DE102014213413B4

DE102014213413B4 - Dynamische Felderfassung in einem MRT

Info

Publication number: DE102014213413B4
Application number: DE102014213413.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Popescu
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: US10234531B2; KR20160007384A; KR101703432B1; CN105259524A; CN105259524B; DE102014213413A1; US20160011284A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung eines Magnetfelds in einem Magnetresonanztomographiegerät (101) mit mindestens einer Feldsonde (FS), an die mindestens ein erzeugtes Löschsignal (g1, g2;ϕ1, ϕ2, ϕ3) zum Reduzieren einer Residualmagnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) anlegbar ist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung umfasst, die dazu ausgebildet ist, nach mindestens einem Auslesen aller Feldsonden (FS) und nach Ablauf einer vorgegebenen Gesamtmesszeit (TMT) ein Verringern der Magnetisierung der mindestens einen Feldsonde (FS) durch Schalten mindestens eines Löschsignal (g1, g2; Φ1, ϕ2, ϕ3) auf eine zum Auslesen eines NMR-Signals in der Feldsonde (FS) verwendete RF-Empfangs-Spule (L) zu veranlassen,
wobei
das Löschsignal (g1, g2; ϕ1, ϕ2, ϕ3) eine zur aus ihrer letzten Anregung durch ein Anregungssignal (TX) verbliebenen Residualmagnetisierung entgegengesetzt gerichtete oder zufällig gerichtete Magnetisierung in jeweils einer Spule (L) einer Feldsonde (FS) überlagert.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Messung eines Magnetfelds in einem MRT.
Dynamische Feldkameras für Magnetresonanzgeräte (MRTs) zur Untersuchung von Objekten oder Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus EP 2010929 B1 , EP 2515132 A1 und einer Dynamischen Feldkamera von Skope Magnetic Resonance Technologies LLC (Zürich, CH) auf deren Internethomepage bekannt.
Aus der Druckschrift GB 2343251 A ist eine Probe zur Überwachung eines Gradientenfeldes eines Magnetresonanztomographen bekannt mit einer RF-Spule und Gradientenspulen, wobei die Gradientenspulen der Probe mit Strömen versorgt werden, abgeleitet aus den Strömen der Gradientenspulen des Magnetresonanztomographen, sodass ein entgegengesetzter Gradient in der Nähe der Probe erzeugt wird.
In der Druckschrift US 2005/0218892 A1 ist eine Magnetresonanzvorrichtung beschrieben, die eine Überwachungs-Feldsonde in der Nähe eines Untersuchungsobjektes während der Messung aufweist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen betreffend eine dynamische Felderfassung in einem MRT zu optimieren. Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile von möglichen Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:

1 eine dynamische Feldkamera mit einem Kamerakopf, mehreren Feldsonden, einer ersten Elektronikstufe und einem Spektrometer, und als vergrößertes Detail (d) eine Feldsonde,
2 Details einer dynamischen Feldkamera,
3 unterschiedliche Koherenzzeiten verschiedener Feldsonden-Signale,
4 Flussdiagramme zu Magnetfeldmessungen mit Feldsonden,
5 Ablaufdiagramme zu Magnetfeldmessungen mit Feldsonden,
6 ein vereinfachendes Blockschaltbild eines Messkopfes mit einer Feldsonde und einer über Koaxialkabel angeschlossenen Frontendelektronik für Magnetfeldmessungen,
7 ein vereinfachendes Blockschaltbild eines Messkopfes mit einer beispielhaften Feldsonde, einer mit einem Koaxialkabel angeschlossenen Frontendelektronik und einer Residualmagnetismusverringerung für Magnetfeldmessungen,
8 schematisch ein MRT-System.

8 zeigt (u.a. insbesondere auch zum technischen Hintergrund) ein (in einem geschirmten Raum oder Faraday-Käfig F befindliches) bildgebendes Magnetresonanzgerät MRT 101 mit einem Hohlzylinder 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 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 mehrteilige Körperspule 108 a, b, c sehr vereinfacht dargestellte Hochfrequenzantenne (und/oder ggf. eine Lokalspulenanordnung) eingestrahlt werden. Hochfrequenz-Anregungspulse (auch HF oder RF genannt) 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 a, b, c geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Möglicherweise werden auch mehr als eine Pulserzeugungseinheit 109, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 111 und mehrere Hochfrequenzantennen 108 a, 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 B_G (x, y, z, t) zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 112x, 112y, 112z werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 114 (und ggf. über Verstärker Vx, Vy, Vz) 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 108a, b, c 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 a, b, c 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 (teilweise auch als RCCS bezeichnet oder ausgeführt) 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 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 MRT-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.
