DE102008018265A1

DE102008018265A1 - Gradientensystem

Info

Publication number: DE102008018265A1
Application number: DE102008018265A
Authority: DE
Inventors: Florian Dr. Fidler; Stefan Wintzheimer; Michael Ledwig
Original assignee: MRB Forschungszentrum fuer Magnet Resonanz Bayem eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-15
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: WO2009124873A1; EP2265969A1; DE102008018265B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gradientensystem (100) für eine Kernspinresonanzapparatur. Das Gradientensystem (100) weist einen Satz Spulen (S1a-S9a, S1b-S9b) auf, die ausgebildet sind, um gemäß unterschiedlicher Einstellvorschriften sowohl ein lineares Gradientenfeld als auch ein Gradientenfeld höherer Ordnung zu erzeugen, wobei zumindest eine der Spulen, die zur Erzeugung des linearen Gradientenfeldes einsetzbar ist, auch zur Erzeugung des Gradientenfelds höherer Ordnung einsetzbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gradientensystem und ein Verfahren zum Erzeugen eines Gradientenfeldes, die insbesondere bei einer Kernspinresonanzapparatur eingesetzt werden können.
Ein bildgebendes Kernspinresonanzgerät besteht im Regelfall aus vier Hauptkomponenten.
Ein Magnet erzeugt ein statisches homogenes Magnetfeld über das Messvolumen. Solche Magneten werden in typischen Geräten als Permanentmagnet, als Elektromagnet oder als strombeschickte supraleitenden Spulen ausgeführt. Die erzielte Homogenität des Magneten hängt im entscheidenden Maße von der individuellen Konstruktion des Magneten ab. Die Richtung des stationären Magnetfeldes wird im Allgemeinen als die z-Komponente in einem orthogonalen Koordinatensystem bezeichnet. Die anderen Komponenten werden als x und y bezeichnet.
Eine Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtung erzeugt ein hochfrequent rotierendes Magnetfeld über die Probe und kann so durch geeignete Frequenzwahl die Probe anregen. Ebenso kann es die von der Probe erzeugten rotierenden Magnetfelder detektieren.
Ein Gradientensystem erzeugt ein schaltbares Magnetfeld, dessen Richtung der des statischen Magnetfeldes entspricht. Die Stärke des geschalteten Magnetfeldes variiert über das Messvolumen. Diese Änderung ist im Regelfall eine lineare Änderung über den Ort entlang einer Raumachse. Das Gradientensystem dient zum Erzeugen von Hauptmagnetfeldgradientenfeldern, deren Komponente in der z-Richtung von den drei Koordinaten G_xx, G_yy und G_zz abhängt. G_x, G_y und G_z sind dabei vorgegebene Konstanten, daher spricht man auch von linearen Gradienten. Die unabhängige Kombination von drei Gradienten, die entlang von drei orthogonalen Raumachsen die Stärke ändern, erlaubt als Kombination eine beliebige Gradientenrichtung zu erzeugen. Mit diesen Gradienten kann eine räumliche Zuordnung des empfangenen Signals erfolgen.
Eine zentrale Steuereinheit nimmt den Zeitablauf der Messung und die Verarbeitung der empfangenen Signale vor.
Kernspinresonanz-Tomographen erzeugen ein homogenes Magnetfeld über das Messvolumen. Die Qualität dieser Homogenität ist entscheidend für die Qualität der Bildaufnahme. Die Homogenität wird zum einen durch die Konstruktion des Magneten selber beeinflusst, aber auch von den magnetischen Eigenschaften der Probe selber. Solche stationären Magnetfeldgradienten wirken sich im Allgemeinen nachteilig auf die Bildaufnahme aus.
Die Amplitude B des gesamten Magnetfeldes, bestehend aus dem stationären Magnetfeld und den Magnetfeldgradienten, kann im Allgemeinen durch die folgende Reihe mathematisch dargestellt werden: B = B0 + (Gxx + Gyy + Gzz) + (Ax + By + Cz) + (Dx2 + Ey2 + Fz2) + ...
