DE102004017044B4

DE102004017044B4 - Vorrichtung zur elektrischen Belastung von Hochfrequenzspulen unter Verwendung von leitenden Polymeren

Info

Publication number: DE102004017044B4
Application number: DE102004017044A
Authority: DE
Inventors: Timothy W. Skloss; Dewain A. Purgill; Roman I. Dachniwskyj; Daniel J. Schaefer; Steven C. Davis; Daniel J. Weyers
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2024-04-03
Also published as: US7081752B2; JP2004305745A; DE102004017044A1; US20040196040A1; JP4680527B2

Abstract

Vorrichtung, die aufweist: – einen Loader (100, 210) (Belastungseinrichtung), der aus einem in einem Polymer dispergierten, elektrisch leitenden Zusatzstoff besteht, wobei der Loader flüssigkeitsfrei ist, – wobei der Loader zur elektrischen Belastung von HF-Spulen ausgelegt ist, und – wobei der Loader ein hohles Zentrum (102) aufweist und so ausgebildet ist, dass er ein darin anzuordnendes Phantom (109, 216) aufnehmen kann.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Testen und Kalibrieren von bildgebenden Magnetresonanzsystemen (MRI). Mehr im Einzelnen betrifft die Erfindung eine als „Loader” (Last, Bürde) bezeichnete Vorrichtung zur elektrischen Belastung von HF-Spulen des MRI-Systems beim Testen/Kalibrieren oder beim Bedienertraining.
Wenn eine Substanz wie etwa menschliches Gewebe einem gleichmäßigen Magnetfeld (polarisierendes Feld B₀) ausgesetzt wird, versuchen sich die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe auf dieses polarisierende Feld hin auszurichten, wobei sie aber in einer willkürlichen Ordnung bei ihrer charakteristischen Larmor-Frequenz präzedieren. Wird die Substanz einem Magnetfeld (Anregungsfeld B₁), das in der Y-Ebene liegt und sich nahe der Larmor-Frequenz befindet, ausgesetzt, kann das resultierende ausgerichtete Moment oder die „Längsmagnetisierung” M_Z in die X-Y-Ebene gedreht oder „gekippt” werden, um ein resultierendes magnetisches Quermoment M_T zu erzeugen. Von den angeregten Spins wird nach der Beendigung des Anregungssignals B₁ ein Signal emittiert, das empfangen und zum Aufbau eines Bildes verarbeitet werden kann.
Bei der Verwendung dieser Signale zur Erzeugung von Bildern werden magnetische Feldgradienten (G_X, G_Y und G_Z) benutzt. Typischerweise wird der abzubildende Bereich in einer Folge von Messzyklen gescannt, in denen diese Gradienten entsprechend der speziellen verwendeten Ortsbestimmungs-(Lokalisierungs-)Methode verschieden sind. Der sich ergebende Satz Kernresonanz(NMR)-Signale wird digitalisiert und unter Verwendung einer der vielen bekannten Rekonstruktionstechniken zur Rekonstruktion des Bildes verarbeitet.
Beim MRI-Bedienertraining oder beim Testen/Kalibrieren des MRI-Systems muss eine geeignete Substanz verwendet werden, um die Strukturen und Bedingungen zu simulieren, die bei dem tatsächlichen Einsatz des MRI-Systems bei einem Patienten angetroffen werden. Insbesondere müssen Eigenschaften oder „Merkmale” menschlichen Gewebes so simuliert werden, dass sie menschlichem Gewebe in einem Maß entsprechen, dass ein Training für den Betrieb des MRI-Systems oder eine Kalibrierung des Funktionsablaufs des Systems möglich sind.
Eines der „Merkmale” von menschlichem Gewebe ist dessen „Abbildbarkeit”. Wie erwähnt, emittiert menschliches Gewebe bei ordnungsgemäßer Anregung NMR-Signale. Damit ist es möglich, die emittierten Signale zu empfangen und daraus ein Bild zu rekonstruieren. Ein anderes „Merkmal” von menschlichem Gewebe ist dessen elektrische Leitfähigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit dient dazu, die HF-Spulen des MRI-Systems elektrisch zu belasten. Die Belastung auf den HF-Spulen steht in unmittelbarer Beziehung zu einem Qualitätsfaktor (Q) und zu der Impedanz der HF-Spulen. Außerdem steht eine solche Last auch in Beziehung zu der zur Durchführung des Scans erforderlichen Leistung und zu dem Maß des in den Scan eingebrachten Rauschens. Deshalb ist es zum ordnungsgemäßen Testen und Kalibrieren des MRI-Systems notwendig, die Abbildbarkeit und die elektrische Belastung von menschlichem Gewebe zu simulieren.
