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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einer
PET-Einheit zur Erfassung von Positronen-Emissions-Tomographie-Daten und
einer Gradientenspule, wobei die PET-Einheit ein Tragrohr umfasst, auf dem
wenigstens ein PET-Detektor
angeordnet ist und das Tragrohr innerhalb der Gradientenspule angeordnet
ist.
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Neben
der Magnetresonanztomographie (MR) findet in den letzten Jahren
auch die Positronenemissionstomographie (PET) zunehmend weitere
Verbreitung in der medizinischen Diagnose. Während es sich bei der MR um
ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen und Schnittbildern im
Inneren des Körpers
handelt, ermöglicht
die PET eine Visualisierung und Quantifizierung von Stoffwechselaktivitäten in-vivo.
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Die
PET nutzt die besonderen Eigenschaften der Positronenstrahler und
der Positronen-Annihilation aus, um quantitativ die Funktion von
Organen oder Zellbereichen zu bestimmen. Dem Patienten werden dabei
vor der Untersuchung entsprechende Radiopharmaka verabreicht, die
mit Radionukliden markiert sind. Die Radionuklide senden beim Zerfall Positronen
aus, die nach kurzer Distanz mit einem Elektron in Wechselwirkung
treten, wodurch eine so genannte Annihilation eintritt. Dabei entstehen
zwei Gamma-Quanten, die in entgegengesetzter Richtung (um 180° versetzt)
auseinander fliegen. Die Gamma-Quanten werden von zwei gegenüberliegenden PET-Detektormodulen
innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfasst (Koinzidenz-Messung), wodurch der
Ort der Annihilation auf eine Position auf der Verbindungslinie
zwischen diesen beiden Detektormodulen bestimmt wird.
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Zum
Nachweis muss das Detektormodul bei der PET im Allgemeinen einen
Großteil
der Gantry-Bogenlänge
bedecken. Es ist in Detektorelemente von wenigen Millimetern Seitenlänge unter teilt.
Jedes Detektorelement generiert bei Detektion eines Gamma-Quants
eine Ereignisaufzeichnung, die die Zeit sowie den Nachweisort, d.
h. das entsprechende Detektorelement angibt. Diese Informationen
werden an eine schnelle Logik übermittelt
und verglichen. Fallen zwei Ereignisse in einem zeitlichen Maximalabstand
zusammen, so wird von einem Gamma-Zerfallsprozess auf der Verbindungslinie
zwischen den beiden zugehörigen
Detektorelementen ausgegangen. Die Rekonstruktion des PET-Bildes
erfolgt mit einem Tomografiealgorithmus, der sog. Rückprojektion.
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Es
ist vorteilhaft, MR- und PET-Untersuchungen gleichzeitig innerhalb
eines Gerätes
zu ermöglichen.
In diesem Fall lassen sich sowohl morphologische MR-Daten, als auch
PET-Daten innerhalb eines Messdurchgangs ermitteln. Dazu ist es
erforderlich, die PET-Detektoren innerhalb des MR-Geräts anzuordnen,
so dass die Abbildungsvolumina idealerweise zusammenfallen. Beispielsweise
können
die PET-Detektoren auf einer innerhalb des MR-Gerätes befindlichen
Tragstruktur (Tragrohr, Gantry) angeordnet sein. Dies können beispielsweise
60 Detektoren in ringförmiger
Anordnung auf dem Tragrohr sein. Für jeden der Detektoren, die
auch zu Detektorblöcken zusammengefasst
sein können,
sind ein Kühlungsanschluss
und elektrische Zuleitungen erforderlich. Diese sind ebenfalls im
MR-Gerät
anzuordnen. Zusätzlich
ist eine Anzahl von Signalverarbeitungseinheiten erforderlich, die
ebenfalls im MR-Gerät
angeordnet sind. Diese sind über
die elektrischen Zuleitungen mit den Detektoren verbunden und dienen
zur Signalverarbeitung.
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Sowohl
an den PET-Detektoren, als auch an den Signalverarbeitungseinheiten
sind häufige
Wartungseingriffe erforderlich. Dabei müssen die betroffenen Einheiten
und Detektoren unter Umständen ausgetauscht
werden oder zu Reparaturzwecken entfernbar und zugänglich sein.