Dabei ist B₀ die Amplitude des als ideal angenommenen stationären Magnetfeldes. Die Koeffizienten A, B, usw. sind Konstanten und beschreiben die Abweichung des realen Magnetfeldes von dem als ideal homogen angenommenen Magnetfeld. Dabei sind x, y, z räumliche Koordinaten. Je nach räumlichem Ort tragen die Koeffizienten A, B, C, usw. unterschiedlich zum gesamten Magnetfeld bei. Die Koeffizienten können reele Zahlen sein.
Typische Kernspinresonanz-Tomographen besitzen ein separat anzusehendes Spulensystem, das aus einer Anordnung von drei Spulen besteht, die jeweils ein lineares Gradientenfeld in eine der orthogonalen Richtungen erzeugen. Damit können die für die Bildaufnahme notwendigen geschalteten linearen Gradientenfelder erzeugt werden. Wählt man für den Koeffizienten G_x = –A, für den Koeffizienten G_y = –B und für den Koeffizienten G_z = –C, so kann mit diesem linearen Gradientensystem eine entsprechend lineare Abweichung des realen Magnetfeldes vom als ideal angenommenen Magnetfeldes ausgeglichen werden. So kann durch eine kontinuierliche Abweichung auf den gewünschten Wert G_x von –A, G_y von –B und G_z von –C eine Anpassung der stationären Abweichung des Magnetfeldes erfolgen.
Die Magnetfeldabweichungen, die durch die Koeffizienten D, E, F, usw. beschrieben werden, können mit separaten Gradientenspulen erzeugt werden. Die separaten Gradientenspulen können dabei die entsprechenden Feldverläufe erzeugen, die durch die Koeffizienten D, E, F, usw. beschrieben werden. Üblicherweise wird ein System von vielen Einzelspulen eingesetzt, wobei für jeden der Koeffizienten D, E, F, usw. eine eigene Gradientenspule vorgesehen ist.
Eine besondere Erweiterung findet sich für einige Gradientenspulen, die eine sehr hohe Ordnung der Magnetfeldkorrektur beschreiben. Hier kann mit Teilelementen durch eine geeignete Kombination eine größere Anzahl von Korrekturen vorgenommen werden. Beispielsweise können auf diese Weise mit 15 Korrekturspulen insgesamt 18 Koeffizienten eingestellt werden.
Die Patentschrift DE 697 35 617 T2 stellt ein zusätzliches Spulensystem vor, das zusätzlich zum linearen Gradientensystem Magnetfelder erzeugen kann, die bestimmten Gleichungen genügen und höhere als die lineare Ordnung korrigieren. Die beschriebenen Gradientenkorrekturen können zeitabhängig zusätzlich synchronisiert mit den geschalteten linearen Gradienten geschaltet werden.
Andere Verfahren, wie zum Beispiel das aus der Patentschrift US 4,591,789 bekannte Verfahren, korrigieren eine aus der Magnetfeldabweichung resultierende Bildverzerrung, ohne eine Korrektur für das Magnetfeld selbst vorzunehmen.
Bekannten Lösungsansätzen ist gemein, dass Sie im Wesentlichen getrennte Gradientenspulen für die geschalteten Bildgebungsgradienten und für die Magnetfeldkorrektur besitzen.
Die Korrektur der Magnetfeldabweichungen erfolgt mit zusätzlichen Spulen, die in ihrer Konstruktion jeweils einzelnen Magnetfeldab weichungen folgen, die mit einzelnen Koeffizienten einer mathematischen Reihenentwicklung beschrieben werden können.
Dies hat zur Folge, dass die erreichbare Anzahl der Ordnungen, die korrigiert werden kann in der Größenordnung der Anzahl der zusätzlichen Korrekturspulen liegt.
Für die geschalteten linearen Magnetfeldgradienten hat dies entscheidende Nachteile. Ihre Linearität muss sich allein aus der Konstruktion der einzelnen linearen Spule ergeben. Abweichungen von der Linearität werden von bisherigen Lösungen nicht korrigiert.
