DE102011080275A1

DE102011080275A1 - Lokalspule, insbesondere Halsspule, mit mehreren separat schaltbaren Lokalspulen- Shimspulen

Info

Publication number: DE102011080275A1
Application number: DE102011080275A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: JP2013031664A; US9322891B2; DE102011080275B4; US20130193968A1; JP5975779B2; CN102914751A; KR101615880B1; KR20130018585A; CN102914751B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Lokalspule (106) für ein bildgebendes System (101), insbesondere MRT (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Shim-Spulen (LS1, LS2) aufweist, wobei ein Strom (I1) zur Erzeugung eines Shimfeld (BS1) in einer (LS1) der Shim-Spulen einschaltbar (ST) und ausschaltbar (ST) ist, wobei ein Strom (I2) zur Erzeugung eines Shimfeld (BS2) in einer weiteren (LS2) der Shim-Spulen einschaltbar (ST) und ausschaltbar (ST) ist, wobei die Ströme (I1, I2) zur Erzeugung jeweils eines Shimfeld (BS1, BS2) in den Shim-Spulen (LS1, LS2) voneinander unabhängig einschaltbar (ST) und ausschaltbar (ST) sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Lokalspule für ein bildgebendes System.
Magnetresonanzgeräte (MRTs) zur Untersuchung von z.B. Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus DE10314215B4 bekannt.
Shims sind beschrieben in
1. Christoph Juchem et al: Magnetic field homogenization of the human prefrontal cortex with a set of localized electrical coils, Journal of Magnetic Resonance Imaging, MRM, 63: 171–180, 2010
2. GH Glover et al: Mitigation of susceptibility induced signal los in neuroimaging using localized shim coils, MRM 2005, 243–248
3. R. Cusack et al: AN evaluation of the use of passive shimming to improve .... Neuroimage 2005; 24, 82–91
4. JL Wilson et al: Utilization of an intra-oral diamagnetic passive shim in functional MRI of the inferior frontal cortex; MRM 2003, 50, 1089–1094
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bildgebung eines bildgebenden Systems effizient zu optimieren. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs in zu bekannten Lösungen alternativer Weise gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein erfinderischer Aspekt liegt z.B. in adaptiven Shimspulen innerhalb von Lokalspulen, die vorzugsweise auch mit bestehenden Spulenschnittstellen funktionieren können.
Außerdem wird neben speziellen Geometrien zur Ausführung der Shimspule ein dynamisches Shim-Verfahren vorgeschlagen, das besonders sparsam mit Verlustleistung umgeht, indem der Shim nur während des TX Pulses appliziert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
1 von einer Seite im Längsschnitt einen Patienten und eine erfindungsgemäße Kopfspule,
2 eine Draufsicht auf miteinander verbundene, in z-Richtung hintereinander befindliche etwa rechteckige Leiter einer Shimspule einer Lokalspule,
3 eine Draufsicht auf miteinander verbundene, in z-Richtung hintereinander befindliche etwa rechteckige am Hals eingewölbte Leiter einer Shimspule einer Lokalspule,
4 eine Draufsicht auf Leiter zweier unabhängig voneinander durch Spannungs-/Stromquellen einschaltbarer Shimspulen einer Lokalspule,
5 links in Seitenansicht und rechts in Draufsicht eine Draufsicht Leiter zweier unabhängig voneinander durch Spannungs-/Stromquellen einschaltbarer Shimspulen einer Lokalspule, von denen sich die eine Shimspule innerhalb der anderen Shimspule befindet,
6 beispielhaft Abstände der Leiter einer Shimspule zueinander,
7 einen Anschluß zweier unabhängig voneinander durch Spannungs-/Stromquellen einschaltbarer Shimspulen einer Lokalspule an Spannungs-/Stromquellen über Dioden und Widerstände,
8 eine Gradientensystem-Entkoppelung einer Shimspule einer Lokalspule mit einer Entkoppelungsspule,
9 perspektivisch eine Lokalspule mit einer Shimspule,
10 einen Shim-Feldverlauf im Bereich einer geshimten Lokalspule
11 schematisch ein MRT-System.
