DE102011089448A1

DE102011089448A1 - Brustspule und Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen der Brust

Info

Publication number: DE102011089448A1
Application number: DE102011089448A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN103169473A; CN103169473B; US20130165768A1; DE102011089448B4; US8948844B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brustspule (20) für eine Magnetresonanztomographieeinrichtung (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen weiblicher Brüste, mit einem Spulengehäuse (21) mit einer Brustausnehmung (22) zur Aufnahme einer Brust und mit einer Anzahl von Spulenelementen (TX1, TX2, TX3, ..., TX10, CTX, CTX1, CTX2, CTX3, CTX4, CC, CC1, CC2, ..., CC8). Zumindest eines der Spulenelemente (CTX, CTX1, CTX2, CTX3, CTX4, CC, CC1, CC2, ..., CC8) bildet ein HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX1, CTX2, CTX3, CTX4, CC, CC1, CC2, ..., CC8) und weist hierzu eine Schaltungsanordnung (30, 30’) auf, um das HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX1, CTX2, CTX3, CTX4, CC, CC1, CC2, ..., CC8) zwischen einem HF-Korrektur-Betriebszustand und einem weiteren Betriebszustand umzuschalten. Dabei ist das HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX1, CTX2, CTX3, CTX4, CC, CC1, CC2, ..., CC8) so ausgebildet, dass es im HF-Korrektur-Betriebszustand passiv mit einem von einer Sendeantennenanordnung (6) der Magnetresonanztomographieeinrichtung (1) ausgesendeten B1-Feld mitschwingt und die lokale B1-Feldverteilung während einer Magnetresonanzaufnahme beeinflusst. Darüber hinaus werden ein Magnetresonanztomographiesystem (1) sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen mit einer solchen Brustspule (20) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brustspule für eine Magnetresonanztomographieeinrichtung zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen weiblicher Brüste mit einem Spulengehäuse, mit einer Brustausnehmung zur Aufnahme einer Brust und mit einer Anzahl von Spulenelementen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Magnetresonanztomographieeinrichtung mit einer solchen Brustspule und ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen weiblicher Brüste in einer Magnetresonanztomographieeinrichtung.
Mit zunehmender Verbreitung der Magnetresonanztomographie werden immer mehr Brustuntersuchungen mit Hilfe dieses bildgebenden Verfahrens durchgeführt. Ein Vorteil besteht darin, dass, anders als in üblichen Mammographieverfahren, die Brust nicht mit Röntgenstrahlung belastet wird. In einer Magnetresonanztomographieeinrichtung wird üblicherweise der zu untersuchende Körper bzw. Körperbereich mit Hilfe eines Grundmagnetfeldsystems einem definierten 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 Aussendung der Hochfrequenzsignale zur Kernspin-Magnetisierung erfolgt meist mit einer fest im Magnetresonanztomographen eingebauten so genannten „Ganzkörperspule“ oder „Bodycoil“, beispielsweise einer Käfigantenne (Birdcage-Antenne). Diese Ganzkörperspule umgibt den Messraum, oft auch „Patiententunnel“ genannt, in dem die Patientin während der Untersuchung positioniert ist. Die magnetische Flussdichte dieses anregenden Feldes wird üblicherweise mit B₁ und das pulsförmige Hochfrequenzfeld dementsprechend auch kurz als B₁-Feld bezeichnet. Mittels dieser HF-Pulse werden die Kernspins bestimmter, durch das B₁-Feld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des B₀-Felds verkippt. Bei der Relaxation der Kernspins werden wieder Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt. Der Empfang der Magnetresonanzsignale kann wieder mit der Ganzkörperspule erfolgen. Häufig werden hierzu aber so genannte Lokalspulen eingesetzt, die ein höheres Signal/Rauschverhältnis aufweisen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe an 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 an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Für die verschiedensten Einsatzmöglichkeiten werden inzwischen spezielle Lokalspulen zur Verfügung gestellt, beispielsweise Kopfspulen zur Untersuchung im Kopfbereich oder die genannten Brustspulen zur Untersuchung der weiblichen Brüste. Wie oben erläutert, weist so eine Brustspule in der Regel ein Spulengehäuse mit meist zwei nebeneinander angeordneten, im Querschnitt in etwa kreisförmigen Brustausnehmungen auf, in denen die Brüste aufgenommen werden. Im Gehäuse sind dann um die Brüste üblicherweise mehrere Spulenelemente in Form von Leiterschleifen oder dergleichen mit entsprechenden Elektronikkomponenten angeordnet.
Aus den akquirierten Magnetresonanzsignalen bzw. „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. Jeder Bildpunkt im Magnetresonanzbild ist dabei einem kleinen Körpervolumen, einem sogenannten “Voxel”, zugeordnet und jeder Helligkeits- oder Intensitätswert der Bildpunkte ist mit der aus diesem Voxel empfangenen Signalamplitude des Magnetresonanzsignals verknüpft. Der Zusammenhang zwischen einem resonant eingestrahlten HF-Puls mit der Feldstärke B₁ und dem damit erreichten Flipwinkel α ist dabei durch die Gleichung
gegeben, wobei γ das gyromagnetische Verhältnis, welches für die meisten Kernspinuntersuchungen als feststehende Materialkonstante angesehen werden kann, und τ die Einwirkdauer des Hochfrequenzpulses ist. Der durch einen ausgesendeten HF-Puls erreichte Flipwinkel und somit die Stärke des Magnetresonanzsignals hängen folglich außer von der Dauer des HF-Pulses auch von der Stärke des eingestrahlten B₁-Feldes ab. Räumliche Schwankungen in der Feldstärke des anregenden B₁-Feldes führen daher zu unerwünschten Variationen im empfangenen Magnetresonanzsignal, die das Messergebnis verfälschen können.
Ungünstigerweise zeigen aber die HF-Pulse gerade bei hohen magnetischen Feldstärken – die aufgrund des benötigten Magnetgrundfelds B₀ in einem Magnetresonanztomographen zwangsläufig gegeben sind – ein inhomogenes Eindringverhalten in leitfähigen und dielektrischen Medien wie z. B. Gewebe. Dies führt dazu, dass das B₁-Feld innerhalb des Messvolumens stark variieren kann. Insbesondere für die bei sogenannten Ultrahochfeld-Magnetresonanzuntersuchungen erforderlichen hohen Larmor-Frequenzen ist die Leitfähigkeit des Gewebes hoch. Dies führt zu besonders starken Inhomogenitäten, so dass bei Magnetresonanzmessungen mit einem Grundmagnetfeld von drei Tesla oder mehr besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine ausreichend homogene Verteilung des transmittierten HF-Felds der Hochfrequenzantenne im gesamten Volumen zu erreichen. Bei der Brustbildgebung treten insbesondere bei den hohen Grundfeldstärken im Thorax- oder Abdomenbereich bzw. in den einzelnen Brüsten durch das B₁-Feld Wirbelströme im Körper der Patientin auf. Diese führen zu einer asymmetrischen Verzerrung des B₁-Felds, d.h. des anregenden Sendefeldes, und oft zu einer Abschattung von tiefer liegendem Gewebe. In den Brüsten wird dadurch sowohl ein in Links-/Rechtsrichtung asymmetrischer B₁-Feldverlauf als auch eine erhebliche Asymmetrie des Kontrastes der linken Brust gegenüber der rechten Brust erzeugt. Diese unerwünschten Inhomogenitäten beeinträchtigen die diagnostische Relevanz oder Aussagekraft der erzeugten Magnetresonanzbilder.
