DE102012202416B3

DE102012202416B3 - Verfahren zum Betreiben einer Spule sowie Überwachungsmodul, Magnetresonanztomographiesystem und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102012202416B3
Application number: DE102012202416A
Authority: DE
Inventors: Georg Pirkl; Peter Dietz; Thorsten Speckner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN103257332A; US9194926B2; CN103257332B; US20130214784A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Spule (104) beschrieben, durch die ein wechselnder Strom fließt. Ein mechanisches Resonanzverhalten der Spule (104) wird erfasst und durch ein elektrisches Schwingkreismodell (20) nachgebildet. Es wird überprüft, ob ein durch die Spule (104) zu sendender wechselnder Strom im elektrischen Schwingkreismodell (20) ein Resonanzverhalten hervorruft. Der Stromfluss durch die Spule (104) wird gesperrt, wenn das Resonanzverhalten einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Es wird ferner ein Überwachungsmodul (1; 11) beschrieben, das ein derartiges elektrisches Schwingkreismodell umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Spule, durch die ein wechselnder Strom fließt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Überwachungsmodul, das den Betrieb einer Spule überwacht.
Ein elektrischer Strom ruft immer ein magnetisches Feld hervor. In einer elektrischen Spule ist dieses magnetische Feld besonders ausgeprägt. Liegt ein weiteres äußeres magnetisches Feld vor, so kommt es zu einer Wechselwirkung und zu einer Anziehung oder Abstoßung der Spule. Dieser physikalische Effekt ist gut bekannt und wird in vielen Anwendungen bewusst ausgenutzt. Spulen werden auch in verschiedener Form und mit verschiedenen Funktionen in einem Magnetresonanztomographiesystem verwendet.
Bei der Magnetresonanztomographie, auch Kernspintomographie genannt, handelt es sich um eine inzwischen weit verbreitete Technik zur Akquisition von Bildern vom Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Um mit diesem Verfahren ein Bild zu gewinnen, d. h. eine Magnetresonanzaufnahme eines Untersuchungsobjekts zu erzeugen, muss zunächst der Körper bzw. der zu untersuchende Körperteil des Patienten einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld (meist als B₀-Feld bezeichnet) ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten der Magnetresonanz-Messeinrichtung erzeugt wird. Diesem Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme der Magnetresonanzbilder schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Außerdem werden mit einer Hochfrequenzantenne HF-Pulse einer definierten Feldstärke in das Untersuchungsvolumen eingestrahlt, in dem sich das Untersuchungsobjekt befindet. Die magnetische Flussdichte dieser HF-Pulse wird üblicherweise mit B₁ bezeichnet. Das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird daher im Allgemeinen auch kurz B₁-Feld genannt. Mittels dieser HF-Pulse werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass sie um einen sogenannten ”Anregungsflipwinkel” (im Folgenden auch kurz ”Flipwinkel” genannt) aus ihrer Gleichgewichtslage, welche parallel zum Grundmagnetfeld B₀ verläuft, ausgelenkt werden. Die Kernspins präzedieren dann um die Richtung des Grundmagnetfelds B₀. Die dadurch erzeugten Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Bei den Empfangsantennen kann es sich entweder um die gleichen Antennen, mit denen auch die Hochfrequenzpulse ausgestrahlt werden, oder um separate Empfangsantennen handeln. Die Magnetresonanzbilder des Untersuchungsobjekts werden schließlich auf Basis der empfangenen Magnetresonanzsignale erstellt.
Die Gradientenspulen werden von hohen Strömen im Bereich von einigen hundert Ampere durchflossen. Die Gradientenspulen befinden sich im starken Grundmagnetfeld in direkter Nähe zum Grundfeldmagneten. Die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld der Gradientenspulen und dem Grundmagnetfeld ist daher stark, und die mechanischen Auswirkungen auf die Gradientenspulen sind bekannt.
So führen Auslenkungen der Gradientenspulen zu bekannten lauten Geräuschen während der Magnetresonanztomographie. Diese Geräusche werden zwar als störend empfunden, sind jedoch weder für das Tomographiesystem noch für den Patienten schädlich. Anders sieht es aus, wenn schnelle Gradientenpulssequenzen eine mechanische Resonanz der Gradientenspule bzw. des Gradientenspulensystems auslösen. Hier wird zum einen der Lärm so hoch, dass er den Patienten nicht mehr zuzumuten ist. Die mechanischen Schwingungen wirken zudem auf die Gradientenspulenzuleitungen und auf die Gradientenspulenanschlüsse. Hierbei können beispielsweise Schraubanschlüsse an den Gradientenspulen hochohmig werden und sich bei längerem Betrieb aufheizen. Auch Reibungswärme kann zu einer Aufheizung führen. Die Aufheizung könnte im Extremfall so stark werden, dass sie zu Beschädigungen des Geräts führt.
Starke mechanische Schwingungen, wie sie bei einer Resonanz auftreten, können zudem zu einem Bruch in den Spulen bzw. in den Zuleitungen oder in Befestigungsvorrichtungen der Gradientenspulen führen.
Das Problem der mechanischen Resonanz der Gradientenspulen tritt insbesondere bei einer sehr schnellen Magnetresonanztomographie-Bildgebungstechnik auf, zum Beispiel bei der sog. echoplanaren Bildgebung (EPI-Echo Planar Imaging). Bei der echoplanaren Bildgebung handelt es sich um ein Einzelschussverfahren. Das heißt, eine EPI-Sequenz verwendet zur Messung einer kompletten Schicht nur noch einen einzigen Anregungspuls. Die Gradientenspulen werden bipolar geschaltet, um eine Vielzahl von Gradientenechos mit wechselndem Vorzeichen zu erzeugen. Neben den bereits geschilderten mechanischen Auswirkungen einer Resonanzschwingung des Gradientenspulensystems kann die Resonanz bei der echoplanaren Bildgebung auch zu Bildqualitätsstörungen führen, in Form eines sog. EPI-Ghostings, sog. Geisterbildern.