11 zeigt (insbesondere als Hintergrund) ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einer Ganzkörperspule 102 mit einem hier röhrenförmigen Raum 103 in welchen eine Patientenliege 104 mit einem Körper z.B. eines Untersuchungsobjektes (z.B. eines Patienten) 105 (mit oder ohne Lokalspulenanordnung 106) in Richtung des Pfeils z gefahren werden kann, um durch ein bildgebendes Verfahren Aufnahmen des Patienten 105 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier eine Lokalspulenanordnung 106 angeordnet, mit welcher in einem lokalen Bereich (auch field of view oder FOV genannt) des MRT Aufnahmen von einem Teilbereich des Körpers 105 im FOV generiert werden können. Signale der Lokalspulenanordnung 106 können von einer z.B. über Koaxialkabel oder per Funk (167) etc an die Lokalspulenanordnung 106 anschließbaren Auswerteeinrichtung (168, 115, 117, 119, 120, 121 usw.) des MRT 101 ausgewertet (z.B. in Bilder umgesetzt, gespeichert oder angezeigt) werden.
Um mit einem Magnetresonanzgerät MRT 101 einen Körper 105 (ein Untersuchungsobjekt oder einen Patienten) mittels einer Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper 105 eingestrahlt. Ein starker Magnet (oft ein Kryomagnet 107) in einer Messkabine mit einer hier tunnelförmigen Öffnung 103, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld B₀, das z.B. 0,2 Tesla bis 3 Tesla oder auch mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper 105 wird auf einer Patientenliege 104 gelagert in einen im Betrachtungsbereich FoV („field of view“) etwa homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes B0 gefahren. Eine Anregung der Kernspins von Atomkernen des Körpers 105 erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse B1(x, y, z, t) die über eine hier als (z.B. mehrteilige = 108a, 108b, 108c) Körperspule 108 sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse werden z.B. von einer Pulserzeugungseinheit 109 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 111 werden sie zur Hochfrequenzantenne 108 geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Oft werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 109, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 108a, b, c in einem Magnet-Resonanz-Gerät 101 eingesetzt.
Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 101 über Gradientenspulen 112x, 112y, 112z, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 112x, 112y, 112z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 114 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 109 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 110 in Verbindung steht.
Von den angeregten Kernspins (der Atomkerne im Untersuchungsobjekt) ausgesendete Signale werden von der Körperspule 108 und/oder mindestens einer Lokalspulenanordnung 106 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 116 verstärkt und von einer Empfangseinheit 117 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
Für eine Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z.B. die Körperspule 108 oder eine Lokalspule 106, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 118 geregelt.
Eine Bildverarbeitungseinheit 119 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 120 einem Anwender dargestellt und/oder in einer Speichereinheit 121 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 122 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulenanordnungen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) oder an oder in dem Körper 105 angebracht werden. Bei einer MR-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (z.B. LNA, Preamp) verstärkt und schließlich an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5T–12T oder mehr). Wenn an ein MR Empfangssystem mehr Einzelantennen angeschlossen werden können, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger z.B. eine Schaltmatrix (auch RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle (meist die, die gerade im Field of View des Magneten liegen) auf die vorhandenen Empfänger. Dadurch ist es möglich, mehr Spulenelemente anzuschließen, als Empfänger vorhanden sind, da bei einer Ganzkörperabdeckung nur die Spulen ausgelesen werden müssen, die sich im FoV (Field of View) bzw. im Homogenitätsvolumen des Magneten befinden.
Als Lokalspulenanordnung 106 wird z.B. allgemein ein Antennensystem bezeichnet, das z.B. aus einem oder als Array-Spule aus mehreren Antennenelementen (insb. Spulenelementen) bestehen kann. Diese einzelnen Antennenelemente sind z.B. als Loopantennen (Loops), Butterfly, Flexspulen oder Sattelspulen ausgeführt. Eine Lokalspulenanordnung umfasst z.B. Spulenelemente, einen Vorverstärker, weitere Elektronik (Mantelwellensperren etc), ein Gehäuse, Auflagen und meistens ein Kabel mit Stecker, durch den sie an die MRT-Anlage angeschlossen wird. Ein anlagenseitig angebrachte Empfänger 168 filtert und digitalisiert ein von einer Lokalspule 106 z.B. per Funk etc empfangenes Signal und übergibt die Daten einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung die aus den durch eine Messung gewonnenen Daten meist ein Bild oder ein Spektrum ableitet und dem Nutzer z.B. zur nachfolgenden Diagnose durch ihn und/ oder Speicherung zur Verfügung stellt.
