DE102016119964A1

DE102016119964A1 - Matrix-Shim-Spulensystem und -verfahren für die Magnetresonanz-Bildgebung

Info

Publication number: DE102016119964A1
Application number: DE102016119964.8A
Authority: DE
Inventors: Jean-Baptiste Mathieu; Seung-Kyun Lee; Derek A. Seeber
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-05-04
Also published as: CN107015180B; CN107015180A; GB2543961B; GB2543961A; US20170123026A1; GB201618017D0; US10254362B2

Abstract

Ein Verfahren zum Verbessern der Bildqualität in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem (10) enthält ein schnelles Modulieren (132) eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule (86) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems (10), wobei das schnelle Modulieren (132) Wirbelströme hoher Ordnung in dem System (10) kompensiert.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein die Magnetresonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung) und insbesondere ein System und Verfahren zur Verwendung von Matrix-Shim-Spulen, um Magnetfelder mit räumlichen Harmonischen niedriger bis hoher Ordnung zu erzeugen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
MR-Bildgebung ist eine weit akzeptierte und kommerziell verfügbare Technik zur Gewinnung digitalisierter visueller Bilder, die die innere Struktur von Objekten mit beträchtlichen Populationen von Atomkernen, die für kernmagnetische Resonanz (NMR) anfällig sind, darstellen. Bei der MR-Bildgebung werden durch Anlegen eines starken Hauptmagnetfeldes (B₀) an die Kerne die Kerne in dem abzubildenden Objekt polarisiert. Die Kerne werden durch ein Hochfrequenz(HF)-Signal bei charakteristischen NMR-(Larmor-)Frequenzen angeregt. Durch räumliche Störung örtlich begrenzter Magnetfelder, die das Objekt umgeben, und Analyse der resultierenden HF-Antworten von den Kernen, wenn die angeregten Protonen zu ihrem normalen Zustand mit geringerer Energie zurück relaxieren, wird eine Karte oder ein Bild dieser Kernantworten als Funktion ihrer räumlichen Lage erzeugt und angezeigt. Ein Bild der Kernantworten ergibt eine nicht invasive Ansicht einer inneren Struktur eines Objektes. Außerdem verwenden viele MR-Bildgebungssysteme elektromagnetische Gradientenspulen, um räumlich variierende Magnetfelder mit kleiner Amplitude zu erzeugen. Gewöhnlich wird die magnetische Komponente, die durch Gradientenspulen erzeugt wird, entlang der z-Achse des MR-Bildgebungssystems ausgerichtet, und ihre Amplitude variiert linear mit der Position entlang einer der x-, y- oder z-Achse des MR-Bildgebungssystems. Demgemäß verwenden viele MR-Bildgebungssysteme eine Gradientenspule, um eine kleine Rampe auf der Magnetfeldstärke und damit einhergehend auf der Resonanzfrequenz der Kernspins entlang einer einzelnen Achse zu erzeugen.
In einem typischen MR-Bildgebungssystem ist die Qualität der erzeugten Bilder um so besser, je gleichförmiger das B₀-Feld ist. Es können jedoch Inhomogenitäten in das B₀-Feld (B₀-Feldinhomogenitäten) durch verschiedene Faktoren, wie bspw. Herstellungstoleranzen, Installationsfehler, umgebungsbedingte Effekte, Konstruktionsbeschränkungen, Unvollkommenheiten in einem oder mehreren Magneten, ferromagnetisches Material in der Nähe des Installationsortes und/oder andere Quellen von elektromagnetischem Rauschen / elektromagnetischer Interferenz, eingebracht werden. Z.B. können zeitlich variierende Magnetfelder B₀-Feldinhomogenitäten hervorrufen, indem sie Ströme, die als Wirbelströme bekannt sind, innerhalb der MR-Bildgebungsmaschinen und/oder des gerade abgebildeten Objektes erzeugen. Die erzeugten Wirbelströme können wiederum zusätzliche Magnetfelder, die als Wirbelstromfelder und/oder reflektierende Felder bekannt sind, hervorrufen, die das B₀-Feld stören und die Bildqualität beeinträchtigen können.
Um die Bildbeeinträchtigung, die durch Wirbelströme und/oder andere Quellen von B₀-Feldinhomogenitäten verursacht wird, zu kompensieren, implementieren viele MR-Bildgebungssysteme eine Technik, die als „Präemphase“ bezeichnet wird, um den Effekt von B₀-Feldinhomogenitäten zu reduzieren. Herkömmliche MR-Bildgebungssysteme erreichen eine Präemphase durch Modulation des Stroms in den Gradientenspulen in dem Bestreben, die auf B0-Feldinhomogenitäten zurückzuführende Störung des B₀-Feldes abzuschwächen. Die geometrischen Gestalten, die Gradientenspulen modulieren können, sind begrenzt, was wiederum die Ordnung der räumlichen Harmonischen der B₀-Feldinhomogenitäten, die dekompensiert werden können, begrenzt.
Was folglich benötigt wird, sind ein System und Verfahren, das die gesamte Bildgebungsleistung verbessert und insbesondere für die Abschwächung von räumlichen Harmonischen höherer Ordnung von B₀-Feldinhomogenitäten sorgt.
KURZDARSTELLUNG
In einem Aspekt ist ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem geschaffen. Das Verfahren enthält ein schnelles Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems, um Wirbelströme hoher Ordnung in dem System zu kompensieren.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann die Matrix-Shim-Spule B₀-Feldinhomogenitäten mit räumlichen Harmonischen hoher Ordnung kompensieren.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Verfahrens kann das schnelle Modellieren des elektrischen Stroms in der Matrix-Shim-Spule durch eine Ansteuereinrichtung gesteuert werden, die für ein dynamisches Shimmen sorgt.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das schnelle Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems ein Modulieren des elektrischen Stroms in einer ersten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule unabhängig von dem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule aufweisen.
Das Verfahren einer beliebigen vorstehenden Art kann ferner ein Ableiten einer Shim-Signalform von einer oder mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten aufweisen, wobei der magnetische Strom in der Matrix-Shim-Spule entsprechend der abgeleiteten Shim-Signalform moduliert wird.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Kompensation der Gradientenspulenausrichtung in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem geschaffen. Das Verfahren enthält ein schnelles Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems, um eine oder mehrere B₀-Feld-Orientierungsabweichungen, die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen herrühren, abzuschwächen.
In dem zuvor erwähnten Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt können die eine oder mehreren B₀-Feld-Orientierungsabweichungen der räumlichen Harmonischen hohe Ordnungen aufweisen.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt kann das schnelle Modulieren des elektrischen Stroms in der Matrix-Shim-Spule durch eine Shim-Ansteuereinrichtung gesteuert werden, die für ein dynamisches Shimmen sorgt.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das schnelle Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems zur Abschwächung einer oder mehrerer B₀-Feld-Orientierungsabweichungen, die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen herrühren, ein Modulieren des elektrischen Stroms in einer ersten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule unabhängig von einem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule aufweisen.
