zwischen den Proben-Sendeantennen 30a, 30b und der zu prüfenden Magnetresonanz-Antennenanordnung 5 liegt. Diese Proben-Sendeantennen 30a, 30b können innerhalb des Magnetresonanzmessraums 3 fest angeordnet sein. Sie gehören ebenso wie der Sendeantennen-Umschalter 29 zur Prüfeinrichtung 20. Der Sendeantennen-Umschalter 29 kann ebenfalls über die Peripheriegeräte-Schnittstelle 17 und die Testsignal-Schnittstelle 23 von der Prüfablauf-Steuereinheit 24 angesteuert werden.
Die Prüfablauf-Steuereinheit 24 kann außerdem über eine Umschalt-Schnittstelle 25 ein Signal an die Schaltmatrix 6 senden, um gezielt bestimmte Antennenelemente 50 mit bestimmten Eingangskanälen bzw. Magnetresonanzsignal-Empfangsteileinheiten der Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit 11 zu verschalten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass diese Umschalt-Schnittstelle 25 ein entsprechendes Signal an eine hierfür vorgesehene Steuereinheit, beispielsweise die Messsteuereinheit 14, sendet, welche ansonsten während der normalen Magnetresonanzmessungen die Schaltmatrix 6 ansteuert.
Bei einer besonders bevorzugten Variante ist bereits direkt in die Magnetresonanz-Antennenanordnung 5' eine Proben-Sendeantenne 31, im Folgenden Probenspule 31 genannt, eingebaut. Dies ist in 2 dargestellt. Die Probenspule 31 ist mit Anschlüssen 53 verbunden, welche wiederum mit einem Testsignal-Generator 27 verbunden sind, um ein gewünschtes Testsignal auf die Probenspule 31 zu geben. Dieser Testsignal-Generator 27 kann beispielsweise wieder über eine Testsignal-Schnittstelle 23 der in 1 dargestellten Prüfeinheit 11 sowie über die Peripheriegeräte-Schnittstelle 17 angesteuert werden.
Der Einbau einer solchen Probenspule 31 in die Lokalspule 5' hat den Vorteil, dass die räumliche Anordnung und daher die Verkopplung zwischen der Probenspule 31 und den einzelnen Antennenelementen 50a, 50b, 50c, 50d, 50e unabhängig von der Lage der Lokalspule 5' innerhalb des Magnetresonanzmessraums ist und somit eine sehr einfache und simple Feldqualitätsprüfung auch im laufenden Betrieb zwischen zwei Magnetresonanzmessungen möglich ist, ohne dass irgendwelche speziellen Maßnahmen getroffen werden müssten.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für besonders bevorzugte Varianten des Verfahrens erläutert.
Bei einer besonders bevorzugten ersten Variante erfolgt eine einfache Rauschpegelmessung.
3 zeigt ein Beispiel für ein Rauschsignal RS. Aufgetragen ist hier die Intensität I des Rauschsignals RS über der Zeit t (jeweils in willkürlichen Einheiten). Ein solches Rauschen entsteht, wie oben erläutert, bereits in den Antennenelementen, beispielsweise in den Vorverstärkern der Antennenelemente selbst. Es können damit die Rauscheigenschaften der gesamten Empfangskette direkt über die statistische Auswertung der Streuung der Signale am Analog/Digital-Wandler des Empfängers berechnet werden. Falls die mittlere Rauschleistungsdichte zu hoch ist, liegt ein Fehler in der Empfangskette vor. Da die ganze Empfangskette betrachtet wird, lässt sich ein solcher Fehler zwar nicht eindeutig der eigentlichen Leiterschleife zuordnen, dennoch ist dies ein Fall, der deutliche Qualitätseinbußen in der Bildgebung erzeugen würde, so dass das betreffende Antennenelement als beeinträchtigt oder defekt angesehen werden kann.
Das in 3 dargestellte Rauschsignal RS ist eigentlich eine Rauschspannung, die über einen Widerstand abgegriffen wird. Die Rauschleistung P lässt sich daraus gemäß folgender Gleichung berechnen:
Dabei ist U die Rauschspannung und R der äquivalente Widerstand, über den die Spannung abgegriffen wird. Die so berechnete und jeweils über einen beliebig vorgegeben, gegebenenfalls mit der Zeit mitlaufenden Zeitabschnitt gemittelte Rauschleistung P als ein Kennwert KD kann mit einem vorher definierten Referenzwert RW bzw. Schwellenwert verglichen werden. Eine derartige Messung kann in weniger als 0,1 s erfolgen, da in dieser Zeit genügend Messwerte des Analog-Digital-Wandlers zur Verfügung stehen.
