DE102009008623B3

DE102009008623B3 - Verfahren und Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen

Info

Publication number: DE102009008623B3
Application number: DE102009008623A
Authority: DE
Inventors: Jan Bollenbeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: US8390292B2; CN101806873B; US20100201365A1; CN101806873A

Abstract

Eine verbesserte Magnetresonanzsignalübertragung wird ermöglicht durch eine Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen (MR1..MRN), - bei der ein erster Kanal (K1) einer Lokalspulenanordnung (6) eine erste Einzelantenne (LA1) zum Empfang eines ersten Magnetresonanzsignals (MR1) sowie einen mit der ersten Einzelantenne (LA1) verbundenen ersten Frequenzkonverter (M1) aufweist, wobei der erste Frequenzkonverter (M1) mit dem ihm zugeführten ersten Magnetresonanzsignal (MR1) und einem ihm zugeführten Oszillatorsignal ("X-Kern LO") ein erstes Signal (ZF1) bildet, - bei der ein zweiter Kanal (K2) der Lokalspulenanordnung (6) eine zweite Einzelantenne (LA2) zum Empfang eines zweiten Magnetresonanzsignals (MR2) sowie einen mit der zweiten Einzelantenne (LA2) verbundenen zweiten Frequenzkonverter (M2) aufweist, wobei der zweite Frequenzkonverter (M2) aus dem ihm zugeführten zweiten Magnetresonanzsignal (MR2) und einem ihm zugeführten Oszillatorsignal ("X-Kern LO") ein zweites Signal (ZF1) bildet, - bei der die Lokalspulenanordnung (6) eine Signalzusammenfassungseinrichtung (ZF1/ZF1 DPX) aufweist, die das erste Signal (ZF1) und das zweite Signal (ZF1) an eine Übertragungsstrecke (ÜBS-1) anlegt, wobei mindestens ein Oszillatorsignal ("X-Kern LO1", "X-Kern LO2") eine Frequenz (Fig. 3: "42,5 MHz", "22,5 MHz") aufweist, die der Differenz zwischen der Frequenz eines ersten Synthesizerfrequenzsignals ("1H Synthesizersignal 115 MHZ + 135 MHz") und ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen, die mit Hilfe von Lokalspulen empfangen werden.
Eine Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen, die mit Hilfe von Lokalspulen empfangen werden, ist in der DE 10 2008 023 4671-21 beschrieben.
US 2006/0214662 A1 beschreibt Verfahren und Anordnungen zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen.
Moderne Magnetresonanzanlagen empfangen gleichzeitig eine Vielzahl von Magnetresonanzsignalen über Lokalantennen, die an den Patienten angelegt werden. Diese Lokalantennen sind Bestandteil einer so genannten Lokalspule oder ”Lokalspulenanordnung”. Die empfangenen Magnetresonanzsignale werden vorverstärkt, aus einem zentralen Bereich der Magnetresonanzanlage ausgeleitet und einem geschirmten Empfänger zugeführt, um dort zur Bildverarbeitung verwendet zu werden.
Die zur Übertragung verwendeten Verbindungsleitungen sind im Allgemeinen innerhalb einer beweglich gelagerten Patientenliege geführt und damit mehrere Meter lang. Durch die Verwendung von Verbindungsleitungen ergeben sich jedoch die nachfolgend dargestellten technischen Probleme.
Verwendete Kabel weisen im Frequenzbereich der zu übertragenden Magnetresonanzsignale Dämpfungen auf, die berücksichtigt werden müssen. Zu diesem Zweck erfolgt eine patientennahe Vorverstärkung der Magnetresonanzsignale vor der Übertragung, wobei jedoch Wärme in der Nähe des Patienten gebildet wird. Derzeit werden dämpfungsarme Kabel zur Übertragung verwendet, die jedoch einen großen Kabeldurchmessern aufweisen und entsprechend unhandlich sind.
Jede Lokalantenne bildet einen Empfangskanal, der über ein ihm zugeordnetes Verbindungskabel zur Übertragung des Magnet resonanzsignals verfügt. Durch die Vielzahl der Empfangskanäle wird ebenfalls ein unhandliches Kabelbündel gebildet, das durch die Bewegung der Patientenliege erhöhten mechanischen Belastungen auch bei den verwendeten Kabelsteckern ausgesetzt ist.
Das Problem des genannten dicken Kabelbündels wird dadurch verschärft, dass das Kabelbündel teilweise im Hochfrequenzfeld der Magnetresonanz-Sendeantenne verläuft und deshalb Mantelwellensperren enthält. Durch deren Abmessungen wiederum steigt die Kabelbündeldicke zusätzlich verstärkt an.
Bislang verwendete koaxiale Mehrfachstecker sind teuer in der Verkabelung und unhandlich in der Anwendung für das Bedienpersonal.
Bislang verwendete Vorverstärker müssen über einen großen Bereich eine hohe Linearität der Verstärkerkennlinie aufweisen, um verzerrungsarme Ausgangssignale zu bilden. Dies ist mit einem hohen Leistungsbedarf und mit großer Abwärme nahe am Patienten verbunden.