Um die Verzerrung des B₁-Feldes durch den Patientenkörper zu reduzieren, wurde bisher vorgeschlagen, die Bodycoil so anzusteuern, dass sie mit einer fest eingestellten elliptischen Polarisation sendet, um der Asymmetrie des Patientenkörpers, bedingt durch die größere Ausdehnung in Rechts-/Links-Richtung als in Anterior-/Posterior-Richtung, entgegenzuwirken. Alternativ wird auch vorgeschlagen, zur Anpassung des B₁-Felds ein Sendeantennensystem zu verwenden, in dem zwei oder mehr als zwei unabhängige Kanäle verwendet werden, so dass die Amplituden- und Phasenbeziehung zwischen diesen Kanälen individuell einstellbar sind. Solche Sendesysteme sind aber relativ aufwändig. Zudem löst dies nicht die Problematik an bereits existierenden Magnetresonanztomographieeinrichtungen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Brustspule sowie ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen der weiblichen Brust zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Brustspule gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Brustspule weist wie die üblichen Brustspulen ein Spulengehäuse mit einer Brustausnehmung zur Aufnahme einer Brust und mit einer Anzahl von Spulenelementen auf. Grundsätzlich kann es sich hierbei um eine Brustspule handeln, mit der nur Magnetresonanzaufnahmen einer einzelnen Brust erzeugt werden können. In diesem Fall reicht eine Brustausnehmung aus. Vorzugsweise handelt es sich aber um eine Brustspule mit einem Spulengehäuse mit zwei nebeneinander angeordneten Brustausnehmungen, die beispielsweise im Querschnitt in etwa kreisförmig sind. Es können dann beide Brüste gleichzeitig in die Brustausnehmungen eingelegt werden können und es kann eine Komplettaufnahme des gesamten Brustbereichs erzeugt werden.
Erfindungsgemäß weist die Brustspule zumindest ein Spulenelement auf, welches ein HF-Korrekturspulenelement bildet und welches hierzu eine Schaltungsanordnung aufweist, um das Spulenelement zwischen einem HF-Korrektur-Betriebszustand und einem weiteren Betriebszustand umzuschalten. Dabei ist dieses HF-Korrekturspulenelement so ausgebildet, dass es im HF-Korrektur-Betriebszustand passiv mit einem von einer Sendeantennenanordnung der Magnetresonanztomographieeinrichtung ausgesendeten B₁-Feld mitschwingt und die lokale B₁-Verteilung während einer Magnetresonanzaufnahme in einer definierten Weise beeinflusst, um so beispielsweise das B₁-Feld soweit wie möglich zu homogenisieren.
Wird also ein solches HF-Korrekturspulenelement in den HF-Korrektur-Betriebszustand geschaltet, so wird das Spulenelement durch die Schaltungsanordnung so beschaltet, dass es von dem gesendeten B₁-Feld induktiv angeregt wird, sobald dieses im Sendebetrieb der Magnetresonanztomographieeinrichtung von der Sendeantennenanordnung ausgesendet wird. Infolgedessen sendet das HF-Korrekturspulenelement wiederum ein Korrekturfeld aus, dass sich dem empfangenen B₁-Feld destruktiv oder konstruktiv überlagert. Wie stark das HF-Korrekturspulenelement mitschwingt und ob eine destruktive oder konstruktive Überlagerung des Feldes auftritt, hängt davon ab, wie die Eigenresonanzfrequenz des HF-Korrekturspulenelements eingestellt ist, insbesondere, ob die Eigenresonanzfrequenz unterhalb oder oberhalb der verwendeten Magnetresonanzfrequenz (d. h. der Larmorfrequenz von beispielsweise ca. 125 MHz bei einem 3 Tesla Grundmagnetfeld) liegt.
Der weitere Betriebszustand, in den das Spulenelement umschaltbar ist, kann beispielsweise ein deaktivierter Zustand sein, in dem die Eigenresonanzfrequenz des betreffenden Spulenelements gegenüber der verwendeten Magnetresonanzfrequenz so weit verstimmt ist, dass die Spule quasi „unsichtbar“ und daher deaktiviert ist. Dieser Betriebszustand ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das HF-Korrekturspulenelement selber nicht zum Empfangen verwendet werden soll, so dass es im Empfangsfall nicht stört. Soll das betreffende Spulenelement selber jedoch auch zum Empfangen genutzt werden, kann der weitere Betriebszustand auch ein Empfangszustand sein, in dem die Eigenresonanzfrequenz möglichst gut auf die verwendete Magnetresonanzfrequenz abgestimmt ist. Dies wird später noch erläutert.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanztomographieeinrichtung zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen einer weiblichen Brust muss neben den üblichen herkömmlichen Komponenten, insbesondere einer Sendeantennenanordnung, zusätzlich eine erfindungsgemäße Brustspule aufweisen, die als Lokalspule innerhalb dieser Magnetresonanztomographieeinrichtung eingesetzt werden kann.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen der weiblichen Brüste wird für eine Akquisition von Magnetresonanzsignalen mittels der Sendeantennenanordnung in üblicher Weise ein B₁-Feld ausgesendet und es werden dann infolge des B₁-Felds in der Brust angeregte Magnetresonanzsignale mit einem Spulenelement, üblicherweise mehreren Spulenelementen, der Brustspule empfangen. Erfindungsgemäß wird dabei zu einer Aussendung des B₁-Felds, d. h. im Sendebetrieb der Magnetresonanztomographieeinrichtung, ein Spulenelement der Brustspule als HF-Korrekturspulenelement in einen HF-Korrektur-Betriebszustand geschaltet, so dass das betreffende Spulenelement passiv mit dem B₁-Feld mitschwingt und die gewünschte vorteilhafte Beeinflussung des B₁-Felds erfolgt.
Die Erfindung ermöglicht so also auf sehr einfache Weise eine Verbesserung, insbesondere Homogenisierung, der B₁-Feldverteilung, so dass insgesamt bessere Magnetresonanzbilder erzeugt werden können. Dabei können die erfindungsgemäße Brustspule und das erfindungsgemäße Verfahren auch an bereits bestehenden Magnetresonanztomographieeinrichtungen eingesetzt werden, ohne dass diese zuvor umgebaut werden müssen.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei können insbesondere auch die Ansprüche einer Kategorie gemäß den abhängigen Ansprüchen einer anderen Kategorie weitergebildet sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eines oder mehrere der HF-Korrekturspulenelemente in einen Empfangs-Betriebszustand schaltbar, um ein Magnetresonanzsignal zu empfangen und an eine Weiterverarbeitungseinheit, beispielsweise die üblichen Empfangskanäle der Magnetresonanztomographieeinrichtung, zu übergeben. Beispielsweise kann das HF-Korrekturspulenelement hierzu so beschaltet werden, dass es eine Eigenresonanzfrequenz aufweist, die der verwendeten Magnetresonanzfrequenz entspricht, wobei in der Schaltungsanordnung auch ein Vorverstärker oder dergleichen zuschaltbar ist, über den dann das empfangene Magnetresonanzsignal in der üblichen Weise verstärkt und in sonstiger Weise vorverarbeitet werden kann. Bei der Verwendung derartiger Spulenelemente müssen insgesamt weniger Spulenelemente in der erfindungsgemäßen Brustspule eingebaut sein, da ja eine doppelte Nutzung dieser Spulenelemente möglich ist.
Bei einem alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Brustspule eine Spulenelementanordnung auf, die eine Anzahl an Empfangsspulenelementen, die jeweils ausgebildet sind, um ein Magnetresonanzsignal zu empfangen und an eine Weiterverarbeitungseinheit zu übergeben, sowie eine Anzahl von separaten HF-Korrekturspulenelementen umfasst, welche nicht in einen Empfangsbetriebszustand umschaltbar sind, d. h. nicht als Empfangsspulenelemente dienen. Sofern die Empfangsspulenelemente gemäß einer weiter bevorzugten Variante reine Empfangsspulenelemente sind und nicht als HF-Korrekturspulenelemente genutzt werden können, liegt eine vollständige funktionelle Trennung der Sendespulenelemente und der Korrekturspulenelemente vor. Die einzelnen Spulenelemente können in diesem Fall etwas einfacher ausgebildet sein. Die HF-Korrekturspulenelemente sollten dann in einem Betriebszustand gegenüber der verwendeten Magnetresonanzfrequenz so weit verstimmbar sein, dass sie weitgehend unsichtbar bzw. deaktiviert sind.
Insbesondere bei dieser Variante ist es ohne weiteres möglich, die reinen Empfangsspulenelemente so auszugestalten, dass sie gleichzeitig auch als Sendespulenelemente dienen können, um von der Brustspule selber aus ein B₁-Feld aussenden zu können.
