DE10216826A1

DE10216826A1 - Vorrichtung und Verfahren mit umschaltbarem Sehfeld zur Kernspintomographie

Info

Publication number: DE10216826A1
Application number: DE10216826A
Authority: DE
Inventors: Ed Benjemin Boskamp; Daniel Joseph Weyers
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2002-12-05
Also published as: US20020165447A1; FR2823567A1; FR2823567B1; US6487436B1

Abstract

Es werden eine MRI-Vorrichtung (10) und ein Verfahren (100) zur Verringerung von Übertragsartefakten während einer Bildrekonstruktion bereitgestellt. Eine HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) umfaßt eine Mittelspule (70) und zumindest ein Paar von End-HF-Spulen (72), die zur Codierung und Anregung von Spins über einem einstellbaren Sehfeld (FOV) konfiguriert sind. Das einstellbare FOV weist zumindest zwei Größenbezeichnungen im Ansprechen auf eine FOV-Größenanforderungseingabe auf. Die mit dem HF-Spulenaufbau (56) verbundene Steuerung (96) ist dazu in der Lage, zwischen den FOV-Größenbezeichnungen umzuschalten, indem sie zur Aktivierung einer Mittelspule (70) allein oder der Mittelspule (70) in Verbindung mit den Endspulen (72) in Einklang die Leistung umschaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kernspintomographie (MRI) und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren mit umschaltbarem Sehfeld (FOV) zur Verringerung des Auftretens von Übertragsartefakten (wrap around artifacts) während einer Bildrekonstruktion.

Wenn eine Substanz wie beispielsweise menschliches Gewebe einem gleichmäßigen Magnetfeld (Polarisationsfeld B₀) ausgesetzt wird, versuchen die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe, sich nach diesem Polarisationsfeld entlang einer Z-Achse auszurichten, aber weisen eine Präzession um das Polarisationsfeld in einer zufälligen Ordnung mit ihrer charakteristischen Larmor- Frequenz auf. Falls die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (Anregungsfeld B₁) ausgesetzt wird, das sich in einer x-y-Ebene befindet und das sich nahe an der Larmor- Frequenz befindet, kann das ausgerichtete Nettomoment oder die "longitudinale Magnetisierung" M_z in die x-y-Ebene gedreht oder "gekippt" werden, um ein transversales magnetisches Nettomoment M_t zu erzeugen. Durch die angeregten Spins wird ein Signal emittiert, nachdem das Anregungssignal B₁ beendet ist, und dieses Signal kann empfangen und verarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen.

Wenn diese Signale zur Erzeugung von Bildern genutzt werden, werden unter Verwendung von Gradientenspulen Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) angewendet. Typischerweise wird der abzubildende Bereich durch eine Sequenz von Meßzyklen abgetastet, in denen diese Gradienten gemäß dem verwendeten speziellen Lokalisierungsverfahren variieren. Der sich ergebende Satz von empfangenen MRI- Signalen wird digitalisiert und verarbeitet, um das Bild unter Verwendung eines von vielen allgemein bekannten Rekonstruktionsverfahren zu rekonstruieren.

Das Senden eines Hochfrequenzanregungsimpulses (HF- Anregungsimpulses) durch ein Objekt und das Empfangen des sich ergebenden Resonanzsignals ist auf dem Gebiet der Kernspintomographie bekannt. Beispiele für Strukturen, die zum Senden und Empfangen von HF-Impulsen in der Lage sind, umfassen eine Spiralenspule, eine Sattelspule, einen Hohlraumresonator und einen Käfigresonator (birdcage resonator) oder eine Käfigspule (birdcage coil). Während die Verwendung dieser Strukturen zum Senden und Empfangen von Bildsignalen die Rekonstruktion eines Bilds sehr verbessert hat, gibt es einige vorhandene Nachteile bei den derzeitigen Entwürfen. Beispielsweise kann das Auftreten von Übertragsartefakten während des Bildrekonstruktionsprozesses eine Störung erzeugen. Verursacht durch die Nichtlinearität der Gradientenspulen und die Inhomogenität des gleichmäßigen Hintergrundmagnetfelds B₀ sind Bereiche außerhalb des FOV vorhanden, die derart mit der gleichen Frequenz wie Abschnitte innerhalb des FOV schwingen, daß bei der Bildrekonstruktion Aliasing-Übertragsartefakte angezeigt werden. Diese unerwünschten Übertragsartefakte lassen einen Abschnitt des abgebildeten Objekts, der sich außerhalb des FOV befindet, innerhalb des FOV als Teil des abgebildeten Volumens erscheinen.

Der Käfigresonator und andere Strukturen verursachen aufgrund ihrer Ganzkörperabbildungsmethodik Begrenzungen hinsichtlich der Stärken von in dem System eingeführten Magnetfeldern. Ganzkörperspulen verursachen mehr Bestrahlung des Patientenvolumens als äquivalente Spulen kürzerer Länge. Bestrahlungspegel werden gemäß einer durchschnittlichen spezifischen Energieabsorptionsrate (SAR) pro Masseneinheit für untersuchte Patienten reguliert. Folglich besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung, die dazu in der Lage ist, mit einer erhöhten Magnetfeldstärke zu arbeiten, ohne regulierte Absorptionsraten zu überschreiten, was auch das Auftreten von Übertragsartefakten während der Bildrekonstruktion verringert.

Es wäre daher wünschenswert, über eine HF-Spulen- und Steuervorrichtung zur Beschränkung der Empfindlichkeit in Bereichen außerhalb eines ausgewählten FOV zu verfügen und dadurch das Auftreten von durch erweiterte Bereiche einer Ganzkörperspule verursachten Übertragsartefakten zu verringern, während eine gute Empfindlichkeit und Homogenität in dem FOV erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Kernspintomographievorrichtung und ein Kernspintomographieverfahren mit umschaltbarem FOV bereit, die die vorstehend angeführten Nachteile beseitigen.

