DE102021203257A1

DE102021203257A1 - Magnetresonanztomograph und Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen mit beschränkter Bandbreite

Info

Publication number: DE102021203257A1
Application number: DE102021203257.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schneider; Georg Seegerer; Markus Vester; Stephan Kannengiesser; Jürgen Nistler
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220317213A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomographen, der eine Magneteinheit mit einer Magnetsteuerung zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes aufweist. Die Magnetsteuerung ist ausgelegt, in einer kurzen vorbestimmten Zeit innerhalb einer Bilderfassung eines Untersuchungsobjektes das B0 Magnetfeld derart zu verändern, dass eine Larmorfrequenz für eine vorbestimmte Schicht des Untersuchungsobjektes in einem vorbestimmten Frequenzbereich verbleibt. In einem Schritt des Verfahrens wird eine Schicht in dem Untersuchungsobjekt ausgewählt und ein Werte für das BO-Feld durch eine Steuereinheit bestimmt, bei dem unter Berücksichtigung eines für die Bilderfassung vorbestimmten Magnetfeldgradienten die Larmorfrequenzen der zu erfassenden Kernspins der Schicht in einem vorbestimmten Frequenzband liegen. Der ermittelte Wert für das BO-Magnetfeld und der vorbestimmte Magnetfeldgradienten wird mittels der Magnetsteuerung und der Magneteinheit eingestellt und eine Anregungspuls ausgesendet, dessen Frequenzen nur in dem vorbestimmten Frequenzband liegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomographen und ein Verfahren zum Betrieb des Magnetresonanztomographen. Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist eine Magneteinheit mit einer Magnetsteuerung zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes B0 und eines Magnetfeldgradienten, wobei die Magnetsteuerung ausgelegt ist, in einer kurzen vorbestimmten Zeit innerhalb einer Bilderfassung eines Untersuchungsobjektes das B0 Magnetfeld zu verändern. In dem Verfahren wird eine Schicht in dem Untersuchungsobjekt für die Bilderfassung bestimmt und ein Anregungspuls für die bestimmte Schicht ausgesendet.
Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Untersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Antennen empfangen wird.
Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjektes bereitgestellt. Zum Empfang des Signals werden vorzugsweise lokale Empfangsantennen, sogenannte Lokalspulen verwendet, die zur Erzielung eines besseren Signal-Rauschabstandes unmittelbar am Untersuchungsobjekt angeordnet werden. Die Empfangsantennen können auch in einer Patientenliege verbaut sein.
Magnetresonanztomographen erfordern in zweierlei Hinsicht eine Hochfrequenzabschirmung. Zum einen werden zur Anregung der Kernspins Hochfrequenzimpulse mit Leistungen im Kilowattbereich erzeugt, die nur teilweise im Patienten absorbiert werden. Radiowellen, die die Patientendurchführung verlassen, werden in den Raum abgestrahlt und müssen daher zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten abgeschirmt werden.
Umgekehrt sind die für die Bildgebung zu empfangenden Magnetresonanzsignale extrem schwach. Um hier ein ausreichendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen, ist eine Abschirmung externer Störsignal erforderlich.
Deshalb werden im Stand der Technik um einen Magnetresonanztomographen aufwändige Schirmkabinen installiert, um sowohl Emissionen als auch Immissionen zu reduzieren.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, den Aufwand für eine Schirmung zu reduzieren.
Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb des Magnetresonanztomographen nach Anspruch 1 sowie einen erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen nach Anspruch 4 gelöst.
Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist eine Magneteinheit mit einer Magnetsteuerung zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes BO-Feldes auf. Das homogene Magnetfeld B0 sorgt für die Ausrichtung der Kernspins und gibt die Larmorfrequenz für Kernspins vor. Vorzugsweise wird das BO-Feld zum vorwiegenden Anteil durch einen supraleitenden Magneten erzeugt, bei geringen Feldstärken, z.B. kleiner als 0.5T, ist es aber auch denkbar, dass das Feld durch einen resistiven Elektromagneten erzeugt wird oder einen Permanentmagneten.
