DE102011006569A1 - Lokalspule, Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts und Verwendung der Lokalspule - Google Patents

Abstract

Es wird eine Lokalspule für ein Magnetresonanztomographiesystem beschrieben, wobei die Lokalspule (1) ein Gehäuse (3) mit einer Aussparung (4) für das Untersuchungsobjekt, ein Hochfrequenzempfangsante5) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems umfasst. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts mit einer solchen Lokalspule sowie eine Verwendung einer solchen Lokalspule zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Lokalspule für ein Magnetresonanztomographiesystem mit einem Gehäuse mit einer Aussparung für ein Untersuchungsobjekt und mit einem Hochfrequenzempfangsantennensystem. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts mit einer solchen Lokalspule sowie eine Verwendung einer solchen Lokalspule.
• In einem Magnetresonanzgerät wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundmagnetfeldsystems einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld (meist als B₀-Feld bezeichnet) ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines Gradientensystems ein Magnetfeldgradient angelegt. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antennen hochfrequente Magnetresonanz-Anregungssignale (HF-Signale) mit einer definierten Feldstärke ausgesendet. Die magnetische Flussdichte dieser HF-Signale wird üblicherweise mit B₁ bezeichnet. Das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird daher im Allgemeinen auch kurz B₁-Feld genannt. Mittels dieser HF-Pulse werden die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds (B₀-Feld) verkippt. Bei der Relaxation der Kernspins werden wieder Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzempfangsantennen (sogenannter RX-Antennen) empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten „Rohdaten” können schließlich die gewünschten Magnetresonanz-Bilddaten (MR-Bilddaten) rekonstruiert werden. Eine Ortskodierung erfolgt durch die Schaltung passender Magnetfeldgradienten in den verschiedenen Raumrichtungen zu genau festgelegten Zeiten, insbesondere während der Aussendung der HF-Signale und/oder beim Empfang der Magnetresonanzsignale. Die Aussendung der Hochfrequenzsignale zur Kernspin-Magnetisierung erfolgt meist mittels einer fest im Magnetresonanztomographen eingebauten sogenannten „Ganzkörperspule” oder „Bodycoil”. Ein typischer Aufbau hierfür ist eine Käfigantenne (Birdcage-Antenne), welche aus mehreren Sendestäben besteht, die parallel zur Längsachse verlaufend um einen Patientenraum des Tomographen herum angeordnet sind, in dem sich ein Untersuchungsobjekt, z. B. ein Patient, bei der Untersuchung befindet. Stirnseitig sind die Antennenstäbe jeweils ringförmig miteinander verbunden.
• Zum Empfang der Magnetresonanzsignale werden häufig so genannte Lokalspulen (auch als „Coils” oder „Local Coils” bezeichnet) mit einem hohen Signal/Rauschverhältnis (SNR) eingesetzt. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) dem Patienten angebracht werden. Die Magnetresonanzsignale induzieren in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA, Preamp) verstärkt und schließlich kabelgebunden an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses, insbesondere auch bei hochaufgelösten Bildern, werden sogenannte Hochfeldanlagen eingesetzt. Hier wird mit einem Grundmagnetfeld B₀ von 1,5 bis 12 Tesla und mehr gearbeitet.
• Von besonderer Bedeutung ist bei vielen Magnetresonanz-Anwendungen, z. B. klinischer MRT, die Homogenität des B₀-Grundmagnetgfeldes. So können bei Abweichungen der Homogenität zum Beispiel. Artefakte oder Verzerrungen entstehen oder bestimmte Anwendungen wie Fettsättigungsverfahren („FatSat”) nicht mehr funktionieren. Fettsättigung ist eine Technik, bei der eine Frequenzverschiebung der im Fett gebundenen Protonen genutzt wird, um durch einen starken Sendepuls, einem sogenannten Sättigungspuls, bei der Fett-Frequenz, die Signale von Fettgewebe auszublenden. Da aber die Differenz zwischen der Protonenfrequenz in Wasser und der in Fett sehr gering ist, nämlich nur wenige ppm des Grundmagnetfeldes, ist diese Technik stark von der räumlichen Homogenität des Grundmagnetfeldes abhängig. Ausreichend homogene Grundmagnetfelder mit einem Frequenzunterschied von maximal 0.5 ppm werden heute über Volumina von ca. 30 × 30 × 30 cm³ erreicht.
