DE10041808B4

DE10041808B4 - Feldfrequenz-Sperrsystem für ein Magnetresonanzsystem

Info

Publication number: DE10041808B4
Application number: DE10041808A
Authority: DE
Inventors: Ralph Calif. Hurd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2020-08-26
Also published as: JP4544443B2; DE10041808A1; JP2001112736A; US6242915B1

Abstract

Feldfrequenz-Sperrsystem in einem MRI-System mit einem Magneten (140) zur Erzeugung eines Polarisationsmagnetfeldes (B0) in einem Bereich und einer Gradientenspulenanordnung (139) zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in einem abzubildenden, in dem Bereich befindlichen Subjekt, mit einer Mikrospule (130) außerhalb der Gradientenspulenanordnung (139) und in dem Bereich, in dem das Polarisationsmagnetfeld (B0) erzeugt wird, einer Resonanzprobe (280), die an die Mikrospule angrenzend angeordnet ist und ein Resonanzprobenmaterial enthält, das ein Signal erzeugt, wenn die Mikrospule mit einem RF-Impuls erregt wird, einer Sendeeinrichtung (256) zur Erzeugung eines RF-Impulses, der an die Mikrospule (130) angelegt wird, einer Empfangseinrichtung (264) zur Erfassung eines Signals von der Mikrospule (130), das durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, einem Frequenzvergleicher (266) zur Messung der Differenzfrequenz (Δω) zwischen der Frequenz des erfassten Signals und einer Bezugsfrequenz, die einer Frequenz entspricht, die durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, wenn das Polarisationsmagnetfeld B0 an einem nominalen Wert liegt, und...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf kernmagnetische Resonanz-(NMR-)Verfahren und -Systeme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Kompensation von NMR-Systemen bezüglich Schwankungen im Polarisationsmagnetfeld.
Wird eine Substanz wie menschliches Gewebe einem gleichförmigen Magnetfeld (Polarisationsfeld B₀) ausgesetzt, versuchen sich die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren jedoch darum in zufälliger Ordnung an ihrer charakteristischen Larmor-Frequenz. Wird die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (Anregungsfeld B₁) ausgesetzt, das sich in der x-y-Ebene und nahe der Larmor-Frequenz befindet, kann das ausgerichtete Nettomoment M_z in die x-y-Ebene zur Erzeugung eines transversalen magnetischen Nettomoments M_t gedreht bzw. gekippt werden. Ein NMR-Signal wird durch die angeregten Spins nach Beendigung des Anregungssignals B₁ emittiert, und dieses Signal kann empfangen und verarbeitet werden.
Bei der Verwendung dieser NMR-Signale zur Erzeugung von Bildern, werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) angewendet. Typischerweise wird der abzubildende Bereich durch eine Folge von Messzyklen abgetastet, in denen diese Gradienten sich entsprechend dem bestimmten verwendeten Lokalisierungsverfahren verändern. Der resultierende Satz empfangener NMR-Signale wird zur Rekonstruktion des Bildes unter Verwendung eines vieler bekannter Rekonstruktionsverfahren digitalisiert und verarbeitet.
Das Polarisationsfeld B₀ muss während der Folge der Abbildungssequenzen stabil sein, die eine Dauer von wenigen Sekunden bis zu 15 Minuten haben können. Die erforderliche Stabilität ist sehr hoch, und typischerweise können Änderungen von 0,1 bis wenige partes per millionem (ppm) die Spektren oder das Bild verschlechtern. Das Stabilitätserfordernis ist somit sehr bedeutend und ist besonders schwierig bei Resistiv- und Permanentmagneten im Gegensatz zu supraleitenden Magneten zu erreichen.
