DE102004008489B4

DE102004008489B4 - Verfahren und System zur Verbesserung der Erfassung von vorübergehendem Rauschen

Info

Publication number: DE102004008489B4
Application number: DE102004008489.0A
Authority: DE
Inventors: William Todd Peterson; Michael Edward Denzin; Randall Henry Buchwald
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: US6788063B1; US20040164739A1; JP2004255189A; JP3992690B2; NL1025574C2; NL1025574A1; DE102004008489A1

Abstract

System (1) zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen mit: einem Abbildungssystem (2) mit einer Magnetfeldspule (8) und einer Spulenöffnung (11), wobei das Abbildungssystem (1) ausgelegt ist, um ein Abbildungssignal zu erzeugen, welches über ein Signalkabel (22) übertragen wird, wobei das Abbildungssignal durch ein Rauschereignis verfälscht ist; und einem Detektor (12) für Rauschereignisse, der sich außerhalb der Spulenöffnung (11) und in der Nähe des Signalkabels (22) befindet, wobei der Detektor (12) für Rauschereignisse ausgelegt ist, um das Rauschereignis von dem Signalkabel (22) zu erfassen und daraus ein Rauschsignal zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Magnetresonanzabbildungs(MRI)-Systeme und insbesondere ein System und Verfahren zur Verbesserung der Erfassung von vorübergehendem Rauschen.
Die Magnetresonanzabbildung (MRI) ist ein bekanntes medizinisches Verfahren, um detaillierte ein-, zwei- oder drei- dimensionale Bilder von Patienten unter Verwendung der Methodik der Kernmagnetresonanz (NMR) zu erhalten. MRI ist für die Visualisierung von Weichteilgewebe sehr geeignet und wird vor allem verwendet, um Krankheitsbilder und innere Verletzungen zu diagnostizieren.
Typische MR-Systeme umfassen einen supraleitenden Magnet, der ein starkes homogenes Magnetfeld um einen Patienten oder einen Teil des Patienten erzeugen kann, ein Sende- und Empfangssystem für Hochfrequenz (HF) mit Sende- und Empfangsspulen, die auch einen Teil des Patienten umgeben oder an ihm anliegen, ein Magnetgradientspulensystem, das auch einen Teil des Patienten umgibt; ein Computerverarbeitungs/Abbildungssystem, das die Signale von der Empfangsspule empfängt und die Signale in interpretierbare Daten wie Bilder umwandelt.
Der supraleitende Magnet wird in Verbindung mit einer Magnetgradientspulenvorrichtung verwendet, die zeitweilig gepulst wird, um eine Folge von gesteuerten Gradienten in dem Hauptmagnetfeld während einer Aufnahmesequenz für MR-Systemdaten zu erzeugen.
MRI-Systeme sind empfindlich gegenüber HF-Signalen mit dem erwünschten Signal von dem Patienten wie auch gegenüber unerwünschter HF-Rauschenergie. Eine Klasse von HF-Rauschenergie, die allgemein als vorübergehendes Rauschen oder „Spike”-Rauschen bezeichnet wird, beruht auf einem triboelektrischen Phänomen.
Triboelektrizität ergibt sich, wenn zwei Werkstoffe miteinander in Berührung sind und daraufhin getrennt werden. Vibration, die in das System über Gradientspulenbetrieb eingebracht wird, sorgt gewöhnlich für mechanische Bewegung, die für unterbrochene Berührungen und triboelektrische Ereignisse notwendig ist. Ungleichgewichte der Ladungsübertragung (oder statischen Elektrizität) bauen sich auf und führen schließlich zu einer elektrischen Entladung. Diese Entladung tritt allgemein sehr schnell und mit erheblichem Stromfluß (trotz kurzer Dauer) auf und es ergibt sich HF-Breitbandstrahlung. Diese HF-Rauschenergie neigt dazu, Bildartefakte zu verzehren, wenn sie in das MR-System eingespeist wird.
Ein Filter für vorübergehendes Rauschen ist in der Regel vorgesehen, um den Einfluß der erwähnten Artefakte zu verringern. Gegenwärtige Filter für vorübergehendes Rauschen weisen jedoch Leistungsnachteile wie etwa die Verwendung von MR-Signalen, um Rauschereignisse zu erfassen, auf.
Gegenwärtige MR-Systeme versuchen beispielsweise, die vorübergehenden Rauschereignisse bei einer Leitung für zugeführte Empfangssignale zu erfassen. Zu diesem Zeitpunkt des Systembetriebs wird die HF-Breitbandrauschenergie wesentlich durch die Systemspule, Empfangsfilter und Vorverstärkereigenschaften vorgegeben. Folglich kann die verbleibende Energie nicht einfach von der erwünschten MR-Information unter Verwendung der gegenwärtigen Technologie getrennt werden.