Um menschliches Gewebe zu simulieren, wurden Phantome entwickelt. Ein Einkomponenten-Phantom ist so aufgebaut, dass es die Abbildbarkeit und die elektrische Last von menschlichem Gewebe mit einem einzigen Gerät simuliert. Typischerweise sind bei Einkomponenten-Phantomen mehrere Fluide in getrennten Abteilen in dem Phantom eingeschlossen. Eine erste Flüssigkeit, typischerweise Wasser, das zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dotiert ist, ist in einem äußeren Abteil enthalten. Um die Leitfähigkeit des Wassers zu verändern, wird üblicherweise Salz verwendet. Eine zweite Flüssigkeit, die im Verhältnis dazu nicht-leitend ist, die aber bei Anregung NMR-Signale emittiert, ist in einem inneren Abteil enthalten. Demgemäß wird eine einzige Vorrichtung, die ein erstes Fluid, welches die Belastung ergibt und ein zweites Fluid, welches die Abbildbarkeit liefert, enthält, dazu verwendet, das NMR-System zu testen oder zu kalibrieren.
Um eine ordnungsgemäße Simulierung menschlichen Gewebes zu erreichen, ist es jedoch von Vorteil, wenn das Phantom größenmäßig mit dem Bereich menschlichen Gewebes vergleichbar ist, den das Phantom simuliert. Deshalb ist es notwendig, verhältnismäßig große Phantome herzustellen. Bei der Vergrößerung des Phantoms kann aber das Gewicht des Phantoms übermäßig hinderlich werden, weil das Phantom ja mit zwei Flüssigkeiten gefüllt ist.
Um diesem Problem abzuhelfen, wird das Einkomponenten-Phantom in zwei getrennte Vorrichtungen aufgeteilt. Ein erstes Phantom, das typischerweise als „Loader” bezeichnet wird, wird dazu benutzt, die erste, elektrisch leitende Flüssigkeit einzuschließen, während ein zweites Phantom dazu verwendet wird, die zweite, abbildbare Flüssigkeit aufzunehmen. Das Phantom ist so ausgebildet, dass es in dem Loader angeordnet werden kann. Der Loader und das Phantom dienen somit in Kombination dazu, die bei einstückigen Phantomen vorhandene elektrische Leitfähigkeit und Abbildbarkeit zu erzeugen. Der Loader bildet eine elektrische Last für die HF-Spulen, und das Phantom liefert ein abbildbares Volumen. Im getrennten Zustand sind der Loader und das Phantom nach Größe und Gewicht wesentlich besser handhabbar als ein einstückiger Loader. Trotzdem sind Loader und Phantom wegen der in jedem enthaltenen Flüssigkeit immer noch ziemlich schwierig zu handhaben und zu bewegen. Außerdem neigen flüssigkeitsgefüllte Loader-/Phantomkombinationen zur Leckage.
Ein zweiter Nachteil bei der Verwendung von entweder einstückigen Phantomen oder der Loader-/Phantomkombination tritt bei starken Magnetfeldern auf. Oberhalb von 1,0 T kann die große Dielektrizitätszahl von Wasser (ca. 80) in dem Wasser stehende Welle hervorrufen. Diese stehenden Wellen erzeugen in dem Phantom ein ungleichmäßiges HF-Feld, obwohl das von den HF-Spulen zur Einwirkung gebrachte HF-Feld gleichmäßig ist. Die stehenden Wellen führen, obwohl sie mit der HF-Spulenbelastung nicht in Beziehung stehen, zu einer Verzerrung des Bildes des Phantoms. Diese Verschlechterung der Bildqualität behindert aber ein ordnungsgemäßes Testen oder Kalibrieren des bildgebenden Systems.
Frühere Versuche zur Lösung dieses Problems beinhalten die Verwendung von Silikonöl, das eine Dielektrizitätszahl von ca. 5 aufweist, um das Wasser in dem Phantom und/oder im Loader zu ersetzen. Silikonöl wirkungsvoll zu dotieren ist aber teuer. Um die notwendige elektrische Leitfähigkeit zu erzielen, sind hohe Konzentrationen teuren Silberpulvers erforderlich. Außerdem erfordert diese Lösung die Verwendung einer Flüssigkeit, die zu Bedenken hinsichtlich einer Leckage Anlass geben kann.
