-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktierungssystem und ein Verfahren zur Kontaktierung von Magnetresonanz-Lokalspulen mit einer Signalweiterverarbeitungseinheit eines Magnetresonanz-Tomographen sowie einen Magnetresonanz-Tomographen mit einem solchen Kontaktierungssystem.
-
Zur Untersuchung eines menschlichen Körperteils ist es bekannt, den zu untersuchende Körperteil in ein homogenes Magnetfeld, das sogenannte Grundfeld, einzubringen. Das Magnetfeld bewirkt in dem Körperteil eine Ausrichtung der Kernspins von Atomkernen, insbesondere von an Wasser gebundenen Wasserstoffatomkernen (Protonen). Mittels hochfrequenter Anregungsimpulse werden diese Kerne zu einer Präzessionsbewegung angeregt. Nach dem Ende eines Anregungsimpulses präzedieren die Atomkerne mit einer Frequenz, die von der Stärke des Grundfeldes abhängt, und pendeln sich dann aufgrund ihrer Spins nach einer vorbestimmten Relaxationszeit wieder in die durch das Grundfeld vorgegebene Vorzugsrichtung ein. Dabei senden die Atomkerne Hochfrequenzsignale, die sogenannten Magnetresonanzsignale, aus.
-
Durch rechnerische oder messtechnische Analyse der integralen Magnetresonanzsignale kann aus der räumlichen Spindichte oder der Verteilung der Relaxationszeiten innerhalb einer Körperschicht ein Bild erzeugt werden. Die Zuordnung der infolge der Präzessionsbewegung nachweisbaren Magnetresonanzsignale zum jeweiligen Ort ihrer Entstehung erfolgt durch Anwendung linearer Feldgradienten. Hierzu werden die entsprechenden Gradientenfelder dem Grundfeld überlagert und so gesteuert, dass nur in einer abzubildenden Schicht eine Anregung der Kerne erfolgt. Eine auf diesen physikalischen Effekten basierende Bilddarstellung ist unter der Bezeichnung „Magnetresonanz-Tomographie” bekannt.
-
Zum Empfang der Magnetresonanzsignale eines Untersuchungsobjekts werden als Empfangsantennen heutzutage meist lokale Oberflächenspulen (Lokalspulen), so genannte ”Loopantennen”, beziehungsweise darauf aufgebaute Arrayanordnungen verwendet.
-
Die durch die angeregten Atomkerne erzeugten Magnetresonanzsignale induzieren in der Empfangsantenne eine Spannung, die dann als empfangenes Magnetresonanzsignal in einem rauscharmen Vorverstärker verstärkt und über ein Kabel an eine weitere Verstärkereinrichtung geleitet werden. Die derart zweifach verstärkten Magnetresonanzsignale werden dann über eine weitere Leitung an eine Signalweiterverarbeitungseinheit weitergeleitet, durch welche sie weiterverarbeitet werden. Eine solche Signalweiterverarbeitungseinheit ist also eine Empfangselektronik, die die von den Lokalspulen empfangenen Signale übernimmt und so aufbereitet, insbesondere verstärkt und demoduliert, dass daraus Roh-Bilddaten in geeigneter Form entstehen, auf deren Basis dann – in der Regel unter Zuhilfenahme weiterer Verarbeitungseinheiten – Volumenbilddaten und/oder Schnittbilddaten eines Untersuchungsobjekts rekonstruiert werden können.
-
Derzeit befindet sich wie erwähnt üblicherweise in jeder Magnetresonanz-Lokalspule ein Vorverstärker zur Verstärkung der Signale, die dann über Leitungen und Stecker mit der Weiterverarbeitungseinheit weitergegeben werden. Bei einer Abdeckung größerer Untersuchungsobjekte von oben bis unten mit einer Vielzahl von Magnetresonanz-Lokalspulen und/oder einer Verwendung von Vielkanalarrays wird eine entsprechend große Anzahl an Leitungen und Steckern sowie an Signalweiterverarbeitungseinheiten bzw. an Eingangskanälen in Mehrkanal-Signalweiterverarbeitungseinheiten benötigt. Die Anzahl an Signalweiterverarbeitungseinheiten bzw. an Eingangskanälen in Mehrkanal-Signalweiterverarbeitungseinheiten ist in der Regel bereits aus Kostengründen begrenzt.
-
Daher werden vorzugsweise nur solche Magnetresonanz-Lokalspulen an weiterführende Elektronikkomponenten angeschlossen, die sich gerade im Empfangsfeld (Field of View) eines Magnetresonanz-Tomographen befinden. Es entsteht hierdurch jedoch das Problem, dass die Magnetresonanz-Lokalspulen während des Durchlaufs eines Untersuchungsobjekts jeweils ge- und wieder entkoppelt werden müssen.
-
Bei einem solchen Durchlauf muss daher die Bewegung einer Objekt-Lagerungseinrichtung nicht-kontinuierlich, beispielsweise getaktet, durchgeführt werden, um die Gelegenheit zum Umkoppeln zu haben. Dies verzögert den Untersuchungsablauf erheblich.