Eine mechanische Resonanz der Gradientenspule wirkt sich auch auf den Grundmagneten aus. In der Regel wird der Grundmagnet bei einem Magnetresonanztomographiesystem durch supraleitende Spulen gebildet. Die Supraleitung wird durch eine Heliumkühlung aufrechterhalten. Durch eine Resonanz kann es über eine Erwärmung zu einer erhöhten Heliumverdampfrate kommen. Im Extremfall könnte die erhöhte Abdampfrate des Heliums sogar zum sog. Magnetquench führen, wenn die kritische Heliumvorratsmenge unterschritten wird, das bedeutet, dass die Supraleitung zusammenbricht und das Grundmagnetfeld nicht mehr aufrechterhalten wird.
Eine Resonanz eines mechanischen Systems, wie es die Gradientenspulen eines Magnetresonanztomographiesystems bilden, kann bei einer oder mehreren Resonanzfrequenzen auftreten. Die Resonanzfrequenz(en) kann bzw. können messtechnisch oder über eine Simulation bestimmt werden.
Die mechanische Auslenkung einer von elektrischem Strom durchflossenen Spule ist proportional zu diesem Strom. Damit wird eine mechanische Resonanz bei einer Resonanzfrequenz f hervorgerufen durch einen wechselnden Strom der Frequenz f, vorausgesetzt, dass die Stromstärke ausreicht, um über ein Magnetfeld die mechanischen Schwingungen anzuregen.
Ein erster Ansatz zur Vermeidung mechanischer Resonanzen in einer Spule sieht vor, für den durchfließenden Strom bestimmte Frequenzbänder auszuschließen oder zu verbieten, die um die mechanische Resonanzfrequenz oder die mechanischen Resonanzfrequenzen herum liegen. In Magnetresonanztomographiesystemen können derartige verbotene Frequenzbänder in der Gradientenpuls-Software hinterlegt werden. Die Software verhindert dann, dass Gradientenpulssequenzen, die Frequenzen innerhalb der verbotenen Frequenzbänder enthalten, ausgeführt werden können.
Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, dass damit alle Sequenzen unausführbar werden, die Frequenzen innerhalb der verbotenen Frequenzbänder enthalten. Die Resonanzanregungsamplitude wird nicht berücksichtigt. Das bedeutet, dass Sequenzen unausführbar werden, deren Resonanzanregungsamplitude unterhalb des kritischen Wertes liegen, also keine mechanische Resonanz auslösen würden.
Um mit der Magnetresonanztomographie optimale Bilder erzeugen zu können, entwirft das Klinikpersonal selbst Pulssequenzen, die an einen konkreten Untersuchungsfall bzw. an einen konkreten Patienten angepasst sind. Durch die Hinterlegung verbotener Frequenzbänder werden die Bildgebungsmöglichkeiten unnötig eingeschränkt. Andererseits kann eine Umgehung der Frequenzbandverbote durch den Anwender, beispielsweise weil die Amplitude fälschlicher Weise als ausreichend niedrig eingeschätzt wird, doch zu einer Resonanzanregung führen und in der Folge zu einer Beschädigung des Gradientenspulensystems.
Aus der WO 98/13703 A1 ist bekannt, eine Gradientenpulssequenz zu filtern, um die entstehenden Lorentzkräfte so einzustellen, dass eine destruktive Interferenz der im Tomographen entstehenden mechanischen Kräfte erreicht wird. Das Filter kann ein digitales FIR-, IIR- oder Lettis-Filter sein.
Aus der US 2005/0270030 A1 ist bekannt, für Mehrschichtaufnahmen eine Schwingungscharakteristik zu erstellen und abzuschätzen, ob mechanische Resonanzschwingungen des Tomographen auftreten werden.
Aus der DE 199 03 627 A1 ist es bekannt, den durch eine Pulssequenz in einem Magnetresonanztomographiegerät erzeugten Lärm vor Ausspielen der Pulssequenz zu berechnen und den errechneten Wert anzuzeigen. Bei einem zu hohen errechneten Wert kann eine Lärmreduzierung durch Absenken der Repitionszeit erreicht werden. Die Messdauer verlängert sich damit.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie ein Überwachungsmodul bereitzustellen, durch die mechanische Resonanzschwingungen von Spulen, insbesondere Gradientenspulen, vermieden werden.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren zum Betreiben einer Spule gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch ein Überwachungsmodul gemäß Patentanspruch 13 sowie ein Magnetresonanztomographiegerät gemäß Patentanspruch 14 und ein Computerprogramm gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Spule, durch die ein wechselnder Strom fließt, wird zunächst ein mechanisches Resonanzverhalten der Spule erfasst. Daten zum mechanischen Resonanzverhalten können bereits in Form von Resonanzkurven vorliegen, das Erfassen beinhaltet dann lediglich das Ablesen der Resonanzwerte. Alternativ kann das mechanische Resonanzsystem, das die Spule, bzw. das Spulensystem darstellt, ausgemessen werden. Hierzu erfolgt beispielsweise eine Anregung mit wechselnden Frequenzen, und die jeweiligen Ausschläge werden gemessen. Es ist möglich, die Schwingungsamplituden über einen Schwingungsaufnehmer zu messen. Auch ein Vermessen einer Lärmkurve ist möglich. Im Fall eines Gradientenspulensystems in einem Magnetresonanztomographiesystem kann auch eine Heliumabdampfrate gemessen werden, die ebenfalls eine Information zum mechanischen Resonanzverhalten liefert.
Alternativ ist es auch möglich, das mechanische Resonanzverhalten über eine Simulation zu bestimmen.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Nachbildung des mechanischen Resonanzverhaltens durch ein elektrisches Schwingkreismodell. Es ist dem Fachmann bekannt, aus elektrischen Bauteilen einen Schwingkreis aufzubauen, der bestimmte Schwingungseigenschaften, insbesondere eine bestimmte Resonanzstelle hat. Beispielsweise kann eine Resonanzstelle über einen einfachen RLC-Schwingkreis (Widerstand-Induktivität-Kapazität) nachgebildet werden.
Weist die Spule mehrere Resonanzfrequenzen bzw. mehrere Resonanzstellen auf, so kann vorteilhafterweise jede einzelne Resonanzstelle durch ein separates elektrisches Schwingkreismodell nachgebildet werden. Das gesamte erfasste mechanische Resonanzverhalten der Spule wird dann durch eine Kombination der einzelnen erstellten elektrischen Schwingkreismodelle nachgebildet.