1-8 zeigen erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Vorrichtungen und Verfahren zur dynamischen (Magnetfeld-) Felderfassung in einem Bore 103 eines MRT 101.
Ein Monitoren (Überwachen) eines Magnetfelds (z.B. B₀ oder B1 oder BG oder deren Summe) unter Verwendung von (Magnetfeld-) Feldsonden FS kann z.B. folgendes Ziel betreffen:
Vorteilhaft für eine Entwicklung neuer MR Sequenzen wäre ein Wissen über die dynamische Feldveränderung, insbesondere hinsichtlich dynamischer Feldfehler aufgrund von Fehlerströmen, nicht-idealen Gradientenspulen oder mechanischen Vibrationen und thermischen Drift- Effekten. Eine zumindest intern bekannte dynamische Feld-Kamera gemäß 1-3 mit auf einem Messkopf MK zylindrisch um ein sphärisches Messvolumen herum angeordneten NMR-Feldsonden FS und einer Frontend-Elektronik FE ist ein Messinstrument , das an sich ein gutes Oszilloskop-ähnliches Werkzeug für eine Echtzeit-Überwachung von dynamischen magnetischen Felder ist, und kommerziell verfügbar von der Firma Skope Magnetic Resonance Technologies LLC in Zürich in der Schweiz ist. Diese dynamische Feldkamera in 1 umfasst einen Kamerakopf MK, der mehrere NMR-Feldsonden FS (NMR = nuclear magnetic resonance)aufweist, die zylindrisch verteilt sein können und eine erste (Stufe AE mit) Elektronik aufweisen können. Ein NMR-Spektrometer implementiert die Signalerfassung, Bearbeitung und Visualisierung. Während ein Kamerakopf MK im Bore 103 eines MRT 101 angeordnet sein kann, kann das z.B. mit Koaxialkabeln KK mit (der ersten Elektronikstufe von) Feldsonden FS verbundene Spektrometer FE außerhalb einer RF-Kabine eines MRT 101 angeordnet sein. Eine in 1 unten ausschnittsweise als Detail vergrößert dargestellte Feldsonde FS enthält beispielsweise eine MRaktive Substanz wie eine Wasser-Kupfersulfat-Mischung.
Messgeschwindigkeit und Messgenauigkeit und Sonden-Relaxation:
Mit guter magnetischer Suszeptibilitäts-Anpassung erreichen zumindest intern bekannte Feldsonden, die sich in einem homogenen magnetischen Feld befinden, heute nach jeder RF-Anregung eine Koheränzlebensdauer (und damit Messzeit) von etwa 100ms. Für eine längere Feldüberwachung werden die Feldsondern reaktiviert und zyklisch ausgelesen. Jedoch kann die konsekutiv aufeinanderfolgende Anregung von Feldsonden mit einer Wiederholungszeit (Repetitionszeit TR) unter 500ms zu systematischen Fehlern in der Phasenentwicklung der Feldsonden-Signale aufgrund unvollständiger magnetischer Relaxation zu stimulierten Echos führen. Deshalb ist eine Anforderung an die Totzeit (Verzögerung) von z.B. etwa 400ms zwischen aufeinanderfolgenden Messungen, in welcher eine Datensammlung nicht möglich ist.
Ferner ist, wenn eine Feldsonde verwendet wird, zum Messen eines starken lokalen Gradienten ihre Koheränzlebensdauer (Messzeit) signifikant kürzer. Feldsonden, die stärkeren Gradienten(-Feldern) ausgesetzt sind, dephasieren schneller und ihre NMR-Signale klingen schneller ab als Feldsonden, die einem schwächeren lokalen Gradienten(-Feld) ausgesetzt sind. Jedoch erfordert eine gute Messgenauigkeit Feldsonden-Signale mit hinreichend hoher Amplitude (SNR), und damit ist die tatsächlich verfügbare Messzeit sogar kürzer als die kürzeste Koheränzlebensdauer.
