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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung des Störabstands
in Magnetresonanzgeräten,
beispielsweise in Magnetresonanz-Bildgebungsgeräten oder Magnetresonanz-Spektroskopiegeräten.
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Ein
typisches Magnetresonanz-Bildgebungsgerät ist in 1 dargestellt.
Ein Patient 1 auf einer Liege 2 wird in die Öffnung 3 eines
ringförmigen
Elektromagneten, typischerweise eines supraleitenden Elektromagneten,
geschoben. Ein Hauptmagnetfeld wird ausgerichtet zur Achse der Öffnung erzeugt
und Gradientenspulen (nicht dargestellt) sind vorgesehen, um Magnetfeldgradienten
beispielsweise in der z-Richtung entlang der Achse der Öffnung und
in der x- und y-Richtung in der Radialebene einzurichten. Eine Sendespule 4 umgibt
den Patienten und sendet Impulse mit HF-Energie, um magnetisch resonante aktive
Nuklei, wie beispielsweise Protonen, in der zu untersuchenden Region
des Patienten zu Resonanz anzuregen. Diese Sendespule 4 ist
normalerweise von einer HF-Abschirmspule 5 umgeben,
die die Öffnung 3 des
Elektromagneten gegen unerwünschte HF-Störsignale
von außen
abschirmt. Die Sendespule 4 kann auch dazu verwendet werden,
die Magnetresonanzsignale zu empfangen, die durch die in Resonanz
schwingenden Protonen in der interessierenden Region erzeugt werden,
es wird jedoch oft eine getrennte Empfangsspule vorgesehen. Bei
vielen Untersuchungen wird eine auf der Oberfläche des Patienten platzierte
Spule dazu verwendet, die Magnetresonanzsignale zu empfangen, wie
beispielsweise die Spule 6 (in 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt).
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Das
von der Empfangsspule 6 aufgenommene Signal ist natürlich sehr
klein. Es könnte
erforderlich sein, Daten von einer Region des Körpers mehrmals zu erfassen,
um einen zufrieden stellenden Störabstand
in dem resultierenden Bild zu erzielen, wodurch sich jedoch die
Abtastzeit verlängert.
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Es
existieren mehrere Störquellen,
die das gewünschte
Magnetresonanzsignal in dem von der Empfangsspule 6 aufgenommenen
Signal begleiten.
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Bei
allen Werten des Hauptmagnetfeldes mit Ausnahme der niedrigsten
wird das dominante Rauschen tatsächlich
eher vom Körper
als von der Spule abgeleitet. Ein Großteil dieses Rauschens kommt aus
Regionen, die den Spulenwicklungen am nächsten liegen, was einen unverhältnismäßig großen Anteil
in Bezug auf den Wert der aus ihnen erhaltenen Daten darstellt.
Der Körper
weist elektrische Widerstände
und dazu gehörige
Störspannungen
und somit Ströme
auf, die die von der Spule detektierten Störsignale erzeugen.
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Wenn
sich die abzubildende Region in einiger Tiefe im Patenten befindet,
wie es oft der Fall ist (beispielsweise die Region 7),
wird die Spule 6 normalerweise so dicht wie möglich an
die Haut des Patienten gedrückt,
da die Stärke
des Signals aus der Region 7 (vereinfacht gesagt) umgekehrt
proportional zum Abstand der Region 7 von der Spule 6 ist (wobei
die Signalstärke
von dem so genannten Füllfaktor
abhängig
ist).
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Der
Nachteil dabei besteht darin, dass das Rauschen aus Regionen des
Körpers
in der Nähe
der Spule zunimmt.
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Die
einzelnen thermischen Störquellen
weisen zwar eine geringe Intensität auf, es befinden sich jedoch
viele davon in der Nähe
der Spule. Beispielsweise koppelt der Fluss 9 (gestrichelt
dargestellt) von einer speziellen Störquelle 8 mit der
Empfangsspule 6 (2). Es existiert
eine Vielzahl derartiger Störquellen 8.
Von einer Signalquelle 12 in der interessierenden Region 7 ausgehende
stärkere
Flüsse 10, 11 koppeln
ebenfalls mit der Empfangsspule 6.