In einem weiteren Schritt wird überprüft, ob ein durch die Spule zu sendender wechselnder Strom im elektrischen Schwingkreismodell ein Resonanzverhalten hervorruft. Durch die Erstellung eines elektrischen Schwingkreismodells wird es unmittelbar möglich, eine vorgesehene Stromsequenz, im Fall von Gradientenspulen beispielsweise eine Gradienten-Pulssequenz, daraufhin zu überprüfen, ob sie in der Spule eine mechanische Resonanz auslöst. Es werden nicht einzelne Frequenzen aus dem Frequenzspektrum des Stromes mit einer Resonanzkurve der Spule verglichen, sondern das gesamte Stromsignal mit allen darin enthaltenen Frequenzen wird durch das elektrische Schwingkreismodell geschickt. Damit wird automatisch die jeweilige Amplitude der einzelnen Frequenzkomponenten berücksichtigt. Es wird dadurch auch eine mögliche Überlagerung von einzelnen diskreten Frequenzen berücksichtigt, die etwas abseits von der Resonanzfrequenz liegen, aber gemeinsam aufgrund ihrer Amplitudenhöhe eine Resonanzschwingung auslösen.
In einem weiteren Schritt wird ein Stromfluss durch die Spule gesperrt, wenn das Resonanzverhalten einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Ergibt die Überprüfung mit dem konkreten zu sendenden wechselnden Strom im elektrischen Schwingkreismodell ein Resonanzverhalten, so muss das noch nicht zwangsläufig bedeuten, dass dieses Resonanzverhalten tatsächlich zu einer Schädigung führen kann oder mit einiger Wahrscheinlichkeit zu einer Schädigung führen wird. Beispielsweise muss der Stromfluss erst ab einer bestimmten Schwingungsamplitude tatsächlich unterbunden werden. Der vorbestimmte Grenzwert kann für eine Spule fest vorgegeben sein. Es sind aber auch Anwendungsfälle denkbar, in denen der Grenzwert an äußere Gegebenheiten angepasst werden kann.
Ein entsprechendes erfindungsgemäßes Überwachungsmodul umfasst ein elektrisches Schwingkreismodell, das ein mechanisches Resonanzverhalten einer Spule, durch die ein wechselnder Strom fließt, nachbildet.
Das Überwachungsmodul hat einen Eingang zum Empfangen eines Ist-Wertes oder eines Soll-Wertes des wechselnden Stromes. Der Eingang ist mit dem elektrischen Schwingkreismodell verbunden und erlaubt die Einspeisung des zu überprüfenden Stromes in das elektrische Schwingkreismodell. In einem Magnetresonanztomographiesystem wird eine Gradienten-Pulssequenz zunächst von der Gradientenspulensteuerung als digitaler Soll-Wert ausgegeben. Dieser Soll-Wert wird in einem Digital-Analog-Wandler in einen analogen Strom umgewandelt und in einem Verstärker auf die notwendigen Stromstärken verstärkt, bevor er an das Gradientenspulensystem weitergeleitet wird. Erfindungsgemäß ist es möglich, das elektrische Schwingkreismodell mit dem Soll-Wert des wechselnden Stromes, d. h. im Falle eines Magnetresonanztomographiesystems mit dem von der Gradientenspulensteuerung ausgegebenen digitalen Wert zu speisen oder aber den Ist-Wert zu überprüfen. Im Idealfall weicht der Ist-Wert nicht von dem Soll-Wert ab. Durch Ungenauigkeiten in der Digital-Analog-Wandlung und ein Frequenzverhalten des Verstärkers kann es aber zu Abweichungen kommen. Ist das elektrische Schwingkreismodell digital ausgebildet, so muss bei der Verwendung des Ist-Wertes des Stromes noch eine Analog-Digital-Wandlung erfolgen.
Das Überwachungsmodul umfasst ferner einen Ausgang zum Ausgeben eines Stopp-Signals, mit dem die Einspeisung des Stromes in die Spule gesperrt wird. Das an diesem Ausgang ausgegebene Stopp-Signal kann ein einfaches 1-0-Signal sein, d. h. ein binäres Signal, das entweder eine Sperrung oder eine Akzeptanz des einzuspeisenden Stromes ausdrückt.
Das Stopp-Signal wird ausgegeben, wenn der Strom im elektrischen Schwingkreismodell ein Resonanzverhalten hervorruft, das einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Durch eine Anordnung des Überwachungsmoduls beispielsweise zwischen der Gradientenspulensteuerung und der Gradientenspule kann unmittelbar eine Gradienten-Pulssequenz gestoppt werden, bevor sie in der Gradientenspule ein unerwünschtes Resonanzverhalten hervorruft, das bis zur Zerstörung des Gradientenspulensystems führen kann.
Ein Großteil der zuvor genannten Komponenten des Überwachungsmoduls können ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen in einem Prozessor einer entsprechenden Steuereinrichtung realisiert werden. Dies ist insoweit vorteilhaft, da durch eine Softwareinstallation auch bereits vorhandene Steuereinrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachgerüstet werden können. Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogramm, welches direkt in einen Prozessor einer programmierbaren Steuereinrichtung einer medizintechnischen bildgebenden Anlage, insbesondere eines Magnetresonanztomographiesystems, ladbar ist mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Mit dem Computerprogramm können die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in einen Speicher einer programmierbaren Vorrichtung geladen ist.
Alternativ kann die Ausführung des elektrischen Schwingkreismodells bzw. des Überwachungsmoduls als frei programmierbarer Logikschaltkreis (FPGA) implementiert sein. Damit ist eine besonders schnelle Signalverarbeitung möglich.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können
Prinzipiell ist die Art und Weise, wie das mechanische Resonanzverhalten der Spule erfasst wird, nicht auf bestimmte Möglichkeiten beschränkt. Vorteilhafterweise wird eine Mittenfrequenz und eine Güte eines Resonanzkreises bestimmt. Wie bereits weiter oben erläutert, kann das mechanische Resonanzverhalten des Spulensystems mehrere Resonanzstellen aufweisen. Dann sind für jede Resonanzstelle die Mittenfrequenz und die Güte zu bestimmen. Insbesondere durch Berücksichtigung der Güte des Resonanzkreises wird eine Beurteilung möglich, ob ein Frequenzanteil, der etwas abseits von der Resonanzfrequenz liegt, noch ein Resonanzverhalten hervorrufen kann oder nicht. Die Güte ist bekanntermaßen eine Aussage über die Breite der Resonanz und berechnet sich aus der Resonanzfrequenz geteilt durch die Bandbreite bei einem Abfall von 3 dB gegenüber der Resonanzamplitude.