Aus der US 5 227 727 A ist es bekannt, bei einer bildgebenden Magnetresonanzvorrichtung zwischen eines Sende- und/oder Empfangsspule und einem zu untersuchenden Objekt einen eine hochmolekulare Verbindung enthaltenden flachen Formkörper anzuordnen, der beispielsweise in Gestalt eines flachen Sackes aus einer hochmolekularen Verbindung, etwa Kautschuk, hergestellt ist und mit einem nicht magnetischen leitfähigen Gelmaterial, etwa Polyvinylalkohol oder Polyakrylharz, d. h. einer hochmolekularen Verbindung, gefüllt ist, die mit einer anorganischen elektrolytischen Wasserlösung imprägniert ist, die Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl^– Ionen enthält. Der Formkörper dient dazu, das HF-Magnetfeld zu steuern, ohne auf die Hardware oder Software eines Magnetresonanzdiagnosegeräts eingreifen zu müssen. Daneben ist aus der JP 10-170454 A ein trockenes Phantom bekannt, das unter Verwendung eines Polymer hergestellt ist, welches Gummielastizität aufweist und einen elektrisch leitenden Füllstoff enthält.
Es besteht der Wunsch, über einen Loader mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante und einer verhältnismäßig hohen elektrischen Leitfähigkeit zu verfügen, der bei starken Magnetfeldern brauchbar ist. Auch wäre es erwünscht, die Größe und das Gewicht des Loaders zu beschränken, um das Einlegen und Entnehmen des Loaders in die HF-Spulen bzw. aus denselben zu erleichtern. Schließlich wäre es von Vorteil, wenn der Loader flüssigkeitsfrei wäre, um so die Herstellungs- und Wartungskosten zu verringern und eine Leckage auszuschließen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein System zur elektrischen Belastung von HF-Spulen eines MRI-Systems unter Verwendung von leitenden Polymeren. Es wird ein Loader beschrieben, der aus Polymeren mit einer niedrigen Dielektrizitätszahl hergestellt ist, der aber in einem solchen Maße elektrisch leitend ist, dass er HF-Spulen eines MRI-Systems wirkungsvoll belasten kann. Im Einzelnen ist der Loader aus einem elektrisch leitenden Polymer aufgebaut, das dadurch erzeugt ist, dass eine Polymer-Basismatrix mit elektrisch leitenden Zusätzen versetzt ist. Der Loader, der flüssigkeitsfrei ist, ist bei starken Magnetfeldern wirkungsvoll.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Gerät zur elektrischen Belastung von HF-Spulen offenbart. Das Gerät beinhaltet einen Loader, der einen elektrisch leitenden Zusatzstoff enthält, welcher in einem Polymer dispergiert ist. Außerdem ist der Loader frei von Flüssigkeit.
Auch ist ein Verfahren zum Erzeugen eines zum Einsatz bei einem MR-Gerät geeigneten Loaders geoffenbart. Dieses Verfahren beinhaltet die Herstellung des Loaders durch Verflüssigung einer Polymerbasismatrix und Versetzen der verflüssigten Polymerbasismatrix mit einem elektrisch leitenden Zusatzstoff. Sodann beinhaltet das Verfahren das Dispergieren des elektrisch leitenden Zusatzstoffs in der verflüssigten Polymerbasismatrix und das Ausbilden des zur Verwendung für die Belastung von RF-Spulen des MR-Gerätes geeigneten Loaders.
Daneben ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines MR-Systems offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Positionieren eines aus einem elektrisch leitenden Polymer hergestellten Loaders in einer HF-Spulenanordnung. Sodann wird ein Phantom in die HF-Spulenanordnung eingebracht und ein Kalibrierungsscan kann durchgeführt werden.
Schließlich ist ein MRI-Gerät offenbart. Das MRI-System des Geräts weist eine Anzahl Gradientenspulen auf, die rings um eine Bohrung eines Magneten zum Erzeugen eines polarisierenden Magnetfelds angeordnet sind. Ein HF-Transceiver-System (Sende-/Empfangssystem) und ein HF-Schalter werden von einem Pulsmodul so gesteuert, dass sie zur Akquisition von MR-Bildern HF-Signale einer HF-Spulenanordnung zuleiten und von dieser empfangen. Zur elektronischen Belastung der HF-Spulenanordnung ist ein Belastungsgerät vorgesehen, das einen in einem Polymer dispergierten elektrisch leitenden Zusatzstoff enthält.