Ein Vorteil erfindungsgemäßer Ausgestaltungen kann darin liegen, angesichts der Nachteile des zumindest intern bekannten Standes der Technik, Feldsonden mit höheren Wiederholungsraten zu betreiben, mit kürzerer Totzeit unabhängiger von lokaler Gradienten(feld)stärke und ferner höherem SNR für eine optimierte Messgenauigkeit.
2 zeigt als zumindest intern bekannten Stand der Technik in 2a eine Skizze einer Feldsonde FS mit einem ellipsoiden Epoxid-Gehäuse und (als Messraum) mit einer mit H₂O und CuSO₄ gefüllten, von einer Kupferspule umwickelten Glaskapillare mit 0,7 mm Innendurchmesser und 0,85mm Außendurchmesser, in 2b als Anpasselektronik AE eine Tuning&Matching Schaltung einer Feldsonde FS, und in 2c auf eine NMR-Feldsonde FS, eine Frontend-Elektronik AE und ein dediziertes NMR-Spektrometer FE aufgeteilte Funktionen.
3 illustriert unterschiedliche Koheränzzeiten verschiedener Feldsonden-Signale einer ersten Feldsonde FS 1 und einer weiteren Feldsonde FS 16: Nach einer ersten Anregung aller Feldsonden zu einer Zeit t=0 klingen die Signale der Feldsonden mit einer Rate oder Geschwindigkeit ab, die von der Stärke des lokalen (im Bereich der Feldsonde bzw. deren Messraum vorhandenen) Magnetfeldgradienten (Gradienten-Magnetfeld) ab, dem die jeweilige Feldsonde ausgesetzt ist. In 3 ist die Feldsonde FS1 einem stärkeren Gradientenfeld ausgesetzt und dephasiert schneller bzw. klingt schneller ab als die Feldsonde FS16. Nach nur 0.3ms erreicht die Signalamplitude einen Nullpunkt und die Signalphase hat eine lineare Entwicklung für etwa 1ms. Danach ist das Signal dieser Feldsonde nicht mehr verwendbar. Die Feldsonde FS16 ist hingegen einem schwächeren lokalen Gradientenfeld ausgesetzt und die Signal-Phase dieser Feldsonde hat einen linearen Verlauf mit hinreichend SNR auch nach 40ms. Folglich liegt eine effektive Messzeit für alle Feldsonden von nur 1ms vor, wobei man wenigstens 100ms bis zur nächsten Anregung (und Messung/readout) warten muss, oder hinreichend lange, dass alle Signale abgeklungen sind, um eine Akkumulation einer Magnetisierung über die sukzessiven Anregungen hinaus und ein Aufbauen von festen Eigenschaften zu vermeiden.
Also kann dies folgende Nachteile aufweisen:

Eine unvorhersehbare und überdies verschiedene Koherenzzeit für alle Feldsonden,
eine Abhängigkeit der möglichen Auslese-Wiederholungs-Intervalle von der (anfangs möglicherweise nicht bekannten) gemessenen Gradientenfeldstärke,
nicht optimal effektiv kleine Auslese-Zyklen (read out duty cycle) aufgrund der Notwendigkeit einer Einführung langer Warteintervalle zwischen wiederholten Anregungen um den Feldsonden ausreichend Zeit für ein natürliches Abklingen auf null zu geben.

Neue Messmethoden/Vorrichtungen können diese Beschränkungen verringern und eine erhöhte Wiederholungsrate des Betriebs von Feldsonden erlauben, mit sehr kurzen Totzeiten unabhängig von lokalen Gradientenfeldstärken bei höherem SNR für eine maximierte Messgenauigkeit.