Derzeit werden breitbandige Empfänger verwendet, die nicht nur ausgehende Magnetresonanzsignale von Wasserstoff sondern auch von anderen Atomen empfangen können (auch als X-Kern-Betrieb, also Betrieb mit unterschiedlichen Kernen bezeichnet). Derartige Empfänger weisen ein Übertragungsnetzwerk auf, das Ferritkerne beinhaltet. Durch die Ferritkerne kann der Empfänger nicht in unmittelbarer Umgebung des statischen Grundfelds des Magnetresonanzgeräts betrieben werden, so dass wieder lange Verbindungswege notwendig sind, die zu den oben genannten technischen Problemen führen.
In einer Anordnung zur Übertragung von mit Hilfe von Lokalspulen empfangenen Magnetresonanzsignalen werden gemäß der DE 10 2008 023 467 A1 in einem Anwendungsbeispiel in einer Magnetresonanz-Anlage zwei Lokalspulensignale über eine Verbindungsleitung gemultiplext (Frequenzmultiplex). Die beiden Zwischenfrequenzen sind so gewählt, dass sie symmetrisch um die Abtastfrequenz des nachfolgenden Analog-Digitalwandlers zu liegen kommen.
Von Lokalspulen empfangene Magnetresonanzsignale liegen an einem Frequenzkonverter an und werden von dem Frequenzkonverter jeweils auf eine Zwischenfrequenz verschoben und mit dieser Zwischenfrequenz ausgegeben, wobei die Höhe der Zwischenfrequenz jeweils von der Frequenz eines Oszillatorsignals abhängt, welches Oszillatorsignal an dem Frequenzkonverter anliegt. Das Oszillatorsignal wird der Lokalspulenanordnung jeweils über Koaxialkabel zugeführt wird, welche Koaxialkabel ebenfalls zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen (mit einer Zwischenfrequenz) zu einer Auswerteeinrichtung verwendet werden. Auf einem Koaxialkabel können also ein oder mehrere Oszillatorsignale (zur Lokalspulenanordnung hin) und ein oder mehrere (auf je eine Zwischenfrequenz transformierte) Magnetresonanzsignale (von der Lokalspulenanordnung weg) übertragen werden.
Ein Problem tritt auf, wenn die Anordnung für den Empfang von X-Kern Signalen (Signalen unterschiedlicher angeregter Atomkerne wie z. B. 19F, 3He, 31P, 7Li, 129Xe, 23Na, 13C, 17O, 15N etc) genutzt werden soll, welche im Frequenzspektrum deutlich niedriger als RF_1H liegen. In diesen Fällen rückt zumindest eine der beiden (von jeweils einem Oszillator generierten) LO Frequenzen derart nahe an das (zur Übertragung von Nutzsignalen von Lokalspulen verwendete) Zwischenfrequenzband ZF₁, dass eine spektrale ZF/LO-Trennung in den entsprechenden Weichen aufwändig ist. In der Tabelle „X-Kern LO-Frequenzplan” (5) sind die LO- und Zwischenfrequenzen den jeweiligen X-Kernen zugeordnet. LO Frequenzen kleiner 30 MHz werden aus genanntem Grund hierbei nicht eingesetzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anordnung zur Übertragung von empfangenen Magnetresonanzsignalen anzugeben.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen,

– bei der ein erster Kanal einer Lokalspulenanordnung eine erste Einzelantenne zum Empfang eines ersten Magnetresonanzsignals sowie einen mit der ersten Einzelantenne verbundenen ersten Frequenzkonverter aufweist, wobei der erste Frequenzkonverter mit dem ihm zugeführten ersten Magnetresonanzsignal und einem ihm zugeführten Oszillatorsignal ein erstes Signal bildet,
– bei der ein zweiter Kanal der Lokalspulenanordnung eine zweite Einzelantenne zum Empfang eines zweiten Magnetresonanzsignals sowie einen mit der zweiten Einzelantenne verbundenen zweiten Frequenzkonverter aufweist, wobei der zweite Frequenzkonverter aus dem ihm zugeführten zweiten Magnetresonanzsignal und einem ihm zugeführten Oszillatorsignal ein zweites Signal bildet,
– bei der die Lokalspulenanordnung eine Signalzusammenfassungseinrichtung aufweist, die das erste Signal und das zweite Signal an eine Übertragungsstrecke anlegt, wobei mindestens ein Oszillatorsignal eine Frequenz aufweist, die der Differenz zwischen der Frequenz eines ersten Synthesizerfrequenzsignals und der Frequenz eines weiteren Synthesizerfrequenzsignals entspricht, wobei das erste genannte Synthesizerfrequenzsignal und das weitere genannte Synthesizerfrequenzsignal an der Lokalspulenanordnung anliegen.

Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen,

– bei über einen ersten Kanal einer Lokalspulenanordnung mit einer ersten Einzelantenne ein erstes Magnetresonanzsignal empfangen wird, und mit einem mit der ersten Einzelantenne verbundenen ersten Mischer aus dem zugeführten ersten Magnetresonanzsignal und einem im zuge führten Oszillatorsignal ein zwischenfrequentes erstes Signal gebildet wird,
– bei der über einen zweiten Kanal der Lokalspulenanordnung mit einer zweiten Einzelantenne ein zweites Magnetresonanzsignal empfangen wird und mit einem mit der zweiten Einzelantenne verbundenen zweiten Mischer aus dem zugeführten zweiten Magnetresonanzsignal und einem Oszillatorsignal ein zwischenfrequentes zweites Signal gebildet wird,
– eine Signalzusammenfassungseinrichtung der Lokalspulenanordnung mittels Frequenzmultiplex das zwischenfrequente erste Signal und das zwischenfrequente zweite Signal zusammenfasst und an eine Übertragungsstrecke anlegt,
– wobei mindestens eines der Oszillatorsignale mit eine Frequenz gebildet wird, die jeweils der Differenz zwischen der Frequenz eines Synthesizerfrequenzsignals der Frequenz eines weiteren Synthesizerfrequenzsignals entspricht, welche Synthesizerfrequenzsignale an der Lokalspulenanordnung anliegen.

Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 schematisch eine MRT-Ganzkörperspule und eine Lokalspulenanordnung, deren Position bestimmt wird,
2 in einer prinzipiellen Darstellung einen Empfangskonverter zur Frequenzumsetzung und Übertragung von Magnetresonanzsignalen,
3 in einer prinzipiellen Darstellung einen Zwischenfrequenzempfänger zur Verarbeitung von Magnetresonanzsignalen und einen Frequenzsynthesizer zur Synthese von Lokaloszillatorsignalen,
4 eine Tabelle mit einem X-Kern-LO-Frequenzplan,
5 eine Tabelle mit Frequenzkonstellationen bei einem X-Kern- Betrieb der Lokalspulenanordnung (im Betrieb mit einer Auswertung von MRT-Signalen von unterschiedlichen Atom-Kernen), und
6 eine graphische Darstellung eines Frequenzplanes für eine Konfiguration zum Empfang von 129Xe Magnetresonanzsignalen.
1 zeigt ein Magnetresonanzgerät MRT 1 mit einer Ganzkörperspule 2 mit einem Rohr-förmigen Raum 3 in welchen eine Patientenliege 4 mit z. B. einem Patienten 5 und einer Lokalspulenanordnung 6 in Richtung des Pfeiles z gefahren werden kann, um Aufnahmen des Patienten 5 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier ein Lokalspulenarray 6 (mit mehreren Lokalspulen und Kanälen für Signale von den Lokalspulen) aufgelegt, mit welcher in einem lokalen Bereich gute Aufnahmen ermöglicht werden, und deren Signale von einer an sich bekannten, über Koaxialkabel etc anschließbaren Auswerteeinrichtung ausgewertet (in Bilder umgesetzt usw.) werden können.
2 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung die erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung von empfangenen Magnetresonanzsignalen (MR1, MR2..MRN).
Eine Lokalspulenanordnung 6 weist beispielhaft mehrere Kanäle (Kanal K1 bis Kanal KN) auf.
Jeder Kanal K1, K2 usw. beinhaltet wiederum eine Einzelantenne LA1 bzw. LA2, einen nicht gezeigten Vorverstärker und einen Frequenzkonverter (im folgenden auch Mischer genannt) M1, M2, .., MN.
Dem ersten Kanal K1 ist eine als Loopantenne (Schleifenantenne) ausgestaltete erste Einzelantenne LA1 zugeordnet, während dem zweiten Kanal K2 eine als Loopantenne ausgestaltete zweite Einzelantenne LA2 zugeordnet ist usw.
Über die erste Einzelantenne LA1 wird ein erstes Magnetresonanzsignal MR1 empfangen, während über die zweite Einzelantenne LA2 ein zweites Magnetresonanzsignal MR2 empfangen wird.
Das empfangene erste Magnetresonanzsignal MR1 gelangt über einen nicht gezeigten, an sich bekannten Vorverstärker (”Low Noise Amplifier” etc) zu einem ersten Mischer M1.
Das empfangene zweite Magnetresonanzsignal MR2 gelangt über einen (nicht gezeigten, bekannten) Vorverstärker zu einem zweiten Mischer M2.
Am ersten Mischer M1 erfolgt mit Hilfe einer dort angeschalteten ersten Oszillatorfrequenz „X-Kern LO2” eine Frequenzumsetzung des verstärkten ersten Magnetresonanzsignals MR1 in einen ersten Zwischenfrequenzbereich ZF1. Damit wird also ein zwischenfrequentes erstes Signal ZF₁1 mit der Zwischenfrequenz ZF1 gebildet.
Am zweiten Mischer M2 erfolgt mit Hilfe einer dort angeschalteten zweiten Oszillatorfrequenz „X-Kern LO1” eine Frequenzumsetzung des verstärkten zweiten Magnetresonanzsignals MR2 in einen zweiten Zwischenfrequenzbereich ZF2. Damit wird ein zwischenfrequentes zweites Signal ZF₂1 gebildet.