-
Die
DE 10 2005 056 711 B3 schlägt ein Kontaktierungssystem eines Magnetresonanz-Tomographen zur Kontaktierung von Magnetresonanz-Lokalspulen mit einer Signalweiterverarbeitungseinheit vor. Das Kontaktierungssystem weist Spulen-Kopplerelement auf, die mit den Magnetresonanz-Lokalspulen elektrisch verbunden sind, sowie Gerät-Kopplerelemente, die am Magnetresonanz-Tomographen angebracht und mit der Signalweiterverarbeitungseinheit elektrisch verbunden sind. Dabei sind die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente so ausgebildet, dass bei einer Bewegung der Lokalspulen entlang einer Bewegungsstrecke im Magnetresonanz-Tomographen zumindest über einen bestimmten Streckenabschnitt eine sukzessive Kontaktierung der Spulen-Kopplerelemente mit Gerät-Kopplerelementen erfolgt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vereinfachte Möglichkeit zur Kontaktierung von Magnetresonanz-Lokalspulen mit einer Signalweiterverarbeitungseinheit eines Magnetresonanz-Tomographen bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kontaktierungssystem zur Kontaktierung von Magnetresonanz-Lokalspulen mit einer Signalweiterverarbeitungseinheit eines Magnetresonanz-Tomographen gemäß Anspruch 1 und durch ein Kontaktierungsverfahren nach Anspruch 16 gelöst.
-
Das erfindungsgemäße Kontaktierungssystem weist eine Anzahl von Spulen-Kopplerelementen auf, die mit den Magnetresonanz-Lokalspulen elektrisch verbunden sind, und Gerät-Kopplerelemente, die am Magnetresonanz-Tomographen angebracht und mit der Signalweiterverarbeitungseinheit elektrisch verbunden sind. Dabei sind die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente so ausgebildet, dass bei einer Bewegung der Lokalspulen entlang einer Bewegungsstrecke im Magnetresonanz-Tomographen zumindest über einen bestimmten Streckenabschnitt eine sukzessive Kontaktierung von zumindest einem Teil der Spulen-Kopplerelemente mit Gerät-Kopplerelementen erfolgt.
-
Statt durch feste Kontaktverbindungen oder über Steckerkontakte erfolgt die Kontaktierung, die eine Signalübertragung von Messsignalen der Magnetresonanz-Lokalspulen an die Signalweiterverarbeitungseinheit ermöglicht, über Spulen- und Gerät-Kopplerelemente, die nicht miteinander fest mechanisch verbunden werden müssen. Die Kontaktierung kann folglich automatisch erfolgen, d. h. ohne die Notwendigkeit eines Fremdeingriffs in den Magnetresonanz-Tomographen, während eines laufenden Magnetresonanzscans, bei dem ein Untersuchungsobjekt durch den Patientenraum bewegt und gescannt wird.
-
Somit brauchen auch die Vorverstärker nicht mehr unbedingt in die Lokalspule integriert zu sein. Vorzugsweise werden deshalb die Vorverstärker hinter den Geräte-Kopplerelementen, besonders bevorzugt relativ kurz hinter den Geräte-Kopplerelementen, im Gerät angeordnet und werden den jeweiligen Lokalspulen auch erst durch die Kontaktierung zugeschaltet. Dies wird möglich, da auf sehr lange Kabel zur Kontaktierung der Lokalspulen verzichtet werden kann. Damit erübrigt sich auch eine Stromversorgung der Lokalspulen. Sofern aber nach wie vor Lokalspulen mit integrierten Vorverstärkern und/oder Steuerelementen eingesetzt werden sollen, können nicht nur die Signalleitungen, sondern auch die Stromversorgungsleitungen für die Vorverstärker und/oder sonstige Steuerleitungen für die Lokalspule in der erfindungsgemäßen Weise kontaktiert werden.
-
Erfindungsgemäß werden in diesem Zusammenhang die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente im Betrieb durch Abrollen miteinander gekoppelt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Walzen erfolgen, in die Kopplerelemente integriert sind. Solche Walzen können beispielsweise mit anderen Walzen rotierend verbunden werden, in denen die jeweils anderen Kopplerelemente enthalten sind. Durch ein Abrollen entsteht vorteilhafterweise trotz der Bewegung der Kopplerelemente ein verlässlicher und fester Kontakt, der die Kontaktierung zur Signalübergabe sehr vereinfacht. Gegebenenfalls können auch Zwischenkopplerelemente wie beispielsweise zusätzliche Zwischenkopplungswalzen verwendet werden.
-
Eine andere Form der Kontaktierung durch Abrollen erfolgt mit Hilfe von Spulen-Kopplerelementen und/oder Gerät-Kopplerelementen, die in ein Band, vorzugsweise ein Endlosband, integriert sind. Ein solches Band wiederum ist bevorzugt als flexible Leiterplatte ausgebildet und/oder besteht aus Leiterplatten-Segmenten. Ein derartiges Band fungiert als eine Art Träger der jeweiligen Kopplerelemente und hat den Vorteil, dass es flexibel an Führungselementen, beispielsweise wiederum an Walzen, vorbeiführbar ist. Wird ein Endlosband verwendet, so können die Kopplerelemente – über zwei Führungswalzen geführt – jeweils immer wieder an den Startpunkt ihrer Bewegung zurückkehren und für weitere Kontaktierungsdurchläufe verwendet werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kontaktierung von Magnetresonanz-Lokalspulen mit einer Signalweiterverarbeitungseinheit eines Magnetresonanz-Tomographen erfolgt also mit Hilfe von Spulen-Kopplerelementen, die mit den Magnetresonanz-Lokalspulen elektrisch verbunden sind, und Gerät-Kopplerelementen, die am Magnetresonanz-Tomographen angebracht und mit der Signalweiterverarbeitungseinheit elektrisch verbunden sind, bei einer Bewegung der Magnetresonanz-Lokalspulen entlang einer Bewegungsstrecke im Magnetresonanz-Tomographen zumindest über einen bestimmten Streckenabschnitt eine sukzessive Kontaktierung von zumindest einem Teil der Spulen-Kopplerelemente mit Gerät-Kopplerelementen.