• Eine Verzerrung des B₀-Grundfeldes tritt regelmäßig auch in verschiedenen Körperregionen auf. Der Grund hierfür ist eine räumlich stark inhomogene Verteilung der Suszeptibilität des Körpergewebes. Hierbei ist die Suszeptibilität, meist als die magnetische Volumensuszeptibilität χ_V angegeben, ein Maß für die Magnetisierbarkeit von Materie in einem externen Magnetfeld und steht mit der magnetischen Permeabilität μ_r in einem einfachen Zusammenhang, nämlich μ_r = χ_V + 1.
• Die durch unterschiedliche Suszeptibilitäten des Körpergewebes auftretenden Verzerrungen werden üblicherweise über im MR-System fest eingebaute sogenannte Shimspulen korrigiert. Die Zahl der verschiedenen Shimspulen im Magnetresonanztomographen, deren Anordnung und deren Ansteuerung erlaubt jedoch nur eine begrenzte Zahl von Freiheitsgraden, um eine B₀-Inhomogenität des meist supraleitenden Grundfeldmagnetensystems durch Shimströme in konventionellen Kupferspulen auszugleichen. Die Anzahl der Freiheitsgrade sind bei vielen herkömmlichen MR-Systemen nicht ausreichend, um eine Inhomogenität des B₀-Feldes in allen Körperbereichen ausreichend auszugleichen. Probleme treten insbesondere im Bereich der Extremitäten und der Halswirbelsäule (HWS) bzw. des Nackens auf. Gerade in diesen Bereichen, zum Beispiel beim Übergang von Thorax auf den Hals bzw. Kopf, besteht gewöhnlich ein großer Suszeptibilitätssprung zwischen den einzelnen Gewebearten, wobei Knochen, Knorpel bzw. Fetteinlagerungen im Sinne der Erfindung ebenso zum Gewebe gezählt werden.
• Alternativ zu den im MR-System eingebauten Shimspulen, insbesondere wenn die Shimordnungen (Freiheitsgrade) nicht ausreichen, wird die Inhomogenität im B₀-Feld durch Gelkissen ausgeglichen, die zum Beispiel in den Nackenbereich oder im Bereich einer Inhomogenität des B₀-Feldes zwischen Lokalspule und Untersuchungsobjekt platziert werden. Diese Gelkissen haben eine Restsuszeptibilität, die den B₀-Verzerrungen entgegenwirken soll, so dass ein homogeneres Grundmagnetfeld B₀ entsteht. Nachteilig an diesem Grundfeldkorrekturverfahren sind die schlechte Handhabbarkeit der Gelkissen, eine geringe Reproduzierbarkeit, ein hoher Platzbedarf für das Kissen in der Spule und eine geringe Akzeptanz bei den Anwendern und Patienten. Insbesondere der hohe Platzbedarf ist bei sehr eng an den Körper angepassten Spulen nachteilig, da entweder größere Spulen eingesetzt werden müssen, die zu einem großen SNR-Nachteil führen, oder aber die Zahl der Patienten, für die die Spule angepasst ist, reduziert ist. Häufig müssen dann verschiedene Spulen bevorratet werden, um entsprechend auf die unterschiedlichen körperlichen Begebenheiten und die unterschiedlichen Kissengrößen reagieren zu können.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Alternative zu den bisherigen Lokalspulen und Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen unter Zuhilfenahme einer Homogenisierung des statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Lokalspule nach Anspruch 1 und zum anderen durch ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen nach Anspruch 10 bzw. die Verwendung nach Anspruch 11 gelöst.
• Eine solche erfindungsgemäße Lokalspule für ein Magnetresonanztomographiesystem umfasst ein Gehäuse mit einer Aussparung für ein Untersuchungsobjekt, ein Hochfrequenzempfangsantennensystem und ein oder mehrere Shimelemente zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems. Unter dem statischen Grundmagnetfeld wird dabei das von außen mittels einer Magnetspule angelegte möglichst homogene statische Grundmagnetfeld (B₀-Feld) bezeichnet, das je nach Gerät beispielsweise eine Feldstärke zwischen 1,5 oder 7 Tesla besitzt, und gegenüber dem die mittels des B1-Feldes angeregten Atome gekippt werden.