Aus der Notwendigkeit, dass jede einzelne Spule für sich einen vorgegebenen, oft komplizierten Feldverlauf erzeugen muss, ergeben sich Nachteile für die Ansteuerung. Dies schließt die linearen Gradienten mit ein. Durch die im Regelfall erhebliche Leitungslänge und die Größe der von den Spulen umschlossenen Flächen ergibt sich ein hoher induktiver Widerstand der einzelnen Gradientenspule. Gerade bei schnell geschaltetem Ansteuern durch eine elektronische Schaltung kann dies zu erheblichen Fehlern in dem während des Schaltvorganges erzeugten Magnetfeld kommen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Gradientensystem eine verbesserte Kernspinresonanzapparatur und ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen eines Gradientenfeldes zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Kernspinresonanzapparatur gemäß Anspruch 22 und ein Verfahren gemäß Anspruch 24 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, das sich ein beliebiges Gradientenfeld durch Kombination einer Mehrzahl von Einzelmagnetfeldern erzeugen lässt, wobei jedes Einzelmagnetfeld für sich alleine genommen nur einen geringen Beitrag zum Gradientenfeld leistet. Durch unterschiedliche Kombination der Einzelmagnetfelder lassen sich mit ein und denselben Spulen unterschiedli che Gradientenfelder, insbesondere auch Gradientenfelder unterschiedlicher Ordnung, erzeugen. Daher ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich getrennte Gradientenspulen für die geschalteten Bildgebungsgradienten und für die Magnetfeldkorrektur bereitzustellen. Stattdessen kann erfindungsgemäß ein und dieselbe Spule erforderlich sein, um sowohl ein bestimmtes lineares Gradientenfeld als auch ein bestimmtes Gradientenfeld zweiter oder höherer Ordnung zu erzeugen. Die erfindungsgemäßen Spulen können einfach aufgebaut sein, da sie keine speziellen Feldverläufe, beispielsweise entsprechend einer Magnetfeldabweichung, nachbilden müssen.
Somit schafft der erfindungsgemäße Ansatz einen Kernspinresonanz-Tomographen und insbesondere ein Gradientensystem, das in vorteilhafter Weise eine geeignete Korrekturmöglichkeit für die durch die Koeffizienten A, B, usw. beschriebenen Abweichungen bietet und die für die Bildaufnahme notwendigen linearen geschalteten Gradienten, beschrieben durch die Koeffizienten G_x, G_y und G_z, erzeugt. Vorteilhafterweise können die erfindungsgemäß eingesetzten Spulen bei einem maximal erzeugbaren Magnetfeld eine minimale Induktivität aufweisen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Gradientensystem für eine Kernspinresonanzapparatur, mit folgenden Merkmalen:
einem Satz Spulen, die ausgebildet sind, um gemäß unterschiedlicher Einstellvorschriften sowohl ein lineares Gradientenfeld als auch ein Gradientenfeld höherer Ordnung zu erzeugen, wobei zumindest eine der Spulen, die zur Erzeugung des linearen Gradientenfeldes einsetzbar ist, auch zur Erzeugung des Gradientenfelds höherer Ordnung einsetzbar ist.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Kernspinresonanzapparatur, mit mindestens einem Gradientensystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines bestimmten Gradientenfelds für eine Kernspinresonanzapparatur, die einen Satz Spulen aufweist, die ausgebildet sind, um in Kombination sowohl ein lineares Gradientenfeld als auch ein Gradientenfeld höherer Ordnung zu erzeugen, wobei zumindest eine der Spulen, die zur Erzeugung des linearen Gradientenfeldes einsetzbar ist, auch zur Erzeugung des Gradientenfelds höherer Ordnung einsetzbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Auswählen einer bestimmten Einstellvorschrift aus unterschiedlichen Einstellvorschriften; und
Ansteuern der Spulen gemäß der bestimmten Einstellvorschrift, um das bestimmten Gradientenfeld zu erzeugen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Kernspinresonanzapparatur mit einem Gradientensystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Spulenanordnung für ein Gradientensystem gemäß der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Satz Spulen für ein Gradientensystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kernspinresonanzapparatur mit einem Gradientensystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Kernspinresonanzapparatur weist einen Magnet 102 zum Erzeugen eines statischen homogenen Magnetfelds auf. Das stationäre homoge ne Magnetfeld ist entlang einer z-Komponente eines orthogonalen Koordinatensystems ausgerichtet. In einem Messvolumen 104 kann eine zu untersuchende Probe angeordnet sein. Eine Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtung 106 kann durch eine geeignete Frequenzwahl die Probe anregen und von der Probe erzeugte Magnetfelder detektieren. Eine Steuereinheit 108 ist mit dem Gradientensystem 100 und der Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtung 106 gekoppelt. Die Steuereinheit 108 ist ausgebildet, um das Gradientensystem 100 und die Hochfrequenz-Sende-Empfangseinrichtung 106 anzusteuern.