Verschiedene andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform, die gegenwärtig für die Ausführung der Erfindung infrage kommt:
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines an sich bekannten MR bildgebenden Systems zur Benutzung mit der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Loader-Anordnung;
3 ist eine perspektivische Darstellung des Loaders nach 2 in einer HF-Spulenanordnung nach 1 und mit einem mittig darin angeordneten Phantom und
4 ist eine Seitenansicht eines Loaders gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bezugnehmend auf 1 sind dort die Hauptkomponenten eines bevorzugten bildgebenden Magnetresonanz-(MRI-)Systems 10 dargestellt, welches die vorliegende Erfindung beinhaltet. Der Funktionsablauf des Systems wird von einer Bedienerkonsole 12 aus gesteuert, die eine Eingabetastatur oder eine andere Eingabevorrichtung 13, ein Steuerpanel 14 und einen Bildschirm 16 aufweist. Die Konsole 12 kommuniziert über ein Link 18 mit einem getrennten Computersystem 20, das es dem Bediener erlaubt, die Erzeugung und Darstellung von Bildern auf dem Bildschirm 16 zu steuern. Das Computersystem 20 weist eine Anzahl Module auf, die über eine Backplane (Rückverdrahtungsplatte) 20a miteinander kommunizieren. Dazu gehören ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speichermodul 26, das auf dem Fachgebiet als Bildspeicher zum Speichern von Bilddatenfeldern bekannt ist. Das Computersystem 20 ist mit einem Diskspeicher 28 und einem Bandlaufwerk 30 zum Speichern von Bilddaten und Programmen vernetzt und kommuniziert über ein Highspeed Serial Link 34 mit einer separaten Systemsteuerung 32. Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Eingabetastatur, einen Trackball, einen durch Berührung aktivierten Bildschirm, einen Lichtstift (Light Wand), eine Voice Control (Sprachsteuerung) oder irgendeine ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung aufweisen und zur Vorgabe einer interaktiven Geometrie verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 beinhaltet einen Satz Module, die durch ein Backplane 32a miteinander verbunden sind. Zu diesen gehören ein CPU-Modul 36 und ein Pulsgeneratormodul 38, das über ein serielles Link 40 an die Bedienerkonsole 12 angeschlossen ist. Über das Link 40 empfängt die System-steuerung 32 von dem Bediener Befehle, die auszuführende Scansequenz anzugeben. Das Pulsgeneratormodul 38 steuert die Systemkomponenten so an, dass sie die jeweils gewünschte Scansequenz ausführen und erzeugt Daten, die das Timing, die Größe und die Gestalt der erzeugten HF-Pulse und das Timing und die Länge des Datenakquisitionsfensters angeben. Das Pulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz Gradientenverstärker 42 verbunden, um das Timing und die Gestalt der während des Scans erzeugten Gradientenpulse anzugeben. Schließlich ist das Pulsgeneratormodul 38 mit einer Schnittstellenschaltung 46 des Scanraums verbunden, die Signale von verschiedenen, dem Zustand des Patienten und dem Magnetsystem zugeordneten Sensoren empfängt. Über die Schnittstellenschaltung 46 des Scanraums erhält ein Patientenpositioniersystem 48 Befehle, den Patienten in die für den Scan jeweils zweckmäßige Lage zu bringen.
Die von dem Pulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientenimpulsformen werden dem Gradientenverstärkersystem 42 mit den Verstärkern G_X, G_Y und G_Z zugeführt. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in einer allgemein mit 50 bezeichneten Gradientenspulenanordnung an, um die für die räumliche Kodierung akquirierter Signale erforderlichen Magentfeldgradienten zu erzeugen. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, die einen Polarisierungsmagneten 54 und eine Ganzkörper HF-Spule 56 beinhaltet. Wie im Einzelnen noch beschrieben werden wird, belastet ein Loader (Last, Bürde) 47 die HF-Spule 56 elektrisch. In dem Loader 57 kann ein (nicht dargestelltes) Phantom angeordnet sein, das eine abbildbare Substanz bildet. Ein Transceiver-Modul 58 der Systemsteuerung 32 erzeugt Impulse, die von einem HF-Verstärker 60 verstärkt und durch einen Sende-/Empfangschalter 62 in die HF-Spule 56 eingekoppelt werden. Wenn ein Phantom verwendet wird, können die von den angeregten Kernen in dem Phantom emittierten resultierenden Signale von der gleichen HF-Spule 56 erfasst und über den Sende/Empfangschalter 62 in einen Vorverstärker 64 eingekoppelt werden. Die verstärkten MR-Signale werden in der Empfangsstufe des Transceivers 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 62 wird durch ein Signal von dem Pulsgeneratormodul 38 so gesteuert, dass er während des Sendemodus den HF-Verstärker 60 mit der Spule 56 elektrisch verbindet und während des Empfangsmodus den Vorverstärker 64 mit der Spule 56 in Verbindung setzt. Der Sende-/Empfangschalter 62 kann auch eine getrennte HF-Spule (z. B. eine Oberflächenspule) ansteuern, die entweder im Sende- oder im Empfangsmodus verwendet wird.