Bei derartigen Wartungsarbeiten sollte ein Einfluss auf das übrige Gerät besondere
auf die nicht betroffenen PET-Detektoren und Signalverarbeitungseinheiten
weitestgehend vermieden werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetresonanzgerät mit einer
PET-Einheit bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise Wartungseingriffe
an der PET-Einheit vorgenommen werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Magnetresonanzgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
Magnetresonanzgerät
gemäß einer Ausführung der
Erfindung umfasst eine PET-Einheit zur Erfassung von Magnetresonanzdaten
und Positronen-Emissions-Tomographie-Daten. Weiter umfasst es einen
Magneten und eine Gradientenspule, wobei die PET-Einheit ein Tragrohr
umfasst, auf dem wenigstens ein PET-Detektor angeordnet ist und das Tragrohr
innerhalb der Gradientenspule angeordnet ist. Das Tragrohr ist innerhalb
des Magnetresonanzgeräts
derart verschiebbar gelagert, dass durch Verschiebung ein Zugang
zu dem PET-Detektor ermöglicht
wird. Durch die verschiebbare Lagerung des Tragrohrs wird eine Wartung
PET-Detektors ermöglicht,
ohne dass Magnetresonanzgerät
zerlegt werden muss. Insbesondere lässt sich dadurch die notwendige
Wartungszeit reduzieren und die Reproduzierbarkeit erhöhen. Aufwändige Kalibrierung
ein nach einer Wartung lassen sich weit an gehend vermeiden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der
Gradientenspule und dem Tragrohr wenigstens ein Gleitlager angeordnet.
Das vorgesehene Lager ist eine einfache Realisierung der Verschiebung
des Tragrohrs. Gleichzeitig wird bei der Verschiebung eine Führung des
Tragrohrs realisiert, so dass nach der Wartung das Tragrohr wieder
in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
Dadurch ist sichergestellt, dass die gewarteten PET-Detektoren wieder
an ihre ursprüngliche
Position gelangen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Magnetresonanzgerät eine Gleitschiene,
die über
ein Stützelement
mit einem, das Magnetresonanzgerät
bei Verschie bung verlassenden Ende des Tragrohrs verbunden ist.
Hierdurch ist eine zusätzliche
Führung
des Tragrohrs während der
Verschiebung realisiert. Insbesondere werden die Abstützung die
auf das innerhalb des Magnetresonanzgeräts befindlichen Lager wirkenden
Kräfte reduziert.
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Vorteilhaft
ist eine Ausgestaltung der Erfindung der Art, dass die Laufschiene
eine Verbindstelle zur Aufnahme einer Verlängerung aufweist, in die das Stützelement
bei Verschiebung des Tragrohrs überführbar ist.
Dadurch lässt
sich den auf Schiene vergleichsweise kurz ausführen, so dass sie im Betriebsteil
vollständig
innerhalb des Magnetresonanzgeräts liegt.
Nur im Wartungsfall wird das Magnetresonanzgerät geöffnet, die Verlängerung
angebracht und das Tragrohr durch Verschiebung wenigstens teilweise aus
dem Magnetresonanzgerät
entfernt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Magnetresonanzgerät wenigstens
eine, auf dem Tragrohr angeordnete Verarbeitungseinheit für PET-Signale,
die am, das Magnetresonanzgerät
bei Verschiebung verlassenden Ende des Tragrohr angeordnet ist.
Vorzugsweise ist Verarbeitungseinheit nicht innerhalb des Magneten
und der Gradientenspule angeordnet, so dass bei der Wahl der Bauform
weniger Anforderungen bezüglich einer
möglichst
kleinen Ausführung
gestellt werden müssen.
Innerhalb der Gradientenspule befindliche Teile des Magnetresonanzgeräts sind
klein auszuführen,
um den Durchmesser der Patienten Öffnung zu maximieren.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Magnetresonanzgerät eine, wenigstens zwei Verkleidungsteile
umfassende Verkleidung, wobei die Verkleidungsteile lösbar miteinander
verbunden und derart ausgebildet sind, dass bei Entfernen eines
ersten Verkleidungsteils eine Verschiebung des Tragrohrs ermöglicht wird.
Durch das entfernbare Verkleidungsteil lassen sich am Ende des Tragrohrs
befindliche Elemente, wie die Erarbeitungseinheit und die Laufschiene
im Betriebszustand des Magnetresonanzgeräts verber gen. Im Wartungsfall
lässt sich
das Verkleidungsteil leicht entfernen, und das Tragrohr aus dem
Magnetresonanzgerät
herausschieben.