Das Gradientensystem 100 ist ausgebildet, um ein schaltbares Magnetfeld zu erzeugen, dessen Richtung der des statischen Magnetfeldes entspricht. Zum Erzeugen des schaltbaren Magnetfelds weist das Gradientensystem 100 einen Satz Spulen auf. Die Spulen des Gradientensystems 100 können um dass Messvolumen 104 herum angeordnet sein. Beispielsweise können die Spulen beidseitig des Messvolumens 104 angeordnet sein.
Die Anordnung der Spulen des Gradientensystems 100 ist ausgebildet, um gemäß unterschiedlichen Einstellvorschriften sowohl ein lineares Gradientenfeld als auch ein Gradientenfeld höherer Ordnung zu erzeugen. Jedes Gradientenfeld kann dabei nur durch eine Kombination der Magnetfelder einer Mehrzahl der Spulen erzeugt werden. Ein von einer einzelnen der Spulen erzeugbares Magnetfeld ist nicht ausreichend, um ein für die Kernspinresonanzapparatur nutzbares Gradientenfeld zu erzeugen. Die Spulen sind so angeordnet, dass mit ein und denselben Spulen sowohl lineare Gradientenfelder, Gradientenfelder zweiter und höherer Ordnung, stationäre Magnetfelder sowie Kombinationen dieser Felder erzeugt werden können. Die erzeugbaren Gradientenfelder können unterschiedliche Richtungen aufweisen.
Beispielsweise kann das Gradientensystem 100 ausgebildet sein, um mittels dem Satz Spulen ein Magnetfeld zu erzeugen, dass durch die Gleichung B = B0 + (Gxx + Gyy + Gzz) + (Ax + By + Cz) + (Dx2 + Ey2 + Fz2) + ... beschrieben werden kann. Dabei ist B0 eine Amplidude eines stationären Magnetfeldes, das dem von dem Magneten 102 erzeugten stationären homogenen Magnetfeld überlagert werden kann. Dadurch kann eine Anhebung oder Absenkung des homogenen Magnetfelds erreicht werden. Der Term (G_xx + G_yy + G_xz) definiert lineare Gradienten für die Bildaufnahme und der Term (Ax + By + Cz) definiert lineare Gradienten, die lineare Abweichungen des Magnetfelds von einem als ideal angenommenen Magnetfelds beschreiben. Nichtlineare Abweichungen des Magnetfelds können durch Gradientenfelder höherer Ordnung ausgeglichen werden. Beispielsweise definiert der Term (Dx² + Ey² + Fz²) Gradienten zweiter Ordnung, die eine quadratische Abweichung beschreiben. Weitere Gradienten zweiter Ordnung werden durch xy, yz, xz, jeweils multipliziert mit einem Koeefizienten, definiert. Entsprechend der Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Gradientensystem ausgebildet sein, um die weiteren Gradienten allein oder zusätzlich zu erzeugen, so dass beliebige Gradientenfelder erzeugt werden können. Entsprechend den Gegebenheiten kann das von dem Gradientensystem 100 erzeugbare Magnetfeld neben den Gradienten zweiter Ordnung auch Gradienten dritter und/oder Gradienten höherer Ordnung erzeugen. Zudem kann das Gradientensystem 100 auch ein Magnetfeld erzeugen, dass durch einzelne oder eine Kombination einer Mehrzahl der Terme der obigen Gleichung beschrieben werden kann.