Die Verwendung eines zugeführten MR-Signals, um ein Rauschereignis zu erfassen, erfordert es auch, dass das MR-Signal für die Aktivierung der Abhilfemaßnahmen verzögert wird. Diese Verzögerungsfunktion begrenzt die Bandbreite des MR-Signalpfads und verschlechtert die Phasen- und Frequenzleistung des MR-Signals. Deshalb ist die Effektivität der gegenwärtigen Ausführungsformen von sich aus begrenzt.
Die Nachteile, die mit den gegenwärtigen MR-Systemen verbunden sind, zeigen, daß eine neue Technik zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen erforderlich ist. Die neue Technik sollte vorübergehendes Rauschen unabhängig von dem MR-Signal erfassen und sollte nicht von der Feldstärke des Scanners oder Scannermodusses abhängig sein.
US 4 665 368 A offenbart ein NMR-Abbildungssystem mit einer Magnetfeldspule und einer Spulenöffnung. NMR-Signale, die zur Bildgebung verwendet werden, werden von Detektorspulen detektiert. Zur Erfassung von Rauschsignalen ist eine Rausch-Detektionsspule vorgesehen, die jedoch in unmittelbarer Nähe zum eigentlichen Messort angeordnet ist. Mit dieser Detektionsspule wird jedoch kein Rauschereignis von einem Signalkabel erfasst, um daraus ein Rauschsignal zu erzeugen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein System zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen ein Abbildungssystem mit einer Magnetfeldspule und einer Abbildungsaussparung (nachfolgend Spulenöffnung). Das Abbildungssystem ist so ausgelegt, dass es ein Abbildungssignal erzeugt, das über ein Signalkabel übertragen wird, wobei das Abbildungssignal durch ein Rauschereignis verfälscht ist. Ein Detektor für Rauschereignisse befindet sich außerhalb der Spulenöffnung und in der Nähe des Signalkabels und ist ausgelegt, um das Rauschereignis von dem Signalkabel zu erfassen und daraus ein Rauschsignal zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen für ein Magnetresonanz(MR)-System, das eine Spulenöffnung aufweist, das Erzeugen eines MR-Abbildungssignals, wobei das MR-Abbildungssignal durch Rauschen verfälscht ist, das Erfassen des Rauschens in dem MR-Abbildungssignal außerhalb der Spulenöffnung, das Erzeugen eines Signals für erfasstes Rauschen mittels eines Detektors für Rauschereignisse, der sich außerhalb der Spulenöffnung und in der Nähe des Signalkabels befindet und ausgelegt ist, um das Rauschen von dem Signalkabel zu erfassen, und das Berichtigen des MR-Signals mit Hilfe des Signals für erfasstes Rauschen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Erfassung des vorübergehenden Rauschens, das unabhängig von dem MR-Signal ist, die gesamte MR-Signalklarheit bewahrt. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht abhängig von der Scannerfeldstärke oder dem Scannermodus.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Verbesserung der Erfassung von vorübergehendem Rauschen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ein Verfahren zur Verbesserung der Erfassung von vorübergehendem Rauschen in MR-Systemen beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung für die Erfassung von vorübergehendem Rauschen in verschiedenen Systemen geeignet, einschließlich: zylindrischer und verschiedener anderer Geometrien des Magnetfelds, wie auch unterschiedlicher Hochfrequenzspulen.
In der folgenden Beschreibung werden unterschiedliche Betriebsparameter und Bestandteile für eine Ausführungsform beschrieben. Diese speziellen Parameter und Bestandteile dienen als Beispiel und nicht einer Beschränkung.
In der 1 ist ein System zur Erfassung und Berichtigung von Rauschen 1 für ein Magnetresonanzabbildungssystem 2 (MR-System) oder ein Hochfrequenzsystem (HF) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Das System 1 umfasst eine Scanraumumgebung 4 mit einer MR-Spulenanordnung 8 innerhalb einer Magnetstruktur 9, einem Filterkabel 10, einem abgeschirmten MR-Signalkabel 22, einem Rauschsignalkabel 24 und einer Breitbandstromsonde 12. Das System 1 umfasst außerdem eine Verarbeitungsumgebung 13 mit einer Rauscherfassungsschaltung 14, einer MR-Berichtigungssteuerung 16, und eine MR-Abbildungssteuerung 18. Eine geerdete Platte 20 für den Scanraum ist zwischen den zwei Räumen angebracht und schirmt den Scanraum 4 wesentlich von der Verarbeitungsumgebung 13 ab.