Erfindungsgemäß ausgestaltete Verfahren und Vorrichtungen können die effektive Messzeit erhöhen durch Beschleunigung der Wiederholungsrate des Auslesens von Feldsonden und Vermeiden einer Akkumulation von Magnetisierung, und zwar durch ein erzwungenes aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung (auch bezeichnet als Remanenzmagnetisierung) vor der Anwendung der nächsten Anregung einer Feldsonde. Deshalb dephasieren erfindungsgemäß ausgestaltete Verfahren und Vorrichtungen Feldsonden-Signale auf Null in einer sehr kurzen Zeit, anstatt auf ein natürliches Abklingen weiterer Feldsondensignale zu warten. Ein aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung ist an sich für MRT Sequenzen zumindest intern bekannt. Jedoch können diese zumindest intern bekannten Verfahren nicht für eine (Magnet-)Feld-Kamera verwendet werden, weil die Gradientenfelder eines MRT nicht für ein aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung angesteuert werden können. Deshalb werden verschiedene bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen inklusive geeigneter Hardware Schaltungen vorgeschlagen.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung verwendet ein aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung in Feldsonden durch Verwendung eines aufgezwungenen lokalen Gradientenfelds (insbesondere in der Feldsonde über eine Spule L in ihr). Dies kann vorteilhaft z.B. durch Verwendung der normalerweise auch zum Auslesen eines NMR-Signals in einer Feldsonde verwendeten (RF-Empfangs-)Spule L einer Feldsonde FS erfolgen. Hierfür kann die zumindest intern bekannte Frontendelektronik FE einer Feldsonde dahingehend modifiziert werden, dass sie in der Lage ist, einen Puls eines Stroms durch mindestens eine Spule L der (bzw. mehrerer oder jeder) Feldsonde FS zu führen für ein kurzes Zeitintervall, um ein starkes sehr lokales Magnetfeld (z.B. Magnetfeldgradienten) insbesondere innerhalb der Feldsonde zu erzeugen, beispielsweise senkrecht oder entgegengesetzt zum B₀ Feld, was die residuale Magnetisierung aktiv abbauen kann (was nachfolgend auch als spoiling bezeichnet wird).
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung durch ein RF-Spoiling (oder Hochfrequenz-spoiling) realisiert, also durch ein aktives Abbauen (spoiling) oder verringern des Aufbaus residualer Magnetisierung mit einem RF-Feld oder Hochfrequenzfeld (z.B. mit Signalen der Frequenz die das MRT 101 zur RF Anregung eines Untersuchungsobjekts verwendet).
In einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung durch eine Kombination eines genannten (in L aufgezwungenen) lokalen Gradientenfelds mit einem genannten RF-Spoiling realisiert.
4 verdeutlicht als Flussdiagramm Unterschiede einer Ausgestaltung der Erfindung (einer Messung eines Magnetfelds mit einer Feldsonde FS) zu Messungen eines Magnetfelds mit einer eher herkömmlichen Feldsonde FS:
In 4 links wird (angelehnt an herkömmlich Möglichkeiten) in einem ersten Schritt S1 eine Messung eines Magnetfelds gestartet, in einem Schritt S2 die Gesamt-Messzeit TMT (wie lange insgesamt (inklusive Wiederholungen) ein Magnetfeld mit Feldsonden gemessen werden soll) für eine Messung mit den Feldsonden festgelegt, in einem Schritt S3 die Wiederholungszeit MR festgelegt bis eine/jede Feldsonde FS nach einer Messung wieder messen kann, in einem Schritt S4 die Feldsonden FS angeregt, in einem Schritt S5 die Feldsonden ausgelesen (also das mit ihnen gemessene Magnetfeld bestimmt), in einem Schritt S6 geprüft ob die Wiederholungzeit (Mindest-Zeit zwischen zwei Messungen) abgelaufen ist, in einem Schritt S8 geprüft ob die festgelegte Gesamt-Messzeit TMT abgelaufen ist in einem Schritt S8 (falls noch nicht wird erneut angeregt (S4) und gemessen (S5)), und falls die geplante Gesamt-Messzeit TMT abgelaufen ist in einem Schritt S9 die Messung beendet.