Für die Ausbildung der Schaltungsanordnung der HF-Korrekturspulenelemente gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Zum einen kann die Schaltungsanordnung so ausgebildet sein, dass das HF-Korrekturspulenelement zwischen mehreren diskreten HF-Korrektur-Betriebszuständen umschaltbar ist. Beispielsweise kann die Schaltungsanordnung mehrere Schaltstufen aufweisen, um z. B. einzeln mehrere Kapazitäten parallel zu schalten, um nach und nach bestimmte Eigenresonanzfrequenzen zu erreichen. Das heißt, es kann adaptiv in definierten Stufen gesteuert werden, wie stark die Spule mitschwingt und ob sie sich destruktiv oder konstruktiv dem B₁-Feld überlagert.
Bei einer weiteren Variante ist die Schaltungsanordnung so ausgebildet, dass das HF-Korrekturspulenelement kontinuierlich zwischen verschiedenen HF-Korrektur-Betriebszuständen einstellbar ist. Das heißt, es kann hier relativ fein gesteuert werden, wie stark die Spule (destruktiv oder konstruktiv) mitschwingt, indem in einer gewissen Bandbreite die Eigenresonanzfrequenz beliebig einstellbar ist. Hierzu kann beispielsweise die Schaltungsanordnung eine elektronisch ansteuerbare abstimmbare Kapazität, wie z. B. eine Kapazitätsdiode, insbesondere Varicap-Diode, aufweisen. Hierbei ist auf eine ausreichende Spannungsfestigkeit zu achten.
Grundsätzlich ist es auch möglich, verschiedene HF-Korrekturspulenelemente mit unterschiedlichen der vorgenannten Schaltungsanordnungen in einer Brustspule einzusetzen.
Übliche Magnetresonanztomographieeinrichtungen senden in den Messraum ein zirkular polarisiertes B₁-Feld aus, wobei der Polarisationsvektor um die Feldrichtung des Grundmagnetfelds (B_O-Felds) rotiert, d. h. um die Längsrichtung des Messraums, welche in der Regel der Körperlängsrichtung der Patientin entspricht. Diese Längsrichtung wird üblicherweise als z-Richtung bezeichnet.
Um ausreichend mit einem solchen B₁-Feld zu koppeln, weist die Brustspule daher bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest ein HF-Korrekturspulenelement auf, das so ausgebildet und so angeordnet ist, dass es im Wesentlichen (d. h. überwiegend) ein B₁-Feld erfasst, welches in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer gedachten Öffnungsfläche der Brustausnehmungen, die in einer Anlage- bzw. Auflagefläche für den Oberkörper der Patientin liegt, verlaufenden Richtung polarisiert ist. Diese Richtung wird im Folgenden als y-Richtung bezeichnet. Sie verläuft in der Regel in etwa in der der Posterior-/Anterior-Richtung durch den Oberkörper. „Im Wesentlichen senkrecht“ heißt dabei, dass nur ein geringer Winkel von z. B. maximal 20° vorliegt.
Dies lässt sich dadurch erreichen, dass das HF-Korrekturspulenelement beispielsweise eine Leiterschleife aufweist, die im Wesentlichen, d. h. wiederum bis auf geringfügige Abweichungen, zirkular um eine Öffnung einer Brustausnehmung im bzw. am Spulengehäuse verläuft. Die von dieser Leiterschleife gebildete effektive Antennenfläche liegt dann parallel zu der besagten Anlagefläche, von der aus sich die Brustausnehmungen in die Brustspule hinein erstrecken.
Vorzugsweise weist die Brustspule auch zumindest ein HF-Korrekturspulenelement auf, das so ausgebildet und so angeordnet ist, dass es im Wesentlichen (d. h. überwiegend) ein B₁-Feld erfasst, welches in einer im Wesentlichen (d. h. wieder mit einer Winkelabweichung von z. B. maximal 20°) parallel zu einer Öffnungsfläche der Brustausnehmung und senkrecht zu einer Längsachse des Patientenkörpers verlaufenden Richtung polarisiert ist. Diese Richtung wird im Folgenden als x-Richtung bezeichnet. Bei einer in der üblichen Anordnung im Patiententunnel eingebrachten herkömmlichen Brustspule mit zwei Ausnehmungen verläuft diese x-Richtung parallel zu einer gedachten direkten geraden Verbindungslinie zwischen den beiden Brustausnehmungen, d. h. in Links-/Rechts-Richtung durch den Oberkörper.
Eine solche Anordnung lässt sich beispielsweise so realisieren, dass das HF-Korrekturspulenelement eine Leiterschleife aufweist, die seitlich neben einer Brustausnehmung im oder am Spulengehäuse so verläuft, dass eine Flächennormale einer von der Leiterschleife umschlossenen Antennenfläche im Wesentlichen parallel zu der Öffnungsfläche der Brustausnehmung und quer zur Längsachse des Patientenkörpers verlaufenden Richtung, d. h. der x-Richtung, liegt. Das heißt, die Antennenfläche liegt also quer zu der Verbindungsachse zwischen den beiden Brustausnehmungen einer Brustspule.
In einer besonders bevorzugten Variante weist die Brustspule eine Kombination der verschiedenen HF-Korrekturspulenelemente auf, so dass einige HF-Korrekturspulenelemente vornehmlich das in x-Richtung polarisierte B₁-Feld erfassen und die anderen Hf-Korrekturspulenelemente das in y-Richtung polarisierte B₁-Feld. Dementsprechend ist das B₁-Feld dann in x- und y-Richtung und folglich auch ein zirkular bzw. elliptisch polarisiertes Feld manipulierbar.
Um die gewünschte Homogenisierung des B₁-Felds oder eine andere besonders gewünschte Feldverteilung zu erreichen, können die Schaltungsanordnungen der einzelnen HF-Korrekturspulenelemente z. B. über Schaltsignalzuleitungen in geeigneter Weise mit Korrektursignalen angesteuert werden. D.h. die Steuerung der verschiedenen Schaltzustände (Einschalten/Ausschalten/unterschiedlich stark konstruktiv oder destruktiv mitschwingend) der HF-Korrekturspulenelemente erfolgt z.B. von der zentralen Steuerung der Anlage aus.
Hierzu werden vorzugsweise in einem Justagevorgang, beispielsweise in einer Prescan-Messung vor einer eigentlichen Nutz-Magnetresonanzmessung oder ggf. in Pausen zwischen einzelnen Messsequenzen, B₁-Feldverteilungsdaten erfasst, die eine B₁-Feldverteilung und/oder Abweichung einer aktuellen B₁-Feldverteilung von einer Soll-B₁-Feldverteilung repräsentieren, und darauf basierend geeignete Korrektursteuersignale ermittelt. Mit diesen Korrektursteuersignalen kann dann die Ansteuerung des HF-Korrekturspulenelements während der Magnetresonanz-Nutzmessung erfolgen. Hierzu benötigt die erfindungsgemäße Magnetresonanztomographieeinrichtung eine Korrektursignalerzeugungseinrichtung, die ausgebildet ist, um auf Basis der B₁-Feldverteilungsdaten ein Korrektursteuersignal für ein HF-Korrekturspulenelement zu generieren, sowie eine Korrektursteuersignal-Schnittstelle zur Ausgabe des Korrektursteuersignals an ein HF-Korrekturspulenelement bzw. dessen Schaltungsanordnung.
Die dazu notwendigen Informationen über die Eigenschaften der Spule, z.B. welche Feldverteilung die mitschwingenden HF-Korrekturspulenelement in Abhängigkeit vom Schaltzustand bei welchen anregenden Feldern erzeugen, können der Anlage bzw. der Korrektursignalerzeugungseinrichtung in einem Hardwarebeschreibungsfile („Coilfile“) mitgeteilt werden, welches den Einfluss der mitschwingenden HF-Korrekturspulenelement auf das B1-Feld in Abhängigkeit des Sendefeldes und des Schaltzustandes der B1-Korrekturspulen beschreibt.
Die Justage mit Hilfe der gemessenen B₁-Feldverteilung kann einfach durch wiederholte Experimente durchgeführt werden, indem nach jeder B₁-Feldmessung Korrekturspulenelemente neu abgestimmt werden und dann die erreichte B₁-Feldverteilung überprüft wird. Dabei kann automatisch nach und nach eine bestimmte Anzahl von HF-Korrektur-Betriebszuständen ausprobiert werden. Beispielsweise können bei einer Schaltungsanordnung mit diskreten Schaltzuständen alle diskreten Schaltzustände durchprobiert werden, um dann den idealen Schaltzustand zu finden. Alternativ kann auch ein intelligenter Algorithmus eingesetzt werden, der vorzugsweise zu einer schnellen Konvergenz führt, beispielsweise ein iteratives Verfahren. Hierzu kann auf übliche B₁-Shimming-Verfahren zurückgegriffen werden, die z. B. ansonsten für die Einstellung mehrerer unabhängiger Sendekanäle verwendet werden.
