-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen
in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät mit einem Lokal-Empfangsantennensystem.
-
Bei
der medizinischen Bildgebung werden bei Bildaufnahmen bestimmter
anatomischer Gebiete physiologische Signale erfasst und zur Synchronisierung
oder Triggerung der Bildaufnahme benutzt. So werden z. B. Bildaufnahmen
des Herzens mittels Magnetresonanztechnik (MR Technik) mit EKG-Signalen
(Elektrokardiographie-Signale) synchronisiert. Dabei ist die Erfassung
einschließlich der Übertragung der physiologischen
Signale wegen der technisch-physikalischen Gegebenheiten der Magnetresonanzgeräte
nur mit speziellen MR-kompatiblen Geräten möglich.
MR-kompatibel bedeutet, dass die verwendeten Geräte weder
den Betrieb des MR-Geräts stören, noch selber
durch den Betrieb des MR-Geräts in ihrer Funktion beeinträchtigt
werden. Zusätzlich muss noch sichergestellt sein, dass
der zu untersuchende Patient nicht gefährdet wird.
-
Es
ist andererseits oft erforderlich, lebenswichtige Funktionen des
Patienten fortlaufend zu überwachen, also auch vor, während
und nach der Bildaufnahme. Dies geschieht mit Patienten-Monitoringsystemen,
die z. B. die Herzfunktion über EKG-Signale überwachen
und die bei Auftreten eines abnormalen Zustands ein Signal abgeben.
-
Zur
Erfassung des Herzschlags werden üblicherweise normale
EKG-Elektroden über spezielle MR-kompatible Signalübertragungsmittel
mit ebenfalls MR-kompatiblen Auswertegeräten verbunden. Das
Anbringen der EKG-Elektroden ist jedoch aufwändig. Nicht
sorgfältiges Anbringen der EKG-Elektroden an den zu untersuchenden
Patienten kann zudem Fehlmessungen verursachen.
-
Ein
anderes bekanntes Verfahren erfasst herzschlagsynchrone Signale
mittels Lichtsensoren an den Fingern. Bei dem Lichtmessverfahren
können Laufzeiteffekte aufgrund des nicht unerheblichen
Abstandes vom Herzen zu der Messstelle zu Fehlmessungen führen.
-
In
der ISMRM-Veröffentlichung von Graesslin et al.: „An
Alternative Concept of Non-sequence-interfering Patient Respiration
Monitoring", veröffentlicht in Proc. Intl. Soc.
Mag. Reson. Med., Vol. 16, 2008, p. 202, ist ein Verfahren
und eine Messanordnung zur Erfassung der Atembewegung in einem MR-Gerät
beschrieben. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Atembewegung
eines Patienten in einer Hochfrequenzantenne deren elektrische Eigenschaften
beeinflusst. Mit Messspulen oder Pick-up-Coils (PUC) werden die
komplexen Sendeströme in jedem Kanal eines 8-Kanal-Sendesystem
des MR-Geräts gemessen. Die Messspulen werden im Normalbetrieb
zu Kalibrierungszwecken und zur Sicherheitsüberwachung
eingesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass es keine Wechselwirkungen
mit den für die Bildgebung benötigten Hochfrequenz-
und Gradientensignalen gibt. Mit diesem Konzept lässt sich
die Atembewegung des Patienten aus der Amplitudenänderung
des Messsignals in der Größe ca. ±1%
im Magnetresonanzgerät nachweisen. Eine Einschränkung
bei dem dort beschriebenen Verfahren liegt allerdings darin, dass
nur während der relativ kurzen Aussendung des Hochfrequenz-Anregungspulses
die Atembewegung erfasst wird.
-
Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige
Vorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen in einem Magnetresonanzgerät anzugeben,
die einfach zu handhaben ist. Dabei sollen die Herzbewegungen auch über
einen längeren Zeitraum überwacht werden können.