Die Instabilitäten können durch äußere Störungen (beispielsweise durch sich bewegende Eisenmassen wie Aufzüge) und Unvollkommenheiten im Magnetsystem verursacht werden. Bei resistiven Magneten beinhalten derartige Unvollkommenheiten Instabilitäten im Magnetstrom und eine thermische Kontraktion der Spulen. Bei Permanentmagneten beeinflusst die Umgebungstemperatur sowohl die Dimensionen des Magneten als auch den durch sein Material erzeugten Fluss, und somit ist dieser Magnettyp ziemlich empfindlich bezüglich thermischer Fluktuationen.
Das Stabilitätserfordernis des Polarisationsfeldes wurde in der US 4 623 843 von Macovski und in der US 4 417 209 von Hounsfield beschrieben. Diese lehren, wie die Präsenz unerwarteter Fluktuationen in dem Polarisationsfeld ΔB₀ gemessen werden können, und wie das gemessene Signal zur Kompensation von ΔB₀ verwendet werden kann. Diese ΔB₀-Messung wird durch eine NMR unter Verwendung einer separaten Bezugsprobe außerhalb des abgebildeten Objekts, aber innerhalb des B₀-Feldbereichs durchgeführt. Die Bezugsprobe kann separat oder durch das gleiche RF-Anregungsfeld wie das Objekt angeregt werden. Das Bezugssignal von der Probe erzeugt ein NMR-Signal mit einer Frequenz f₀ + Δf₀, die proportional zu B₀ + ΔB₀ ist. Die gemessenen Frequenzänderungen Δf₀ werden zur Demodulation der von dem Objekt empfangenen erfassten NMR-Signale verwendet, wodurch ΔB₀-Instabilitäten während des Empfangs kompensiert werden. Verfahren zur Kompensation der Amplitude bzw. Größe des Polarisationsfeldes B₀ während der Anregung des Objekts sind auch beschrieben.
Herkömmliche Systeme zur Kompensation von ΔB₀ weisen mehrere grundlegende Mängel auf. Die während der Spektroskop- oder Abbildungssequenz verwendeten Gradienten verursachen zusätzliche Magnetfelder an den Punkten, wo B₀ gemessen wird, und sie ändern sich schnell mit der Zeit. Dies machte die Verwendung eines kontinuierlich messenden NMR-Messfühlers unmöglich. Die NMR-B₀-Sensoren müssen daher im gepulsten Modus verwendet werden, was bedeutet, dass das Kompensationssignal lediglich während Abschnitten der Abtastzeit verfügbar ist. Dies verkompliziert seine Verwendung, da es mit der Abbildungsimpulssequenz zur Ausbildung eines Signals bei Bedarf koordiniert werden muss.
Ein weiteres mit den Magnetfeldgradienten verbundenes Problem besteht darin, dass sie das erhaltbare NMR-Signal vom Sensor verschlechtern, da sie das NMR-Signal über dessen empfindliches Volumen aus der Phase verschieben. Dies resultiert in der Verkürzung der Dauer des freien Kernpräzessionssignals, das für jeden Impuls erhalten wird. Dies bedeutet, dass das empfindliche Volumen des Sensors nicht sehr groß sein kann. Infolgedessen ist das Signal-Rausch-(S/N-)Verhältnis des NMR-Sensors im besten Fall nur geringfügig besser als erforderlich, und im schlimmsten Fall kann es die Qualität des endgültigen Bildes verschlechtern.
Wie in der US 5 488 950 A offenbart, besteht eine Lösung dieser Probleme in der Verwendung einer Elektron-Spin-Resonanz (ESR) als Mittel zur Messung von Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld. Wie bei der NMR verwendet die ESR ein starkes Polarisationsmagnetfeld zur Messung von Resonanzsignalen, allerdings werden bei der ESR die Resonanzsignale durch Elektronen anstatt durch Kerne erzeugt. Die ESR arbeitet typischerweise im Mikrowellenfrequenzbereich und verwendet Elektronik- und Spulenstrukturen, die wesentlich von denen bei der NMR verwendeten verschieden sind.