In 4 rechts wird erfindungsgemäß in einem ersten Schritt S1 eine Messung eines Magnetfelds gestartet, in einem Schritt S2 die Gesamt-Messzeit TMT (wie lange (wiederholt) ein Magnetfeld mit Feldsonden gemessen werden soll) für eine Messung mit den Feldsonden festgelegt, in einem Schritt S3 die Wiederholungszeit MR festgelegt bis eine/jede Feldsonde FS nach einer Messung wieder messen kann, in einem Schritt S4 die Feldsonden FS angeregt, in einem Schritt S5 die Feldsonden FS ausgelesen (also das mit ihnen gemessene Magnetfeld repräsentierende Daten ausgelesen), in einem Schritt S6 geprüft ob die Wiederholungzeit (Mindest-Zeit zwischen zwei Messungen) abgelaufen ist (und falls nicht nochmals gemessen), in einem Schritt S8 geprüft ob die festgelegte Gesamt-Messzeit TMT abgelaufen ist in einem Schritt S8 (falls noch nicht werden nach einem Löschen (spoil) der Feldsonden in S7 mit einem Löschsignal Feldsonden erneut angeregt (S4)und gemessen (S5)), und falls die geplante Gesamt-Messzeit TMT abgelaufen ist in einem Schritt S9 die Messung beendet.
5 (a) oben zeigt (angelehnt an herkömmliche Möglichkeiten bekannter Feldmessgeräte) im Verlauf der Zeit t zwei Feldsonden-Anregungen RF1, RF2, jeweils danach ein Feldsonden-Auslesen (Readout) RO, Messsignale RX betreffend ein Magnetfeld übereinander in Richtung t für hier vier Feldsonden FS unterschiedlicher Koherenzzeit, also ohne ein Löschen von Residualmagnetisierung (spoiling) durch Pulse SP die durch jeweils eine Spule einer Feldsonde FS geleitet werden.
Die Feldsonde mit der längsten Koherenzzeit definiert die Wiederholungszeit TR. Die Feldsonde mit der niedrigsten Koherenzzeit bestimmt die aktuelle Messzeit RO. Die resultierende Messzykluseffektivität (duty-cycle) RO/TR ist niedriger als in 5b.
5 (b) unten zeigt nach einer Ausgestaltung der Erfindung im Verlauf der Zeit t Feldsonden-Anregungen RF zu drei Zeitpunkten an z.B. je einer Feldsonde, jeweils danach ein Feldsonden-Auslesen (Readout) von auslesbaren Signalen RO der Feldsonden, das Vorliegen von Messignalen RX betreffend das Magnetfeld (von vier Feldsonden FS unterschiedlicher Koherenzzeit), und ein Löschen von Residualmagnetisierung (spoiling) durch Pulse SP als Löschsignal die durch jeweils eine Spule L von Feldsonden FS geleitet werden.
Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung überwacht die Amplitude aller Signale in der Auslesephase (readout phase). Sobald das Signal von der Feldsonde FS mit der kürzesten Koherenzzeit unter einen vorgegebenen Schwellwert abklingt, wird ein Löschen von Residualmagnetisierung (durch spoiling, z.B. gradient-spoiling) aktiviert und eine neue Anregung gefolgt von einem neuen Auslesen erfolgt schneller als in 5a.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erfolgt ein Löschen von Residualmagnetisierung durch ein Gradienten-spoiling zusammen mit einem RF-spoiling derart, dass für jede aufeinanderfolgende Anregung die Phase der RF-Pulse (Fi, ϕ) als Offset ein quadratisches Phasen Inkrement erhält.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erfolgt ein Löschen von Residualmagnetisierung durch ein Gradienten-spoiling unter Verwendung eines Löschsignals variabler Gradientenpuls-Feldstärke (g1, g2) in aufeinanderfolgenden Messungen und/oder innerhalb eines Spoiling-Pulses.
6 zeigt, dass zumindest intern bekannte Feldsonden FS und Frontelektronik FE nur zwei Funktionen ermöglichen, nämlich Senden und Empfangen.
In 6 ist LNA ein Low Noise Amplifier, RFPA ein RF-Power-Amplifier, RX ein von einer Feldsonde erhaltenes Signal (betreffend eine Feldstärke eines Magnetfelds), TX ein Anregungssignal für eine Feldsonde, T/R ein Sende- oder Empfangs-Modus-Schalter (Transmit/Receive Mode Switch), Cp eine Tuning-Kapazität, CS eine Matching-Kapazität, KPO eine Kapillare mit z.B. Öl darin, TM eine Tuning&Matching-Schaltung, KK ein Koaxialkabel, SC ein Ansteuerungssignal (Switch control signal)für T/R, MK ein Messkopf und FE eine Frontend Elektronikschaltung.