• Lokalspulen mit Aussparungen für verschiedene Anwendungszwecke, wie zum Beispiel eine Kopfspule für den Kopf- und Halswirbelsäulenbereich oder Spulen für Extremitäten wie für das Knie, Fußgelenk, Handgelenk, den Ellenbogen bzw. die Schulter sind dem Fachmann geläufig. Für alle diese Lokalspulen und insbesondere für Spulen am Rande des Sichtfeldes (FoV) ist das erfinderische Konzept zum Integrieren von Shimelementen zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes in die Lokalspule vorteilhaft, da es hier oft zu großen Suszeptibilitätsunterschieden der Gewebe und deshalb auch zu einer großen Inhomogenität des B₀-Feldes kommt. Ebenso kann die Reproduzierbarkeit verbessert werden und die Shimelemente nehmen keinen eigentlich für das Untersuchungsobjekt benötigten Platz in der Aussparung der Spule ein. Somit haben die Lokalspulen sowohl bei den Anwendern als auch bei den Patienten eine bessere Akzeptanz als die bisherigen Lösungen wie z. B. übliche Gelkissen.
• Die Integration der Shimelemente in die Lokalspule wie es erfindungsgemäß ausgeführt ist, erübrigt auch eine Vergrößerung der Lokalspulen da die Hochfrequenzempfangsantennen nicht weiter von dem Untersuchungsobjekt beabstandet werden müssen. Somit kann auch ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis bei zweckmäßiger Größe der Lokalspule erzielt werden.
• Demgemäß werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjektes mit einer Lokalspule für ein Magnetresonanzsystem zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems ein oder mehrere Shimelemente in oder an einem Gehäuse der Lokalspule integriert angeordnet eingesetzt.
• Durch die Verwendung einer Lokalspule mit einem oder mehreren Shimelementen zur Homogenisierung des statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems können die Nachteile herkömmlicher Methoden, wie zum Beispiel eine bessere Reproduzierbarkeit, eine höhere Akzeptanz der Spulen, ein besseres Signal-Rauschverhältnis etc. überwunden werden.
• Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lokalspule sowie des Verfahrens und der Verwendung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei können das Verfahren und die Verwendung auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen der erfindungsgemäßen Lokalspule, ausgebildet sein.
• Vorteilhafterweise ist wenigstens eines der Shimelemente im Gehäuse angeordnet. Im Gehäuse angeordnet heißt, dass das Shimelement zur Homogenisierung des B₀-Feldes innerhalb des Gehäuses der Lokalspule, d. h. im Innern des Gehäuses oder auch am Rand des Gehäuses, angeordnet sein kann. Bevorzugt sind die Shimelemente dabei zwischen dem Untersuchungsobjekt und der Hochfrequenzempfangsantenne angeordnet, wobei sie aber auch vom Untersuchungsobjekt aus gesehen hinter der Antenne liegen können. Auch eine Integration in das die Antennen umgebenden Gehäuseteil, d. h. beispielsweise in eine speziell hierfür vorgesehene Aussparung der Gehäusewand, ist möglich, so dass die Shimelemente auch in direktem Kontakt mit dem Untersuchungsobjekt stehen können.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Spulengehäuse selbst zumindest bereichsweise als Shimelement ausgebildet. Z. B. kann das Spulengehäuse hierzu selber, zumindest in einem Bereich mit vermuteter Feldinhomogenität oder aber auch insgesamt, aus einem Material mit angepasster Suszeptibilität aufgebaut sein, wie dies noch nachfolgend erläutert wird.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Shimelemente bevorzugt mit einem Abstand von etwa 3 bis 80 mm und besonders bevorzugt von 5 bis 50 mm zu einem in die Lokalspule einzubringenden Untersuchungsobjekt, d. h. insbesondere zur Lokalspulenoberfläche mit der das Untersuchungsobjekt bei der Messung Kontakt hat, angeordnet. Es kann demnach von Vorteil sein, wenn die Shimelemente möglichst nah bei dem Bereich des Untersuchungsobjekts angeordnet sind, in dem eine Inhomogenität des B₀-Feldes auftritt.