-
Die
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
-
Demnach
wird die Erfindung realisiert an einer Vorrichtung zur Erfassung
von Herzbewegungen in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät
mit einem Lokal-Empfangsantennensystem. Dabei ist mit dem Lokal-Empfangsantennensystem
ein Hochfrequenz-Signalgenerator und eine Signalanalyseeinheit verbunden,
wobei die Signalanalyseeinheit ausgebildet ist, Änderungen
von elektrischen Eigenschaften des Lokal-Empfangsantennensystems,
die durch die Herzbewegungen verursacht sind, zu erkennen und daraus
ein der Herzbewegungen entsprechendes Signal zu extrahieren. Da
die Herzbewegung so ohne zusätzliche EKG-Messanordnungen
direkt mit dem MR-Gerät erfasst werden kann, ist die Patientenvorbereitung
wesentlich vereinfacht. Es müssen vor der MR-Bildaufnahme
keine EKG-Elektroden angebracht werden. Die Erfassung der Herzbewegung
erfolgt berührungslos mit den Lokalantennen als Messaufnehmer.
Zudem ist damit auch die Fehlerquelle, die ungenügend angebrachte EKG-Elektroden
darstellen, vollständig eliminiert. Die Messung der Herzbewegung
ist nicht auf die kurze Zeit der Aussendung des Hochfrequenz-Anregungspulses
beschränkt, sie kann insbesondere vor Beginn der Messsequenz
starten und so den Triggerzeitpunkt für den Beginn der
Bildaufnahme zuverlässig ermitteln.
-
In
der Anwendung wird das Lokal-Empfangsantennensystem möglichst
direkt über und/oder unter dem Herzen positioniert. Das
ist sowohl für die Erfassung der Herzbewegung wie auch
für die eigentliche Bildaufnahme selbst von Vorteil. Die
Geometrieänderung des Herzens, insbesondere aufgrund der Muskelkontraktion,
oder auch die durch den Herzschlag bewirkte Umverteilung des elektrisch
leitfähigen Blutvolumens moduliert entsprechend die elektrischen
Eigenschaften des Lokal-Empfangsantennensystems. Diese Änderung
wird gemessen und das entsprechende Signal kann nach einer Signalaufbereitung
zur Triggerung der MR-Bildaufnahme oder zur Patientenüberwachung
verwendet werden.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Hochfrequenz-Signalgenerator
und die Signalanalyseeinheit mit einem Antennenelement des Lokal-Empfangsantennensystems
verbunden, wobei die elektrische Eigenschaft der Reflexionsfaktor
des Antennenelements ist. Die Herzbewegung bewirkt eine entsprechende Änderung
des Wellenwiderstands des angeschlossenen Antennenelements, wodurch
eine zu dem Antennenelement hinlaufende Signalwelle entsprechend
mehr oder weniger reflektiert wird. Die rücklaufende oder
reflektierte Welle kann dann gemessen und ausgewertet werden.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Hochfrequenz-Signalgenerator
und die Signalanalyseeinheit mit verschiedenen Antennenelementen
des Lokal-Antennensystems verbunden, wobei die elektrische Eigenschaft
der Transmissionsfaktor zwischen den Antennenelementen ist. Dabei wird
die von den Herzbewegungen modulierte Verkopplung zwischen den beiden
Antennenelementen gemessen und ausgewertet.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
das Lokal-Antennensystem doppelt resonant ausgebildet ist, wobei die
erste der Resonanzfrequenzen eine Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts
und die zweite der Resonanzfrequenzen einer Arbeitsfrequenz des Hochfrequenzsignalgenerators
entspricht und wobei beide Arbeitsfrequenzen verschieden sind. Diese Ausführungsform
erlaubt es, auch beim Empfang des Magnetresonanzsignals weiterhin
ein der Herzbewegung analoges Signal zu messen.
-
Eine
weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, dass der Hochfrequenz-Signalgenerator über
eine erste Frequenzweiche mit einer Signalleitung verbunden ist,
wobei die Signalleitung sowohl zur Übertragung der Arbeitsfrequenz
des Magnetresonanzgeräts wie auch der Arbeitsfrequenz des
Hochfrequenz-Signalgenerators ausgebildet ist, und dass das Lokal-Empfangsantennensystem über
eine zweite Frequenzweiche mit der Signalleitung verbunden ist zur
Aus- und/oder Einkopplung von Signalen mit der Arbeitssequenz des
Hochfrequenz-Signalgenerators. Mit der vorgesehenen Einspeisung
und Auskopplung über Frequenzweichen wird nur eine einzige
Signalleitung benötigt, die sowohl zur Übertragung
des eigentlichen Magnetresonanzsignals wie auch zur Übertragung
des Signals, mit dem die Herzbewegung dargestellt wird, eingesetzt
wird.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Signalgenerators gleich der
Arbeitssequenz des Magnetresonanzgeräts ist und das die
Signalanalyseeinheit über Teile des Empfangssystems des
Magnetresonanzsystems mit dem Lokal-Antennensystem verbunden ist.