6 zeigt also, dass zumindest intern bekannte Feldsonden FS und Frontelektronik FE zwei Funktionen ermöglichen:

1) Eine Anregung einer Feldsonde - wobei ein Anregungssignal TX (RF Puls) für die Feldsonde nach einer Verstärkung in einem Verstärker RFPA über die Sende-Empfangs-Modus-Weiche (T/R/Switch) an den eingestellte L-Cp Schaltung übermittelt wird (an die als Kapillare / dünn ausgebildete Röhre mit einer Spule L und einem Tuning-/Einstell-Kondensator Cp), um das NMR Messvolumen (z.B. Wasser mit CuSo4) in der Röhre zu polarisieren.
2) Feldsonde auslesen - das resultierende MR-Signal am Feldsonden-Auslesevolumen wird über die eingestellte L-Cp-Schaltung empfangen und über die Sende-Empfangs-Modus-Weiche (T/R/Switch)an einen LNA und ein Digitales Spektrometer bzw. eine Frontend-Auswerteelektronik FE weitergeleitet.

In 7 ist außer den Elementen in 6 noch eine Lösch-Impuls-Weiterleitungs-Spule Ls (Spoiling inductor), ein Umschalter T/R/S zum Umschalten zwischen:

-zu sendenden Signalen (TX),
-zu empfangenden Signalen (RX) und
-von einer Lösch-Signal-Strom-Erzeugungs-Einrichtung SC oder SCS (Spoiling Current Source - also Quelle, insbesondere Stromquelle) erzeugten Löschsignalen g1 aufgrund eines Auswahlsignals T oder R oder S an den Umschalter T/R/S, der die Feldsonde FS an einen Eingang für ein Anregungssignal oder einen Ausgang für ihr Messignal oder einen Eingang für ein Löschsignal schaltet also sie damit verbindet. (Ein Umschalter kann wie hier ein einzelner Schalter sein oder es können mehrere einzelne Schalter für je eine Signalart vorgesehen sein, die von einer Steuerung angesteuert werden.)

Die in 7 dargestellte Ausführung der Erfindung verwendet z.B. die gleichen Koaxialkabel KK wie in 1 zwischen der mindestens einen Feldsonde FS und einer Frontelektronik FE. Es sind z.B. folgende drei Funktionen implementiert:

1) Eine Anregung einer Feldsonde FS - wobei ein Anregungssignal TX (RF Puls) für die Feldsonde nach einer Verstärkung in einem Verstärker RFPA über die Sende-Empfangs-Modus-Weiche (T/R/Switch) an die eingestellte L-Cp-Schaltung übermittelt wird (an die als Kapillare / dünn ausgebildete Röhre mit einer Spule L und einem Tuning-/Einstell-Kondensator Cp), um das NMR Messvolumen (z.B. Wasser mit CuSo4) in der Röhre zu polarisieren.
2) Auslesen der Feldsonde FS - das resultierende MR Signal am Feldsonden-Auslesevolumen wird über die eingestellte L-Cp-Schaltung empfangen und über die Sende-Empfangs-Modus-Weiche (T/R/Switch)an einen LNA und ein Digitales Spektrometer bzw. eine Frontend-Auswerteelektronik FE weitergeleitet.
3) Aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung in der mindestens einen Feldsonde - eine Stromquelle SCS einstellbarer Stromstärke gibt einen Strom über die Sende-Empfangs-Modus-Weiche (T/R/Switch) und die serielle Spule Ls (einen RF bzw. HF blockierendes Choke/Sperrelement) in die Spule L die um die kapillare Röhre gewickelt ist. Dies erzeugt ein lokales Feld (z.B. ein Gradientenfeld oder inverses Gradientenfeld) zum aktiven Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung in der mindestens einen Feldsonde.

Beim aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung in der mindestens einen Feldsonde kann eine (Quer-) Residualmagnetisierung gezielt verringert oder aufgehoben werden vor der Anwendung eines nächsten RF-Pulses im nächsten Messzyklus TR, anstatt zu warten, bis die Magnetisierung von selbst abklingt. MRT-Sequenzen können dabei RF-spoiled oder Gradienten-spoiled werden oder eine Mischung aus beidem.