Ein beliebiges vorstehend erwähntes Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt kann ferner ein Generieren eines oder mehrerer reflektierender Felder durch Erregung einer oder mehrerer Gradientenspulen, Erzeugen einer oder mehrerer B₀-Feldinhomogenitätskarten durch Abbildung des einen oder der mehreren reflektierenden Felder und Ableiten einer Shim-Signalform von der einen oder den mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten aufweisen, wobei der magnetische Strom in der Matrix-Shim-Spule entsprechend der abgeleiteten Shim-Signalform moduliert werden kann.
Die Ausrichtung der einen oder mehreren Gradientenspulen kann wenigstens entweder ein Installationsfehler und/oder ein B₀-Versatz sein.
In einem noch weiteren Aspekt ist eine Matrix-Shim-Spulenvorrichtung zur Kompensation von Wirbelströmen hoher Ordnung in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem geschaffen. Die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung enthält eine Matrix-Shim-Spule, die eingerichtet ist, um B₀-Feldinhomogenitäten mit hohen Ordnungen der räumlichen Harmonischen zu kompensieren. Ein elektrischer Strom in einer ersten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule wird unabhängig von dem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule schnell moduliert.
Die zuvor erwähnte Matrix-Shim-Spulenvorrichtung kann ferner eine Shim-Ansteuereinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, um den magnetischen Strom in der Matrix-Shim-Spule entsprechend einer Shim-Signalform zu modulieren.
Insbesondere kann die Shim-Ansteuereinrichtung eingerichtet sein, um für ein dynamisches Shimmen zu sorgen.
Jede beliebige vorstehend erwähnte Matrix-Shim-Spulenvorrichtung kann ferner wenigstens einen Prozessor aufweisen, der eingerichtet ist, um durch Erregung einer oder mehrerer Gradientenspulen ein oder mehrere reflektierende Felder zu generieren, durch Abbildung des einen oder der mehreren reflektierenden Felder B₀-Feldinhomogenitätskarten zu erzeugen und die Shim-Signalform aus der einen oder den mehreren erzeugten B₀-Feldinhomogenitätskarten abzuleiten.
ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der folgenden Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, in den nachstehend zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Magnetresonanz(MR)-Bildgebungssystems, das Ausführungsformen der Erfindung enthält;
2 eine schematische Seitenansicht des MR-Bildgebungssystems nach 1;
3 eine Darstellung einer beispielhaften Matrix-Shim-Spule des MR-Bildgebungssystems nach 1;
4 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität durch Kompensation von Wirbelströmen hoher Ordnung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
5 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität durch Kompensation von Gradientenspuleninstallationsfehlern entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
6 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität durch Kompensation von B₀-Versätzen entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun nachstehend auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wenn es möglich ist, bezeichnen die gleichen Bezugszeichen, die überall in den Zeichnungen verwendet werden, die gleichen oder ähnliche Teile ohne eine wiederholte Beschreibung.
In dem hierin verwendeten Sinne zeigen die Ausdrücke „im Wesentlichen“, „generell“ und „etwa“ Bedingungen innerhalb vernünftigerweise erreichbarer Herstellungs- und Montagetoleranzen im Verhältnis zu idealen gewünschten Bedingungen, die sich zur Erreichung des funktionalen Zwecks einer Komponente oder Baugruppe eignen. In dem hierin verwendeten Sinne bedeutet „elektrisch gekoppelt“, „elektrisch verbunden“ und „in elektrischer Kommunikationsverbindung“, dass die in Bezug genommenen Elemente derart unmittelbar oder mittelbar miteinander verbunden sind, dass ein elektrischer Strom von einem zu dem anderen fließen kann. Die Verbindung kann eine direkte leitende Verbindung (d.h. ohne ein dazwischen liegendes kapazitives, induktives oder aktives Element), eine induktive Verbindung, eine kapazitive Verbindung und/oder eine beliebige sonstige geeignete elektrische Verbindung enthalten. Es können dazwischen geschaltete Bauelemente vorhanden sein. Wie erkannt wird, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um generell tierisches Gewebe zu analysieren, und sie sind nicht auf menschliches Gewebe beschränkt.
Bezugnehmend auf 1 sind die Hauptkomponenten eines Magnetresonanz(MR)-Bildgebungssystems 10, das eine Ausführungsform der Erfindung verkörpert, veranschaulicht. Ein Betrieb des Systems wird von der Bedienerkonsole 12 aus gesteuert, die eine Tastatur oder eine andere Eingabevorrichtung 14, ein Steuerfeld 16 und einen Anzeigebildschirm 18 enthält. Die Konsole 12 kommuniziert über eine Verbindung 20 mit einem gesonderten Computersystem 22, das einem Bediener ermöglicht, die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Anzeigebildschirm 18 zu steuern. Das Computersystem 22 enthält eine Anzahl von Modulen, die über eine Rückplatine 24 miteinander kommunizieren. Diese umfassen ein Bildprozessormodul 26, ein CPU-Modul 28 und ein Speichermodul 30, die einen Bildspeicher zur Speicherung von Bilddatenarrays enthalten können. Das Computersystem 22 kommuniziert mit einer gesonderten Systemsteuerung oder Steuereinheit 32 über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34. Die Eingabevorrichtung 14 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen durch Berührung aktivierbaren Bildschirm, einen Lesestift, eine Sprachsteuerung oder eine beliebige ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung enthalten und kann zur interaktiven Geometrievorschrift verwendet werden. Das Computersystem 22 und die MR-Bildgebungssystemsteuerung 32 bilden gemeinsam eine „MR-Bildgebungssteuerung“ 36.
Die MR-Bildgebungssystemsteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die über eine Busplatine 38 miteinander verbunden sind. Zu diesen gehören ein CPU-Modul 40 und ein Pulsgeneratormodul 42, das mit der Bedienerkonsole 12 über eine serielle Verbindung 44 verbunden ist. Gerade über die Verbindung 44 empfängt die Systemsteuerung 32 Befehle von dem Bediener, um die Scansequenz, die durchgeführt werden soll, anzuzeigen. Das Pulsgeneratormodul 42 betreibt die Systemkomponenten, um die gewünschte Scansequenz auszuführen, und erzeugt Daten, die die Zeitsteuerung, Stärke und Gestalt der erzeugten HR-Impulse sowie den Zeitablauf und die Länge des Datenakquisitionsfensters anzeigen. Das Pulsgeneratormodul 42 ist mit einem Satz Gradientenverstärker 46 verbunden, um die Zeitsteuerung und Gestalt der Gradientenimpulse anzuzeigen, die während des Scans erzeugt werden. Das Pulsgeneratormodul 42 kann ferner Patientendaten von einer physiologischen Akquisitionssteuerung 48 empfangen, die Signale von einer Anzahl unterschiedlicher Sensoren, die am Patienten angeschlossen sind, wie bspw. EKG-Signale von an den Patienten angeschlossenen Elektroden, empfängt. Und schließlich ist das Pulsgeneratormodul 42 mit einer Scanraumschnittstellenschaltung 50 verbunden, die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die dem Zustand des Patienten und des Magnetsystems zugeordnet sind. Über die Scanraumschnittstellenschaltung 50 empfängt gerade ein Patientenpositionierungssystem 52 Befehle, um den Patienten in die gewünschte Position für den Scan zu bewegen.