Bei dieser Ausgestaltung werden Teile des Empfangssystems des Magnetresonanzgeräts
sowohl für die empfangenen Magnetresonanzsignale wie auch
zur Signalaufbereitung und Auswertung der Signale benutzt, die die Herzbewegung
darstellen.
-
Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, bei der Teile des Empfangssystems
des Magnetresonanzgeräts auch zur Signalübertragung
des Signals der Herzbewegung verwendet werden, benutzt in vorteilhafter
Weise einen Koppler, zur Einspeisung des Signals des Hochfrequenzsignalgenerators.
-
Weitere
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden
anhand von 11 Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 in
einer Übersichtsdarstellung die wesentlichen Funktionseinheiten
eines diagnostischen Magnetresonanzgeräts mit einer Vorrichtung
zur Erfassung von Herzbewegungen,
-
2 eine
erste Messvorrichtung zur Erfassung des von der Herzbewegung modulierten
Reflexionsfaktors an einem Antennenelement,
-
3 eine
zweite Ausführungsform einer Messvorrichtung zur Erfassung
von Herzbewegungen, die die durch die Herzbewegung modulierte Transmission
zwischen zwei Antennenelementen misst,
-
4 eine
dritte Messvorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen, die Teile
des Empfangssystems des Magnetresonanzgeräts mit benutzt
und die Reflexion an einem Antennenelement erfasst,
-
5 eine
vierte Ausführungsform einer Messvorrichtung zur Erfassung
von Herzbewegungen, die ebenfalls Teile des Empfangssystems des Magnetresonanzgeräts
benutzt, jedoch die Transmission zwischen zwei Antennenelementen
auswertet,
-
6 eine
fünfte Ausführungsform einer Messvorrichtung zur
Erfassung von Herzbewegungen, dessen Arbeitsfrequenz sich von der
Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts unterscheidet,
-
7 eine
sechste Ausführungsform einer Messvorrichtung zur Erfassung
von Herzbewegungen, bei der das Signal der Herzbewegung und das Magnetresonanzsignal über
dieselbe Signalleitung übertragen werden,
-
8 eine
siebte Ausführungsform einer Messvorrichtung, ähnlich
wie die Messvorrichtung nach 6, bei der
die Transmissionsmodulation zwischen zwei Antennenelementen gemessen
wird,
-
9 eine
achte Messvorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen, ähnlich
wie die Messvorrichtung nach 7, bei der
jedoch die Transmission zwischen zwei Antennenelementen gemessen wird,
-
10 der
durch die Herzbewegung modulierte Reflexionsfaktor mit seinem Real-
und Imaginärteil während einer Atemanhalteperiode
und
-
11 der
durch die Herzbewegung modulierte Reflexionsfaktor mit seinem Real-
und Imaginärteil während der Atmung und einer
anschließenden Atemanhalteperiode.
-
1 zeigt
in einer Übersichtsdarstellung den Aufbau eines diagnostischen
Magnetresonanzgeräts mit den wesentlichen Komponenten,
wie sie für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung von Bedeutung sind.
-
Die äußeren
Abmessungen des diagnostischen Magnetresonanzgeräts werden
durch den Magneten geprägt, der zur Polarisierung der zur
Bildgebung benutzten Atomkerne benötigt wird. Die diagnostische
Bildgebung erfolgt fast ausschließlich über Wasserstoffkerne
(1H-Kerne).
-
In 1 ist
ein supraleitender Magnet 2 im Querschnitt dargestellt,
der selbst zylindrisch ausgebildet ist und eine zylinderförmige
Bohrung 4 aufweist. Im Zentrum der zylinderförmigen
Bohrung 4 erzeugt der Magnet 2 einen homogenen
Magnetfeldbereich, worin die zur Bildgebung vorgesehenen Partien
eines Patienten 6 gelagert werden. Zum Ein- und Ausbringen
des Patienten in den bzw. aus dem bildgebenden Bereich des Magnetresonanzgeräts
ist eine in ihrer Längsrichtung verfahrbare Patientenliege 8 vorgesehen.