Die Magnetsteuerung ist ausgelegt, in einer kurzen vorbestimmten Zeit innerhalb einer Bilderfassung eines Untersuchungsobjektes das B0 Magnetfeld zu verändern. Beispielsweise kann die Magnetsteuerung einen Strom durch den resistiven Elektromagneten verändern. Wie zu einem nachfolgenden Anspruch dargelegt, kann die Magneteinheit auch eine zusätzliche resistive Spule aufweisen, mit der die Magnetsteuerung das homogene Magnetfeld des supraleitenden Magneten oder des Permanentmagneten zu einem in gewissen Rahmen in der Feldstärke veränderlichen homogenen Magnetfeld B0 modifiziert. Das Magnetfeld kann beispielsweise um mehr als 1 mT, 10 mT, 50 mT oder 100 mT verändert werden. Als kurze vorbestimmte Zeit wird dabei eine Zeitspanne innerhalb einer Sequenz angesehen, insbesondere zwischen einem Anregungspuls und einem Auslesevorgang bzw. Empfangszeitraum, beispielsweise kürzer als 0,5 s, 0,1s, 50 ms, 10 ms, 1 ms, 0,5 ms oder 100 Microsekunden. Das homogene Magnetfeld B0 unterscheidet sich dabei insbesondere von inhomogenen Gradientenfeldern und weist einen vernachlässigbaren räumlichen Gradienten im Untersuchungsbereich (Field of View) auf, beispielsweise kleiner 10 mT/m, 2 mT/m, 0,5 mT/m, 0,1 mT/m. Das homogene Magnetfeld B0 kann auch durch die Homogenität über das Field of View charakterisiert sein, die sich durch einen Wert kleiner 100 ppm Abweichung auszeichnet.
Eine Steuereinheit des Magnetresonanztomographen ist ausgelegt, dabei die Veränderung des homogenen Magnetfelds B0 derart zu bestimmen, dass eine Larmorfrequenz für eine vorbestimmte Schicht des Untersuchungsobjektes in einem vorbestimmten Frequenzbereich verbleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen wird auf einem erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen mit einer Magneteinheit und einer Magnetsteuerung zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes B0 und einer Steuereinheit ausgeführt.
In einem Schritt des Verfahrens wird eine Schicht in dem Untersuchungsobjekt bestimmt, deren Kernspins für die Bilderfassung anzuregen sind. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer Sequenz und eines bereits festgelegten abzubildenden Bereichs durch die Steuereinheit erfolgen. Dabei können mehrere Schichten entlang einer Scan-Achse aufeinander folgen und nacheinander in einer Wiederholung des erfindungsgemäßen Verfahrens angeregt werden, um ein vorbestimmtes Volumen des Untersuchungsobjektes zu erfassen.
In einem weiteren Schritt ermittelt die Steuereinheit einen Werte für das BO-Feld, bei dem unter Berücksichtigung eines für die Bilderfassung vorbestimmten Magnetfeldgradienten die Larmorfrequenzen der zu erfassenden Kernspins der Schicht in einem vorbestimmten Frequenzband liegen. Beispielsweise kann durch Addition des BO-Feldes und dem Produkt aus Magnetfeldgradienten und dem Ort entlang der Achse des Magnetfeldgradienten das effektive Magnetfeld in der Schicht berechnet werden. Durch die Dicke der Schicht entlang des Magnetfeldgradienten ergibt sich daraus ein Wertebereich für das Magnetfeld in der Schicht mit einem Minimum und einem Maximum. Liegen die zu diesem Magnetfeld-Wertebereich korrespondierende Larmorfrequenzen der zu erfassenden Kernspins außerhalb des vorbestimmten Bereiches, ermittelt die Steuereinheit die Differenz zwischen Maximum (wenn die Frequenz oberhalb liegt) bzw. Minimum (wenn die Frequenz unterhalb liegt) und der nächstliegenden Grenze des vorbestimmten Bereichs von der Steuereinheit und bestimmt dazu einen korrespondierenden Differenzwert der Frequenzen und damit eines korrespondierenden Magnetfeldes für die zu erfassenden Kernspins. Es ist dabei denkbar, dass der Magnetfeldwertebereich mit Sicherheitsabstand bestimmt wird, um beispielsweise zu berücksichtigen, dass ein Anregungspuls von endlicher Dauer nicht beliebig scharf abfallende Flanken im Frequenzraum aufweisen kann.
