DE102014204471B4

DE102014204471B4 - Schaltungsanordnung der Ansteuerelektronik eines Magnetresonanz-Systems und Magnetresonanz-System

Info

Publication number: DE102014204471B4
Application number: DE102014204471.5A
Authority: DE
Inventors: Rene Gumbrecht; Holger Adolf; Rudi Baumgartl; Nikolaus Demharter; Jörg Ulrich Fontius
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2016-09-22
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: DE102014204471A1; US10082548B2; US20150260807A1

Abstract

Schaltungsanordnung der Ansteuerelektronik einer Sendespulenanordnung (7, 8) mit mindestens zwei Einzelsendespulen (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) eines Magnetresonanz-Systems (1) mit einem Messbereich (MB) zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals (HF) zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder (B1), aufweisend: 1.1. mindestens zwei Kanäle (K1–K4) zur jeweils individuellen Ansteuerung der mindestens zwei Einzelsendespulen (7.1, 7.2, 8.1, 8.2), mit jeweils einem digitalen und einem analogen Abschnitt, 1.2. wobei im digitalen Abschnitt der Kanäle (K1–K4) auf der Basis von Steuerungssignalen eines Computersystems (10) des Magnetresonanz-Systems (1) in einem gemeinsamen Hüllkurvengenerator (13) kanalweise jeweils ein Basisfrequenzsignal, das eine Hüllkurve ausbildet, erzeugt wird, 1.3. ein einziger Zwischenfrequenzoszillator (14) vorliegt, der eine gemeinsame Zwischenfrequenz (ZF) erzeugt, welche einen zu beobachtenden Bereich (ROI) im Messbereich des Magnetresonanz-Systems (1) bestimmt, 1.4. und je Kanal (K1–Kn) ein erster Frequenzmischer (15.1–15.4) zur Einmischung der gemeinsamen Zwischenfrequenz (ZF) in die mindestens zwei Basisfrequenzsignale vorliegt, 1.5. wobei weiterhin im analogen Abschnitt der Kanäle (K1–K4), der kanalweise mit einem Digital/Analog-Konverter (16.1–16.4) beginnt, jeweils ein zweiter Frequenzmischer (17.1–17.4) vorliegt, welcher je einem die Hüllkurve übertragenden Basisfrequenzsignal mit dem zugemischten Zwischenfrequenzsignal (ZF) je ein gemeinsames Hochfrequenzsignal (HF) zumischt, 1.6. und wobei das so entstandene Gesamtsignal über jeweils einen Verstärker (18.1–18.4) jeweils an mindestens eine Einzelsendespule (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der Ansteuerelektronik einer Sendespulenanordnung mit zwei Einzelsendespulen eines Magnetresonanz-Systems mit einem Messbereich zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magnetresonanz-System zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen aus mindestens einem Teilvolumen eines Untersuchungsobjektes, wobei eine Anordnung von Magnetsystemen zur Erzeugung eines homogenen Hauptmagnetfeldes und zusätzlicher Gradientenfelder zur Ortskodierung, mindestens ein Sendespulensystem mit jeweils mindestens zwei Einzelsendespulen zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder, mindestens eine Empfangsspule und ein Computersystem mit einer Steuerungselektronik vorgesehen sind.
Moderne Magnetresonanz-Systeme (MR- oder auch MRT-Systeme) arbeiten mit Sendespulensystemen zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang induzierter Magnetresonanzsignale. Üblicherweise besitzt ein MR-System einen Permanentmagneten oder eine supraleitende Spule zur Erzeugung eines in einem Untersuchungsbereich möglichst homogenen Hauptmagnetfeldes, mindestens eine große im MR-System fest eingebaute Ganzkörperspulenanordnungen. Zum Auslesen elektromagnetischer Signale und Frequenzen, aus denen Bilder eines Patienten generiert werden können, werden mit Gradientenspulen in drei Achsen Magnetfeldgradienten erzeugt, die eine Ortskodierung über Frequenz- und Phaseninformation ermöglichen.
Weiterhin werden zur Anregung der im Untersuchungsobjekt befindlichen magnetischen Dipole zur Aussendung von MR-Signale können neben der Ganzkörperspulenanordnung auch Lokalspulenanordnungen verwendet, die Bilder mit besonders hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis von ausgewählten Bereichen von besonderem Interesse gewinnen lassen.