Um den Satz Spulen des Gradientensystems 100 gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften anzusteuern, kann die Steuereinheit 108 eine Steuerung aufweisen, die ausgebildet ist, um die Spulen gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften anzusteuern. Die unterschiedlichen Einstellvorschriften können festlegen welche der Spulen des Gradientensystems auf welche Art und Weise betrieben werden, um ein angestrebtes Gradientenfeld zu erzeugen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können für jede Spule zwei Parameter individuell gewählt werden, nämlich zum einen die Richtung und zum anderen die Stärke des Stromes. Dementsprechend kann die Steuerung ausgebildet sein, um eine Stromdurchflussrichtung und/oder eine Stromstärke bei zumindest einer der Spulen gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften einzustellen. Beispielsweise kann die Steuerung ausgebildet sein, um gemäß einer ersten Einsstellvorschrift bei einer ersten Gruppe der Spulen eine erste Stromdurchflussrichtung und Stromstärke und bei einer zweiten Gruppe der Spulen eine zweite Stromdurchflussrichtung und Stromstärke einzustellen. Gemäß einer zweiten Einsstellvorschrift kann die Steuerung ausgebildet sein, um bei zumindest einigen der Spulen der ersten Gruppe die zweite Stromdurchflussrichtung und Stromstärke und bei zumindest einigen der Spulen der zweiten Gruppe die erste Stromdurchflussrichtung und Stromstärke einzustellen. Somit können mit denselben Spulen unterschiedliche Gradientenfelder erzeugt werden, ohne dass es erforderlich ist, dass einzelne der Spulen ein spezielles Einzelmagnetfeld bereitstellen, das auf ein bestimmtes Gradientenfeld abgestimmt ist. Dabei kann die Steuerung ausgebildet sein, um die Stromstärken und/oder Stromrichtungen unabhängig voneinander einzustellen. Insbesondere können gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften bei unterschiedlichen Spulen unterschiedliche Stromstärken und/oder Stromrichtungen eingestellt werden. Um den Stromfluss und/oder die Stromstärke in den Spulen zeitlich zu schalten kann die Steuerung eine Schalteinrichtung aufweisen.
Allgemein, kann das Gradientensystem 100 einen Satz Magnetfeld erzeugender Spulen aufweisen, die so angeordnet sind das sie die für die Bildaufnahme notwendigen linearen Gradientenfelder erzeugen können. Dafür können die Spulen in einer bestimmten Kombination von Stromflussrichtung und Stärke so mit Strom durchflossen werden, dass sie den jeweiligen linearen Gradienten erzeugen. Diese Kombinationen können auch zur Korrektur linearer Magnetfeldabweichungen verwendet werden.
Alle anderen Kombinationen vom Stromflussrichtungen und Stärken können zur Korrektur anderer als der linearen Abweichung herangezogen werden. Dies beinhaltet, wenn vorgesehen, auch eine allgemeine, über das Messvolumen gleichmäßige Anhebung oder Absenkung des Magnetfeldes.
2 zeigt eine Anordnung von Spulen S1–S9 eines Gradientensystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise können die Spulen S1–S9 jeweils aus ei ner einzelnen Leiterschleife ausgeformt sein und die Leiterschleifen können vergossen sein.
Die Spulen S1–S9 können so in der in 1 gezeigten Kernspinresonanzapparatur angeordnet sein, dass jede einzelne der Spulen S1–S9 jeweils ein Einzelmagnetfeld erzeugen kann, dass vorwiegend parallel zu der Richtung z des stationären Magnetfelds ausgerichtet ist. In einem orthogonalen Koordinatensystem mit den Koordinaten x, y, z können die Spulen S1–S9 jeweils voneinander mit einem Abstand in x- und y-Richtung angeordnet sein.
3 zeigt eine technische Ausführung eines planaren Gradientensystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind zwei Platten mit Spulen, wie sie in 2 gezeigt sind, gegenüberliegend angeordnet. Zwischen den Platten kann das in 1 gezeigte Messvolumen angeordnet sein. Eine erste der Platten beinhaltet neun Magnetfeld erzeugende Spulen S1a–S9a und eine zweite der Platten beinhaltet neun Magnetfeld erzeugende Spulen S1b–S9b. Die Richtung des stationären Magnetfeldes z kann senkrecht oder nahezu senkrecht auf die Platten ausgereichtet sein. Eine solche Konstruktion eines Gradientensystems 100 ist besonders für die gebräuchlichsten Magnetkonstruktionen aus Permanentmagneten geeignet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel befindet sich auf jeder Platte eine Anordnung von 3·3 identischer Einzelspulen S1a–S9a, S1b–S9b. Jede dieser Spulen S1a–S9a, S1b–S9b kann sowohl geschaltet als auch dauerhaft mit einem vorzugebendem Strom sowohl in Uhrzeigerrichtung als auch in Gegenuhrzeigerrichtung durchflossen werden. Ebenso ist die Kombination aus einem Anteil dauerhaft vorliegendem Stromfluß und einem zeitlich geschalteten Anteil möglich. Der zeitlich geschaltete Anteil kann als Offset zugeschaltet werden.