Die Erfindung umfaßt die Verwendung eines Magneten zur Erzeugung eines Magnetfelds zur MRI-Abbildung eines Objekts. Nachdem das Objekt in einer Bohrung des Magneten mit einem gleichmäßigen linearen Magnetfeld plaziert ist, so daß Kerne in dem Objekt unter Verwendung eines Satzes von Magnetfeldgradientenspulen angeregt und codiert werden, wird durch eine Bedienungsperson eine gewünschte FOV-Größe ausgewählt. Diese Auswahl bewirkt eine automatische Bestimmung und Aktivierung nur einer Mittelspule oder der Mittelspule und eines Paars von Endspulen in Kombination zum Senden eines Signals, das zur Durchführung einer Abbildung eines Objekts gewünscht ist. Während einer Aktivierung nur der Mittelspule ist die wirksame longitudinale Länge der HF-Spule geringer, was im Vergleich zu einer Standardganzkörperspule eine Verringerung der Übertragsartefakte bewirkt. Eine kürzere HF-Spule bewirkt eine begrenzte Anregung von Kernen in Bereichen außerhalb des gewünschten FOV.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfaßt eine HF- Spulen- und Steuerkonfiguration einen HF-Spulenaufbau mit einer Mittelspule und einem Paar von Endspulen. Jede Endspule besteht aus zumindest einer HF-Spule, kann jedoch mehr umfassen. Der HF-Spulenaufbau ist dazu konfiguriert, Spins über einem einstellbaren FOV zu codieren und anzuregen. Mit einer Aktivierung sowohl der Mittelspule als auch des Paars von Endspulen kann eine Abbildungsabtastung erfaßt werden, die mit einer Ganzkörperspulenabbildungsabtastung vergleichbar ist. Eine Steuerung ist mit dem HF-Spulenaufbau verbunden, um den HF- Spulenaufbau auf der Grundlage einer FOV-Größeneingabe von einer Bedienungsperson zwischen zumindest zwei allgemeinen FOV-Größen umzuschalten. Die zumindest zwei allgemeinen FOV-Größenbezeichnungen werden durch die Steuerung bestimmt, die zur Aktivierung entweder einer Mittelspule allein oder der Mittelspule und des Paars von Endspulen in Einklang die Leistung umschaltet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine MRI-Vorrichtung zur Erfassung von Bildern mit einem MRI- System mit einer Vielzahl von um eine Bohrung eines Magneten positionierten Gradientenspulen zur Aufprägung eines Polarisationsmagnetfelds B₀ durch ein untersuchtes Objekt offenbart. Es sind ein HF-Sende- /Empfangseinrichtungssystem und ein durch ein Impulsmodul gesteuerter HF-Schalter zum Senden von HF-Signalen zu einem HF-Resonatoraufbau mit einem durch einen Satz von Endresonatoren umgebenen Mittelresonator zur Erfassung von Kernspinresonanzbildern (MR-Bildern) des Objekts enthalten.

Ferner ist ein Computer enthalten und dazu programmiert, eine FOV-Eingabe zu empfangen und auf der Grundlage der Eingabe ein Senden eines Signals von entweder nur dem Mittelresonator oder dem Mittelresonator und den Endresonatoren gleichzeitig zu veranlassen.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Steuerung einer MRI- Vorrichtung mit einem zentralen HF-Spulenaufbau, der aus einer zentralen HF-Spule und zumindest einem Paar von End- HF-Spulen besteht, die Schritte des Erzeugens eines vorbestimmten Parameters auf der Grundlage einer Länge der zentralen HF-Spule und des Vergleichens eines gewünschten FOV mit dem vorbestimmten Parameter daraufhin. Wenn das gewünschte FOV nicht größer als der vorbestimmte Parameter ist, dann wird die zentrale HF-Spule zum Einschalten ausgewählt, um eine Bildabtastung des gewünschten FOV durchzuführen. Wenn das FOV größer als der ausgewählte Parameter ist, dann werden die zentrale HF-Spule und das zumindest eine Paar von End-HF-Spulen zum Einschalten ausgewählt, wodurch eine Abbildungsabtastung des gewünschten FOV durchgeführt wird.

Verschiedene andere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Zeichnungen veranschaulichen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung erwogen wird.

In den Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem Blockschaltbild eines Steuersystems verbundenen HF- Spulenaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines mit einem Blockschaltbild eines Steuersystems verbundenen HF-Spulenaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, das einen Prozeß zur Steuerung des HF-Spulenaufbaus gemäß Fig. 2 darstellt, der in dem System gemäß Fig. 1 realisiert ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Nachstehend sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Mit Bezug auf Fig. 1 sind die Hauptkomponenten eines bevorzugten Kernspintomographiesystems (MRI-Systems) 10 gezeigt, das die Erfindung aufweist. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienungsperson-Bedieneinheit 12 gesteuert, die eine Tastatur oder andere Eingabevorrichtung 13, ein Steuerbedienpult 14 und eine Anzeige 16 umfaßt. Die Bedieneinheit 12 kommuniziert über eine Verbindung 18 mit einem getrennten Computersystem 20, das es einer Bedienungsperson ermöglicht, die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm 16 zu steuern. Das Computersystem 20 umfaßt eine Anzahl von Modulen, die über eine Rückwandplatine 20a miteinander kommunizieren. Diese umfassen ein Bildverarbeitungseinrichtungsmodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speichermodul 26, das in dem Fachgebiet als ein Bildzwischenspeicher zur Speicherung von regelmäßigen Anordnungen bzw. Arrays von Bilddaten bekannt ist. Das Computersystem 20 ist mit einem Plattenspeicher 28 und einem Bandlaufwerk 30 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden, und es kommuniziert über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34 mit einer getrennten Systemsteuerung 32. Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen berührungsaktivierten Bildschirm, eine Lichtwand, eine Sprachsteuerung oder eine ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung umfassen und kann zum interaktiven Geometrievorschreiben verwendet werden.