Die von der HF-Spule 56 aufgenommene MR-Signale werden von dem Transceiver-Modul 58 digitalisiert und zu einem Speichermodul 56 in der Systemsteuerung 32 übermittelt. Ein Scan ist dann vollständig, wenn in dem Speichermodul 66 ein Array von k-Raum-Rohdaten akquiriert worden ist. Diese k-Raum-Rohdaten werden für jedes zu rekonstruierende Bild in getrennte K-Raumdatenarrays umgeordnet, von denen jedes in einen Array-Prozessor 68 eingegeben wird, der eine Fouriertransformation durchführt, um die Daten in ein Array von Bilddaten umzuwandeln. Diese Bilddaten werden sodann über das serielle Link 34 zu dem Computersystem 20 übertragen, wo sie in einem Speicher, etwa dem Diskspeicher 28, gespeichert werden. Abhängig von von der Bedienerkonsole 12 erhaltenen Befehlen können diese Bilddaten in einer Langzeitspeicherung, wie etwa auf dem Bandlaufwerk 30, archiviert oder von dem Bildprozessor 22 weiter verarbeitet und der Bedienerkonsole 12 zugeleitet und schließlich auf dem Bildschirm 16 dargestellt werden.
Bezugnehmend nun auf 2 ist dort eine Loaderanordnung 100 in einer Explosionsdarstellung veranschaulicht. Die Loaderanordnung 100 weist einen zylindrischen Loader 101 auf. Der zylindrische Loader 101 wurde dadurch hergestellt, dass eine Polymerbasismatrix verflüssigt und in die verflüssigte Polymerbasismatrix ein elektrisch leitender Zusatzstoff physikalisch eingefügt wurde. Der elektrisch leitende Zusatzstoff ist deshalb in der Polymerbasismatrix so dispergiert, dass bei der Verfestigung der verflüssigten Polymerenbasismatrix ein elektrisch leitendes Polymer erzeugt wird. Die Polymerbasismatrix hat eine niedrige Dielektrizitätszahl, während der elektrisch leitende Zusatzstoff eine verhältnismäßig hohe Leitfähigkeit aufweist. Das Basispolymer hat vorzugsweise eine Dielektrizitätszahl von weniger als 5. Eine solche Dielektrizitätszahl ist im Vergleich mit der von Wasser und Silikonöl niedrig, die eine Dielektrizitätszahl von ca. 80 bzw. 5 aufweisen. Außerdem hat der elektrisch leitende Zusatzstoff eine Leitfähigkeit von etwa 2 Siemens/Meter. Der elektrisch leitende Zusatzstoff kann nach gegenwärtiger Vorstellung Metallfasern, Kohlenstoffpulver, Kohlenstofffasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Nano Tubes) oder andere geeignete elektrisch leitende Substanzen beinhalten. Demgemäß ist es möglich, einen Loader mit einer niedrigen Dielektrizitätszahl und einer verhältnismäßig großen elektrischen Leitfähigkeit zu schaffen, der massiv ist. Das heißt, es ist möglich, einen Loader zu bauen, der frei von Flüssigkeit ist. Darüberhinaus kann der massive Loader so aufgebaut werden, dass er wesentlich kleiner als solche Loader ist, die zur Ausbildung eines brauchbaren Belastungsgerätes die Verwendung von dotierten Flüssigkeiten erforderlich machen. Gemäß einer Ausführungsform ist das Polymer zur Ausbildung eines Schaum-Loaders verfestigt. Damit ist es möglich, das Gewicht des Loaders weiter zu verringern.
Der zylindrische Loader 101 weist ein hohles Zentrum 102 und eine massive äußere Skelettstruktur zwischen einem inneren Zylinderumriss 104 und einem äußeren Zylinderumriss 106 auf. In dem hohlen Zentrum 102 ist ein Halterungsnetz 108 fest angeordnet. Das Halterungsnetz 108 dient als Mittel zur Beschränkung der Bewegung eines Phantoms 109, das von unterschiedlicher Gestalt und Größe sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Halterungsnetz 108 aus einem Tuch oder einem anderen Netzmaterial hergestellt sein. Es kann aber auch irgendeine andere geeignete Vorrichtung dazu verwendet werden, das hohle Zentrum 102 zu umschließen. Das Halterungsnetz 108 erstreckt sich von der Hinterseite 110 des zylindrischen Loaders 101 zu der Vorderseite 112 des zylindrischen Loaders 101. Das Halterungsnetz 108 ist an der Rückseite 110 des zylindrischen Loaders 101 dadurch befestigt, dass das Halterungsnetz 108 an Laschen 114, 116, 118 festgemacht ist, die sich von der Rückseite 110 des zylindrischen Loaders 101 aus seitlich erstrecken. Bei einer Ausführungsform ist das Halterungsnetz 108 an den Laschen 114, 116, 118 in der Weise befestigt, dass die Laschen 114, 116, 118 sich durch Öffnungen in dem Halterungsnetz 108 erstrecken. Das Halterungsnetz 108 kann auch an der Vorderseite 112 des zylindrischen Loaders 101 durch eine Befestigungseinrichtung 119 befestigt sein, die ein wiederholtes Befestigen/Lösen gestattet. Es können Schnallen, Schnappverschlüsse, Haken, Schieber, Reißverschlüsse, Klettverschlüsse oder andere geeignete Befestigungsmittel dazu verwendet werden, das Halterungsnetz 108 zu fixieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungseinrichtung 119 an dem äußeren Zylinderumfang 106 und an einem Ende des Halterungsnetzes 108 befestigt, das dem mittels der Laschen 114, 116, 118 verankerten Ende gegenüber liegt. Alternativ kann die Befestigungseinrichtung auch auf der Vorderseite 112 des zylindrischen Loaders 101 an dem inneren Zylinderumriss 104 oder irgendeinem anderen Teil der Loaderanordnung 100 so angeordnet sein, dass das Phantom 109 in dem zylindrischen Loader 101 relativ zu diesem festgelegt ist.