Das Pulsgeneratormodul 42 betreibt die Gradientenverstärker 46, um einen gewünschten Zeitablauf und eine gewünschte Gestalt der Gradientenimpulse zu erreichen, die während des Scans erzeugt werden. Die durch das Pulsgeneratormodul 42 erzeugten Gradientensignalformen, werden an das Gradientenverstärkersysem 46 angelegt, das Gx-, Gy- und Gz-Verstärker aufweist. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in eine Gradientenspulenanordnung, die allgemein mit 54 bezeichnet ist, an, um die Magnetfeldergradienten zu erzeugen, die zur räumlichen Kodierung akquirierter Signale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung 54 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 56, die ferner einen Polarisationsmagneten 58 (der im Betrieb ein homogenes, longitudinales Magnetfeld B₀ durch ein Zielvolumen 60 hindurch, das von der Magnetanordnung 56 umgeben ist, erzeugt) und eine Ganzkörper-(Sende- und Empfangs-)HF-Spule 62 enthält (die im Betrieb ein transversales Magnetfeld B₁, das im Wesentlichen senkrecht zu B₀ ausgerichtet ist, durch das gesamte Zielvolumen 60 hinweg, liefert.
Die resultierenden Signale, die durch die angeregten Kerne in dem Patienten emittiert werden, können durch dieselbe HF-Spule 62 erfasst und durch den Sende-/Empfangsschalter 64 an einen Vorverstärker 66 angekoppelt werden. Die verstärkten MR-Signale werden in dem Empfängerabschnitt eines Transceivers 68 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 64 wird durch ein Signal von dem Pulsgeneratormodul gesteuert, um einen HF-Verstärker 70 mit der HF-Spule 62 während des Sendemodus elektrisch zu verbinden und um den Vorverstärker 66 mit der HF-Spule 62 während des Empfangsmodus zu verbinden. Der Sende-/Empfangsschalter 64 kann auch die Verwendung einer gesonderten HF-Spule (z.B. einer Oberflächenspule) in einem von dem Sende- oder dem Empfangsmodus ermöglichen.
Die durch die HF-Spule 62 aufgenommenen MR-Signale werden durch das Transceivermodul 68 digitalisiert und zu einem Speichermodul 72 in der Systemsteuerung 32 übermittelt. Ein Scan ist vollständig, wenn ein Array roher k-Raum-Daten in dem Speichermodul 72 akquiriert worden ist. Diese k-Raum-Rohdaten werden in gesonderten k-Raum-Datenarrays für jedes zu rekonstruierende Bild neu geordnet, und jedes von diesen wird einem Arrayprozessor 74 zugeführt, der funktioniert, um die Daten über Fourier-Transformation in ein Array von Bilddaten umzuwandeln. Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 34 zu dem Computersystem 22 befördert, wo sie in dem Speicher 30 gespeichert werden. Als Reaktion auf Befehle, die von der Bedienerkonsole 12 empfangen werden, können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden, oder sie können durch den Bildprozessor 26 weiter verarbeitet und zu der Bedienerkonsole 12 befördert und auf der Anzeige 18 präsentiert werden.
Bezugnehmend auf 2 ist eine schematische Seitenansicht des MR-Bildgebungssystems 10 nach 1 veranschaulicht. Die Magnetanordnung 56 weist eine zylindrische Gestalt mit einer Mittelachse 76, einem „Patientenende“ 78 und einem „Bedienende“ 80 auf, das dem Patientenende 78 gegenüberliegt. Die Magnetanordnung 56 enthält den supraleitenden / polarisierenden Magneten 58, die Gradientenspulenanordnung 54, eine HF-Abschirmung 82, die HF-Spule 62, ein Patienten-Bohrungsrohr 84 und eine Matrix-Shim-Spule 86. Die Magnetanordnung 56 kann ferner verschiedene weitere Elemente, wie bspw. Abdeckungen, Träger, Aufhängeelemente, Endkappen, Klammern, etc., enthalten, die in 2 der Übersichtlichkeit wegen weggelassen wurden. Während die Ausführungsform der Magnetanordnung 56, die in den 1 und 2 veranschaulicht ist, eine zylindrische Magnet- und Gradiententypologie verwendet, sollte verstanden werden, dass andere Magnet- und Gradiententypologien als zylindrische Anordnungen verwendet werden können. Z.B. kann eine flache Gradientengeometrie in einem geteilt offenen MR-Bildgebungssystem ebenfalls Ausführungsformen der Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben sind, verwenden.
Der Polarisationsmagnet 58 kann verschiedene radial ausgerichtete, in Längsrichtung beabstandete supraleitende Spulen 88 enthalten, wobei jede Spule in der Lage ist, einen großen Strom zu führen. Die supraleitenden Spulen 88 sind gestaltet, um das B₀-Feld innerhalb des Patienten-/Zielvolumens 60 zu erzeugen. Die supraleitenden Spulen 88 sind in einer Kryogen-Umgebung innerhalb einer kryogenen Ummantelung 100 eingeschlossen. Die kryogene Umgebung ist dazu ausgelegt, die Temperatur der supraleitenden Spulen 88 unterhalb der geeigneten kritischen Temperatur zu halten, so dass die supraleitenden Spulen 88 sich in einem supraleitenden Zustand mit Null-Widerstand befinden. Die kryogene Ummantelung 100 kann ein (nicht veranschaulichtes) Heliumgefäß und (nicht veranschaulichte) Wärme- oder Kälteabschirmungen enthalten, um in bekannter Weise Magnetwicklungen aufzunehmen und zu kühlen. Der Polarisationsmagnet 58 ist durch ein Magnetgefäß 102, z.B. ein Kryostat-Gefäß, eingeschlossen. Das Magnetgefäß 102 ist eingerichtet, um ein Vakuum aufrechtzuerhalten und um zu verhindern, dass Wärme zu der kryogenen Ummantelung 100 übertragen wird.
Die Gradientenspulenanordnung 54 ist im Inneren des Innenumfangs des Polarisationsmagneten 58 und rings um die HF-Abschirmung 82 und die HF-Spule 62 in einer beabstandeten koaxialen Anordnung angeordnet. Die Gradientenspulenanordnung 54 kann an dem Polarisationsmagneten 58 derart montiert sein, dass die Gradientenspulenanordnung 54 von dem Polarisationsmagneten 58 längs des Umfangs umgeben ist. Die Gradientenspulenanordnung 54 kann ferner die HF-Abschirmung 82 und die HF-Spule 62 längs des Umfangs umgeben. In Ausführungsformen kann die Gradientenspulenanordnung 54 eine selbst abgeschirmte Gradientenspulenanordnung sein. Z.B. kann die Gradientenspulenanordnung 54 eine zylindrische innere Gradientenspulenanordnung oder -wicklung 104 und eine zylindische äußere Gradientenspulenanordnung oder -wicklung 106 aufweisen, die beide in einer konzentrischen Anordnung in Bezug auf die Mittelachse 76 angeordnet sind. Die innere Gradientenspulenanordnung 104 enthält innere (oder Haupt-)X-, Y- und Z-Gradientenspulen, und die äußere Gradientenspulenanordnung 106 enthält die jeweiligen äußeren (oder abschirmenden) X-, Y- und Z-Gradientenspulen. Die Spulen der inneren Gradientenspulenanordnung 104 können aktiviert werden, indem ein elektrischer Strom durch die Spulen geschickt wird, um ein Gradientenfeld in dem Patientenvolumen 60 zu erzeugen, wie dies bei einer MR-Bildgebung erforderlich ist. Ein Volumen 108 oder Raum zwischen der inneren Gradientenspulenanordnung 104 und der äußeren Gradientenspulenanordnung 106 kann mit einem Bindematerial, z.B. Epoxidharz, viskoseelastischem Harz, Polyurethan, etc. gefüllt sein. Alternativ kann ein Epoxidharz mit einem Füllmaterial, wie bspw. Glasperlen, Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, als das Bindematerial verwendet werden. Zusätzlich kann die Matrix-Shim-Spule 86 in dem Volumen 108 zwischen der inneren Gradientenspulenanordnung 104 und der äußeren Gradientenspulenanordnung 106 angeordnet werden.
