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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein medizinische Bildgebungssysteme und
mehr im Einzelnen eine Phased-Array-Spule für ein Magnetresonanz(MRI)-System.
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MRI-
oder nuklearmagnetische Resonanz(NMR)-Bildgebung liefert allgemein
eine räumliche
Diskrimination von Resonanzwechselwirkungen zwischen Hochfrequenz(HF)-Wellen
und Kernen in einem Magnetfeld. NMR-Signale werden typischerweise
unter Verwendung einer HF-Spule detektiert, die in der Nähe eines
von dem Magnetsystem des MRI- oder NMR-Scanners erregten Volumens
angeordnet ist.
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Es
ist bekannt bei MRI eine Phased-Array Konfiguration für die HF-Spulen
zum Empfang von NMR-Signalen zu verwenden. So kann z.B. eine Phased-Array-Oberflächenspule
für MRI-Systeme mit horizontalem
Feld ein Oberflächen-Phased-Array mit
mehrschleifigen Elementenspulen aufweisen. Jeweils zwei aneinander
anschließende
Spulenelemente weisen typischerweise eine physikalische Überlappung
auf, um eine Isolation zu erzielen. Die mehrschleifigen Elemente
können
bspw. in einer Reihe oder in einem dreiecksförmigen Array angeordnet sein.
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Typischerweise
sind die Oberflächenspulenschleifen (loops)
eines Satzes voneinander kritisch entkoppelt und empfangen gleichzeitig
das NMR-Signal, das in dem von einer zugeordneten Volumenspule erregten
Bildgebungsbereich erzeugt wird. Das Signal von diesen Oberflächenspulen
wird dann rekonstruiert, um ein Bild zu erzeugen, das mehrfach größer ist
als die Größe jeder
der einzelnen Schleifen in dem Array. Da die Größe jedes Elementes in dem Phased-Array
im Vergleich mit dem endgültigen
rekonstruierten Bild verhältnismäßig klein
ist, ist der Rauschwert herabgesetzt und das von jedem Element des
Phased-Array erhaltene Signal ist stärker. Das Endresultat ist deshalb
eine wesentliche Erhöhung
des SNR bei dem endgültig
rekonstruierten Bild. Die erste Anwendung einer solchen Phased-Array
Konstruktion war für
den Rückgrats(Wirbelsäulen-)bereich
bestimmt, weil die notwendige Überdeckung
des Rückgratbereichs
bei dem menschlichen Körper
außerordentlich
groß ist
und ein einziges Empfangsspulengebilde das für eine klinische Beurteilung
erforderliche Bild nicht in zweckentsprechender Weise liefern konnte.
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Die
Verwendung dieser Phased-Array-Spulenaufbauten, bspw. einer Reihe
von Spulen mit quadratischen Schleifen zum Scannen des Rückgrats (Wirbelsäule), wobei
die Spulen in der Richtung vom Kopf zum Fuß (head-foot = HF) aufgereiht
sind, ergibt ein Abschattungsproblem (shading) bei der axialen und
koronalen Bildgebung. Wenn eine Schleifenspule zum Scannen des menschlichen
Körpers
in einem System mit 3T oder höherer
Feldstärke
verwendet wird, ist die Empfindlichkeitsverteilung der Spule in
der Querebene, die rechtwinklig zu der Hauptfeldrichtung des Systems
verläuft,
nicht symmetrisch. Wenn das Hauptfeld von der Rückseite des Magnetes zur Vorderseite
(Endes des Patienten) gerichtet ist, kippt die Empfindlichkeits-Map
der Schleifenspule, die unter den menschlichen Körper gelegt ist, auf die linke
Seite (auf der Querebene und nicht der linken Seite des menschlichen
Körpers).
Wenn sich die Hauptfeldrichtung umkehrt, kippt die Empfindlichkeits-Map
auf die rechte Seite. Wenn somit das Links-Rechts-Zentrum dieses
Phased-Array auf der Mitte des Rückgrats
positioniert ist, ergibt die Spule nicht die beste SNR in dem Rückgratsbereich,
weil die Spulenempfindlichkeit sich auf eine Seite neigt. Die von
der rechten und linken Seite des Rückgrats erhaltenen Signale
sind nicht symmetrisch gleich zueinander. Der Intensitätsunterschied
zwischen den Signalen von zwei symmetrischen Punkten auf der linken
und rechten Seite des Rückgrats
kann mehr als 20 Prozent betragen. Dies hat zur Folge, dass die Quer-
und Koronalbilder der Spule eine offensichtliche Links-Rechts-Abschattung aufweisen.
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Andere
abgewandelte Ausführungsformen verwenden
eine zweidimensionale Phased-Array Oberflächenspulenkonstruktion mit
kreisförmig
gestalteten Schleifenspulen, die anschließend an Schleifenspulen an
den drei Scheiteln eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.
Dieser Aufbau ist aber für
die Rückgratbildgebung
nicht geeignet. Wenn eine Phased-Array-Spule
zur Rückgratsbildgebung
verwendet wird, sollte sie im Stande sein, jeden beliebigen Abschnitt
des Rückgrats
zu scannen. Die Spule sollte aus verschiedenen Spulenstationen bestehen,
die in der Kopf-Fuß-Richtung
aufgereiht sind. Dieses dreieckförmig
gestaltete Array ist nicht dazu geeignet, eine Rückgratspule mit verschiedenen Spulenabschnitten
in der Kopf-Fuß-Richtung
zu bilden.