In den vergangenen Jahren wurden kleine RF-Spulen, sogenannte Mikrospulen, zur Verwendung bei der NMR-Spektroskopie und der NMR-Abbildung entwickelt. Wie in der US 5 684 401 A und der US 5 654 636 A beschrieben, werden Mikrospulen bei der Spektroskopie zum Erhalten von NMR-Signalen von sehr kleinen Proben verwendet. Wie in der US 5 655 234 A offenbart, werden Mikrospulen auch bei NMR-Abbildungsanwendungen verwendet, wo sie in medizinischen Instrumenten (beispielsweise Kathetern, Biopsienadeln usw.) eingebettet sind, und zur Erzeugung von Signalen verwendet werden, aus denen ihr Ort in dem Patienten bestimmt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angeführten Probleme zu lösen.
Erfindungsgemäß ist ein Feldfrequenz-Sperrsystem für ein NMR-System ausgestaltet, bei dem eine Mikrospule und eine Resonanzprobe in dem Polarisationsmagnetfeld des NMR-Systems an einem Ort positioniert sind, der wesentlich von den Gradientenmagnetfeldern abgeschirmt ist, die durch das NMR-System während einer Abtastung erzeugt werden. Die Resonanzprobe wird durch die Erregung der Mikrospule angeregt, und das durch die Resonanzprobe erzeugte resultierende Signal wird zur Bestimmung seiner Resonanzfrequenz erfasst und analysiert. Diese Resonanzfrequenzmessung wird zur Bestimmung von Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld des NMR-Systems und zur Erzeugung von Korrektursignalen verwendet. Die Korrektursignale können zur Kompensation der Polarisationsmagnetfeldstärke verwendet werden, oder sie können zur Modulation der RF-Bezugsfrequenz verwendet werden, die durch das NMR-System während seiner Abtastung eines Subjekts angewendet wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines MRI-Systems, das die Erfindung anwendet,
2 ein elektrisches Blockschaltbild der Sende-Empfangseinrichtung, die einen Teil des MRI-Systems in 1 bildet,
3 ein elektrisches Blockschaltbild des Feldfrequenz-Sperrsystems, das einen Teil des in 1 gezeigten MRI-Systems bildet, und
4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Mikrospule, die bei dem System in 3 Anwendung findet.
In 1 sind die Hauptkomponenten eines bevorzugten MRI-Systems gezeigt, das die Erfindung beinhaltet. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienkonsole 100 aus gesteuert, die eine Tastatur und ein Steuerfeld 102 sowie eine Anzeigeeinrichtung bzw. einen Bildschirm 104 umfasst. Die Konsole 100 kommuniziert über eine Verbindung 116 mit einem separaten Computersystem 107, das einem Bediener die Steuerung der Erzeugung und die Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm 104 ermöglicht. Das Computersystem 107 enthält eine Vielzahl von Modulen, die miteinander über eine Rückwandplatine kommunizieren. Diese enthalten eine Bildverarbeitungseinrichtung 106, eine CPU bzw. Zentralverarbeitungseinheit 108 und eine Speichereinrichtung 113, die in der Technik als Bildpuffer zur Speicherung von Bilddatenarrays bekannt ist. Das Computersystem 107 ist mit einem Plattenspeicher 111 und einem Bandlaufwerk 112 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden, und kommuniziert mit einer separaten Systemsteuerung 122 über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 115.