Das zwischenfrequente erste Signal ZF₁1 und das zwischenfrequente zweite Signal ZF₂1 werden mit Hilfe einer Signalzusammenfassungseinrichtung in Form eines Diplexers „ZF₁1/ZF₂1 DPX” zu einem zwischenfrequenten Sendesignal „ZF₁1, ZF₂1” zusammengeführt und auf einem Koaxialkabel ÜBS-1 übertragen. Damit weist das zwischenfrequente Sendesignal „ZF₁1, ZF₂1” auf dem Koaxialkabel ÜBS-1 im Frequenzmultiplex neben einem Signalanteil des ersten Zwischenfrequenzbereichs ZF₁1 auch einen Signalanteil des zweiten Zwischenfrequenzbereichs ZF₂1 auf.
Am Mischer M3 erfolgt mit Hilfe einer dort angeschalteten ersten Oszillatorfrequenz „X-Kern LO2” eine Frequenzumsetzung des verstärkten Magnetresonanzsignals MR3 in einen Zwischenfrequenzbereich ZF1. Damit wird ein zwischenfrequentes Signal ZF₁2 gebildet.
Am Mischer M4 erfolgt mit Hilfe einer dort angeschalteten zweiten Oszillatorfrequenz „X-Kern LO1” eine Frequenzumsetzung des verstärkten Magnetresonanzsignals MR4 in einen Zwischenfrequenzbereich ZF2. Damit wird ein zwischenfrequentes Signal ZF₂2 gebildet.
Das zwischenfrequente Signal ZF₁2 und das zwischenfrequente Signal ZF₂2 werden mit Hilfe eines Diplexers „ZF₁2/ZF₂2 DPX” zu einem zwischenfrequenten Sendesignal „ZF₁2, ZF₂2” zusammengeführt und auf einem weiteren Koaxialkabel ÜBS-2 übertragen. Damit weist das zwischenfrequente Sendesignal „ZF₁2, ZF₂2” auf dem weiteren Koaxialkabel ÜBS-2 im Frequenzmultiplex neben einem Signalanteil des Zwischenfrequenzbereichs ZF₁2 auch einen Signalanteil des Zwischenfrequenzbereichs ZF₂2 auf.
Die Oszillatorsignale „X-Kern LO1”, „X-Kern LO2” werden hier aus drei Synthesizersignalen gebildet die in die Lokalspulenanordnung 6 über Koaxialkabel ÜBS-1, ÜBS-2 (also von außerhalb der Lokalspulenanordnung 6) hereinkommen. Diese drei Synthesizersignale sind die beiden Synthesizersignale „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, die beide (115 MHz und 135 MHz) über das Koaxialkabel ÜBS-2 in die Lokalspulenanordnung 6 kommen und das dritte Synthesizersignal „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”, das über das Koaxialkabel ÜBS-1 in die Lokalspulenanordnung 6 geführt wird. (Auf einem Koaxialkabel können also ein oder mehrere Oszillatorsignale (zur Lokalspulenanordnung hin) und/oder ein oder mehrere (auf je eine Zwischenfrequenz transformierte) Magnetresonanzsignale (von der Lokalspulenanordnung weg) übertragen werden.)
Mit dem Bauelement „LO Mischer” wird von den beiden Synthesizerfrequenzen „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” jeweils die dritte Synthesizerfrequenz „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” subtrahiert und die beiden mit einer Differenz der Frequenzen zweier Synthesizersignale entstandenen Oszillatorfre quenzen „X-Kern LO1” (hier 22,5 MHz = 115 MHz – 92,5 MHz), „X-Kern LO2” (hier 42,5 MHz = 135 MHz – 92,5 MHz) werden hier über ein Tiefpassfilter LO TP übertragen (um -unerwünschte Mischprodukte zu unterdrücken) zu einem Bauelement „LO Diplexer” der die Oszillatorfrequenz „X-Kern LO1” (hier 22,5 MHz) an einen Eingang der Frequenzkonverter M2, M4, MN anlegt und die Oszillatorfrequenz „X-Kern LO2” (hier 42 MHz) an einen Eingang der Frequenzkonverter M1, M3, MN-1 anlegt.
Damit können die Oszillatorfrequenzen „X-Kern LO1”, „X-Kern LO2” aus den über eine oder (hier) mehrere Übertragungsstrecken ÜBS-1, ÜBS-2 ankommenden (drei) Synthesizerfrequenz-Signalen „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” und „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” erzeugt werden.
Es werden Oszillatorfrequenzen „X-Kern LO1”, „X-Kern LO2” verwendet, die höher (hier deutlich höher) sind als die Sendesignale ZF₁2, ZF₂2, ZF₁1, ZF₂1, so dass bei einer empfangenden Auswerteeinheit (3) die Sendesignale ZF₁2, ZF₂2, ZF₁1, ZF₂1 besser z. B. mit einem Diplexfilter LO/ZF-DPF von den von dort (zur Lokalspulenanordnung hin) kommenden Synthesizerfrequenz-Signalen „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” und „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” getrennt werden können, als dies bei den Oszillatorfrequenzen „X-Kern LO1”, „X-Kern LO2” möglich wäre, die näher an möglichen Frequenzen der Sendesignale ZF₁2, ZF₂2, ZF₁1, ZF₂1 liegen können als die Synthesizerfrequenzsignale.