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Das
Rauschen würde
erheblich reduziert, wenn die Spule 6 von der Oberfläche des
Patienten beispielsweise in die gestrichelt dargestellte Position abgehoben
würde,
das Signal würde
jedoch ebenfalls in dem Maße
abfallen, dass der Störabstand
genau genommen schlechter wäre.
Nimmt man die Signalquelle 12 als Beispiel, würde ein
Teil des Flusses, beispielsweise 10, immer noch mit der
Ebene der Empfangsspule 6 koppeln, der andere Fluss 11 jedoch
nicht.
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Eine
weitere Störquelle
in dem durch die Spule 6 aufgenommenen Signal stammt von
den Spulenwicklungen selbst, und dies kann reduziert werden, indem
die Spulen gekühlt
oder supraleitende Spulen eingesetzt werden. Aufgrund der Kühlung ist zwischen
ihnen und dem Patienten eine beträchtliche Wärmeisolierung erforderlich,
wodurch sie von der Oberfläche
des Patienten entfernt werden, und während das Rauschen vom Körper somit
auch reduziert wird, zeigt sich jedoch immer noch eine Gesamtabnahme
des Störabstands
aufgrund der Abnahme des Füllfaktors.
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Die
Anmelder sind sich der Tatsache bewusst, dass Mikrostrukturen, die
eine Gruppe von kapazitiven Elementen aus nicht-magnetischem leitendem
Werkstoff umfassen, bei Hochfrequenzen magnetische Permeabilität aufweisen
können
(IEEE Transacti ons an Microwave Theory and Techniques, Band 47,
Nr. 11, November 1999, Magnetism from Conductors and Enhanced Non-linear
Phenomena, von J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins und W. J.
Stewart).
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Die
Erfindung schafft ein Magnetresonanzgerät, bei dem im Betrieb in magnetisch
resonanten aktiven Nuklei in einer Region eines Objekts in Gegenwart
eines Hauptmagnetfeldes Resonanz angeregt wird, das eine HF-Spule
und eine Anordnung zum Leiten magnetischen Flusses zwischen dem Objekt
und der HF-Spule umfasst, wobei die Anordnung aus Material mit einer
magnetischen Permeabilität
besteht, die bei der Frequenz von magnetischer Kernresonanz größer ist
als diejenige von Vakuum, und in stationären Magnetfeldern eine magnetische Permeabilität von Vakuum
aufweist, wobei das Material eine Gruppe aus kapazitiven Elementen
umfasst, bei denen es sich entweder um ebene Ringe oder Spiralen
handelt oder die leitende Folien als Rollen auf isolierende Substrate
gewickelt umfassen, wobei die magnetische Komponente der elektromagnetischen
Strahlung bei magnetischer Resonanzfrequenz einen elektrischen Strom
in den genannten ebenen Ringen, Spiralen bzw. leitenden Folien induziert,
wobei der Abstand der Elemente kleiner ist als die Wellenlänge der
Strahlung in dem vorgegebenen Frequenzband, und wobei die Abmessungen
der Elemente und ihr Abstand voneinander so gewählt werden, dass die magnetische
Permeabilität
geschaffen wird, die bei magnetischer Resonanzfrequenz größer ist
als diejenige von Vakuum.
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Die
Anordnung bietet eine Flexibilität
bei der Platzierung von Komponenten in dem Magnetresonanzgerät.
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Vorteilhafterweise
wird die Anordnung zwischen dem Objekt und einer HF-Spule zum Empfangen
von durch die magnetisch resonanten aktiven Nuklei erzeugten Magnetresonanzsignalen
angeordnet, um den Magnetfluss zur HF-Spule zu leiten. Die HF-Spule hat vorzugsweise
einen Abstand zur Oberfläche
des Objekts.
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Die
Anordnung ermöglicht
es, dass die Empfangsspule von der Oberfläche des untersuchten Objekts
abgehoben wird, ohne dass der übliche
Verlust des gewünschten
Signals verursacht durch den Abstand zwischen der Empfangsspule
und dem Objekt auftritt.