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Es
wurden schon verschiedene Abwandlungen und Abänderungen bei der Phased-Array-Spule entwickelt.
So wurde z.B. eine Phased-Array-Spule mit entsprechend einer Ziffer „8" gestalteten Elementenspulen
entwickelt, die üblicherweise
als „Butterflies" („Schmetterlinge") bezeichnet sind.
Auch wurde anstelle der Verwendung eines Schleifenspulenarrays ein
Quadratur-Spulenarray für
die Rückgratbildgebung
vorgeschlagen. Diese Spule besteht aus vier Quadraturpaaren, die
in der Kopf-Fuß-Richtung
aufgereiht sind, wobei jedes Quadraturpaar eine Schleife- und eine
Butterfly-Elementspule aufweist. Die Spule weist mehrere Abschnitte
in der Kopf-Fuß-Richtung
auf. Jeder Abschnitt besteht aus einer Schleifenspule und einer
Butterflyspule und diese sind quadraturmäßig in der Spule oder in dem MRI-System
analog kombiniert. Wird eine Rückgratspule
diese Aufbaus in einem 3T-System verwendet, so haben die von der
Spule erzeugten Bilder ebenfalls Links-Rechts(LR)-Abschattungsprobleme. Dies
rührt daher,
dass nicht nur die Schleifenspule, sondern auch die Butterflyspule
eine gekippte asymmetrische Empfindlichkeits-Map bei der Verwendung in einem MRI-System
mit 3T oder einer höheren Feldstärke aufweist.
Die Empfindlichkeits-Map der Butterflyspule ist in die gleiche Richtung
wie die Schleifenspule verschoben, weil die von den beiden Flügeln der
Butterflyspule erzeugten Felder in dem menschlichen Körper nicht
symmetrisch sind. Die Empfindlichkeits-Map zeigt Bergspitzen und
die Spitze auf der Seite auf die das Feld kippt ist höher als
die auf der anderen Seite. Demgemäß zeigen die von dem von dem
durch die Schleifen und Butterflyspule quadraturanalog kombinierten
Feld empfangenen Signale immer noch ein asymmetrisches Muster. Das beste
SNR-Gebiet dieser Spule liegt nicht im Zentrum, wo das Rückgrat liegt,
sondern ist auf eine Seite verschoben. Beispielsweise ist eines
der Bilder einer Seite der Niere heller als die andere Seite.
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Es
sind noch weitere Spulenarrays bekannt, die sechs Quadraturpaare
enthalten. Die sechs Paare sind in der Kopf- Fuß-Richtung
aufgereiht, um den ganzen Zervikal-Torax-Lumbar(CTL)-Rückgratbereich zu überdecken.
Das erste Paar kann auf einem Former (Spulenkörper) angeordnet sein, der
entsprechend dem menschlichen Hals gestaltet ist. Die Quadraturpaare
können
getrennt zur Bildgebung irgendeines gewünschten Abschnitts des Rückgrats benutzt
werden. In jedem Paar werden zwei Elemente entweder quadraturmäßig analog
kombiniert oder digital kombiniert, abhängig davon, wie viele Empfangskanäle in dem
MRI-System vorhanden sind.
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Um
die Fähigkeit
zur Abbildung des CTL-Rückgratgebiets
zu verbessern, wurde schon ein Phased-Array-Design vorgeschlagen,
das das ins Auge gefasste Gebiet überdeckt. Das vorgeschlagene
Design enthielt sechs Quadraturpaare (sechs Schleifen und sechs
Sattelspulen in einer Quadraturkonfiguration), die in einer Mehrfachauflistung
von Modes in der die jeweilige Spule arbeiten aufgeteilt sind und
außerdem
irgendeinen gewünschten
Abschnitt des Rückgrats
abbilden können.
Diese Spulen haben sechs Quadraturpaare, die in der Kopf-Fuß-Richtung
aufgereiht sind. Das erste Paar, das den Hals abdeckt ist auf den
der Gestalt des Halses formmäßig angepassten
Former aufgelegt. Die Butterflyspule dieses Quadraturpaars sieht
eher wie eine Sattelspule aus. Alle Quadraturpaare in den Spulen
sind entweder in der Spule analog kombiniert oder in dem System
digital kombiniert. Die Empfindlichkeits-Map einer Sattelspule weist
ebenfalls ein asymmetrisches Muster auf. Weil beide Elementspulen
eines Quadraturpaares eine asymmetrische Empfindlichkeit aufweisen,
haben die kombinierten Bilder immer noch das LR-Abschattungsproblem. Wenn
somit eine Spule mit diesem Aufbau in einem System mit 3T oder einem
stärkeren
Hauptfeld verwendet wird, hat sie immer noch das Rechts-Links-Abschattungsproblem
und zwar unabhängig
davon, ob sie analog oder digital kombiniert ist. Eine alternative
Ausführungsform
besteht darin, zwölf
Elemente unabhängig
oder in irgendeiner auf ein MRI-System basierten Empfängerkonfiguration zu
verwenden. Auch dieses System hat immer noch das LR-Abschattungsproblem.