Es ist auch möglich, mit dem elektrischen Schwingkreismodell das mechanische Resonanzverhalten nicht exakt nachzubilden, sondern beispielsweise dem Schwingkreismodell eine Mittenfrequenz zuzuordnen, die etwas größer ist als die gemessene mechanischen Resonanzfrequenz. Das ist zum Beispiel vorteilhaft, wenn es sich bei der Spule um eine Gradientenspule handelt, weil damit eine bessere Abdeckung verschiedener Toleranzzustände erreicht werden kann, die durch Veränderungen in der Gradientenspulenlagerung auftreten können.
Auch kann es abhängig vom gemessenen mechanischen Resonanzverhalten vorteilhaft sein, zwei eng nebeneinander liegende Resonanzfrequenzen durch ein elektrisches Schwingkreismodell abzubilden, dessen Mittenfrequenz zwischen den beiden gemessenen Resonanzstellen liegt.
Vorteilhafterweise wird dem elektrischen Schwingkreismodell ein digitales IIR-Bandpassfilter (Infinite Impulse Response) zugrunde gelegt. Die Erzeugung digitaler IIR-Bandpassfilter ist gut beherrscht und eine schnelle Signalverarbeitung ist möglich. Digitalfilter setzen diskrete Zahlenwerte als Eingangssignale voraus. Jeder einzelne Zahlenwert wird einer digitalen Verarbeitung unterzogen. Sie werden mit Logikbausteinen oder in Form eines Softwareprogrammes realisiert.
In einer Ausführungsform wird zunächst ein analoges Bandpassfilter für eine Nachbildung des mechanischen Resonanzverhaltens entworfen, und aus diesem analogen Bandpassfilter wird über eine bilineare Transformation ein digitales IIR-Bandpassfilter erzeugt.
Im Gegensatz zu einem digitalen Filter wird ein analoges Filter aus elektrischen Bauelementen wie Widerständen, Spulen und Kondensatoren realisiert. Mit den gemessenen Werten Mittenfrequenz und Güte ist ein analoges Bandfilter definiert.
Es ist bekannt, die Übertragungsfunktion, das heißt die Abhängigkeit der Verstärkung eines analogen Bandpasses von der Frequenz im sog. Laplace-Bereich anzugeben. Die Übertragungsfunktion lautet dann:
wobei A_r die Verstärkung in der Resonanzstelle bezeichnet und Q die Güte. A(p) ist die Verstärkung bei p, wobei p eine komplexe Frequenz ist. Die Gleichung kann normiert werden, d. h. A_r = 1 gewählt werden.
Nach Anwendung einer bilinearen Transformation erhält man hieraus eine digitale Übertragungsfunktion.
wobei z aus p hervorgeht durch z = e^PT mit T der Abtastperiodendauer wie bei der Z-Transformation bekannt ist.
Für die Koeffizientenumrechnung gilt, wie dem Fachmann bekannt ist:
C2 = 1 mit l = cot( Π / Ωa), wobei Ωa = fa / fkrit die Abtastfrequenz ist und fa die Abtastfrequenz sowie fkrit die Resonanzfrequenz.
Für die Koeffizienten gilt d1 = 1 / Q c0 = 1 c1 = 1 / Q c2 = 1.
Die allgemeine analoge Übertragungsfunktion eines Bandpasses ergibt sich damit zu
Es ergeben sich dann folgende Differenzengleichungen für das digitale Modell eines mechanischen Schwingers: z1(k) = D2·x(k) – C1·z1(k – 1)-C0·z2(k – 1) und z2(k) = z1(k – 1) mit den Zustandsspeichern z1 und z2
sowie y(k) = b1·z1(k) + b2·z1(k – 1) + b3·z2(k – 1) mit
b1 = 1, b2 = 0 und b3 = D0/D2.
Dabei ist k ein Abtast-Laufindex, der von 0 bis läuft.
Aus einem analogen Bandpassfilter kann also durch eine bilineare Transformation ein digitales Filter berechnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Spule um eine Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiesystems, durch die eine bestimmte Gradienten-Pulssequenz gesendet wird.
Insbesondere in Magnetresonanztomographiesystemen ist die Gefahr einer Schädigung durch eine Spule in Resonanz besonders hoch, da sehr starke Magnetfelder wirken.
Vorzugsweise erfolgt dann der Schritt des Überprüfens auf Resonanzen vor dem Starten eines Untersuchungsvorganges. Es ist dabei möglich, eine neu erstellte Gradienten-Pulssequenz, die auf einen bestimmten Untersuchungsfall zugeschnitten wurde, zunächst offline auf ihr Resonanzverhalten zu prüfen, d. h. unabhängig von einer direkten Untersuchungssituation.
In einer anderen Ausführungsform erfolgt der Schritt des Überprüfens auf Resonanzen parallel zu einer Digital-Analog-Wandlung des Stromsignals. Wie weiter oben bereits ausgeführt, wird in einem Magnetresonanztomographiesystem von der Steuerung ein Strom-Sollwert in digitaler Form bereitgestellt. Dieser wird einer Digital-Analog-Wandlung unterzogen, verstärkt und dann in die Spule eingespeist. Vorteilhafterweise wird in dieser Ausführungsform die Überprüfung auf Resonanz zur gleichen Zeit wie die Digital-Analog-Wandlung durchgeführt, so dass kein Zeitverlust auftritt. Stellt sich heraus, dass die gewählte Gradienten-Pulssequenz zu schädlichen Resonanzen führen würde, so wird die Einspeisung des Stromes in die Gradientenspulen unterbunden.
In einer anderen Ausführungsform erfolgt der Schritt des Überprüfens auf Resonanzen nach der Digital-Analog-Wandlung des Stromsignals. Dadurch werden auch Änderungen des Stromes erfasst, die erst auf die Digital-Analog-Wandlung bzw. auf die anschließende Verstärkung zurückzuführen sind. Es wird also der Ist-Wert überprüft. Hierzu wird der analoge Strom-Istwert gemessen. Er kann direkt abgetastet, d. h. digitalisiert werden. Denkbar ist auch eine Digitalisierung erst im Überwachungsmodul.
In einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt der Schritt des Sperrens des Stromflusses durch Ansteuern eines Verstärkers. Hiermit kann auf einfache Weise die Aussendung unterbunden werden, ohne dass es eines zusätzlichen Schalters bedarf.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird ein Schwellwert für ein Ausgangssignal des digitalen Schwingkreismodells festgelegt, bei dessen Überschreiten der Stromfluss gesperrt wird. Eine kontinuierliche Überwachung dieses Ausgangssignals erlaubt damit eine Aussage, ob ein das System gefährdendes Resonanzverhalten vorliegt.
Es ist möglich, den Vergleich des Ausgangssignals des digitalen Schwingkreismodells mit dem Schwellwert erst nach einer festgelegten Einschwingzeit erfolgen zu lassen. Diese Einschwingzeit kann beispielsweise Schwingkreisgüte/3 betragen. Hintergrund hierfür ist, dass es beim Einsetzen einer Schwingung häufig zu Einschwingvorgängen mit Überschwingern kommt. Diese Überschwinger überschreiten möglicherweise bereits den Schwellwert, halten aber nur kurze Zeit an, so dass es bei mechanischen Resonanzen noch nicht zu einer Schädigung des Systems kommt. Nach der Einschwingzeit wird eine ständige maximale Schwingamplitude erreicht und erst diese darf den Schwellwert nicht überschreiten. Es ist auch denkbar, zwei Schwellwerte zu setzen, einen Schwellwert, den auch Überschwinger nicht überschreiten dürfen, und einen Schwellwert für den eingeschwungenen Zustand.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Ausgangssignal des digitalen Schwingkreismodells vor einem Vergleich mit dem Schwellwert einer Betragsbildung oder einer Quadrierung der einzelnen diskreten Signalwerte unterzogen. Diese Signalbearbeitung reduziert das Überschwingverhalten. Alternativ hierzu bzw. in einer weiteren Ausführungsform kann das Ausgangssignal des digitalen Schwingkreismodells vor einem Vergleich mit dem Schwellwert auch durch ein sog. gleitendes Mittelwertfilter (Moving Average Filter) geleitet werden. Auch hiermit werden Überschwinger vermieden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1, eine schematische Blockdarstellung eines Magnetresonanztomographiesystems, in dem ein erfindungsgemäßes Überwachungsmodul verwendet wird,
2 eine schematische Blockdarstellung eines Magnetresonanztomographiesystems, in dem ein erfindungsgemäßes Überwachungsmodul verwendet wird mit einer alternativen Anordnung,
3 ein Modell eines digitalen Filters,
4 ein Ausgangssignal eines digitalen Filters bei einem Eingangssignal einer ersten Anregungsfrequenz, und
5 ein Ausgangssignal eines digitalen Filters bei einem Eingangssignal einer zweiten Anregungsfrequenz.
1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Magnetresonanztomographiesystems 100, in dem ein erfindungsgemäßes Überwachungsmodul 1 verwendet wird. Auch wenn die nachfolgende Beschreibung anhand eines Magnetresonanztomographiesystems erfolgt, ist die Erfindung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt.
Ein zentrales Teil des Magnetresonanztomographiesystems 100 ist ein üblicher Scanner 101, in dem in einem Messraum 102 (häufig auch „Patiententunnel” genannt) ein Patient oder Proband (nicht dargestellt) für eine Untersuchung auf einer Liege 103 positionierbar ist. Diese Darstellung ist nicht einschränkend zu verstehen, auch in Magnetresonanztomographiesystemen der offenen Art, bei denen der Untersuchungsraum offener ausgebildet ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden, und ein erfindungsgemäßes Überwachungsmodul Einsatz finden.
Der Scanner 101 weist ein Grundmagnetfeldsystem auf, um im Messraum 102 ein Grundmagnetfeld anzulegen, sowie ein Gradientenspulensystem 104, über das eine Pulsfolge von Magnetfeldgradientenpulsen, eine Gradienten-Pulssequenz gemäß einem vorgegebenen Messprotokoll ausgegeben werden kann. Passend dazu können über eine nicht dargestellte Hochfrequenz-Antennenanordnung Hochfrequenzpulse zur Anregung von Kernspins in einem zu untersuchenden Bereich des Untersuchungsobjekts ausgesendet werden. Von der Hochfrequenz-Antennenanordnung können dann auch die Magnetresonanzsignale, welche durch eine Relaxation der angeregten Kernspins entstehen, aufgefangen werden. In der Regel werden verschiedene Hochfrequenz-Antennenanordnungen für eine Untersuchung eingesetzt, zum Beispiel eine Bodycoil zum Aussenden der Hochfrequenzpulse und Lokalspulen zum Auffangen der Magnetresonanzsignale.
Angesteuert wird der Scanner 101 von einer Steuervorrichtung 106 des Magnetresonanztomographiesystems 100. Diese weist verschiedene Schnittstellen auf. Hierzu zählt unter anderem eine Gradientensendeschnittstelle 108, über welche eine gewünschte Gradienten-Pulssequenz in die Gradientenantennenanordnung 104 eingespeist wird.
Außerdem weist die Steuervorrichtung eine Magnetresonanzsignal-Empfangsschnittstelle 107 auf, die von der zum Empfang verwendeten Hochfrequenz-Antennenanordnung die Magnetresonanzsignale über eine Verbindung 105 als Rohdaten übernimmt, verarbeitet und dann an eine Rekonstruktionseinheit 109 übergibt, welche in üblicher Weise auf Basis der Rohdaten die Bilddaten rekonstruiert. An die Steuervorrichtung 106 ist ein Terminal 110 angeschlossen, über welches ein Bediener die Steuervorrichtung 106 und somit das gesamte Magnetresonanztomographiesystem 100 bedienen kann.