1–10 zeigen Beispiele von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Lokalspulen 106 mit einer oder mehreren lokalen Shimspulen darin.
In der MR-Tomographie werden Bilder mit hohem Signal/Rauschverhältnis (SNR) heute in der Regel mit so genannten Lokalspulen (Coils, Local Coils) aufgenommen. Dies sind Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf (anterior) oder unter (posterior) dem Patienten angebracht werden. Bei einer MRT-Messung induzieren die angeregten Kerne in den einzelnen Antennen der Lokalspule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (LNA, Preamp) verstärkt und schließlich kabelgebunden an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses auch bei hochaufgelösten Bildern werden so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt (1.5T bis 12T und mehr).
Von Bedeutung bei vielen klinischen MRT-Anwendung ist die Homogenität des B0-Grundfeldes. Bei Abweichungen von der Homogenität können Artefakte oder Verzerrungen entstehen oder bestimmte Anwendungen wie FatSat nicht mehr funktionieren. FatSat ist eine Technik, bei der die Frequenzverschiebung der im Fett gebundenen Protonen genutzt wird, um durch einen starken Sendepuls (Sättigungspuls) bei der Fett-Frequenz, die Signale von Fettgewebe auszublenden. Die Differenz zwischen der Protonenfrequenz in Wasser und in Fett ist gering (wenige ppm des Grundfeldes), und ist diese Technik ist von der räumlichen Homogenität des Grundfeldes abhängig. Diese kann heute über Volumina von ca. 30 × 30 × 30cm schon mit bis zu 0.5ppm erreicht werden.
Z.B. in der Nackenregion können auf Grund der räumlich inhomogenen Verteilung der Suszeptibilität (mu_r) des Körpergewebes Verzerrungen des Bo Grundfeldes entstehen. Diese können z.T. können mit in einem MRT-System eingebauten sogenannten Shimspulen korrigiert werden.
Ein Problem in der Anwendung ist z.B. eine suboptimale Fettsättigung. Dies bedeutet, dass Fettgewebe z.B. im Nackenbereich nach wie vor hell leuchtend im Bild erscheint, obwohl eine Fettsättigung das Fettgewebe ausblenden soll. Dies kann dadurch bedingt sein, dass durch die lokale B0-Variation das dortige Fettgewebe nicht die erwartete Resonanzfrequenz hat. Der Sättigungspuls, der die Spins des Fettgewebes voll aussteuern soll, erreicht diese Spins nicht, da deren Resonanzfrequenz anders liegt.
Die Erfindung ermöglicht effizient eine technische Ausführung an bestehenden MR-Geräten (dort gibt es z.B. in der Regel keine extra Stromversorgung für Shimspulen innerhalb Lokalspulen).
Die Erfindung erlaubt eine spezielle Definition des Shim-Feld hinsichtlich z.B. räumlicher Struktur und Stärke.
Um den von den Gradientensystemteilen induzierten Strom möglichst klein zu halten kann neben einer Entkopplung von Gradientensystem eine Strombegrenzung durch Einfügen eines Widerstandes vorteilhaft sein.
Da an Lokalspulenschnittstellen an heutigen MR Scannern großer Hersteller keine Schnittstellen zur Verfügung stehen, die es erlauben, den Strom durch die Shimspule und damit die Stärke des von ihr erzeugten Magnetfeldes zu variieren (wie das das Netzteil einer konventionellen Shimspule kann), wird hier auch vorgeschlagen, mehrere Spulen zu verwenden, deren Felder sich konstruktiv oder destruktiv überlagern können. Da das Shimfeld sich dann aus der Summe der Felder verschiedener Spulen zusammensetzt, besteht durch die Verwendung mehrerer Spulen mit nennenswertem räumlichen Abstand der Leiter voneinander, außerdem die Möglichkeit, nicht nur die Stärke des Shimfeldes, sondern auch seine Struktur zu variieren. Dies erscheint insbesondere zur Adaption des Feldes an verschiedene Patienten hilfreich. Anbei dargestellt finden sich mehrere mögliche Ausführungsformen von Shimspulen für den Nackenbereich, dabei spielt auch deren geometrische Ausformung eine entscheidende Rolle.