Die HR-Abschirmung 82 weist eine zylindrische Gestalt auf und ist rings um die HF-Spule 62 angeordnet. Die HF-Abschirmung 82 wird verwendet, um die HF-Spule 62 gegen externe HF-Strahlungsquellen abzuschirmen, und kann aus einem beliebigen geeigneten leitfähigen Material, z.B. Kupferblech, Leiterplatten mit leitfähigen Kupferbahnen, Kupfergitter, Edelstahlgitter, anderes leitendes Gitter, etc., hergestellt sein.
Die HF-Spule 62 ist zylindrisch und ist rings um eine äußere Oberfläche des Patientenbohrungsrohrs 84 angeordnet und im Inneren der zylindrischen Gradientenspulenanordnung 54 montiert. Das Patientenbohrungsrohr 84 umgibt das zylindrische Patienten-/Zielvolumen oder die Bohrung 60. Das Patientenbohrungsrohr 84 kann als eine standardmäßige Bohrungsgröße (–60 cm) oder als eine weite Bohrungsgröße (–70 cm oder mehr) eingerichtet sein.
Die Matrix-Shim-Spule 86 ist an einem ersten Radius im Inneren der Magnetanordnung 58 angeordnet und sorgt für eine Kompensation von B₀-Feldinhomogenitäten, z.B. durch Patienten induzierte Harmonische, durch das Shimmen. Ein Shimmen, wie hierin definiert, ist die Kompensation von Inhomogenitäten in einem Magnetfeld durch Modulation des elektrischen Stroms in einem Elektromagneten. Insbesondere wird elektrischer Strom durch die Matrix-Shim-Spule 86 geleitet, um ein oder mehrere Magnetfelder zu erzeugen, die den Störungen in dem B₀-Feld, die durch die B₀-Feldinhomogenitäten verursacht werden, entgegenwirken / diese kompensieren. Während 2 die Matrix-Shim-Spule 86 zeigt, wie sie im Inneren der Gradientenspulenanordnung 54 angeordnet ist, sollte an sich verstanden werden, dass die Matrix-Shim-Spule 86 an einer beliebigen Stelle angeordnet sein kann, an der das durch die Matrix-Shim-Spule 86 erzeugte Magnetfeld (die erzeugten Magnetfelder) für eine effektive Kompensation der B₀-Feldinhomogenitäten sorgen kann (können). Jedoch beschränkt eine Plazierung der Matrix-Shim-Spule 86 hinter der HF-Abschirmung 82 Wechselwirkungen zwischen der Matrix-Shim-Spule 86 und der HF-Spule 62.
Wie weiter in 2 veranschaulicht, kann die Matrix-Shim-Spule 86 durch eine Shim-Ansteuereinrichtung 110 angesteuert sein. Die Shim-Ansteuereinrichtung 110 und die Matrix-Shim-Spule 86 können durch eine Energieversorgung 112 mit Energie versorgt sein. Die Energieversorgung 112 und die Shim-Ansteuereinrichtung 110 können durch ein Computersystem (z.B. die MR-Bildgebungssteuerung 36, wie in 1 veranschaulicht) betrieben werden. Der Computer 36 und die Shim-Ansteuerung 110 sind eingerichtet, um den Strom, der zu der Matrix-Shim-Spule 86 geliefert wird, zu steuern, um ein globales Shimmen über ein gewünschtes interessierendes Volumen (z.B. das Patienten-/Zielvolumen 60) zu erzielen. Der Computer 36 und die Shim-Ansteuereinrichtung 110 können ferner eingerichtet sein, um den Strom, der zu der Matrix-Shim-Spule 86 geliefert wird, zu steuern, um ein globales dynamisches Shimmen über einem gewünschten interessierenden Volumen zu erzielen.
Die Shim-Ansteuereinrichtung 110 erzeugt Daten, die als Shim-Signalformen bezeichnet werden, die den Zeitablauf und die Gestalt des (der) durch die Matrix-Shim-Spule 86 erzeugten Magnetfeldes (Magnetfelder) steuern. Die Shim-Signalformen können den Zeitablauf und die Gestalt des (der) erzeugten Magnetfeldes (Magnetfelder) durch Modulation des elektrischen Stroms, der durch die Matrix-Shim-Spule 86 fließt, steuern. Shim-Signalformen können den elektrischen Strom, der zu einzelnen Shim-Spulen (wie sie bei 114 in 3 veranschaulicht sind) innerhalb der Matrix-Shim-Spule 86 oder zu Gruppen von Shim-Spulen (wie bei 116 in 3 veranschaulicht) fließt, modulieren. Die Shim-Signalformen können eingerichtet sein, um den elektrischen Strom, der durch die Matrix-Shim-Spule 86 fließt, schnell zu modulieren. Die Shim-Ansteuereinrichtung 110 kann die Signalformen während eines MR-Bildgebungsscans modifizieren, um ein dynamisches Shimmen in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu erzielen. Z.B. kann jede Schicht einer MR-Bildgebungssequenz einen eindeutigen Satz von Strömen für jede Shim-Spule 114 oder Gruppe von Shim-Spulen 116 innerhalb der Matrix-Shim-Spule 86 haben. In Ausführungsformen kann der elektrische Strom so schnell moduliert werden, wie schnell es die Hardwaregrenzen für die Gradientenfeldaktualisierung ermöglichen. In manchen Ausführungsformen kann die Geschwindigkeit der schnellen Modulation ungefähr 4 Mikrosekunden von einem Wert zu einem anderen betragen. In Ausführungsformen können je nach der Anwendung, den Leistungsfähigkeiten der Shim-Ansteuereinrichtung 110 und der Induktanz der Matrix-Shim-Spule 86 langsamere Modulationsgeschwindigkeiten verwendet werden. Z.B. kann in Ausführungsformen die Modulationszeitdauer der Matrix-Shim-Spule 86 für ein schichtabhängiges Shimmen wenigstens zum Teil auf der Repetitionszeit einer Bildgebungssequenz basieren (z.B. in dem Bereich von 5 ms bis 5000 ms liegen).