Bei einer zweiten bevorzugten Variante wird der Gewinn der gesamten Empfängerkette bestimmt. Hierzu wird beispielsweise mit der Ganzkörperspule oder bevorzugt mit einer Proben-Sendeantenne ein Signal in Form eines vorzugsweise monofrequenten Trägers in der Magnetresonanzbreite mit einer schwachen Leistung zwischen 1 pW und 1 W gesendet und dabei werden gleichzeitig die Antennenelemente auf Empfang geschaltet. Wird an einem Antennenelement bzw. dem entsprechenden Analog/Digital-Wandler der Magnetresonanz-Empfangseinheit gar kein Signal gemessen, so ist der betreffende Kanal ausgefallen. Durch Vergleich mit einem vorher definierten Referenzwert ist auch hier feststellbar, ob das Signal gegebenenfalls zu niedrig ist. Wie bereits oben erläutert, muss das Referenzsignal dabei in Abhängigkeit von der Position des jeweiligen Antennenelements zu der jeweiligen Sendeantenne festgelegt werden.
Insbesondere bei einer Verwendung einer Magnetresonanzsignal-Antennenanordnung 5' wie in 2 mit eingebauter Proben-Sendeantenne ist dies jedoch kein Problem. In diesem Fall müssen einfach für die einzelnen Sendeantennen-Elemente 50a, 50b, 50c, 50d, 50e bestimmte Referenzwerte hinterlegt werden, die durch den mechanischen Zusammenhalt der einzelnen Antennenelemente mit der Proben-Sendeantenne unveränderlich festliegen. Es ist dann nicht mehr auf eine bestimmte Positionierung der Magnetresonanz-Antennenanordnung relativ zur Proben-Sendeantenne zu achten, sondern es muss nur noch darauf geachtet werden, dass bei Einsatz einer flexiblen Magnetresonanz-Antennenanordnung diese nicht undefiniert verformt wird, damit sich dies nicht unnötig stark auf eine Rauschkorrelation auswirkt.
Bei einem dritten Verfahren werden alternativ oder zusätzlich zum Pegel des Sendesignals auch die Amplituden- und/oder Phasendifferenzen als relative Kennwerte zwischen den einzelnen Antennenelementen herangezogen. Auch hier können zur Bestimmung des Qualitätszustands die Abweichungen der Amplituden- und/oder Phasendifferenzen von zuvor gemessenen und für die jeweiligen Antennenelemente hinterlegten Referenzwerte bestimmt werden. Als Referenzwerte bietet sich beispielsweise für die Amplitudendifferenzen ein Wert von 0,5 dB und als Phasendifferenz-Referenzwert ein Wert von 10° an. Bei Abweichungen größer als die angegebenen Referenzwerte ist dies ein Hinweis auf ein mögliches Problem in der Empfangskette.
Weiterhin kann ganz bevorzugt ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem das Sendesignal beispielsweise schrittweise erhöht wird. Auf diese Weise kann durch Erhöhung des Sendesignals der Vorverstärker in den Antennenelementen mit steigendem Eingangspegel ausgesteuert werden. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Leistung P_TS des am Analog/Digital-Wandler der jeweiligen Magnetresonanz-Empfangseinheit ermittelten Testsignals TS über der Leistung P_TS' des eigentlich von der Proben-Sendeantenne ausgesendeten Testsignals TS' aufgetragen ist. Kenndaten der so gebildeten Übertragungsfunktion UF sind deren Steigung und Nicht-Linearität, insbesondere die Werte, an denen die Übertragungsfunktion UF im oberen Bereich abknickt und die Ausgangsleistung P_TS bei steigender Eingangsleistung P_TS' nicht weiter ansteigt. Dies sind Maße, die die Kompression der Empfangskette angeben und daher als Qualitäts-Kennzahlen zur Überprüfung der einzelnen Antennenelemente herangezogen werden können.