Die ausgeführte MR-Magnetstruktur 9 und Spulenanordnung 8 sind typisch für diejenigen, die im medizinischen Bereich anzutreffen sind. Die Magnetstruktur 9 umfasst eine Spulenöffnung 11, in der ein Objekt oder Patient zur Abbildung positioniert wird, die Spulenanordnung 8, die typischerweise um die Spulenöffnung 11 herum angebracht ist, weist einen supraleitenden Magnet auf, der mehrere supraleitende Magnetfeldspulen hat. Die supraleitenden Magnetfeldspulen erzeugen ein zeitweise konstantes Magnetfeld entlang einer longitudinalen Z-Achse der Spulenöffnung 11. Aus diesem Magnetfeld ergibt sich das MR-Signal. Das MR-Signal wird dann in dem Filter- und Vorverstärkerkabel 10 gefiltert und verstärkt und dann durch ein abgeschirmtes MR-Kabel 22 übertragen.
Die MR-Spulenanordnung 8 und das Filter- und Vorverstärkerkabel 10 sind Hochfrequenzgruppenverzögerungselemente, wie es ein Fachmann verstehen wird.
Die triboelektrische Entladung ist eine Breitbandhochfrequenzrauschsignalquelle, die sich ergibt, wenn zwei Werkstoffe miteinander in Berührung sind und daraufhin getrennt werden. Eine Quelle von dieser Art injiziert Ladungsströme in die leitfähigen mechanischen Strukturen wie etwa die MR-Spulenanordnung 8 und das Filter- und Vorverstärkerkabel 10. Dies erzeugt im Ergebnis Rauschpotenzialunterschiede in diesen Strukturen. Die Rauschspannungen bewirken die gleichphasige Strahlung von den unmittelbaren Strukturen, die dann mit im Wesentlichen allen leitfähigen Oberflächen des Systems 1 elektrisch gekoppelt ist. Diese Kopplung bewirkt gleichphasige Rauschströme in den Kabelabschirmungen der Systemzwischenverbindungskabel (das abgeschirmte MR-Signalkabel 22) innerhalb der Scanraumumgebung 4.
Als Detektor 12 ist eine gleichphasige Stromsondenschleife (Breitbandstromsonde 12) zum Erfassen der erwähnten Rauschströme vorgesehen. Die Schleife befindet sich in der Nähe des abgeschirmten MR-Kabels 22 oder des Filtervorverstärkerkabels 10. Alternativ sind die Kabel 10, 22 von der Schleife umgeben, wobei eine Rauschspannung in der Schleife induziert wird. Das Signal von dieser Sondenschleife hat keine begrenzte Bandbreite und ist von dem MR-Signal unterscheidbar. Der dynamische Bereich des Sondenschleifensignals vereinfacht die Charakterisierung der vorübergehenden Rauschenergie. Folglich unterscheiden sich Rauschereignisse von anderen RF-Signalen.
Der Pfad des Sondenschleifensignals trifft nicht auf die Gruppenverzögerungselemente des MR-Signalpfads. Ein Rauschsignalkabel 24 leitet das gleichphase Rauschstromsignal, das an dem abgeschirmten MR-Signalkabel 22 erfasst wurde. Dies ermöglicht es, das Rauschsignal Hunderte von Nanosekunden vor dem verfälschten MR-Signal zu erfassen. Dieses frühe Erfassungsintervall erleichtert die wirkungsvolle Abhilfe.
Sowohl das abgeschirmte MR-Kabel 22 als auch das Rauschsignalkabel 24 verlaufen in der Verarbeitungsumgebung 13 entweder um oder durch die geerdete Platte 20 für den Scanraum.
Die Rauscherfassungsschaltung 14 empfängt das Rauschsignal und erzeugt ein Signal für erfasstes Rauschen. Das Signal für erfasstes Rauschen wird zusammen mit dem abgeschirmten MR-Signal innerhalb der MR-Signalberichtigungssteuerung 16 empfangen. Die MR-Signalberichtigungssteuerung 16 erzeugt ein berichtigtes MR-Signal. Das berichtigte MR-Signal wird in der Abbildungssteuerung 18 empfangen, wo es in Signaldaten umgewandelt wird. Das Umwandlungsverfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Signaldaten sind dann in einem Format zur Darstellung auf einem Videomonitor zur Analyse und Datenaufnahme.