-
Im Rahmen der Erfindung ist eine Bewegungsstrecke vorzugsweise die Strecke, über die ein Untersuchungsobjekt relativ zum Magnetresonanz-Tomographen in den und in dem Magnetresonanz-Tomographen transportiert wird, d. h. eine gerade Strecke mit horizontaler Bewegungsrichtung in und durch den Messraum (in der Regel ein Patiententunnel oder ein seitlich offener U-förmiger Raum) des Magnetresonanz-Tomographen. Dabei kann sowohl das Untersuchungsobjekt in Richtung des Tomographen als auch der Tomograph in Richtung des Untersuchungsobjekts bewegt werden.
-
Die Erfindung umfasst weiterhin einen Magnetresonanz-Tomographen mit einem erfindungsgemäßen Kontaktierungssystem.
-
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei können das Kontaktierungssystem und der Magnetresonanz-Tomograph auch entsprechend den abhängigen Verfahrensansprüchen weitergebildet sein und umgekehrt.
-
Bevorzugt sind die Spulen-Kopplerelemente auf oder an einer Objekt-Lagerungseinrichtung gelagert, mittels derer die Magnetresonanz-Lokalspulen im Betrieb mitbewegt werden. Eine solche Objekt-Lagerungseinrichtung wird üblicherweise als Patiententisch bezeichnet, wobei dies sich nicht darauf bezieht, dass damit nur Patienten als Untersuchungsobjekte darauf gelagert werden können. Die Spulen-Kopplerelemente werden üblicherweise auf und/oder unter das Untersuchungsobjekt gelegt oder können an einem solchen Patiententisch direkt montiert sein, so dass eine Bewegung des Patiententischs automatisch auch eine Bewegung der Spulen-Kopplerelemente bedingt. Die Spulen-Kopplerelemente können mit dem Patiententisch fest verbunden sein und zum Beispiel über in den Patiententisch integrierte Stecker mit frei auf ein Untersuchungsobjekt auflegbaren Magnetresonanz-Lokalspulen verbunden werden.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente so ausgebildet und angeordnet, dass jeweils die Spulen-Kopplerelemente kontaktiert sind, deren zugeordnete Magnetresonanz-Lokalspulen sich im Betrieb in einem Aufnahmebereich des Magnetresonanz-Tomographen befinden. Der Aufnahmebereich, auch „Field of View” genannt, ist der Bereich, in dem ein Tomograph Messungen zur Bilddatenakquise durchführt. In der Regel ist dies ein mittlerer Bereich des Patiententunnels, in dem die Felder zur Anregung und Akquisition der Magnetresonanzsignale besonders homogen sind. Es muss daher zumindest ein wesentlicher Teil der Magnetresonanz-Lokalspulen mit der Signalweiterverarbeitungseinheit in Verbindung stehen, die sich gerade im Field of View befinden.
-
Da die Magnetresonanz-Lokalspulen, die sich außerhalb des Field of View befinden, nicht zur Rohdatenakquisition beitragen, müssen diese nicht mit der Signalweiterverarbeitungseinheit verbunden sein. Da die Kanalanzahl der Signalweiterverarbeitungseinheit begrenzt ist, ist das Kontaktierungssystem vorzugsweise so ausgebildet, dass nur genau die Magnetresonanz-Lokalspulen, die sich im Field of View befinden, kontaktiert werden.
-
Hierfür sind die Spulen-Kopplerelemente und/oder die Gerät-Kopplerelemente bevorzugt so ausgebildet und angeordnet, dass eine Kopplung eines einer Magnetresonanz-Lokalspule zugeordneten Spulen-Kopplerelements mit einem Gerät-Kopplerelement kurz vor oder bei Eintritt der Magnetresonanz-Lokalspulen in den Aufnahmebereich des Magnetresonanz-Tomographen erfolgt. Analog ist vorteilhafterweise alternativ oder ergänzend vorgesehen, dass die Spulen-Kopplerelemente und/oder die Gerät-Kopplerelemente so ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Aufhebung der Kopplung eines einer Magnetresonanz-Lokalspule zugeordneten Spulen-Kopplerelements mit einem Gerät-Kopplerelement kurz nach oder bei Austritt der Magnetresonanz-Lokalspulen aus dem Aufnahmebereich des Magnetresonanz-Tomographen erfolgt.
-
Eine solche Kopplung im Rahmen des Eintretens einer Magnetresonanz-Lokalspule in das Field of View und/oder eine solche Entkopplung im Rahmen ihres Austretens aus demselben bedeutet, dass Kopplungskapazitäten optimal genutzt werden können: Die Kopplung im Field of View ist wichtig – wenn auch nicht zwangsläufig immer innerhalb des gesamten Field of View –, aber eine Kopplung außerhalb des Field of View wäre nur eine Verschwendung von Kopplungsressourcen. Diese Ressourcen werden daher dann am besten genutzt, wenn keine Kopplung außerhalb des Field of View stattfindet.