An Spulenschnittstellen stehen heute primär Versorgungsspannung für Spulenelektronik zur Verfügung (typ. 3–10V) und Umschaltsignale für Pindioden. Letztere schalten meist zwischen zwei Zuständen, einer negativen und einer positiven Spannung. Bei Siemens wird von –30V Spannung auf +100mA Strom umgeschaltet. Außerdem besteht die Möglichkeit eines Zwischenzustandes mit +10mA Strom. Die Verwendung von Stromquellen für die Pin-Dioden ist günstig für die Verwendung als Shimspulenstromquelle, da der Strom vom MR System selbst geregelt wird. Die Toleranzen sind für die Verwendung als Shimspulenstromquelle akzeptabel (< 10%). Bei der Verwendung der Spannungsquelle (–30V) als Versorgung für die Shimspule.
Zur Verringerung des Leistungsbedarfs und der Abwärme wird vorgeschlagen, den LCShim nur während der Sendephase des MR-Systems zu betreiben. Für FatSat Verfahren, die auf chemischem Shift beruhen, sollte dies ausreichen. Damit entsteht aus dieser Anmeldung neben dem schaltungstechnischen und architektonischen Anspruch auch ein Anspruch auf ein Verfahren, das die lokalen Shimstörme nur während der Sättigungspulse appliziert.
Neben der Entkopplung von dem Gradientensyystem durch eigene Entkopplungsspulen (insbesondere bis zu drei Stück für jede Raumrichtung eine, orthogonal zueinander) ist eine Verringerung des gradienteninduzierten Stroms durch Serienschaltung eines Widerstandes möglich (5–500 Ohm). Der Leistunsgverbrauch in diesem Widerstand kann durch Applikation des Shimstroms nur während der Sendephase wie oben erwähnt – entsprechend des Tastverhältnisses TX/RX stark reduziert werden (Faktor 10–100).
In 1 sind in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen (Nacken-Kopf-)Lokalspule 106, die über einen Kopf K und Nacken N eines Patienten 105 z.B. etwa wie ein Helm aufgestülpt werden kann.
Die Lokalspule 106 weist mehrere (hier zwei) Shim-Spulen LS1, LS2 mit jeweils mehreren Leitern L1a, L1b, L1c, L1d bzw. L2a, L2b, L2c, L2d auf, durch welche Shimspulen (wenn von einem Strom I1 bzw. I2 durchflossen und/oder mit Spannung beaufschlagt von einer Strom- und/oder Spannungsquelle oder Energiequelle SV1, SV2) jeweils ein Shim-Feld BS1 bzw BS2 erzeugt werden kann, um das Magnetfeld (insbesondere B0) im Bereich des Nackens N eines Patienten 105 zu homogenisieren, um dadurch die Bildqualität zu verbessern.
Die Strom- und/oder Spannungsquelle (oder Energiequelle) SV1 für die Shimspule LS1 kann unabhängig von der Strom- und/oder Spannungsquelle (oder Energiequelle) SV2 für die Shimspule LS2 geschaltet werden (um einen Strom/eine Spannung an der jeweiligen Shimspule anzulegen).
Die Strom- und/oder Spannungsquelle (oder Energiequelle) SV1, SV2 sind hier in der Lokalspule für andere Zwecke vorhandene Strom- und/oder Spannungsquellen.
In 2 sind in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 106 mehrere Leiter L1a, L1b, L1c, L1d einer Shimspule LS1 miteinander seriell verbunden und in z-Richtung hintereinander angeordnet, so dass sich ihre Feldwirkung etwa addiert, und etwa rechteckigen Querschnitts.
In 3 sind in einem weitren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 106 mehrere Leiter L1a, L1b, L1c, L1d einer Shimspule LS1 miteinander seriell verbunden, in z-Richtung hintereinander angeordnet und etwa rechteckigen Querschnitts mit Ausnahme einer ergonomischen Einwölbung r im Bereich des Nackens eines Patienten.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 106 unter einem aufzunehmenden Nacken-Bereich ROI eines Patienten gezeigt, wobei zwei Shim-Spulen LS1, LS2 mit jeweils nur einem Leiter L1a bzw. L2a jeweils an eine Strom- und/oder Spannungsquelle angeschlossen sind, also die Strom- und/oder Spannungsquelle SV1 für die Shimspule LS1 und die Strom- und/oder Spannungsquelle SV2 für die Shimspule LS2.