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Demgemäß würde wenn
der Benutzung eine Oberflächenspule
(z.B. eine Schleifenspule) in MRI-Systemen mit hoher Feldstärke verwendet
wird, deren Hauptmagnetfeldstärke
1,5 Teslar (T) oder höher
liegt, eine asymmetrische Signalempfindlichkeit der Spule beobachtet.
Obwohl die Schleifenspule eine symmetrische Struktur aufweist, neigt
sich die Empfindlichkeits-Map der Spule auf eine Seite. Die Neigungsrichtung
hängt von
der Richtung des magnetischen Hauptfelds ab. Dieses Phänomen ist
ausgeprägt
in einem System, das eine magnetische Hauptfeldstärke gleich
oder höher
als 3T aufweist. Das Phänomen
wird von der elektrischen und leitenden Wirkung des menschlichen
Körpers
auf das elektromagnetische Hochfrequenz(HF)-Feld hervorgerufen.
Das von den Resonanzkernspins in dem Körper erzeugte elektromagnetische
HF-Feld ist ein zirkularpolarisiertes Feld und breitet sich in dem
Körper
aus, weil die elektromagnetische Wellenlänge bei hoher HF-Frequenz nicht
viel größer ist
als die Abmessung des Körpers.
Die von der Spule von der linken und der rechten Seite empfangenen
MR-Signale sind wegen der Ausbreitung des von den Kernresonanzspins erzeugten
zirkularpolarisierten Feldes nicht mehr länger gleich.
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Wenn
eine traditionelle Rückgratspule
(z.B. eine CTL-Spule)
mit der oben beschriebenen Quadraturstruktur in einem 3T-System
verwendet wird, ist die Spulenempfindlichkeits-Map auf eine Seite
gekippt. Beispielsweise sind auf Quer- und Koronal-Rückgratbildern
die Signale von Geweben auf der linken und rechten Seite des Rückgrats
nicht gleich. Der Unterschied der Signalintensität auf den beiden Seiten kann
eine LR-Abschattung auf den Quer- und Koronal-Rückgratsbildern ergeben. Dies ist
als das LR-Abschattungsproblem bei der Rückgratbildgebung mit der traditionellen
CTL-Spule bekannt. Das Problem kann zu einer unzulänglichen oder
falschen Diagnose führen.
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Zu
weiteren Entwicklungen bei der MRI gehört die Simultaneous Akquisition
of Spatial Harmonics (SMASH) (gleichzeitige Akquisition von Raumharmonischen),
die einen Parallelverarbeitungsalgorithmus verwendet, um eine in
einem Oberflächenspulenarray
inhärente
räumliche
Information auszuwerten. Das Ergebnis ist eine Erhöhung bzw.
Verbesserung der MR-Bildakquisitionsgeschwindigkeit, der Auflösung und/oder
des Bildausschnitts (Field of View). In ähnlicher Weise ist ein weiterer
Parallelverarbeitungsalgorithmus bekannt, bei dem die Beschleunigung
der Bildakquisition im Zeitbereichraum anstatt im Frequenzbereichraum
vorgenommen wird. Diese Parallelakquisitionstechnik wird als Sensitivity Encoding
(SENSE) bezeichnet. Bei SENSE werden Bilder mittels Magnetresonanz
(MR) eines in einem statischen Magnetfeld angeordneten Objekts erhalten
und es beinhaltet die gleichzeitige Messung einer Anzahl Sätzen von
MR-Signalen durch Anwendung von Gradienten und einem Array von Empfängerspulen.
Die Rekonstruktion kann aus einer Anzahl Empfängerspulen Bilder von den Sätzen der
gemessenen MR-Signale aus erfolgen und/oder die Rekonstruktion eines
endgültigen
Bildes kann aus einer entfernten abhängigen Empfindlichkeit der
Empfängerspulen
und einer ersten Anzahl von Empfängerspulenbildern
geschehen.
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Das
charakteristische Merkmal all dieser Parallelbild gebungstechniken
besteht darin, dass der Geschwindigkeitsgewinn direkt proportional
der Zahl der unabhängigen
Empfänger
längs der
Richtung ist, in der die Bildbeschleunigung angewandt werden soll.
Demgemäß ist der
Geschwindigkeitsgewinn zur Akquisition eines Bildes mit besserem
SNR und verbesserter Bildqualität
um so größer je größer die
Zahl der Empfängerspulen
ist.
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Wenn
aber die Phased-Array-Oberflächenspule
eine Reihe Quadratschleifenspulen aufweist hat sie lediglich in
der Kopf-Fuß-Richtung
eine Parallelbildgebungsfähigkeit.
Außerdem
haben die im vorstehenden beschriebenen Quadratur-Phased-Arrays ebenso
lediglich in der Kopf-Fuß-Richtung
eine Parallelbildgebungsfähigkeit.