-
Praktisch umsetzbar ist dies durch eine geeignete Dimensionierung und Anordnung der Spulen- und/oder Gerät-Kopplerelemente in Bezug auf die Anordnung der Magnetresonanz-Lokalspulen. Wie unten anhand eines Beispiels noch verdeutlicht wird, müssen die Kopplerelemente hierzu nicht zwangsläufig gleich groß sein oder etwa die Größe des Empfangsbereichs der Magnetresonanz-Lokalspulen aufweisen. Vielmehr liegt in der Kombination aus Dimensionierung und Anordnung der Kopplerelemente der Schlüssel für diesen Effekt.
-
Vorteilhafterweise können die Spulen-Kopplerelemente auf einer zur Bewegungsrichtung senkrechten vertikalen Linie liegen, die durch die Magnetresonanz-Lokalspulen verläuft. Mit anderen Worten sind die Magnetresonanz-Lokalspulen und die Spulen-Kopplerelemente dann direkt über- bzw. untereinander oder nebeneinander angeordnet. Diese Anordnung alleine genügt noch nicht, um den oben genannten Effekt der Kopplung bzw.
-
Entkopplung bei Eintritt in bzw. Austritt aus dem Field of View zu erzielen, doch sie ist allein schon deshalb von Vorteil, weil damit einfach eine Zuordnung von Magnetresonanz-Lokalspulen und den ihnen zugeordneten Spulen-Kopplerelementen möglich ist. Alternativ kann bei der Anordnung auch ein Versatz der Spulen-Kopplerelemente in oder gegen die Bewegungsrichtung vorgesehen sein, wobei bevorzugt die Abstände zwischen den Spulen-Kopplerelementen und den ihnen zugeordneten Magnetresonanz-Lokalspulen jeweils gleich bleibt.
-
Grundsätzlich kann die Kontaktierung der Kopplerelemente auf praktisch jede beliebige Art erfolgen, beispielsweise auch über Lichtsignalübertragung. Bevorzugt sind die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente aber für eine galvanische und/oder kapazitive und/oder induktive Kontaktierung ausgelegt. Die galvanische Kopplung hat unter anderem den Vorteil, dass eine Signalübertragung ohne Umwandlung in andere Formen von Signalträgern erfolgt und dass eine Kontaktierung technisch einfach durch physischen Kontakt herzustellen ist. In einer einfachsten Variante können galvanische Kopplerelemente beispielsweise als Schleifkontakte ausgeführt sein, die relativ zueinander bewegt werden, wobei eine Art von Kopplerelementen bürstenförmig ausgebildet ist, so dass die Bürsten über Flächen der anderen Art von Kopplerelementen schleifend geführt werden können.
-
Hingegen haben kapazitive und induktive Systeme beispielsweise den Vorteil, dass sie kontaktfrei arbeiten und daher keine Gefahr von Abrieb und Abnutzung der Kopplerelemente besteht.
-
Eine spezielle, sehr vorteilhafte Art der kapazitiven Kontaktierung sieht vor, dass die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente jeweils zumindest zwei parallel wirkende Kondensatorflächen oder Kondensatorplatten aufweisen, welche jeweils eine Kondensatorgruppe, insbesondere ein Kondensatorpaar, bilden. Dabei bildet jeweils eine Kondensatorfläche eines Spulen-Kopplerelements mit einer der betreffenden Kondensatorfläche zugeordneten, gegenüberliegenden Kondensatorplatte eines Gerät-Kopplerelements einen Kondensator der Kondensatorgruppe bzw. des Kondensatorpaars. Die jeweils zusammenwirkenden Kondensatorflächen oder Kondensatorplatten einer Kondensatorgruppe (bzw. eines Kondensatorpaars) sind dann so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass eine durch eine relative Bewegung zwischen Spulen-Kopplerelementen und Gerät-Kopplerelementen senkrecht zu den Kondensatorplatten bewirkte Kapazitätsänderung eines Kondensators einer Kondensatorgruppe durch eine durch die betreffende Bewegung zwangsläufig ebenfalls bewirkte Kapazitätsänderung zumindest eines anderen Kondensators der Kondensatorgruppe wieder kompensiert wird.
-
Eine solche Anordnung bzw. Schaltung hat den Vorteil, dass ein Kopplerelement zwischen Teilen des anderen Kopplerelements bewegt und daher der Abstand vom ersten Kopplerelement zu den beiden Teilen des zweiten Kopplerelements nicht exakt konstant gehalten werden muss, wie dies sonst bei der kapazitiven Signalübertragung notwendig ist.
-
Für die sukzessive Kopplung von Gerät- und Spulen-Kopplerelementen ist eine Bewegung von verschiedenen Elementen des Magnetresonanz-Tornographen notwendig, wobei es sich bei der jeweiligen Bewegung besonders bevorzugt um eine kontinuierliche handelt, um Arbeitsabläufe nicht unnötig zu verzögern. Wie oben erwähnt, ist eine solche kontinuierliche Bewegung derzeit nur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, wenn nicht alle Magnetresonanz-Lokalspulen fest kontaktiert werden sollen. Kontinuierlich bewegt werden bevorzugt die Magnetresonanz-Lokalspulen mit den Spulen-Kopplerelementen und/oder die Gerät-Kopplerelemente. Impliziert ist jedoch auch, dass eine Objekt-Lagerungseinheit ebenfalls kontinuierlich mitbewegt wird.