Werden die Spulen S1b–S9b der Vorderseite in Uhrzeigerrichtung mit gleichem Strom durchflossen, und die Spulen S1a–S9a der Rückseite in Gegenuhrzeigerrichtung mit gleichem Strom durchflossen so kann ein linearer Gradient in z-Richtung erzeugt werden.
Werden die Spulen S1a, S4a, S7a, S1b, S4b, S7b der Vorder- und Rückseite mit gleichem Strom in Uhrzeigerrichtung und die Spulen S3a, S6a, S9a, S3b, S6b, S9b der Vorder- und Rückseite mit gleichem Strom in Gegenuhrzeigerrichtung durchflossen, so kann ein linearer Gradient in x-Richtung erzeugt werden.
Werden die Spulen S1a, S2a, S3a, S1b, S2b, S3b der Vorder- und Rückseite mit gleichem Strom in Uhrzeigerrichtung und die Spulen S7a, S8a, S9a, S7b, S8b, S9b der Vorder- und Rückseite mit gleichem Strom in Gegenuhrzeigerrichtung durchflossen, so kann ein linearer Gradient in y-Richtung erzeugt werden.
Durch eine individuelle Anpassung der einzelnen Ströme, die durch eine einzelne Spule fliessen, kann die erzielbare Linearität des Gradientenfeldes entsprechend optimiert werden.
Alle anderen Kombinationen von Stromstärken und Durchflussrichtungen können andere als die genannten linearen Feldverläufe in x-, y- oder z-Richtung erzeugen.
Die Anzahl der in 3 gezeigten Spulen S1a–S9a, S1b–S9b sowie deren Anordnung in Reihen und Spalten einer Matrix ist nur beispielhaft gewählt. Entsprechend den Gegebenheiten kann eine Anzahl sowie Anordnung der Spulen und eine dementsprechend angepasste Ansteuerung der Spulen frei gewählt werden. Die Anzahl der verwendeten Spulen kann individuell gewählt werden und ist nicht, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, auf 18 Einzelspulen beschränkt. Beispielsweise können mehr oder weniger Spulen in den Spalten oder Reihen der Matrizen angeordnet sein. Alternativ können die Spulen in einer anderen geeigneten Form angeordnet sein. Eine größere Anzahl von Spulen bietet im allgemeinen mehr Möglichkeiten.
Es lassen sich auch andere als die in 3 gezeigte planare Geometrie realisieren. Beispielsweise ist eine zylindrische Ausführung möglich. Damit kann das erfindungsgemäße Gradientensystem op timal an Magnet-Konstruktionen angepasst werden, die ein zylindrisches Baumaß für das Messvolumen besitzen.
Die Größe und Form der einzelnen Spulen kann individuell variiert werden. Es besteht prinzipiell keine Notwendigkeit alle identisch zu konstruieren. Dies erlaubt eine individuelle Optimierung der erzeugten Gradienten.
Die Konstruktion der Einzelspulen kann frei erfolgen und ist nicht, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt auf eine Leiterschleife beschränkt. Beispielsweise kann eine Leiterschleife die Form einer Acht aufweisen. Es ist möglich mehrfach gewundene Leiterschleifen zu verwenden. Generell können die gewundenen Leiterschleifen Flächen unterschiedlicher Größe einschließen. Es ist ebenso möglich andere Konstruktionen, wie z. B. stromdurchflossene Spiralen zu verwenden. Die Spiralen können zwei- oder dreidimensional ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine Spirale hergestellt werden, indem mehrere Windungen aus einer Kupferfolie geätzt werden. Die Spulen können auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Die Spulen können einen rechteckigen oder beliebig anders geformten Spulenquerschnitt aufweisen. Zudem können sich die Einzelspulen auch überlappen.
