DE102009024078B4

DE102009024078B4 - Gradientenkabelüberwachung

Info

Publication number: DE102009024078B4
Application number: DE102009024078A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Nerreter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2029-06-06
Also published as: US8373417B2; DE102009024078A1; US20100308840A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Fehlers (KU) in Form eines Kabelbruchs in mindestens eine Gradientenspule (81, 82, 83) eines Magnetresonanztomographiesystems mit Strom (I+, I-) versorgenden Gradientenkabeln (K1, K2, K3 ... K6), wobei die Differenz mindestens eines durch ein Gradientenkabel (K1) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließenden elektrischen Stroms (I+) und mindestens eines durch ein Gradientenkabel (K2) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließenden elektrischen Stroms (I–) bestimmt wird, wobei ein Fehler (KU) in Form eines Kabelbruchs eines Gradientenkabels (K1) angenommen wird, wenn der Betrag (U) der Differenz einen Grenzwert (U = 0) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen eines Fehlers in mindestens eine Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiesystems mit Strom versorgenden Gradientenkabeln.
Magnetresonanzgeräte zur Untersuchung insbesondere von Patienten durch Magnetresonanztomographie (MR) bzw. Summenstromwandler sind beispielsweise aus DE 103 14 215 A1 , DE 197 10 742 A1 , DD 239 689 A1 und DE 694 08 385 T2 bekannt.
Moderne Magnetresonanzanlagen arbeiten mit Spulen zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang induzierter Magnetresonanzsignale. Üblicherweise besitzt eine Magnetresonanzanlage einen Permanentmagneten oder (häufiger) eine supraleitende Spule zur Erzeugung eines in einem Untersuchungsbereich möglichst homogenen sogenannten Grundmagnetfelds (H0), eine große in der Regel fest im MR-Gerät eingebaute sogenannte Ganzkörperspule (auch Bodycoil oder BC genannt), sowie mehrere kleine Lokalspulen (auch Oberflächenspulen oder LC genannt). Zum Auslesen von Informationen aus denen Bilder eines Patienten generiert werden können werden mit Gradientenspulen für drei Achsen (z. B. X, Y etwa radial zum Patienten, Z in Längsrichtung des Patienten) ausgewählte Bereiche des zu untersuchenden Objektes bzw. Patienten ausgelesen. Die Ortskodierung in der Magnetresonanztomographie wird üblicherweise mit Hilfe eines Gradientenspulensystems mit drei unabhängig ansteuerbaren, magnetisch orthogonalen Gradienten-Feldspulen-Systemen realisiert. Durch Überlagerung der drei frei skalierbaren Felder (in drei Richtungen X, Y, Z) kann die Orientierung der kodierenden Ebene (,Gradientenfeld') frei gewählt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine effiziente Gradientenkabelüberwachung in einem Magnetresonanztomographiesystem. Die Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung umfasst gemäß dem Patentanspruch 1 ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlers in mindestens eine Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiesystems mit Strom versorgenden Gradientenkabeln,
wobei die Differenz mindestens eines durch ein Gradientenkabel zu einer Gradientenspule hin fließenden elektrischen Stroms und mindestens eines durch ein Gradientenkabel von einer Gradientenspule weg fließenden elektrischen Stroms bestimmt wird,
wobei ein Fehler eines Gradientenkabels angenommen wird, wenn der Betrag der Differenz einen Grenzwert überschreitet. Die Erfindung umfasst ferner gemäß dem Patentanspruch 13 eine Gradientenkabelüberwachungseinrichtung zur Überwachung von eine Gradientenspule mit Strom versorgenden Gradientenkabeln eines Magnetresonanztomographiesystems,
mit einer Einrichtung zum Bestimmen der Differenz mindestens eines durch ein Gradientenkabel zu einer Gradientenspule hin fließenden elektrischen Stroms und mindestens eines durch ein Gradientenkabel von einer Gradientenspule weg fließenden elektrischen Stroms.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind beispielsweise

– eine Fehlerstromerkennung mit einzelnen Induktoren (Messeinrichtungen) an jedem der Gradientenkabel im normalen Betrieb und bei einem Kabelbruch eines Gradientenkabels,
– eine Fehlerstromerkennung mit nur einer gemeinsamen Stromschleife für zwei Gradientenkabel einer Achse (z),
– und eine Fehlerstromerkennung mit nur einer gemeinsamen Stromschleife für drei Achsen (x, y, z).