Bezugnehmend auf 3 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Matrix-Shim-Spule 86 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Die Matrix-Shim-Spule 86 enhält mehrere einzelne Shim-Spulen 114, die auf einer zylindrischen Oberfläche rings um eine innere Gradientenspulenanordnung (wie sie bei 54 in 2 veranschaulicht ist) angeordnet sind. In Ausführungsformen kann die Matrix-Shim-Spule 86 ferner nicht abgeschirmte resistive Shim-Spulen zweiter oder höherer Ordnung (nicht veranschaulicht) enthalten. Die Shim-Spulen 114 können auf einer Leiterplatine geätzt sein, oder die Shim-Spulen 114 können aus einer kontinuierlichen Länge auf einem isolierten Kupferdraht, der in dem gewünschten Muster gewickelt wird, hergestellt werden. In einer Ausführungsform kann eine Leiterplatine einen FR4-Träger und geätztes Kupfer enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann eine Leiterplatine eine mehrschichtige Kapton-Leiterplatine mit verschachtelten Schichten aus geätztem Kupfer und Kapton-Isolierung sein.
Die Matrix-Shim-Spule 86 enthält n Reihen von Spulen entlang der z-Richtung (die der Mittelachse 76 entspricht) und m Spulen rings um den Umfang der zylindrischen Struktur, um ein n × m Array von Shim-Spulen 114 zu bilden. Je höher die Anzahl der einzelnen Shim-Spulen 114 in einer Matrix-Shim-Spule 86 ist, desto höher ist die Ordnung der räumlichen Harmonischen der B₀-Feldinhomogenitäten, die die Matrix-Shim-Spule 86 kompensieren kann. Z.B. enthält die in 3 veranschaulichte beispielhafte Matrix-Shim-Spule 86 vierundzwanzig (24) Shim-Spulen 114, die in vier Reihen entlang der Z-Richtung 76 angeordnet sind, und sie weist sechs (6) Shim-Spulen 114 in jeder Reihe entlang des Umfangs der zylindrischen Struktur auf. An sich kann die in 3 veranschaulichte beispielhafte Matrix-Shim-Spule 86 B₀-Feldinhomogenitäten kompensieren, die eine Ordnung der räumlichen Harmonischen von ungefähr bis zu Y_LM = Y₄₃ aufweisen.
In anderen Ausführungsformen kann die Matrix-Shim-Spule 86 eine 6×4-Matrix-Anordnung aufweisen. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Matrix-Shim-Spule 86 eine n×n-Anordnung von Shim-Spulen 114 enthalten. Außerdem können die Shim-Spulen 114 in der Matrix-Shim-Spule 86 in überlappenden Paaren oder Gruppen 116 angeordnet sein.
Die Shim-Spulen 114 können unterschiedliche Formen haben, wobei die Shim-Spulen 114 z.B. p-seitige Polygone oder kreisförmig sein können. Polygonale oder kreisförmige Shim-Spulen 114 können jedoch mit den Gradientenspulen 104 und 106 gekoppelt sein, die während der Taktung große Spannungen in der Matrix-Shim-Spule 86 induzieren können. Eine derartige Kopplung kann wiederum große Spannungen in der Shim-Ansteuereinrichtung 110 erfordern, um ein effektives Shimmen zu erreichen. Jede Kopplung zwischen der Matrix-Shim-Spule 86 und den Gradientenspulen 104 und 106 kann jedoch reduziert und/oder eliminiert werden, indem die einzelnen Shim-Spulen 114 zu einer Achter- oder Sanduhrgestalt verdreht werden. Insbesondere minimiert eine Achtergestalt den radialen Nettofluss der Gradientenspulen 104 und 106, was die Rückführspannung zu der Shim-Ansteuereinrichtung 110 reduziert. Weitere Konstruktionen für Shim-Spulen 114 und Matrix-Shim-Spulen 86 sind in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2014/0,184,222 offenbart, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen ist.
Indem nun auf 4 Bezug genommen wird, ist ein Flussdiagramm veranschaulicht, das ein Verfahren zur Kompensation von Wirbelströmen hoher Ordnung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Im Block 118 wird ein Patient oder Bildgebungsobjekt (wie bei 117 in 2 veranschaulicht) in die Magnetanordnung 56 entlang der Mittelachse 76 (z.B. einer z-Achse) auf einem Patiententisch oder einer Liege (wie bei 119 in 2 veranschaulicht) eingebracht. Der Patiententisch oder die Liege 119 wird anschließend in die Magnetanordnung 56 an dem Patientenende 78 eingeführt.
Im Block 120 wird die Matrix-Shim-Spule kalibriert. Wie anhand der Blöcke 122, 124 und 126 veranschaulicht, kann eine Kalibrierung der Matrix-Shim-Spule 86 ein Erzeugen eines reflektierenden Feldes, Abbilden des reflektierenden Feldes, um eine B₀-Feldinhomogenitätskarte zu erzeugen, und Ableiten von Shim-Signalformen aus der B₀-Feldinhomogenitätskarte enthalten, wobei die Shim-Signalformen gestaltet sind, um die durch das reflektierende Feld hervorgerufenen B₀-Feldinhomogenitäten zu reduzieren und/oder zu eliminieren. In Ausführungsformen kann das Ableiten der Shim-Signalformen 126 ein von der Kalibrierung 120 der Matrix-Shim-Spule 86 getrennter Prozess sein.
Wie im Block 122 veranschaulicht, kann das Erzeugen des reflektierenden Feldes ein Erregen einer oder mehrerer Gradientenspulen 104 im Block 128 enthalten. Die Gradientenspulen 104 können gleichzeitig, einzeln oder in Gruppen erregt werden. Z.B. können die x-, y- und z-Gradientenspulen 104 in einigen Ausführungsformen gleichzeitig erregt werden, während das erzeugte reflektierende Feld im Block 124 abgebildet wird. In anderen Ausführungsformen kann die x-Gradientenspule im Block 128 erregt werden, wobei das erzeugte reflektierende Feld im Block 124 abgebildet wird, gefolgt von einer Erregung der y-Gradientenspule im Block 128, während das erzeugte reflektierende Feld im Block 124 abgebildet wird, gefolgt von der Erregung der z-Gradientenspule im Block 128, während das zugehörige reflektierende Feld im Block 124 abgebildet wird. In noch weiteren Ausführungsformen können die x- und y-, y- und z- oder z- und x-Gradientenspulen im Block 128 erregt und das resultierende refelektierende Feld im Block 124 abgebildet werden, gefolgt durch eine Erregung der z-, x- oder y-Gradientenspule im Block 128 mit der Abbildung des zugehörigen reflektierenden Feldes im Block 124.
Ein Abbilden (Mapping) des reflektierenden Feldes im Block 124 kann die Verwendung eines oder mehrerer Sensoren zur Detektion des reflektierenden Feldes enthalten. In manchen Ausführungsformen können gesonderte Abbildungen miteinander kombiniert werden, um die B₀-Feldinhomogenitätskarte zu erzeugen. Falls z.B. die x-, y- und z-Gradientenspulen gesondert erregt und abgebildet würden, können die entsprechenden B₀-Feldinhomogenitäten miteinander kombiniert werden, um eine einzige B₀-Feldinhomogenitätskarte zu erzeugen. Anschließend werden Shim-Signalformen aus der B₀-Feldinhomogenitätskarte im Schritt 126 abgeleitet. Die abgeleiteten Shim-Signalformen können in einer Speicherkomponente, wie bspw. dem Speicher 30 oder 72, gespeichert werden.
