DE3808995C2 - - Google Patents

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Michio Ootawara Tochigi Jp Mitomi
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/385Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using gradient magnetic field coils

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Wel­ lenformen der Spulenströme für Gradientenmagnetfeld-Erzeugungs­ spulen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und eine Vor­ richtung zum Durchführen des Verfahrens.
Ein Magnetresonanz-Bildgerät (MRI-Gerät) enthält eine Ein­ heit zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes, Einheiten zum Beaufschlagen mit Gradientenmagnetfeldern (Gx, Gy, Gz) in X-, Y- bzw. Z-Richtung, einen Sender zum Beaufschlagen des Untersuchungsobjektes mittels eines Hochfrequenz- Magnetfeldes (RF-Magnetfeldes), einen Detektor zum Erfassen eines im Untersuchungsobjekt erzeugten Magnetresonanz- Signals (MR-Signals), ein Ablaufsteuergerät zum Steuern der Erzeugung der Magnetfelder und der Erfassung des MR-Signals und einen Rechner zum Steuern des Ablaufsteuergerätes und zum Verarbeiten des erfaßten MR-Signals, um ein Magnetreso­ nanz-Bild (MR-Bild) zu erzeugen.
Bei dem beschriebenen MRI-Gerät wird das Untersuchungsob­ jekt in dem statischen gleichförmigen Magnetfeld, das durch die statische Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, plaziert. Der Sender wird entsprechend der Betätigungsfolge des Ablaufsteuergerätes betrieben, um das Untersuchungs­ objekt mit 90°-Impulsen und 180°-Impulsen zu beaufschlagen. Die Gradientenmagnetfeld-Erzeugungseinheiten beaufschlagen das Untersuchungsobjekt abhängig von den Betätigungsfolgen des Ablaufsteuergerätes mit den Gradientenfeldern. Als Folge wird das durch die Magnetresonanz-Erscheinung im Untersu­ chungsobjekt erzeugte MR-Signal durch den Empfänger erfaßt. Der Rechner führt die Bildrekonstruktion aus, indem er das erfaßte MR-Signal verarbeitet und damit eine MR-Bildinfor­ mation wie ein MR-Tomogrammbild liefert.
Die MR-Bildinformation wird durch den Anstiegsverlauf, zum Beispiel die Anstiegszeit des Gradientenmagnetfeldes beein­ trächtigt, das dazu dient, das MR-Signal mit einer Posi­ tionsinformation zu versehen. Andererseits ist zu berück­ sichtigen, daß die Kennlinie des Gradientenmagnetfeldes im wesentlichen von den Ausgangskenngrößen der zur Erzeugung der Gradientenmagnetfelder benutzten Spannungsquelle ab­ hängt. Demnach werden im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 die Ausgangskenngrößen der das Gradientenfeld erzeugenden Spannungsquelle diskutiert.
Fig. 1 stellt eine Spannungsquelle zum Versorgen einer Spu­ le mit einer Speisespannung dar, um ein Magnetfeld zu er­ zeugen. Ein Eingangssignal Vin wird dem mittels Spannungen +V und -V betriebenen Verstärker 1 zugeführt und zur Ver­ sorgung der Spule 2 verstärkt, die Spule 2 weist eine Impe­ danz Z1 (einen induktiven Teil Zl1 und einen ohmschen Teil Zr1) auf. Ein Shunt-Widerstand 3 ist vorgesehen, um den durch die Spule 2 fließenden Strom zu messen. Iout reprä­ sentiert den durch die Spule 2 fließenden Strom.
Die Anstiegszeit Tr des Stromes Iout, der durch die Spule 2 fließt, ist gegeben durch
Tr = (Zl1/Zr1) ln (V/(V - Iout · Zr1)) (1)
V = Zl1(di/dt) + Iout Zr1 (2)
Wie aus den Gleichungen ersichtlich ist, hängt die An­ stiegszeit Tr von der Impedanz Z der Spule 2 und der an den Verstärker 1 angelegten Spannung V ab. Wie in Fig. 2 darge­ stellt, ist der Strom Iout gegenüber der Eingangsspannung Vin durch die Zeit Tr verzögert. Wenn somit die Gradienten­ magnetfeld-Erzeugungsspulen verschiedene Impedanzen aufwei­ sen, sind die Anstiegszeiten der Gradientenmagnetfelder verschieden groß, so daß es nicht möglich ist, das MR- Signal mit einer exakten Positionsinformation zu versehen.
Benötigt wird eine exakte Positionsinformation für das MR- Signal.