Die beiden Elementspulen eines Quadraturpaars in diesen Spulen haben
eine große
gemeinsame Überdeckung
in der LR-Richtung. Die g-Faktorwerte einer solchen Quadraturspule
sind sehr stark erhöht,
weil das B1-Feldprofil für diese beiden Elementspulen
rings um das Rückgratsgebiet
fast ununterscheidbar ist. Demgemäß haben sie keine Parallelbildgebungsfähigkeit
in der LR-Richtung.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Bei
einer beispielhaften Ausführungsform wird
eine Phased-Array-Spule für
ein Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-System geschaffen, die eine erste Spule
und eine zweite Spule anschließend
an die erste Spule aufweist. Die erste und die zweite Spule sind
in einer gegenüber
einem Betrachtungssmittelpunkt des MRI-Systems verschobenen Anordnung
konfiguriert.
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Bei
einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine Zervikal-Toracal-Lumbar(CTL)-Rückgrat Phased-Array- Spule für ein Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-System
geschaffen, die eine Anzahl von Spulenabschnitten aufweist, die in
einer Kopf-Fuß-Richtung
des MRI-Systems ausgerichtet sind. Jeder der Spulenabschnitte weist
wenigstens zwei Spulen auf, die in einer parallelen Anordnung in
einer Links-Rechts-Richtung
des MRI-Systems konfiguriert sind. Die wenigstens zwei Spulen jedes
Spulenabschnitts sind gegenüber
einem Mittelpunkt der Links-Rechts-Richtung verschoben.
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Bei
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren
zur Ausbildung eine Phased-Array-Spule geschaffen, das das Konfigurieren
von wenigstens zwei Spulen in jedem Abschnitt einer Anzahl von Spulenabschnitten
in einer parallelen Anordnung in einer Links-Rechts-Richtung des MRI-Systems
beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Verschieben der
wenigstens zwei Spulen in jeder der mehreren Spulenabschnitte von einem
Mittelpunkt der Links-Rechts-Richtung
aus.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Phased-Array-Spule gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Phased-Array-Spule in einem posterior Former
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung.
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3 ist
eine schamtische Darstellung von zwei Spulen einer Phased-Array-Spule
in einer verschobenen Anordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungs form
der Erfindung.
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4 ist
eine schematische Darstellung von zwei Spulen einer Phased-Array-Spule
in einer verschobenen Anordnung gemäß einer anderen beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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5 sind
Bilder einer Empfindlichkeits-Map für eine typische Schleifenspule
unter Veranschaulichung eines gekippten Bildes.
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6 ist
ein Bild eine kombinierten Empfindlichkeits-Map für einen kombinierten Empfindlichkeits-Map
für eine
typische Schleifenspule unter Veranschaulichung eine gekippten Bildes.
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7 ist
eine schematische Darstellung einer Phased-Array Spule gemäß einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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8 ist
eine schematische Darstellung einer Phased-Array-Spule gemäß einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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9 ist
eine schematische Darstellung eine Phased-Array-Spule gemäß einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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10 ist
eine schematische Darstellung eine Phased-Array-Spule gemäß eine weiteren beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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11 ist
eine schematische Darstellung einer Phased- Array-Spule gemäß einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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12 ist
eine schematische Darstellung einer Phased-Array-Spule gemäß einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung schaffen eine Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Phased-Array-Spule bspw.
des Zervikal-Torax-Lumbar(CTL)-Rückgrats
des menschlichen Körpers.
Die verschiedenen Ausführungsformen
können
in einem horizontalen MRI-System mit bspw. einer Hauptmagnetfeldstärke von
3 Teslar (3T) verwendet werden. Die verschiedenen Ausführungsformen
können
aber auch in MRI-Systemen eingesetzt werden, die eine niedrigere
oder höhere
Hauptmagnetfeldstärke
aufweisen. Die dielektrische und leitende Wirkung des menschlichen
Körpers
auf das elektromagnetische Hochfrequenzfeld bewirkt, dass die HF-Spule
mit symmetrischer Struktur asymmetrische Signale von dem Körper empfängt. Dies
hat zur Folge, dass bspw. die mit der traditionellen CTL-Spule,
die eine symmetrische Quadraturpaarstruktur aufweist, aufgenommenen
Rückgratbilder
eine Links-Rechts(LR)-Abschattung zeigen. Verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung schaffen eine oder mehrere zweischleifige Spulenstrukturen
um ein Gebiet gleichmäßiger Empfindlichkeit
mit hoher SNR in der LR-Richtung zur Abdeckung des Rückgrats und
des nahe gelegenen Gewebes zu erzielen. Die verschiedenen Ausführungsformen
ergeben außerdem
ein Parallelbildgebungsfähigkeit
aufweisendes Spulen array mit Phasenkodierung in der LR-Richtung.
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Mehr
im Einzelnen und wie in 1 in einer beispielhaften Ausführungsform
dargestellt, beinhaltet eine Phased-Array-Spule 50 bspw. eine CTL-Phased-Array-Spule,
in der Regel mehrere Spulenelemente wie etwa 8 Schleifenspulenelemente, die
in vier Abschnitten in der Kopf-Fuß(KF)-Richtung ausgerichtet
angeordnet sind. Die vier Abschnitte sind in einer beispielhaften
Ausführungsform
z.B. in Längsrichtung
zur Bildgebung längs
des Rückgrats eines
Patienten ausgerichtet. Im Einzelnen weist ein erster Spulenabschnitt 52,
der zum Kopf des Patienten hinweisenden positioniert werden kann
eine erste Schleifenspule 54 und eine zweite Schleifenspule 56 auf.