Im Block 130 wird ein MR-Bildgebungsscan durchgeführt, während dessen B₀-Feldinhomogenitäten durch Modulation der Matrix-Shim-Spule 86 entsprechend den abgeleiteten Shim-Signalformen reduziert und/oder eliminiert werden, wie durch den Block 132 veranschaulicht. In Ausführungsformen können die Shim-Signalformen aus den Speicherkomponenten, wie bspw. dem Speicher 30 und 72, abgerufen und in die Shim-Ansteuereinrichtung 110 oder in einen anderen Prozessor, der die Shim-Ansteuereinrichtung 110 steuern kann, wie bspw. die CPU 28 oder 40, geladen werden. Die Shim-Ansteuereinrichtung 110 moduliert dann die Matrix-Shim-Spule 86 entsprechend den gewünschten Shim-Signalformen, wodurch der Effekt der B₀-Feldinhomogenitäten gemildert oder verringert wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können ferner dazu verwendet werden, B₀-Feldabweichungen zu kompensieren. B₀-Feldabweichungen sind Abweichungen bei der Orientierung/Ausrichtung des B₀-Feldes in Bezug auf die Mittelachse 76 (oder eine andere Achse, wie bspw. die x- oder y-Achse), die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen 104 herrühren. Die B₀-Feldabweichungen können das Ergebnis von Gradientenspuleninstallationsfehlern oder das Ergebnis eines beabsichtigten B₀-Feldversatzes sein.
Bezugnehmend auf 5 ist ein Flussdiagramm veranschaulicht, das ein Verfahren zur Kompensation von Gradientenspuleninstallationsfehlern zeigt. Im Block 134 wird ein Patient oder Bildgebungsobjekt (wie bei 117 in 2 veranschaulicht) in die Magnetanordnung 56 entlang der Mittelachse 76 (z.B. einer z-Achse) auf einem Patiententisch oder einer Liege (wie bei 119 in 2 veranschaulicht) eingebracht. Der Patiententisch oder die Liege 119 wird anschließend in die Magnetanordnung 56 an dem Patientenende 78 eingeführt.
Im Block 136 werden B₀-Feldabweichungen, die von Gradientenspuleninstallationsfehlern herrühren, bestimmt. Wie durch die Blöcke 138 und 140 veranschaulicht, kann das Bestimmen der B₀-Feldabweichungen ein Erzeugen eines reflektierenden Feldes und ein Abbilden des reflektierenden Feldes enthalten. Wie durch den Block 142 veranschaulicht, kann das Erzeugen des reflektierenden Feldes ein Erregen einer oder mehrerer Gradientenspulen 104 enthalten. Die Gradientenspulen 104 können in derselben Weise, wie vorstehend in Bezug auf den Block 128 beschrieben, erregt werden. In Ausführungsformen kann das Abbilden (Mapping) des reflektierenden Feldes im Block 140 ein Abbilden von B₀-Feldinhomogenitäten innerhalb des reflektierenden Feldes in einer ähnlichen Weise wie in dem in Bezug auf den Block 124 hierin beschriebenen Prozess enthalten. Z.B. kann das Abbilden 140 des reflektierenden Feldes ein Detektieren und/oder Erfassen des reflektierenden Feldes im Block 144 enthalten.
Im Block 146 werden die ermittelten B₀-Feldabweichungen dazu verwendet, Shim-Signalformen abzuleiten, die dazu ausgelegt sind, die von den Gradientenspuleninstallationsfehlern resultierenden B₀-Feldabweichungen zu reduzieren und/oder zu eliminieren. Die abgeleiteten Shim-Signalformen sind derart eingerichtet/ausgelegt, dass die gesamte B₀-Feldabweichung (z.B. die Summe der B₀-Abweichungen, die von Gradientenspuleninstallationsfehlern herrühren) in Gegenwart der durch die Matrix-Shim-Spule 86 erzeugten Shim-Felder reduziert oder eliminiert wird. Die abgeleiteten Shim-Signalformen können in einer Speicherkomponente, wie bspw. dem Speicher 30 oder 72, gespeichert werden. In Ausführungsformen kann das Ableiten 146 der Shim-Signalformen in der Bestimmung der B₀-Feldabweichungen im Block 136 enthalten sein.
Im Block 148 wird ein MR-Bildgebungssan durchgeführt, während dessen B₀-Feldinhomogenitäten, die von Gradientenspuleninstallationsfehlern herrühren, durch Modulation der Matrix-Shim-Spule 86 entsprechend den abgeleiteten Shim-Signalformen reduziert und/oder eliminiert werden, wie im Block 150 veranschaulicht. In Ausführungsformen können die Shim-Signalformen aus den Speicherkomponenten, wie bspw. dem Speicher 30 und 72, abgerufen und in die Shim-Ansteuereinrichtung 110 oder in einen anderen Prozessor, der die Shim-Ansteuereinrichtung 110 steuern kann, wie bspw. die CPU 28 oder 40, geladen werden. Die Shim-Ansteuereinrichtung 110 moduliert dann die Matrix-Shim-Spule 86 entsprechend den abgeleiteten Shim-Signalformen, wodurch der Effekt der B₀-Feldabweichungen gemildert und/oder verringert wird.
Bezugnehmend auf 6 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein Verfahren veranschaulicht, das das MR-Bildgebungssystem nach 1 enthält, um B₀-Versätze in einer oder mehreren Gradientenspulen zu kompensieren. Im Block 152 wird ein Patient oder Bildgebungsobjekt (wie bei 117 in 2 veranschaulicht) in die Magnetanordnung 56 entlang der Mittelachse 76 (z.B. eine z-Achse) auf einem Patiententisch oder einer Liege (wie bei 119 in 2 veranschaulicht) eingebracht. Der Patiententisch oder die Liege 119 wird anschließend in die Magnetanordnung 56 an dem Patientenende 78 eingeführt.
Im Block 154 werden Abweichungen, die von B₀-Versätzen herrühren, die hierin auch als B₀-Versatzabweichungen bezeichnet werden, bestimmt. Die B₀-Feldabweichungen, die von B₀-Versätzen herrühren, können bestimmt werden, 154, indem ein reflektierendes Feld erzeugt wird, 156, das reflektierende Feld abgebildet wird, 158, und Shim-Signalformen abgeleitet werden, 160. Wie durch den Block 162 veranschaulicht, kann das Erzeugen 156 des reflektierenden Feldes ein Erregen einer oder mehrerer Gradientenspulen 104 enthalten. Die Gradientenspulen 104 können in derselben Weise, wie vorstehend in Bezug auf den Block 128 beschrieben, erregt werden. In Ausführungsformen kann das Abbilden (Mapping) 158 des reflektierenden Feldes ein Abbilden von B₀-Feldinhomogenitäten innerhalb des reflektierenden Feldes in einer Weise entsprechend dem in Bezug auf den Block 124 hierin beschriebenen Prozess enthalten, um eine Detektion und/oder Erfassung des reflektierenden Feldes im Block 164 zu enthalten. In Ausführungsformen wird nur die räumlich homogene Komponente des reflektierenden Feldes gemessen, und jegliche räumlich abhängige reflektierende Feldkomponenten, wie bspw. räumliche harmonische Ausdrücke höherer Ordnung werden ingoriert. Es ist bemerkenswert, dass die B₀-Feldabweichung zeitlich variieren kann.