Erfindungsgemäß können also die X-Kern – Oszillatorsignale in einem Frequenzkonverter M1; M2..M_N durch Mischung von mehreren Synthesizersignalen (hier von „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” mit „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) erzeugt werden. Bei einer Lokalspulenanordnung 6 mit N Spulenelementen wird z. B. auf der ersten Verbindungsleitung ÜBS-1 das X-Kern-129Xe-Synthesizersignal übertragen (im folgenden wird zur Veranschaulichung das auf der Leitung geführte Oszillator-Signal auch als Synthesizerfrequenzsignal oder Synthesizersignal und das den Frequenzkonvertern M1-M_N letztend lich zugeführte Oszillator-Signal („X-Kern LO1” oder „X-Kern LO2”) als LO-Signal bezeichnet). Auf z. B. der zweiten Verbindungsleitung OBS-2 wird das 1H Synthesizersignal zur Lokalspulenanordnung 6 geführt (als Zweitonsignal, es werden also hier zwei Synthesizerfrequenzen übertragen). Die Leitungen 3 bis N/2 führen hier lediglich die jeweiligen ZF-Signale (ZF₁2, ZF₂2, ZF₁1, ZF₂1) und keine Synthesizersignale.
In der Frequenzkonvertereinheit (der Lokalspulenanordnung 6) für N Spulenelemente in 2 werden zum Beispiel für einen „129Xe-Kern”- Betrieb (Übertragung empfangener Resonanzsignale von 129Xe-Atomkernen) verwendbare Frequenzen benutzt. Die beiden Synthesizersignale werden jeweils mittels der Frequenzweichen „1H-Synthesizersignal/ZF Diplexer” und 129Xe-Synthesizersignal/ZF Diplexer spektral von ZF-Signalen (wie ZF₁2, ZF₂2) getrennt und auf den LO-Mischer „LOM” gegeben.
Für eine Frequenzkonstellation mit niedriger Zwischenfrequenz (ZF < f_LO) wird das Mischprodukt (das ein Signal mit einer Frequenz enthält, die der Differenz der Frequenz eines der 1H-Synthesizersignale „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, und des X-Kern-Synthesizersignals „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” entspricht) über einen Tiefpass „LO TP” ausgefiltert und anschließend mittels eines LO-Diplexers („LO-Diplexer”) in die Teilkomponenten „X-Kern-LO₁» und „X-Kern-LO₂» getrennt. Die Verarbeitung auf der Empfangsseite („Bodenstation”) entspricht für die Leitungen ÜBS-1 und ÜBS-2 z. B. jeweils der Anordnung nach 3.
Für die weiteren Leitungen ÜBS-3 bis „ÜBS-N/2” ist jeweils keine „Hoch-Tiefpassweiche” (wie LO TP) zur Trennung von zwischenfrequenten Sendesignalen „ZF₁2, ZF₂2” und (auf diesen Leitungen nicht übertragenen) Synthesizersignalen erforderlich.
Die Tabelle („Frequenzkonstellationen bei X-Kern Betrieb”) in 5 zeigt die Frequenzkonstellationen für einen Empfang und eine Übertragung von Magnetresonanzsignalen die von ver schiedenen X-Kernen stammen (also von unterschiedlichen Atomkernen).
Bei Empfang von MRT-Resonanzsignalen von Kernen 19F, 3He, 31P und 7Li ist eine Aufbereitung der X-Kern-LO-Signale (durch ein Oszillatorsignal das aus einer Differenz zweier eingehender Synthesizersignale gebildet wird) nicht notwendig, da jeweils die Frequenz des LO1- als auch des LO2-Signals über 30 MHz liegt. Hier wird im einfachsten Fall der LO-Mischer LOM statisch durchgeschaltet, die X-Kern Synthesizersignale also einfach durchgereicht. Ein (in 2 nicht dargestellter) 1H-Synthesizer der z. B. in einer Empfangsanordnung gemäß 3 das 1H-Synthesizersignal erzeugt welches über ÜBS-2 der Lokalspulenanordnung 6 zugeführt wird) kann abgeschaltet bleiben.
Einen Sonderfall stellt der Empfang auf der 15N Frequenz dar. Da die Empfangsfrequenz im oberen ZF-Band liegt, kann der entsprechende Mischer statisch geschaltet werden. Die untere Zwischenfrequenz ZF (mit welcher Zwischenfrequenz eines der Signale MR1..MRN übertragen wird) wird mit einem Frequenzkonverter aus zwei Synthesizerfrequenzen (z. B. durch „Mischung”) erzeugt.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die erforderlichen X-Kern Oszillatorsignale innerhalb der Frequenzkonvertereinheit durch Mischung von zwei Synthesizersignalen zu erzeugt. Die Frequenzen der beiden Synthesizersignale werden derart gewählt, dass sie einen genügend großen spektralen Abstand zu den verwendeten Zwischenfrequenzbändern aufweisen; hierdurch wird eine spektrale Trennung von LO- und ZF-Signalen (mit einem Hochpass oder Tiefpass etc) vereinfacht. Die Aufbereitung im „Satelliten” (= der Lokalspuleanordnung 6) kann rein passiv geschehen (z. B. durch Diodenmischer M1..M_N). Es entsteht daher keine zusätzliche Verlustleistung (Wärme) innerhalb des „Satelliten” (6), welcher ein Lokalspulengehäuse in Patientennähe umfassen kann.