Mögliche B₁-Feldverteilungsdaten sind beispielsweise übliche B₁-Maps, die in einem Justage-MR-Experiment oder auch aus anderen vorherigen Nutzmessungen ermittelt werden können. In diesem Fall wird von der Magnetresonanztomographieeinrichtung bzw. von der Korrektursignalerzeugungseinrichtung eine B₁-Map-Eingangsschnittstelle benötigt.
Bei einem alternativen Verfahren können die an den Korrekturspulenelementen vom Sendefeld induzierten Signale selber als Maß für die B₁-Verteilung dienen. Hierzu weist das HF-Korrekturspulenelement vorzugsweise eine Schnittstelle zur Messung einer am HF-Korrekturspulenelement während eines HF-Korrektur-Betriebszustands anliegenden elektrischen Größe auf. Bei diesen elektrischen Größen kann es sich beispielsweise um durch das aktuelle B₁-Feld induzierte Größen wie Spannungsamplituden und/oder -phasen handeln. Als Schnittstelle für diese elektrischen Größen kann im Fall eines HF-Korrekturspulenelements, das gleichzeitig auch als Sendespulenelement dient, auch der Anschluss mit dem Vorverstärker dienen, über den im Empfangsfall das induzierte Magnetresonanzsignal abgegriffen wird. Die Verwendung solcher einfacher elektrischer Größen, die während der Aussendung des B₁-Felds in den HF-Korrekturspulenelementen induziert werden, hat den Vorteil, dass die Messungen sehr schnell sind, da hierzu keine räumliche Verteilung des B₁-Feldes ermittelt werden muss.
Vorzugsweise wird eine Kombination beider Verfahren durchgeführt, d. h. es wird beispielsweise zunächst in einer Justagemessung ein Abgleich unter Verwendung der B₁-Maps vorgenommen, um die Soll-B₁-Feldverteilung so gut wie möglich zu erreichen. Gleichzeitig werden die vom B₁-Feld induzierten elektrischen Größen in den HF-Korrekturspulenelementen gemessen und für spätere Nachjustagen als Referenzwerte verwendet. So kann später während der Magnetresonanznutzmessung anhand der induzierten elektrischen Größen eine einfache Online-Kontrolle und Nachkorrektur erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann also die Verstimmung der HF-Korrekturspulenelemente und somit ihr konstruktiver oder destruktiver Beitrag zum B₁-Feld der Sendeantennenanordnung der Magnetresonanztomographieeinrichtung auch durch eine schnelle Umschaltung bzw. Ansteuerung während der Messung variiert werden. Dies ermöglicht zum einen ein dynamisches B₁-Shimmen durch z. B. eine schichtabhängige Auswahl der B₁-Eigenschaften der Brustspule. Dabei kann das Schwingungsverhalten der HF-Korrekturspulenelemente beispielsweise bei einer schichtweisen Aufnahme von Schicht zu Schicht geändert werden. Ebenso ist eine Änderung in Abhängigkeit eines anderen Magnetresonanzsequenzparameters möglich.
Außerdem ist eine extrem schnelle Umschaltung und Steuerung des Mitschwingverhaltens der HF-Korrekturspulenelemente auch während eines Sendepulses möglich. Ein solcher Sendepuls dauert in der Regel 1 bis 20 ms. Innerhalb dieses Zeitraums ist eine Abstimmung des jeweiligen HF-Korrekturspulenelements durch Anpassung der Eigenresonanzfrequenz auf das gewünschte Maß ohne weiteres möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
Es zeigen:
1 ein schematischer Querschnitt durch eine Patientin mit einer herkömmlichen Brustspule zur Darstellung der B₁-Feldverteilungsproblematik,
2 ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Brustspule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Draufsicht auf die Brustspule gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 ein vereinfachtes Schaltbild eines reinen HF-Korrekturspulenelements mit einer Schaltungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
5 ein vereinfachtes Schaltbild eines reinen HF-Korrekturspulenelements mit einer Schaltungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
6 ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Brustspule gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 ein vereinfachtes Schaltbild eines HF-Korrekturspulenelements mit Empfangsfunktion mit einer Schaltungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
8 ein vereinfachtes Schaltbild eines HF-Korrekturspulenelements mit Empfangsfunktion mit einer Schaltungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
9 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographieeinrichtung.
In 1 ist noch einmal die bei einer Brustspule B gemäß dem Stand der Technik auftretende Problematik der inhomogenen räumlichen Verteilung des B₁-Felds dargestellt. Gezeigt ist hier ein Querschnitt durch eine Patientin P, die auf einer grob schematisch dargestellten Brustspule B liegt. Die Körperachse der Patientin P ist hierbei in üblicher Weise mit der Längsachse in der z-Richtung im Patiententunnel (siehe hierzu 9) korreliert. Die y-Richtung verläuft gemäß der hier geltenden Notation sowie auch im Weiteren in Anterior-/Posteriorrichtung und die x-Richtung von rechts nach links, bezogen auf den Körper der Patientin (d. h. im Bild von links nach rechts).
Da im Thorax und in den einzelnen Brüsten der Patientin durch das B₁-Feld Wirbelströme erzeugt werden, kann es zu Abschattungen der B1-Amplitude im Thorax und den Brüsten und somit auch zu einer asymmetrischen B1-Feldverteilung im Bereich der Brüste führen. Typischerweise kann dies zum einen dazu führen, dass in jeder einzelnen Brust eine Links-/Rechtsasymmetrie auftaucht, wobei auf der einen Seite (hier links) jeweils ein Bereich WA mit einer schwächeren B₁-Amplitude auftritt, wogegen rechtsseitig jeweils ein Bereich SA mit einer stärkeren B₁-Amplitude vorhanden ist. Zusätzlich kann auch noch eine globale Asymmetrie über dem gesamten Brustbereich vorliegen. Wie eingangs erläutert, führen diese lokalen Variationen der B₁-Feldverteilung zu entsprechenden Variationen und ggf. auch Artefakten in den erzeugten Magnetresonanzbilddaten. Dieses typische Beispiel ist in 1 dargestellt. Grundsätzlich können sich aber in Abhängigkeit von der Anatomie der Patientin und der Geometrie des anregenden Feldes auch ganz andere asymmetrische Verteilungen ausbilden.
Um dieses Problem der asymmetrischen Verteilung soweit wie möglich zu verringern, im Idealfall sogar ganz zu vermeiden, weist eine erfindungsgemäße Brustspule spezielle HF-Korrekturspulenelemente auf. Dies ist für ein erstes Ausführungsbeispiel in den 2 und 3 dargestellt. 2 zeigt dabei einen schematischen Querschnitt durch diese Brustspule 20 und 3 eine Draufsicht. Die Raumrichtungen entsprechen wieder der gleichen Notation wie in 1.
Die Brustspule 20 weist in üblicher Weise ein Gehäuse 21 auf. In der in 2 dargestellten Oberseite, welche hier eine Anlagefläche 25 für den Körper der Patientin darstellt, finden sich nebeneinander zwei Brustausnehmungen 22 zur Aufnahme der Brüste der Patientin. Diese Brustausnehmungen 22 können im Prinzip nach unten hin offen sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sie durch eine kalottenförmige Gehäusewandung 23 nach unten hin, d. h. zu der der Auflagefläche 25 gegenüberliegenden Seite hin, geschlossen.
Die Brustspule gemäß 2 weist zunächst in üblicher Weise eine Vielzahl von einzelnen Empfangsspulenelementen TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀ auf. Diese Empfangsspulenelemente TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀ weisen jeweils in üblicher Weise eine Leiterschleife auf, in der durch ein Magnetresonanzsignal aus der Brust eine Spannung bzw. Strom induziert wird, der dann in üblicher Weise abgegriffen und in einem Vorverstärker 26 verstärkt wird. Das dabei erzeugte Magnetresonanzsignal MS wird dann in üblicher Weise per Kabel oder drahtlos an eine Empfangseinrichtung der Magnetresonanztomographieeinrichtung übermittelt. In dieser kann dann eine weitere Verarbeitung der Magnetresonanzsignale erfolgen, wie dies später noch erläutert wird.