Bei einem aktives Abbauen (spoiling) residualer Magnetisierung durch RF-Spoiling kann ein Phasen-Offset zu jedem aufeinanderfolgenden RF-Anregungspuls erzeugt werden (also der gleiche Flip Winkel aber in entgegengesetzter Richtung), so dass die Residualmagnetisierung immer in eine andere Richtung deutet, um zu verhindern, dass sie sich in einen stabilen Zustand hinein aufbaut. Eine quadratische Erhöhung von Phasen von RF-Pulsen erreicht effektiv einen zufälligen RF-Winkel in jedem Messzyklus TR, so dass die Residualmagnetisierung eine Zufallsphase hat und sich nicht in aufeinanderfolgenden Anregungen aufbaut um starke stimulierte Echos zu erzeugen.
Bei einem aktiven Abbauen (spoiling, gradient spoiling) residualer Magnetisierung durch ein lokales (Gradienten-)Feld in der Feldsonde bzw. den Feldsonden wird ein Abklingen der residualen De-Magnetisierung beschleunigt am Ende jedes Anregungszyklus durch Anwendung eines kurzen Gradientenpulses, der die Spin Rotation über eine Fieldsonde (Messvolumen, aktive Substanz) hinweg dephasiert. Derart wird die residuale (Quer-)Magnetisierung gezielt zerstört oder aufgehoben vor der Anwendung eines nächsten RF-Pulses.
Bei einem variablen Gradienten-Spoiling können variable Gradientenpulse mit von Messzyklus zu Messzyklus variabler Stärke verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur Messung eines Magnetfelds in einem Magnetresonanztomographiegerät (101) mit mindestens einer Feldsonde (FS), an die mindestens ein erzeugtes Löschsignal (g1, g2;ϕ1, ϕ2, ϕ3) zum Reduzieren einer Residualmagnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) anlegbar ist, wobei die Vorrichtung eine Steuerung umfasst, die dazu ausgebildet ist, nach mindestens einem Auslesen aller Feldsonden (FS) und nach Ablauf einer vorgegebenen Gesamtmesszeit (TMT) ein Verringern der Magnetisierung der mindestens einen Feldsonde (FS) durch Schalten mindestens eines Löschsignal (g1, g2; Φ1, ϕ2, ϕ3) auf eine zum Auslesen eines NMR-Signals in der Feldsonde (FS) verwendete RF-Empfangs-Spule (L) zu veranlassen, wobei das Löschsignal (g1, g2; ϕ1, ϕ2, ϕ3) eine zur aus ihrer letzten Anregung durch ein Anregungssignal (TX) verbliebenen Residualmagnetisierung entgegengesetzt gerichtete oder zufällig gerichtete Magnetisierung in jeweils einer Spule (L) einer Feldsonde (FS) überlagert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Löschsignal zum Reduzieren einer Residualmagnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) ein mit einem Verstärker verstärktes, hochfrequentes Löschsignal (ϕ1, ϕ2, ϕ3) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Löschsignal zum Reduzieren einer Residualmagnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) ein mit einem Verstärker verstärktes hochfrequentes Löschsignal (ϕ1, ϕ2, ϕ3) ist, das vom Magnetresonanztomographiegerät (101) auch zur Anregung von Magnetkernen für die MRT-Bildgebung verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Löschsignal zum Reduzieren einer Residualmagnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) ein von einer Quelle, insbesondere einer Stromquelle(SCS), erzeugbares Löschsignal (g1, g2) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Löschsignal zum Reduzieren einer Residualmagnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) ein Löschsignal (g1, g2) ist, das vom Magnetresonanztomographiegerät (101) auch für Gradientenpulse in der MRT-Bildgebung verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, nach einem Auslesen aller Feldsonden (FS) und/oder nach Ablauf einer vorgegebenen Wiederholungszeit (TR) erneut aus den Feldsonden (FS) gemessene, das Magnetfeld betreffende Werte (RX) auszulesen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, nach mindestens einem Auslesen aller Feldsonden (FS) und nach Ablauf einer vorgegebenen Gesamtmesszeit (TMT) ein Verringern der Magnetisierung aller Feldsonden (FS) durch Schalten mindestens eines Löschsignals (g2) auf jeweils eine Spule (L) einer Feldsonde (FS) zu veranlassen, das die gleiche oder eine andere Stärke (SP) als das nach dem letzten Auslesen aller Feldsonden (FS) geschaltete Löschsignal (g1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie dass sie dazu ausgebildet ist, eine Residualmagnetisierung zu minimieren durch ein GradientenPuls-Spoiling unter Verwendung in aufeinanderfolgenden Messungen und/oder innerhalb eines Spoiling-Pulses variabler Gradientenpuls-Feldstärke (g1,g2).