Die Systemsteuerung 122 beinhaltet eine Gruppe von miteinander über eine Rückwandplatine verbundenen Modulen. Diese enthalten eine CPU bzw. Zentralverarbeitungseinheit 119 und eine Impulsgeneratoreinrichtung 121, die mit der Bedienkonsole 100 über eine serielle Verbindung 125 verbunden ist. Über diese Verbindung 125 empfängt die Systemsteuerung 122 Befehle von dem Bediener, die die durchzuführende Abtastsequenz anzeigen. Die Impulsgeneratoreinrichtung 121 steuert die Systemkomponenten zur Ausführung der gewünschten Abtastsequenz. Sie erzeugt Daten, die den Zeitpunkt, die Stärke und die Form der zu erzeugenden RF-Impulse und den Zeitpunkt und die Länge des Datenerfassungsfensters kennzeichnen. Die Impulsgeneratoreinrichtung 121 ist mit einer Gruppe von Gradientenverstärkern 127 zur Kennzeichnung des Zeitpunkts und der Form der während der Abtastung zu erzeugenden Gradientenimpulse verbunden. Die durch die Impulsgeneratoreinrichtung 121 erzeugten Gradientensignalverläufe werden an das Gradientenverstärkersystem 127 aus G_x-, G_y- und G_z-Verstärkern angelegt. Jeder Gradientenverstärker erregt eine entsprechende Gradientenspule in einer allgemein mit 139 bezeichneten Anordnung zur Erzeugung der Magnetfeldgradienten, die zur Positionskodierung erfasster Signale verwendet werden.
Die Gradientenspulenanordnung 139 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 141, die einen Polarisationsmagneten 140 und eine Ganzkörper-RF-Spule 152 umfasst. Eine Sende-Empfangseinrichtung 150 in der Systemsteuerung 122 erzeugt Impulse, die durch einen RF-Verstärker 151 verstärkt und der RF-Spule 152 durch einen Sende-/Empfangsschalter 154 zugeführt werden. Die durch die angeregten Kerne in dem Patienten abgestrahlten resultierenden Signale können durch die gleiche RF-Spule 152 erfasst und über den Sende-/Empfangsschalter 154 einem Vorverstärker 153 zugeführt werden. Die verstärkten NMR-Signale werden in dem Empfangsabschnitt der Sende-Empfangseinrichtung 150 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 154 wird durch ein Signal von der Impulsgeneratoreinrichtung 121 zur elektrischen Verbindung des RF-Verstärkers 151 mit der Spule 152 während des Sendemodus und zur Verbindung des Vorverstärkers 153 während des Empfangsmodus gesteuert. Der Sende-/Empfangsschalter 154 ermöglicht auch die Verwendung einer separaten RF-Spule (beispielsweise einer Kopfspule oder Oberflächenspule) in dem Sende- und Empfangsmodus.
Die durch die RF-Spule 152 aufgenommenen NMR-Signale werden durch die Sende-Empfangseinrichtung 150 digitalisiert und zu einer Speichereinrichtung 160 in der Systemsteuerung 122 übertragen. Ist die Abtastung abgeschlossen und wurde ein vollständiges Datenarray in der Speichereinrichtung 160 erfasst, arbeitet ein Arrayprozessor 161 zur Fourier-Transformation der Daten in ein Array aus Spektroskopie- oder Bilddaten. Diese Daten werden über die serielle Verbindung 115 dem Computersystem 107 zugeführt, wo sie im Plattenspeicher 111 gespeichert werden. Im Ansprechen auf von der Bedienkonsole 100 empfangene Befehle können diese Bilddaten auf dem Bandlaufwerk 112 archiviert oder durch die Bildverarbeitungseinrichtung 106 weiterverarbeitet und der Bedienkonsole 100 zugeführt und auf der Anzeigeeinrichtung 104 angezeigt werden.
Wie nachstehend näher beschrieben, steuert die Impulsgeneratoreinrichtung 121 auch den Betrieb eines Feldfrequenz-Sperrsystems 129. Das Sperrsystem 129 arbeitet mit einer Mikrospule 130 zur Messung von Schwankungen in der Polarisationsmagnetfeldstärke B₀ und zur Erzeugung eines Korrektursignals für die CPU 119 in der Systemsteuerung 122.