Im Block 160 werden die ermittelten B₀-Feldabweichungen verwendet, um Shim-Signalformen abzuleiten, die dazu ausgelegt sind, die von B₀-Versätzen resultierenden B₀-Feldabweichungen zu reduzieren und/oder zu eliminieren. Wie erkannt wird, können die abgeleiteten Shim-Signalformen in einer Speicherkomponente, wie bspw. dem Speicher 30 oder 72, abgespeichert werden. In Ausführungsformen kann das Ableiten 160 der Shim-Signalformen ein von der Bestimmung 154 der B₀-Feldversatzabweichungen getrennter Prozess sein.
Im Block 166 wird ein MR-Bildgebungsscan durchgeführt, während dessen B₀-Feldabweichungen, die von B₀-Versätzen herrühren, durch Modulation der Matrix-Shim-Spule 86 entsprechend den abgeleiteten Shim-Signalformen reduziert und/oder eliminiert werden. In Ausführungsformen können die Shim-Signalformen von den Speicherkomponenten, wie bspw. dem Speicher 30 und 72, abgerufen und in die Shim-Ansteuereinrichtung 110 oder in einen anderen Prozessor, der die Shim-Ansteuereinrichtung 110 steuern kann, wie bspw. die CPU 28 oder 40, geladen werden. Die Shim-Ansteuereinrichtung 110 moduliert dann die Matrix-Shim-Spule 86 entsprechend den abgeleiteten Shim-Signalformen, wodurch der Effekt der B₀-Feldabweichungen gemildert und/oder verringert wird, wie im Block 168 veranschaulicht.
Es sollte verstanden werden, dass die Shim-Signalformen, die anhand der vorstehend beschriebenen und in den 4–6 veranschaulichten Verfahren abgeleitet werden, miteinander kombiniert werden können. Das heisst, dass Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung B₀-Feldinhomogenitäten kompensieren können, die von reflektierenden Feldern herrühren/hervorgerufen werden, und B₀-Abweichungen kompensieren können, die von Gradientenspuleninstallationsfehlen und/oder B₀-Versätzen herrühren. Außerdem können, wie vorstehend erwähnt, B₀-Feldinhomogenitäten, die von Gradientenspuleninstallationsfehlern und/oder B₀-Versatzabweichungen herrühren, Abweichungen bei der Orientierung des B₀-Feldes sein, die hierin als B₀-Feldorientierungsabweichungen bezeichnet werden und die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen 104 herrühren. Demgemäß können die in den 5 und 6 veranschaulichten Verfahren als Verfahren zur Kompensation der Gradientenspulenausrichtung betrachtet werden.
Es sollte ferner verstanden werden, dass die vorstehende Beschreibung dazu bestimmt ist, veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein. Z.B. können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (und/oder deren Aspekte) in Kombination miteinander verwendet werden. Ausserdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren Umfang abzuweichen.
Zum Beispiel enthält in einer Ausführungsform ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem ein schnelles Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems, um Wirbelströme hoher Ordnung in dem System zu kompensieren. In manchen Ausführungsformen kompensiert die Matrix-Shim-Spule B₀-Feldinhomogenitäten mit räumlichen Harmonischen hoher Ordnung. In manchen Ausführungsformen wird das schnelle Modulieren des elektrischen Stroms in der Matrix-Shim-Spule durch eine Shim-Ansteuereinrichtung gesteuert, die für ein dynamisches Shimmen sorgt.
In manchen Ausführungsformen enthält das schnelle Modulieren des elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems ein Modulieren des elektrischen Stroms in einer ersten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule unabhängig von dem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule. In manchen Ausführungsformen kann der magnetische Strom in der Matrix-Shim-Spule entsprechend einer Shim-Signalform moduliert werden. In manchen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner ein Ableiten der Shim-Signalform aus einer oder mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten. In manchen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner ein Erzeugen der einen oder mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten durch Abbildung (Mapping) eines oder mehrerer reflektierender Felder. In manchen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner ein Erzeugen des einen oder der mehreren reflektierenden Felder durch Erregung einer oder mehrerer Gradientenspulen.
Weitere Ausführungsformen ergeben ein Verfahren zur Kompensation der Gradientenspulenausrichtung in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem. Das Verfahren enthält ein schnelles Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems, um eine oder mehrere B₀-Feldorientierungsabweichungen abzuschwächen, die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen herrühren. In manchen Ausführungsformen weisen die eine oder mehreren B₀-Feldorientierungsabweichungen hohe Ordnungen der räumlichen Harmonischen auf. In manchen Ausführungsformen wird das schnelle Modulieren des elektrischen Stroms in der Matrix-Shim-Spule durch eine Shim-Ansteuereinrichtung gesteuert, die für ein dynamisches Shimmen sorgt. In manchen Ausführungsformen enthält das schnelle Modulieren eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule des Magnetresonanz-Bildgebungssystems, um eine oder mehrere B₀-Feldorientierungsabweichungen abzuschwächen, die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen herrühren, ein Modulieren des elektrischen stroms einer ersten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule unabhängig von dem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule. In manchen Ausführungsformen wird der magnetische Strom in der Matrix-Shim-Spule entsprechend einer Shim-Signalform moduliert. In manchen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner ein Generieren eines oder mehrerer reflektierender Felder durch Erregung einer oder mehrerer Gradientenspulen, Erzeugen einer oder mehrerer B₀-Feldinhomogenitätskarten durch Abbildung des einen oder der mehreren reflektierenden Felder und Ableiten der Shim-Signalformen aus der einen oder den mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten. In manchen Ausführungsformen ist die Ausrichtung der einen oder mehreren Gradientenspulen ein Installationsfehler. In manchen Ausführungsformen ist die Ausrichtung der einen oder mehreren Gradientenspulen ein B₀-Versatz.
Noch weitere Ausführungsformen ergeben eine Matrix-Shim-Spulenvorrichtung zur Kompensation von Wirbelstürmen hoher Ordnung in einem Magnetresonanz-Bildgebungsystem. Die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung enthält eine Matrix-Shim-Spule, die eingerichtet ist, um B₀-Feldinhomogenitäten mit hohen Ordnungen der räumlichen Harmonischen zu kompensieren, wobei ein elektrischer Strom in einer ersten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule unabhängig von dem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule der Matrix-Shim-Spule schnell moduliert wird. In manchen Ausführungsformen enthält die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung ferner eine Shim-Ansteuereinrichtung, die eingerichtet ist, um den magnetischen Strom in der Matrix-Shim-Spule entsprechend einer Shim-Signalform zu modulieren. In manchen Ausführungsformen ist die Shim-Ansteuereinrichtung eingerichtet, um für ein dynamisches Shimmen zu sorgen. Die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung kann wenigstens einen Prozessor enthalten, der eingerichtet ist, um ein oder mehrere reflektierende Felder durch Erregung einer oder mehrerer Gradientenspulen zu generieren, B₀-Feldinhomogenitätskarten durch Abbildung des einen oder der mehreren reflektierenden Felder zu erzeugen und die Shim-Signalformen aus der einen oder den mehreren erzeugten B₀-Feldinhomogenitätskarten abzuleiten.