In 5 (links im Längsschnitt und rechts im Querschnitt) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 106 unter einem aufzunehmenden Nacken-Bereich ROI eines Patienten gezeigt, wobei sich eine Shim-Spule LS1, innerhalb der weiteren Shim-Spule LS2 befindet
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lokalspule 106 unter einem Nacken-Bereich eines Patienten gezeigt, wobei zur Verdeutlichung nur eine Shim-Spule LS1 von mehreren dargestellt ist, um mögliche Abstände d1, d2, d3 von Leitern L1a, L1b, L1c, L1d (der Shim-Spule LS1) zueinander zu zeigen. Die Abstände d1, d2, d3 von Leitern L1a, L1b, L1c, L1d (der Shim-Spule LS1) können gleich oder unterschiedlich sein.
7 zeigt einen Anschluss zweier unabhängig voneinander durch Spannungs-Stromquellen einschaltbarer Shimspulen LS1, LS2 einer Lokalspule an Spannungs-/Stromquellen SV1, SV2 über Dioden D1, D2 und Widerstände R1.
In 7 oben steuern Steuersignale St1, St2, St3 von einer Steuerung 110, 117 eines MRT eine Steuerung ST der Lokalspule 106 so an, dass sie die entsprechenden Spannungen/Ströme von in der Lokalspule vorhandenen Spannungsquellen/Stromquellen SV1 auf eine oder mehrere Shimspulen LS1 und/oder LS2 usw schaltet.
In 7 unten sind beispielhaft als Spannungsquellen/Stromquellen ein sogenannter PIN-Dioden-Kanal 1 und ein PIN-Dioden-Kanal 2 in einer Lokalspule dargestellt, deren Ströme/Spannungen (üblicherweise vorhanden sind wahlweise 10mA oder 100mA oder 30V, also drei mögliche Zustände für jede Shimspule sind möglich) wahlweise an die Shim-Spulen angelegt werden können.
Wenn z.B. in 7 der PIN-Dioden-Kanal 1 (SV1) und/oder der PIN-Dioden-Kanal 2 (SV2) jeweils 10mA Strom ausgeben, leiten die Dioden D1 und ein entsprechender Strom I1, I2 (in einer ersten Höhe) fließt durch die Shim-Spulen LS1 und LS2.
Wenn z.B. in 7 der PIN-Dioden-Kanal 1 (SV1) und/oder der PIN-Dioden-Kanal 2 (SV2) jeweils 100mA Strom ausgeben, leiten die Dioden D1 und ein entsprechender Strom I1, I2 (in einer zweiten Höhe) fliesst durch die Shim-Spulen LS1 und LS2.
Wenn z.B. in 7 der PIN-Dioden-Kanal 1 (SV1) und/oder der PIN-Dioden-Kanal 2 (SV2) jeweils 30V ausgeben, leiten die Dioden D2 und ein entsprechender Strom I1, I2 (in einer dritten Höhe) fliesst durch die Shim-Spulen LS1 und LS2.
Ein PIN-Dioden-Kanal 1 = SV1 (ebenso wie 2 = SV2) kann üblicherweise wahlweise 10mA oder 100mA oder 30V ausgeben, also drei mögliche Ströme I1, I2 und damit Zustände für jede Shimspule LS1, LS2 möglich.
Wenn an einem PIN-Dioden-Kanal 1 = SV1 wahlweise 10mA oder 100mA oder 30V ausgegeben werden können:
für 30V mit einer Erzeugung eines Stroms I1 in einer Shimspule LS1 in einer Richtung und
für 10mA und/oder 100mA mit einer Erzeugung eines Stroms I1, I2 in einer Shimspule LS1 in der entgegengesetzten Richtung, dann kann durch Wahl von 30V oder 10mA/100mA Ausgabe aus SV1 die Feldrichtung des Shimfeldes BS1 der Shimspule LS1 gewählt werden. Gleiches gilt für SV2 und LS2.
Die Feldrichtung des Shimfeldes BS1 das die Shimspule LS1 erzeugt und die Feldrichtung des Shimfeldes BS2 das die Shimspule LS2 erzeugt kann gleich oder entgegengesetzt gewählt werden und die Shimfelder können sich damit verstärken oder gegenseitig abschwächen.
Die Ausgabe der Ein PIN-Dioden-Kanal 1 = SV1 (ebenso wie 2 = SV2) kann üblicherweise wahlweise 10mA oder 100mA oder 30V ausgeben, also drei mögliche Ströme I1, I2 und damit Zustände für jede Shimspule LS1, LS2 möglich.