Gemäß den 1 und 2 erzeugt die Sende-Empfangseinrichtung 150 das RF-Anregungsfeld B₁ über einen Leistungsverstärker 151 an einer Spule 152A und empfängt das in einer Spule 152B induzierte resultierende Signal. Wie vorstehend angeführt, können die Spulen 152A und B wie in 2 gezeigt separat vorhanden sein, oder sie können durch eine einzelne Ganzkörperspule wie in 1 gezeigt ausgebildet sein. Die Basis- oder Trägerfrequenz des RF-Anregungsfeldes wird unter der Steuerung eines Frequenzsynthetisierers 200 erzeugt, der eine Gruppe digitaler Signale (CF) von der CPU 119 und der Impulsgeneratoreinrichtung 121 empfängt. Diese digitalen Signale zeigen die Frequenz und Phase des am Ausgang 201 erzeugten RF-Trägersignals an. Wie nachstehend näher beschrieben wird, wird die Frequenz dieses RF-Trägers durch das Korrektursignal geändert, das durch das Feldfrequenz-Sperrsystem 129 erzeugt wird. Der befohlene RF-Träger wird einem Modulator und Aufwärtswandler 202 zugeführt, wo seine Amplitude im Ansprechen auf ein Signal R(t) moduliert wird, das auch von der Impulsgeneratoreinrichtung 121 empfangen wird. Das Signal R(t) definiert die Hüllkurve des zu erzeugenden RF-Anregungsimpulses und wird in der Einrichtung 121 durch aufeinanderfolgendes Auslesen einer Folge gespeicherter digitaler Werte erzeugt. Diese gespeicherten digitalen Werte können wiederum von der Bedienkonsole 100 aus verändert werden, um die Erzeugung einer beliebigen gewünschten RF-Impulshüllkurve zu ermöglichen.
Die Amplitude bzw. Größe des am Ausgang 205 erzeugten RF-Anregungsimpulses wird durch eine Anregungsdämpfungsschaltung 206 gedämpft, die einen digitalen Befehl TA von der Rückwandplatine 118 empfängt. Die gedämpften RF-Anregungsimpulse werden an den Leistungsverstärker 151 angelegt, der die RF-Spule 152A ansteuert. Eine ausführlichere Beschreibung dieses Abschnitts der Sende-Empfangseinrichtung 122 ist in der US 4 952 877 gegeben, die als Querverweis angegeben wird.
Gemäß den 1 und 2 wird das durch das Subjekt erzeugte Signal durch die Empfängerspule 152B aufgenommen und über den Vorverstärker 153 dem Eingang einer Empfängerdämpfungseinrichtung 207 zugeführt. Die Empfängerdämpfungseinrichtung 207 verstärkt das Signal weiter um einen Betrag, der durch ein digitales, von der Rückwandplatine 118 empfangenes Dämpfungssignal (RA) bestimmt wird.
Das empfangene Signal befindet sich an oder um die Larmor-Frequenz, und dieses Hochfrequenzsignal wird in zwei Verarbeitungsschritten durch einen Abwärtswandler 208 herabgewandelt, der zuerst das NMR-Signal mit dem Trägersignal auf der Leitung 201 mischt, und dann das resultierende Differenzsignal mit einem 205-MHz-Bezugssignal auf einer Leitung 204 mischt. Das herabgewandelte NMR-Signal wird dem Eingang eines Analog-Digital-(A/D)-Wandlers 209 zugeführt, der das analoge Signal abtastet und digitalisiert und es einer digitalen Erfassungseinrichtung und einer Signalverarbeitungseinrichtung 210 zuführt, die 16-Bit-in-Phase-(I-)Werte und 16-Bit-Quadratur-(Q-)Werte entsprechend dem empfangenen Signal erzeugt. Der resultierende Strom digitalisierter I- und Q-Werte des empfangenen Signals wird über die Rückwandplatine 118 zu der Speichereinrichtung 160 ausgegeben, wo sie zur Rekonstruktion eines Bildes verwendet werden.
Das 2,5-MHz-Bezugssignal sowie das 250-kHz-Abtastsignal und die 5-, 10- und 60-MHz-Bezugssignale werden durch einen Bezugsfrequenzgenerator 203 aus einem gemeinsamen 20-MHz-Mastertaktsignal erzeugt. Eine ausführlichere Beschreibung der Empfangseinrichtung ist in der US 4 992 736 gegeben, die als Querverweis enthalten ist.