Über weitere Schnittstellen können andere Komponenten des Scanners 101, beispielsweise das Hochfrequenz-Antennenspulensystem, das Grundfeldmagnetsystem, die Liege 103 etc. von der Steuereinrichtung 106 angesteuert werden. All diese Komponenten sind dem Fachmann aber bekannt und daher in 1 nicht näher dargestellt. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Magnetresonanztomographiesystem noch eine Vielzahl weiterer Komponenten, wie zum Beispiel Schnittstellen an bestimmte Netzwerke, aufweisen kann, die dem Fachmann ebenso wie die grundsätzliche Funktionsweise eines Magnetresonanztomographiesystems bekannt sind und daher nicht weiter erläutert werden müssen.
1 zeigt weiter einen Digital-Analog-Wandler 3, der mit der Gradientensendeschnittstelle 108 verbunden ist. Ein Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 3 ist mit einem Verstärkermodul 4 verbunden. Ein Ausgang des Verstärkermoduls 4 ist mit der Gradientenspule 104 verbunden. Das Überwachungsmodul 1 ist mit einem Eingang 6 mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers 3 bzw. mit der Gradientensendeschnittstelle 108 verbunden. Das Überwachungsmodul 1 empfängt also an seinem Eingang 6 den Soll-Wert des Gradientenstroms, eine Gradienten-Pulssequenz in digitaler Form. Ein Ausgang 7 des Überwachungsmoduls 1 ist mit dem Verstärkermodul 4 an einem Steuereingang 5 verbunden. Am Steuereingang 5 empfängt das Verstärkermodul 4 das Ausgangssignal des Überwachungsmoduls, ein Stopp-Signal. Das Überwachungsmodul 1 umfasst ein elektrisches Schwingkreismodell 20. Die Darstellung in 1 ist nicht einschränkend zu verstehen, insbesondere sagt sie nichts über die räumliche Anordnung der einzelnen Komponenten aus. Das Überwachungsmodul 1 kann zum Beispiel auch integraler Bestandteil der Steuereinrichtung 106 sein.
Ein Nutzer, z. B. ein Arzt oder anderes Klinikpersonal, aber auch Wissenschaftler in einem universitären Umfeld, entwerfen eine Gradienten-Pulssequenz, die auf eine bestimmte Bildgebungsaufgabe zugeschnitten ist. Diese wird über das Terminal 110 in die Steuervorrichtung 106 des Magnetresonanztomographiesystems 100 eingegeben und nach weiteren Bearbeitungsschritten an die Gradientensendeschnittstelle 108 weitergegeben. In der nur beispielhaft genannten echoplanaren Bildgebung kann die Gradienten-Pulssequenz aus einer Folge von bipolaren Gradientenpulsen bestehen, d. h. eine Gradientenrampe wird von Null bis auf einen maximalen positiven Wert hochgefahren und dann unmittelbar auf den entgegengesetzten negativen maximalen Wert. Das heißt, es ergibt sich eine Folge von Dreieckspulsen bipolarer Art. Bei jedem Gradientenpuls wird ein Gradientenecho erzeugt. Wegen des schnellen T2-Abfalls des FIDs (freier Induktionsabfall – Free Induction Decay) oder auch MR-Signals müssen die Gradientenpulse schnell aufeinander folgen, um innerhalb dieses Zeitraumes mehrere Echos erzeugen zu können. Rampenzeitdauern von 200 bis 300 μs sind übliche Werte.
Die vorgesehene Gradienten-Pulssequenz, d. h. die Form des Stromes, der durch die Gradientenspule bzw. durch Gradientenspulen fließen soll, wird an der Gradientensendeschnittstelle 108 in digitaler Form zum Digital-Analog-Wandler 3 gesendet. Parallel dazu wird das digitale Signal an den Eingang 6 des Überwachungsmoduls 1 gelegt. Im Überwachungsmodul 1 läuft das Signal durch das elektronische bzw. durch das digitale Schwingkreismodell 20. Innerhalb des Überwachungsmoduls wird das Ausgangssignal des Schwingkreismodells daraufhin untersucht, ob ein Resonanzverhalten vorliegt, das für das System störend ist. Konkret werden die Amplituden des Ausgangssignals des Schwingkreismodells mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Liegt die Amplitude des Ausgangssignals bzw. die Hüllkurve des Ausgangssignals über dem vorgegebenen Schwellwert, d. h. gibt es eine Resonanzschwingung, so wird ein Stopp-Signal ausgelöst, das über den Ausgang 7 an das Verstärkermodul 4 geleitet wird und zu einem Abschalten des Verstärkers führt. Der Stromfluss zur Gradientenspule 104 wird damit unterbunden. Das Schwingkreismodell 20 bildet das mechanische Resonanzverhalten der zu speisenden Gradientenspulen nach. Es kann als digitales Filter in einem digitalen Signalprozessor DSP programmiert sein. Die Programmierung – in einer beliebigen Programmiersprache – ist prinzipiell auf jedem beliebigen Prozessor möglich. Es ist auch möglich, das digitale Filter als frei programmierbaren Logikschaltkreis (FPGA) zu implementieren.
2 zeigt ebenfalls ein Magnetresonanztomographiesystem 100. Die Standardbauelemente sind die gleichen wie in 1 gezeigt und werden hier nicht weiter erläutert. Das Magnetresonanztomographiesystem 100 gemäß 2 umfasst einen Digital-Analog-Wandler 13, eine Verstärkereinheit 14 und ein Überwachungsmodul 11. Das Überwachungsmodul 11 umfasst wiederum ein elektrisches Schwingkreismodell 20.
Der Digital-Analog-Wandler 13 ist mit der Gradientensendeschnittstelle 108 verbunden. Der analoge Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 13 ist mit einem Eingang des Verstärkungsmoduls 14 verbunden. Der Ausgang des Verstärkungsmoduls 14 ist mit der Gradientenspule bzw. dem Gradientenspulensystem 104 verbunden. Abweichend von 1 ist in 2 das Überwachungsmodul 11 mit einem Eingang 16 mit dem Ausgang des Verstärkermoduls 14 verbunden. Ein Ausgang 17 des Überwachungsmoduls ist mit einem Steuereingang 15 des Verstärkungsmoduls 14 verbunden.
Gemäß der in 2 dargestellten Anordnung wird der Ist-Wert des Stromsignals überwacht. Um das Signal gemäß 2 nach dem Verstärkermodul 14 abgreifen zu können, muss eine Messeinrichtung vorgesehen sein. Da es sich hier um ein analoges Stromsignal handelt, ist es prinzipiell denkbar, das elektrische Schwingkreismodell 20 in analoger Form aufzubauen.