Sowohl die Ganzkörperspulenanordnung als auch die Lokalspulenanordnungen enthalten in den meisten Fällen mehrere Einzelsendespulen, die möglichst individuell angesteuert werden sollten. Entsprechend verfügt ein solches MR-System, welches die Einzelsendespulen der Ganzkörperspulenanordnung als auch der Lokalspulenanordnung individuell ansteuern können soll, über mehrere separate Kanäle, die jeweils mit zumindest der Ganzkörperspulenanordnung als auch der Lokalspulenanordnung oder sogar individuell mit den dort vorhandenen Einzelsendespulen verbunden sind.
Derart ausgestattete MR-Systeme ermöglichen eine räumliche Beeinflussung des Magnetfeldes, das zur Anregung des Spinsystems verwendet wird. Wenn diese individuellen Einzelsendespulen auf der MR-Frequenz völlig unabhängig angesteuert werden können, ergeben sich neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Bildqualität, zur Beschleunigung der Messung und zur Reduktion der HF Belastung des Patienten.
Aus der Druckschrift WO 2012/088 065 A1 ist eine Schaltungsanordnung einer Ansteuerelektronik einer Sendespulenanordnung mit mindestens zwei Einzelsendespulen eines Magnetresonanz-Systems mit einem Messbereich zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder bekannt.
Problematisch ist allerdings der mit der Anzahl der Einzelsendespulen wachsende Aufwand besonders in Bezug auf die dabei im MR-System notwendigen Kanäle zur Ansteuerung der Sendspulen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Schaltungsanordnung für die Sendekanäle eines MR-Systems und ein MR-System zu finden, welchen mit verringertem baulichen Aufwand eine Vielzahl von individuell betreibbaren Sendekanälen für den Anschluss der Einzelsendespulen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Werden bei den zur Zeit bekannten MR-Systemen mehrere Kanäle zum individuellen Betrieb mehrerer Einzelsendespulen in der Ganzkörperspulenanordnung und/oder der Lokalspulenanordnung verwirklicht, so werden in jedem Kanal zunächst eine individuelle Basisfrequenz – die eine Einhüllende trägt – mit einer Zwischenfrequenz gemischt. Diese Zwischenfrequenz bestimmt im Wesentlichen die beobachtete Schicht, allerdings können hier auch noch andere Beiträge hinzukommen, wie beispielsweise eine „eddy current”-Kompensation 0-ter Ordnung, wobei die Zwischenfrequenz zeitlich dynamisch verändert wird. Die Frequenzerzeugung kann üblicherweise mit Hilfe eines DSP (digital sound prozessor) erfolgen, der das Basisband mit der Basisfrequenz erzeugt und auch einen Zwischenfrequenzoszillator zur Erzeugung der Zwischenfrequenz aufweist. Beide Frequenzen werden anschließend in einem Frequenzmischer aufgemischt. In den meisten Fällen erfolgt dieser erste Teil der Frequenzaufbereitung digital, so dass anschließend eine Digital-Analog-Umwandlung notwendig wird. Im zweiten analogen Teil der Frequenzaufbereitung wird das nun dem analogen Mischsignal aus Basisfrequenz und Zwischenfrequenz ein Hochfrequenzsignal aufgemischt, das für die Anregung der Flip-Winkel zur Erzeugung des MR-Signals im Untersuchungsobjekt verantwortlich ist. Dieses Gesamtsignal wird individuell je Kanal verstärkt und den jeweiligen Sendespulen zugeleitet.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich der schaltungstechnische Aufwand dadurch stark reduzieren lässt, dass im ersten Teil der Frequenzerzeugung nicht je Kanal individuell ein Zwischenfrequenzoszillator verwendet wird, sondern mit einem einzigen Zwischenfrequenzoszillator mindestens zwei Kanäle im ersten Teil der Frequenzerzeugung beschickt werden können. Hierdurch werden mindestens zwei, vorzugsweise alle, Sendekanäle zusammengefasst, so dass diese auch über ein einziges elektronisches Bauteil, zum Beispiel ein DSP, der erste Teil der Frequenzerzeugung aus Basis- und Zwischenfrequenz verwirklicht wird. Anschließend können die einzelnen Mischfrequenzen individuell analog-digital gewandelt werden und separat nach der Aufmischung der Hochfrequenz verstärkt den Sendespulen zugeführt werden.