Das Konzept des Erfassens von HF-Breitbandstrahlungen aus vorübergehenden (triboelektrischen) Rauschereignissen ist nicht auf die Verwendung eines H-Feldumformers (Breitbandstromsonde 12) bei der Platte 20 beschränkt. Andere Ausführungsformen umfasssen H-Feldumformer wie eine Schleifenantenne innerhalb der Umgebung der Magnetstruktur 9, um eine nützliche Darstellung der vorübergehenden HF-Breitbandstrahlungen zur erreichen. Die Strahlungen von den vorübergehenden Ereignissen werden unter Verwendung eines E-Feldumformers auch erfasst, typischerweise einer Monopolanordnung, Dipolanordnung oder Anordnung mit mehreren Elementen. Eine Strom- oder Spannungssonde, die direkt mit einem vorhandenen Leiter verbunden ist (der anfänglich als ein HF-Umfor-mer/Sonde wirkt), sorgt für ein weiteres System zur Erfassung des vorübergehenden Signals.
Einer der im Wesentlichen neuen Bestandteile ist die Verwendung einer gleichphasigen Sondenschleife, um das Rauschsignal an einem Ort außerhalb der Spulenöffnung des Magnets zu erfassen. Es ist nicht offensichtlich, dass eine bessere Darstellung des Rauschsignals unabhängig von dem kritischen MR-Signal erzeugt wird. Der ausgeführte Lösungsweg umfasst vorübergehende Eingangsleiter, die von denen getrennt sind, welche die MR-Information übertragen.
In 2 wird ein Flussdiagramm 100 eines Verfahrens zur Verbesserung der Erfassung von vorübergehendem Rauschen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Das Verfahren beginnt im Betriebsblock 102, wo das MRI-System mit dem Abbilden beginnt und ein Abbildungssignal erzeugt, das gefiltert und verstärkt wird, wie ein Fachmann verstehen wird.
Im Betriebsblock 104 werden das MRI-System und die abgeschirmten Kabel beispielsweise durch ein triboelektrisches Breitbandereignis beeinträchtigt.
Im Betriebsblock 106 erfaßt die Breitbandstromsonde das Rauschsignal von der MR-Kabelabschirmung. Die Breitbandstromsonde befindet sich sehr in der Nähe des MR-Signalkabels oder umgibt dieses, so dass das Rauschen bereits erfassbar ist.
Im Operationsblock 108 empfängt die Rauscherfassungsschaltung Signale von der Breitbandstromsonde und wandelt sie in eine Form um, die von der MR-Signalberichtigungssteuerung verwendbar ist.
Im Operationsblock 110 empfängt die Steuerung für die MR-Signalberichtigung in dem Verarbeitungsraum sowohl das Rauschsignal als auch das ursprüngliche MR-Signal von dem Scanraum und entfernt Verzerrungen in dem MR-Signal, die durch das Rauschsignal verursacht wurden.
Im Operationsblock 112 empfängt die Abbildungssteuerung das berichtigte MR-Signal und stellt daraus ein Bild wieder her.
Beim Betrieb umfasst ein Verfahren zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen für ein MR-System mit einer Spulenöffnung das Erzeugen eines MR-Abbildungssignals, wobei das MR-Abbildungssignal durch Rauschen verfälscht ist. Das Rauschen in dem MR-Abbildungssignal wird außerhalb der Spulenöffnung erfasst. Das Signal für erfasstes Rauschen wird erzeugt und das MR-Signal wird bezüglich des Signals für erfasstes Rauschen berichtigt.
Die oben beschriebenen Schritte dienen als Beispiel. Sie können daher synchron oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, die von der Anwendung abhängt.
Für einen Fachmann ist das oben beschriebene Gerät für unterschiedliche Zwecke geeignet und nicht auf die folgenden Systeme beschränkt: MR-Systeme, Magnetresonanzspektroskopiesysteme und andere Anwendungen, in denen die Feldstabilität ein wesentlicher Punkt beim Entwurf der Systemkomponenten ist. Die oben beschriebene Erfindung kann abgeändert werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie aus den folgenden Ansprüchen hervorgeht.

Claims

System (1) zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen mit: einem Abbildungssystem (2) mit einer Magnetfeldspule (8) und einer Spulenöffnung (11), wobei das Abbildungssystem (1) ausgelegt ist, um ein Abbildungssignal zu erzeugen, welches über ein Signalkabel (22) übertragen wird, wobei das Abbildungssignal durch ein Rauschereignis verfälscht ist; und einem Detektor (12) für Rauschereignisse, der sich außerhalb der Spulenöffnung (11) und in der Nähe des Signalkabels (22) befindet, wobei der Detektor (12) für Rauschereignisse ausgelegt ist, um das Rauschereignis von dem Signalkabel (22) zu erfassen und daraus ein Rauschsignal zu erzeugen.