Zur Erzeugung der linearen Gradienten kann eine Kombination von Stromstärken und Stromflussrichtungen aus allen Einzelspulen verwendet werden. Zudem kann der Strom in jeder Einzelspule zeitlich geschaltet werden.
Magnetresonanzmessungen, die keine Bildgebung zum Ziel haben, können mit diesem Spulensystem vorteilhaft durchgeführt werden.
Es ist möglich das erfindungsgemäße Gradientensystem unabhängig von einem konventionellen Gradientensystem zu betreiben. Alternativ kann das Gradientensystem zusätzlich zu einem konventionellen Gradientensystem betrieben werden. Es ist auch möglich Gradientenspulen, die in einem konventionellen Gradientensystem jeweils auf spezielle Gradientenfelder abgestimmt sind, jeweils durch ein erfindungsgemäßes Gradientensystem zu ersetzen.
Die Steuerung des erfindungsgemäßen Gradientensystems kann ausgebildet sein, um ein Verfahren zum Erzeugen eines bestimmten Gradientenfelds auszuführen. Das bestimmte Gradientenfeld kann abhängig von den Gegebenheiten der Kernspinresonanzapparatur sowie einem durchzuführenden Messvorgang ausgewählt werden. In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Auswählen einer bestimmten Einstellvorschrift, die dem zu erzeugenden bestimmten Gradientenfeld entspricht. Die bestimmte Einstellvorschrift kann von der Steuerung aus unterschiedlichen Einstellvorschriften ausgewählt werden oder an die die Steuerung bereitgestellt werden. In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Ansteuern der Spulen des Gradientensystems gemäß der bestimmten Einstellvorschrift, um das bestimmten Gradientenfeld zu erzeugen.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. Auf diese Weise können das erfindungsgemäße Gradientensystem und das erfindungsgemäße Verfahren an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Die Erfindung besteht somit auch in einem Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. Somit kann die Erfindung als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69735617 T2 [0013]
- US 4591789 [0014]

Claims

Gradientensystem (100) für eine Kernspinresonanzapparatur, mit folgenden Merkmalen: einem Satz Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b), die ausgebildet sind, um gemäß unterschiedlicher Einstellvorschriften sowohl ein lineares Gradientenfeld als auch ein Gradientenfeld höherer Ordnung zu erzeugen, wobei zumindest eine der Spulen, die zur Erzeugung des linearen Gradientenfeldes einsetzbar ist, auch zur Erzeugung des Gradientenfelds höherer Ordnung einsetzbar ist.
Gradientensystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) ausgebildet sind, um ein stationäres Magnetfeld zu erzeugen, wobei zumindest eine der Spulen, die zur Erzeugung des stationären Magnetfeldes einsetzbar ist, auch zur Erzeugung des linearen Gradientenfeldes oder des Gradientenfelds höherer Ordnung einsetzbar ist.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) ausgebildet sind, um ein Gradientenfeld zu erzeugen, das sowohl einen linearen Anteil als auch zumindest einen Anteil höherer Ordnung aufweist.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) ausgebildet sind, um ein Magnetfeld zu erzeugen, dass die folgende Gleichung erfüllt: B = B0 + (Gxx + Gyy + Gzz) + (Ax + By + Cz) + (Dx2 + Ey2 + Fz2) + ...mit B0: Amplidude eines stationären Magnetfeldes, G_x, G_y, G_z: Koeffizienten einer Bildaufnahme, A, B, C, D, E, F, ...: Konstanten einer Magnetfeldabweichung.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) so angeordnet sind, das die Spulen jeweils ein Einzelmagnetfeld erzeugen, dass vorwiegend parallel zu einer Richtung (z) des stationären Magnetfelds der Kernspinresonanzapparatur ausgerichtet ist.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) in Bezug auf die Richtung (z) des stationären Magnetfelds versetzt zueinander angeordnet sind.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem eine erste Menge der Spulen (S1a–S9a) und eine zweite Menge der Spulen (S1b–S9b) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Messvolumens (104) der Kernspinresonanzapparatur angeordnet sind.