Weitere mögliche Eigenschaften und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 schematisch eine MRT-Ganzkörperspule und eine Lokalspule deren Position bestimmt wird,
2 schematisch und vereinfachend ein Gradientensystem für eine Achse,
3 schematisch eine Fehlerstromerkennung mit einzelnen Messeinrichtungen an jedem der Gradientenkabel,
4 schematisch eine Fehlerstromerkennung mit nur einer gemeinsamen Stromschleife für zwei Gradientenkabel einer Achse, und
5 schematisch eine Fehlerstromerkennung mit nur einer gemeinsamen Stromschleife für drei Achsen.
1 zeigt schematisch und vereinfachend ein Magnetresonanzgerät MRT 1 mit einer Ganzkörperspule 2 mit einem Rohrförmigen Raum 3 in welchen eine Patientenliege 4 mit z. B. einem Patienten 5 und einer Lokalspule 6 gefahren werden kann, um Aufnahmen des Patienten 5 zu generieren.
Zum Auslesen von Informationen aus denen Bilder eines Patienten generiert werden können werden mit Gradientenspulen für symbolisch dargestellte drei Achsen X, Y, Z (z. B. X, Y etwa radial zum Patienten, Z in Längsrichtung des Patienten) ausgewählte Bereiche des zu untersuchenden Objektes bzw. Patienten ausgelesen. Die Ortskodierung in der Magnetresonanztomographie wird üblicherweise mit Hilfe eines Gradientenspulensystems mit drei unabhängig ansteuerbaren, magnetisch orthogonalen Gradienten- Feldspulen-Systemen realisiert, von denen beispielhaft schematisch hier ein Paar Gradientenspulen 7, 81 für die Erzeugung eines Gradientenfeldes in Y-Richtung dargestellt ist; entsprechende Gradientenspulen liegen für die Erzeugung eines Gradientenfeldes in X-Richtung und Z-Richtung vor. Eine Gradientenspule oder ein Gradientenspulenpaar wird von einer Gradientenspulenendstufe 9 über zwei beliebige geeignete Zuleitungen K1, K2 (im folgenden Gradientenkabel genannt) mit Strom versorgt; also fließt beispielsweise Strom von der Gradientenspulenendstufe 9 über das Gradientenkabel K1 zur Gradientenspule 81 hin und von der Gradientenspule 81 weg über das Gradientenkabel K2 zur Gradientenspulenendstufe 9 zurück.
2 verdeutlicht schematisch und vereinfachend ein Gradientensystem für eine Achse, also eine Gradientenspule 81, die über Kabel K1 und K2 mit Strom versorgt wird, eine (den Strom für die Gradientenspule 81 liefernde und konstant haltende) Gradientenspulenendstufe 9 (hier eine Konstantstromquelle) und eine Messeinrichtung (z. B. wie hier eine Messleitung oder eine Drossel etc.). Hier wird z. B. das Gradientenspulenpaar für die z-Richtung seriell oder antiparallel geschaltet und gemeinsam über Kabel K1 und K2 mit Strom versorgt.
Um einen Fehler (wie einen Kabelbruch oder sonstiger Defekt) in einem eine Gradientenspule 81 mit Strom versorgenden Gradientenkabel K1 oder K2 zu detektieren wird hier die die Differenz eines durch ein Gradientenkabel K1 zur Gradientenspule 81 hin fließenden elektrischen Stroms (hier mit I+ bezeichnet) und mindestens eines durch ein Gradientenkabel K2 von der Gradientenspule 81 weg fließenden elektrischen Stroms (hier mit I– bezeichnet) bestimmt,
wobei ein Fehler eines Gradientenkabels K1 oder K2 angenommen wird, wenn der Betrag (U) der Differenz einen Grenzwert (z. B. null oder wenig darüber oder ein Prozent des Stromes oder ein anderer durch Tests optimierter vorgegebener Wert) überschreitet. Welches der beiden Gradientenkabel defekt ist, ist hier nicht so sehr wichtig; bei einem Fehler eines Gradientenkabels wird z. B. eine Stromabschaltung und/oder Reparatur veranlasst.
3 bis 5 zeigen Varianten zur Bestimmen eines Fehlers in mindestens eine Gradientenspule 81, 82, 83 des Magnetresonanztomographiesystems 1 mit Strom versorgenden Gradientenkabeln K1, K2 (oder K1, K2, K3, K4, K5, K6).
3 zeigt eine Fehlerstromerkennung mit einzelnen Induktoren (Messeinrichtungen) an jedem der Gradientenkabel K1, K2 (usw) in 3 oben im normalen Betrieb und in 3 unten bei einem Kabelbruch KU eines Gradientenkabels K1. Die Zahl und art der Wicklungen der Schleifen M1 und M2 um die Gradientenkabel K1, K2 ist hier gleich.