Einige dieser Empfangsspulenelemente TX₄, TX₅, TX₉, TX₁₀ verlaufen hier zirkular um jeweils eine Brustausnehmung 23 der Brustspule 20. Diese Empfangsspulenelemente TX₄, TX₅, TX₉, TX₁₀ empfangen jeweils in erster Linie ein in y-Richtung polarisiertes Signal. Eines dieser zirkular um die Brustausnehmung 22 verlaufenden Empfangsspulenelemente TX₅, TX₁₀ ist für jede der Brustausnehmungen 22 noch einmal in der Draufsicht in 3 skizziert.
Des Weiteren befinden sich unterhalb der Brustausnehmungen 22 im Gehäuse zwei Empfangsspulenelemente TX₁, TX₆, die ebenfalls im Wesentlichen ein in y-Richtung polarisiertes Signal empfangen.
Zudem befinden sich rechts und links neben jeder Brustausnehmung 22 Empfangsspulenelemente TX₂, TX₃, TX₇, TX₈, die jeweils Leiterschleifen aufweisen, bei denen die von der Leiterschleife umschlossene Antennenfläche quer, bereichsweise sogar senkrecht auf der x-Richtung steht. Diese Empfangsspulenelemente TX₂, TX₃, TX₇, TX₈ dienen dazu, vornehmlich ein in x-Richtung polarisiertes Magnetresonanzsignal besonders gut zu erfassen.
Erfindungsgemäß weist die Brustspule 20 neben den Empfangsspulenelementen TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀ zusätzlich HF-Korrekturspulenelemente CC₁, CC₂, ..., CC₈ auf. Diese HF-Korrekturspulenelemente CC₁, CC₂, ..., CC₈ werden hier jeweils von einer Leiterschleife gebildet, die mit einer Schaltungsanordnung 30 (in den 2 und 3 jeweils nur durch einen einfachen Block dargestellt) so beschaltet ist, dass das jeweilige HF-Korrekturspulenelement CC₁, CC₂, ..., CC₈ in einen HF-Korrektur-Betriebszustand schaltbar ist, in dem das HF-Korrekturspulenelement CC₁, CC₂, ..., CC₈ bei Aussenden eines B₁-Felds durch eine Sendeantennenanordnung der Magnetresonanztomographieeinrichtung, beispielsweise mittels der Bodycoil, dieses B₁-Feld empfängt und konstruktiv oder destruktiv mitschwingt. In welcher Weise und wie stark das jeweilige HF-Korrekturspulenelement CC₁, CC₂, ..., CC₈ mitschwingt, hängt vom genauen Schaltzustand ab, nämlich davon, auf welche Eigenresonanzfrequenz das jeweilige HF-Korrekturspulenelement CC₁, CC₂, ..., CC₈ abgestimmt ist. Liegt die Eigenresonanzfrequenz oberhalb der verwendeten Magnetresonanzfrequenz, so schwingt das HF-Korrekturspulenelement CC₁, CC₂, ..., CC₈ konstruktiv mit, liegt die Eigenresonanzfrequenz unterhalb der Magnetresonanzfrequenz, dann schwingt das HF-Korrekturspulenelement CC₁, CC₂, ..., CC₈ destruktiv mit und verringert somit in dem von ihm „beleuchteten“ Bereich das B₁-Feld lokal.
Ein Schaltbild für ein Ausführungsbeispiel eines geeigneten HF-Korrekturspulenelements CC, welches in dem Ausführungsbeispiel der Brustspule 20 gemäß den 2 und 3 eingesetzt werden könnte, ist in 4 dargestellt. Das HF-Korrekturspulenelement CC umfasst hier eine Leiterschleife 31, welche an mehreren Stellen durch kapazitive Elemente 32 (in der Regel übliche Kondensatoren, die auch in Magnetresonanzempfangsspulen eingesetzt werden) unterbrochen ist. Zusätzlich umfasst das HF-Korrekturspulenelement hier eine Schaltungsanordnung 30, bestehend aus zwei Teilschaltungsanordnungen 30a, 30b.
Die eine Teilschaltungsanordnung 30b besteht aus einem Schaltkreis, in dem über einen der Kondensatoren 32 der Leiterschleife 31 ein induktives Element 39 und eine schaltbare Diode 38 parallel geschaltet sind. Diese schaltbare Diode 38 ist über zwei Drosseln 40 mit einer Spannungsquelle 41 verbunden, welche über ein Deaktivierungssignal DS ein- und ausgeschaltet werden kann. Wird das Deaktivierungssignal DS gesetzt, so wird durch diese Teilschaltungsanordnung 30b die Leiterschleife 31 in ihrer Eigenresonanzfrequenz so weit verstimmt, dass sie weit außerhalb der verwendeten Magnetresonanzfrequenz liegt und somit das gesamte HF-Korrekturspulenelement CC deaktiviert, d. h. im Bereich der Magnetresonanzfrequenz unsichtbar ist.
Die andere Teilschaltungsanordnung 30a dient dazu, in einem nicht deaktivierten Zustand die Eigenresonanzfrequenz des HF-Korrekturspulenelements CC durch eine Parallelschaltung weiterer kapazitiver Elemente 34 zu einem kapazitiven Element 32 der Leiterschleife 31 so abzustimmen, dass sie entweder unterhalb oder oberhalb der verwendeten Magnetresonanzfrequenz liegt, aber in einem Bereich, so dass das HF-Korrekturspulenelement CC im B₁-Feld noch konstruktiv oder destruktiv passiv mitschwingt und folglich das B₁-Feld lokal manipuliert. Hierzu sind die einzelnen kapazitiven Elemente 34 der Teilschaltungsanordnung 30a jeweils separat über ansteuerbare Schalter 33 mittels eines Korrektursignals KS zuschaltbar. Die Schalter 33 können z.B. als PIN-Dioden-Schalter oder als Transistoren (z.B. BUZ71) ausgeführt werden. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber nur ein Beispiel mit drei zuschaltbaren Kondensatoren dargestellt. Prinzipiell ist es aber möglich, eine Vielzahl weiterer Schaltstufen zu verwenden.
Sowohl das Korrektursteuersignal KS als auch das Deaktivierungssignal DS können von einer geeigneten Korrektursignalerzeugungseinrichtung der Magnetresonanztomographieeinrichtung generiert und an das jeweilige HF-Korrekturspulenelement CC übermittelt werden, wie dies später noch erläutert wird.
5 zeigt eine Variante für ein HF-Korrekturspulenelement mit einer etwas geänderten Schaltungsanordnung 30’. Diese Schaltungsanordnung 30’ unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 30 des Ausführungsbeispiels gemäß 4 lediglich in der Teilschaltungsanordnung 30a’ zur Abstimmung der Eigenresonanzfrequenz des HF-Korrekturspulenelements CC innerhalb des HF-Korrektur-Betriebszustands, d. h. wenn das HF-Korrekturspulenelement CC nicht deaktiviert ist. Hierbei ist die Teilschaltungsanordnung 30a’ so ausgebildet, dass anstelle mehrerer diskreter kapazitiver Elemente 34, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4, nun eine Kapazitätsdiode 35 über eine einstellbare Spannungsquelle 36, die mit der Kapazitätsdiode 35 über Drosseln 37 verbunden ist, mittels eines Korrektursignals KS stufenlos ansteuerbar ist. Somit ist eine Feinabstimmung der Eigenresonanzfrequenz in einem bestimmten Bereich möglich, so dass noch genauer als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 die Wirkung des jeweiligen HF-Korrekturspulenelements CC einstellbar und folglich eine noch bessere Homogenisierung möglich ist. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 hat dagegen den Vorteil, dass relativ einfache kapazitive Elemente 34 mit ausreichend hoher Spannungsfestigkeit von mehreren 100 V kostengünstig eingesetzt werden können.