Bevorzugt erfolgt jedoch eine Analog-Digital-Wandlung des Ist-Wertes im Überwachungsmodul oder, hier nicht dargestellt, in einem separaten Analog-Digital-Wandler. Es sind auch Strommessvorrichtungen üblich, mit denen der zu messende Strom abgetastet wird, also eine analog-digital Wandlung stattfindet. Dann kann das gleiche digitale Schwingkreismodell verwendet werden wie in 1. Am Ausgang 17 des Überwachungsmoduls 11 wird wiederum ein Stopp-Signal abgegeben, wenn die Überprüfung ergibt, dass das Ausgangssignal des Schwingkreismodells festgelegte Schwellwerte überschreitet.
Die Funktionsweise des Schwingkreismodells 20 soll anhand der 3 näher erläutert werden. 3 zeigt eine Darstellung eines digitalen IIR-Bandpassfilters, wie es beispielsweise in dem Softwareberechnungsprogramm MATLAB verwendet wird. Ein IIR-Filter ist ein rekursives Filter. Die Darstellung in 3 soll nur soweit erläutert werden, wie sie für das Verständnis der Erfindung notwendig ist. Die Darstellung ist einem Fachmann für digitale Filter geläufig. Aus dem Strukturbild gemäß 3 können direkt die Gleichungen für z1(k) und z2(k) abgeleitet werden, die weiter oben bereits erläutert wurden: z1(k) = D2·x(k) – C1·z1(k – 1) – C0·z2(k – 1) und z2(k) = z1(k – 1)
In das Modell wird links das Eingangssignal x(k) eingegeben, das dem gewünschten einzuspeisenden Strom entspricht. Rechts wird das Ausgangssignal y(k) ausgegeben, welches auf das Vorliegen von Resonanzen überprüft wird. k ist eine Angabe des Abtastschrittes. Es gilt, dass k·t_A = t ist. Dabei ist t_A die Abtastzeit. k ist ein sog. Laufindex und läuft von 0 bis ∞.
Das Ausgangssignal y(k) ist ein digitales Signal. Jeder Wert y(k) mit k von 0 bis ∞ ist jeweils ein diskreter Signalwert. Um Überschwingungsprobleme zu vermeiden, können diese Werte y(k) jeweils quadriert werden oder es wird der Betrag von y(k) betrachtet.
Das Modell gemäß 3 wird nach einer bilinearen Transformation aus einem zuvor erstellten analogen Filter erstellt. Hierfür wird zunächst das mechanische Resonanzverhalten der Gradientenspule oder des Gradientenspulensystems vermessen. Dies kann beispielsweise über bekannte Messverfahren wie der Verwendung von Schwingungsaufnehmern erfolgen. Auch eine Messung des entstehenden Geräusches ist möglich. Ferner ist es denkbar, das Resonanzverhalten des mechanischen Systems zu simulieren. Bei einem Magnetresonanztomographiesystem kann auch die Heliumabdampfrate bestimmt werden. Aus den so erhaltenen Messwerten werden für die festgestellten Resonanzstellen die Mittenfrequenzen und die Güte bestimmt. Hieraus kann in bekannter Weise ein analoges Bandpassfilter bestimmt werden, aus dem dann über eine bilineare Transformation ein digitales Filter realisiert werden kann.
4 und 5 zeigen in Graphen Ergebnisse für das Ausgangssignal y(k) über der Zeit t. Das elektrische Schwingkreismodell ist beispielhaft auf eine Resonanzfrequenz von 1000 Hz ausgelegt, weil die Vermessung des mechanischen Resonanzverhaltens der betreffenden Spule diesen Wert ergeben haben soll. Als Schwingkreisgüte wurde Q = 30 angenommen.
In 4 ist auf der y-Achse der Gradient, d. h. das Ausgangssignal y(k) in willkürlichen Einheiten aufgetragen. Die x-Achse bildet eine Zeitachse t in der Einheit Millisekunden. Die Verknüpfung von k, dem Laufindex, mit der Zeit t erfolgt über die Abtastrate. Als Abtastfrequenz wurden im vorliegenden Fall 100 kHz verwendet, was einem Abtastintervall von 1/fa = 10 μs entspricht. Als Anregungssignal bzw. Eingangssignal x(k), d. h. als Gradienten-Pulssequenz, wurde eine fortwährende bipolare Gradientenrampe mit einer Rampenzeit von 250 μs gewählt, was einer Signalfrequenz von 1000 Hz entspricht. Erwartungsgemäß zeigt das Ergebnis ein ausgeprägtes Resonanzverhalten. Die Amplituden des Ausgangssignals steigen über der Zeit an. Diese Gradienten-Pulssequenz darf nicht an das Gradientenspulensystem geleitet werden, da es zu starken mechanischen Schwingungen führen würde.
In 4 ist beispielhaft ein Schwellwert S eingezeichnet, bei dessen Überschreiten ein Stopp-Signal ausgegeben würde. Je nach System kann dieser beispielsweise bei 0,2 oder 0,4 liegen. Im Fall von einem Schwellwert von S = 0,2 würde gemäß 4 ein Abbruchsignal bzw. ein Stopp-Signal nach einer Zeit von etwa 0,005 ms erfolgen.
5 zeigt ebenfalls einen Graphen, in dem y(k) in willkürlichen Einheiten über der Zeit in der Einheit Millisekunden aufgetragen ist. Das mechanische Resonanzsystem, das hier über ein digitales Schwingkreismodell moduliert wird, hat ebenfalls eine Resonanzfrequenz von 1000 Hz und eine Güte von Q = 30. Als Eingangssignal, d. h. als Gradienten-Pulssequenz, wurden wiederum fortwährende bipolare Gradientenrampen gewählt, allerdings mit einer Rampenzeit von 270 μs. Dem entspricht eine Signalfrequenz von 932 Hz. Die Rampenzeit wurde also gegenüber dem ersten Beispiel verlängert. Das bedeutet in der tomographischen Anwendung, dass weniger Gradientenechos erzeugt werden können, womit die Genauigkeit in der Bildgebung verschlechtert wird. In der 5 ist zu erkennen, dass der Resonanzfall nicht mehr erreicht wird. Das mechanische System, das hier durch das digitale Modell nachgebildet wird, beginnt zwar zu schwingen, es bleibt aber nach etwa 0,04 ms in einem Bereich unter 0,2. Allerdings kommt es in der Anfangsphase zu Überschwingern. So wird nach ca. 0,005 ms eine Amplitude von ca. 0,26 erreicht. Ist beispielsweise ein starrer Schwellwert von 0,2 festgelegt, so würde es nach ca. 0,004 ms zu einem Stopp-Signal kommen. Betrachtet man den weiteren Signalverlauf, so scheint dies nicht gerechtfertigt.