Die Systemsteuerung 32 umfaßt einen Satz von Modulen, die durch eine Rückwandplatine 32a miteinander verbunden sind. Diese umfassen ein CPU-Modul 36 und ein Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38, das über eine serielle Verbindung 40 mit der Bedienungsperson- Bedieneinheit 12 verbunden ist. Die Systemsteuerung 32 empfängt über diese Verbindung 40 Befehle von der Bedienungsperson zur Angabe der durchzuführenden Abtastsequenz. Das Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38 betreibt die Systemkomponenten zur Ausführung der gewünschten Abtastsequenz und erzeugt Daten, die den Zeitverlauf, die Stärke und die Form der erzeugten HF- Impulse sowie den Zeitverlauf und die Länge des Datenerfassungsfensters angeben. Das Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 verbunden, um den Zeitverlauf und die Form der während der Abtastung erzeugten Gradientenimpulse anzugeben. Das Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38 kann ferner Patientendaten von einer Steuereinrichtung einer physiologischen Erfassung 44 empfangen, die Signale von einer Anzahl von mit dem Patienten oder Objekt verbundenen unterschiedlichen Sensoren wie beispielsweise EKG-Signale von an dem Patienten befestigten Elektroden empfängt. Und schließlich ist das Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38 mit einer Abtastraumschnittstellenschaltung 46 verbunden, die Signale von verschiedenen dem Zustand des Patienten zugeordneten Sensoren und dem Magnetsystem empfängt. Über die Abtastraumschnittstellenschaltung 46 empfängt ferner ein Patientenpositionierungssystem 48 Befehle zur Bewegung des Patienten zu der gewünschten Position für die Abtastung.

Die durch das Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38 erzeugten Gradientensignalverläufe werden dem Gradientenverstärkersystem 42 mit einem G_x-, einem G_y- und einem G_z-Verstärker zugeführt. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in einem allgemein mit 50 bezeichneten Gradientenspulenaufbau an, um die zur räumlichen Codierung erfaßter Signale verwendeten Magnetfeldgradienten zu erzeugen. Der Gradientenspulenaufbau 50 umfaßt eine HF-Abschirmung zur Bildung eines Teils eines Magnetaufbaus 52, der einen Polarisationsmagneten 54 und einen HF-Spulenaufbau 56 umfaßt. Ein Sende-/Empfangseinrichtungsmodul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Impulse, die durch einen HF- Verstärker 60 verstärkt und durch einen Sende- /Empfangsschalter 62 mit dem HF-Spulenaufbau 56 gekoppelt werden. Die durch die angeregten Kerne in dem Patienten emittierten, sich ergebenden Signale können durch den gleichen HF-Spulenaufbau 56 oder einen Abschnitt davon erfaßt und über den Sende-/Empfangsschalter 62 mit einem Vorverstärker 64 gekoppelt werden. Die verstärkten MR- Signale werden in dem Empfangseinrichtungsabschnitt der Sende-/Empfangseinrichtung 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 62 wird durch ein Signal von dem Impulserzeugungseinrichtungsmodul 38 zur elektrischen Verbindung des HF-Verstärkers 60 mit dem Spulenaufbau 56 während der Sendebetriebsart und zur Verbindung des Vorverstärkers 64 mit dem Spulenaufbau 56 während der Empfangsbetriebsart gesteuert. Der Sende- /Empfangsschalter 62 kann es ferner ermöglichen, entweder in der Sendebetriebsart oder in der Empfangsbetriebsart eine getrennte HF-Spule (z. B. eine Oberflächenspule) zu verwenden.

Die durch die ausgewählte HF-Spule aufgenommenen MR-Signale werden durch das Sende-/Empfangseinrichtungsmodul 58 digitalisiert und zu einem Speichermodul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Eine Abtastung ist beendet, wenn ein Array von unverarbeiteten k-Raum-Daten in dem Speichermodul 66 erfaßt worden ist. Diese unverarbeiteten k-Raum-Daten werden in getrennte k-Raum-Daten-Arrays für jedes zu rekonstruierende Bild neu angeordnet, und jedes von diesen wird in eine Array-Verarbeitungseinrichtung 68 eingegeben, die zur Fourier-Transformation der Daten in ein Array von Bilddaten arbeitet. Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 34 zu dem Computersystem 20 übertragen, wo sie in einem Speicher wie beispielsweise dem Plattenspeicher 28 gespeichert werden. Im Ansprechen auf von der Bedienungsperson-Bedieneinheit 12 empfangene Befehle können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher wie beispielsweise auf dem Bandlaufwerk 30 archiviert werden, oder sie können durch die Bildverarbeitungseinrichtung 22 weiterverarbeitet sowie zu der Bedienungsperson-Bedieneinheit 12 übertragen und auf der Anzeige 16 präsentiert werden.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Magnetaufbaus 52 gemäß Fig. 1. Die Konfiguration des Magnetaufbaus 52 umfaßt einen gleichmäßigen zylindrischen Polarisationsmagneten 54 zur Erzeugung des statischen Magnetfelds B₀ in seinem Innenraum 55. In dem Polarisationsmagneten 54 ist ein Gradientenspulenaufbau 50 angeordnet, der aus einer Gradientenspule oder mehreren Gradientenspulen, einem HF-Spulenaufbau 56 und einer zur Schirmung der HF-Energie vor einer Durchdringung der Gradienten oder des Magneten oder einer Kopplung damit verwendeten (nicht gezeigten) HF-Abschirmung besteht. Der HF-Spulenaufbau 56 weist eine im allgemeinen zylindrische Mittelspule 70 und zumindest ein Paar von Endspulen 72 auf. Jede Endspule 72 weist eine HF-Spule oder mehrere HF-Spulen auf, die im allgemeinen entlang einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet sind. Das Paar von Endspulen 72 überlagert die Mittelspule 70 teilweise, um eine wechselseitige Induktanz zwischen der Mittelspule 70 und den Endspulen 72 zu minimieren. Vorzugsweise überlagern die Endspulen 72 die Mittelspule 70 um annähernd 1 Zentimeter (cm) und sind longitudinal kürzer als die Mittelspule 70 mit einer longitudinalen Länge entlang einer Z-Achse 74 von annähernd 12 cm. Die Durchmesser der Mittelspule 70 und der Endspulen 72 wie jeweils in der X-Y-Ebene gemessen sind im wesentlichen identisch. Die Mittelspule 70 weist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine longitudinale Länge von 42 Zentimetern auf. Geringere longitudinale Längen als eine Standardganzkörperspulenlänge von 64 cm werden ebenfalls erwogen und befinden sich in dem Bereich der Erfindung.