Wie in 2 und in 3 dargestellt ist, sind zwei der HF-Korrekturspulenelemente CC₁, CC₂, CC₅, CC₆ jeweils auf verschiedenen Ebenen parallel zur Anlagefläche 25 der Brustspule 20 zirkular um jeweils eine Brustausnehmung 22 angeordnet. Diese HF-Korrekturspulenelemente CC₁, CC₂, CC₅, CC₆ manipulieren somit in erster Linie einen in y-Richtung polarisierten Anteil des in der Regel zirkular polarisierten B₁-Felds.
Zudem sind seitlich von jeder Brustausnehmung 22 weitere HF-Korrekturspulenelemente CC₃, CC₄, CC₇, CC₈ angeordnet. Auch diese HF-Korrekturspulenelemente CC₃, CC₄, CC₇, CC₈ sind wieder durch Leiterschleifen gebildet und umschreiben eine effektive Antennenfläche, die hier quer zur x-Richtung angeordnet ist. Ein Normalenvektor FN auf dieser Antennenfläche ist im Zusammenhang mit dem HF-Korrekturspulenelement in 2 ganz links dargestellt. Wie zu sehen ist, steht dieser Normalenvektor FN unter einem kleinen Winkel parallel zur x-Richtung, d. h. zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen den beiden Brustausnehmungen 22 der Brustspule 20. Mit diesen HF-Korrekturspulenelementen CC₃, CC₄, CC₇, CC₈ wird somit in erster Linie ein in x-Richtung polarisierter Anteil des B₁-Feldes manipuliert.
Insgesamt ist es durch die in 2 dargestellte Anordnung der HF-Korrekturspulenelemente relativ gut möglich, das B₁-Feld auf einfache Weise so zu manipulieren, dass eine erheblich gleichmäßigere Ausleuchtung des gesamten Brustbereichs erfolgt, d. h. dass das B₁-Feld homogenisierter als ohne diese HF-Korrekturspulenelemente CC₁, CC₂, CC₃, CC₄, CC₅, CC₆, CC₇, CC₈ ist.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brustspule 20. Dieses Ausführungsbeispiel ist sehr ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3. Jedoch sind hier einige der Empfangsspulenelemente so ausgebildet, dass sie gleichzeitig während des Sendebetriebszustands auch als HF-Korrekturspulenelemente genutzt werden können. Das heißt, einige Antennenelemente sind als kombinierte Empfangs-/Korrekturspulenelemente CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄ ausgebildet. Dies ist in 6 dadurch symbolisiert, dass die kombinierten Empfangs-/Korrekturspulenelemente CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄ jeweils nicht nur an einen Vorverstärker 26 angekoppelt sind, um ein Magnetresonanzsignal MS ausgeben zu können, sondern zusätzlich noch mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 30 versehen sind.
Schaltbilder für solche Empfangs-/Korrekturspulenelemente CTX sind in den 7 und 8 dargestellt. Die Schaltungsanordnungen 30, 30’ zur Verwendung der Empfangs-/Korrekturspulenelemente CTX als HF-Korrekturspulenelemente sind hierbei entsprechend den Schaltungsanordnungen 30, 30’ in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 aufgebaut, wobei jedoch darauf zu achten ist, dass in diesem Fall im nicht deaktivierten Zustand der Empfangs-/Korrekturspulenelemente CTX über die Teilschaltungsanordnung 30a eine Eigenresonanzfrequenz eingestellt werden kann, die möglichst exakt der verwendeten Magnetresonanzfrequenz entspricht. Dies ist dann der Empfangs-Betriebszustand. Zusätzlich sind die Empfangs-/Korrekturspulenelemente CTX jeweils noch mit einer Empfangsschaltungsanordnung 28 ausgestattet, bei der – wie bereits eingangs beschrieben – wie in üblichen Empfangsspulen mittels eines Vorverstärkers 26, der einseitig über ein kapazitives Element 27 an die Leiterschleife 31 angeschlossen ist, über eines der kapazitiven Elemente 32 in der Leiterschleife 31 das empfangene Magnetresonanzsignal abgegriffen wird.
7 zeigt hier wieder analog zu 4 ein Ausführungsbeispiel mit diskreten unterschiedlichen Schaltzuständen, d. h. genau vordefinierten diskreten Eigenresonanzfrequenzen für verschiedene HF-Korrektur-Betriebszustände bzw. zur Einstellung des Empfangs-Betriebszustands. 8 zeigt dagegen analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 eine Teilschaltungsanordnung 30a, mit der die Eigenresonanzfrequenz des Spulenelements CTX über einen bestimmten Bereich kontinuierlich verstimmbar ist, wobei der Empfangs-Betriebszustand innerhalb des von der Teilschaltungsanordnung 30a erreichbaren Eigenresonanzfrequenzbereichs liegt.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich auch möglich ist, sämtliche HF-Empfangsspulenelemente als HF-Korrekturspulenelemente auszustatten, um so insgesamt Spulenelemente einzusparen. Andererseits hat eine funktionelle Trennung der Empfangsspulenelemente und der HF-Korrekturspulenelemente folgende
Vorteile:
Zum einen können der Aufbau und die Anpassung der HF-Empfangsspulenelemente unabhängig von den Anforderungen an die mitschwingenden HF-Korrekturspulenelemente erfolgen. Für die HF-Empfangsspulenelemente können dann kostengünstigere und kleinere Bauteile (Kondensatoren, Dioden, Spulen etc.) mit geringeren Verlusten verwendet werden, da diese nicht unbedingt die gleiche Leistungsfestigkeit aufweisen müssen, wie bei den mitschwingenden HF-Korrekturspulenelementen.
Zum anderen können die mitschwingenden HF-Korrekturspulenelemente dann so gestaltet werden, dass deren Feldstruktur die B₁-Verzerrungen optimal kompensiert. Dieses Design ist dann unabhängig von den HF-Empfangsspulenelementen, welche eher unter den Gesichtspunkten eines optimalen Signal-/Rauschverhältnisses und einer Nutzung zur parallelen Bildgebung entwickelt werden (d.h. nahe am Patienten, viele Elemente in typischen Phasenkodierrichtungen).
Weiterhin ist es auch möglich, die Empfangsspulenelemente zusätzlich als Sendespulenelemente einzusetzen und mit einer Schaltungsanordnung zu versehen, die ein aktives Aussenden eines B₁-Felds erlaubt.
9 zeigt abschließend eine schematische Darstellung einer Magnetresonanztomographieeinrichtung (im Folgenden auch MR-System) 1, in der eine erfindungsgemäße Brustspule 20 eingesetzt werden kann.
Kernstück dieser Magnetresonanztomographieeinrichtung 1 ist ein handelsüblicher Tomograph 2, auch Scanner 2 genannt, in welchem eine Patientin auf einer Patientenliege 4 innerhalb eines zylindrischen Messraums (Patiententunnel) 3 positioniert ist und dabei auf einer Brustspule 20 liegt, so dass die Brüste in den Brustausnehmungen 22 aufgenommen sind. Der Patiententunnel 3 ist von einer HF-Sendeantennenanordnung 6 umgeben, beispielsweise einer eingangs beschriebenen Birdcage-Antenne, zur Aussendung des B₁-Felds. Dieses B₁-Feld ist um die z-Richtung, die hier wieder der Längsrichtung des Patiententunnel 3 entspricht, zirkular polarisiert oder elliptisch polarisiert. Außerhalb der HF-Sendeantennenanordnung 6 befindet sich in üblicher Weise ein Magnetspulensystem 5, bestehend aus einem Grundfeldmagneten und mehreren Gradientenspulen, um das Gradienten-Magnetfeld in der gewünschten Weise anzulegen.
Angesteuert werden der Scanner 2 sowie die Patientenliege 4 durch eine Steuereinrichtung 10. Hierbei kann es sich um einen üblichen zentralen Steuerrechner 10 handeln. Dieser ist mit einer entsprechenden Steuerschnittstelle 12 sowie einer Messsteuereinheit 11 ausgestattet. Diese Messsteuereinheit 11 steuert den Scanner 2 gemäß einem vorgegebenen Messprotokoll zur Durchführung einer Messung an.