An der Hinterseite 110 des zylindrischen Loaders 1 ist mittels Befestigungselementen 122, 124, 126 ein hinteres Halteelement 102 befestigt. Das hintere Halteelement 120 ist so gestaltet, dass es mit seinen Öffnungen 128, 130, 132 die Laschen 114, 116, 118 aufnimmt. Dadurch kann das Halterungsnetz 108 gegen ein Freikommen von den Laschen 114, 116, 118 gesichert werden. Außerdem beschränkt das hintere Halteelement 120 von der Rückseite 110 des zylindrischen Loaders 101 aus die Phantombewegung in dem hohlen Zentrum 102. Wenn deshalb das Phantom 109 in das hohle Zentrum 102 eingesetzt ist, kann es nicht auf der Rückseite 110 des zylindrischen Loaders 101 entnommen werden. Um das Einbringen oder Herausnehmen des Phantoms 109 in bzw. aus der Loaderanordnung 100 zu ermöglichen, muss das Halterungsnetz 108 zunächst gelöst werden, indem die Befestigungseinrichtung 119 geöffnet wird. Das Phantom 109 muss daher von der Vorderseite 112 des zylindrischen Loaders 101 aus in die Loaderanordnung 100 eingebracht oder aus dieser herausgenommen werden. Das heißt, das Halterungsnetz muss erst an der Befestigungseinrichtung 119 verankert oder gelöst werden, um eine Bewegung des Phantoms 109 zu beschränken bzw. zu ermöglichen.
Das hintere Halteelement 120 ist aus einem Polymer hergestellt, das dazu geeignet ist, die notwendige Abstützung zu erzielen und die Bewegung des Phantoms 109 zu begrenzen. Bei einer Ausführungsform kann das hintere Halteelement aus einem Polymer aufgebaut sein, in das ein elektrisch leitender Zusatzstoff dispergiert ist. Außerdem wird in Erwägung gezogen, das hintere Halteelement 120 so zu gestalten, dass eine Luftströmung durch das hohle Zentrum ermöglicht oder beschränkt ist. Schließlich ist es auch denkbar, dass das hintere Halteelement 120 aus einem alternativen Material hergestellt ist, wie etwa einem Gewebe oder einem Netzmaterial.
Das hintere Halteelement 120 weist außerdem einen ersten Trägerhöcker 134 auf. Bei an der Rückseite 110 des zylindrischen Loaders 101 mittels der Befestigungselemente 122, 124, 126 befestigtem hinterem Halteelement 120 erstreckt sich der erste Trägerhöcker 134 über den äußeren Zylinderumriss 106 hinaus. In ähnlicher Weise erstreckt sich ein zweiter Trägerhöcker 134 von einem vorderen Träger 138 aus, in der Weise, dass der zweite Trägerhöcker 136 bei an der Vorderseite 112 des zylindrischen Loaders 101 mittels der Befestigungselemente 140, 142 befestigtem vorderem Trägerelement 138 über den äußeren Zylinderdurchmesser 106 hinaus ragt. Der Loader 101 kann deshalb so aufgestellt werden, dass der erste Trägerhöcker 134 und der zweite Trägerhöcker 136 den zylindrischen Loader 101 abstützen.
Bezugnehmend auf 3 ist dort die Loaderanordnung 100 in einer HF-Spulenanordnung 144 angeordnet veranschaulicht. Der Loader ist durch den ersten Trägerhöcker 134 und den zweiten Trägerhöcker 136 abgestützt. Der erste Trägerhöcker 134 und der zweite Trägerhöcker 136 sitzen so auf einem Bett 146 der HF-Spulenanordnung 144, dass der Loader oberhalb des Bettes 146 steht. Außerdem ist das Phantom 109 in der Loaderanordnung 100 positioniert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Loaderanordnung 100 und das Phantom 109 voneinander unabhängig. Es ist aber auch möglich, dass die Loaderanordnung 100 und das Phantom einstückig miteinander verbunden sind. Außerdem ist das Phantom 109 bei einer bevorzugten Ausführungsform kugelförmig. Denkbar ist aber auch, dass das Phantom irgendeine Gestalt aufweist, die in den Loader eingebracht oder in diesem integriert werden kann. An der Loaderanordnung 100 ist ein Befestigungsabschnitt 110 so befestigt, dass das Phantom zwischen einem (nicht dargestellten) hinteren Halter und dem Befestigungselement 108 fixiert ist.