Gemäß 3 enthält das Feldfrequenzsperrsystem eine Steuerschaltung 250, die das Sperrsystem im Ansprechen auf an 252 von der Impulsgeneratoreinrichtung 121 empfangene Steuersignale steuert. Das Sperrsystem 129 enthält einen Frequenzgenerator 254, der eine Bezugsfrequenz an der Resonanzfrequenz der Probe erzeugt, die durch die Mikrospule 130 umkreist ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Resonanzprobe ¹⁹F, das ein gyromagnetisches Verhältnis y = 2,5181 × 10⁸ hat. Die Bezugsfrequenz wird unter Verwendung einer nominalen Polarisationsfeldstärke B_n des MRI-Systems wie folgt bestimmt: ω_r = γB_n.
Die Bezugsfrequenz wird einer Sendeeinrichtung 256 zugeführt, die einen breitbandigen RF-Anregungsimpuls mit dem Mittelpunkt an der Bezugsfrequenz erzeugt. Der RF-Impuls weist einen Kippwinkel von 90° auf und wird über einen Sende-/Empfangsschalter 258 zugeführt und zu der Mikrospule 130 über ein Koaxialkabel 260 und eine Impedanzanpassungsschaltung 262 gekoppelt.
Das durch die Mikrospule 130 erzeugte resultierende RF-Feld erzeugt eine transversale Magnetisierung in den ¹⁹F-Spins in der Resonanzprobe, und es wird ein freies Induktionsabfall(FID)-NMR-Signal erzeugt und durch die Mikrospule 130 empfangen. Der Sende-Empfangsschalter 258 wird in den Empfangsmodus geschaltet, und das NMR-Signal wird zu einem Empfänger 264 gekoppelt und durch diesen verstärkt. Die Frequenz dieses empfangenen Signals wird durch die tatsächliche Polarisationsfeldstärke (B_A) bestimmt: ω_A = γB_A.
Sowohl die Bezugsfrequenz ω_r als auch die Frequenz ω_A des empfangenen NMR-Signals werden einem Frequenzvergleicher 266 zugeführt. Die resultierende Differenzfrequenz Δω am Ausgang 268 bezeichnet die Änderung (ΔB) in dem Polarisationsmagnetfeld von seinem nominalen Wert B_n: Δω = ω_r – ω_A = γB_n – γB_A ΔB = Δω/γ
Diese Änderung des Polarisationsmagnetfeldes ΔB kann berechnet und zur Ansteuerung einer Trimmspule (nicht gezeigt) verwendet werden, die das Polarisationsmagnetfeld B₀ derart direkt kompensiert, dass es gleich dem nominalen Wert B_n ist. Allerdings wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kompensation durch Anpassung der Bezugsfrequenz 201 bewirkt, die durch den Frequenzsynthetisierer 200 in der Sende-Empfangseinrichtung (2) erzeugt wird.
Da die Resonanzfrequenz der ¹⁹F-Spins von der Resonanzfrequenz von ¹H-Spins verschieden ist, die durch das MRI-System in 1 abgebildet werden, kann die Differenzfrequenz Δω nicht direkt verwendet werden. Statt dessen wird das Frequenzdifferenzsignal Δω einem Multiplizierer 270 zugeführt, der es mit einem Faktor multipliziert, der durch das Verhältnis der jeweiligen gyromagnetischen Konstanten von ¹H und ¹⁹F bestimmt wird: Faktor = γ_H/γ_F = 2,67519 × 10⁸/2,5181 × 10⁸ Faktor = 1,06238
Der resultierende Frequenzkompensationswert wird durch den Multiplizierer an 272 zu der CPU 119 in der Systemsteuerung 112 (1) ausgegeben. Die CPU 119 wiederum ändert den Frequenzbefehl (CF) um einen entsprechenden Betrag zur Anpassung der Sende-/Empfangseinrichtungs-Bezugsfrequenz, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde.