In einem anderen Schritt stellt die Steuereinheit den ermittelten Wert für das BO-Feld und den vorbestimmten Magnetfeldgradienten mittels der Magnetsteuerung und der Magneteinheit ein. Beispielsweise kann bei einem supraleitenden Feldmagneten oder Permanentmagneten zur Erzeugung des homogenen Magnetfeldes B0 ein homogenes Korrekturfeld mit einer dem Differenzwert entsprechenden Feldstärke durch eine resistive Modulationsspule der Magneteinheit erzeugt werden.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anregungspuls zum Anregen der Kernspins in der vorbestimmten Schicht ermittelt und ausgesendet. Aufgrund des im vorhergehend beschriebenen Schritt ermittelten homogenen Magnetfeldes sind dabei dessen Frequenzen nur in dem vorbestimmten Frequenzband. Beispielsweise kann durch eine FFT aus der Rechteckfunktion bzw. mit einer Fensterfunktion gefalteten Rechteckfunktion im Frequenzraum der Anregungspuls berechnet werden.
Auf vorteilhafte Weise kann mittels der erfindungsgemäßen Magnetresonanzvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei hohen Gradientenfeldern die Emission in einem beschränkten Frequenzbereich gehalten werden, der beispielsweise höhere Emissionen zulässt und so reduzierte Abschirmmaßnahmen erlaubt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden zu den Unteransprüchen angegeben.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der vorbestimmte Frequenzbereich in einem ISM-Band (Industry, Science and Medical Band). ISM-Bänder sind regulatorisch vorgegebene Frequenzbänder, für die höhere Emissionswerte zulässig sind. Für Magnetresonanzanlagen interessante ISM Bänder liegen beispielsweise zwischen 26,957 MHz und 27,283 MHz oder 40,66 MHz und 40,70 MHz.
Auf vorteilhafte Weise sind in ISM-Bändern höhere Emissionswerte erlaubt, was eine weniger aufwändige Abschirmung oder einen Verzicht darauf erlaubt.
Auch ist es denkbar, das verbleibenden Emissionen durch eine aktive Entstörung mittels destruktiver Interferenz ohne eine Schirmkabine unter gesetzliche Grenzwerte reduziert wird.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen ist die Magnetsteuerung ausgelegt, eine Polarität eines Magnetfeldgradienten umzukehren, beispielsweise indem die Stromrichtung durch die Gradientenspulen umgekehrt wird, sei es beispielsweise durch eine Treiberschaltung, die die Flussrichtung umkehren kann oder eine Schaltvorrichtung, mit der die Magnetsteuerung die Anschlüsse der Gradientenspulen an dem Treiber vertauschen kann.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Schritt auf, den ermittelten Wert des BO-Feldes mit einem vorbestimmten Wertebereich zu vergleichen.
Vorzugsweise korrespondiert der vorbestimmte Wertebereich über die in dem BO-Feld und Magnetfeldgradienten in der bestimmten Schicht anzuregenden Kernspins und deren Larmorfrequenz mit einem Frequenzbereich und damit mit dem vorbestimmten Frequenzband.