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Vorteilhaft
ist eine Ausführung
der Erfindung derart, dass zwischen dem Tragrohr und der Gradientenspule
eine Anregungsspule derart angeordnet ist, dass sie mit dem Tragrohr
verschiebbar ist.
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Magnetresonanzgerät nach Anspruch
1, bei dem auf der Innenseite des Tragrohrs eine Schirmung für Hochfrequenzstrahlung
derart angeordnet ist, dass sie mit dem Tragrohr verschiebbar ist.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines MR-PET-Kombigeräts,
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2 eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung in betriebsbereitem Zustand,
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3 die
Ausführungsform
der Erfindung während
eines Wartungseinsatzes und
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4 eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
Ausführungsbeispiele
der Erfindung lassen sich bevorzugt auf einem kombinierten MR-PET-Gerät verwenden.
Ein kombiniertes Gerät hat
den Vorteil, dass sowohl MR- als auch PET-Daten isozentrisch gewonnen
werden können.
Dies ermöglicht,
das Untersuchungsvolumen innerhalb der interessierenden Region mit
den Daten der ersten Modalität
(PET) genau zu definieren und diese Informationen in der weiteren
Modalität
(z. B. Magnetresonanz) zu nutzen. Eine Übertragung der Volumeninformation der
interessierenden Region von einem externen PET- auf ein MR-Gerät ist zwar
möglich,
jedoch ist ein erhöhter
Aufwand für
die Registrierung der Daten gegeben. Im Allgemeinen lassen sich
an der auf dem PET-Datensatz ausgewählten interessierenden Region
sämtliche
mit Magnetresonanz oder sonstigen bildgebenden Verfahren bestimmbaren
Daten ermitteln. Beispielsweise können statt der Spektroskopiedaten
auch fMR-Daten,
Diffusions-Karten, T1 oder T2 gewichtete Bilder oder quantitative
Parameter-Karten mittels Magnetresonanzuntersuchungen in der interessierenden
Region gewonnen werden. Ebenfalls können Methoden der Computertomographie
(z. B. Perfusionsmessung, Mehrfachenergiebildgebung) oder Röntgen eingesetzt
werden. Vorteilhaft an dem beschriebenen Verfahren ist jeweils,
dass sich die interessierende Region mittels des PET-Datensatzes
sehr gezielt auf eine spezifisch vorliegende Pathologie des Patienten
einengen lässt.
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Ergänzend ist
jedoch auch möglich,
durch Verwendung mehrerer so genannter Tracer verschiedene biologische
Eigenschaften im PET-Datensatz darzustellen und so die interessierende
Region und das dadurch festgelegte Volumen noch weiter zu optimieren
oder mehrere verschiedene Untersuchungsvolumina auf einmal auszuwählen, die
dann in nachfolgenden Untersuchungen analysiert werden.
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Die 1 zeigt
eine bekannte Vorrichtung 1 zur überlagerten MR- und PET-Bilddarstellung.
Die Vorrichtung 1 besteht aus einer bekannten MR-Röhre 2.
Die MR-Röhre 2 definiert
eine Längsrichtung
z, die sich orthogonal zur Zeichnungsebene der 1 erstreckt.
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Wie
dies in der 1 gezeigt ist, sind koaxial innerhalb
der MR-Röhre 2 mehrere,
um die Längsrichtung
z paarweise gegenüberliegend
angeordnete PET-Detektionseinheiten 3 angeordnet. Die PET-Detektionseinheiten 3 bestehen
vorzugsweise aus einem APD-Fotodiodenarray 5 mit einem
vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 und einer elektrischen
Verstärkerschaltung
(AMP) 6. Die Erfindung ist aber nicht auf die PET-Detektionseinheiten 3 mit
dem APD-Fotodiodenarray 5 und dem vorge schalteten Array
aus LSO-Kristallen 4 beschränkt, sondern zur Detektion
können
gleichsam auch anders geartete Fotodioden, Kristalle und Vorrichtungen
verwendet werden.
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Die
Bildverarbeitung zur überlagerten
MR- und PET-Bilddarstellung erfolgt durch einen Rechner 7.
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Entlang
ihrer Längsrichtung
z definiert die MR-Röhre 2 ein
zylindrisches, erstes Gesichtsfeld. Die Vielzahl der PET-Detektionseinheiten 3 definiert entlang
der Längsrichtung
z ein zylindrisches, zweites Gesichtsfeld. Erfindungsgemäß stimmt
das zweite Gesichtsfeld der PET-Detektionseinheiten 3 im wesentlichem
mit dem ersten Gesichtsfeld der MR-Röhre 2 überein.