Bei Anregung der HF-Spulenanordnung 124 bildet die Loaderanordnung 100 eine elektrische Last für die HF-Spulenanordnung 144, während das Phantom eine abbildbare Substanz darstellt, derart, dass das MR-System getestet und/oder kalibriert werden kann oder Bediener unter Verwendung der Anordnung trainiert werden können. Typischerweise emittiert ein Fluid, das in dem Phantom eingeschlossen und verhältnismäßig nicht leitend ist, bei Anregung NMR-Signale.
Deshalb ist das Phantom 109 abbildbar, während die Loaderanordnung 100 dies nicht ist. Demgemäß simuliert die Loaderanordnung 100 die HF-Spulenanordnungsbelastung menschlichen Gewebes, während das Phantom 109 die Abbildbarkeit menschlichen Gewebes simuliert. Außerdem ist die Loaderanordnung 100 flüssigkeitsfrei und deshalb im Vergleich zu flüssigkeitsgefüllten Loaders nach Größe und Gewicht wesentlich verkleinert.
Die Größen- und Gewichtsreduktion erlaubt eine leichtere Handhabung des Loadern als bei flüssigkeitsenthaltenden Loadern. Außerdem gestattet der flüssigkeitsfreie Loader ein Testen/Kalibrieren der HF-Spule bei starken Magnetfeldern. Insbesondere können Felder mit mehr als 1,0 T und 1,5 T zum Testen und/oder Kalibrieren oder zum Training von Bedienern eingesetzt werden, ohne dass infolge von stehenden Wellen in dem Loader Verzerrungen in das Bild des Phantoms eingebracht werden.
Bezugnehmend nun auf 4 ist dort ein Loader 210 blattförmiger Gestalt und hergestellt aus Schaum veranschaulicht. Wenngleich er nicht für alle Anwendungen ideal ist, kann der Schaumloader im Zusammenhang mit planaren HF-Spulenanordnungen eingesetzt werden. Der blattförmige Loader 210 beinhaltet ein erstes Blatt 212 und ein zweites Blatt 214. Das erste Blatt 212 und das zweite Blatt 214 sind aus einem elektrisch leitenden Schaum hergestellt. Deshalb wird der blattförmige Loader 210 in der Weise erzeugt, dass ein Polymer verflüssigt, ein elektrisch leitender Zusatzstoff in dem verflüssigten Polymer physikalisch mit diesem kombiniert und sodann das Polymer zu einem Schaum verfestigt wird. Der elektrisch leitende Zusatzstoff ist daher in dem Polymer so dispergiert, dass bei der Verfestigung des verflüssigten Polymers ein elektrisch leitender Schaum erzeugt wird. Der Schaum weist eine niedrige Dielektrizitätszahl auf, während der elektrisch leitende Zusatzstoff eine verhältnismäßig hohe Leitfähigkeit hat. Die Verwendung eines leitenden Schaums ermöglicht eine weitere Gewichtsreduzierung selbst im Vergleich zu Loadern, die aus einem massiven elektrisch leitenden Polymer, wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen, hergestellt sind.
Zwischen dem ersten Blatt 212 und dem zweiten Blatt 214 des blattförmigen Loaders 210 ist ein Phantom 216 angeordnet. Das Phantom 216 ist elliptisch. Es ist aber auch denkbar, dass das Phantom irgendeine beliebige Gestalt hat, die zwischen das erste Blatt 212 und das zweite Blatt 214 eingefügt werden kann.
Wie erwähnt, kann der blattförmige Loader 210 im Zusammenhang mit planaren HF-Spulenanordnungen verwendet werden. Bei Anregung der planaren HF-Spulenanordnung bildet der blattförmige Loader 210 eine elektrische Last für die planare HF-Spulenanordnung, während das Phantom 216 eine abbildbare Substanz darstellt, derart, dass das MR-System getestet und/oder kalibriert werden kann oder Bediener unter Verwendung der Einrichtung trainiert werden können. Typischerweise emittiert ein Fluid, das in dem Phantom eingeschlossen und verhältnismäßig nicht-leitend ist, bei Anregung NMR-Signale. Das Phantom 216 ist deshalb abbildbar, während der blattförmige Loader 210 dies nicht ist. Demgemäß simuliert der blattförmige Loader 210 die HF-Spulenanordnungslast des menschlichen Gewebes, während das Phantom 216 die Abbildbarkeit von menschlichem Gewebe simuliert.