Demgemäß schlagen die Erfinder eine Schaltungsanordnung der Ansteuerelektronik einer Sendespulenanordnung mit mindestens zwei Einzelsendespulen eines Magnetresonanz-Systems mit einem Messbereich zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder, aufweisend:

– mindestens zwei Kanäle zur jeweils individuellen Ansteuerung der mindestens zwei Einzelsendespulen, mit jeweils einem digitalen und einem analogen Abschnitt,
– wobei im digitalen Abschnitt der Kanäle auf der Basis von Steuerungssignalen eines Computersystems des Magnetresonanz-Systems in einem gemeinsamen Hüllkurvengenerator kanalweise jeweils ein Basisfrequenzsignal, das eine Hüllkurve ausbildet, erzeugt wird,
– ein einziger Zwischenfrequenzoszillator vorliegt, der eine gemeinsame Zwischenfrequenz erzeugt, welche einen zu beobachtenden Bereich im Messbereich des Magnetresonanz-Systems bestimmt,
– und je Kanal ein erster Frequenzmischer zur Einmischung der gemeinsamen Zwischenfrequenz in die mindestens zwei Basisfrequenzsignale vorliegt,
– wobei weiterhin im analogen Abschnitt der Kanäle, der kanalweise mit einem Digital/Analog-Konverter beginnt, jeweils ein zweiter Frequenzmischer vorliegt, welcher je einem die Hüllkurve übertragenden Basisfrequenzsignal mit dem zugemischten Zwischenfrequenzsignal je ein gemeinsames Hochfrequenzsignal zumischt,
– und wobei das so entstandene Gesamtsignal über jeweils einen Verstärker jeweils an mindestens eine Einzelsendespule geleitet wird.

Durch diese Ausgestaltung wird nicht mehr die vollständige Sendekette eines einfachen MR-Systems dupliziert, sondern es wird nur ein einziges mal die Zwischenfrequenz erzeugt und diese auf mehrere individuelle Basisbänder aufgemischt.
Vorteilhaft kann bei dieser Schaltungsanordnung der Hüllkurvengenerator aus einem FPGA (= field programable gate array) aufgebaut werden.
Weiterhin kann der Hüllkurvengenerator zur Erzeugung der Basisfrequenzen einen DSP (= digital sound processor) enthalten.
Neben der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schlagen die Erfinder auch ein Magnetresonanz-System zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen aus mindestens einem Teilvolumen eines Untersuchungsobjektes vor, welches die folgenden Merkmale aufweist:

– eine Anordnung von Magnetsystemen zur Erzeugung eines homogenen Hauptmagnetfeldes und zusätzlicher Gradientenfelder zur Ortskodierung,
– mindestens ein Sendespulensystem mit jeweils mindestens zwei Einzelsendespulen zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder, um ein Magnetresonanz-Signal in einem vorgegebenen Teilvolumen des Untersuchungsobjektes zu induzieren,
– mindestens eine Empfangsspule, um die vom Untersuchungsobjekt ausgesandten Magnetresonanz-Signale zu messen,
– und ein Computersystem mit einer Steuerungselektronik, welches einen Speicher zur Speicherung von Computerprogrammen aufweist, die im Betrieb das Magnetresonanz-System steuern und die gemessenen Magnetresonanz-Signale auswerten,
– wobei die Steuerungselektronik mindestens zwei getrennt ansteuerbare Kanäle aufweist und die mindestens zwei Kanäle einen individuellen Signalverlauf aufweisen, der durch Mischung einer Basisfrequenz zur Definition einer Einhüllenden, einer Zwischenfrequenz zur Ortsbestimmung und einer Hochfrequenz zur Auslenkung der Magnetisierung, also zur Erzeugung der bekannten Flip-Winkel im Untersuchungsobjekt, entsteht,
– wobei erfindungsgemäß zur Erzeugung der Zwischenfrequenz ein gemeinsamer kanalübergreifender Zwischenfrequenzoszillator vorliegt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kanäle zur anfänglichen Mischung der Basisfrequenz und der Zwischenfrequenz jeweils einen ersten Frequenzmischer aufweisen. Außerdem können die mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kanäle zur weiteren Einmischung der Hochfrequenz je Kanal einen eigenen zweiten Frequenzmischer aufweisen.
Das Magnetresonanz-System kann auch so ausgestaltet sein, dass mindestens einer der Frequenzmischer, vorzugsweise der erste Frequenzmischer, als digitaler Frequenzmischer ausgebildet ist. Weiterhin kann mindestens einer der Frequenzmischer als analoger Frequenzmischer ausgebildet sein.