Die US 45 85 995 zeigt ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Wellenformen der Spulenströme in bestimm­ ter Weise gesteuert werden, um die Einflüsse von Wirbelfel­ dern auf das durch die Gradientenspulen erzeugte Gradien­ tenmagnetfeld auszuschalten. Während der Anstiegszeit des Stromimpulses bis zu einem konstanten Sollwert wird durch die Stromänderung ein Wirbelfeld erzeugt, das bis zum Er­ reichen des konstanten Strom-Sollwerts ansteigt und dann abfällt. Durch die Überlagerung mit dem Gradientenmagnetfeld wird die Wellenform für das effektive Gradientenmagnetfeld verzerrt. Eine Kompensation des durch das Wirbelfeld ausgelösten Störeffekts erfolgt dadurch, daß dem Stromimpuls eine Kom­ pensationswellenform überlagert wird. Zunächst wird ein er­ höhter Strom erzeugt, dieser Stromüberschuß wird dann gemäß einer Exponentialfunktion abgebaut.
In der US 43 00 096 ist ein Verfahren zum Steuern der Wel­ lenformen der Spulenströme für Gradientenmagnetfeld-Erzeu­ gungsspulen eines MR-Geräts beschrieben, wodurch eine ge­ naue Übereinstimmung der Wellenformen der Gradientenmagnetfelder für die X- und Y-Richtung erreicht werden soll. Mit Magnet­ sonden werden die Gradientenmagnetfelder in den genannten Rich­ tungen erfaßt. Es erfolgt eine laufende Abtastung mit einem laufenden Vergleich der erfaßten Wellenformen mit einer Be­ zugswellenform.
Aus der DE 35 30 637 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen der Spannung für Gradientenmagnetfeld-Spulen bekannt, wobei zur Verringerung der Verlustleistung mehrere Gleich­ spannungsquellen mit unterschiedlich großer Gleichspannung vorgesehen sind, die sich mittels einer zugehörigen Schal­ teranordnung in beliebiger Kombination in Reihe schalten lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem die Wellenformen der Spulenströme so gesteuert werden, daß exakte Positionsinformationen erhalten werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 5 angegebenen Merkmale.
Wenn in der erfindungsgemäßen Weise die Anstiegszeiten der Spulenströme in Übereinstimmung gebracht werden, erhält man die gewünschte exakte Positionsinformation für das MR-Si­ gnal.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand von 7 Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer bekannten Strom­ quelle zum Erzeugen eines Gradientenmagnetfeldes;
Fig. 2 die Wellenformen der Eingangsspannung und des Aus­ gangsstroms der Spannungsquelle von Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines MRI-Ge­ räts, mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 eine Schaltungsanordnung einer Spannungsquelle zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes für das Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine weitere Schaltungsanordnung einer Spannungs­ quelle zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes für das Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Erzeugung ei­ ner trapezförmigen Welle und
Fig. 7 Wellenformen der Eingangsspannung und des Ausgangs­ stroms dieser Schaltung.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 3 dargestellt, enthält die Vorrichtung eine Spule 32 zum Erzeugen eines statischen gleichförmigen Ma­ gnetfeldes, eine Spannungsquelle 31 zum Versorgen der Spule 32 mit elektrischer Leistung, Spulen 36a, 36b und 36c zum Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern in X-, Y-, bzw. Z- Richtung, Spannungsquellen 35a, 35b und 35c zum Zuführen der elektrischen Leistung an die Spulen 36a, 36b bzw. 36c, eine Sende- und Empfangsspule 34 sowie eine Sende- und Empfangsschaltung 33 zum Aussenden eines RF-Impulses und zum Erfassen eines innerhalb des Untersuchungsobjektes P erzeugten MR-Signals, ein Ablaufsteuergerät 37 zum Steuern der Spannungsquellen 35a, 35b und 35c und der Schaltung 33, einen Rechner 38, der die Signale liefert zum Betreiben der Spannungsquelle 31 und des Ablaufsteuergerätes, der außer­ dem unter Verwendung des durch die Schaltung 33 erfaßten MR-Signals ein MR-Bild rekonstruiert und dieses anzeigt. Das Untersuchungsobjekt wird in einem Raum positioniert, der mit den Magnetfeldern beaufschlagt wird.
In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung der Spannungsquellen 35a, 35b und 35c zur Gradientenmagnetfelderzeugung darge­ stellt. Konstantspannungsgeneratoren 12a und 12b wandeln die Wechselspannung einer Wechselspannungsquelle 16 in eine Gleichspannung um, die dann an den Verstärker 11 angelegt wird. Veränderbare Widerstände 13a und 13b, die an den Kon­ stantspannungsgeneratoren 12a und 12b angeschlossen sind, können durch das Ablaufsteuergerät 37 gesteuert werden. Die Eingangsspannung Vin wird vom Steuergerät 37 ausgegeben und durch den Verstärker 11, der durch die von den Konstant­ spannungsgeneratoren 12a und 12b gelieferte Gleichspannung betrieben wird, verstärkt. Der Ausgangsstrom Iout des Verstärkers 11 wird der Spule 14 mit der Impedanz Z2 (einem induktiven Teil Zl2 und einem ohmschen Teil Zr2) zugeführt.