Während die Abmessungen und Materialarten, wie sie hierin beschrieben sind, dazu bestimmt sind, die Parameter der Erfindung zu definieren, sind sie außerdem in keiner Weise beschränkend, und sie stellen beispielhafte Ausführungsformen dar. Viele weitere Ausführungsformen werden sich Fachleuten auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der vorstehenden Beschreibung erschließen. Der Umfang der Erfindung sollte folglich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemeinsam mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. In den beigefügten Ansprüchen werden die Ausdrücke „enthalten“ und „in der/dem/denen“ als die sprachlichen Äquivalente für die jeweiligen Ausdrücke „aufweisen“ und „worin“ verwendet. Außerdem werden in den folgenden Ansprüchen Ausdrücke, wie bspw. „erste“, „zweite“, „dritte“, „obere“, „untere“, „unten“, „oben“ etc., lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sind nicht dazu bestimmt, ihren Objekten irgendwelche numerischen oder positionsmäßigen Anforderungen aufzuerlegen. Ferner sind die Merkmale der folgenden Ansprüchen nicht in einem Mittel-plus-Funktion-Format geschrieben, und sie sollen nicht basierend auf 35 U.S.C. § 112 (f) interpretiert werden, sofern derartige Anspruchsmerkmale nicht ausdrücklich die Formulierung „Mittel zur“, gefolgt von einer Angabe der Funktion ohne eine weitere Struktur verwenden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Ausführungsformen der Erfindung auszuführen, wozu die Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
In dem hierin verwendeten Sinne sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, derart verstanden werden, dass es mehrere derartige Elemente oder Schritte nicht ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Außerdem sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würde dies die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Darüber hinaus können Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „enthalten“ oder „haben“, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, zusätzlich derartie Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht haben.
Da bestimmte Veränderungen an der vorstehend beschriebenen Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von dem hierin umfassten Rahmen und Umfang der Erfindung abgewichen wird, besteht die Absicht, dass der gesamte Gegenstand der vorstehenden Beschreibung, und wie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, lediglich als Beispiele interpretiert werden sollte, die das erfindungsgemäße Konzept hierin veranschaulichen, und nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden soll.
Ein Verfahren zum Verbessern der Bildqualität in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem 10 enthält ein schnelles Modulieren 132 eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule 86 des Magnetresonanz-Bildgebungssystems 10, wobei das schnelle Modulieren 132 Wirbelströme hoher Ordnung in dem System 10 kompensiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. § 112 (f) [0067]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem (10), das aufweist: schnelles Modulieren (132) eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule 86 des Magnetresonanz-Bildgebungssystems (10), wobei das schnelle Modulieren (132) Wirbelströme hoher Ordnung in dem System (10) kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Matrix-Shim-Spule (86) B₀-Feldinhomogenitäten mit räumlichen Harmonischen hoher Ordnung kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das schnelle Modulieren (132) des elektrischen Stroms in der Matrix-Shim-Spule (86) durch eine Shim-Ansteuereinrichtung (110) gesteuert wird, die für ein dynamisches Shimmen sorgt; und/oder wobei das schnelle Modulieren (132) eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule (86) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems (10) aufweist: Modulieren des elektrischen Stroms in einer ersten Shim-Spule (114) der Matrix-Shim-Spule (86) unabhängig von einem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule (114) der Matrix-Shim-Spule (86).
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner aufweist: Ableiten (126) einer Shim-Signalform aus einer oder mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten, wobei der magnetische Strom in der Matrix-Shim-Spule (86) entsprechend der abgeleiteten Shim-Signalform moduliert wird (132).
Verfahren zum Kompensieren einer Ausrichtung einer Gradientenspule (104) in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem (10), wobei das Verfahren aufweist: schnelles Modulieren (150) eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule (86) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems (10), um eine oder mehrere B₀-Feldorientierungsabweichungen, die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen (104) herrühren, abzuschwächen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die eine oder mehrere B₀-Feldorientierungsabweichungen hohe Ordnungen der räumlichen Harmonischen aufweisen; und/oder wobei die Ausrichtung der einen oder mehreren Gradientenspulen (104) wenigstens entweder ein Installationsfehler und/oder ein B₀-Versatz ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das schnelle Modulieren (150) des elektrischen Stroms in der Matrix-Shim-Spule (86) durch eine Shim-Ansteuereinrichtung (110) gesteuert wird, die für ein dynamisches Shimmen sorgt; und/oder wobei das schnelle Modulieren (150) eines elektrischen Stroms in einer Matrix-Shim-Spule (86) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems (10) zur Abschwächung einer oder mehrerer B₀-Feldorientierungsabweichungen, die von der Ausrichtung einer oder mehrerer Gradientenspulen (104) herrühren, aufweist: Modulieren des elektrischen Stroms in einer ersten Shim-Spule (114) der Matrix-Shim-Spule (86) unabhängig von einem elektrischen Strom in einer zweiten Shim-Spule (114) der Matrix-Shim-Spule (86).
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 5–7, wobei das Verfahren ferner aufweist: Generieren (138) eines oder mehrerer reflektierender Felder durch Erregung (142) einer oder mehrerer Gradientenspulen (104); Erzeugen (140) einer oder mehrerer B₀-Feldinhomogenitätskarten durch Abbildung des einen oder der mehreren reflektierender Felder und Ableiten (146) einer Shim-Signalform aus der einen oder den mehreren B₀-Feldinhomogenitätskarten, wobei der magnetische Strom in der Matrix-Shim-Spule (86) entsprechend der abgeleiteten Shim-Signalform moduliert wird.
Matrix-Shim-Spulenvorrichtung zur Kompensation von Wirbelströmen hoher Ordnung in einem Magnetresonanz-Bildgebungssystem (10), wobei die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung aufweist: eine Matrix-Shim-Spule (86), die eingerichtet ist, um B₀-Feldinhomogenitäten mit hohen Ordnungen der räumlichen Harmonischen durch schnelle Modulation (132) eines elektrischen Stroms in einer ersten Shim-Spule (114) der Matrix-Shim-Spule (86) unabhängig von einer zweiten shim-Spule (114) der Matrix-Shim-Spule (86) zu kompensieren.
Matrix-Shim-Spulenvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung ferner eine Shim-Ansteuer-einrichtung (110) aufweist, die eingerichtet ist, um den magnetischen Strom in der Matrix-Shim-Spule (86) entsprechend einer Shim-Signalform zu modulieren; wobei die Shim-Ansteuereinrichtung (110) vorzugsweise dazu eingerichtet ist, für ein dynamisches Shimmen zu sorgen.
Matrix-Shim-Spulenvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Matrix-Shim-Spulenvorrichtung ferner aufweist: wenigstens einen Prozessor (28, 40), der eingerichtet ist, um: ein oder mehrere reflektierende Felder durch Erregung (142) einer oder mehrerer Gradientenspulen (104) zu generieren (138); B₀-Feldinhomogenitätskarten durch Abbildung des einen oder der mehreren reflektierenden Felder zu erzeugen (140); und die Shim-Signalform aus der einen oder den mehreren erzeugten B₀-Feldinhomogenitätskarten abzuleiten (146).