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Die
Abmessungen der Anordnung können typischerweise
nicht größer als
diejenigen der Spule in axialer Projektion über mindestens einen Teil der Anordnung
sein, auch wenn bei einigen Anordnungen die Fläche der in diese Richtung projizierten
Anordnung kleiner als die Fläche
der Spule sein kann.
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Vorteilhafterweise
weist die Anordnung einen ersten Bereich auf, in dem die magnetische
Permeabilität
im Wesentlichen in einer axialen Richtung in Bezug auf die Spule
größer als
diejenige von Vakuum ist. Die Anordnung weist vorzugsweise einen zweiten
Bereich auf, in dem die magnetische Permeabilität in einer zur axialen Richtung
parallelen Richtung größer als
diejenige von Vakuum ist, wobei der erste und der zweite Bereich
einen Abstand voneinander haben und durch einen dritten Bereich
miteinander verbunden sind, so dass sie ein U bilden, wobei die
magnetische Permeabilität
des dritten Bereichs in einer Richtung, die von dem ersten Bereich zu
dem zweiten Bereich verläuft,
größer ist
als diejenige von Vakuum.
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Der
dritte Bereich ist so ausgelegt, dass er den Fluss in eine Richtung
parallel zum Objekt leitet, und der erste und der zweite Bereich
sind so ausgelegt, dass sie den Fluss in eine Richtung senkrecht zur
Oberfläche
des Objekts leiten. Es können
weitere Bereiche mit einer größeren magnetischen
Permeabilität
als derjenigen von Vakuum parallel zur Spulenachse geschaffen werden,
die mit dem ersten Bereich durch in geeigneter Weise ausgerichtete
Bereiche mit einer höheren
magnetischen Permeabilität als
derjenigen von Vakuum verbunden sind.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
die Anordnung einen schmaleren Bereich, um den eine HF-Empfangsspule
gewickelt ist, zwischen zwei Enden aufweisen, die in Kontakt mit
einem Patienten zu bringen sind.
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Das
geeignete Material für
die Anordnung ist in dem oben zitierten IEEE-Artikel beschrieben.
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Die
magnetische Permeabilität
der Anordnung kann 2, vorzugsweise 3 und vorteilhafterweise 5 übersteigen.
Der hohe Wert der magnetischen Permeabilität tritt aufgrund eines steilen
Anstiegs des Graphen der magnetischen Permeabilität mit der Frequenz
auf, der dadurch ermöglicht
wird, dass die magnetische Permeabilität in einem Teil des vorher festgelegten
Frequenzbandes negativ ist.
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Im
Folgenden werden Möglichkeiten
zur Ausführung
der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Endansicht von einem Teil eines bekannten Magnetresonanz-Bildgebungsgerätes;
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2 eine
Schnittansicht durch die Ebene der Empfangsspule aus 1:
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3 eine
Schnittansicht durch die Ebene der Empfangsspule und das dazu gehörige erfindungsgemäße magnetisch
permeable Material;
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4 eine
Draufsicht der Empfangsspule und des erfindungsgemäßen magnetisch
permeablen Materials;
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5 eine
Schnittansicht des magnetisch permeablen Materials, das 3 entspricht,
in einer Implementierung;
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6 eine
Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung
mit magnetischen Eigenschaften zum Leiten von magnetischem Fluss,
die zur Bildgebung über
einem Abdomen positioniert ist;
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7 eine
Vorderansicht der in 6 dargestellten Anordnung;
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8 eine schematische axiale Schnittansicht
durch einen Teil des Magnetresonanz-Bildgebungsgerätes, das
eine bekannte HF-Abschirmung verwendet; und
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9 (kein Ausführungsbeispiel der Erfindung)
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
verglichen mit 8, eines Teils eines
Magnetresonanz-Bildgebungsgerätes,
das eine Anordnung mit magnetischen Eigenschaften zum Leiten des
Magnetflusses verwendet.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren durchweg mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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Die
in den 3 und 4 dargestellte erfindungsgemäße Empfangsspule
und Anordnung mit magnetischen Eigenschaften (magnetisch permeables
Material) werden in dem bekannten Magnetresonanz-Bildgebungsgerät wie oben
in Bezug auf 1 beschrieben eingesetzt. Anstatt
die Empfangsspule 6 jedoch gegen die Oberfläche des
Patienten zu drücken,
wie es in 2 dargestellt ist, hat die Empfangsspule 6 einen
Abstand vom Patienten. Wie in Bezug auf 2 beschrieben
wurde, wäre
dies die Ursache für
eine Reduzierung des Körperrauschens in
dem von der Empfangsspule 6 empfangenen Signal, jedoch
auf Kosten einer Abnahme der Signalstärke aus der gewünschten
Region 7.