Zur konkreten Realisierung des Magnetresonanz-Systems kann mindestens einer der Frequenzmischer als feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet sein.
Weiterhin kann in jedem Kanal zwischen dem ersten Frequenzmischer und dem zweiten Frequenzmischer ein Digital/Analog-Wandler angeordnet werden.
Zur Endverstärkung des erzeugten Gesamtsignals sollte außerdem für jeden Kanal nach dem jeweils zweiten Frequenzmischer ein separater Verstärker angeordnet werden.
Grundsätzlich können die mindestens zwei Kanäle des Magnetresonanz-Systems entweder getrennt ein Lokalspulensystem und ein Ganzkörperspulensystem ansteuern oder es können in mindestens einem der vorgenannten Sendespulensystemen mehrere Einzelsendespulen vorliegen, die jeweils einzeln oder in mindestens zwei Gruppen individuell mit je einem Kanal verbunden sind und damit individuell angesteuert werden können Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: MRT-Systems; 2: Gehäuse; 3: Patientenliege; 4: Patienten; 5: Hauptmagneten; 6: Gradientenmagnetsystemen; 7: Ganzkörperspulensystem; 7.1–7.2: Einzelsendespulen des Ganzkörperspulensystems; 8: mobiles Lokalsspulensystem; 8.1–8.3: Einzelsendespulen des Lokalspulensystems; 9: MR-Aufnahmen; 10: Computersystem; 11: Steuer- und Datenleitungen; 12, 12.1–12.4: DSP; 13: Hüllkurvenmodulator; 14, 14.1–14.4: Zwischenfrequenzoszillator; 15.1–15.4: Frequenzmischer; 16.1–16.4: DAC; 17.1–17.4: Frequenzmischer; 18.1–18.4: Verstärker; 19: Hochfrequenzoszillator; 20: Hüllkurvenspeicher; K₁–K₄: Kanal; B₀: homogenes Magnetfeld; B₁ _: elektromagnetische Wechselfeld; BG_x, BG_y, BG_z: Gradientenfelder in drei Hauptrichtungen; HF: Hochfrequenzsignal; Prg₁–Prg_n: Computerprogramm; ZF: Zwischenfrequenzsignal. Es zeigen im Einzelnen:
1: MRT-System mit individuell angesteuerten Einzelspulen des Ganzkörperspulensystems und des Lokalspulensystems;
2: bekannte Ausführungsvariante einer Schaltungsanordnung zur individuellen Ansteuerung von mehreren Einzelsendespulen eines MRT-Systems mit vier separaten Kanälen;
3: Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante einer Schaltungsanordnung zur individuellen Ansteuerung von vier Einzelsendespulen eines MRT-Systems mit einem gemeinsamen Zwischenfrequenzoszillator.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines MRT-Systems 1 mit einem Gehäuse 2, in dem sich eine Patientenliege 3 mit einem Patienten 4 zur MR-Untersuchung befindet. Im Gehäuse 2 sind die typischen Magnetsysteme eines MRT-Systems angeordnet, die einen Hauptmagneten 5 aufweisen, welcher im Messbereich des MRT-Systems ein weitgehend homogenes Magnetfeld B₀ erzeugt. Zur Ortskodierung der induzierten MR-Signale werden mit zusätzlichen Gradientenmagnetsystemen 6 Gradientenfelder in drei Hauptrichtungen BG_x, BG_y, BG_z erzeugt.
Zur Erzeugung eines die MR-Signale im Patienten induzierenden elektromagnetischen Wechselfeldes B₁ dienen einerseits das fest im Gehäuse installierten Ganzkörperspulensystem 7 mit den beiden Einzelsendespulen 7.1 und 7.2 und andererseits ein mobiles Lokalsspulensystem 8, welches über mehrere Einzelspulen 8.1 bis 8.3 verfügt. Im gezeigten Beispiel ist das Lokalspulensystem 8 im Bereich des Abdomen des Patienten 4 angeordnet, da dieser Bereich im vorliegenden Fall von besonderem Interesse (ROI) ist. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung auch andere Bereiche mit entsprechend gestalteten Lokalspulensystemen oder auch mehrere Bereiche gleichzeitig mit Lokalspulensystemen ausgestattet werden. Ein weiteres typisches Beispiel für solch einen ROI ist der Bereich der Wirbelsäule. Hierfür können beispielsweise mehrere Einzelsendespulen in der Patientenliege 3 entlang der normalen Platzierung der Wirbelsäule des Patienten 4 angeordnet werden.