Es ist auch denkbar, dass der ermittelte Wert für das BO-Feld durch den Magnetresonanztomographen ausführbare Werte übersteigt. Beispielsweise ist bei einem Permanentmagneten oder einem supraleitenden Feldmagneten das homogene Magnetfeld kurzfristig nicht veränderbar, sodass eine Variation des homogenen BO-Feldes durch eine resistive Magnetspule erzielt werden muss. Diese Variation ist aber durch die Stromstärke auf ein maximales Delta-B0 begrenzt.
Liegt der ermittelte Wert für das BO-Feld außerhalb des vorbestimmten Wertebereichs für das BO-Feld, beispielsweise weil die korrespondierenden Frequenzen des Anregungspulses außerhalb des vorbestimmten Frequenzbandes liegen, und/oder der Wert des BO-Feldes nicht von der Magnetsteuerung mit der Magneteinheit erzeugbar ist, so kehrt die Steuereinheit die Polarität des vorbestimmten Magnetfeldgradienten um und wiederholt den Schritt des Ermittelns eines Wertes für das BO-Feld mit dem Magnetfeldgradienten umgekehrter Polarität.
Die Schichtselektion ist in den meisten Sequenzen abhängig von der Magnetfeldstärke am Ort der Schicht, nicht jedoch vom Vorzeichen des Gradienten. Auf vorteilhafte Weise kann es die Umkehr des Magnetfeldgradienten ermöglichen, alle Schichten des Untersuchungsbereichs anzuregen, ohne das Frequenzband zu verlassen. Beispielsweise kann eine Drift des statischen Magnetfeldes des supraleitenden Feldmagneten vorliegen, bei der die Larmorfrequenz der Kernspins nicht mehr in der Mitte des vorbestimmten Frequenzbandes liegt.
Es wäre in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen sogar denkbar, dass der Feldmagnet in seiner Feldstärke so eingestellt ist, dass die Larmorfrequenz der Kernspins am Rande des vorbestimmten Frequenzbandes liegt. Auf diese Weise lässt sich bei vorgegebenem Betrag der Gradientenfeldstärke und des von der resistiven Spule erzielbaren Magnetfeldes ein möglichst großes Volumen entlang der Gradientenachse unter Einhaltung des Frequenzbandes anzuregen und in der Bildgebung zu erfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das vorbestimmte Frequenzband ein ISM Band (Industrial, Science, Medical-Band).
Auf vorteilhafte Weise sind in einem ISM-Band höhere Emissionswerte zulässig und diese können ohne oder mit einer reduzierten Abschirmung und/oder aktiver Störunterdrückung eingehalten werden.
Es wäre auch ein System aus zwei erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen denkbar. Die beiden Magnetresonanzsysteme weisen dabei zwei unterschiedliche disjunkte Frequenzbereiche auf, in denen Sie jeweils die Anregungspulse gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aussenden. Insbesondere kann durch den Polaritätswechsel des Magnetfeldgradienten auf vorteilhafte Weise erreicht werden, dass der Frequenzbedarf je System halbiert wird.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen;
2 eine schematische einer anzuregenden Schicht und der beteiligten Magnetfelder;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1.
Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. des Patienten 100 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich zeichnet sich durch ein äußerst homogenes statisches Magnetfeld B0 aus, wobei die Homogenität insbesondere die Magnetfeldstärke bzw. den Betrag betrifft. Der Aufnahmebereich ist nahezu kugelförmig und in einem Patiententunnel 16 angeordnet, der sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. Eine Patientenliege 30 ist in dem Patiententunnel 16 von der Verfahreinheit 36 bewegbar. Üblicherweise handelt es sich bei dem Feldmagneten 11 um einen supraleitenden Magneten, der magnetische Felder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3T, bei neuesten Geräten sogar darüber, bereitstellen kann. Für geringere Magnetfeldstärken können jedoch auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden.
Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Untersuchungsvolumen dem Magnetfeld B0 zeitlich und räumlich variable Magnetfelder in drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 sind üblicherweise Spulen aus normalleitenden Drähten, die zueinander orthogonale Felder in dem Untersuchungsvolumen erzeugen können.