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Bei
der Anordnung in den 3 und 4 wird jedoch
eine Platte 13 zwischen der HF-Spule 6 und der
Oberfläche
des Patienten 1 platziert, wobei die Platte eine magnetische
Permeabilität
aufweist, die bei der magnetischen Kernresonanzfrequenz im Wesentlichen
in einer Richtung, die senkrecht zu der Ebene der Spule 6 verläuft, viel
größer ist
als diejenige von Vakuum, während
sie in anderen Richtungen bei magnetischer Resonanzfrequenz und
bei stationären
Magnetfeldern in allen Richtungen die magnetische Permeabilität von Vakuum,
d.h. eine relative Permeabilität
von Eins aufweist, d.h. nicht- magnetisch
ist. Die Platte wird überragt
von einem Block 14, der ebenfalls eine Permeabilität aufweist,
die bei der magnetischen Kernresonanzfrequenz im Wesentlichen in
einer Richtung parallel zur Ebene der Empfangsspule 6 und
parallel zur Länge
des Blocks wesentlich größer als
diejenige von Vakuum ist, während
er bei der Resonanzfrequenz in anderen Richtungen und in allen Richtungen
in stationären
Magnetfeldern nicht-magnetisch ist.
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Die
Anordnung von Material mit hoher Permeabilität bei der magnetischen Resonanzfrequenz wird
vervollständigt
durch zwei weitere Platten 15 und 16, die sich
von den Enden des Blockes zur Oberfläche des Patienten erstrecken.
Die Platten 15 und 16 weisen eine Permeabilität auf, die
bei der magnetischen Kernresonanzfrequenz im Wesentlichen in einer
Richtung, die vom Block 14 um Patienten 1 verläuft, wesentlich
größer ist
als diejenige von Vakuum, sind jedoch in anderen Richtungen bei
der magnetischen Resonanzfrequenz und in allen Richtungen in stationären Magnetfeldern
nicht-magnetisch.
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Es
ist somit ersichtlich, dass die doppelte U-förmige Anordnung mit magnetischen
Eigenschaften, die die Platten 13, 15 und 16 und
den Block 14 umfasst, als HF-Fluss-Leitanordnung fungiert, die den
HF-Fluss durch die Platten 13, 15, 16 und
entlang des Blockes 14 konzentriert.
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Als
Beispiel wird der Fluss 10 von einer Signalquelle 12 in
einer interessierenden Region 7 die zentrale Platte 13 hinauf,
den Block 14 entlang und die Platte 16 hinunter
geleitet (oder in umgekehrter Richtung). Zusätzlich wird der Fluss 11,
der nicht mit der Spule 6 koppeln konnte, als die Spule
von der Oberfläche
des Patienten abgehoben war, wie es in 2 dargestellt
ist (der in 3 dargestellte gestrichelte
Pfad), nun entlang der Platte 13, dem Block 14 und
der Platte 16 geleitet, und koppelt nun daher mit der Spule 6.
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Die
Störsignale
von nahe der Oberfläche
des Patienten werden nicht in erheblichem Maß durch die Platten 13, 15, 16 und
den Block 14 kanalisiert, da der magnetische Widerstand
dieser Pfade (beispielsweise Flusspfad 17 von der Störquelle 8)
größer ist als
bei Pfaden durch Luft und Gewebe (beispielsweise Flusspfad 9 von
der Störquelle 8).