Zur Ortskodierung der Magnetresonanzsignale ist ein Gradientensystem
vorhanden, das in der zylinderförmigen Bohrung 4 angeordnete Gradientenspulen 10 sowie
eine Gradientensteuerung 12 umfasst, die zur Erzeugung
der magnetischen Gradientenfelder notwendigen Ströme liefert. Zur
Anregung der Magnetresonanzsignale ist ein Hochfrequenzsystem notwendig.
Das Hochfrequenzsystem umfasst eine Ganzkörperantenne 14,
die innerhalb der Gradientenspulen 10 angeordnet ist. Des Weiteren
umfasst das Hochfrequenzsystem einen Hochfrequenzsender 16,
der mit der Ganzkörperantenne 14 verbunden ist.
Die Ganzkörperantenne 14 und der Hochfrequenzsender 16 bilden
zusammen das Hochfrequenzsendesystem. Ein Hochfrequenzempfangssystem 17 umfasst
Empfangsverstärker sowie weiterhin eine Empfangssignalverarbeitung
für die empfangenen Magnetresonanzsignale. Weiterhin umfasst
das Hochfre quenzempfangssystem 17 ein Lokal-Empfangsantennensystem 18.
Das Lokal-Empfangsantennensystem besteht beispielhaft aus drei Antennenelementen 18A, 18B, 18C,
tatsächlich ist die Anzahl der Antennenelemente im Lokal-Empfangsantennensystem
jedoch höher. Die Antennenelemente 18A, 18B, 18C sind
so nah wie möglich abzubildenden Partien des Patienten 6 angeordnet,
wodurch sich im Vergleich zur Ganzkörperantenne 14 ein
höheres Signalrauschverhältnis aus dem entsprechenden
Bereich verwirklichen lässt.
-
Eine
Steuerung 20 steuert den Ablauf der zur Bildgebung verwendeten
Pulssequenz, insbesondere die zur Ortskodierung benötigen
Gradientenfelder sowie die Hochfrequenzsendepulse zur Anregung der
Magnetresonanz. Die Steuerung 20 umfasst weiterhin eine
Rekonstruktionseinheit, mit der die empfangenen Magnetresonanzsignale
letztendlich in Bilddaten transformiert werden, die an einer Anzeigeeinheit
dargestellt werden können. Die Steuerung 20 ist
im Wesentlichen durch einen entsprechend programmierten Steuerrechner
realisiert und umfasst somit Hard- und Softwarekomponenten. Das
Display ist Teil einer Benutzerschnittstelle 22, die weiterhin eine
Tastatur sowie die Eingabemittel zur Steuerung des Magnetresonanzgeräts über
eine graphische Benutzeroberfläche umfasst.
-
Zur
Vermeidung von Bewegungsartefakten bei der Bildgebung von Bereichen
des Patienten 6, die sich mehr oder weniger periodisch
bewegen, müssen die zur Bildgebung verwendeten Signalpulse der
Bildgebungssequenz entsprechend der Bewegung koordiniert werden.
Insbesondere bei der Herzbildgebung wird die Bildgebungssequenz
in Abhängigkeit der Herzbewegung gesteuert. Dazu ist ein
Signalverarbeitungsmodul 24 vorgesehen, welches mit dem
Lokal-Empfangsantennensystem 18 verbunden ist. Diese Signalverbindung
ist in 1 nur schematisch dargestellt, spezielle Realisierungen
sind im folgenden in den Ausführungsbeispielen nach den 2 bis 9 beschrieben.
-
Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst
das Signalverarbeitungsmodul 24 einen Netzwerkanalysator 26,
der über einen ersten Umschalter 28 einer Signalleitung 30 verbunden
ist. Die Signalleitung 30 ist an ihrem anderen Ende über und
zwei weitere Umschalter 32 und 34 mit dem Antennenelement 18A des
Lokal-Empfangsantennensystems 18 verbunden. Die Signalleitung 30 wird ebenfalls
verwendet zur Signalübertragung des von dem Antennenelement 18A empfangenen
Magnetresonanzsignals zum Hochfrequenzempfangssystem 17.