Die Mittel- und Endspulen 70, 72 sind zur Codierung und Anregung von Kernspins konfiguriert, die in dem gleichmäßigen Magnetfeld B₀ in einem einstellbaren FOV oder einem FOV mit einer Größenbezeichnung auf der Grundlage einer FOV-Größeneingabe liegen. Der Polarisationsmagnet 54, die Gradientenspulen und die HF-Abschirmung 52, die Mittelspule 70 und das Paar von Endspulen 72 sind entlang einer gemeinsamen longitudinalen mittleren Z-Achse 74 ausgerichtet, die parallel zu dem statischen Magnetfeld B₀ ist. Eine X-Achse 76 und eine Y-Achse 78 definieren eine vertikale bzw. horizontale Achse zur Definition räumlicher Positionen von Kernen in dem HF-Spulenaufbau 56 während des Codierungsprozesses. Ein als Phantom gezeigter Patient 80 ist derart in dem HF-Spulenaufbau 56 positioniert, daß das abzubildende Volumen in dem Sehfeld (FOV) bei dem Ursprung der Achsen 74-78 zentriert ist.

Zur Steuerung des HF-Spulenaufbaus 56 ist bei einem Ausführungsbeispiel ein nachstehend als symmetrischer Leistungsteiler bezeichneter, die Leistung in gleiche Teile teilender Leistungsteiler 82 mit dem Paar von Endspulen 72 verbunden, um eine gleiche Leistung und einen elektrischen Wechselstrom zum Betreiben beider Endspulen 72 bereitzustellen. Ein nachstehend als asymmetrischer Leistungsteiler bezeichneter, die Leistung in ungleiche Teile teilender Leistungsteiler 84 ist mit der Mittelspule 70, die im allgemeinen eine geringere Länge als eine Standardganzkörper-HF-Spule aufweist, und mit dem symmetrischen Leistungsteiler 82 verbunden, um Leistung zuzuführen und während Abbildungsabtastungen mit einem größeren FOV die Mittelspule 70 in Einklang mit den Endspulen 72 zu betreiben. Der asymmetrische Leistungsteiler 84 ist auch mit einem Computer 86 verbunden, der die Bedienungsperson-Bedieneinheit 12, das Computersystem 20, den Plattenspeicher 28, das Band 30, die Steuerung 32, die Steuereinrichtung einer physiologischen Erfassung 44, die Abtastraumschnittstelle 46, das Patientenpositionierungssystem 48, den Sende- /Empfangsschalter 62 und die Verstärker 60, 64 umfaßt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Der Computer 86 ist dazu entworfen, Steuersignale für Bezeichnungen einer größeren FOV-Größe zu erzeugen, die die Steuerung 32 zur Umschaltung der Leistung auf die Mittelspule 70 und das Paar von Endspulen 72 in Einklang veranlassen, wodurch ein Magnetfeld mit gleichmäßiger Amplitude in dem HF- Spulenaufbau 56 erzeugt wird. Der Computer 86 veranlaßt auch Ausgaben von der Mittelspule 70 und/oder den Endspulen 72, wenn die empfangene FOV-Eingabe ausgewählt wird. Die Ausgabe von der Mittelspule 70 und den Endspulen 72, die zusammen aktiviert sind, ist gleich.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Steuerung des in Fig. 1 gezeigten HF-Spulenaufbaus 56. Der Magnetaufbau 52 und die Spulenkonfiguration 70, 72 ähneln den in Fig. 2 gezeigten. Der Satz von Endspulen 72 ist wieder mit dem symmetrischen Leistungsteiler 82 verbunden, der eine gleiche Leistung für die Endspulen 72 bereitstellt. Der symmetrische Leistungsteiler ist auch mit einem ersten Verstärker 88 verbunden, der mit dem Computer 86 gekoppelt ist. Der Computer 86 stellt Signale für die Endspulen 72 bereit, um ein Magnetfeld mit einer speziellen Amplitude in dem Innenraum 55 der Endspulen 72 zu erzeugen. Der Computer 86 stellt auch Signale für einen zweiten Verstärker bereit, der mit der Mittelspule 70 verbunden ist. Die Signale von dem zweiten Verstärker werden auf eine derartige Weise verstärkt, daß die Stromamplitude in der Mittelspule 70 bei einer gleichzeitigen Aktivierung der Mittelspule 70 und der Endspulen 72 derart zu der Stromamplitude in den Endspulen 72 paßt, daß die Summe der Ströme eine äquivalente Magnetfeldamplitude ähnlich der in einer Einzellängenkäfigspule mit einer der Kombination der Mittel- und Endspulen gleichen Gesamtlänge erzeugten Magnetfeldamplitude erzeugt. Da die Endspulen 72 kleiner als die Mittelspule 70 sind, ist im allgemeinen weniger Leistung als die der Mittelspule 70 zur Erzeugung einer äquivalenten Stromamplitude in den Endspulen 72 erforderlich.

