DE19902323A1 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts sowie Magnetresonanzgerät - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit wenigstens einer Gradientenspule und Elementen zur Erzeugung einer auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft, wodurch Eigenschwingungsformen des Gradientenrohrs angeregt werden, die den von Lorentz-Kräften hervorgerufenen Schwingungen des Gradientenrohrs entgegenwirken, wobei zur Anregung der Elemente Ansteuersignale dienen, wobei zur Kompensation einer Änderung des Schwingungsverhaltens des Gradientenrohrs in Abhängigkeit wenigstens eines ein Maß für die Änderung des Schwingungsverhaltens darstellenden Meßwerts die Amplituden und/oder die Phasen der Ansteuersignale zur Änderung der von den Elementen erzeugten, auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft, variiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Ma­ gnetresonanzgeräts mit einem Gradientenrohr, an dem wenig­ stens eine im Betrieb stromdurchflossene Gradientenspule an­ geordnet ist, und an dem mehrere Elemente zur bedarfsabhängi­ gen Erzeugung einer auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft angeordnet sind.

Mittels solcher Magnetresonanzgeräte ist es möglich, Schnitt­ bilder des zu untersuchenden Objekts, in der Regel eines Pa­ tienten, durch bestimmte Körperebenen zu erzeugen. Dies ge­ schieht mit Hilfe elektromagnetischer Felder. Um eine Orts­ auflösung der auf Grund eines anliegenden magnetostatischen Grundfelds und eines anregenden Hochfrequenzfelds erhaltenen Signal zu ermöglichen, wird mittels mehrerer Gradientenspulen ein Gradientenfeld erzeugt. In der Regel kommen drei unter­ schiedliche Gradientenspulen zum Einsatz, die Felder in x-y­ z-Richtung bezüglich des Gradientenrohres erzeugen. Auf Grund des Stromflusses treten Lorentz-Kräfte auf, die auf das Gra­ dientenrohr wirken und dieses wegen ihres zeitlichen Verlaufs zum Schwingen anregen. Diese mechanischen Schwingungen regen nun ihrerseits die Luft um das Gradientenrohr zu Luftdruck­ schwankungen an. Diese Schwingungen sind ursächlich für die beachtliche Lärmentwicklung während des Betriebs des Magnet­ resonanzgeräts, wobei Lärmspitzen weit über 100 dB auftreten. Um diesen Schwingungen entgegenzuwirken und folglich den Lärm zu dämpfen ist es beispielsweise aus DE 44 32 747 A1 bekannt, mittels piezoelektrischer Elemente, die am Gradientenrohr an­ geordnet sind, Gegenkräfte zu erzeugen und so den von Lorentz-Kräften angeregten Schwingungen entgegenzuwirken. Die in dem genannten Dokument beschriebene Anordnung der piezo­ elektrischen Elemente erfolgt jedoch im wesentlichen im Be­ reich der Spulenleiter. Hinsichtlich der tatsächlich erzeug­ ten Schwingungen ist die beschriebene Anordnung unselektiv, eine zielgerichtete Geräuschdämpfung ist folglich nicht mög­ lich.