Die Magneteinheit 10 weist ebenfalls eine Körperspule 14 auf, die dazu ausgelegt ist, ein über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 100 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben.
Eine Steuereinheit 20 versorgt die Magneteinheit 10 mit den verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 und wertet die empfangenen Signale aus.
So weist die Steuereinheit 20 eine Gradientenansteuerung 21 auf, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zuleitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die erwünschten Gradientenfelder in dem Untersuchungsvolumen bereitstellen.
Weiterhin weist die Steuereinheit 20 eine Hochfrequenzeinheit 22 auf, die ausgelegt ist, einen Hochfrequenz-Puls mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf, Amplitude und spektraler Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 100 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden. Die Anregungspulse können über die Körperspule 14 oder auch über eine lokale Sendeantenne in den Patienten 100 abgestrahlt werden.
Eine Steuerung 23 kommuniziert über einen Signalbus 25 mit der Gradientensteuerung 21 und der Hochfrequenzeinheit 22.
Auf dem Patienten 100 ist eine Lokalspule 50 angeordnet, die über eine Anschlussleitung 33 mit der Hochfrequenzeinheit 22 und deren Empfänger verbunden ist.
In der 1 ist weiterhin die Magnetsteuerung 60 zur Veränderung des homogenen Magnetfeldes B0 als Teil der Gradientensteuerung 21 angegeben, kann aber auch völlig getrennt von dieser ausgeführt sein. Von der Magnetsteuerung 60 werden zwei Modulationsspulen 70 versorgt, die in Art eines Helmholtz-Spulenpaares axial um die z-Achse durch die Mitte des Patiententunnels 16 angeordnet sind. Werden beide Modulationsspulen 70 von der Magnetsteuerung 70 mit einem Strom in gleicher Flussrichtung bezüglich der Windung bzw. Drehsinn um die z-Achse angesteuert, so erzeugen sie ein homogenes Magnetfeld im Aufnahmebereich oder zumindest einem Teil davon, der in einer Messung erfasst werden soll, und im Folgenden auch als Messvolumen bezeichnet wird. Das erzeugte homogene Magnetfeld der Modulationsspulen 70 ist dem Magnetfeld des supraleitenden Feldmagneten 11 überlagert und erzeugt mit diesem gemeinsam ein veränderliches homogenes BO-Feld.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung auch denkbar, die Gradientenspulen 12 paarweise, d.h. das gegenüber liegenden Gx-Spulenpaar, Gy-Spulenpaar oder Gz-Spulenpaar zu einer homogenen Veränderung der Magnetfeldstärke des homogenen Magnetfeldes B0 zu nutzen. Dazu muss jedoch die Gradientensteuerung 21 als Magnetsteuerung 60 mit unabhängigen Treibern für beide Magnetspulen eines Paares ausgestattet sein, um in beiden Spulen des Paares einen gleichsinnigen Gleichstromanteil zu erzeugen. Mit anderen Worten, betrachtet man den Strom durch die Spulen als Vektor, wobei bei gleicher Stromrichtung die Spulen eines Paares Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung in einem Messvolumen erzeugen, so sind die Spulen eines Paares bei der Verwendung als Gradientenspule so verschaltet, dass der Strom durch die erste Spule gerade gegensinnig zur Stromrichtung der zweite Spule des Paares fließt. Bei einer Addition der Ströme mit Vorzeichen haben dann beide beim Einsatz als Gradientenspule entgegengesetztes Vorzeichen und heben sich gerade auf, sodass sich die erzeugten Magnetfelder entsprechend in der Symmetrieebene zwischen den Spulen des Paares ebenfalls aufheben. Beim erfindungsgemäßen Einsatz hingegen addieren sich die Magnetfelder der beiden Spulen zu einem von Null verschiedenen Anteil, der eben die Magnetfeldstärke des homogenen Magnetfeldes über das Messvolumen oder den ganzen Aufnahmebereich konstant verändert. Dies lässt sich beispielsweise durch separate Leistungsstufen zur Erzeugung der Ströme für jede einzelne Spule eines Paares erzielen, wobei die Magnetsteuerung 60 ausgelegt ist, beide mit einem gleichsinnigen Gleichstromanteil zum Erzeugen des homogenen Magnetfeldes zu speisen.