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem aktiven Abbauen residualer Magnetisierung durch ein lokales Gradientenfeld in der Feldsonde bzw. den Feldsonden (FS) eine residuale Magnetisierung am Ende jedes Anregungszyklus durch Anwendung eines Gradientenpulses erfolgt, der die Spin Rotation über eine Feldsonde, insbesondere hinsichtlich des Messvolumen oder der aktiven Substanz, hinweg dephasiert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, ein Löschsignal (g1, g2; ϕ1, ϕ2, ϕ3) durch mindestens eine Spule (L) einer oder jeder Feldsonde (FS) zu führen, um ein Magnetfeld in der Feldsonde (FS) zu erzeugen, das der Residualmagnetisierung der Feldsonde (FS) entgegen gerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker (LNA) zur Verstärkung eines von einer Feldsonde (FS) empfangenen Signals (RX) an die Feldsonde (FS) schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker (RFPA) zur Verstärkung eines an die Feldsonde (FS) zu sendenden Signals (TX) an die Feldsonde (FS) schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle (SCS) zur Erzeugung eines Löschsignals (g1, g2) an die Feldsonde (FS) schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Feldsonde (FS) empfangenes Signal (RX) an eine Auswertungseinrichtung, insbesondere in Form eines Digitalen Spektrometers, schaltbar ist, zur Bestimmung des Magnetfelds (B0, B1, BG, B0+B1+BG) in der Feldsonde (FS) und/oder im Bore (103) des Magnetresonanztomographiegeräts (101).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem durch ein Umschaltsignal (SC) umschaltbaren Umschalter zum Schalten - mindestens eines von der mindestens einen Feldsonde (FS) empfangenen Mess-Signals (RX) auf einen Ausgang, -oder mindestens eines erzeugten Löschsignals (g1, g2; ϕ1, ϕ2, ϕ3) zum Reduzieren einer Magnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) an die mindestens eine Feldsonde (FS).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem durch ein Umschaltsignal (SC) umschaltbaren Umschalter zum Schalten - mindestens eines Anregungssignals (TX) für eine Feldsonde (FS) zur Feldsonde (FS), - oder mindestens eines von der mindestens einen Feldsonde (FS) empfangenen Mess-Signals (RX) auf einen Ausgang, -oder mindestens eines erzeugten Löschsignals (g1, g2; ϕ1, ϕ2, ϕ3) zum Reduzieren einer Magnetisierung in der mindestens einen Feldsonde (FS) an die mindestens eine Feldsonde (FS).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsonde (FS) eine von einer Spule (L) umgebene Röhre mit einem Messvolumen darin, aus insbesondere Wasser mit CuSo4, zum Messen eines Magnetfelds aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Feldsonden (FS) aufweist, insbesondere mehrere Feldsonden (FS) in einem Messkopf (MK).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie die mindestens eine Feldsonde (FS) in oder außerhalb einer Lokalspule (106) und/oder im Bore (103) eines Magnetresonanztomographiegeräts (101) angeordnet ist.
Verfahren zur Messung eines Magnetfelds in einem Magnetresonanztomographiegerät (101), mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Messung (S5) eines Magnetfelds (B0, B1, BG, B0+B1+BG) in einem Magnetresonanztomographiegerät (101) mit mindestens einer Feldsonde (FS), ein erzeugtes Löschsignal (g1, g2; ϕ1, ϕ2, ϕ3) zum Reduzieren der Residual-Magnetisierung in der Feldsonde (FS) an einer zum Auslesen eines NMR-Signals in der Feldsonde (FS) verwendete RF-Empfangs-Spule (L) in der Feldsonde (FS) angelegt wird (S7), worauf eine weitere Messung (S5) eines Magnetfelds (B0, B1, BG, B0+B1+BG) in dem Magnetresonanztomographiegerät (101) mit der mindestens einen Feldsonde (FS) erfolgt.