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspule ist wenigstens eines der Shimelemente, bevorzugt mehrere bzw. alle Shimelemente aus Materialien mit geeigneter Suszeptibilität aufgebaut. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, dass das Shimelement und das zu untersuchende Gewebe des Patienten bevorzugt ähnliche Suszeptibilitätswerte aufweisen sollte. Deshalb eignen sich für die Shimelemente Materialien mit einer mit Wasser vergleichbaren magnetischen Suszeptibilität, da das Gewebe eines Patienten überwiegend aus Wasser aufgebaut ist. Besonders bevorzugt liegt die magnetischen Suszeptibilität χ_V im Bereich von etwa –5 × 10^–6 bis –15 × 10^–6 (in SI-Einheiten), weiter bevorzugt, bei mehr als –7 × 10^–6 bzw. –8 × 10^–6 und weniger als –12 × 10^–6 bzw. –11 × 10^–6, da Wasser bei 20°C eine magnetischen Volumensuszeptibilität χ_V von –9,0 × 10^–6 aufweist.
• Bevorzugte Beispiele solcher Materialien mit geeigneter Suszeptibilität sind wasserhaltige Gele oder mit schwach diamagnetischen Materialien, wie z. B. Graphit, Graphen oder Carbon Nanotubes, gefüllte Schäume, wie z. B weiche Kunststoff-Schäume, etc. Die schwach diamagnetischen Materialien könnten aber auch fein verteilt in einem festen Elementkörper, z. B. aus einem Kunststoffmaterial, verwendet werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Shimelement nicht aus einem Material hergestellt ist, das zu stark magnetisch und zu stark leitfähig sein könnte, wie z. B. einfacher Bulk-Kohlenstoff. Vorzugsweise werden die Materialien als feines Pulver in eine Materialmatrix aus einem anderen Material, wie z. B einem Kunststoff, eingebaut und die Materialien weisen vorzugsweise die richtigen diamagnetischen Eigenschaften auf. Diese hängt häufig von deren Mikrostruktur ab. Zum Beispiel hat Bulk-Kohlenstoff einen anderen Diamagnetismus wie z. B. Ruß.
• Geeignete Materialien für die Verwendung in weichen Schäumen oder harten Kunststoffen sind zum Beispiel verschiedene Kohlenstoffmodifikationen mit schwach diamagnetischen Eigenschaften wie z. B. die oben genannten Graphit, Graphen oder Carbon Nanotubes. Weitere Information hierzu finden sich in dem Artikel „Pyrolytic graphite foam: a passive magnetic susceptibility matching material" in J. Magn. Reson. Imaging. 2010 Sep; 32(3): 684–91.
• Diese Materialien eignen sich zum Beispiel für den Einsatz in Kissenform, in denen in einer Hülle das Gel oder der Schaum eingeschlossen ist, wobei diese Kissen dann in der Lokalspule erfindungsgemäß integriert sind. Alternativ können Schäume und alternative Materialien auch in eine entsprechende äußere Form gebracht werden und direkt ohne separate Ummantelung in das Gehäuse der Lokalspule eingebaut werden.
• Wird ein Gel, vorzugsweise ein wasserhaltiges Gel, oder eine Flüssigkeit als Material für das Shimelement eingesetzt, sollte das Shimelement bei der Magnetresonanzmessung dennoch seine äußere Form beibehalten, damit der angestrebte Homogenisierungseffekt aufgrund der Formtreue gleichmäßig erzielt wird. Daher ist es zur Wahrung der Formtreue vorteilhaft, das Shimelement mit einer starren Hülle zu versehen. Für die Festkörperhülle ist im Prinzip jedes MR-stumme, hinreichend diffusionsdichte und mit einem MR-System kompatibles Material geeignet, wie es z. B. auch schon für das Gehäuse der Lokalspule verwendet wird.
• Als Alternative zu einer Gelfüllung eines Kissens ist es bei einer Füllung ohne Gel möglich, eine kompartimentierte Hülle, beispielsweise mit Stegen im Inneren, einzusetzen, um die Formtreue des Shimelements zu verbessern.