Der magnetische Widerstand der Pfade, denen der Fluss von tiefer
liegenden Signal-(und Stör-)Quellen
folgt, wird im schlimmsten Fall durch den Pfad durch die Platten 13, 15, 16 und
den Block 14 sehr geringfügig erhöht und kann, wenn sie nicht
vorhanden sind, von dem entsprechenden Pfad erheblich reduziert
werden. Infolgedessen ergibt sich eine effek tive Zunahme des Störabstands,
da die Störquellen,
wie die Quelle 8, die hauptsächlichen Erzeuger von Rauschen
sind.
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Da
die Empfangsspule 6 einen Abstand zur Oberfläche des
Patienten hat, ist es nun möglich,
sie zu kühlen
oder durch eine supraleitende Spule zu ersetzen und somit den zusätzlich verfügbaren Platz
für die
Spule zu nutzen und dadurch eine weitere Reduzierung des Rauschens
zu erzielen.
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Die
Verbesserung des Störabstands
in den empfangenen Magnetresonanzsignalen ermöglicht die Erzeugung besserer
Bilder oder eine Verkürzung der
Abtastzeit oder beides. Da das Mikrostrukturmaterial so abgestimmt
ist, dass es eine magnetische Permeabilität lediglich bei der Frequenz
magnetischer Kernresonanz aufweist, wird das Material nicht durch
das Hauptmagnetfeld oder durch Gradientenmagnetfelder beeinträchtigt.
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Die
Form der Flussleitungsanordnung 13, 15, 16, 14 kann
natürlich
abgewandelt werden. Der Block 14 könnte also beispielsweise kreisförmig sein, und
die Platten 15 und 16 könnten durch eine hohle zylindrische
Wand ersetzt werden, die sich vom äußeren Rand des kreisförmigen Blocks 14 bis
zu einem ringförmigen
Bereich am Patenten erstreckt. Die Platte hätte eine hohe magnetische Permeabilität bei der
magnetischen Resonanzfrequenz in einer Richtung zum Patienten hin,
während
der Block 14 eine hohe magnetische Permeabilität in radialen
Richtungen in seiner Ebene aufweisen würde.
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Als
eine weitere Alternative könnte
der rechteckige Block in den 3 und 4 bogenförmig im Vergleich
zu der in 3 dargestellten flachen Form sein.
Genau genommen könnte
die Platte 14 in Längsrichtung
verlängert
werden und über
einer Platte ähnlich
den Platten 13, 15, 16 enden, und eine
weitere Spule 6 könnte
zu der Platte 15 zentriert werden. Dies könnte genau
genommen um die Oberfläche des
Patienten herum in jeglichem gewünschten Maße fortgesetzt
werden. Es wäre
eine Anordnung möglich,
bei der der Block 14 in Längsrichtung verlängert würde, bis
er den gesamten Umfang des Patienten oder einen Teil der Anatomie
des Patienten umgibt, mit Platten, die den Platten 13, 15, 16 entsprechen
und in Intervallen zwischen dem Umfangsblock und dem Patienten angeordnet
sind und sich in radialer Richtung vom Block 14 bis zum
Patienten erstrecken. Es könnte
dann eine Gruppe von Spulen geschaffen werden, wobei um jede radiale
Platte eine andere Spule vorgesehen würde.
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Die
Platten und Blöcke
können
aus Mikrostrukturmaterial hergestellt werden, das aus nicht-magnetischem
leitendem Werkstoff besteht, jedoch eine hohe magrieti sche Permeabilität bei der magnetischen
Resonanzfrequenz aufweist, wie es in der IEEE-Veröffentlichung
beschrieben ist. Beispielsweise könnte der Block 14 aus
einer Gruppe von Rollen aus nicht-magnetischen leitenden Folien
bestehen, deren Achsen in Längsrichtung
in Bezug auf den Block angeordnet sind. Wäre der Block bogenförmig, könnten die
Rollen entlang dem Block die gleiche Krümmung wie der Block aufweisen,
oder die Rollen könnten
als Alternative in kurzen geraden Abschnitten angeordnet werden,
die in einem Winkel zueinander stehen. Die Platten könnten aus
Gruppen von Rollen aus nicht-magnetischen leitenden Folien bestehen,
die parallel zu den Achsen der Platten angeordnet sind, oder die
Platten könnten
aus Gruppen von kapazitiven Elementen bestehen, die aus mindestens
einer Windung bestehen und in Spalten angeordnet sind.