Gemäß 4 enthält die Mikrospulenanordnung die Mikrospule 130 und einen Probenhalter 280. Die Größe der Mikrospule 130 und des Probenhalters 280 ist minimiert, um die Änderung in der Magnetfeldstärke über die Länge (L) und den Durchmesser (D) aufgrund der Magnetfeldgradienten zu verringern. Andererseits muss die Größe der Resonanzprobe groß genug sein, um ein NMR-Signal mit einem vernünftigen SNR zu erzeugen. Die exakte Größe wird durch das verwendete besondere MRI-System und die Fähigkeit zur Platzierung der Mikrospule 130 an einem Ort bestimmt, wo die Gradientenmagnetfelder im wesentlichen unterdrückt sind. Bei dem in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Mikrospule 130 nahe dem Systemisozentrum, aber außerhalb der Gradientenspulenanordnung 139. Eine aktive Gradientenabschirmung, wie in der US 5 378 989 A und in der US 5 296 810 A beschrieben, wird bei dem MRI-System zur Minimierung der Gradientenfelder angewendet, die außerhalb des Durchmessers der Gradientenspulenanordnung 139 erzeugt werden. Die Mikrospule 130 wird somit in dem Polarisationsmagnetfeld B₀, aber an einem Ort positioniert, wo die Gradientenfelder wesentlich unterdrückt sind.
Das Ausmaß des Probenhalters 280 und der umgebenden Mikrospule 130 wird durch die Restgradientenfelder bestimmt. Sind die jeweiligen von der Mikrospule 130 gesehenen Gradientenfelder G_x, G_y und G_z im Wesentlichen gleich, sollten die Dimensionen D und L auch im wesentlichen die gleichen sein. Allerdings kann eines der Gradientenfelder wesentlich geringer als die anderen sein, und in diesem Fall kann die Dimension L größer als D sein. In diesem Fall ist die lange Achse der Mikrospule 130 und des Probenhalters 280 entlang der schwächeren Gradientenfeldachse ausgerichtet.
Zur Vermeidung möglicher RF-Interferenzprobleme hat die von dem Feldfrequenz-Sperrsystem verwendete Resonanzprobe einen Nicht-Protonen-Kern. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Fluor (¹⁹F) aufgrund seines relativ hohen gyromagnetischen Verhältnisses (γ) verwendet. Eine Vielzahl von Verbindungen können verwendet werden, einschließlich Perfluo-t-butyl-Alkohol [(CF₃)₃COH] und Carbontetrafluorid, Freon 14. Beide weisen hohe Konzentrationen von ¹⁹F-Spins in flüssiger Form auf, und sie weisen lediglich eine einzige chemische Verschiebung auf. Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit kann es erforderlich sein, die Temperatur der Mikrospulenanordnung zu regulieren oder die erzeugten Korrektursignale bezüglich der Temperatur zu kompensieren.
Ein Feldfrequenz-Sperrsystem für ein MRI-System enthält eine Mikrospule und eine Resonanzprobe, die zur Erfassung von Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld angeordnet sind. Änderungen werden als Verschiebung in der Frequenz des durch die Resonanzprobe erzeugten NMR-Signals erfasst, und die Frequenzverschiebung wird zur Kompensation des MRI-Systems verwendet. Die Kompensation wird durch die Anpassung des RF-Bezugssignals erreicht, das in der MRI-System-Sende-Empfangseinrichtung angewendet wird.