Überlagert sind je nach Sequenz zeitweise die Gradientenfelder, wie es auch im Stand der Technik für die unterschiedlichen Sequenzen üblich ist.
2 zeigt schematisch die Abhängigkeiten der anzuregenden Schicht und der anliegenden Magnetfelder. Die Ordinate gibt einen Ort entlang der z-Achse des Magnetresonanztomographen an. Die Abszisse gibt das magnetische Feld als Funktion des Ortes entlang der z-Achse an. Der Wert B_0F gibt dabei den Wert des homogenen statischen Magnetfeldes an, das von dem Feldmagneten 11 erzeugt wird, beispielsweise von einem supraleitenden Feldmagneten 11 oder einem Permanentmagneten. Die mit G+ und G- bezeichneten diagonalen Linien geben dabei den Wert des überlagerten Gradienten-Magnetfeldes und des homogenen Magnetfeldes B0 als Funktion des Ortes entlang der z-Achse an.
An einem Ort z1 ergibt sich damit ein Wert B_0M, der über das magnetische Moment der anzuregenden Kernspins mit der Larmorfrequenz der Kernspins für dies Magnetfeld korrespondiert. Für das Wasserstoffatom bzw. Proton ist die Larmorfrequenz bei B0 = 1T ungefähr 42.6 MHz.
Um eine Schicht z1 +/- dz anzuregen, muss das Anregungssignal einen Frequenzbereich umfassen, der über das kernmagnetische Moment den Magnetfeldstärken B_0M +/- dB entspricht.
Um eine Schicht am Ort -z1 bei gleichstarkem Magnetfeldgradienten G+ anzuregen, wäre eine Mittenfrequenz erforderlich, die zu 2*B_0F - B_0M korrespondiert, sich also um die doppelte Differenz B_0M - B_0F unterscheiden. Wird jedoch der Gradient zu G- invertiert, so kann diese Schicht am Ort -z1 bei der gleichen Magnetfeldstärke B_0M angeregt werden. Insgesamt lässt sich auf vorteilhafte Weise der für die Abbildung zwischen - z1 und +z1 benötigte Frequenzbereich halbieren. Durch ein überlagertes homogenes Magnetfeld der Modulationsspulen 70 kann der Frequenzbereich noch weiter reduziert werden.
Zwar ließe sich der Frequenzbereich ohne Gradientenfeldumkehr auch durch ein stärkeres Modulationsfeld der Modulationsspulen 70 erreichen, allerdings ist bei resistiven Modulationsspulen ein stärkerer Strom mit entsprechend höherem Energieverbrauch und Wärmeentwicklung verbunden.
Bei geeigneter Auswahl des statischen Magnetfeldes B0 des supraleitenden Feldmagneten 11 lässt sich für eine gegebene Gradientenfeldstärke so auch der Energieverbrauch der Modulationsspulen 70 minimieren.
Auf vorteilhafte Weise kann so bei einem vorgegebenen maximalen Graddienten und einem vorbestimmten Erfassungsbereich +/z1 der benötigte Frequenzbereich halbieren. Denkbar wäre es auch, dass sich ein System von zwei Magnetresonanztomographen einen vorgegebenen Frequenzbereich teilen, das sonst allein durch einen Magnetresonanztomographen 1 ohne Gradientenumkehr belegt würde.