Die Steuerschnittstelle 12 ist hier nur als ein Block dargestellt. Es ist aber klar, dass diese Schnittstelle 12 in der Realität aus einer Vielzahl von einzelnen Schnittstellen besteht. Hierzu gehören z. B. Schnittstellen zur Ansteuerung des Gradientensystems, eines Hochfrequenzsendesystems zur Aussendung der Hochfrequenzpulse etc. Weiterhin umfasst diese Steuerschnittstelle 11 auch eine Schnittstelle, um Steuersignale an die Patientenliege 4 zu übergeben.
Die vom Scanner 2 akquirierten Magnetresonanzsignale MS (im Folgenden auch „Rohdaten“ genannt) werden über eine Empfangsschnittstelle 13 vom Steuerrechner 10 übernommen. Auch diese Empfangsschnittstelle 13 kann aus mehreren Teilschnittstellen bestehen. Die Rohdaten MS werden dann an die Rekonstruktionseinrichtung 14 übergeben, welche daraus in der üblichen Weise durch eine Fouriertransformation Bilddaten rekonstruiert, die dann beispielsweise auf einem Bildschirm eines Terminals 7 vor Ort angezeigt und/oder in einem Speicher 17 hinterlegt und/oder über eine Netzwerkschnittstelle 16 an einen Datenbus 8 übergeben werden, über den das MR-System 1 mit anderen Einrichtungen innerhalb eines Netzwerks verbunden ist, um beispielsweise Messdaten oder fertig rekonstruierte Bilddaten auf großen Massenspeichern zu hinterlegen oder an Befundungsstationen oder dergleichen zu übersenden.
Die Ansteuerung des gesamten MR-Systems 1 durch einen Bediener erfolgt über das Terminal 7, welches über eine Terminalschnittstelle 15 mit der zentralen Steuereinheit 10 verbunden ist. Mit Hilfe dieses Terminals 7 und einer dort realisierten Benutzerschnittstelle ist es beispielsweise möglich, dass der Bediener ein Messprotokoll aus einem Speicher 17 auswählt, ggf. anpasst und dafür sorgt, dass die Messsteuereinheit 11 auf Basis dieses Protokolls entsprechende Steuersignale über die Steuerschnittstelle 12 an den Scanner 2 ausgibt, so dass die Messung durchgeführt werden kann.
Außerdem können die zentrale Steuereinrichtung 10 sowie der Scanner 2 eine Vielzahl von weiteren Komponenten aufweisen, die eine Magnetresonanztomographieeinrichtung 1 üblicherweise aufweist. All diese Komponenten sowie die grundsätzliche Funktionsweise derartiger bildgebender Systeme sind dem Fachmann aber bekannt und brauchen daher hier nicht näher erläutert zu werden.
Erfindungsgemäß weist die Magnetresonanztomographieeinrichtung 1 hier zusätzlich eine Korrektursignalerzeugungseinrichtung 18 auf, welche auf dem zentralen Steuerrechner 10 realisiert ist. Diese Korrektursignalerzeugungseinrichtung 18 kann B₁-Feldverteilungsdaten, die eine B₁-Feldverteilung und/oder Abweichung einer aktuellen B₁-Feldverteilung von einer gewünschten Soll-Feldverteilung repräsentieren, übernehmen und auf Basis dieser B₁-Feldverteilungsdaten ein Korrektursignal KS erzeugen. Dieses Korrektursignal KS kann ebenso wie ein Deaktivierungssignal DS über eine Korrektursteuersignal-Schnittstelle 19, beispielsweise per Steuerkabel, an die einzelnen HF-Korrekturspulenelemente der Brustspule 20 übermittelt werden, um diese, wie zuvor anhand der 4, 5, 7 und 8 erläutert, in einen bestimmten Betriebszustand zu schalten bzw. die Eigenresonanzfrequenz der Spulenelemente entsprechend abzustimmen.
Bei den B₁-Feldverteilungsdaten kann es sich beispielsweise um eine B₁-Map BM handeln, die die Korrektursignalerzeugungseinrichtung 18 z. B. von der Rekonstruktionseinrichtung 14 auf Basis empfangener Magnetresonanzsignale MS erhält. Zur Erzeugung einer solchen B₁-Map BM muss ein spezielles Magnetresonanz-Experiment gefahren werden. Hierzu sorgt die Korrektursignalerzeugungseinrichtung 18 dafür, dass die Messsteuereinheit 11 entsprechend angesteuert wird und über die Steuerschnittstelle 12 dafür sorgt, dass die passenden Pulssequenzen ausgegeben werden.
Alternativ oder zusätzlich können als B₁-Feldverteilungsdaten auch elektrische Größen EW, insbesondere Spannungsamplituden und/oder Phasen bzw. Ströme, in den einzelnen HF-Korrekturspulenelementen gemessen werden, die dort während des Aussendens eines B₁-Felds durch die Sendeantennenanordnung 6 induziert werden. Hierzu können die Kabel beispielsweise mit entsprechenden Rückleitungen ausgestattet sein. Beispielsweise kann der Abgriff solcher zusätzlicher elektrischer Größen bei den Ausführungsbeispielen der HF-Korrekturspulenelemente, die als Empfangsspulenelemente eingesetzt werden, wie in den 7 und 8 über Vorverstärker 26 erfolgen, die in diesem Fall entsprechend mit einem Umschalter versehen sein müssen, um die Daten zurückzuleiten. Ggf. ist es aber auch möglich, direkt über die Leitung für die Magnetresonanzsignale MS diese Signale vor der Empfangsschnittstelle oder auch in der Empfangsschnittstelle abzugreifen (in 9 ist dieser Weg gestrichelt dargestellt).
Die Korrektursignalerzeugungseinrichtung 18 ist hier so ausgebildet, dass die „richtigen“ Korrektursteuersignale KS in einem Justagevorgang ermittelt werden, indem beispielsweise als B₁-Feldverteilungsdaten die B₁-Map MB oder die elektrischen Größen EW überprüft werden. Wird darauf basierend festgestellt, dass das B₁-Feld nicht ausreichend homogen ist, erfolgt ein erneuter Test mit einem anderen Korrekturschaltzustand der HF-Korrekturspulenelemente. Dieses Verfahren wird so lange durchgeführt, bis eine ausreichende Homogenisierung erreicht ist. Wie bereits oben erläutert, können dabei nach und nach einfach verschiedenste Einstellungen ausprobiert oder auch ein intelligentes, beispielsweise iteratives Verfahren eingesetzt werden.
Während einer nachfolgenden Nutzmessung werden dann bei der Aussendung des B₁-Felds durch die HF-Sendeantennenanordnung 6 die ermittelten Korrektursteuersignale KS an die HF-Korrekturspulenelemente ausgegeben, so dass diese in der gewünschten Weise konstruktiv oder destruktiv mitschwingen und für eine Homogenisierung sorgen. Wenn anschließend die induzierten Magnetresonanzsignal aus dem Brustgewebe akquiriert werden sollen, werden die einzelnen HF-Korrekturspulenelemente mit Hilfe des Deaktivierungssignals DS deaktiviert oder im Falle eines kombinierten Empfangs-Korrekturspulenelements das betreffende Spulenelement auf Empfang geschaltet.
Die Korrektursignalerzeugungseinrichtung 18 ist ebenfalls vom Bediener über das Terminal 7 ansteuerbar, beispielsweise um einen Justageprozess zu starten und um eventuell individuell auf die Ansteuerung der HF-Korrekturspulenelemente Einfluss zu nehmen.