Die Widerstände R1 begrenzen jeweils den Strom I1, I2 durch die Shim-Spulen in eine gewünschte Höhe.
Zur Entkoppelung der Shimspule vom Gradientenfeld des MRT kann eine Ausrichtung der Spulenachse der Shimspule parallel zur x-Achse vorteilhaft sein.
8 zeigt eine Gradientenfeld-Entkoppelung einer Shimspule LS1 einer Lokalspule 106 mit einer Entkoppelungsspule LE, die zur Shimspule LS1 antiparallel (also mit entgegengesetzter Windungsrichtung) in Serie geschaltet ist.
Das Gradientenfeld, das in der Shimspule LS1 eine Spannung US induzieren kann, erzeugt in der Entkoppelungsspule LE dabei eine Spannung-US in entgegengesetzter Richtung, was den Strom durch die Gradientenfeld-Induktion auf etwa null kompensieren kann, insbesondere wenn sich die Shimspule LS1 und die Entkoppelungsspule LE in einem hinreichend homogenen Gradientenfeld befinden.
Die Entkoppelungsspule LE in Lokalspule 106 ist dabei vorzugsweise hinreichend weit vom bildgebenden Volumen ROI entfernt, dass ihr Feld nicht auf den Patienten unter Erzeugung von Artefakten in der Bildgebung einwirkt, z.B. auch weiter als die Shimspule LS1.
9 zeigt perspektivisch eine Lokalspule mit einer Shimspule unter einer Halsspule 106 mit sieben Leitern/Windungen und 12·4,5cm Größe.
10 zeigt einen Shim-Feldverlauf im Bereich einer geshimten Lokalspule.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10314215 B4 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Christoph Juchem et al: Magnetic field homogenization of the human prefrontal cortex with a set of localized electrical coils, Journal of Magnetic Resonance Imaging, MRM, 63: 171–180, 2010 [0003]
GH Glover et al: Mitigation of susceptibility induced signal los in neuroimaging using localized shim coils, MRM 2005, 243–248 [0003]
R. Cusack et al: AN evaluation of the use of passive shimming to improve .... Neuroimage 2005; 24, 82–91 [0003]
JL Wilson et al: Utilization of an intra-oral diamagnetic passive shim in functional MRI of the inferior frontal cortex; MRM 2003, 50, 1089–1094 [0003]

Claims

Lokalspule (106) für ein bildgebendes System (101), insbesondere MRT (101), dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Shim-Spulen (LS1, LS2) aufweist, wobei ein Strom (I1) zur Erzeugung eines Shimfeld (BS1) in einer (LS1) der Shim-Spulen einschaltbar (ST) und ausschaltbar (ST) ist, wobei ein Strom (I2) zur Erzeugung eines Shimfeld (BS2) in einer weiteren (LS2) der Shim-Spulen einschaltbar (ST) und ausschaltbar (ST) ist, wobei die Ströme (I1, I2) zur Erzeugung jeweils eines Shimfeld (BS1, BS2) in den Shim-Spulen (LS1, LS2) voneinander unabhängig einschaltbar (ST) und ausschaltbar (ST) sind.