Die Gradientenkabel K1, K2 erzeugen also hier gemeinsam ein Feld, das jeweils von den Stromschleifen M1, M2 (als darin induzierter Strom und/oder Spannung) gemessen wird, wenn an den hintereinander geschalteten Stromschleifen M1, M2 z. B. näherungsweise die Spannung null oder eine Spannung unter einem Grenzwert gemessen wird, wird angenommen, dass kein Fehler eines Gradientenkabels vorliegt, sonst wird angenommen, dass ein Fehler KU eines Gradientenkabels (hier K1) vorliegt. Im normalen Betrieb gemäß 3 oben ist kein Gradientenkabel defekt, der Strom I+ fließt über das Gradientenkabel K1 zur Gradientenspule 81 und der Strom I– fließt über das Gradientenkabel K2 von der Gradientenspule 81 weg zur Gradientenspulenendstufe 9.
Im Falle eines Kabelbruchs eines Gradientenkabels K1 gemäß 3 unten fließt der Strom I+ über das Gradientenkabel K1 in Richtung der Gradientenspule 81 (und hier weiter über einen Lichtbogen ab) und kein Strom (I– ist null) fließt über das Gradientenkabel K2 von der Gradientenspule 81 zurück zur Gradientenspulenendstufe 9.
Die Differenz mindestens eines durch ein Gradientenkabel K1 zu einer Gradientenspule 81 hin fließenden elektrischen Stroms I+ und mindestens eines durch ein Gradientenkabel K2 von einer Gradientenspule 81 weg fließenden elektrischen Stroms I– wird hier als Spannung U bestimmt.
4 zeigt eine Gradientenkabel-Fehlererkennung mit nur einer gemeinsamen Stromschleife M1 (Messeinrichtung) für eine Achse (z), also für zwei Gradientenkabel K1, K2.
Die Gradientenkabel K1, K2 erzeugen hier antiparallel von Strom durchflossen gemeinsam ein Feld, das von der Stromschleife M1 gemessen wird. Wenn an der Stromschleife M1 z. B. näherungsweise die Spannung null oder eine Spannung unter einem Grenzwert gemessen wird, wird angenommen, dass kein Fehler eines Gradientenkabels vorliegt, sonst wird angenommen, dass ein Fehler KU eines Gradientenkabels K1 vorliegt.
5 zeigt eine Fehlerstromerkennung mit nur einer gemeinsamen Stromschleife (Messeinrichtung M1) für drei Achsen (x, y und z- Richtung) mit je zwei Gradientenkabeln, also für sechs Gradientenkabel K1, K2, K2, K4, K5, K6.
Die Differenz der Summe durch mehrere Gradientenkabel K1, K3, K5 zu einer Gradientenspule 81, 82, 83 hin fließender elektrischer Ströme (hier jeweils I+; I+ ist oft unterschiedlich in den Gradientenspulen) und der Summe durch mehrere Gradientenkabel K2, K4, K6 von einer Gradientenspule 81, 82, 83 weg fließender elektrischer Ströme I– (hier jeweils I–; aber I– ist oft unterschiedlich in den Gradientenspulen) wird bestimmt, wobei ein Fehler KU eines Gradientenkabels nur angenommen wird, wenn die an der (z. B. unterbrochenen) Stromschleife M1 anliegende Differenz in Form z. B. einer Spannung U einen Grenzwert überschreitet.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Fehlers (KU) in Form eines Kabelbruchs in mindestens eine Gradientenspule (81, 82, 83) eines Magnetresonanztomographiesystems mit Strom (I+, I-) versorgenden Gradientenkabeln (K1, K2, K3 ... K6), wobei die Differenz mindestens eines durch ein Gradientenkabel (K1) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließenden elektrischen Stroms (I+) und mindestens eines durch ein Gradientenkabel (K2) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließenden elektrischen Stroms (I–) bestimmt wird, wobei ein Fehler (KU) in Form eines Kabelbruchs eines Gradientenkabels (K1) angenommen wird, wenn der Betrag (U) der Differenz einen Grenzwert (U = 0) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließende elektrische Strom (I+) und/oder der von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließende elektrische Strom (I–) durch jeweils eine Messeinrichtung (M1; M2) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Messeinrichtung eine Messleitung (M1; M2) oder eine Drossel umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließende elektrische Strom (I+) und der von zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließende elektrische Strom (I–) durch jeweils eine zur Richtung (z) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) zumindest teilweise orthogonal verlaufende Messleitung (M1, M2) bestimmt wird, wobei mindestens zwei Messleitungen (M1; M2) zueinander seriell antiparallel geschaltet sind, so dass sie zusammen ohne Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1) keine über einem Grenzwert liegende Spannung (U) bewirken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenz eines zu mindestens einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließenden elektrischen Stroms (I+) und eines von mindestens einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließenden elektrischen Stroms (I–) durch eine gemeinsame Messeinrichtung (M1; M2) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließende elektrische Strom (I+) und der von zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließende elektrische Strom (I–) durch eine gemeinsame zur Richtung zweier Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) zumindest teilweise orthogonal verlaufende Messleitung (M1; M2) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Differenz der Summe durch mehrere Gradientenkabel (K1, K3, K5) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließender elektrischer Ströme (I+) und der Summe durch mehrere Gradientenkabel (K2, K4, K6) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließender elektrischer Ströme (I–) bestimmt wird, wobei ein Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) angenommen wird, wenn der Betrag (U) der Differenz einen Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Differenz durch mehrere Gradientenkabel (K1, K3, K5) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließender elektrischer Ströme (I+) und durch mehrere Gradientenkabel (K2, K4, K6) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließender elektrischer Ströme (I–) durch eine gemeinsame Messleitung (M1) für diese Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–8, wobei ein Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) angenommen wird, wenn die Spannung an der Messleitung (M1; M2) einen Grenzwert (U = 0) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) ein Fehler (KU) ist, durch welchen dieses nicht mehr durchgehend leitet, insbesondere ein Gradientenkabelbruch.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ohne Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) keine über einem Grenzwert (U = 0) liegende Spannung an der Messleitung (M1; M2) vorliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Feld, das durch ein Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) erzeugt wird, durch das Strom (I+) zur Gradientenspule (81, 82, 83) fließt, mit einer Messeinrichtung (M1) gemessen wird, wobei ein Feld, das durch ein Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) erzeugt wird, durch das Strom (I–) von der Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließt, mit einer Messeinrichtung (M2) gemessen wird.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung (M1, M2) zur Überwachung eines Kabelbruchs (KU) von eine Gradientenspule (81, 82, 83) mit Strom (I+, I–) versorgenden Gradientenkabeln (K1, K2, K3 ... K6) eines Magnetresonanztomographiesystems (1), mit einer Einrichtung (M1, M2) zum Bestimmen der Differenz mindestens eines durch ein Gradientenkabel (K1) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließenden elektrischen Stroms (I+) und mindestens eines durch ein Gradientenkabel (K2) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließenden elektrischen Stroms (I–).
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach Anspruch 13, wobei jeweils eine Messeinrichtung (M1, M2) für den zu der Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließenden elektrischen Strom (I+) und den von der Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließenden elektrische Strom (I–) vorgesehen ist.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei eine Messeinrichtung eine Messleitung (M1; M2) oder Spule oder Drossel umfasst.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließende elektrische Strom (I+) und der von zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließende elektrische Strom (I–) durch eine gemeinsame zur Richtung zweier Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) zumindest teilweise orthogonal verlaufende Messeinrichtung (M1) bestimmt werden, wobei ohne Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) keine über einem Grenzwert (U = 0) liegende Spannung an der Messeinrichtung (M1) bewirkt wird.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die beiden Messeinrichtungen (M1, M2) zueinander seriell antiparallel geschaltet sind, so dass sie zusammen ohne Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) keine über einem Grenzwert liegende Differenz in Form einer Spannung (U = 0) bewirken.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Differenz der Summe durch mehrere Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließender elektrischer Ströme und der Summe durch mehrere Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließender elektrischer Ströme durch Messung eines durch alle genannten Ströme verursachten Feldes bestimmt wird, wobei ein Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) angenommen wird, wenn der Betrag (U) der Differenz einen Grenzwert überschreitet.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Differenz durch mehrere Gradientenkabel (K1, K3, K5) zu einer Gradientenspule (81, 82, 83) hin fließender elektrischer Ströme (I+) und durch mehrere Gradientenkabel (K2, K4, K6) von einer Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließender elektrischer Ströme (I–) durch eine gemeinsame Messeinrichtung (M1) für diese Gradientenkabel (K1, K2, K3 ... K6) bestimmt wird,
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei ein Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) angenommen wird, wenn die Spannung an der Messeinrichtung (M1, M2) einen Grenzwert (U = 0) überschreitet.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei ein Fehler (KU) eines Gradientenkabels (K1, K2, K3 ... K6) ein Fehler (KU) ist, durch welchen dieses nicht mehr durchgehend leitet, insbesondere ein Gradientenkabelbruch (KU) und/oder elektrischer Bogen.
Gradientenkabelüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, wobei ein Feld, das durch ein Gradientenkabel (K1, K3, K5) erzeugt wird, durch das Strom (I+) zur Gradientenspule (81, 82, 83) fließt, mit einer Messeinrichtung (M1) gemessen wird, wobei ein Feld, das durch ein Gradientenkabel (K2, K4, K6) erzeugt wird, durch das Strom (I–) von der Gradientenspule (81, 82, 83) weg fließt, mit einer weiteren Messeinrichtung (M2) gemessen wird.