Die resultierenden Oszillatorsignale werden pro Konvertereinheit (z. B. Lokalspulenanordnung mit N Spulenelementen) lediglich einmal erzeugt. Hierdurch werden Frequenzweichen sowohl im „Satelliten” (2) als auch in der „Bodenstation” (3), welche Signale ZF über Übertragungsstrecken ÜBS-1..ÜBS-N/2 empfangen kann) eingespart.
Die Frequenzsynthesizer in einer Bodenstation (z. B. gemäß 3) können an ein und dieselbe Frequenzreferenz angebunden werden (Phasensynchronität zum restlichen System). Als Frequenzkonverter könnte man z. B. einfache Ringdiodenmischer (z. B. MiniCircuits JMS-1) einsetzen, diese enthalten jedoch auf Ferrit gewickelte Übertrager und können daher nicht im statischen Magnetfeld der Anlage betrieben werden (Ferrit geht in Sättigung), weshalb bevorzugt eine ferritfreie Variante einzusetzten wäre -besondere Eigenschaften wären: Magnetfeld-verträglich, geringer Konversionsverlust, niedrige erforderliche LO-Leistung, keine zusätzliche dc-Leistung erforderlich. Neben einer Eingenentwicklung könnte ein kommerziell bereits verfügbares Produkt (mit Abstrichen bei Leistungsaufnahme, Rauschzahl und Größe) eventuell folgendes Analog-Devices-Bauteil AD8342 sein:
http://www.analog.com/static/importedfiles/data_sheets/AD8342.pdf
Eine Bodenstation (3) kann z. B. wie folgt über eine Übertragungsstrecke BS-1, ÜBS-2..ÜBS-N empfangene Signale auswerten:
3 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung und mit Bezug auf 1 einen erfindungsgemäßen Empfänger REC1.
Das Sendesignal SSZF-1 (= z. B. umfassend die Signale ZF11 und ZF21 aus 1) gelangt über die Übertragungsstrecke ÜBS 1 zu einem Diplexfilter ZF-DPF, mit dem das mittels des Frequenzmultiplex-Verfahrens übertragene Sendesignal SSZF in zwei zwischenfrequente Empfangssignale SSZF-1 und SSZF-2 aufgeteilt wird.
Das Diplexfilter ZF-DPF beinhaltet zu diesem Zweck einen Hochpasszweig HP und einen Tiefpasszweig TP, um gefilterte, zwischenfrequente Empfangssignale ESZF-1 und ESZF-2 zu bilden.
Zu beachten ist, dass das seitens der Lokalspulenanordnung 6 verwendete Diplexfilter und das seitens des Empfängers REC1 verwendete Diplexfilter technisch nicht exakt gleich ausgeführt sein müssen.
Das seitens der Lokalspulenanordnung 6 verwendete Diplexfilter DPF wird wie zu 2 beschrieben sinngemäß als ”Vereinigungsfilter” bzw. als ”Diplex-Combiner” eingesetzt, während das seitens des Empfängers REC1 verwendete Diplexfilter DPF sinngemäß als ”Diplex-Trennfilter” bzw. als ”Diplex-Splitter” eingesetzt wird.
Ein zwischenfrequentes erstes Empfangssignal ESZF-1 (das z. B. das Signal ZF₁1 in 2 sein kann) gelangt an einen ersten Analog-Digital-Wandler ADW1, während ein zwischenfrequentes zweites Empfangssignal ESZF-2 (das z. B. das Signal ZF₂1 in 2 sein kann) an einen zweiten Analog-Digital-Wandler ADW2 gelangt.
Mit Hilfe des ersten A/D-Wandlers ADW1 wird durch Abtastung mit der bereits in 1 genannten Abtastfrequenz FS aus dem zwischenfrequenten ersten Empfangssignal ESZF1 ein digitales erstes Signal DS-1 im Basisbandbereich fB gebildet.
Mit Hilfe des zweiten A/D-Wandlers ADW2 wird durch Abtastung mit der bereits in 1 genannten Abtastfrequenz FS aus dem zwischenfrequenten zweiten Empfangssignal ESZF2 ein digitales zweites Signal DS-2 gebildet.