Dies ist besonders relevant, wenn wegen der gesetzlichen Emissionsbeschränkungen ISM-Bänder genutzt werden, um auf eine vollständige Abschirmung verzichten zu können. Für Magnetresonanzanlagen interessante ISM Bänder liegen beispielsweise zwischen 26,957 MHz und 27,283 MHz oder 40,66 MHz und 40,70 MHz, deren Bandbreite geringer als der normalerweise benötigte Frequenzbereich eines Magnetresonanztomographen ist. Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph ist deshalb insbesondere für geringe Magnetfelder kleiner 1T relevant.
In 3 ist ein schematischer Ablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt.
In einem Schritt S10 wird eine Schicht in dem Untersuchungsobjekt bestimmt, deren Kernspins für die Bilderfassung anzuregen sind. Üblicherweise erfolgt dies durch die Steuereinheit 20, die im Rahmen einer Bilderfassung eines Volumens dieses in Schichten unterteilt und die Schichten dann nacheinander für die nachfolgende Erfassung der Magnetresonanzsignale anregt. Es ist aber auch denkbar, dass für die Erfassung einer einzelnen Schicht diese unmittelbar durch eine Bedienperson festgelegt wird.
In einem weiteren Schritt S20 ermittelt die Steuereinheit 20 einen Wert für das BO-Feld, bei dem unter Berücksichtigung eines für die Bilderfassung vorbestimmten Magnetfeldgradienten die Larmorfrequenzen der zu erfassenden Kernspins der Schicht in einem vorbestimmten Frequenzband liegen. Dies entspricht in der 2 einem Verschieben des Gradienten G+ bzw. G- entlang der Abszisse, bis der Schnittpunkt aus Gradienten und den Gerade parallel zur Abszisse durch die Ordinaten z1 + dz bzw. z1 - dz, die die anzuregende Schicht begrenzen in einem Magnetfeldbereich liegen, der Larmorfrequenzen in dem vorbestimmten Frequenzband liegen. Sollte der entsprechende Frequenzbereich eines Anregungspulses größer als das vorbestimmte Frequenzband sein, so ist es denkbar, dass die Steuereinheit die Schicht in dünnere Teilschichten unterteilt und diese nacheinander erfasst. Sofern es die verwendete Sequenz erlaubt, wäre auch ein Reduzieren des Magnetfeldgradienten möglich. Der Schritt S20 Bestimmen wird dann vorzugsweise mit den veränderten Eingangsparametern wiederholt.
In einem weiteren Schritt S30 stellt die Magnetsteuerung 60 die ermittelten Werte für das homogene BO-Feld und den vorbestimmten Magnetfeldgradienten mittels der Magneteinheit 10 ein. Bei einem Permanentmagneten oder supraleitenden Feldmagneten wird beispielsweise ein entsprechender Gleichstrom durch die Modulationsspulen 70 eingestellt, der ein Magnetfeld mit dem Differenzwert zwischen Magnetfeldstärke des Feldmagneten und dem ermittelten Wert für das homogene B0-Feld bereitstellt. Es ist auch denkbar, dass anstelle der Modulationsspulen 70 Gradientenspulen 12 mit einem Gleichstrom beaufschlagt werden, der ein gleichgerichtetes homogenes Magnetfeld der Differenzstärke erzeugt.
Schließlich wird in einem Schritt S40 ein Anregungspuls zum Anregen der bestimmten Schicht ausgesendet. Aufgrund der zuvor bestimmten Magnetfeldstärke für das homogene Magnetfeld liegen die Frequenzen des Anregungspulses jetzt nur in dem vorbestimmten Frequenzband. Das Signal wird von einem Oszillator der Hochfrequenzeinheit 22 erzeugt, von einem Hochfrequenzleistungsverstärker verstärkt und über eine Sendeantenne, z.B. die Körperspule 14 oder eine Lokalspule 50 mit Sendefunktion emittiert wird.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Magnetsteuerung 60 ausgelegt, eine Polarität des vorbestimmten Magnetfeldgradienten umzukehren. Beispielsweise könnte die Ansteuerung des der Gradientenspulen 12 als H-Schaltung ausgelegt sein, die einen Stromfluss durch die Gradientenspulen 12 in zwei Richtungen erlaubt. Dabei wird der in Schritt S20 bestimmte Wert in einem Schritt S21 mit einem vorbestimmten Wertebereich verglichen. Über das magnetische Moment der Kernspins ist dabei der Vergleich des Wertes des Magnetfeldes äquivalent zu einem Vergleich des korrespondierenden Frequenzwertes mit einem vorbestimmten Frequenzbereich.