Festzuhalten ist, dass die Figuren mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben worden sind. Das bedeutet, dass, wenn auch für eine vorgegebene Ausführungsform ein spezielles Konstruktionsmaterial bevorzugt sein kann, dieses Konstruktionsmaterial nicht durch den Loaderaufbau bestimmt ist. Es können deshalb Blatt-Loader auch aus einem massiven leitenden Polymer hergestellt werden, während zylindrische Loader aus einem leitenden Schaum aufgebaut werden können. Es ist denkbar, dass die oben beschriebene Erfindung in einem einen Loader enthaltenden Gerät zur Verwendung für die elektrische Belastung von HF-Spulen verwirklicht werden kann. Der Loader enthält einen elektrisch leitenden Zusatzstoff, der in einem Polymer so dispergiert ist, dass der Loader flüssigkeitsfrei ist.
Denkbar ist außerdem, dass die oben beschriebene Erfindung als ein Verfahren zum Herstellen eines bei einem MR-Gerät verwendbaren Verfahren verwirklicht wird. Das Verfahren beinhaltet das Verflüssigen einer Polymerbasismatrix und das Compoundieren der verflüssigten Polymerbasismatrix mit einem elektrisch leitenden Zusatzstoff. Außerdem beinhaltet das Verfahren das Dispergieren des elektrisch leitenden Zusatzstoffes in der verflüssigten Polymerbasismatrix und das Ausbilden eines Loaders zur Verwendung bei der Belastung von HF-Spulen des MR-Geräts.
Denkbar ist weiterhin, dass die oben beschrieben Erfindung in einem Verfahren zum Kalibrieren eines MR-Systems verwirklicht ist. Das Verfahren beinhaltet das Positionieren eines aus einem elektrisch leitenden Polymer hergestellten Loaders in einer HF-Spulenanordnung und das Anordnen eines Phantoms in der HF-Spulenanordnung. Das Verfahren beinhaltet weiterhin die Ausführung eines Kalibrierungsscans.
Schließlich ist es noch denkbar, dass die oben beschriebene Erfindung als MRI-Gerät verwirklicht wird. Das MRI-Gerät beinhaltet ein MRI-System mit einer Anzahl Gradientenspulen, die rings um eine Bohrung eines Magneten angeordnet sind, um ein polarisierendes Magnetfeld zu erzeugen, und ein HF-Transceiver-System sowie einen HF-Schalter der von einem Pulsmodul so gesteuert ist, dass er zum Akquirieren von MR-Bildern HF-Signale an die HF-Spuleanordnung übermittelt. Das MRI-Gerät weist außerdem eine Belastungsvorrichtung auf, um die HF-Spulenanordnung elektrisch zu belasten. Die Belastungsvorrichtung ist aus einem elektrisch leitenden Zusatzstoff, der in einem Polymer dispergiert ist aufgebaut.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsform beschrieben, wobei aber darauf hinzuweisen ist, dass äquivalente Alternativen und Abwandlungen auch neben solchen, die ausdrücklich erwähnt wurden, möglich sind.

Claims

Vorrichtung, die aufweist: – einen Loader (100, 210) (Belastungseinrichtung), der aus einem in einem Polymer dispergierten, elektrisch leitenden Zusatzstoff besteht, wobei der Loader flüssigkeitsfrei ist, – wobei der Loader zur elektrischen Belastung von HF-Spulen ausgelegt ist, und – wobei der Loader ein hohles Zentrum (102) aufweist und so ausgebildet ist, dass er ein darin anzuordnendes Phantom (109, 216) aufnehmen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der elektrisch leitende Zusatzstoff wenigstens einer der folgenden Stoffe ist: Metallfasern, Kohlenstoffpulver, Kohlenstofffasern und Kohlenstoff-Nano-Tubes (Nano-Röhrchen).
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Polymer eine niedrige Dielektrizitätszahl und der elektrisch leitende Zusatzstoff eine verhältnismäßig hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Loader (100) zylindrisch gestaltet ist (101).
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Loader (210) ein Blatt (212, 214) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Polymer einen Schaum bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Phantom (109, 216) eine Flüssigkeit enthält und aus dem Loader entnehmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem eine Loaderanordnung mit dem darin vorgesehenen Loader (101) aufweist und bei der die Loaderanordnung (100) eine erste und eine zweite Stirnseite (110, 112) und ein an der ersten Stirnseite (112) angeordnetes Halteelement (120) aufweist, um die Durchbewegung eines Phantoms (109) zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung außerdem einen vorderen und einen hinteren Träger (134; 136) aufweist, die an einem Aussendruchmesser (106) des Loaders (101) befestigt sind, wobei jeder Träger einen nach außen sich erstreckenden Höcker (134, 136) zur Abstützung des Loaders (101) aufweist.