Zur Steuerung des MRT-Systems 1 einschließlich der Auswertung der empfangenen MR-Signale, der Rekonstruktion tomographischer MR-Aufnahmen und Darstellung von MR-Aufnahmen 9 ist eine Computersystem 10 vorgesehen, welches über eine Vielzahl von Steuer- und Datenleitungen 11 mit den Magnetsystemen 5, 6 und insbesondere den Einzelsendespulen 7.1–8.3 verbunden ist. Erfindungsgemäß verfügt das Computersystem 10 über mindestens zwei, hier fünf, individuell ansteuerbare Kanäle Steuerung der N Einzelsendespulen 7.1 und 7.2 des Ganzkörperspulensystems 7 und der M Einzelsendespulen 8.1 bis 8.3 des mobilen Lokalspulensystems 8, die dann im gleichzeitigen individuellen pTx-Betrieb das elektromagnetische Wechselfeld B₁ erzeugen. Im hier dargestellten Beispiel ist die Steuerelektronik im Computersystem 10 integriert, verfügt über N + M Kanäle und deren Schaltungsanordnung entspricht der in der nachfolgenden 3 gezeigten Schaltungsanordnung.
Zum Betrieb des MRT-Systems 1 einschließlich der Ansteuerung der Magnetspulensysteme und auch zur Analyse der MR-Signale mit der Rekonstruktion der MRT-Aufnahmen verfügt das Computersystem 10 über einen Speicher, in dem Computerprogrammcode in Gestalt einer Vielzahl von Computerprogrammen Prg₁–Prg_n gespeichert sind.
Durch die individuelle Ansteuerbarkeit der Einzelsendespulen besteht – wie oben beschrieben – die Möglichkeit einerseits dafür zu sorgen, dass das mit diesen Spulen erzeugte elektromagnetische Wechselfeld B₁ durch entsprechende Anpassung von Schwingungsamplituden und der Phasen der einzelnen Spulen zu homogenisieren, wobei hierfür insbesondere eine Anpassung der Hüllkurven, also eine Anpassung im Basisband, in den Kanälen für die Einzelsendespulen vorgenommen wird. Weiterhin kann die individuelle Ansteuerbarkeit der Sendespulen auch dazu genutzt werden, deren Pulsform zu beeinflussen und ergänzend gleichzeitig auch die Gradientenfelder zu verändern, so dass insgesamt ein über den Messbereich möglichst gleichmäßiges MR-Signal induziert wird.
Zur besseren Darstellung des Unterschiedes zwischen eine bekannten Ausführung einer Schaltungsanordnung mit mehreren individuell anpassbaren Kanälen und der erfindungsgemäßen Schalungsanordnung ist in der 2 eine beispielhafte Ausführung des Standes der Technik gezeigt und in der 3 eine entsprechende erfindungsgemäß verbesserte und vereinfachte Schaltungsanordnung dargestellt.
In der 2 werden entsprechend den insgesamt vier parallel gezeigten Kanälen K₁–K₄ ausgehend vom Computersystem 10 vier parallel angeordnete DSPs 12.1–12.4 mit den notwendigen individuellen Informationen zur Erzeugung von vier Basisfrequenzen mit den gewünschten individuellen Hüllkurven, zum Beispiel sinc-Hüllkurven, versorgt. In jedem der vier DSPs 12.1–12.4 befindet sich ein Zwischenfrequenzoszillator 14.1–14.4, in dem jeweils die über alle DSP gleiche Zwischenfrequenz ZF erzeugt wird, die den Schicht-Offset des zur Magnetresonanz angeregten Volumens im Patienten bestimmt. Nach den DSPs 12.1–12.4 erfolgt je Kanal K₁–K₄ über die Frequenzmischer 15.1–15.4 die Mischung der Basisfrequenz und der Zwischenfrequenz mit einer anschließenden Digital/Analog-Wandlung über die DACs 16.1 bis 16.4. Hier beginnt der analoge Teil der Kanäle K₁–K₄. Die nun analogen Signale werden dann kanalweise zu einem weiteren Frequenzmischer 17.1–17.4 geleitet, in dem die Hochfrequenz HF aus dem Hochfrequenzoszillator 19 aufgemischt wird. Anschließend erfolgt eine Leistungsverstärkung der Signale über die Verstärker 18.1–18.4, so dass die einzelnen Kanäle dann den Einzelsendespulen 7.1, 7.2 des Ganzkörperspulensystems 7 und den Einzelsendespulen 8.1, 8.2 des Lokalsendespulensystems 8 zugeführt werden kann.