Vermieden werden kann dieses Problem, indem man eine Einschwingzeit einkalkuliert und den Schwellwertvergleich erst nach einer Zeit von beispielsweise 0,02 ms oder 0,03 ms durchführt. Die kurzfristige höhere Schwingungsamplitude kann von den meisten mechanischen Systemen toleriert werden. Genaue Grenzen, bei denen ein Stopp-Signal zu generieren ist, um die Stromeinspeisung zu stoppen, sind für jedes System individuell festzulegen.
Entscheidend ist, dass die Verwendung eines erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls es ermöglicht, in Echtzeit einen Abbruch vorzunehmen und so eine Schädigung des Systems sicher zu verhindern. Das System kann nicht manipuliert oder umgangen werden. Das ist bei verbotenen Frequenzbändern leichter möglich. Das Überwachungsmodul mit dem elektrischen Schwingkreismodell berücksichtigt automatisch, mit welcher Amplitude die Anregung erfolgt und/oder ob Frequenzen in der Nähe einer Resonanzstelle aufgrund ihrer Amplitude bereits eine Resonanz auslösen oder ob selbst ein Signal bei der genauen Resonanzfrequenz keine Resonanzschwingung auslöst, weil die Amplitude zu gering ist. Es müssen nicht unnötig Frequenzbänder verboten werden, die ansonsten gute Bildqualitäten ermöglichen würden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Überwachungsmodulen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriff „Einheit” und „Modul” nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: Überwachungsmodul
3: Digital-Analog-Wandler
4: Verstärkermodul
5: Steuereingang
6: Eingang
7: Ausgang
11: Überwachungsmodul
13: Digital-Analog-Wandler
14: Verstärkereinheit
15: Steuereingang
16: Eingang
17: Ausgang
20: elektrisches Schwingkreismodell
100: Magnetresonanztomographiesystems
101: Scanner
102: Messraum
103: Liege
104: Gradientenspulensystem
105: Verbindung
106: Steuervorrichtung
107: Magnetresonanzsignal-Empfangsschnittstelle
108: Gradientensendeschnittstelle
109: Rekonstruktionseinheit
110: Terminal
b1: Koeffizient
b2: Koeffizient
b3: Koeffizient
C0: Koeffizient
C1: Koeffizient
D2: Koeffizient
S: Schwellwert
x(k): Eingangssignal
y(k): Ausgangssignal
z1(k): Zustandsspeicher
z2(k): Zustandsspeicher

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Spule (104), durch die ein wechselnder Strom fließt, mit folgenden Schritten – Erfassen eines mechanischen Resonanzverhaltens der Spule (104); – Nachbilden des mechanischen Resonanzverhaltens durch ein elektrisches Schwingkreismodell (20); – Überprüfen, ob ein durch die Spule (104) zu sendender wechselnder Strom im elektrischen Schwingkreismodell (20) ein Resonanzverhalten hervorruft; und – Sperren eines Stromflusses durch die Spule (104), wenn das Resonanzverhalten einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das mechanische Resonanzverhalten eine Mittenfrequenz und eine Güte eines Resonanzkreises bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrisches Schwingkreismodell (20) ein digitales IIR-Bandpassfilter zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein analoges Bandpassfilter für eine Nachbildung des mechanischen Resonanzverhaltens entworfen wird, und aus dem analogen Bandpassfilter über eine bilineare Transformation ein digitales IIR-Bandpassfilter erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Spule (104) um eine Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiesystems (100) handelt, durch die eine bestimmte Gradienten-Pulssequenz gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erstellung einer Gradienten-Pulssequenz der Schritt des Überprüfens auf Resonanzen vor Starten eines Untersuchungsvorgangs durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Überprüfens auf Resonanzen parallel zu einer Digital-Analog-Wandlung des Stromsignals durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Überprüfens auf Resonanzen nach einer Digital-Analog-Wandlung des Stromsignals durchgeführt wird, wozu der Strom nach der Digital-Analog-Wandlung gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Sperrens des Stromflusses durch Ansteuern eines Verstärkers (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert für ein Ausgangssignal (y(k)) des digitalen Schwingkreismodells (20) festgelegt wird, bei dessen Erreichen oder Überschreiten der Stromfluss gesperrt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich des Ausgangssignals (y(k)) des digitalen Schwingkreismodells (20) mit dem Schwellwert erst nach einer festgelegten Einschwingzeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das Ausgangssignal (y(k)) des digitalen Schwingkreismodells (20) vor einem Vergleich mit dem Schwellwert eine Betragsbildung oder eine Quadrierung der einzelnen diskreten Signalwerte stattfindet.
Überwachungsmodul (1; 11) umfassend ein elektrisches Schwingkreismodell (20), das ein mechanisches Resonanzverhalten einer Spule (104), durch die ein wechselnder Strom fließt, nachbildet, mit einem Eingang (6; 16) zum Empfangen eines Ist-Wertes oder eines Soll-Wertes des wechselnden Stromes, und mit einem Ausgang (7; 17) zum Ausgeben eines Stopp-Signals, mit dem die Einspeisung des Stromes in die Spule (104) gesperrt wird, wobei der empfangene wechselnde Strom durch das elektrische Schwingkreismodell (20) geleitet wird, und das Stopp-Signal ausgegeben wird, wenn der Strom im elektrischen Schwingkreismodell (20) ein Resonanzverhalten hervorruft, das einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Magnetresonanztomographiesystem (100) umfassend ein Überwachungsmodul (1; 11) nach Anspruch 13.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung eines Magnetresonanztomographiesystems (100) ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.