-
Die Bewegung der Spulen- und der Gerät-Kopplerelemente kann prinzipiell auf Basis zweier alternativer Verfahren erfolgen: Entweder die Spulen-Kopplerelemente und die Gerät-Kopplerelemente werden relativ zueinander bewegt oder sie werden miteinander, bevorzugt gleichförmig miteinander bzw. parallel zueinander, bewegt. Die erste Variante bedeutet, dass entweder die Gerät-Kopplerelemente an den Spulen-Kopplerelementen vorbeigeführt werden oder umgekehrt. Dagegen sieht die zweite Variante eine kombinierte Bewegung beider Kopplerelemente über eine bestimmte Wegstrecke vor. Die Vorteile der beiden Alternativen ergeben sich vor allem je nach Konstruktionsaufbau des jeweiligen Magnetresonanz-Tomographen. Allgemein gesprochen birgt eine Bewegung der Kopplerelemente relativ zueinander die Möglichkeit einfacherer Aufbauten und geringerer Bauhöhe des Kontaktierungssystems. Dagegen kann die simultane Bewegung beider Arten von Kopplerelementen das Kontaktierungssystem einfacher kontrollierbar machen: Die Kopplerelemente werden kontaktiert und dadurch einmal ausgerichtet, so dass sich die prinzipielle Ausrichtung zueinander nicht ändert. Im Gegensatz dazu entsteht beim Vorbeibewegen von Kopplerelementen aneinander ein sich dauernd ändernder Versatz, was die Übertragungsqualität beeinflussen kann.
-
Es sieht eine andere bevorzugte, weil einfach in einen Magnetresonanz-Tomographen integrierbare Ausführungsform eines Kontaktierungssystems vor, dass die Gerät-Kopplerelemente oder die Spulen-Kopplerelemente im Bereich einer Führungsvertiefung angebracht sind, in die bei einer Bewegung im Betrieb ein formmäßig komplementäres Einschubführungselement entlang der Bewegungsrichtung der Bewegungsstrecke eingeschoben wird, und dass die jeweils anderen Kopplerelemente im Bereich des Einschubführungselements angebracht sind. Eine solche beispielsweise rinnen- oder nut-artige Führungsvertiefung wirkt also mit einem zum Beispiel schienen- oder schwertartigen Einschubführungselement zusammen, wobei jeweils eine Art von zusammenwirkenden Kopplerelementen je an der Führungsvertiefung bzw. dem Einschubführungselement angebracht ist. D. h. wenn die Spulen-Kopplerelemente am Einschubführungselement angebracht sind, sind die damit zusammenwirkenden Geräte-Kopplerelemente passend in der zugehörigen Führungsvertiefung angeordnet. Die Führungsvertiefung und das Einschubführungselement können beispielsweise an einem Patiententisch insbesondere an der Unterseite und gegebenenfalls unter dem Patiententisch in einem Messraum des Magnetresonanz-Tomographen angebracht sein. Je nach Design und Platzangebot kann sowohl die Führungsvertiefung als auch das Einschubführungselement am Patiententisch oder an der Unterseite lokalisiert sein. Auch eine Ausführung mit mehreren Führungsvertiefungen und Einschubführungselementen ist möglich, wobei sich in einem solchen Fall Einschubführungselemente am Patiententisch und der Unterseite des Magnetresonanztomographen befinden können und an den passenden Stellen am Patiententisch und der Unterseite des Magnetresonanztomographen jeweils entsprechende Führungsvertiefungen angeordnet sind.
-
Zur Stabilisierung des Kontaktierungssystems insbesondere zur Gewährleistung eines möglichst geringen und konstanten Abstands zwischen den Kopplerelementen ist es sehr von Vorteil, wenn das Kontaktierungssystem gefederte und/oder flexible Andruckelemente zum Andrücken der Gerät-Kopplerelemente an die Spulen-Kopplerelemente und/oder der Spulen-Kopplerelemente an die Gerät-Kopplerelemente umfasst. Dies kann beispielsweise durch einfache Andruckfedern erfolgen.
-
Üblicherweise ist gemäß dem Stand der Technik jeder Magnetresonanz-Lokalspule ein eigener Vorverstärker zur Signalverstärkung zugeordnet, der meist in die Lokalspule integriert ist. Bei einer steigenden Anzahl von Lokalspulen ist es dagegen sehr erstrebenswert, Vorverstärker einzusparen und außerhalb des Field of View anzuordnen. Hierdurch können durch die Vorverstärker hervorgerufene Störfelder keinen Einfluss auf einen Magnetresonanz-Scan mehr haben.