Realisiert wird dies durch eine entsprechende Anpassung der Anordnungsdichte der
PET-Detektionseinheiten 3 entlang der Längsrichtung z.
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In 2 ist
schematisch ein Schnitt durch ein MR-Gerät 201 dargestellt.
Es besteht aus einer tubusförmigen
Verkleidung 203, die mittig eine Patientenöffnung 205 aufweist.
Zu Untersuchungszwecken ist eine Patientenliege 207 in
die Patientenöffnung 205 einführbar. Die
Patientenliege 207 ist hier nur abschnittsweise dargestellt.
Innerhalb der Verkleidung ist ein ringförmiger Magnet 209 angeordnet. Innerhalb
des Magneten 209 eine Gradientenspule 211 angeordnet.
Innerhalb der Gradientenspule 211 ist ein Tragrohr 213 angeordnet.
Auf dem Tragrohr 213 befinden sich Vertiefungen 215,
in die PET-Detektoren 217 eingesetzt
sind. Am Ende des Tragrohrs 213 befinden sich Signalverarbeitungseinheiten 219, die über elektrische
Leitungen 221 mit den PET-Detektoren 217 verbunden
sind.
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Ebenfalls
kann eine Kühlung
der PET-Detektoren 217 vorgesehen werden, die aus Gründen der Übersichtlichkeit
hier nicht dargestellt ist. Kühlleitungen
könnten
nahe der Signalverarbeitungseinheiten 219 angeordnet sein.
Kühlleitungen
würden
beispielsweise parallel zu den elektrischen Leitungen 221 angeordnet
sein.
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Das
Tragrohr 213 umfasst ebenfalls die Elektronik der für ein MR-Gerät typischen
Anregungsspule, die hier nicht dargestellte ist. Die Ausführung einer integrierten
Anregungsspule innerhalb des Tragrohrs 213 für die PET-Detektoren 217 bietet
insbesondere den Vorteil einer kompakten Bauform.
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Zwischen
dem Tragrohr 213 und der Gradientenspule 211 sind
mehrere Lager 222 angeordnet. Entlang des Umfangs des Tragrohrs 213 können mehrere
Lager 222 vorgesehen sein. Die Lager können beispielsweise als Gleit-
oder Rolllager ausgeführt
sein. Andere Lagerarten sind ebenfalls möglich. Das Tragrohr 213 ist
nicht fest mit der Gradientenspule 211 und auch nicht fest
mit der Verkleidung 203 verbunden, so dass es in horizontaler
Richtung relativ zur Gradientenspule 211 verschiebbar ist.
Zur Wahrung der Lage des Tragrohrs 213 ist ein Stützelement 225 vorgesehen,
das mit einem Ring 227 verbunden ist. Der Ring 227 ist
wiederum mit dem Tragrohr 213 verbunden, so dass das Tragrohr 213 durch
das Stützelement 225 gestützt wird.
Das Stützelement 225 umfasst
am unteren Ende eine Gleiteinheit 229, die in einer Gleitschiene 231 in
horizontaler Richtung bewegbar ist. Die Gleitschiene 231, die
Gleiteinheit 229 und der Ring 227 sind innerhalb der
Verkleidung 203 angeordnet.
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In 3 ist
das MR-Gerät 201 in
geöffneter Form
dargestellt. Die Verkleidung 203 ist zweiteilig ausgeführt. Ein
erstes Verkleidungsteil 203a beinhaltet den Magneten 209 und
die Gradientenspule 211. Ein zweites Verkleidungsteil 203b ist
entfernbar und hier in entferntem Zustand dargestellt. Nach Entfernen
des zweiten Verkleidungsteils 203b ist es möglich, das
Tragrohr 213 aus der Gradientenspule 211 in horizontaler
Richtung herauszuziehen. Die Lager 222 und die Gleiteinheit 229 setzen
dabei an einem, das MR-Gerät 201 verlassende
Ende 232 an und dienen dabei zur Führung des Tragrohrs 213 und
zur Erleichterung der Verschiebung. An die Gleitschiene 231 ist
eine Verlängerung 233 anbringbar,
die die Gleiteinheit 229 aufnimmt, sobald sie die Gleitschiene 231 verlässt.