Die Mittelspule 70 kann durch den Computer 86 entweder allein oder in Einklang mit den Endspulen 72 aktiviert werden, um HF-Signale zu senden und/oder zu empfangen. Die gesendeten Signale sind dazu entworfen, räumliche Spindaten zu erhalten, die daraufhin zur Rekonstruktion eines Objekts 80 durch den Computer 86 verarbeitet werden. Der Computer 86 kann dazu programmiert sein, einen Satz von Daten zur Bildrekonstruktion zu erfassen, der auf ein durch die FOV- Eingabe definiertes Abbildungsvolumen begrenzt ist. Somit wird während des Empfangs von Signalen durch die ausgewählte Empfangsspule wie beispielsweise Spulen 70, 72 oder eine getrennte Oberflächenspule die transversale Magnetisierung von eine Präzession aufweisenden Kernen aufgezeichnet und erfaßt, während sie in einer durch die X- Y-Achsen 76, 78 definierten X-Y-Ebene eine Präzession aufweisen. Auf diese Art und Weise können unterschiedliche Abbildungsverfahren zur Bildrekonstruktion verwendet werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel können die Mittelspule 70 und/oder das Paar von Endspulen 72 Käfigresonatoren sein.

Käfigresonatoren sind bei einer Ganzkörper-MR-Abbildung besonders nützlich. Ein derartiger Resonator ist als eine Kettenschaltung aufgebaut, die auf sich selbst schließt. Der Stromfluß um den Resonator ist sinusförmig verteilt. Ferner ist der Käfig derart entworfen, daß eine Phasenverschiebung um den Umfang des Resonators von 0 bis 2 (oder 2

k, wobei k eine ganze Zahl ist) diskret verteilt ist. Vorzugsweise weist der Mittelkäfig 70 bei einem Einschalten der Spule 70 gleichzeitige elektrische sinusförmige und kosinusförmige Signalverlaufseingaben auf. Zusätzlich zu Käfigresonatoren werden andere Spulen-Arrays, z. B. Sattel- und Spiralenspulen, zur Verwendung mit der Erfindung erwogen.

In Betrieb wird ein Objekt oder Patient 80 durch das Patientenpositionierungssystem 48 derart innerhalb des Spulenaufbaus 56 plaziert, daß der Bereich, dessen Abtastung gewünscht ist, sich in einem bezeichneten FOV befindet, das bei dem Ursprung der Koordinatensystemachsen 74-78 zentriert ist. Der HF-Spulenaufbau 56 ist dazu konfiguriert, Spins in dem einstellbaren FOV mit zumindest zwei allgemeinen FOV-Größenbezeichnungen zu codieren und anzuregen. Eine FOV-Größenbezeichnung basiert auf einer FOV-Größeneingabe, die dadurch bestimmt ist, daß die Steuerung 32 die Leistung umschaltet, um entweder nur die Mittelspule 70 oder die Mittelspule 70 in Verbindung mit dem Paar von Endspulen 72 zu aktivieren. Bei einer Aktivierung der ausgewählten Spulen oder Resonatoren 70, 72 werden ein HF-Signal oder mehrere HF-Signale oder -Impulse von den Spulen 70, 72 gesendet, und daraufhin können die Spulen zum Empfangen von Daten umgeschaltet werden, oder es kann eine getrennte HF-Oberflächenspule zum Datenempfang verwendet werden. Die Signale werden daraufhin verstärkt 64 und durch die Steuerung 32 verarbeitet, um ein Bild des Objekts 80 in dem ausgewählten FOV zu rekonstruieren, das bei 16 angezeigt werden kann. Im allgemeinen wird eine für Bilder mit großem FOV eines Patienten 80 in einer sagittalen oder koronalen Ebene oder schrägen Ebenen verwendete Ganzkörperabbildung durchgeführt, indem sowohl die Mittelspule 70 als auch das Paar von Endspulen 72 aktiviert werden. Der mit dem Paar von Endspulen 72 verbundene symmetrische Leistungsteiler 82 und der mit dem symmetrischen Leistungsteiler 82 und dem Computer 86 verbundene asymmetrische Leistungsteiler 84 veranlassen Signale von dem Computer 86 zur Erzeugung von Strömen mit gleicher Amplitude in der Mittelspule 70 und dem Paar von Endspulen 72, die zu einem zu der Käfigspule gleicher Länge äquivalenten Feld passen. Kleinere oder geringere als große FOV wie beispielsweise bestimmte axiale Abbildungsabtastungen und sagittale, koronale und schräge Abbildungsabtastungen mit kleinem FOV können durchgeführt werden, indem nur die zentrale Spule 70 aktiviert wird.

Die Aktivierung nur der Mittelspule 70 oder in Einklang mit dem Paar von Endspulen 72 stellt ein Verfahren zur Umschaltung des FOV zwischen einem kürzeren oder längeren FOV bereit. Eine Verringerung der Größe der Mittelspule 70 relativ zu einer Standardganzkörperspule führt zu weniger Übertragsartefakten während der Bildrekonstruktion und zu einer geringeren Bestrahlung des Patientenvolumens. Die Umschaltung zwischen den FOV wird durch die Systemsteuerung 32 gesteuert, die Befehle für die gewünschte Spulenaktivierung über die Abtastraumschnittstelle 46 und/oder den Sende-/Empfangsschalter 62 leitet.