-
Hierzu sieht eine bevorzugte Ausführungsform Vorverstärker vor, die mehreren Gerät-Kopplerelementen zugeordnet sind, besonders bevorzugt in Verbindung mit Umschaltern zum Umschalten von Vorverstärkern zwischen den ihnen zugeordneten Gerät-Kopplerelementen. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass jeweils immer nur ein Gerät-Kopplerelement mit einem Vorverstärker kontaktiert ist, und zwar vorzugsweise dasjenige Gerät-Kopplerelement, das in einem besseren Kontakt zu einem Spulen-Kopplerelement steht als andere Gerät-Kopplerelemente. So kann garantiert werden, dass jeweils die beste Kontaktverbindung zu einer Signalübertragung führt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
-
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Magnetresonanz-Tomographen mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktierungssystems,
-
2 eine Frontansicht auf den Patientenliegebereich des Magnetresonanz-Tomographen aus 1,
-
3 eine perspektivische Detailansicht eines im Vergleich zu 1 geringfügig modifizierten zweiten Ausführungsbeispiels eines Kontaktierungssystems,
-
4 einen schematischen Schaltungsaufbau des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels,
-
5 einen schematischen Querschnitt durch ein Kontaktierungssystem ähnlich zu dem in 3,
-
6 eine Prinzipdarstellung einer Kontaktierung von Kopplerelementen gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
-
7 eine perspektivische Ansicht von schräg oben auf eine Objekt-Lagerungseinrichtung und Elemente eines erfindungsgemäßen Kontaktierungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform,
-
8 eine perspektivische Ansicht von schräg unten auf dieselben Elemente wie in 7,
-
9 eine perspektivische Prinzipansicht eines Kontaktierungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
-
10 eine Prinzipdarstellung der Zuweisung von Kopplerelementen mit ausgewählten Vorverstärkern gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 zeigt in Perspektivansicht einen erfindungsgemäßen Magnetresonanz-Tomographen 7 mit einer Objekt-Lagerungseinrichtung 11 und einem Patiententunnel 8. Im Inneren des Gehäuses des Magnetresonanz-Tomographen 1 ist unter anderem eine Signalweiterverarbeitungseinheit 5 untergebracht. An sie sollen Signale aus Magnetresonanz-Lokalspulen 3 gelangen. Dies erfolgt über ein erfindungsgemäßes Kontaktierungssystem 1, das folgende Elemente aufweist:
Im Inneren eines Einschubführungselements 10, das an der Objekt-Lagerungseinrichtung 11 angebracht ist, sind induktionsbasierte Spulen-Kopplerelemente 9a, 9b, 9c, 9d untergebracht. Korrespondierend hierzu sind im Bereich einer Führungsvertiefung 12 an der Unterseite 5 des induktionsbasierten Magnetresonanz-Tomographen 7 Gerät-Kopplerelemente 13a, 13b, 13c, 13d lokalisiert. Die Spulen-Kopplerelemente 9a, 9b, 9c, 9d sind über Verbindungsleitungen 27 mit Magnetresonanz-Lokalspulen 3 über eine Reihe von Steckern (nicht dargestellt), die in die Lagerungseinrichtung integriert sind, in elektrischem Kontakt. Die Magnetresonanz-Lokalspulen 3 können auf der Oberseite der Objekt-Lagerungseinrichtung 11 z. B. auf oder unter ein Untersuchungsobjekt gelegt werden. Die Gerät-Kopplerelemente 13a, 13b, 13c, 13d stehen über Verbindungsleitungen 35 mit der Signalweiterverarbeitungseinheit 5 in elektrischem Kontakt.
-
Wird nun die Objekt-Lagerungseinrichtung 11 in der vorgesehenen Bewegungsrichtung R, d. h. hier in Richtung des Patientenraums 8, befördert, so wird das Einschubführungselement 10 in die Führungsvertiefung 12 eingeschoben. Somit wird ein Induktionskontakt zwischen den Spulen-Kopplerelementen 9a, 9b, 9c, 9d und den Gerät-Kopplerelementen 13a, 13b, 13c, 13d, die beispielsweise in Form von Spulen bzw. Antennen aufgebaut sind, möglich. Hierdurch werden Messsignale der Magnetresonanz-Lokalspulen 3 induktiv übertragen. Mit der weiteren Bewegung der Objekt-Lagerungseinrichtung 11 und der mit ihr verbundenen Elemente werden sukzessive jeweils andere Kopplungselemente miteinander kontaktiert. Dabei ist ein kontinuierlicher Vorschub der Objekt-Lagerungseinrichtung 11 möglich, ohne dass es zu Signalverlusten kommen muss.
-
In 2 zeigt die Anordnung aus 1 in Frontansicht. Zur Veranschaulichung sind hier jedoch noch einige Details hinzugefügt. Zu erkennen ist beispielsweise, dass die Magnetresonanz-Lokalspulen 3 durch ein Untersuchungsobjekt U umspannende Spanngurte 29 an Fixierungsummantelungen 33 befestigt sind, die die Objekt-Lagerungseinrichtung 11 umgreifen. Die Verbindungsleitung 27a, die von der Magnetresonanz-Lokalspule 3 kommt, ist über einen Steckerkontakt 31 mit einer Verbindungsleitung 27b mit dem Spulen-Kopplerelement 9 verbunden. Dadurch können die Magnetresonanz-Lokalspulen 3 auch vom Tisch entfernt bzw. mit unterschiedlichen Spulen-Kopplungselementen 9 gekoppelt werden.
-
3 zeigt ein Kontaktierungssystem 1, das im Vergleich zu 1 in einem wesentlichen Punkt variiert ist: Die gezeigten Gerät- und Spulen-Kopplerelemente 9 bzw. 13 sind als kapazitive Kopplerelemente ausgebildet. Sie umfassen daher Kondensatorplatten. Das Spulen-Kopplerelement 9 besteht aus zwei Kondensatorplatten 16a, 16b, die übereinander in einer Ebene liegen und durch Isolatoren 37 voneinander getrennt sind.
-
Das Gerät-Kopplerelement 13 besteht aus je zwei je einer Kondensatorplatte 16a, 16b zugeordneten Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b'. Sie sind je beidseitig der Führungsvertiefung 12 angeordnet, und die jeweils einander gegenüber liegenden Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' sind mittels der Verbindungsleitungen 35 parallel geschaltet. Die auf gleicher Höhe liegenden Kondensatorflächen bzw. Seitenflächen der Kondensatorplatten 16a, 16b bzw. zugeordneten Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' bilden jeweils ein parallel geschaltetes Kondensatorpaar. 4 zeigt zu diesem Aufbau ein schematisches Schaltbild mit angedeutetem Einschubführungselement 10.