In den Zeitabschnitten, in denen kein Magnetresonanzsignal empfangen
wird, sind die Umschalter 28, 32, 34 in
der in 2 dargestellten Schaltstellung. Im Empfangsfall
werden alle Umschalter 28, 32, 34 in
ihre andere Schaltstellung gebracht, wobei dann im Empfangskanal
ein Vorverstärker 38 zwischen dem Antennenelement 18A und
dem Eingang des Hochfrequenzempfangssystems geschaltet ist.
-
Der
Netzwerkanalysator 26 umfasst einen Hochfrequenz-Signalgenerator 40,
der eine hinlaufende Welle zum Antennenelement 18A sendet.
Die Frequenz der hinlaufenden Welle entspricht der Arbeitsfrequenz
des Magnetresonanzgerätes und damit auch der Resonanzfrequenz
des Antennenelements 18A. Amplitude und Phasenlage der
hinlaufenden Welle sind ebenfalls bekannt. Aufgrund der Herzbewegung
und der damit verbundenen Verlagerung des Blutvolumens ändert
sich die Anpassung des Antennenelements 18A an die Signalleitung 30, wodurch
eine entsprechend modulierte rücklaufende Welle zum Netzwerkanalysator 26 zurückgeschickt wird.
In der Netzanalysetechnik wird dieses Signal auch als Streu- oder
S-Parameter S11 bezeichnet. Eine im Netzwerkanalysator 26 ebenfalls
enthaltene Signalanalyseeinheit 41 zerlegt die rücklaufende Welle
in ihren Real- und Imaginärteil, die dann einzeln oder
auch zusammen zu einem Messsignal aufbereitet werden. Das Messsignal
wird dann am Ausgang 42 des Netzwerkanalysators 26 abgegeben.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform der Erfindung, bei der anstatt der
Reflexion das durch die Herzbewegungen modulierte Transmissionsverhalten
zwischen zwei Antennenelementen 18A und 18B gemessen
wird. Die beiden Antennenelemente 18A und 18B sind über
die Signalleitung 30 bzw. über eine weitere Signalleitung 46 mit
dem Hochfrequenz-Empfangsteil 17 verbunden. Entsprechend wie
bei der Signalleitung 30 wird auch die Signalleitung 46 über
Umschalter 48, 50, 52 entsprechend der gerade
gewünschten Betriebsart umgeschaltet. Die gezeichnete Schaltstellung
entspricht der Betriebsart für die Messung der Herzbewegung.
Bei der anderen nicht dargestellten Schaltstellung können
die von den Antennenelementen 36 und 44 empfangenen
Magnetresonanzsignale über die Vorverstärker 38 und 50 an
das Hochfrequenzempfangssystem 17 übertragen werden.
Die im Netzwerkanalysator 26 enthaltene Signalanalyseeinheit 41 wertet
in diesem Fall das durch die Herzbewegung veränderte, also
gedämpfte oder verstärkte und/oder phasenverschobene
Transmissionssignal mit seinem Real- und Imaginärteil aus.
In der Netzanalysetechnik wird dieses Signal auch als Streu- oder
S-Parameter S12 bezeichnet.
-
Die
in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung zeichnen sich dadurch aus, dass keine Umschalter verwendet
werden und dass Teile des Empfangssystems 17 des Magnetresonanzgeräts
zur Signalverarbeitung des Herzbewegungssignals mit benutzt werden.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist ein
Hochfrequenz-Signalgenerator 56 vorgesehen, der über
einen Richtkoppler 58 mit dem Antennenelement 36 verbunden
ist. Der Hochfrequenz-Signalgenerator ist ähnlich aufgebaut
wir der Hochfrequenz-Signalgenerator 40 in dem Netzwerkanalysator 26.