• Als Gelbildner können sämtliche Materialien verwendet werden, die toxikologisch unbedenklich sind und ein Gel mit der gewünschten Konsistenz und Suszeptibilität bilden. Beispielsweise kann Natriumpolyacrylat verwendet werden, welches homogen verteilt oder vorzugsweise in Form eines trockenen vernetzten Natriumpolyacrylatpulvers, welches eine Teilchengröße von maximal 0,5 mm, bevorzugt unter ca. 0,2 mm, aufweist, eingesetzt wird. Größere Teilchengrößen können dazu führen, dass das finale Gel weniger homogen ist. Allgemein gilt hierbei, dass, je kleiner die Teilchengröße, umso homogener das resultierende Gel ist. Weiterhin können als Gelbildner bzw. zur Einstellung einer hohen Viskosität bzw. eines thixotropen oder strukturviskosen Fließverhaltens Agarose, Polysaccaride, Polyacrylsäure, Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Polyacrylamid sowie modifizierte Stärke oder Cellulose verwendet werden.
• Das zugrunde liegende Acrylatmonomer kann ebenfalls substituiert sein (z. B. durch Alkyl-, Alkoxy- oder Hydroxyalkylgruppen). Auch Copolymere mit ggf. substituiertem Acrylamid sind einsetzbar.
• Der Gelbildner liegt im Allgemeinen in einer Konzentration von 0,1–10 Gew.-%, vorzugsweise von ca. 0,5–5 Gew.-%, vor.
• Das Gel kann darüber hinaus ein Konservierungsmittel enthalten, das insbesondere in einem Anteil von mehr als 20 Gew.-%, vorzugsweise mit ca. 25 Gew.-%, vorliegt. Beispiele für das Konservierungsmittel sind 1,2-Propandiol, Ethanol oder 2-Propanol.
• Besonders vorteilhaft ist, dass als Basiszusammensetzung für das Shimelement auch ein handelsübliches Ultraschallkontaktgel auf Wasserbasis verwendet werden kann, das bereits Gelbildner und ggf. Konservierungsmittel enthält.
• Grundsätzlich ist der Einsatz von Shimelementen, d. h. von Gelkissen, Schaumelementen oder Elementen aus Kunststoff, in der Lokalspule vorteilhaft, weil durch den stark lokalisierten Einfluss der Shimelemente die B₀-Inhomogenität, d. h. die Inhomogenität des statischen Grundmagnetfeldes B₀, ausgeglichen werden können, die andernfalls eine hohe Shimordnung bzw. einen hohen Raumbedarf in der Spule (z. B. durch Gelkissen in der Aussparung für den Patienten) benötigen würden. Deshalb ist es auch bevorzugt, dass mehrere Shimelemente in einer erfindungsgemäßen Lokalspule integriert sein können. Diese sind besonders bevorzugt direkt am Ort der lokalen B₀-Inhomogenität innerhalb einer Lokalspule angeordnet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspule ist deshalb die Aussparung für das Untersuchungsobjekt zumindest an einen Teil eines Körperteils, wie zum Beispiel den Kopf, das Knie, den Fuß, den Ellenbogen, die Schulter, etc., angepasst. Dies ermöglicht, dass sowohl die Hochfrequenzempfangsantennen als auch die Shimelemente mit einem möglichst geringen Abstand zum Untersuchungsobjekt und möglichst mit einer speziell auf das zu untersuchende Körperteil ausgestalteten Anordnung im Gehäuse der Lokalspule integriert werden können. Dadurch können erwartete, d. h. die üblicherweise auftretenden Suszeptibilitätssprünge in den einzelnen Körperteilen genau berücksichtigt werden, so dass der Gesamtaufbau vereinfacht wird. So kann es zum Beispiel ausreichen, einzelne feste Shimelemente in einem Gehäuse integriert vorzusehen, die für den entsprechenden Körperteil ein optimiertes homogenes Grundmagnetfeld schaffen, sobald sich ein Untersuchungsobjekt in der Aussparung befindet.
• Bei der erfindungsgemäßen Lokalspule handelt es sich besonders bevorzugt um eine Kopfspule, bei der die Aussparung an den Kopf- und/oder Nackenbereich angepasst ist und wenigstens ein Shimelement im Gehäuse im Bereich des Nackens (d. h. im Übergang vom Thorax zum Kopf) ausgebildet ist. Beispielsweise kann auch das Spulengehäuse selbst in diesem Nackenbereich als Shimelement ausgebildet sein, indem dort das Gehäuse aus Material mit passender Suszeptibilität gefertigt ist. Da es in dem Halswirbelbereich auf Grund der unterschiedlichen Gewebestruktur und den damit verbundenen Suszeptibilitätsunterschieden häufig zu einer starken Inhomogenität des B₀-Feldes kommt, können die erfindungsgemäßen Lokalspulen deutliche Verbesserungen zu den bisherigen Systemen erzielen. So kann zum Beispiel eine verbesserte Reproduzierbarkeit, ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis oder eine Fettsättigung erzielt werden, wobei keine Gelkissen im Bereich des Patienten, d. h. in der für den Kopf- und/oder Nackenbereich vorgesehenen Aussparung, benötigt werden.
• Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügte einzige Figur anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert.
• Bei der in 1 dargestellten Lokalspule 1 handelt es sich um eine Kopfspule 1, die zur MR-Untersuchung des gesamten Kopfbereiches inklusive der Halswirbelsäule und des Nackenbereiches angepasst ist. Die Kopfspule 1 besteht aus einem mehreren Hochfrequenzempfangsantennen bestehenden Hochfrequenzempfangsantennensystem 2, einem Gehäuse 3 mit einer Aussparung 4 für das Untersuchungsobjekt, sowie ein Shimelement 5.
• Das Gehäuse 3 und insbesondere die darin ausgebildete Aussparung ist für den Kopf- und Nackenbereich eines Patienten ausgebildet. Der Patient kann seinen Kopf ab den Schultern in diese Kopfspule 1 legen und wird mit einem oberen Gehäuseteil 3a, das von dem unteren Gehäuseteil 3b abnehmbar ausgebildet ist, fixiert, damit der Patient während der Messung den Kopf möglichst wenig bzw. gar nicht bewegen kann. Das obere Gehäuseteil 3a erstreckt sich dabei bis etwa zum Kinn und ist mit Öffnungen (nicht in der Figur gezeigt) für die Augen, Nase und den Mund versehen. Optional können darin auch Hochfrequenzempfangsantennen oder Shimelemente vorgesehen sein, die in der hier gezeigten Ausführungsform nicht gezeigt sind.
• Im Bereich des Hinterkopfes des Patienten sowie im Bereich des Nackens und der Schultern sind unter der Aussparung 4 mehrere Hochfrequenzempfangsantennen (RX-Antennen), hier vier separate Antennenelemente in Form von miteinander gekoppelten Leiterschleifen, über den gesamten Bereich von Schulter bis Hinterkopf angeordnet. Diese RX-Antennen empfangen die durch die Relaxation der Kernspins abgestrahlten Magnetresonanzsignale, die dann an eine Steuereinrichtung des MR-Systems in üblicher Weise zur Weiterverarbeitung weitergeleitet werden. Aus den mit den RX-Antennen akquirierten „Rohdaten” können schließlich die gewünschten Magnetresonanz-Bilddaten (MR-Bilddaten) rekonstruiert werden.
• Unterhalb der RX-Antennen des Hochfrequenzempfangsantennensystems 2, d. h. von der dem Patienten abgewandten Seite der RX-Antennen, ist im Bereich des Nackens, d. h. zwischen Schulter und Kopf ein Shimelement 5 in Form eines Schaumkörpers vorgesehen. Der Schaumkörper ist dabei formstabil aus einem MR-stummen und MR-kompatiblen Schaummaterial ausgebildet und enthält fein verteiltes Graphitpulver zur Einstellung einer geeigneten Suszeptibilität. Die Suszeptibilität des verwendeten Shimelements entspricht annähernd der von Wasser, so dass die in der Regel im Nackenbereich auftretende B₀-Inhomogenität ausgeglichen werden kann. Dabei ist das Shimelement 5 direkt am Ort der lokalen B₀-Inhomogenität, d. h. unterhalb des Nackenbereichs angeordnet und variiert räumlich in der Stärke, um sich unterschiedlichen Feldlinien anzupassen. Beispielsweise kann das Shimelement 5 dafür am Rand, d. h. im Bereich zum Thorax bzw. zum Kopf bzw. seitlich der Halswirbelsäule, etwas dünner ausgebildet sein, so dass eine Optimierung der Homogenität des B₀-Feldes erzielt wird.
• Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Lokalspule sowie dem erläuterten Verfahrensablauf lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Obwohl die Erfindung im Wesentlichen am Beispiel von Magnetresonanzgeräten im medizinischen Bereich beschrieben wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann ebenso auch in wissenschaftlichen und/oder industriell genutzten Magnetresonanzgeräten verwendet werden. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
• Bezugszeichenliste