Claims

Feldfrequenz-Sperrsystem in einem MRI-System mit einem Magneten (140) zur Erzeugung eines Polarisationsmagnetfeldes (B₀) in einem Bereich und einer Gradientenspulenanordnung (139) zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in einem abzubildenden, in dem Bereich befindlichen Subjekt, mit einer Mikrospule (130) außerhalb der Gradientenspulenanordnung (139) und in dem Bereich, in dem das Polarisationsmagnetfeld (B₀) erzeugt wird, einer Resonanzprobe (280), die an die Mikrospule angrenzend angeordnet ist und ein Resonanzprobenmaterial enthält, das ein Signal erzeugt, wenn die Mikrospule mit einem RF-Impuls erregt wird, einer Sendeeinrichtung (256) zur Erzeugung eines RF-Impulses, der an die Mikrospule (130) angelegt wird, einer Empfangseinrichtung (264) zur Erfassung eines Signals von der Mikrospule (130), das durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, einem Frequenzvergleicher (266) zur Messung der Differenzfrequenz (Δω) zwischen der Frequenz des erfassten Signals und einer Bezugsfrequenz, die einer Frequenz entspricht, die durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, wenn das Polarisationsmagnetfeld B₀ an einem nominalen Wert liegt, und einer Einrichtung (270, 200), die auf die Differenzfrequenz (Δω) zur Kompensation des Betriebes des MRI-Systems bezüglich Veränderungen in der Größe des Polarisationsmagnetfeldes (B₀) anspricht, wenn das MRI-System eine Abtastung des Subjekts durchführt.
System nach Anspruch 1, wobei das MRI-System eine Sende-/Empfangseinrichtung (150) enthält, die während der Abtastung des Subjekts RF-Anregungsimpulse erzeugt und NMR-Signale erfasst, und die Einrichtung zur Kompensation des Betriebes des MRI-Systems die Frequenz eines durch die Sende-Empfangseinrichtung (150) angewendeten Bezugssignals anpasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Resonanzprobenmaterial Fluorspins (¹⁹F) enthält.
System nach Anspruch 2, wobei die Mikrospule (130) um das Resonanzprobenmaterial gewunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Resonanzprobenmaterial ein kernmagnetisches Resonanzsignal erzeugt.
System nach Anspruch 1, wobei die Gradientenspulenanordnung (139) aktiv abgeschirmt wird und sich die Mikrospule außerhalb der aktiven Abschirmung befindet.
Verfahren zur Kompensation eines MRI-Systems bezuglich Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld des MRI-Systems, wobei das MRI-System eine Gradientenspulenanordnung (139) zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in einem abzubildenden, in dem Bereich befindlichen Subjekt aufweist, mit den Schritten Überwachen einer Mikrospule (130), die außerhalb der Gradientenspulenanordnung (139) angeordnet ist, und die in dem Polarisationsmagnetfeld an einem Ort positioniert ist, an dem die Magnetfeldgradienten minimal sind, Erfassen eines NMR-Signals von einer Resonanzprobe (280), die an die Mikrospule angrenzend angeordnet ist, Erzeugen eines Differenzsignals durch Vergleichen (266) der Frequenz des erfassten NMR-Signals mit der Frequenz eines Bezugssignals, das das durch die Resonanzprobe erzeugte NMR-Signal anzeigt, wenn das Polarisationsmagnetfeld einen nominalen Wert hat, und Erzeugen eines Kompensationssignals (272) für das MRI-System aus dem Differenzsignal, das Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld ausgleicht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Resonanzprobenmaterial ein NMR-Signal mit einer wesentlich unterschiedlichen Frequenz als die der NMR-Signale erzeugt, die durch ein mittels des MRI-Systems abgetastetes Subjekt erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Resonanzprobenmaterial Fluorspins (¹⁹F) enthält, und das Verfahren ein Steuern der Temperatur des Resonanzprobenmaterials zum Halten dieser an einer konstanten Temperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, mit dem weiteren Schritt: Anpassen der Frequenz eines Bezugssignals in dem MRI-System mittels des Kompensationssignals.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das angepasste Bezugssignal während einer Abtastung zur Demodulation von NMR-Signalen angewendet wird, die bei der Durchführung einer Abtastung erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das angepasste Bezugssignal zur Erzeugung von RF-Anregungsimpulsen bei der Durchführung einer Abtastung verwendet wird.