Der Hochfrequenz-Signalgenerator 56 sendet als Signal eine
hinlaufende Welle mit einer Frequenz, die der Arbeitsfrequenz des
Magnetresonanzgeräts und damit auch der Resonanzfrequenz
des Antennenelements 18A entspricht. Amplitude und Phasenlage
der hinlaufenden Welle sind bekannt. Ähnlich wie bei der
Ausführungsform nach 2 wird durch die
Herzbewegung eine entsprechende modulierte Welle reflektiert, die über
den Vorverstärker 38 dem Eingang des Hochfrequenzempfangssystems 17 zugeführt
wird. Die im Hochfrequenzempfangssystem 17 vorhandene Demodulator-
und Digitalisierungseinheit demoduliert und digitalisiert das als
rücklaufende Welle eingegangene Signal und zerlegt dieses in
seinen Real- und Imaginärteil. Die beiden Komponenten Real-
und Imaginärteil oder auch ein daraus abgeleitetes Signal
werden dann am Ausgang 42 der Steuerung 20 zur
Verfügung gestellt.
-
Die
Ausführungsform nach 5 unterscheidet
sich von der Ausführungsform nach 4 darin,
dass nicht die Reflexion, sondern die durch die Herzbewegung modulierte
Transmission zwischen den Antennenelementen 18A und 18B ausgewertet wird.
Die beiden Antennenelemente 18A, 18B sind jeweils über
einen Vorverstärker 38 bzw. 58 mit dem Eingang
des Hochfrequenzempfangssystems 17 verbunden. Zwischen
dem Hochfrequenzsignalgenerators 56 und dem Vorverstärker 38 ist
ein Richtkoppler 58 angeordnet, worüber dem Antennenelement 18A das
zu modulierende Signal zugeführt wird. Entsprechend der
Verkopplung zwischen den beiden Antennen 18A und 18B wird
das der Antenne 18A zugeführte Signal in Amplitude
und/oder Phasenlage geändert von dem Antennenelement 18B empfangen und über
den Vorverstärker 58 dem Hochfrequenzempfangsteil 17 zugeführt.
Nach einer entsprechenden Signalaufbereitung, ähnlich wie
im Ausführungsbeispiel nach 4 wird das
entsprechend der Herzbewegung modulierte Signal am Ausgang 42 abgegeben.
-
Den
vorstehenden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass
die Frequenz des vom Hochfrequenzgenerator 26, 56 erzeugten
Signals identisch mit der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts ist.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele nach
den 6 bis 9 benutzen dagegen von der Arbeitsfrequenz
des Magnetresonanzgeräts verschiedene Arbeitsfrequenz für
den Hochfrequenzsignalgenerator 26, 56.
-
So
zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel mit einem Netzwerkanalysator 60,
dessen Arbeitsfrequenz sich beispielsweise um 20% von der Arbeitsfrequenz
des Magnetresonanzgeräts unterscheidet. Größere
Unterschiede der beiden Frequenzen sind auch möglich, die
Entkopplung der beiden Signale wird dann einfacher. Ein doppelt-resonantes
Antennenelement 62, das sowohl bei der Arbeitsfrequenz des
Hochfrequenzgenerators wie bei der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts
Resonanzstellen aufweist, ist direkt mit einem Netzwerkanalysator 60 verbunden.
Das Magnetresonanzsignal wird in herkömmlicher Weise über
den Vorverstärker 38 der Hochfrequenzempfangseinheit 17 zugeführt.
Der Netzwerkanalysator 60 sendet eine hinlaufende Welle
an das doppelt-resonante Antennenelement 62. Durch die
Herzbewegung verursachte Änderungen des Wellenwiderstands
erzeugen wiederum eine entsprechend modulierte rücklaufende
Welle, die vom Netzwerkanalysator 50 ausgewertet und als
Nutzsignal am Ausgang 42 abgegeben wird.
-
7 zeigt
eine weitere Ausführungsform, die ebenfalls mit einer von
der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts verschiedenen
Arbeitsfrequenz zur Erfassung der Herzbewegung arbeitet. Jedoch
ist dort im Unterschied zu der Ausführungsform nach 6 keine
Reflexionsmessung, sondern eine Transmissionsmessung vorgesehen.
Dazu ist ein weiteres doppelt-resonantes Antennenelement 64 vorgesehen,
das mit dem ersten doppelt-resonanten Antennenelement 62 über
die abzubildende Partie des Patienten 6 verkoppelt ist.
Das doppelt-resonante Antennenelement 64 ist mit dem Transmissionseingang
des Netzwerkanalysators 60 verbunden. Am Ausgang 42 wird
vom Netzwerkanalysator 60 dann ein entsprechend aufbereitetes
Signal ausgegeben, worauf die Herzbewegung gebildet ist.