Die beiden Signale DS-1, DS-2 werden dann einer nachgeschalteten und als (”Imageprocessing”) bezeichneten Bildverarbeitungseinrichtung IMPG zugeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung werden z. B. – hier mit Bezug auf die Figuren 2 und 3 – Zwischenfrequenzbereiche ZF1 und ZF2 verwendet, die spiegelsymmetrisch zur Abtastfrequenz FS bzw. spiegelsymmetrisch zu einem Vielfachem der Abtastfrequenz FS eines A/D-Wandlers ADW1, ADW2 des Empfängers REC1 liegen.
Weiterhin erfolgt hier seitens der Lokalspulenanordnung 6 eine Abwärtsmischung der empfangenen Magnetresonanzsignale – genauer einmal in Gleichlage und einmal in Kehrlage. Damit liegen die verwendeten Lokaloszillatorfrequenzen LO1 und LO2 z. B. einmal oberhalb und einmal unterhalb der Frequenz der Magnetresonanzsignale MR1 und MR2.
Nach erfolgter empfangsseitiger Abtastung erscheinen die digitalisierten Signale DS1 und DS2 in Gleichlage und im gleichen Frequenzband.
In 3 ist ein Modul „LO-Synthesizer” dargestellt, dessen einer Teilbereich „1H” das Synthesizersignal „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” (mit Frequenzen von 115 MHz und 135 MHz) erzeugt, während ein weiterer Teilbereich „129Xe” das Synthesizersignal „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” erzeugt. Das Synthesizersignal „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” wird (über einen Hochpass „HP”) zur Übertragungsstrecke ÜBS-1 übertragen, und das „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” wird (über einen Hochpass „HP”) zur Übertragungsstrecke ÜBS-2 übertragen.
6 zeigt eine graphische Darstellung eines Frequenzplanes für eine Konfiguration zum Empfang von 129Xe Magnetresonanzsignalen. Aus an der Lokalspule eingehenden Synthesizer-Signalen mit 115,0 MHz und 92,5 MHz wird beispielsweise ein Oszillatorsignal mit 42,5 MHz gebildet. Aus an der Lokalspule eingehenden Synthesizer-Signalen mit 135,0 MHz und 92,5 MHz wird beispielsweise ein Oszillatorsignal mit 22,5 MHz gebildet.

Claims

Anordnung zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen (MR1..MRN), – bei der ein erster Kanal (K1) einer Lokalspulenanordnung (6) eine erste Einzelantenne (LA1) zum Empfang eines ersten Magnetresonanzsignals (MR1) sowie einen mit der ersten Einzelantenne (LA1) verbundenen ersten Frequenzkonverter (M1) aufweist, wobei der erste Frequenzkonverter (M1) mit dem ihm zugeführten ersten Magnetresonanzsignal (MR1) und einem ihm zugeführten Oszillatorsignal („X-Kern LO₂”) ein erstes Signal (ZF₁1) bildet, – bei der ein zweiter Kanal (K2) der Lokalspulenanordnung (6) eine zweite Einzelantenne (LA2) zum Empfang eines zweiten Magnetresonanzsignals (MR2) sowie einen mit der zweiten Einzelantenne (LA2) verbundenen zweiten Frequenzkonverter (M2) aufweist, wobei der zweite Frequenzkonverter (M2) aus dem ihm zugeführten zweiten Magnetresonanzsignal (MR2) und einem ihm zugeführten Oszillatorsignal („X-Kern LO₁”) ein zweites Signal (ZF₂1) bildet, – bei der die Lokalspulenanordnung (6) eine Signalzusammenfassungseinrichtung (ZF₁1/ZF₂1 DPX) aufweist, die das erste Signal (ZF₁1) und das zweite Signal (ZF₂1) an eine Übertragungsstrecke (ÜBS-1) anlegt, wobei mindestens ein Oszillatorsignal („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) eine Frequenz („42,5 MHz”, „22,5 MHz”) aufweist, die der Differenz zwischen der Frequenz eines ersten Synthesizerfrequenzsignals („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”) und der Frequenz eines weiteren Synthesizerfrequenzsignals („129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) entspricht, wobei das erste genannte Synthesizerfrequenzsignal („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”) und das weitere genannte Synthesizerfrequenzsignal („129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) an der Lokalspulenanordnung (6) anliegen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei mehrere der Oszillatorsignale („X-Kern LO1” und „X-Kern LO2”) eine Frequenz („42,5 MHz” und „22,5 MHz”) aufweisen, die jeweils der Differenz zwischen der Frequenz eines Synthesizerfrequenzsignals „14 Synthesizersignal 115 MHz + 135 Mhz” und der Frequenz eines weiteren Synthesizerfrequenzsignals „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” entspricht, welche Synthesizerfrequenzsignale („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) an der Lokalspulenanordnung (6) anliegen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Synthesizerfrequenzsignale („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) an der Lokalspulenanordnung (6) über Koaxialkabel (ÜBS-1, ÜBS-2) anliegen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder mehrere der Oszillatorsignale („X-Kern LO1 22,5 MHz”; „X-Kern LO2 42”) an einem Eingang eines Tiefpassfilters („LO TP”) anliegen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder mehrere der Oszillatorsignale („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) an einem Eingang eines Diplexers („LO Diplexer”) anliegen, der zur Trennung der Oszillatorsignale („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) von Signalen vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Oszillatorsignale („X-Kern LO₁ 22,5 MHz”) mit einer Frequenz („22,5 MHz”) an jeweils einem Eingang mindestens eines ersten Frequenzkonverters (M2, M4, M_N) anliegen und wobei Oszillatorsignale („X-Kern LO₂ 42,5 MHz”) mit einer weiteren Frequenz („42,5 MHz”) an jeweils einem Eingang mindestens eines zweiten Frequenzkonverters (M1, M3, M_N-1) anliegen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Signalzusammenfassungseinrichtung (DPF) eingangsseitig mit zugeordneten Ausgängen der Frequenzkonverter (M1, M2) und ausgangsseitig mit einer Übertragungsstrecke (ÜBS) verbunden ist, und dass ein die Signale (ZF11, (ZF₂1)) umfassendes Sendesignal (SSZF) an einem Empfänger (REC1) anliegt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Signalzusammenfassungseinrichtung (DPF) als Diplexfilter ausgestaltet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Empfänger (REC1) eine Einrichtung zur Signaltrennung (DPF) aufweist, die aus dem empfangenen zwischenfrequenten Sendesignal (SSZF) ein dem ersten Kanal (K1) zuordenbares zwischenfrequentes erstes Signal (ESZF1 = ZF₁1) und ein dem zweiten Kanal (K2) zuordenbares zwischenfrequentes zweites Signal (ESZF2 = ZF₂1) bildet.