Gradientensystem gemäß Anspruch 7, mit einer ersten Platte und einer zweiten Platte, wobei die erste Platte die erste Menge der Spulen (S1a–S9a) und die zweite Platte die zweite Menge der Spulen (S1b–S9b) aufweist.
Gradientensystem gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem die erste Menge und die zweite Menge der Spulen (S1a–S9a, S1b–S9b) jeweils in einer Mehrzahl von Reihen und Spalten einer Matrix angeordnet sind.
Gradientensystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem gemäß einer Einstellvorschrift zur Erzeugung eines linearen Gradientenfelds in einer ersten Richtung, die erste Menge der Spulen (S1a–S9a) eine erste Stromdurchflussrichtung und die zweiten Menge der Spulen (S1b–S9b) eine zweite Stromdurchflussrichtung aufweisen, wobei die erste Stromdurchflussrichtung entgegengesetzt zu der zweiten Stromdurchflussrichtung ist.
Gradientensystem gemäß Anspruch 9, bei dem gemäß einer Einstellvorschrift zur Erzeugung eines linearen Gradientenfelds in einer zweiten Richtung, die Spulen (S1a, S4a, S7a, S1b, S4b, S7b) einer ersten Spalte der jeweiligen Matrix die erste Stromdurchflussrichtung und die Spulen (S3a, S6a, S9a, S3b, S6b, S9b) einer letzten Spalte der jeweiligen Matrix die zweite Stromdurchfluss richtung aufweisen und bei dem gemäß einer Einstellvorschrift zur Erzeugung eines linearen Gradientenfelds in einer dritten Richtung, die Spulen (S1a, S2a, S3a, S1b, S2b, S3b) einer ersten Reihe der jeweiligen Matrix die erste Stromdurchflussrichtung und die Spulen (S7a, S8a, S9a, S7b, S8b, S9b) einer letzten Reihe der jeweiligen Matrix die zweite Stromdurchflussrichtung aufweisen.
Gradientensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Spulen zylinderförmig angeordnet sind.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) identisch ausgeformt sind.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zumindest eine der Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) als einzelne Leiterschleife ausgeformt ist.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zumindest eine der Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) als Leiterschleife mit mehr als einer Windung ausgeformt ist.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zumindest eine der Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) als stromdurchflossene Spirale ausgeformt ist.
Gradientensystem gemäß der einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Satz Spulen mindestens vier Spulen aufweist.
Gradientensystem gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Steuerung (108), die ausgebildet ist, um die Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften anzusteuern, um die unterschiedlichen Gradientenfelder zu erzeugen.
Gradientensystem gemäß Anspruch 18, bei dem die Steuerung (108) ausgebildet ist, um eine Stromdurchflussrichtung bei zumindest ei ner der Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften einzustellen.
Gradientensystem gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei die Steuerung (108) ausgebildet ist, um eine Stromstärke bei zumindest einer der Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) gemäß den unterschiedlichen Einstellvorschriften einzustellen.
Gradientensystem gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Steuerung (108) ausgebildet ist, um den Stromfluss in den Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) zeitlich zu schalten.
Kernspinresonanzapparatur, mit mindestens einem Gradientensystem (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
Kernspinresonanzapparatur gemäß Anspruch 22, mit mindestens einem zusätzlichen Spulensystem, das ausgebildet ist, um ein spezielles, vordefiniertes Gradientenfeld zu erzeugen.
Verfahren zum Erzeugen eines bestimmten Gradientenfelds für eine Kernspinresonanzapparatur, die einen Satz Spulen (S1–S9; S1a–S9a, S1b–S9b) aufweist, die ausgebildet sind, um in Kombination sowohl ein lineares Gradientenfeld als auch ein Gradientenfeld höherer Ordnung zu erzeugen, wobei zumindest eine der Spulen, die zur Erzeugung des linearen Gradientenfeldes einsetzbar ist, auch zur Erzeugung des Gradientenfelds höherer Ordnung einsetzbar ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Auswählen einer bestimmten Einstellvorschrift aus unterschiedlichen Einstellvorschriften; und Ansteuern der Spulen gemäß der bestimmten Einstellvorschrift, um das bestimmten Gradientenfeld zu erzeugen.
Computer-Programm mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 24, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.