Lokalspule nach Anspruch 1, dass Leiter einer oder mehrerer der Shim-Spulen (LS1, LS2) im Querschnitt rechteckig sind. (2)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rechteck-förmige Leiter (L1a, L1b, L1c) einer Shim-Spule (LS1, LS2) zueinander in Serie geschaltet sind. (2)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leiter (L1a, L1b, L1c) einer oder mehrerer der Shim-Spulen (LS1, LS2) im Querschnitt zumindest etwa rechteckig sind, mit Ausnahme einer zur Anlage am Patienten vorgesehen Seite des Rechtecks die bogenförmig und/oder in das Shim-Spulen-Innere gewölbt (r) ist. (3)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrerer der Shim-Spulen (LS1, LS2) voneinander unabhängig einzeln ansteuerbar und/oder mit Strom und/ oder Spannung zur Erzeugung eines Stroms (I1, I2) in der Shim-Spule (LS1, LS2) beaufschlagbar sind. (1)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Shim-Spulen (LS1, LS2) sich innerhalb einer anderen der Shim-Spulen (LS1, LS2) befindet. (5 rechts)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Shim-Spulen (LS1, LS2) zu einer weiteren der Shim-Spulen (LS1, LS2) in y-Richtung und/oder in bei Einsatz im bildgebenden System vertikaler Richtung beabstandet (dz) ist. (4)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiter (L1a, L1b, L1c) einer Shim-Spule (LS1, LS2) in Einfuhrrichtung (+– „z“) eines Patienten in das bildgebende System (101) gesehen und/oder Patientenlängsrichtung (+– „z“) gesehen hintereinander angeordnet sind. (2)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiter einer Shim-Spule (LS1, LS2) bei der Bildgebung zumindest in einem Bereich (ROI) in etwa horizontaler Richtung (+– „x) verlaufen. (2)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Leiter (L1a, L1b, L1c, L1d) einer Shim-Spule (LS1, LS2) in Einfuhrrichtung (+– „z“) eines Patienten in das bildgebende System (101) und/oder Patientenlängsrichtung (+– „z“) gesehen jeweils gleiche Abstände (d1 = d2 = d3) voneinander haben (1)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Leiter (L1a, L1b, L1c, L1d) einer Shim-Spule (LS1, LS2) in Einfuhrrichtung (+– „z“) eines Patienten in das bildgebende System (101) und/oder Patientenlängsrichtung (+– „z“) gesehen unterschiedliche Abstände (d1 = d3; d3<>d2) voneinander haben.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiter (L1a, L1b, L1c) einer Shim-Spule (LS1, LS2) in Einfuhrrichtung (+– „z“) eines Patienten in das bildgebende System (101) und/oder Patientenlängsrichtung (+– „z“) gesehen hintereinander geschaltete Wicklungen einer Shim-Spule bilden (1)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass die Shim-Felder (BS1, BS2) mehrerer Shim-Spulen (LS1, LS2) sich im eingeschalteten Zustand überlagern, insbesondere konstruktiv und/oder destruktiv überlagern.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) eine Kopfspule oder Kopf-Hals-Spule oder Nackenspule oder Rückenspule oder Abdomenspule Schulterspule oder Rückenspule oder Gelenkspule oder Brustspule ist. (1)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Shim-Spulen (LS1, LS2) einen räumlichen Abstand ihrer Shimspulen-Leiter voneinander aufweisen der es erlaubt nicht nur die Stärke des Shimfeldes, sondern auch seine Struktur zu variieren, und/ oder einen Abstand (d1, d2, d3) von mindestens 0,5cm oder 1cm oder 2 cm oder 3cm oder 4cm oder 5cm.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Shim-Spulen (LS1, LS2) an eine oder mehrere auch für andere Zwecke vorhandene Spulenschnittstelle in der Lokalspule angeschlossen sind. (7)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Shim-Spulen (LS1, LS2) an eine Versorgungspannungsquelle (SV1, SV2) für Spulenelektronik (typ. 3–10V) und/ oder einer Versorgungspannungsquelle (SV1, SV2) für Umschaltsignale für Pindioden in der Lokalspule (106) angeschlossen sind. (7)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) mindestens einen Anschluss (SV1, SV2) mit zwei oder drei oder mehr als drei Zuständen aufweist, insbesondere mit einem Zustand mit einer negativen Spannung (–30V) und/oder mit einem Zustand mit einer positiven Spannung und/oder mit einem Zustand mit einem bestimmten Strom (100mA) und/oder einem weiteren Zustand mit einem bestimmten Strom (10mA). (7)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) mindestens einen Anschluss (SV1, SV2) mit zwei oder drei oder mehr als drei Zuständen aufweist, der durch Steuersignale zum Einstellen verschiedener Shim-Zustände der Shim-Spulen (LS1, LS2) durch Ausgabe entsprechender Spannungen (-30V) und/oder Ströme (+10mA, +100mA) an die Shim-Spulen (LS1, LS2) ansteuerbar ist. (2.2.)