Verfahren zur Übertragung von Magnetresonanzsignalen (MR1, MR2, MRN), welches umfasst, – dass über einen ersten Kanal (K1) einer Lokalspulenanordnung (6) mit einer ersten Einzelantenne (LA1) ein erstes Magnetresonanzsignal (MR1) empfangen wird, und mit einem mit der ersten Einzelantenne (LA1) verbundenen ersten Frequenzkonverter (M1) aus dem zugeführten ersten Magnetresonanzsignal (MR1) und einem im zugeführten Oszillatorsignal („X-Kern LO₁”) ein erstes Signal (ZF11) gebildet wird, – dass über einen zweiten Kanal (K2) der Lokalspulenanordnung (6) mit einer zweiten Einzelantenne (LA2) ein zweites Magnetresonanzsignal (MR2) empfangen wird und mit einem mit der zweiten Einzelantenne (LA2) verbundenen zweiten Frequenzkonverter (M2) aus dem zugeführten zweiten Magnetresonanzsignal (MR2) und einem Oszillatorsig nal („X-Kern LO₂”) ein zweites Signal (ZF₂1) gebildet wird, – dass eine Signalzusammenfassungseinrichtung („ZF₁1/ZF₂1 DPX”) der Lokalspulenanordnung (6) mittels Frequenzmultiplex das erste Signal (ZF₁1) und das zweite Signal (ZF₂1) zusammenfasst und an eine Übertragungsstrecke (ÜBS-1) anlegt, – dass mindestens eines der Oszillatorsignale („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) mit einer Frequenz („42,5 MHz”, „22,5 MHz”) gebildet wird, die jeweils der Differenz zwischen der Frequenz eines Synthesizerfrequenzsignals „1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz” und der Frequenz eines weiteren Synthesizerfrequenzsignals „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz” entspricht, welche Synthesizerfrequenzsignale („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) an der Lokalspulenanordnung (6) anliegen
Verfahren nach Anspruch 10, wobei mehrere Oszillatorsignale („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) eine Frequenz („42,5 MHz”, „22,5 MHz”) aufweisen, die jeweils der Differenz zwischen der Frequenz eines Synthesizerfrequenzsignals („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”) und der Frequenz eines weiteren Synthesizerfrequenzsignals („129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) entspricht, welche Synthesizerfrequenzsignale („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) an der Lokalspulenanordnung (6) anliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–11, wobei Synthesizerfrequenzsignale („1H Synthesizersignal 115 MHz + 135 MHz”, „129Xe Synthesizersignal 92.5 MHz”) zur Lokalspulenanordnung (6) über Koaxialkabel (ÜBS-1, ÜBS-2) übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–12, wobei eines oder mehrere der Oszillatorsignale („X-Kern LO1 22,5 MHz”; „X-Kern LO2 42,5 MHz”) an einem Eingang eines Tiefpassfilters („LO TP”) anliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–13, wobei eines oder mehrere der Oszillatorsignale („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) an einem Eingang eines Diplexers („LO Diplexer”) anliegen, der Oszillatorsignale („X-Kern LO1”, „X-Kern LO2”) von anderen Signalen trennt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–14, wobei Oszillatorsignale („X-Kern LO₁ 22,5 MHz”) mit einer Frequenz („22,5 MHz”) an jeweils einem Eingang mindestens eines Frequenzkonverters (M2, M4, M_N) anliegen und wobei Oszillatorsignale („X-Kern LO₂ 42,5 MHz”) mit einer weiteren Frequenz („42,5 MHz”) an jeweils einem Eingang mindestens eines weiteren Frequenzkonverters (M1, M3, M_N-1) anliegen.