-
Diese Konstruktion hat folgenden Effekt: Wird das Einschubführungselement 10 in der Bewegungsrichtung R durch die Führungsvertiefung 12 geführt, so entsteht eine Kontaktierung durch Kopplung des Spulen-Kopplerelements 9 an seinen beiden Flächenseiten. Durch die Parallelschaltung der korrespondierenden Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' werden die dort empfangenen Signale zu einem Signal aufaddiert, das im Wesentlichen unabhängig von der genauen Einhaltung einer bestimmten Position des Einschubführungselements 10 in der Führungsvertiefung 12 quer zur Bewegungsrichtung R ist.
-
In 4 sind insbesondere die Abstände d, d' zwischen den beiden Seiten der Kondensatorplatten 16a, 16b (die im Schaltbild jeweils als zwei miteinander und mit einem Ende der Lokalspule 3 verbundene Kondensatorflächen dargestellt sind) und den Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' zu erkennen. Die parallel geschalteten Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' sind jeweils an eine Signal-Weiterverarbeitungseinheit 5 angeschlossen, so dass jedes Ende der Lokalspule 3 über ein Kondensatorpaar an einen Eingang der Signal-Weiterverarbeitungseinheit 5 angeschlossen ist. Jeweils eine Kondensatorfläche der Kondensatorplatten 16a, 16b bildet dabei mit der ihr gegenüberliegenden Gegen-Kondensatorplatte 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' einen Kondensator des Kondensatorpaares, dessen Kapazität unter anderem vom Abstand d, d' zwischen den gegenüberliegenden Kondensatorflächen bzw. -platten abhängt. Durch eine Veränderung der Kapazität wird jedoch die Signalübertragung verfälscht. Da aber die Kondensatoren auf jeder Ebene (die in 4 oben dargestellten Kondensatoren und die unten dargestellten Kondensatoren), d. h. die Kondensatoren eines Kondensatorpaares, jeweils parallel geschaltet sind, ist nur der Gesamtabstand zwischen den zugehörigen Kondensatorflächen bzw. -platten maßgeblich (d. h. d + d') für die Gesamtkapazität der parallel geschalteten Kondensatoren. Dieser Gesamtabstand ändert sich aber bei einer Verschiebung des Einschubführungselements 10 quer zur Bewegungsrichtung R nicht, da jede Veränderung des Abstands auf einer Seite zwangsläufig eine entgegenwirkende Veränderung des Abstands auf der anderen Seite mit sich bringt. Dadurch wird ein wesentliches Problem bei einer bewegten kapazitiven Kopplung elegant umgangen, nämlich, dass eigentlich ein exakt konstanter Abstand zwischen kapazitiven Kopplerelementen gewährleistet sein müsste, um einen Signalempfang optimal zu garantieren.
-
5 zeigt eine weitere Lösungsmöglichkeit zur Konstanthaltung der Kapazität der durch die Kopplerelemente gebildeten Kondensatoren. Dabei ist in einer Frontansicht ein Kontaktierungssystem 1 gezeigt, dass ähnlich zu dem aus 3 aufgebaut ist. Neben den bereits erwähnten Elementen sind beidseitig der Führungsvertiefung 12 Federn 39 angeordnet, die die hier beweglich ausgebildeten Wandungen der Führungsvertiefung 12 – und damit verbunden die Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a', 14b, 14b' – in Richtung des Einschubführungselements 10 drücken, so dass ein vordefinierter Abstand zwischen dem Spulen-Kopplerelement 9 und den Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b', der vorzugsweise gleich Null ist, eingehalten werden kann. Um dabei einen galvanischen Kontakt zu vermeiden, sind die Gegen-Kondensatorplatten 14a, 14a' bzw. 14b, 14b' in die Wandung der Führungsvertiefung 12 eingelassen bzw. müssen mindestens zum Spulen-Kopplerelement 9 hin isolierend beschichtet sein.
-
6 zeigt in einem schematischen Prinzipaufbau den Durchlauf von Magnetresonanz-Lokalspulen 3 durch den Aufnahmebereich FOV eines Magnetresonanz-Tomographen. Mit den Magnetresonanz-Lokalspulen 3 sind Spulen-Kopplerelemente 9a, 9b verbunden. Im Aufnahmebereich FOV ist ein Gerät-Kopplerelement 13 fest angebracht.
-
Die Kopplerelemente 9a, 9b, 13 sind nun so vorteilhaft dimensioniert bzw. im Raum angeordnet, dass bei einer Bewegung in Bewegungsrichtung R bei Eintreten bzw. Austreten von Magnetresonanz-Lokalspulen 3 in den bzw. aus dem Aufnahmebereich FOV das jeweilige Spulen-Kopplerelement 9a, 9b mit dem Gerät-Kopplerelement 13 in Kontakt kommt bzw. dieser Kontakt beendet wird. Wie zu erkennen ist, ist es hierfür nicht notwendig, dass die Spulen-Kopplerelemente 9a, 9b gleich groß sind wie das Gerät-Kopplerelement 13 oder wie der Empfangsbereich der Magnetresonanz-Lokalspulen 3.
-
7 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Ansicht von oben. Eine Objekt-Lagerungseinrichtung 11 wird hierbei zeitweise über ein umlaufendes Endlosband 15 geführt.