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle oder einige Shim-Spulen (LS1, LS2) nur während eines bestimmten Zeitraums, insbesondere einer TX-Sende-Phase der Kopfspule mit Shim-Spannung (–30V) und/oder Shim-Strom (+10mA, +100mA) beaufschlagt sind.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalspule (106) dazu ausgebildet ist, dass in ihr Shim-Spannungen (–30V) und/oder Shim-Ströme (+10mA, +100mA) nur während der Sättigungspulse an Shim-Spulen (LS1, LS2) appliziert werden.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lokalspule (106) durch eine Schaltung eine oder mehrere in ihr vorliegende Shim-Spannungen (–30V) und/oder eine oder mehrere Shim-Ströme (+10mA, +100mA) unabhängig an mindestens zwei Shim-Spulen (LS1, LS2) anschaltbar sind, so vorzugsweise dass die Zahl der in der Lokalspule (106) schaltbaren Shim-Zustände das Produkt aus der Summe der möglichen Shim-Spannungen (–30V) plus Shim-Ströme (+10mA, +100mA) mit der Zahl der unabhängig voneinander schaltbaren Shim-Spulen (LS1, LS2) ist. (7)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenachse einer oder mehrere Shimspulen etwa parallel zur z-Achse ist. (2.4.)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entkopplung der Shim-Spulen (LS1, LS2) vom Gradientensyystem des bildgebenden Systems (101) oder der Lokalspule (106) Entkopplungsspulen (LE) in der Lokalspule vorgesehen sind, insbesondere bis zu drei Stück für je eine Raumrichtung (x, y, z), insbesondere orthogonal zueinander, insbesondere mit Windungsorientierung antiparallel entgegengesetzt zur Windungsorientierung der Shim-Spulen (LS1, LS2) (LS1, LS2). (8)
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verringerung des gradienteninduzierten Stroms durch Serienschaltung eines Widerstandes (R1) mit vorzugsweise 5–500 Ohm vorgesehen ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MRT-Lokalspule (106) auf den Kopf (K) und/oder Hals (H) eines Patienten (104) aufsetzbar ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Shimspulen (LS1, LS2) der Lokalspule (106) sich in der Lokalspule (106) an einer Position anterior und/oder posterior einer Position für einen Kopf (K) und/oder Hals (H) in der Lokalspule befinden und/oder eine Position für einen Kopf und/oder Hals eines Patienten umgreifen.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Shim-Spule (LS1, LS2) im Gehäuse (G) der Lokalspule (106) angeordnet ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine schaltbare Stromversorgung und/oder Spannungsversorgung (SV1, SV2) und/oder eine Steuerung der Shim-Einrichtung (LS, L1, L2) im Gehäuse (G) der Lokalspule (106) angeordnet ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lokalspule und/oder im MRT-System (SV, 101, 117, 168) eine Steuerung des Shim-Stroms (I1, I2) oder der Shim-Spanung (Us) für die Shim-Spulen (LS1, LS2) der Lokalspule (106) vorgesehen ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere lokale Shim-Spulen (LS1, LS2) in der Lokalspule durch Ein-/Aus-Schalten des Stroms (I) in und/oder der Spannung an ihnen gleichzeitig und/oder alternativ zueinander einschaltbar (I1, I2, U) sind.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsquelle und/ oder Stromquelle (Q) der Stromversorgung (SV) der Shimspulen der Lokalspule steuerbar ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Shim-Spulen (LS1, LS2) mechanisch fest mit dem Lokalspulen (106) – Gehäuse (G) verbunden sind.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiter (L1) einer Shim-Spule (LS1, LS2) in einem Bereich der Lokalspule für eine Nackenanformung eines Patienten (101) angeordnet ist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass Shim-Spulen (LS1, LS2) voneinander unabhängig durch Beaufschlagung mit einem Strom (+10mA, +100mA, I) und/oder einer Spannung (–30V) einer Quelle (SV1, SV2) zur Erzeugung eines Shim-Feldes (BS1, BS2) in einen eingeschalteten Zustand einschaltbar (ST) sind, und dass Shim-Spulen (LS1, LS2) jeweils voneinander unabhängig in einen ausgeschalteten Zustand ohne Beaufschlagung mit einem ein Shim-Feld (BS1, BS2) erzeugenden Strom (+10mA, +100mA, I) und/oder Spannung (–30V) einer Quelle (SV1, SV2) ausschaltbar sind.
Verfahren zum Shimmen und/oder Homogenisieren des Magnetfelds (BS1, BS2) in einem bildgebenden System (101), insbesondere mit einer Lokalspule (106) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lokalspule (106) eine Shim-Spannung (–30V) und/oder ein Shim-Strom (+10mA, +100mA) nur während Sättigungspulsen des MRT (101) an Shim-Spulen (LS1, LS2) in der Lokalspule (106) appliziert werden.