Ein zweiter Spulenabschnitt 48 der sich an den ersten Spulenabschnitt 52 anschließt weist
eine dritte Schleifenspule 60 und eine vierte Schleifenspule 62 auf.
Ein dritter Spulenabschnitt 64, der sich an den zweiten
Spulenabschnitt 58 anschließt, beinhaltet eine fünfte Schleifenspule 66 und
eine sechste Schleifenspule 68. Ein vierter Spulenabschnitt 70, der
sich an den dritten Spulenabschnitt 65 anschließt, und
der zu den Füßen des
Patienten hin positioniert sein kann, beinhaltet eine siebte Schleifenspule 72 und
eine achte Schleifenspule 74. Die beiden Schleifenspulen
in jedem der Spulenabschnitte 52, 58, 64, 70 sind
in einer in der Links-Rechts(LR)-Richtung positionierten Parallelanordnung
konfiguriert. Das LR-Zentrum 76 der beiden Schleifenelemente
in jedem der Spulenabschnitte 52, 58, 64, 70 ist
jeweils gegenüber
dem Betrachtungszentrum verschoben oder versetzt (d.h. gegenüber dem
Zentrum eines Patienten oder des zu untersuchenden Patientenrückgrats
verschoben). Beispielsweise kann das LR-Zentrum 76 gegenüber einem
LR-Zentrum eines Spulenformers 80 (dargestellt ist der
hintere Former) verschoben sein, wie dies in 2 dar gestellt
ist.
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Wie
in 3 veranschaulicht, kann die Verschiebung der pulen
(angegeben durch S) bspw. der dritten und der vierten Schleifenspule 60 bzw. 62 entweder
nach links oder nach rechts von dem LR-Zentrum 76 erfolgen
und kann bspw. etwa 15% bis etwa 20% der Breite der Schleifenspule 60 bzw. 62 betragen.
Diese Verschiebung kann aber auch entsprechend den jeweiligen wünschen oder
Bedürfnissen (z.B.
basierend auf der Bildgebungsanwendung oder dem MRI-System) größer oder
kleiner sein. Zu bemerken ist, dass die gleiche Verschiebung bei
allen Schleifen oder Schleifenpaaren in jedem Abschnitt der Phased-Array-Spule 50 vorgesehen
ist. Die Verschiebungsrichtung hängt
von der Richtung des Hauptfelds des (nicht dargestellten) MRI-Systems ab.
Wenn das Hauptfeld von der Rückseite
zur Vorderseite (Patientenende) des Magneten gerichtet ist, sind
die Spulen zu der rechten Seite hin verschoben. Wenn sich das Hauptfeld
umkehrt, werden die Spulen auf die linke Seite verschoben. Außerdem ist
zu bemerken, dass bei eine beispielhaften Ausführungsform die Schleifenspulen 54, 56 des
ersten Spulenabschnitts 52 formmäßig entsprechend der Gestalt des
Halses und Kopfes konfiguriert sein können und in ähnlicher
Weise bspw. rings um den Hals nach links oder rechts um etwa 15%
bis etwa 20% der Breite der Schleifenspulen 54, 56 verschoben
sein können,
wie dies in 4 dargestellt ist.
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Die
Schleifenspulen in jedem der Spulenabschnitte 52, 58, 64, 70 überlappen
sich, um eine Isolation zwischen den beiden Spulenelementen zu erzielen,
aber auch um ein weites, gleichmäßiges Feld in
der LR-Richtung und ein hohes SNR im Zentrum dieser beiden Spuleelemente
zu erreichen. Im Betrieb weist eine Spule mit nicht überlappenden Schleifen elementen
niedriger g-Faktoren auf, was für die
Parallelbildgebung gut ist, sie hat aber im Vergleich zu einer Spule
mit überlappenden
Schleifenelementen ein niedrigeres SNR in Zentrumsbereich in dem
das Rückgrat
liegt. Die aus zwei überlappenden Schleifenelementen
kombinierten Empfindlichkeits-Map ist in einem großen Bereich
flach. Beispielsweise ist eine Empfindlichkeits-Map 90 einer
typischen einschleifigen Spule durch das Phantombild der Einzelschleifenspule
in 5 veranschaulicht. 6 ist eine
kombinierte Empfindlichkeits-Map 92 einer typischen einschleifigen
Spule, die durch das Phantombild von zwei Schleifenspulen veranschaulicht
ist. Da die Empfindlichkeits-Map 90 des einen Schleifenelements
gekippt ist, ist auch die aus zwei Schleifenelementen kombinierte
Empfindlichkeits-Map 92 noch gekippt. Demgemäß ergeben
verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Positionierung des Rückgrats
in dem Zentrum der Spulenüberdeckung,
was dadurch erreicht wird, dass das Zentrum der Phased-Array-Spule 50,
wie hier beschrieben, verschoben wird.