1

Lokalspule/Kopfspule

2

Hochfrequenzempfangsantennensystem

3

Gehäuse

3a

oberer Gehäuseteil

3b

unterer Gehäuseteil

4

Aussparung

5

Shimelement

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• „Pyrolytic graphite foam: a passive magnetic susceptibility matching material” in J. Magn. Reson. Imaging. 2010 Sep; 32(3): 684–91 [0021]

Claims (11)

1. Lokalspule (1) für ein Magnetresonanztomographiesystem, wobei die Lokalspule ein Gehäuse (3) mit einer Aussparung (4) für ein Untersuchungsobjekt, ein Hochfrequenzempfangsantennensystem (2) und ein oder mehrere Shimelemente (5) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems umfasst.
2. Lokalspule nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines der Shimelemente (5) im Gehäuse (3) angeordnet ist.
3. Lokalspule nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oder die Shimelemente (5) mit einem Abstand von 3 bis 80 mm zu einem in die Aussparung (4) der Lokalspule (1) einzubringenden Untersuchungsobjekt angeordnet sind.
4. Lokalspule nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der Shimelemente (5) aus Materialien mit geeigneter Suszeptibilität, insbesondere aus Materialien mit einer magnetischen Suszeptibilität χ_V im Bereich von –5 × 10^–6 bis –15 × 10^–6 (in SI-Einheiten), aufgebaut ist.
5. Lokalspule nach Anspruch 4, wobei das Material mit geeigneter Suszeptibilität ein wasserhaltiges Gel oder ein schwach diamagnetisches Material enthaltender Schaum oder Kunststoff ist.
6. Lokalspule nach Anspruch 5, wobei das schwach diamagnetische Material ausgewählt ist aus Graphit, Graphen oder Carbon Nanotubes.
7. Lokalspule nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spulengehäuse selbst zumindest bereichsweise als Shimelement ausgebildet ist.
8. Lokalspule nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (4) zumindest an einen Teil eines Körperteils angepasst ist.
9. Lokalspule nach Anspruch 8, wobei die Lokalspule (1) eine Kopfspule ist, bei der die Aussparung an den Kopf- und/oder Nackenbereich angepasst ist und wenigstens ein Shimelement (5) im Gehäuse im Bereich des Nackens ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts mit einer Lokalspule (1) für ein Magnetresonanztomographiesystem, wobei in oder an einem Gehäuse der Lokalspule (1) integriert angeordnet ein oder mehrere Shimelemente (5) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes des Magnetresonanztomographiesystems eingesetzt werden.
11. Verwendung einer Lokalspule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem oder mehreren Shimelementen (5) zur Homogenisierung eines statischen Grundmagnetfeldes eines Magnetresonanztomographiesystems.

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