Mit Bezug auf Fig. 4 wird ein Verfahren zur Steuerung einer MRI-Vorrichtung mit einer zentralen HF-Spule und einem Paar von End-HF-Spulen bei 100 eingeleitet, und daraufhin wird eine Bestimmung der gewünschten FOV-Größe ausgebildet 102. Falls die angeforderte Größe groß ist 104 (d. h. zur Abdeckung des Äquivalents einer Standardganzkörperspule), werden die zentrale HF-Spule und alle End-HF-Spulen aktiviert 106, was das Senden eines Signals bewirkt, das durch den Patienten hindurchgeht und durch die Empfangsspulen empfangen wird, ob sie die gleichen Spulen oder eine getrennte Empfangsspule sind. Wenn die angeforderte FOV-Größe nicht groß ist 102, 108, dann wird nur die Mittelspule zum Senden aktiviert 110.

Die beiden FOV-Bezeichnungen 104, 108 entscheiden es unabhängig, ob ihre jeweiligen Sendespulen 106, 110 als Empfangsspulen zu nutzen sind 112, 114. Eine Verwendung der Sendespulen als Empfangsspulen für das große FOV 112, 116 führt zu einem Signalempfang bei 118. Das System bestimmt es daraufhin, ob die Datenerfassung beendet ist 120, und falls dem so ist 122, endet der Prozeß 124. Wenn die Datenerfassung nicht beendet ist 120, 126, dann kehrt das Verfahren zu dem Schritt 102 zurück, und das Senden des Signals tritt wieder auf. Desgleichen kann dann, wenn für eine Bezeichnung eines FOV, das etwas geringer als groß ist, die Sendespulen zum Senden und Empfangen gewählt werden 114, 128, nur die Mittelspule empfangen 130. Wieder bestimmt es das System, ob die Datenerfassung beendet ist 120, und das Verfahren endet entweder 124 oder kehrt zu dem Schritt 102 zurück, was ein neues Senden bewirkt.

Wenn die Sendespulen nicht als die Empfangsspulen ausgewählt werden 132, 134, dann werden die Sendespulen deaktiviert 136. Für die Bezeichnung eines großen FOV 104 sind sowohl die zentrale Spule als auch die Endspulen inaktiv. Für die Bezeichnung eines geringeren als großen FOV 108 wird nur die Mittelspule deaktiviert, da jegliche Endspulen bereits inaktiv sind. Das gesendete Signal wird bei 138 mit Oberflächenspulen empfangen, und daraufhin wird ähnlich den vorhergehenden Bestimmungen, die die Sendespulen als Empfangsspulen verwendet haben, eine Bestimmung dahingehend ausgebildet, ob die Datenerfassung beendet ist 120.

In Fällen, in denen ein FOV eine größere longitudinale Länge als die Länge der zentralen HF-Spule aufweist, kann das Verfahren vorbestimmt werden, um automatisch unter Verwendung sowohl der zentralen HF-Spule als auch des Paars von Endspulen Signale zu senden und zu empfangen.

Entsprechend umfaßt eine HF-Spulen- und Steuerkonfiguration einen HF-Spulenaufbau mit einer Mittelspule und einem Paar von im allgemeinen kürzeren Endspulen, wobei jede Endspule zumindest eine HF-Spule aufweist. Der HF-Spulenaufbau ist dazu konfiguriert, Spins über einem einstellbaren FOV wie beispielsweise einer Bezeichnung eines großen FOV zur Abbildung in den koronalen, sagittalen und/oder schrägen Ebenen eines Patienten und einigen axialen Ebenen mit großem FOV oder einer Bezeichnung eines kleinen FOV zur Teilkörperabbildung oder bestimmten axialen Abbildung zu codieren und anzuregen. Eine mit dem HF-Spulenaufbau verbundene Steuerung schaltet den HF-Spulenaufbau zwischen zumindest zwei allgemeinen FOV-Größen um, indem sie zur Aktivierung entweder nur der Mittelspule oder der Mittelspule und des Paars von Endspulen in Einklang die Leistung umschaltet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine MRI-Vorrichtung zur Erfassung von Bildern mit einem Kernspintomographiesystem mit einer Vielzahl von um eine Bohrung eines Magneten positionierten Gradientenspulen zur Aufprägung eines Polarisationsmagnetfelds B₀ durch einen untersuchten Patienten, das eine Ausrichtung der Kernspins des Patienten bewirkt, offenbart. Ein HF-Sende- /Empfangseinrichtungssystem und ein durch ein Impulsmodul gesteuerter HF-Schalter senden HF-Signale zu einem HF- Resonatoraufbau mit einem durch einen Satz von Endresonatoren umgebenen Mittelresonator, um Kernspinresonanzbilder des Patienten zu erfassen. Ferner ist ein Computer enthalten und dazu programmiert, eine FOV- Eingabe zu empfangen und auf der Grundlage der Eingabe ein Senden eines Signals von entweder nur dem Mittelresonator oder dem Mittelresonator und dem Satz von Endresonatoren gleichzeitig zu veranlassen.