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Im
Betrieb kann unter Berücksichtigung
der durch Strahlung und des SNR einer Schleifenspule bei der Rückgratsbildgebung
die Breite der Schleifenspule nicht zu breit und nicht zu schmal
sein. Eine typische Breite liegt bei etwa 15 Zentimetern (cm). Unter
Verwendung von Spulen mit dieser Breite liefern verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung einen Verschiebungsweg von etwa 2 cm bis etwa 3 cm,
was etwa zwischen 15 Prozent bis etwa 20 Prozent der Breite der
Spule ausmacht und das Rückgrat in
das Zentrum des Gebietes gleichmäßiger Empfindlichkeit
der Spule rückt.
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Anschließende Spulenabschnitte 52, 58, 64, 70 sind
ebenfalls überlappt,
um eine Isolation zwischen aneinander anschließenden Schleifenspulen in den
Spulenabschnitten 52, 58, 64, 70 zu
erzielen. Da das Magnetfeld in der Z-Richtung der Schleifenspulen
kein MR-Signal empfängt,
ergibt sich eine Mittelsenke zweier aneinander anschließender Abschnitte
auf der sagittalen Empfindlichkeits-Map der Spule. Überlappende
Spulenabschnitte können
die Senke verringern, womit das SNR in der Mitte von zwei aneinander
anschließenden
Abschnitten erhöht wird.
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Die
Phased-Array-Spule 50 kann zum Beispiel im Zusammenhang
mit einem Vier-Empfangs-Kanal MRI-System verwendet werden. Im Betrieb
können
der erste und der zweite Spulenabschnitt 53 bzw. 58 zum
Scannen des zervikalen Rückgrats
(C-spine) und eines Teiles des thorakalen Rückgrats (T-spine) verwendet
werden. Der zweite und dritte Spulenabschnitt 58 bzw. 64 können zum Scannen
des thorakalen Rückgrats
verwendet werden. Der dritte und vierte Spulenabschnitt 64 bzw. 70 können zum
Scannen des lumbaren (L-spine) und eines Teiles des thorakalen Rückgrats
verwendet werden. Zu bemerken ist, dass jeder der Spulenabschnitte 52, 58, 64 und 70 auch
zum Scannen eines kleinen speziellen Teils des Rückgrats benutzt werden kann. Im
Betrieb werden zwei Schleifenspulen jedes Abschnitts 52, 54, 58, 64 oder 70 gleichzeitig
benutzt, um gleichmäßige und
symmetrische Bilder in der LR-Richtung
zu erzielen. Jedes Schleifenelement ist innerhalb des MRI-Systems
digital mit anderen Schleifenelementen kombiniert, wie dies an sich
bekannt ist.
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Bei
verschiedenen Ausführungsformen
können
unterschiedliche Phased-Array-Spulen vorgesehen sein. Bei einer
exemplarischen Ausführungsform,
wie sie in 7 dargestellt ist, kann eine Phased-Array-Spule 100 mit
acht Schleifenspulen ähnlich
der Phased-Array-Spule 50 bspw. auf einem Posterior-Former
mit zusätzlich
einer Spule 102 auf der (nicht dargestellten) Halsbrücke vorgesehen sein.
Die Schleifenspule 102 verbessert die Penetration in dem
C-Spine-Gebiet.
Diese Phased-Array-Spule 100 kann auch im Zusammenhang
mit einem vierkanaligen MRI-System verwendet werden. Bei einem solchen
System sind die beiden Schleifenspulen 54, 56 des
ersten Spulenabschnitts 52 in der Spule quadraturanalog
miteinander kombiniert. Dementsprechend können der erste und der zweite
Spulenabschnitt 52 bzw. 58 in Kombination mit
der Schleifenspule 102 der Halsbrücke zum C-Spine-Scanning verwendet
werden.
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Bei
einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 8 dargestellt
ist, sind eine Phased-Array-Spule 110 mit neun Schleifenspulen bspw.
auf dem Posterior-Former und eine Schleifenspule auf der Brücke vorgesehen.
Diese Phased-Array-Spule 112 sieht eine neunte Spule 114 in
dem ersten Abschnitt 52, bspw. zwischen den zwei Schleifenspulen 54, 56 in
der LR-Richtung vor. Die drei Schleifenspulen in dem ersten Spulenabschnitt 52 ergeben
ein hohes SNR in dem C-Spine-Gebiet. Die Phased-Array-Spule 110 kann
im Zusammenhang mit einem vierkanaligen MRI-System verwendet werden.
Bei einem solchen System werden die drei Schleifenspulen 54, 56, 114 in
dem ersten Spulenabschnitt 52 und die Schleifenspule 102 zum
C-Spine-Scanning verwendet.
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Bei
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 9 dargestellt
ist, ist eine Phased-Array-Spule 120 mit zwölf Schleifenspulen bspw.
auf dem Posterior-Former vorgesehen. Die Phased-Array-Spule 120 ist ähnlich der
Phased-Array-Spule 50 fügt
aber einen fünften
Spulenabschnitt 122 mit Schleifenspulen 124, 126 und
einen sechsten Spulenabschnitt 128 mit Schleifenspulen 130, 132 hinzu. Die
Phased-Array-Spule 120 kann im Zusammenhang mit einem sechs-
oder acht-kanaligen MRI-System verwendet werden. Zu bemerken ist, dass
die Länge
in der Kopf-Fuß-Richtung
jedes Spulenabschnitts kürzer
ist als die der in 1 dargestellten Phased-Array-Spule 50.