Die zentrale Steuereinrichtung 10 muss nicht notwendigerweise, wie hier dargestellt, als eine integrale Einheit aufgebaut sein, sondern kann auch aus vielen separaten Einheiten gebildet sein, welche in geeigneter Weise untereinander vernetzt sind. Eine Vielzahl der Komponenten kann auch in Form von Software auf geeigneten Mikrocontrollern realisiert sein. Dies gilt insbesondere für die Messsteuereinheit 11, die Korrektursignalerzeugungseinrichtung 19 und die Rekonstruktionseinheit 14 bzw. deren Untermodule. Sie können ggf. gemeinsam mit weiteren Komponenten auf einem oder mehreren Rechnereinheiten (z. B. Microcontrollern), die zur Steuereinrichtung 10 gehören, realisiert sein.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend dargestellten Brustspulen, der Magnetresonanztomographieeinrichtung 1 sowie bei dem detailliert beschriebenen Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann das MR-System auch anders als in den Ausführungsbeispielen aufgebaut sein, beispielsweise mit einem seitlich offenen Messraum. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Außerdem können „Einheiten“ und „Module“ ebenso wie „Einrichtungen“ aus einer oder mehreren, auch räumlich verteilt angeordneten Komponenten bestehen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanztomographieeinrichtung
2: Tomograph/Scanner
3: Messraum/Patiententunnel
4: Patientenliege
5: Magnetspulensystem
6: HF-Sendeantennenanordnung
7: Terminal
8: Datenbus
10: Steuereinrichtung
11: Messsteuereinheit
12: Steuerschnittstelle
13: Empfangsschnittstelle
14: Rekonstruktionseinrichtung
15: Terminalschnittstelle
16: Netzwerkschnittstelle
17: Speicher
18: Korrektursignalerzeugungseinrichtung
19: Korrektursteuersignal-Schnittstelle
20: Brustspule
21: Gehäuse
22: Brustausnehmungen
23: Gehäusewandung
25: Anlagefläche
26: Vorverstärker
27: kapazitives Element
28: Empfangsschaltungsanordnung
30, 30’: Schaltungsanordnung
30a, 30a': Teilschaltungsanordnung
30b: Teilschaltungsanordnung
31: Leiterschleife
32: kapazitives Element/Kondensator
33: Schalter
34: kapazitives Element
35: Kapazitätsdiode
36: Spannungsquelle
37: Drossel
38: schaltbare Diode
39: induktives Element
40: Drossel
41: Spannungsquelle
B: Brustspule
P: Patientin
WA: Bereich mit schwächerer B₁-Amplitude
SA: Bereich mit stärkerer B₁-Amplitude
FN: Normalenvektor
MS: Magnetresonanzsignal
DS: Deaktivierungssignal
KS: Korrektursignal
BM: B₁-Feldverteilungsdaten/B₁-Map
EW: B₁-Feldverteilungsdaten/elektrische Größen
TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀: Empfangsspulenelemente
CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈: HF-Korrekturspulenelemente
CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄: Empfangs-/Korrekturspulenelement
x, y z,: Richtungen

Claims

Brustspule (20) für eine Magnetresonanztomographieeinrichtung (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen weiblicher Brüste, mit einem Spulengehäuse (21) mit einer Brustausnehmung (22) zur Aufnahme einer Brust und mit einer Anzahl von Spulenelementen (TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀, CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Spulenelemente (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) ein HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) bildet und hierzu eine Schaltungsanordnung (30, 30’) aufweist, um das HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) zwischen einem HF-Korrektur-Betriebszustand und einem weiteren Betriebszustand umzuschalten, wobei das HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) so ausgebildet ist, dass es im HF-Korrektur-Betriebszustand passiv mit einem von einer Sendeantennenanordnung (6) der Magnetresonanztomographieeinrichtung (1) ausgesendeten B₁-Feld mitschwingt und die lokale B₁-Feldverteilung während einer Magnetresonanzaufnahme beeinflusst.
Brustspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der HF-Korrekturspulenelemente (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) in einen Empfangs-Betriebszustand schaltbar ist, um ein Magnetresonanzsignal (MS) zu empfangen und an eine Weiterverarbeitungseinheit (13) zu übergeben.
Brustspule nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Spulenelementanordnung, die eine Anzahl an Empfangsspulenelementen (TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀), um ein Magnetresonanzsignal (MS) zu empfangen und an eine Weiterverarbeitungseinheit (13) zu übergeben, sowie eine Anzahl von separaten HF-Korrekturspulenelementen (CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) umfasst, welche nicht in einen Empfangs-Betriebszustand umschaltbar sind.
Brustspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) zumindest eines HF-Korrekturspulenelements (CTX, CC) so ausgebildet ist, dass das HF-Korrekturspulenelement (CTX, CC) zwischen mehreren diskreten HF-Korrektur-Betriebszuständen umschaltbar ist.
Brustspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) zumindest eines HF-Korrekturspulenelements (CTX, CC) so ausgebildet ist, dass das HF-Korrekturspulenelement (CTX, CC) kontinuierlich zwischen verschiedenen HF-Korrektur-Betriebszuständen umschaltbar ist.
Brustspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein HF-Korrekturspulenelement (CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC₁, CC₂, CC₅, CC₆) so ausgebildet und angeordnet ist, dass es im Wesentlichen ein B₁-Feld erfasst, welches in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Öffnungsfläche der Brustausnehmung (22) verlaufenden Richtung (y) polarisiert ist.
Brustspule nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das HF-Korrekturspulenelement (CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC₁, CC₂, CC₅, CC₆) eine Leiterschleife aufweist, die im Wesentlichen zirkular um eine Öffnung einer Brustausnehmung (22) verläuft.
Brustspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein HF-Korrekturspulenelement (CC₃, CC₄, CC₇, CC₈) so ausgebildet und angeordnet ist, dass es im Wesentlichen ein B₁-Feld erfasst, welches in einer im Wesentlichen parallel zu einer Öffnungsfläche der Brustausnehmung (22) und senkrecht zu einer Längsachse eines Patientenkörpers verlaufenden Richtung (x) polarisiert ist.
Brustspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das HF-Korrekturspulenelement (CC₃, CC₄, CC₇, CC₈) eine Leiterschleife aufweist, die im Wesentlichen seitlich neben einer der Brustausnehmungen (22) so verläuft, dass eine Flächennormale (FN) einer von der Leiterschleife umschlossenen Antennenfläche im Wesentlichen parallel zu der Öffnungsfläche der Brustausnehmung und senkrecht zur Längsachse des Patientenkörpers verlaufenden Richtung (x) liegt.
Brustspule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein HF-Korrekturspulenelement (CTX) eine Schnittstelle (28) zur Messung einer am HF-Korrekturspulenelement (CTX) während eines HF-Korrektur-Betriebszustands anliegenden elektrischen Größe (EW) aufweist.
Magnetresonanztomographieeinrichtung (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen einer weiblichen Brust, mit einer Brustspule (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Magnetresonanztomographieeinrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Korrektursignalerzeugungseinrichtung (18), welche ausgebildet ist, um auf Basis von B₁-Feldverteilungsdaten (BM, EW), welche eine B₁-Feldverteilung und/oder Abweichung einer aktuellen B₁-Feldverteilung von einer Soll-B₁-Feldverteilung repräsentieren, ein Korrektursteuersignal (KS) für ein HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) zu generieren, und eine Korrektursteuersignal-Schnittstelle (19) zur Ausgabe des Korrektursteuersignals (KS) an ein HF-Korrekturspulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈).
Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen einer Brust in einer Magnetresonanztomographieeinrichtung (1), umfassend eine Sendeantennenanordnung (6) und eine Brustspule (20) mit einem Spulengehäuse (21) mit einer Brustausnehmung (22) zur Aufnahme einer Brust und mit einer Anzahl von Spulenelementen (TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀, CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈), wobei für eine Akquisition von Magnetresonanzsignalen (MS) mittels der Sendeantennenanordnung (6) ein B₁-Feld ausgesendet wird und in Folge des B₁-Felds in der Brust angeregte Magnetresonanzsignale (MS) mit einem Spulenelement (TX₁, TX₂, TX₃, ..., TX₁₀, CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄) der Brustspule (20) empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Aussendung des B₁-Felds ein Spulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) der Brustspule (20) in einen HF-Korrektur-Betriebszustand geschaltet wird, so dass das Spulenelement (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) passiv mit dem B₁-Feld mitschwingt und die lokale B₁-Feldverteilung beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Justagevorgang B₁-Feldverteilungsdaten (BM, EW) erfasst werden, welche eine B₁-Feldverteilung und/oder Abweichung einer aktuellen B₁-Feldverteilung von einer Soll-B₁-Feldverteilung repräsentieren, und darauf basierend eine Ansteuerung des HF-Korrekturspulenelements (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) während einer Magnetresonanz-Nutzmessung erfolgt.
Verfahren (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des HF-Korrekturspulenelements (CTX, CTX₁, CTX₂, CTX₃, CTX₄, CC, CC₁, CC₂, ..., CC₈) während einer Magnetresonanz-Nutzmessung variiert wird.