Es ist ferner ein Verfahren zur Steuerung einer MRI- Vorrichtung mit einem HF-Spulenaufbau, der aus einer zentralen HF-Spule und zumindest einem Paar von End-HF- Spulen besteht, offenbart. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Erzeugens eines vorbestimmten Parameters auf der Grundlage einer Länge einer zentralen HF-Spule und des Vergleichens eines gewünschten FOV mit dem vorbestimmten Parameter daraufhin. Wenn das gewünschte FOV nicht größer als der vorbestimmte Parameter ist, dann wird die zentrale HF-Spule zum Einschalten ausgewählt, um eine Bildabtastung des gewünschten FOV wie beispielsweise eine Teilkörperabbildungsabtastung durchzuführen. Wenn das gewünschte FOV größer als der ausgewählte Parameter ist, dann werden die zentrale HF-Spule und zumindest ein Paar von End-HF-Spulen zum Einschalten ausgewählt, wodurch eine Abbildungsabtastung des gewünschten FOV durchgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, und es ist zu erkennen, daß Äquivalente, Alternativen und Modifikationen abgesehen von den ausdrücklich dargelegten möglich und in dem Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche sind.

Es werden eine MRI-Vorrichtung (10) und ein Verfahren (100) zur Verringerung von Übertragsartefakten während einer Bildrekonstruktion bereitgestellt. Eine HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) umfaßt eine Mittelspule (70) und zumindest ein Paar von End-HF-Spulen (72), die zur Codierung und Anregung von Spins über einem einstellbaren Sehfeld (FOV) konfiguriert sind. Das einstellbare FOV weist zumindest zwei Größenbezeichnungen im Ansprechen auf eine FOV-Größenanforderungseingabe auf. Die mit dem HF- Spulenaufbau (56) verbundene Steuerung (96) ist dazu in der Lage, zwischen den FOV-Größenbezeichnungen umzuschalten, indem sie zur Aktivierung einer Mittelspule (70) allein oder der Mittelspule (70) in Verbindung mit den Endspulen (72) in Einklang die Leistung umschaltet.

Claims

1. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) mit:
einem HF-Spulenaufbau (56) mit einer Mittelspule (70) und einem Paar von Endspulen (72), wobei jede Endspule (72) aus zumindest einer HF-Spule besteht, wobei der HF- Spulenaufbau zur Codierung und Anregung von Spins über einem einstellbaren FOV konfiguriert ist; und
einer mit dem HF-Spulenaufbau verbundenen Steuerung (86) zu Umschaltung des HF-Spulenaufbaus (56) zwischen zumindest zwei allgemeinen FOV-Größenbezeichnungen auf der Grundlage einer FOV-Größeneingabe, wobei die zumindest zwei allgemeinen FOV-Größenbezeichnungen dadurch bestimmt werden, daß die Steuerung (86) die Leistung umschaltet zur Aktivierung:
nur der Mittelspule (70); oder
der Mittelspule (70) und des Paars von Endspulen (72) in Einklang.

2. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei allgemeinen FOV- Größenbezeichnungen eine kleine FOV-Größe, bei der nur die Mittelspule (70) aktiviert wird, und eine große FOV-Größe, bei der die Mittelspule (70) und das Paar von Endspulen (72) aktiviert werden, umfaßt.

3. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, wobei der HF-Spulenaufbau (56) Signale sendet und empfängt, um einen Satz von Daten für die eingegebene FOV-Größe zu erfassen.

4. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, wobei eine Erfassung der Daten in einer axialen Abbildungsebene nur mit der Mittelspule (70) erreicht werden kann.

5. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, ferner mit:
einem Computer (86), der zur Erzeugung von Steuersignalen konfiguriert ist;
einem asymmetrischen Leistungsteiler (84), der mit der Mittelspule (70) und dem Computer (86) verbunden ist;
einem symmetrischen Leistungsteiler (82), der mit dem Paar von Endspulen (72) und dem asymmetrischen Leistungsteiler (84) verbunden ist; und
wobei das Umschalten der Leistung zu der Mittelspule (70) und dem Paar von Endspulen (72) in Einklang durch die Steuerung (86) eine Magnetfeldamplitude in dem HF- Spulenaufbau (56) erzeugt, die im wesentlichen äquivalent zu der eines einzelnen Käfigs ist.

6. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 5, wobei die Mittelspule (70) eine geringere longitudinale Länge als eine Standardganzkörper-HF-Spule aufweist.

7. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, ferner mit:
einem Computer (86), der zur Erzeugung von Steuersignalen konfiguriert ist;
einem ersten Verstärker (88), der mit der Mittelspule (70) und dem Computer (86) verbunden ist;
einem zweiten Verstärker (90), der mit dem Computer (86) verbunden ist;
einem symmetrischen Leistungsteiler (82), der mit dem Paar von Endspulen (72) und dem zweiten Verstärker (90) verbunden ist; und
wobei das Umschalten der Leistung zu der Mittelspule (70) und dem Paar von Endspulen (72) in Einklang durch die Steuerung (86) ein Magnetfeld mit gleichmäßiger Amplitude in dem HF-Spulenaufbau (56) erzeugt.

8. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, wobei die Mittelspule (70) und das Paar von Endspulen (72) sich teilweise überlagern, um eine wechselseitige Induktanz zwischen der Mittelspule (70) und dem Paar von Endspulen (72) zu minimieren.

9. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, wobei nur die Mittelspule (70) oder nur das Paar von Endspulen (72) einen Käfigresonator umfaßt.

10. HF-Spulen- und Steuerkonfiguration (10) nach Anspruch 1, wobei die Mittelspule (70) und das Paar von Endspulen (72) jeweils ein Käfigresonator sind.