Im Betrieb ergibt die Verwendung von drei oder vier beliebigen Spulenabschnitten
einen großen
Bildausschnitt (FOV) beim Rückgratscannen.
Bei einem sechskanaligen System werden der erste, der zweite und
der der dritte Spulenabschnitt 52, 58 und 64 gemeinsam
zur C-Spine-Bildgebung benutzt; der zweite, dritte und vierte Spulenabschnitt 64, 70 werden
gemeinsam für
die C-Spine-Bildgebung
verwendet und der vierte, fünfte und
sechste Spulenabschnitt 70, 122, 128 werdengemeinsam
für die
L-Spine Bildgebung benutzt. Es können
auch irgendwelche aneinander anschließende zwei Spulenabschnitte
gemeinsam zum Scannen eines speziellen Rückgratgebietes verwendet werden. Bei
einem Acht-Kanalsystem werden der erste, zweite, dritte und vierte
Spulenabschnitt 52, 58, 64 und 70 gemeinsam
zur C-Spine-Bildgebung
verwendet; der zweite, dritte, vierte und fünfte Spulenabschnitt 58, 64, 70, 122 werden
gemeinsam zur T-Spine-Bildgebung benutzt; und der dritte, vierte,
fünfte
und sechste Spulenabschnitt 64, 70, 122, 128 werden
gemeinsam zur L-Spine-Bildgebung verwendet. Es können auch irgendwelche aneinander
anschließende,
zwei oder drei Spulenabschnitte gemeinsam zum Scannen eines speziellen
Rückgratgebietes
verwendet werden.
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Bei
einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 10 dargestellt
ist, ist eine Phased-Array-Spule 140 mit zwölf Schleifenspulen bspw.
auf dem Posterior-Former vorgesehen, ähnlich der in 9 dargestellten
Phased-Array-Spule 120, jedoch
mit einer ersten und zweiten Halsbrückenschleifenspule 142 bzw. 144 bspw.
auf der (nicht dargestellten) Halsbrücke. Die Phased-Array Spule 140 kann
im Zusammenhang mit einem Sechs- oder Acht-Kanal-MRI-System verwendet
werden. Der erste und der zweite Spulenabschnitt 52 bzw. 58 und
die erste und die zweite Halsbrückenschleifenspule 142 bzw. 144 werden
gemeinsam zum C-Spine-Scanning in dem sechskanaligen MRI-System
verwendet. Der erste, zweite und dritte Spulenabschnitt 52, 58, 64 können gemeinsam
zum C-Spine-Scannen in dem achtkanaligen System verwendet werden.
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Bei
einer weiteren, in 11 dargestellten beispielhaften
Ausführungsform
ist eine Phased-Array-Spule 150 mit dreizehn Schleifenspulen
bspw. auf dem hinteren Former und eine Schleifenspule 152 auf
der (nicht dargestellten) Halsbrücke
vorgesehen. Die Phased-Array-Spule 150 ist ähnlich der Phased-Array
Spule 140, weist aber eine Spule in der Halsbrücke und
eine zusätzliche
Schleifenspule 154 in dem ersten Spulenabschnitt 52 zwischen
der ersten und der zweiten Schleifenspule 54 bzw. 56 auf. Die
Phased-Array-Spule 150 kann im Zusammenhang mit einem Sechs-
oder Achtkanal-MRI-System verwendet
werden. Bei einem solchen Sechs-Kanalsystem können der erste und der zweite
Spulenabschnitt 52 bzw. 58 und die zusätzliche
Schleifenspule 154 in der Halsbrücke gemeinsam zusammen zum C-Spine-Scannen
benutzt werden. Bei einem Acht-Kanalsystem können der erste und der zweite Spulenabschnitt 52 bzw. 58 und
die zusätzliche Schleifenspule 154 in
der Halsbrücke
gemeinsam zum C-Spine-Scannen
benutzt werden.
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Bei
einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 12 dargestellt
ist, ist eine Phased-Array-Spule 160 mit dreizehn Schleifenspulen
bspw. auf dem hinteren Former ähnlich
der Phased-Array-Spule 150 vorgesehen, wobei aber bspw.
die erste und die zweite Halsbrückenspule 162 bzw. 164 auf
der (nicht dargestellten) Halsbrücke
liegen. Die Phased-Array-Spule 160 kann im Zusammenhang
mit einem achtkanaligen MRI-System verwendet werden. Bei einem solchen
System können der
erste und der zweite Spulenabschnitt 54 bzw. 58 und
die erste und zweite Halsbrückenspule 162 bzw. 164 gemeinsam
zum C-Spine-Scannen verwendet werden.
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Abwandlungen
der verschiedenen Ausführungsformen
sind denkbar. So kann z.B. die Zahl der Spulenabschnitte in der
Kopf-Fuß-Richtung
wunsch- oder bedarfsgemäß vergrößert oder
verkleinert werden, bspw. abhängig
von der zur Verfügung
stehenden Zahl Empfangskanäle
des MRI-Systems in dessen Zusammenhang sie verwendet werden sollen. Außerdem kann
z.B. ein Torsostück
mit mehreren Spulenelementen hinzugefügt werden, um die Penetration
zu verbessern und eine Parallelbildgebungsmöglichkeit mit Phasenenkodierung
in der AP-Richtung hinzuzufügen.