In einem Schritt S22 kehrt die Steuereinheit 20 die Polarität des vorbestimmten Magnetfeldgradienten-Wertes um und wiederholt den Schritt S20, einen Wert für das homogene Magnetfeld B0 zu bestimmen, allerdings mit dem im Vorzeichen umgekehrten Magnetfeldgradienten.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen (1), wobei der Magnetresonanztomograph (1) eine Magneteinheit (10) mit einer Magnetsteuerung (60) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes B0 und eine Steuereinheit (20) aufweist, wobei die Magnetsteuerung (60) ausgelegt ist, in einer kurzen vorbestimmten Zeit innerhalb einer Bilderfassung eines Untersuchungsobjektes das BO-Magnetfeld zu verändern, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (S10) Bestimmen einer Schicht in dem Untersuchungsobjekt, deren Kernspins für die Bilderfassung anzuregen sind; (S20) Ermitteln eines Wertes für das BO-Feld durch die Steuereinheit (20), bei dem unter Berücksichtigung eines für die Bilderfassung vorbestimmten Magnetfeldgradienten die Larmorfrequenzen der zu erfassenden Kernspins der Schicht in einem vorbestimmten Frequenzband liegen; (S30) Einstellen des ermittelten Wertes für das BO-Magnetfeld und des vorbestimmten Magnetfeldgradienten mittels der Magnetsteuerung (60) und der Magneteinheit (10); (S40) Aussenden eines Anregungspulses für die bestimmte Schicht, dessen Frequenzen nur in dem vorbestimmten Frequenzband liegen, zum Anregen der Kernspins in der vorbestimmten Schicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Magnetsteuerung (60) ausgelegt ist, eine Polarität des vorbestimmten Magnetfeldgradienten umzukehren und das Verfahren weiterhin den Schritt aufweist, (S21) Vergleichen des ermittelten B0-Feld-Wertes mit einem vorbestimmten Wertebereich; (S22) Umkehren der Polarität des vorbestimmten Magnetfeldgradienten und wiederholen des Schrittes (S20) des Ermittelns.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vorbestimmte Frequenzband ein ISM-Band ist.
Magnetresonanztomograph, wobei der Magnetresonanztomograph (1) eine Magneteinheit (10) mit einer Magnetsteuerung (60) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes B0 und eine Steuereinheit (20) aufweist, wobei die Magnetsteuerung (60) ausgelegt ist, in einer kurzen vorbestimmten Zeit innerhalb einer Bilderfassung eines Untersuchungsobjektes das B0 Magnetfeld derart zu verändern, dass eine Larmorfrequenz für eine vorbestimmte Schicht des Untersuchungsobjektes in einem vorbestimmten Frequenzbereich verbleibt.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 4, wobei die Magneteinheit (10) einen supraleitenden Feldmagneten (11) zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldanteils B0 und eine resistive Spulenwicklung zum Erzeugen eines Magnetfeldanteils zum Verändern des B0 Magnetfeldes aufweist.
Magnetresonanztomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Frequenzbereich in einem ISM-Band liegt.
Magnetresonanztomograph nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetsteuerung (60) ausgelegt ist, eine Polarität eines Magnetfeldgradienten umzukehren.
System aus zwei Magnetresonanztomographen (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der erste Magnetresonanztomograph einen ersten vorbestimmten Frequenzbereich auf weist und der zweite Magnetresonanztomograph einen zweiten vorbestimmten Frequenzbereich, wobei der erste Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich disjunkt sind.