Zur Vereinfachung dieser bekannten Schaltungsanordnung schlagen die Erfinder eine grundsätzliche Änderung des ersten digitalen Abschnittes der Kanäle vor, während der analoge zweite Abschnitt der Kanäle weiterhin bestehen bleibt. Eine solche erfindungsgemäße Ausführung der Schaltungsanordnung ist beispielhaft in der 3 gezeigt. Hier wird ausgehend vom Computersystem 10 ein einziger DSP 12 allen notwendigen individuellen Informationen zur Erzeugung von vier Basisfrequenzen mit den gewünschten individuellen Hüllkurven versorgt. Dieser DSP 12, der beispielsweise als ASIC oder FPGA realisiert werden kann, erzeugt für alle vier Kanäle K₁–K₄ die Basisfrequenzen mit der jeweils individuellen Hüllkurve. Weiterhin wird eine einzige Zwischenfrequenz ZF erzeugt. Vorteilhafter Weise kann dies ebenfalls in dem DSP 12, hier durch den dort integrierten Zwischenfrequenzoszillator 14 geschehen. Die Basisfrequenzen der einzelnen Kanäle und die Zwischenfrequenz werden dann über die Frequenzmischer 15.1 bis 15.4 zusammengeführt und dann kanalweise zu je einem DAC 16.1–16.4 geleitet und dort zu analogen Signalen transformiert. Der Komplex des einzigen DSP 12 mit dem Zwischenfrequenzoszillator 14 und der digitalen Frequenzmischer 15.1 bis 15.4 bildet damit eine neue Komponente in Form eines Hüllkurvenmodulators 13, die insgesamt beispielsweise durch einen ASIC oder besonders vorteilhaft durch ein FPGA realisiert werden kann. Von den DACs aus erfolgt die Weiterverarbeitung der Signale entsprechend der 2. Somit wird die Hochfrequenz HF über die Frequenzmischer 17.1–17.4 aufgemischt über die Verstärker 18.1–18.4 verstärkt und kanalweise den Einzelsendespulen 7.1, 7.2 und 8.1, 8.2 zugeführt.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich also eine wesentliche Vereinfachung der Schaltungsanordnung bei einer kanalindividuellen Ansteuerung der Einzelsendespulen eines MR-Systems, wie es beispielhaft in der 1 gezeigt ist.
Erfindungsgemäß werden also die meisten Komponenten der digitalen Sendekette nicht mehr wie bisher unnötigerweise dupliziert. Insbesondere die Zwischenfrequenz, die für jeden Sendekanal identisch ist, wird nicht mehrfach erzeugt werden. Hierbei wird also die digitale Zwischenfrequenz ZF unverändert von Standardkomponenten erzeugt, allerdings ohne HF-Pulsformen zu modulieren. Damit ist sowohl die Zwischenfrequenz definiert als auch das HF-Puls-timing. Das resultierende Signal wird nun nicht mehr an den DAC übertragen sondern an eine neue Digitalkomponente, den Hüllkurvenmodulator. Dieser erhält vom Ansteuerprogramm die HF Pulsformen für alle Sendekanäle digital im Basisband. Dazu wird das Ansteuerprogramm erweitert und eine Schnittstelle zum Hüllkurvenmodulator geschaffen. Der Hüllkurvenmodulator führt zur Mischung der Frequenzen eine komplexe Multiplikation des Zwischenfrequenz-Signals mit dem Basisbandsignal der Einzelkanäle aus und gibt das Ergebnis and den DAC des jeweiligen Sendekanals aus.
Ergänzend kann zusätzlich ein Hüllkurvenspeicher 20 im Hüllkurvenmodulator vorgesehen werden, der eine begrenzte Zahl von vordefinierten Hüllkurven speichert und gesteuert vom Ansteuerprogramm ausspielt. Dies reduziert die Anforderungen an die Kommunikationsschnittstelle zwischen dem im Computersystem 10 vorliegenden Computerprogramm zur Ansteuerung und dem Hüllkurvenmodulator 13.