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Der
Fluss folgt dem Pfad der Rollen oder der Spalten, und zur Realisierung
der Richtungsänderung
zwischen dem vertikalen Flusspfad der Platten und dem horizontalen
Flusspfad des Blocks (wie in 3 dargestellt)
können
die Rollen oder Spalten am Übergang
gekrümmt
sein. Bei einer weiteren mbglichen Implementierung (5)
sind die oberen Enden der Platten 13, 15, 16 abgeschrägt, und
der Block besteht aus zwei Teilen mit entsprechend abgeschrägten Enden.
Ein paar Rollen 13a–16a sind schematisch
in jedem der Teile dargestellt, um ihre Ausrichtung zu zeigen.
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Als
Beispiel für
geeignete Abmessungen könnte
eine typische kleine Oberflächenspule
für das Ausführungsbeispiel
aus den 2 bis 4 einen quadratischen
Querschnitt mit ein, zwei oder drei Windungen an ihrem Rand aufweisen.
Hätte die
innere Windung Maße
von 100 mm × 100
mm, könnte
der Block einen Querschnitt von ungefähr 90 mm × 90 mm haben (Ansicht in 4)
und sich aus dem engen Packen von Rollen aus nicht-magnetischem
leitenden Werkstoff auf einem dünnen,
nicht leitenden Substrat mit einen Außendurchmesser von ungefähr 11 mm
ergeben, wobei die Achsen der Rollen parallel zu den Achsen der
Platten (und der Spulen 6) verlaufen. Die Platten könnten jeweils
eine 8×8-Matrix
mit einer Höhe
von 25 mm sein. Die wirksame magnetische Permeabilität wäre bei 21,3
MHz (der Resonanzfrequenz von Protonen in einem 0,5-Tesla-Magnetresonanz-Bildgebungsgerät) größer als
Eins.
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Für den Fall,
dass die Platten aus Schichten mit Wicklungen bestehen, die auf
einer gedruckten Schaltung hergestellt werden könnten, würden die Platten aus beispielsweise
25 jeweils 1 mm dicken Schichten bestehen, um die Höhe der Platten
zu bilden, und bei dieser Ausführung
könnte
die wirksame magnetische Permeabilität bei der magnetischen Resonanzfrequenz
den Wert 40 erreichen.
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BEISPIEL
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Bei
einem Beispiel mit Rollen besteht das Material aus zylindrischen
Komponenten, wobei jeder Zylinder eine „Biskuitrolle" ist. Sie bestehen
aus 37, auf einen nicht-magnetischen
Kern (Stab aus glasverstärktem
Kunststoff, engl. glass-reinforced plastic, GRP) mit einem Durchmesser
von 8 mm gewickelten Wicklungen von Folie. Die Folie ist ein Markenmaterial
bekannt als ProFilm (Markenzeichen), das aus einem Trägermaterial
aus Mylar (Markenzeichen) besteht, das mit ungefähr 10 nm Aluminium und einer
Klebstoffschicht beschichtet ist und insgesamt ungefähr 50 μm dick ist.
Der Schichtwiderstand der Aluminiumschicht beträgt ungefähr 2,7
.
Der Außendurchmesser
der Zylinder beträgt
11,4 mm, und das Material ist in einem hexagonal dicht gepackten
Gitter angeordnet (d.h. so dicht gepackt wie möglich). Dieser Aufbau bietet
eine maximale Permeabilität
von = 3 bei 21,3 MHz und eine Permeabilität von Luft bei anderen Frequenzen
und stationären Feldern.
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Bei
einem anderen Beispiel wird eine alternative Folie durch die in
supraleitenden Magnetsystemen verwendete so genannte „Superinsulation" (Markenzeichen)
geschaffen. Dies ist eine Mylarfolie (Markenzeichen) mit einer Stärke von
6,4 μm,
die mit bis zu 50 nm dickem Aluminium beschichtet ist. Der Schichtwiderstand
einer derartigen Schicht beträgt ungefähr
.