-
Das
Ausführungsbeispiel nach 8 unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel nach 6 lediglich
darin, dass eine gemeinsame Signalleitung 30 sowohl für
das Signal des Netzwerkanalysators 60 wie auch für
das Magnetresonanzsignal verwendet wird. Über eine erste
Frequenzweiche 66 wird die vom Netzwerkanalysator 60 abgegebene hinlaufende
Welle auf die Leitung 30 angekoppelt. Vor dem Ausgang des
Vorverstärkers 38 wird mit einer zweiten Frequenzweiche 68 das
Signal der hinlaufenden Welle von der Leitung 30 ausgekoppelt und
auf das doppelt-resonante Antennenelement 62 geführt.
Die vom doppelt-resonanten Antennenelement 62 reflektierte
rücklaufende Welle wird über die zweite Frequenzweiche 68 wieder
auf die Leitung 30 eingekoppelt und über die erste
Frequenzweiche 66 entsprechend ausgekoppelt und dem Reflexionsmesseingang
des Netzwerkanalysators 60 zugeführt.
-
Das
in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel wiederum
misst im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 8 die
Transmission zwischen den beiden Antennenelementen 62 und 64.
Die vom Netzwerkanalysator 60 abgegebene hinlaufende Welle
wird über die erste Frequenzweiche 66 auf die Signalleitung 30 gegeben,
und mit der zweiten Frequenzweiche 68 wieder ausgekoppelt
und dem doppelt-resonanten Antennenelement 62 zugeführt.
Die vom Antennenelement 64 aufgenommenen und durch die
Herzbewegung modulierten Signale werden dann über eine
dritte Frequenzweiche 70 auf eine Signalleitung 72 gegeben
und über die vierte Frequenzweiche 74 dem Transmissionseingang
des Netzwerkanalysators 50 zugeführt. Das Transmissionssignal
wird vom Netzwerkanalysator 60 dann nach Betrag und Phase
bzw. nach Real- und Imaginärteil ausgewertet und am Ausgang 42 als
Nutzsignal abgegeben.
-
Beispiele
des von der Herzbewegung modulierten Signalverlaufs sind in den 10 und 11 dargestellt.
Es handelt sich in beiden Figuren um das Reflexionssignal S11 das mit seinem Realteil 82 und seinem
Imaginärteil 84 über eine Zeitdauer von
10 s dargestellt ist. Die Einheit für die Amplitudenmodulation
beträgt 0,05%. Während es sich bei dem Reflexionsfaktor
in 10 um eine Messung mit Atemanhaltetechnik handelt,
ist bei 11 dargestellt, wie sich die
Atembewegung auf das Messsignal auswirkt. Dort ist den ersten 6
Sekunden der Messaufnahme zusätzlich noch eine von der
Atembewegung verursachte Modulation im Signal festzustellen. Erst in
den letzten 4 Sekunden wird die Atmung angehalten. Das Herzbewegungssignal
lässt sich jedoch mit einer entsprechenden Signalbearbeitung
aus dem Mischsignal von Atem- und Herzbewegung herausfiltern, weil
die Frequenzlagen der beiden Signale verschieden sind. Es eignen
sich Filter- wie auch Korrelationstechniken zur Trennung der beiden
Signale voneinander.
-
Aus
dem entsprechend herausgefilterten Herzbewegungssignal lässt
sich dann beispielsweise nach Betragsbildung aus Real- und Imaginärteil
ein Triggersignal für die Bildaufnahmesequenz ableiten. Der
Triggerzeitpunkt wird aus dem Herzbewegungssignal abgeleitet, indem
nach einer gleitenden Mittelwertbildung des Signals beispielsweise
der Nulldurchgang des Herzbewegungssignals erfasst wird. Zusätzlich
kann noch zur Erhöhung der Genauigkeit des Triggerzeitpunkts
eine einstellbare Verzögerung für das Nulldurchgangssignal
vorgesehen werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Graesslin
et al.: „An Alternative Concept of Non-sequence-interfering
Patient Respiration Monitoring”, veröffentlicht
in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med., Vol. 16, 2008, p. 202 [0006]