Die Nutzung eines solchen Hüllkurvenmodulators 13 minimiert den Entwicklungsaufwand zur Aufrüstung eines konventionellen MR Systems für mehrere Sendekanäle. Zusätzlich zu dem Hüllkurvenmodulator 13 und dessen Schnittstelle zum Computersystem 10 werden keine neuen Komponenten benötigt. Der Hüllkurvenmodulator 13 selbst beinhaltet nur eine sehr einfache Logik die beispielsweise in einem FPGA implementiert werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es bei der vorliegenden Erfindung, dass nur niedrige Kosten für ein Upgrade bestehender Systeme entfallen, da alle Komponenten weiterverwendet werden können. Außerdem wird ein einfacher Zugang zum digitalen und analogen HF-Signal möglich, da diskrete Komponenten verwendet werden.
Insgesamt wird also mit der Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer Sendespulenanordnung mit mindestens zwei Einzelsendespulen eines Magnetresonanz-Systems zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder über mindestens zwei Kanäle (K₁–K₄) mit jeweils einem digitalen und einem analogen Abschnitt vorgestellt, wobei im digitalen Abschnitt in einem Hüllkurvengenerator Basisfrequenzsignale, die jeweils eine Hüllkurve ausbilden, erzeugt werden, ein einziger Zwischenfrequenzoszillator vorliegt, der eine gemeinsame Zwischenfrequenz erzeugt,
und je Kanal ein Frequenzmischer zur Einmischung der gemeinsamen Zwischenfrequenz in die Basisfrequenzsignale vorliegt, weiterhin im analogen Abschnitt der Kanäle, jeweils ein zweiter Frequenzmischer vorliegt, welcher je einem die Hüllkurve übertragenden Basisfrequenzsignal mit dem zugemischten Zwischenfrequenzsignal je ein gemeinsames Hochfrequenzsignal zumischt, und das so entstandene Gesamtsignal über jeweils einen Verstärker jeweils an mindestens eine Einzelsendespule geleitet wird. Ebenso wird ein auch ein Magnetresonanz-System vorgeschlagen, welches eine solche Schaltungsanordnung aufweist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: MRT-Systems
2: Gehäuse
3: Patientenliege
4: Patienten
5: Hauptmagneten
6: Gradientenmagnetsystemen
7: Ganzkörperspulensystem
7.1–7.2: Einzelsendespulen des Ganzkörperspulensystems
8: mobiles Lokalspulensystem
8.1–8.3: Einzelspulen
9: MR-Aufnahmen
10: Computersystem
11: Steuer- und Datenleitungen
12, 12.1–12.4: DSP
13: Hüllkurvenmodulator
14, 14.1–14.4: Zwischenfrequenzoszillator
15.1–15.4: Frequenzmischer
16.1–16.4: DAC
17.1–17.4: Frequenzmischer
18.1–18.4: Verstärker
19: Hochfrequenzoszillator
20: Hüllkurvenspeicher
K₁–K₄: Kanal
B₀: homogenes Magnetfeld
B₁: elektromagnetische Wechselfeld
BG_x, BG_y, BG_z: Gradientenfelder in drei Hauptrichtungen
HF: Hochfrequenzsignal
Prg₁–Prg_n: Computerprogramm
ZF: Zwischenfrequenzsignal

Claims

Schaltungsanordnung der Ansteuerelektronik einer Sendespulenanordnung (7, 8) mit mindestens zwei Einzelsendespulen (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) eines Magnetresonanz-Systems (1) mit einem Messbereich (MB) zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals (HF) zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder (B₁), aufweisend: 1.1. mindestens zwei Kanäle (K₁–K₄) zur jeweils individuellen Ansteuerung der mindestens zwei Einzelsendespulen (7.1, 7.2, 8.1, 8.2), mit jeweils einem digitalen und einem analogen Abschnitt, 1.2. wobei im digitalen Abschnitt der Kanäle (K1–K4) auf der Basis von Steuerungssignalen eines Computersystems (10) des Magnetresonanz-Systems (1) in einem gemeinsamen Hüllkurvengenerator (13) kanalweise jeweils ein Basisfrequenzsignal, das eine Hüllkurve ausbildet, erzeugt wird, 1.3. ein einziger Zwischenfrequenzoszillator (14) vorliegt, der eine gemeinsame Zwischenfrequenz (ZF) erzeugt, welche einen zu beobachtenden Bereich (ROI) im Messbereich des Magnetresonanz-Systems (1) bestimmt, 1.4. und je Kanal (K₁–K_n) ein erster Frequenzmischer (15.1–15.4) zur Einmischung der gemeinsamen Zwischenfrequenz (ZF) in die mindestens zwei Basisfrequenzsignale vorliegt, 1.5. wobei weiterhin im analogen Abschnitt der Kanäle (K₁–K₄), der kanalweise mit einem Digital/Analog-Konverter (16.1–16.4) beginnt, jeweils ein zweiter Frequenzmischer (17.1–17.4) vorliegt, welcher je einem die Hüllkurve übertragenden Basisfrequenzsignal mit dem zugemischten Zwischenfrequenzsignal (ZF) je ein gemeinsames Hochfrequenzsignal (HF) zumischt, 1.6. und wobei das so entstandene Gesamtsignal über jeweils einen Verstärker (18.1–18.4) jeweils an mindestens eine Einzelsendespule (7.1, 7.2, 8.1, 8.2) geleitet wird.