Bei einer besonders bevorzugten Variante wird zusätzlich oder alternativ eine Rauschkorrelationsmatrix KM als Kenndaten für eine zu prüfende Magnetresonanz-Antennenanordnung ermittelt und ausgewertet. Hierbei handelt es sich um eine Kreuzkorrelation zwischen den von den einzelnen Antennenelementen erfassten Rauschsignalen. 5 zeigt eine solche Rauschkorrelationsmatrix KM für eine Magnetresonanz-Antennenanordnung mit 32 Einzelelementen. Eine solche Rauschkorrelationsmatrix KM ist naturgemäß immer symmetrisch aufgebaut. Dargestellt sind hierbei jeweils die Kreuzkorrelationswerte in Einheiten von 0 bis 1, wie sie auf dem rechts neben der Matrix stehenden Balkendiagramm dargestellt sind. Üblicherweise werden solche Kreuzkorrelationsdiagramme farbig dargestellt. Eine solche Rauschkorrelationsmatrix KM kann als Fingerabdruck eines bestimmten Spulentyps gesehen werden. Jede Änderung in der Rauschkorrelationsmatrix KM ist ein Indikator für die Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Spule, beispielsweise eine Änderung des Vorverstärkerrauschens oder eine Entkopplung benachbarter Elemente. Bei einer mehrfachen Messung einer solchen Rauschkorrelationsmatrix KM mit derselben Spule zeigt sich, dass die Reproduzierbarkeit sehr gut ist und dass die Rauschkorrelationsmatrix genügend Informationen enthält, um eine Änderung eindeutig erkennen zu können. Auch sind die Ähnlichkeiten der Rauschkorrelationsmatrizen zweier baugleicher Spulen derselben Serie ausreichend hoch, um qualitätsrelevante Daten zur Überprüfung der Funktion ableiten zu können.
Für eine einfache Bewertung des Qualitätszustands reicht es daher aus, eine entsprechende Referenz-Rauschkorrelationsmatrix RM, wie sie beispielsweise in 6 dargestellt ist, zur Verfügung zu stellen. Bei einer Prüfung kann dann eine Differenzmatrix DM zwischen der gemessenen Rauschkorrelationsmatrix KM und der Referenz-Rauschkorrelationsmatrix RM gebildet werden. Eine solche Differenzmatrix DM ist in 7 dargestellt. Mithilfe einer solchen Differenzmatrix DM fallen Abweichungen der Rauschkorrelationsmatrix KM von der Referenzmatrix RM sofort auf, so dass Defekte (hier im Bereich der Kanäle 11, 12 bzw. 4, 5) sofort erkannt werden können. Auch eine Messung einer solchen Rauschkorrelationsmatrix kann in weniger als 0,1 s erfolgen.
Die Referenzwerte RD bzw. auch eine Referenz-Rauschkorrelationsmatrix RM können, wie bereits oben im Zusammenhang mit 1 erläutert, in einem Speicher 15 der Steuereinrichtung 10 des Magnetresonanzsystems 1 hinterlegt sein. Jedoch sind diese Referenzdaten immer abhängig von dem verwendeten Typ der Magnetresonanz-Antennenanordnung, die gerade geprüft werden soll. Je nach Art sind die Referenzwerte gegebenenfalls sogar für die konkret zu prüfende Magnetresonanz-Antennenanordnung spezifisch und müssen für jede einzelne Magnetresonanz-Antennenanordnung zuvor im Werk bestimmt werden.
Besonders bevorzugt werden daher solche Referenzdaten RD, RM in einem Speicher innerhalb der Magnetresonanz-Spulenanordnung hinterlegt. Beispielsweise kann die Lokalspule 5' mit einem Speicher 55 in Form eines EEPROM versehen sein, in dem die Referenzdaten abgelegt werden. Ein solcher Speicher 55 ist in der bevorzugten Magnetresonanz-Antennenanordnung 5' in 2 dargestellt. Über einen Ausgang 56 können diese Daten beispielsweise auch wieder über die Peripheriegeräte-Schnittstelle 17 der Steuereinrichtung 10 abgefragt werden und innerhalb der Qualitätsprüfung genutzt werden.