System (1) nach Anspruch 1, das außerdem eine Schaltung (14) zur Rauscherfassung aufweist, die ausgelegt ist, um das Rauschsignal zu empfangen und ein Signal für erfaßtes Rauschen zu erzeugen.
System (1) nach Anspruch 2, das außerdem eine Steuerung (16) zur Berichtigung von Abbildungssignalen aufweist, die ausgelegt ist, um das Signal für erfaßtes Rauschen und das Abbildungssignal zu empfangen und daraus ein berichtigtes Abbildungssignal zu erzeugen.
System nach Anspruch 3, das außerdem eine Abbildungssteuerung (18) aufweist, die ausgelegt ist, um das berichtigte Abbildungssignal zu empfangen.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor (12) für Rauschereignisse eine Breitbandstromsondenschleife, eine Breitbandspannungssondenschleife, einen E-Feldumformer, einen H-Feldumformer, eine Spannungssonde und/oder eine Stromsonde umfaßt, die mit einem Leiter gekoppelt ist, der als ein Umformer oder eine Schleifenantenne innerhalb des Abbildungssystems (2) wirkt.
System (1) nach Anspruch 1, das außerdem ein Filter- und Vorverstärkerkabel (10) aufweist, die ausgelegt ist, um das Abbildungssignal zu empfangen und daraus ein gefiltertes und verstärktes Abbildungssignal zu erzeugen, wobei der Detektor (12) für Rauschereignisse ausgelegt ist, um das Rauschereignis in dem gefilterten und verstärkten Abbildungssignal zu erfassen und daraus das Rauschsignal zu erzeugen.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das außerdem eine geerdete Platte (10) für den Scanraum umfaßt, die sich zwischen dem Abbildungssystem (2) und der Schaltung (14) zur Rauscherfassung, der Steuerung (16) zur Berichtigung von Abbildungssignalen und der Abbildungssteuerung (18) befindet, um diese im wesentlichen voneinander zu isolieren.
System (1) nach Anspruch 7, wobei sich der Detektor (12) für Rauschereignisse in der Nähe des Signalkabels (22) und der geerdeten Platte (20) für den Scanraum befindet.
Verfahren zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen für ein Magnetresonanz-System (2) mit einer Spulenöffnung (11), mit den folgenden Schritten: Erzeugen eines Magnetresonanz-Abbildungssignals, wobei das Magnetresonanz-Abbildungssignal durch Rauschen verfälscht ist; Erfassen des Rauschens in dem Magnetresonanz-Abbildungssignal außerhalb der Spulenöffnung (11); Erzeugen eines Signals für erfasstes Rauschen mittels eines Detektors (12) für Rauschereignisse, der sich außerhalb der Spulenöffnung (11) und in der Nähe des Signalkabels (22) befindet und ausgelegt ist, um das Rauschen von dem Signalkabel (22) zu erfassen; und Berichtigen des Magnetresonanz-Signals mit Hilfe des Signals für erfasstes Rauschen.
System (1) zur Erfassung von vorübergehendem Rauschen mit: einem Magnetresonanz-System (2) mit einer Magnetfeldspule (8) und einer Spulenöffnung (11), wobei das System (2) ausgelegt ist, um ein Abbildungssignal zu erzeugen, das über ein Signalkabel (22) übertragen wird, wobei das Abbildungssignal durch ein Rauschereignis verfälscht ist; einem Detektor (12) für Rauschereignisse, der sich außerhalb der Spulenöffnung (11) und in der Nähe des Signalkabels (22) befindet, wobei der Detektor (12) für Rauschereignisse ausgelegt ist, um das Rauschereignis vom dem Signalkabel (22) zu erfassen und daraus ein Rauschsignal zu erzeugen; einer Schaltung (14) zur Rauscherfassung, die ausgelegt ist, um das Rauschsignal zu empfangen und daraus ein Signal für erfaßtes Rauschen zu erzeugen; einer Steuerung (16) zur Berichtigung des Magnetresonanz-Signals, die ausgelegt ist, um das Signal für erfaßtes Rauschen und das Abbildungssignal zu empfangen und daraus ein berichtigtes Abbildungssignal zu erzeugen; und einer Abbildungssignalsteuerung (18), die ausgelegt ist, um das berichtigte Abbildungssignal zu empfangen, wobei die Abbildungssignalsteuerung ausgelegt ist, um das Magnetresonanz-System (2) zu steuern.