Schaltungsanordnung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkurvengenerator (13) aus einem FPGA aufgebaut ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllkurvengenerator (13) zur Erzeugung der Basisfrequenzen einen DSP (12) enthält.
Magnetresonanz-System (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen (9) aus mindestens einem Teilvolumen (4.1) eines Untersuchungsobjektes (4), aufweisend: 4.1. eine Anordnung von Magnetsystemen (5, 6) zur Erzeugung eines homogenen Hauptmagnetfeldes (B₀) und zusätzlicher Gradientenfelder (BG_x, BG_y, BG_z) zur Ortskodierung, 4.2. mindestens ein Sendespulensystem (7, 8) mit jeweils mindestens zwei Einzelsendespulen (7.1, 7.2, 8.1–8.3) zur Erzeugung elektromagnetischer Wechselfelder (B₁), um ein Magnetresonanz-Signal in einem vorgegebenen Teilvolumen (4.1) des Untersuchungsobjektes (4) zu induzieren, 4.3. mindestens eine Empfangsspule, um die vom Untersuchungsobjekt (4) ausgesandten Magnetresonanz-Signale zu messen, 4.4. und ein Computersystem (10) mit einer Steuerungselektronik, welches einen Speicher zur Speicherung von Computerprogrammen (Prg₁–Prg_n) aufweist, die im Betrieb das Magnetresonanz-System (1) steuern und die gemessenen Magnetresonanz-Signale auswerten, 4.5. wobei die Steuerungselektronik mindestens zwei getrennt ansteuerbare Kanäle (K₁–K_n) aufweist und die mindestens zwei Kanäle einen individuellen Signalverlauf aufweisen, der durch Mischung einer Basisfrequenz zur Definition einer Einhüllenden, einer Zwischenfrequenz zur Ortsbestimmung und einer Hochfrequenz zur Auslenkung der Magnetisierung (Flip-Winkel) entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass 4.6. kanalübergreifend zur Erzeugung der Zwischenfrequenz ein gemeinsamer Zwischenfrequenzoszillator vorliegt.
Magnetresonanz-System (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kanäle (K₁–K_n) zur anfänglichen Mischung der Basisfrequenz und der Zwischenfrequenz jeweils einen ersten Frequenzmischer (Fx1.1–Fx1.n) aufweisen.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kanäle (K₁–K_n) zur weiteren Einmischung der Hochfrequenz je Kanal einen eigenen zweiten Frequenzmischer (Fx2.1–Fx2.n) aufweisen.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Frequenzmischer (Fx1.1–Fx1.n, Fx2.1–Fx2.n) als digitaler Frequenzmischer ausgebildet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Frequenzmischer (Fx1.1–Fx1.n, Fx2.1–Fx2.n) als analoger Frequenzmischer ausgebildet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Frequenzmischer (Fx1.1–Fx1.n, Fx2.1–Fx2.n) als feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) ausgebildet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Frequenzmischer (Fx1.1–Fx1.n, Fx2.1–Fx2.n) als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kanal (K1–Kn) zwischen dem jeweils ersten Frequenzmischer (Fx1.1–Fx1.n) und dem jeweils zweiten Frequenzmischer (Fx2.1–Fx2.n) ein Digital/Analog-Wandler (DAC) angeordnet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kanal (K1–Kn) nach dem jeweils zweiten Frequenzmischer (Fx2.1–Fx2.n) ein Verstärker angeordnet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sendespulensystem als, vorzugsweise bewegliches, Lokalspulensystem (8) ausgebildet ist.
Magnetresonanz-System (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sendespulensystem als fest eingebautes Ganzkörperspulensystem (7) ausgebildet ist.