Insgesamt hat die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung von rein hochfrequenztechnischen Messungen, d. h. nicht bildgebenden Messungen, zur Qualitätsüberprüfung von Magnetresonanz-Antennenanordnungen erhebliche Vorteile. Die hierzu erforderlichen Signaltransmissions- und Rauschmessungen sowie die Korrelationsmessungen sind vom System automatisch in deutlich kürzerer Zeit möglich als die Prüfungen mit den heutigen bildgebenden Verfahren dauern. Auch die ganze Auswertung erfordert erheblich weniger Zeit. Dadurch können mehr Informationen in deutlich kürzerer Zeit gesammelt und zur Qualitätsüberwachung genutzt werden. Da keine Phantome benötigt werden, ist der Messaufwand zudem erheblich vereinfacht und Fehler durch Fehlpositionierung des Phantoms können nicht mehr auftreten. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens ist die Messung teilweise sogar während des Patientenbetriebs ohne zeitliche Auswirkung auf die Gesamtmesszeit möglich.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den oben beschriebenen Aufbauten lediglich um Ausführungsbeispiele handelt. Insbesondere wird explizit darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Varianten des Verfahrens, der Prüfeinrichtung und insbesondere der Magnetresonanzantennenanordnung auch in beliebigen Kombinationen miteinander eingesetzt werden können. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanzanlage
2: Magnetresonanz-Scannereinheit
3: Magnetresonanzmessraum/Patiententunnel
4: Ganzkorperantenne
5: Magnetresonanz-Antennenanordnung/Lokalspule
5': Magnetresonanz-Antennenanordnung/Lokalspule
6: Umschalteinrichtung/Schaltmatrix
7: Terminal
10: Steuereinrichtung
11: Mehrkanal-Empfänger
11a, 11b, 11c, 11d, 11e: Magnetresonanz-Empfangseinheit
12: Hochfrequenz-Sendeschnittstelle
13: Ansteuer-Schnittstelle
14: Messsteuereinheit
15: Speicher
16: Bildrekonstruktionseinheit
17: Peripheriegeräte-Schnittstelle
18: Terminalschnittstelle
19: Prüfeinheit
20: Prüfeinrichtung
21: Messsignal-Schnittstelle
22: Ausgabeschnittstelle
23: Testsignal-Schnittstelle
24: Prüfablauf-Steuereinheit
25: Umschalt-Schnittstelle
26: Analyseeinheit
27: Testsignal-Generator
28: Testsignal-Generator
29: Sendeantenne/Umschalter
30a, 30b: Proben-Sendeantenne
31: Proben-Sendeantenne/Probenspule
50: Antennenelement
50a, 50b, 50c, 50d, 50e: Antennenelement
51a, 51b, 51c, 51d, 51e: Vorverstärker
52a, 52b, 52c, 52d, 52e: Anschluss
54: Kondensator
60a, 60b, 60c, 60d, 60e: Signaleingang
61a, 61b, 61c, 61d, 61e: Signalausgang
t: Zeit
I: Intensität
KD: Kenndaten/Kennwert
KM: Kenndaten/Rauschkorrelationsmatrix
RD: Referenzdaten/Referenzwert
RM: Referenzdaten/Referenz-Rauschkorrelationsmatrix
DM: Differenzmatrix
RS: Rauschsignal
TS, TS', TS'': Testsignal
P_TS, P_TS': Leistung
UF: Ubertragungsfunktion
QZ: Qualitätszustand
QZI: Qualitätszustands-Information

Claims

Verfahren zur Feld-Qualitätsprüfung einer eine Mehrzahl von Antennenelementen (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) umfassenden Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') eines Magnetresonanzsystems (1), bei dem für zumindest einen Teil der einzelnen zum Empfang von Magnetresonanzsignalen geeigneten Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) jeweils an einer Empfängereinheit (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) ein Rauschsignal (RS) und/oder ein mittels einer Sendeantenne (4, 29, 30, 31) in die jeweiligen Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) eingespeistes Testsignal (TS) ermittelt wird und die Rauschsignale (RS) und/oder Testsignale (TS) hinsichtlich bestimmter Kenndaten (KD, KM) analysiert werden und darauf basierend ein Qualitätszustand (QZ) der Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') eine Lokalspule umfasst oder eine Lokalspule (5, 5') ist, die bei der Qualitätsprüfung innerhalb eines Magnetresonanz-Messraums (3) des Magnetresonanzsystems (1) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauschsignale (RS) und/oder Testsignale (TS) für die einzelnen Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) jeweils an einem Analog/Digital-Wandler einer Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) des Magnetresonanzsystems (1) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf Basis der Rauschsignale (RS) und/oder Testsignale (TS) ermittelten Kenndaten (KD, KM) mit definierten Referenzdaten (RD, RM) verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten (RD) für die einzelnen Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) in Abhängigkeit von einer Lage des jeweiligen Antennenelements (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) im