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Das
Tragrohr 213 ist derart weit aus dem Verkleidungsteil 203a herausziehbar,
dass ein Zugang zu den PET-Detektoren 217 ermöglicht wird. Dadurch
sind Wartungsarbeiten an den PET-Detektoren 217,
den elektrischen Leitungen 221 und den Signalverarbeitungseinheiten 219 möglich. Auch
ein Austausch der Komponenten ist möglich. Zur Verdeutlichung ist
ein PET-Detektor 217', eine elektrische
Leitung 221' und
eine Signalverarbeitungseinheit 219' in entferntem Zustand dargestellt.
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Die
Lager 222 und die Gleiteinheit 229 in Verbindung
mit der Gleitschiene 231 und der Verlängerung 233 dienen
zur Führung
des Tragrohrs 213. Nach einer Verschiebung des Tragrohrs 213 ist
eine exakte Rückführung in
die Ausgangsposition erforderlich, da die Position des Tragrohrs 213 innerhalb des
MR-Geräts 201 wichtig
ist.
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Vorteilhaft
an den Ausführungsbeispielen
der Erfindung ist, dass lediglich der zu wartende bzw. auszutauschende
PET-Detektor 217 von
seinen elektrischen und mechanischen Verbindungen getrennt werden
muss. Dadurch ist eine beschleunigte Wartung möglich und die Gefahr von Fehlern
wird vermindert. Durch die verwendeten Vertiefungen 215 bleibt
selbst bei einem Austausch die relative Position der PET-Detektoren 217 relativ
zueinander erhalten. Aufwändige
Kalibrierungen können
dadurch weitgehend vermieden werden.
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Alternativ
zur Gleitschiene 231 mit der entsprechenden Gleiteinheit 229 kann
auf eine Rolle am Stützelement 225 vorgesehen
sein. In diesem Fall könnte
die Führung
des Tragrohrs 213 über
die Lager 222 erfolgen, so dass eine Verdrehung des Tragrohrs 213 verhindert
wird. Andersartige Stützelemente 225 sind
ebenfalls denkbar.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung ist in 4 dargestellt. Hier sind die
zuvor fest installierten Lager 222 entfernbar ausgeführt. Nach dem
Einschieben des Tragrohrs 213 in die Gradientenspule 211 können in
die Lager 222 entfernt werden. Die Stützwirkung der Lager 222 gegenüber dem Tragrohr 213 wird
in dieser Ausführungsform
durch ein Stützelement 241 realisiert.
Dieses ist am Magneten 209 befestigt und stützt das
Tragrohr 213 im Fall entfernter Lager 222 gegen
den Magneten 209. Dies hat den Vorteil, dass kein direkter
physikalischer Kontakt zwischen der Gradientenspule 211 und
dem Tragrohr 213 erforderlich ist, um das Tragrohr zu 213 abzustürzen. Durch
die Gradientenspule 211 während des Betriebs erzeugte
Vibrationen werden daher nur über
die Luft durch den Spalt zwischen der Gradientenspule 211 und
dem Tragrohr 213, also in begrenzten Maß übertragen.
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Sind
die Lager 222 eingebaut, lässt sich das Tragrohr 213 analog
zu dem in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
herausziehen. Die Verbindung des Tragrohrs 213 mit dem
Stützelement 241 ist
zu diesem Zweck lösbar.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist eine separate Körperspule 243 vorgesehen
die innerhalb des Tragrohrs 213 angeordnet ist. Sie ist
mittels weiterer Stützelemente 245 auf
dem Tragrohr abgestützt.
Innerhalb der Gradientenspule 211 und es Tragrohrs 213 ist
je eine HF-Abschirmung 247 vorgesehen. Durch die Abstützung der
Körperspule 243 auf
dem Tragrohr 213 und der Anbringung der HF-Abschirmung 247 auf
dem Tragrohr 213 ändert sich
die relative Position der Körperspule 243 zu
ihrer Abschirmung 247 nach einem Wartungseinsatz an den
PET-Detektoren 217 nicht, so dass keine neue Kalibrierung
erforderlich ist.
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Diese
Ausführung
der Körperspule 243 kam auch
mit der in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsform
realisiert werden. Ebenfalls kann die dort dargestellte integrierte
Ausführung
der Körperspule
innerhalb des Tragrohrs 213 mit der hier gezeigten Ausführung der
Abstützung
durch das Stützelement 241 verwendet
werden.