Wird dieses Material in 18,7 Wicklungen auf einen Dorn mit 6 mm
Durchmesser gewickelt, ergibt sich ein Außendurchmesser von 6,4 mm,
und die maximale Permeabilität
beträgt μ = 4,9 bei
21,3 MHz und diejenige von Luft bei anderen Frequenzen und stationären Feldern.
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Eine
erheblich höhere
Permeabilität
kann erreicht werden, indem eine zusätzliche Mylar-Zwischenschicht
vorgesehen wird. Ist die Zwischenschicht 50 μm dick, so dass die Gesamtschichtdicke 56,4 μm beträgt, erreicht
man eine Permeabilität
von μ =
19,2 bei 58,62 Wicklungen auf einem 6-mm-Dorn mit einem Außendurchmesser
von 12,6 mm.
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Noch
größere Permeabilitäten können erzielt werden,
indem mehr leitende Folien verwendet werden. In dem obigen Bespiel
würde,
wenn der Schichtwiderstand auf 0,1
reduziert
würde,
indem entweder eine dickere Aluminiumfolie oder ein anderes Metall
(beispielsweise Silber) verwendet würde, die Permeabilität auf 76,7
erhöht.
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Die
erreichbare Permeabilität
hängt von
der Frequenz ab: je niedriger die Frequenz, desto höher die
Permeabilität
und umgekehrt. Nimmt man das obige Beispiel mit einer 56,5 μm dicken
Schicht, einem Schichtwiderstand von 0,5
,
gewickelt auf einen Dorn mit 6 mm Durchmesser, ergeben 113 Wicklungen
einen Außendurchmesser
von 18,8 mm und eine Permeabilität
von 23,8 bei 10,6 MHz, während 14,5
Wicklungen (mit einem Außendurchmesser
von 7,6 mm) μ =
11 ergeben. Es ist offensichtlich, dass eine Reduzierung des Schichtwiderstandes
durch Erhöhen
der Metalldicke die erreichbare Permeabilität erhöht. Wiederum entspricht die
Permeabilität
derjenigen von Vakuum bei anderen Frequenzen und in stationären Feldern.
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Eine
zu der in den 3–5 dargestellten Form
der Flussleitung alternative Form ist in den 6 und 7 dargestellt,
in denen ein Teil eines menschlichen Abdomen 18 in der
Bildgebungsregion eines Magnetresonanz-Bildgebungsgerätes gezeigt ist.
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Zum
Abbilden einer empfindlichen Region 25 werden anstelle
einer Oberflächenspule,
die auf der nächsten
Region der Oberfläche
des Patienten platziert wird, plattenförmige Flussleitelemente 19, 20, 21 auf
der Oberfläche
des Patienten platziert, um den Fluss von den Regionen der Enden
der Leitelemente durch die Leitelemente und insbesondere durch den engen
Halsbereich zu leiten, um den eine Empfangsspule 22, 23, 24 gewickelt
ist, wo das Magnetresonanzsignal aufgenommen werden kann.
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Eine
derartige Anordnung hat zwei Vorteile: Die Empfangsspulen 22 bis 24 haben
einen Abstand von der Oberfläche
des Patienten und können
daher gekühlt
werden. Zweitens bleibt die Region des Patienten unmittelbar über der
empfindlichen Region 25 frei für die Durchführung möglicher
chirurgischer Eingriffe, die durch Betrachten des Magnetresonanzbildes
in Echtzeit überwacht
werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine gegenseitige Induktivität zwischen
den Leitelementen 19, 20, 21 besteht,
so dass die Empfangsspulen zusammen mit Verfahren eingesetzt werden
können,
die eine Gruppe von Spulen verwenden, um eine Unterabtastung des
Bildraums zu ermöglichen,
indem auf die Position der Spule und Empfindlichkeitsprofile gesetzt wird,
um fehlende Daten zu erzeugen (Simultaneous Acquisition of Spatial
Harmonics (SMASH): Fast Imaging with Radio Frequency Coil Arrays
von Daniel K. Sodickson, Warren J. Manning, MRM 38, S. 591–603, 1997).