Magnetresonanzsystem (1) und/oder relativ zu einer ein Testsignal aussendenden Sendeantenne (4, 29, 30, 31) festgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenndaten (KD) einen Rauschleistungskennwert umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenndaten (KD, KM) relative Kennwerte zwischen den einzelnen Antennenelementen (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die relativen Kennwerte zwischen den einzelnen Antennenelementen (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) Amplitudendifferenzen und/oder Phasendifferenzen umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung eines Testsignals (TS) während der Messung erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenndaten auf einer Abhängigkeit einer an dem jeweiligen Antennenelement gemessenen Testsignal-Ausgangsleistung (P_TS) von der Testsignal-Eingangsleistung (P_TS') basieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Signalausgänge (52a, 52b, 52c, 52d, 52e) der Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) über eine Umschalteinrichtung (6) mit den Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) verbunden sind und während einer Prüfung mehrere Messungen von Rauschsignalen (RS) und/oder Testsignalen (TS) an demselben Antennenelement (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) durchgeführt werden, wobei zwischen zumindest zwei Messungen die Umschalteinrichtung (6) so umgeschaltet wird, dass ein Signalausgang des Antennenelements (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) mit unterschiedlichen Magnetresonanzsignal-Empfangseinheiten (11a, 11b, 11c, 11d, 11e verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenndaten (KDM) eine Rauschkorrelationsmatrix (KDM) umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Testsignal (TS) mit einer Proben-Sendeantenne (30a, 30b, 31) ausgesendet wird.
Prüfeinrichtung (20) zur Feld-Qualitätsprüfung einer eine Mehrzahl von Antennenelementen (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) umfassenden Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') eines Magnetresonanzsystems (1), mit – einer Messsignal-Schnittstelle (21), um für zumindest einen Teil der einzelnen zum Empfang von Magnetresonanzsignalen geeigneten Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) jeweils an einer Empfängereinheit (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) ein Rauschsignal (RS) und/oder ein mittels einer Sendeantenne (4, 30a, 30b, 31) in die jeweiligen Antennenelemente (50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e) eingespeistes Testsignal (TS) zu messen, – einer Analyseeinheit (26), um die Rauschsignale (RS) und/oder Testsignale (TS) hinsichtlich bestimmter Kenndaten (KD, KM) zu analysieren, – einer Bewertungseinheit (27), um darauf basierend einen Qualitätszustand (QZ) der Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') zu ermitteln, – einer Ausgabe-Schnittstelle (22) zur Signalisierung des Qualitätszustands (QZ) an einen Bediener.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignal-Schnittstelle (21) mit einem Analog/Digitalwandler einer Magnetresonanzsignal-Empfangseinheit (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) des Magnetresonanzsystems (1) verbunden ist.
Prüfeinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Testsignal-Schnittstelle (23), um die Aussendung eines definierten Testsignals (TS', TS'') durch eine Sendeantenne (4, 30a, 30b, 31) anzusteuern.
Prüfeinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Proben-Sendeantenne (30a, 30b, 31).
Prüfeinrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch zumindest zwei Proben-Sendeantennen (30a, 30b), welche so ausgebildet und im Magnetresonanzmessraum (3) angeordnet sind, dass sie unterschiedlich polarisierte Testsignale aussenden.
Magnetresonanzsystem (1) mit – einer Scannereinheit (2) mit einem Magnetresonanz-Messraum (3) und einer Ganzkörperantenne (4), um ein Hochfrequenzsignal in den Magnetresonanz-Messraum (3) auszusenden, – einer Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung der Scannereinheit (2), – einer Magnetresonanz-Antennenanordnung (5, 5') zum Empfang von Magnetresonanzsignalen, – und einer Prüfeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 14 bis 18.
Magnetresonanz-Antennenanordnung (5') mit einer integrierten Proben-Sendeantenne (31), um ein definiertes Testsignal zur Prüfung der Magnetresonanz-Antennenanordnung (5') auszusenden.
Magnetresonanz-Antennenanordnung (5') mit einem Datenspeicher (55) zur Hinterlegung von Referenzdaten für ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13.