11. MRI-Vorrichtung (10) zur Erfassung von Bildern, mit:
einem Kernspintomographiesystem (MRI-System) (10) mit einer Vielzahl von um eine Bohrung (55) eines Magneten (54) positionierten Gradientenspulen (50) zur Aufprägung eines Polarisationsmagnetfelds sowie einem HF-Sende- /Empfangseinrichtungssystem (58) und einem durch ein Impulsmodul (38) gesteuerten HF-Schalter (62) zum Senden von HF-Signalen zu einem HF-Resonatoraufbau (56) mit einem durch einen Satz von Endresonatoren (72) umgebenen Mittelresonator (70) zur Erfassung von MR-Bildern; und
einem Computer (86), der programmiert ist zum:
Empfangen einer FOV-Eingabe; und
auf der Grundlage der FOV-Eingabe ein Senden eines Signals Veranlassen von:
nur dem Mittelresonator (70); oder
dem Mittelresonator (70) und dem Satz von Endresonatoren (72) gleichzeitig.

12. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, ferner mit:
einem asymmetrischen Leistungsteiler (84), der derart mit dem Mittelresonator (70) und dem Computer (86) verbunden ist, daß der Computer (86) eine Ausgabe nur von dem Mittelresonator (70) veranlaßt, wenn die empfangene FOV-Eingabe dazu ausgewählt ist, ein Senden nur von der Mittelresonanz (70) zu veranlassen; und
einem symmetrischen Leistungsteiler (82), der derart mit dem Satz von Endresonatoren (72) und dem asymmetrischen Leistungsteiler (84) verbunden ist, daß der Computer (86) gleiche Ausgaben von dem Mittelresonator (70) und dem Satz von Endresonatoren (72) veranlaßt, wenn die empfangene FOV- Eingabe dazu ausgewählt ist, ein Senden von dem Mittelresonator (70) und dem Satz von Endresonatoren (72) gleichzeitig zu veranlassen.

13. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, ferner mit:
einem ersten Verstärker (88), der mit dem Mittelresonator (70) und dem Computer (86) verbunden ist;
einem zweiten Verstärker (90), der mit dem Computer (86) verbunden ist;
einem symmetrischen Leistungsteiler (82), der mit dem Satz von Endresonatoren (72) und dem zweiten Verstärker (90) verbunden ist; und
wobei das Umschalten der Leistung zu dem Mittelresonator (70) und dem Satz von Endresonatoren (72) gleichzeitig durch die Steuerung (86) die gleiche Ausgabe von dem Mittelresonator (70) und dem Satz von Endresonatoren (72) erzeugt.

14. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei der Mittelresonator (70) und der Satz von Endresonatoren (72) jeweils Käfigresonatoren sind.

15. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei der Mittelresonator (70) einen Käfigresonator mit gleichzeitigen elektrischen sinusförmigen und kosinusförmigen Signalverlaufseingaben bei einem Einschalten des Mittelresonators (70) umfaßt.

16. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei der Computer (86) ferner dazu programmiert ist, einen Satz von Daten zur Bildrekonstruktion zu erfassen, der auf ein durch die FOV-Eingabe definiertes Abbildungsvolumen begrenzt ist.

17. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei der Mittelresonator (70) und der Satz von Endresonatoren (72) sich teilweise überlagern, um eine wechselseitige Induktanz dazwischen zu minimieren.

18. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei eine ein großes FOV bei einer nichtaxialen Bilderfassung bezeichnende FOV-Eingabe eine Aktivierung des Mittelresonators (70) und des Satzes von Endresonatoren (72) bewirkt.

19. MRI-Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei eine ein kleines FOV bezeichnende FOV-Eingabe eine Aktivierung nur des Mittelresonators (70) bewirkt.

20. Verfahren (100) zur Steuerung einer MRI-Vorrichtung mit einem HF-Spulenaufbau (56), der aus einer zentralen HF- Spule (70) und zumindest einem Paar von End-HF-Spulen (72) besteht, mit:
Erzeugen eines vorbestimmten Parameters auf der Grundlage einer Länge der zentralen HF-Spule (70); und
Vergleichen eines gewünschten FOV mit dem vorbestimmten Parameter; und
Auswählen der zentralen HF-Spule (70) zum Einschalten, falls das gewünschte FOV nicht größer als der vorbestimmte Parameter ist, um eine Bildabtastung des gewünschten FOV durchzuführen; und
Auswählen der zentralen HF-Spule (70) und des zumindest einen Paars von End-HF-Spulen (72) zum Einschalten, falls das gewünschte FOV größer als der ausgewählte Parameter ist, um eine Abbildungsabtastung des gewünschten FOV durchzuführen.

21. Verfahren (100) nach Anspruch 20, wobei die Länge der zentralen HF-Spule (70) geringer als die einer Standard- MRI-Ganzkörper-HF-Spule ist.

22. Verfahren (100) nach Anspruch 20, wobei die zentrale HF-Spule (70) und das zumindest eine Paar von End-HF-Spulen (72) eine Überlagerung von annähernd 1 Zentimeter aufweisen, um eine wechselseitige Induktanz dazwischen zu minimieren.

23. Verfahren (100) nach Anspruch 20, wobei die zentrale HF-Spule (70) und das zumindest eine Paar von End-HF-Spulen (72) Signale senden und empfangen, falls das gewünschte FOV eine größere longitudinale Länge als die Länge der zentralen HF-Spule (70) aufweist.

24. Verfahren (100) nach Anspruch 20, ferner mit den Schritten:
Erzeugen eines linearen gleichmäßigen Magnetfelds in dem gewünschten FOV;
Polarisieren und Anregen eines Satzes von Spins in dem gewünschten FOV; und
Codieren des Satzes von Spins.

25. Verfahren (100) nach Anspruch 20, wobei die zentrale HF-Spule (70) eine Käfigspule ist.

26. Verfahren (100) nach Anspruch 20, wobei das gewünschte FOV eine Ganzkörper-FOV-Bezeichnung oder eine geringere FOV-Bezeichnung als der vorbestimmte Parameter ist.