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Typische
Werte der magnetischen Permeabilität übersteigen den Wert 4. Die
Anordnung mit magnetischen Eigenschaften wurde zwar unter Bezugnahme
auf die Leitung von Fluss zu einer HF-Empfangsspule beschrieben,
sie kann jedoch auch eingesetzt werden, um Sendefluss von einer HF-Spule
für die
Bildgebung oder für
die Spektroskopie zu leiten.
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Bezug
nehmend auf 8, die ein Magnetresonanz-Bildgebungsgerät darstellt,
wird die magnetische Resonanz also in einem Ganzkörper angeregt,
typischerweise unter Verwendung einer so genannten Birdcage-Spule,
die aus einer Anzahl Leiter 26 besteht, die entlang der
Oberfläche
eines fiktiven Zylinders verlaufen und an jedem Ende des fiktiven Zylinders
durch Ringe zusammengeführt
werden. Dies wird dazu verwendet, HF-Anregungsimpulse zu erzeugen, um Resonanz
in einer abzubildenden empfindlichen Region anzuregen. Es ist offensichtlich,
dass eine derartige Birdcage-Spule auch HF-Strahlung sowohl nach
außen
als auch nach innen zur gewünschten
Region abgibt, und eine derartige Strahlung würde mit dem Metall des die
Spule umgebenden Bildgebungsgerätes
koppeln, wodurch die HF-Magnetfelder verzerrt und die Geräteleistung beeinträchtigt würden. Aus
diesem Grund ist es in der Praxis üblich, eine Siebabschirmung 27 einzusetzen, um
die Energie von den HF-Impulsen durch Wirbelströme in der Abschirmung abzuleiten.
In der Praxis kann eine derartige herkömmliche Abschirmung nicht zu
nahe bei den Leitern platziert werden, da dann der Großteil der
HF-Energie in der Abschirmung abgeleitet wird.
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Bezug
nehmend auf 9, die einen stark vergrößerten Maßstab im
Vergleich zu 8 aufweist, ist ein einzelner
Leiter 29 einer Birdcage-Spule dargestellt und eine den
Fluss leitende Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Durchführen der
Funktion einer Abschirmung 30 und kreisförmig wie
diejenige in 8 ist näher hierzu
angeordnet als die Abschirmung 27 der Anordnung nach dem
Stand der Technik aus 8. Die Flächenanordnung 30 fungiert
als Flussleitanordnung, so dass, sofern es die Flusslinie 31 betrifft,
ein Pfad mit geringerem magnetischen Widerstand entlang der Leitanordnung als
entlang dem (gestrichelt dargestellten) Pfad, den der Fluss nehmen
würde,
wenn keine Abschirmung vorhanden wäre, existiert. Diese Anordnung
ist jedoch keine Ausführungsform
der Erfindung.
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Typische
magnetische Permeabilitäten
für diesen
Fall wären
wesentlich größer als
1, vorzugsweise größer als
2 und vorteilhafterweise größer als 4.
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Ein
Vorteil der abschirmenden Flächenanordnung 30 besteht
darin, dass die Anordnung näher zum
Leiter 29 der Birdcage-Spule platziert werden kann als
bisher. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass der Fluss um die
abschirmende Flächenanordnung
herum geleitet wird und nicht abgeleitet wird, so dass weniger Energie
in dem Mitteln zum Erzeugen des HF-Anregungsimpulses erforderlich
ist.
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Die
Empfangsspule und die zugehörige Flussleitanordnung
wurden zwar unter Bezugnahme auf einen ringförmigen Elektromagneten beschrieben,
die Erfindung kann jedoch ebenso auf andere Konfigurationen von
Magneten, beispielsweise offene oder Permanentmagneten, angewandt
werden. Die Erfindung ist auch auf die Magnetresonanzspektroskopie
anwendbar. Die Platte und der Block können in Tonfrequenz-Magnetfeldern
auch nicht-magnetisch sein. Der in den Beispielen verwendete Ausdruck „Permeabilität" bedeutet „relative
Permeabilität".
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8
- Prior
art
- Stand
der Technik