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Zu
bemerken ist, dass die Phased-Array-Spulen der verschiedenen Ausführungsformen auf
verschiedene Frequenzen abgestimmt und an diese angepasst sein können. In
diesem Falle ändern sich
die Werte (der nicht dargestellten) und an sich bekannten Abstimmkondensatoren
und der Verschiebeweg für
die Spule von dem Zentrum des Formers zur linken oder rechten Seite
hin ebenso, um die LR-Abschattung zu verringern. Außerdem ist
zu bemerken, dass die Speisepunkte der Spulen an jedem beliebigen
Ort der Spule vorgesehen sein können.
Außerdem
kann die Anpassung der Spulen über eine
kapazitive Anpassung oder eine induktive Anpassung geschehen. Außerdem kann
die Resonanzabstimmung der Phased-Array-Spulen der verschiedenen Ausführungsformen über eine
direkte Einspeisung oder induktive Kopplung erfolgen. Abhängig von dem
jeweiligen MRI-System können
die Phased-Array-Spulen der verschiedenen Ausführungsformen Vorverstärker haben.
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Demgemäß können verschiedene
Ausführungsformen
ein zervikales, thorakales und lumbares Rückgratscannen unter Verwendung
eine Anzahl Spulenelemente mit einer versetzten oder verschobenen
Konfiguration ermöglichen.
Eine Bildgebung des Rückgrats
in horizontalen Systemen mit einer Hauptmagnetfeldstärke von
3T (oder mehr oder weniger) ist ermöglicht. Es wird eine Rückgratbildgebung
ohne oder mit verringerter LR-Abschattung (shading) erzielt. Es
ergibt sich ein Gebiet gleichmäßiger Empfindlichkeit
mit hohem SNR in der LR-Richtung, das das Rückgrat und das nahegelegene
Gewebe überdeckt,
erzielt. Außerdem
sind die Möglichkeiten
der Parallelbildgebung mit Phasenenkodierung in der LR-Richtung
zusätzlich
zu den Kopf-Fuß-Richtungen
gegeben.
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Im
Betrieb liefern verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
akquirierte Quer- und Koronalbilder bpsw. bei Verwendung in einem
MRI-System mit 3T oder einer höheren
Feldstärke
Quer-und Koronalbilder, die symmetrischer und gleichmäßiger in
der LR-.Richtung sind. Schließlich
wird ein hohes SNR in dem Rückgratgebiet
erzielt.
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Darüberhinaus
sehen verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vor, dass zwei parallele Schleifenspulen
in der LR-Richtung positioniert, und die Schleifenspulen nach links
oder rechts verschoben werden, um ein Gebiet gleichmäßiger Empfindlichkeit
mit hohem SNR in der LR-Richtung zur Überdeckung des Rückgrats
und des nahegelegenen Gewebes zu erzielen. Ds Zentrum der Schleifenspulen
kann entsprechend der Richtung des Hauptmagnetfeldes des Systems
nach links oder rechts verschoben sein, um ein hohes SNR in LR-Richtung
zur Abdeckung des Rückgrats
und des nahegelegenen Gewebes zu bekommen. Es können auch zwei parallele Schleifenspulen
in der LR-Richtung angeordnet sein, um so einen Abschnitt der Phased-Array-Spule
zu bilden, wobei mehrere dieser Abschnitte in der Kopf-Fuß-Richtung
vorgesehen sind, um eine ganze Rückgratspule
auszubilden. Zusätzlich
können
drei parallele Schleifenspulen in der LR-Richtung rings um den Hals
positioniert und mit mehreren zweischleifigen Abschnitten kombiniert sein,
um eine ganze Rückgratspule
aufzubauen. Diese Anordnungen können
auch mit einer Halsbrücke kombiniert
sein, die ein oder zwei Schleifenelemente aufweist, um so eine ganze
Rückgratspule
aufzubauen. Ein Anterior-Torsostück
mit mehreren Spulenelementen kann außerdem mit diesen Anordnungen kombiniert
werden, um eine Ganz-Rückgratspule
zu erzeugen.
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Wenngleich
die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen
beschrieben wurde, so versteht sich für den Fachmann doch, dass die
Erfindung im Rahmen des Schutzbereiches der Patentansprüche mit
Abwandlungen ausgeführt
werden kann.
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Zusammenfassung
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Es
wird eine Zervikal-Thorakal-Lumbar Wirbelsäulen-Phased-Array Spule für ein Magnetresonanz(MRI)-Bildgebungssystem
angegeben, die eine erste Spule und eine an die erste Spule anschließende zweite
Spule aufweisen. Die erste und zweite Spule sind in einer gegenüber einem
Betrachtungszentrum des MRI-Systems verschobenen Konfiguration derart
angeordnet, dass trotz der dielektrischen und leitenden Einwirkung
des menschlichen Körpers auf
das HF-Magnetfeld die Wirbelsäule
(Rückgrat)
im Zentrum des Gebietes gleichmäßiger Empfindlichkeit der
Spule liegt.