Fig. 5 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung der Span­ nungsquelle für die Gradientenmagnetfelderzeugung. An der Eingangsseite des Verstärkers 21 ist eine Schaltung 24 zur Erzeugung einer trapezförmigen Welle vorgesehen. Wie Fig. 6 darstellt, enthält die Schaltung 24 einen Verstärker 24a zum Verstärken der Eingangsspannung Vin, eine Konstant­ stromschaltung 24b zum Ausgeben eines der Ausgangsspannung des Verstärkers 24a entsprechenden Ausgangsstromes, eine Integrierschaltung 24c zum Formen der Ausgangsstromwellen­ form der Schaltung 24b zu einer trapezförmigen Wellenform und einen veränderbaren Kondensator 24d, der an die Schal­ tung 24c angeschlossen ist. Der veränderbare Kondensator 24d kann durch das Ablaufsteuergerät 37 gesteuert werden.
Es wird nun die Arbeitsweise der Spannungsquelle beschrieben.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung werden die verän­ derbaren Widerstände 13a und 13b durch das Ablaufsteuerge­ rät 37 gesteuert. Wenn die Gradientenmagnetfeld-Erzeugungs­ spulen 36a, 36b und 36c verschiedene Impedanzen aufweisen, erfaßt das Ablaufsteuergerät 37 die Anstiegszeit des an die Spulen 36a, 36b und 36c ausgegebenen Stromes und steuert den Strom unter Verwendung der veränderbaren Widerstände 13a und 13b so, daß die Anstiegszeitperiode der Gradientenfelder Gx, Gy und Gz und damit die Anstiegszeiten zur gegenseitigen Übereinstimmung gebracht werden. Auf diese Weise kann dem MR-Signal eine exakte Positionsinformation zugeführt werden.
Bei der Schaltung gemäß den Fig. 5 und 6 ist die Schaltung 24 zur Erzeugung der trapezförmigen Welle so ausgebildet, daß die Wellenform der Eingangsspannung Vin zu einer Span­ nung Vin′ mit Trapezform umgeformt wird. Der Ausgangsstrom Iout des Verstärkers 21 wird der Spule 22 mit der Impedanz Z3 (induktiver Teil zl3 und ohmscher Teil Zr3) zugeführt. In diesem Fall wird, wie Fig. 7 zeigt, die Anstiegszeit TR der trapezförmigen Spannung Vin′ auf die längste Anstiegszeit der den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen 36a, 36b und 36c zugeführten Ströme eingestellt. Die Folge ist, daß die Anstiegszeitperioden der Gradientenmagnetfelder Gx, Gy und Gz gleichgemacht werden und so das MR-Signal mit einer exakten Positionsinformation versehen werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zum Steuern der Wellenformen der Spulen­ ströme, die den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen eines Magnetresonanz-Bildgerätes aus zugehörigen Speisequellen zugeführt werden, bei dem die Spulenströme erfaßt und ihre Wellenformen in Abhängigkeit von den erfaßten Werten ge­ steuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformen der Spulenströme der Gradienten­ magnetfeld-Erzeugungsspulen so gesteuert werden, daß ihre Anstiegszeiten übereinstimmen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anstiegszeiten auf die längste Zeitdauer der Anstiegszeiten der erfaßten Spulenströme ein­ gestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Steuerung der Wellenfor­ men der Spulenströme durch Steuern der Spannungen von Span­ nungsquellen erfolgt, die die Spulenströme liefern.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wellenformen der Spulenströme trapezförmig ausgebildet werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (37) zum Erfassen der den Gradientenmagnetfeld- Erzeugungsspulen zugeführten Spulenströme und durch eine Einrichtung zum Steuern der Wellenformen der Spulenströme in Abhängigkeit von den erfaßten Werten, derart, daß ihre Anstiegszeiten übereinstimmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anstiegszeiten auf die längste Anstiegszeitdauer der erfaßten Spulenströme ein­ gestellt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Speisequellen (35a, 35b, 35c) für die Spulenströme steuerbare Spannungsquellen (12a, 12b, 13a, 13b) enthalten.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Speisequel­ len (35a, 35b, 35c) für die Spulenströme Einrichtungen (24) zum Erzeugen trapezförmiger Wellen (TR) mit steuerbarer An­ stiegszeit enthalten.
DE3808995A 1987-03-18 1988-03-17 Verfahren und vorrichtung zum steuern von kenngroessen von gradientenmagnetfeldern bei einem magnetresonanz-bildgeraet Granted DE3808995A1 (de)

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