-
Dieses Endlosband 15 wird über zwei Umlenkrollen 17 jeweils umgelenkt und über Führungsrollen 18 geführt. Es weist als Gerät-Kopplerelemente 13 Leiterplatten-Segmente 21 auf. Diese Leiterplatten-Segmente sind über Kabel (nicht dargestellt) mit einer Signalweiterverarbeitungseinheit 5 (nicht dargestellt) kontaktiert. Diese Kabel werden während einer Bewegung des Endlosbands auf- bzw. abgewickelt und vollziehen so die Bewegung mit. In Abhängigkeit von der Dimensionierung der gesamten Anordnung, d. h. je nach der gesamten benötigten Abroll-Länge, was wiederum von der maximalen Fahrweite der Objekt-Lagerungseinrichtung und der Länge des Endlosbandes abhängt, ist die Kabellänge konfektioniert. Sie entspricht vorzugsweise einer Länge aus zwei bis drei Umläufen des Endlosbands 15. Angetrieben wird das Endlosband 15 über die rechte der beiden Umlenkrollen 17, die hierfür mit einem Zahnrad 19 versehen ist.
-
8 zeigt die Anordnung aus 7 in einer Ansicht von der Unterseite. Es ist zu erkennen, dass an der Unterseite der Objekt-Lagerungseinrichtung 11 eine komplementäre Struktur zum Endlosband 15 besteht: Einerseits sind dort Spulen-Kopplerelemente 9 angebracht, die über Verbindungsleitungen 27 (nicht dargestellt) mit Magnetresonanz-Lokalspulen verbunden sind. Andererseits weist die Objekt-Lagerungseinrichtung 11 unterseitig eine Zahnstange auf.
-
Wird die Objekt-Lagerungseinrichtung 11 über das Endlosband 15 geführt, so ergibt sich folgender Ablauf: Die erste Reihe von Spulen-Kopplerelementen 9 wird mit einer Reihe von Gerät-Kopplerelementen 13 kontaktiert. Gleichzeitig greifen die Zähne von Zahnrad 19 und Zahnstange 20 ineinander, wodurch die eine der beiden Umlenkrollen 17 gedreht und das Endlosband 15 weiterbewegt wird. Es entsteht eine simultane Bewegung der Spulen- und der Gerät-Kopplerelemente 9, 13 bis zu dem Punkt, an dem die erste Reihe der Spulen-Kopplerelemente 9 vom Endlosband 15 durch dessen Umlenkung um die zweite Umlenkrolle 17 automatisch getrennt wird. Es ergibt sich also ein Mitbewegen beider Kopplerelemente 9, 13 und eine Kontaktierung mittels Abrollen.
-
Eine ähnliche Art von Kontaktierungssystem 1 ist in 9 gezeigt. Auch hier wird ein Band 15 verwendet, das jedoch die Spulen-Kopplerelemente 9 trägt und über Bandhalterungen 22 mit einer Objekt-Lagerungseinrichtung 11 verbunden ist. Die Darstellung einer seitlichen Anbringung eines solchen Bandes 15 dient der besseren Darstellbarkeit; es kann auch an anderer Stelle, vorzugsweise unterhalb der Objekt-Lagerungseinrichtung 11, angeordnet sein. Die Gerät-Kopplerelemente 13 sind in Führungsrollen 18 integriert, die an fixen Positionen um ihre Achsen drehbar im Magnetresonanz-Tomographen angebracht sind und zwischen denen das Band 15 abwechselnd durchgefädelt ist. Über Verbindungsleitungen 35 gelangen die über die Kopplerelemente 9, 13 übergebenen Signale in Vorverstärker 23, die sie zur Weiterleitung an eine Signalweiterverarbeitungseinheit verstärkt.
-
Im Gegensatz zur in der vorherigen Figur dargestellten Ausführungsform ist hier einerseits die Anordnung von Spulen-Kopplerelementen 9 und Gerät-Kopplerelementen 13 vertauscht und andererseits wird kein Endlosband verwendet, sondern das Abrollen zu Kontaktierungszwecken erfolgt über eine im Wesentlichen lineare Bewegung des Bandes 15.
-
Abschließend zeigt 10 das Prinzip einer vorteilhaften Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Kontaktierungssystems 1 wie in 3 und 4. Spulen-Kopplerelemente 9 werden an einer Reihe von Gerät-Kopplerelementen 13 entlanggeführt und sukzessive kapazitiv mit ihnen kontaktiert. Jeweils einem Paar in Bewegungsrichtung R nebeneinander positionierter Gerät-Kopplerelemente 13 ist ein gemeinsamer Vorverstärker 23 zugeordnet. Um dieses System nutzen zu können, sind Umschalter 25 vorgesehen, die zwischen einer Kopplung eines Vorverstärkers 23 mit einem ersten und mit einem zweiten Gerät-Kopplerelement 13 hin- und herschalten. Dabei dient als Kriterium zum Umschalten für den Umschalter, mit welchem der beiden zugeordneten Gerät-Kopplerelemente 13 ein besserer Kontakt zum Spulen-Kopplerelement 9 besteht. In der Praxis bedeutet dies meist, dass die Abdeckung eines Geräte-Kopplerelements 13 mit dem Spulen-Kopplerelement 9 größer ist als mit einem anderen. Hierdurch werden immer die Signale verstärkt, die am besten übertragbar sind.
-
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei dem dargestellten Kontaktierungssystem lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.