Um eine deutlich verbesserte Geräuschdämpfung zu erzielen, ist es aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung 198 29 296 bekannt, mittels der am Gradientenrohr angeordneten Ele­ mente eine oder mehrere Eigenschwingungsformen des Gradien­ tenrohrs anzuregen, die den von den Lorentz-Kräften hervorge­ rufenen Schwingungen des Gradientenrohrs entgegenwirken. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß jede Schwingung des Gra­ dientenrohres eine Überlagerung mehrerer Eigenschwingungsfor­ men ist, d. h., jede Schwingung kann auf bestimmte Eigen­ schwingungsformen reduziert werden. Dabei können die Eigen­ schwingungsformen unterschiedliche Beiträge zur tatsächlichen Rohrschwingung liefern, die Elemente lassen es jedoch zu, be­ stimmte Eigenschwingungsformen gezielt und definiert anzure­ gen, die den jeweiligen Eigenschwingungsformkomponenten der Rohrschwingungen entgegenwirken und diese eliminieren. Eine beachtliche Lärmreduzierung kann hierdurch erreicht werden. Es kann nun aber vorkommen, daß während des Betriebs des Ma­ gnetresonanzgeräts oder während dessen langer Betriebszeit Ursachen auftreten, die für eine Änderung des Schwingungsver­ haltens des Gradientenrohres verantwortlich sind. Dies können reversible oder irreversible Veränderungen des Ausgangszu­ stands sein. Ein starres Ansteuerspektrum der Elemente, also eine stets gleichbleibende, von den Elementen erzeugte Kraft auf das Gradientenrohr ist hinsichtlich der möglicherweise auftretenden Änderungen unspezifisch und kann diese nicht mehr hinreichend kompensieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art anzugeben, welches eine Kompensation et­ waiger auftretender Schwingungsänderungen ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts vor, mit einem Gra­ dientenrohr, an dem wenigstens eine im Betrieb stromdurch­ flossene Gradientenspule angeordnet ist, und an dem mehrere Elemente zur bedarfsabhängigen Erzeugung einer auf das Gra­ dientenrohr wirkenden Kraft angeordnet sind, wobei mittels der Elemente eine oder mehrere Eigenschwingungsformen des Gradientenrohrs angeregt werden, die den von Lorentz-Kräften, die infolge eines Stromflusses durch die Gradientenspule er­ zeugt werden, hervorgerufenen Schwingungen des Gradienten­ rohrs entgegenwirken, wobei zur Anregung der Elemente fre­ quenzbezogene Ansteuersignale dienen, bei welchem Verfahren zur Kompensation einer Änderung des Schwingungsverhaltens des Gradientenrohrs in Abhängigkeit wenigstens eines ein Maß für die Änderung des Schwingungsverhaltens darstellenden Meßwerts die Amplituden und/oder die Phasen der Ansteuersignale zur Änderung der von den Elementen erzeugten, auf das Gradienten­ rohr wirkenden Kraft variiert werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhaft wenigstens ein Meßwert ermittelt, welcher ein Maß für die Änderung des Schwingungsverhaltens ist, d. h., das geänderte Schwingungs­ verhalten wird direkt oder indirekt mittels des Meßwerts er­ faßt. In der Abhängigkeit dieses Meßwerts erfolgt anschlie­ ßend eine Änderung der Ansteuersignale der Krafterzeugungs­ elemente, d. h., die erzeugte Kraft wird in Abhängigkeit der Schwingungsänderung variiert und eingestellt, so daß diese Schwingungsänderung weitgehend kompensiert werden kann. Die Variation erfolgt durch Verändern der Amplitude und/oder der Phase der Kraft, welche als veränderbare Größen zur Verfügung stehen, wobei sich vornehmlich die Amplitudenvariation zur Kompensation eignet. Die Phase der Ansteuerung ist in der Re­ gel sehr stabil, da die Kraft der Krafterzeugungselemente im­ mer den Lorentz-Kräften entgegenwirken muß und dies nur in einem wohl definierten Phasenverhältnis möglich ist, jedoch können aufgrund eines zeitverzögerten Antwortverhaltens der Krafterzeugungselemente auf das Ansteuersignal etwaige hier­ aus resultierende Schwingungsänderungen durch Phasenvariation kompensiert werden. Relevante Änderungen des Schwingungsver­ haltens können vom Gradientenrohr direkt herrühren, wenn die­ ses beispielsweise in Folge eines Stromflusses durch die Gra­ dientenspulen erwärmt wird. Diese Änderung ist reversibel, d. h., bei Abkühlen des Rohres ändert sich auch das Schwingungs­ verhalten entsprechend. Daneben können Änderungen auch bei­ spielsweise durch Alterungseffekte des Schwingungsrohres her­ vorgerufen werden können, die beispielsweise in einer Ände­ rung des E-Moduls resultieren, wobei dies z. B. durch die dauernde betriebsbedingte Erwärmung und Abkühlung bedingt sein kann. Auch kann sich die Dämpfung des Gradientenrohres ändern. Ferner kann sich die Kraftwirkung der Krafterzeu­ gungselemente auf das Rohr, z. B. wegen einer Ermüdung des Materials mit lokaler Veränderung der Materialeigenschaften ändern, auch die Krafterzeugungselemente selbst können al­ tern, so daß die erzeugte Kraft trotz gleicher Ansteuerung abnimmt. Die hieraus resultierenden Änderungen des Schwin­ gungsverhaltens können vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kompensiert werden.

Läßt sich die Veränderung ausschließlich auf die Veränderung eines Krafterzeugungselements (z. B. teilweiser oder komplet­ ter Ausfall) zurückführen, so sollte diese Veränderung auch nur an diesem Element kompensiert werden. (Austausch oder An­ passung der Ansteuerung dieses einen Elements an die benötig­ te Kraft.) Mögliche Sensoren sind während des Betriebs pro Krafterzeugungselement eine Kraftmessvorrichtung, deren Si­ gnal nur für die Ansteuerung dieses einen Elements benutzt wird, oder zur Überprüfung außerhalb des Betriebs der Ab­ gleich der von diesem Krafterzeugungselement erzeugten Aus­ lenkungen mit einem vorher ermittelten Referenzwert. Hierzu kann ein beliebiger Sensor (Auslenkung, Beschleunigung, Deh­ nung) benutzt werden.

Die weiteren Schritte betreffen alle Krafterzeugungselemente einer Gruppe gemeinsam:
So hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Änderung der Ansteuersignale durch eine Änderung wenigstens einer in einer Steuerungseinrichtung abgelegten Ansteuerkurve, die frequenz­ bezogene Werte der von den Elementen auf das Gradientenrohr zur Erzeugung der Eigenschwingungen aufzubringenden Kraft enthält und basierend auf welcher die Ansteuersignale ermit­ telt werden, erfolgt. Solche Ansteuerkurven liegen für jede Gruppe an Elementen, die zur Anregung eines bestimmten Eigen­ schwingungsmodes angeordnet sind, vor und stellen eine Fre­ quenzcharakteristik dar, die aussagt, mit welcher Amplitude und Phase das Signal auf die Krafterzeugungselemente einer Elementgruppe gegeben werden muß, um die Wirkung der Lorentz- Kraft einer sinusförmigen Anregung mit Stärke 1 bei der je­ weiligen Frequenz zu kompensieren. Die Wirkung muß über die Phase so eingestellt sein, daß die Kraftwirkung der Krafter­ zeugungselemente der der Lorentz-Kraft entgegen wirkt. Be­ dingt durch die Schwingungsänderung ist eine andere, größere oder geringere Kraft aufzubringen, was auf einfache Weise durch Variation der "Kraft-Ansteuerungskurve", basierend auf welcher rechnerisch mittels der Steuerungseinrichtung die tatsächlichen Ansteuersignale ermittelt werden, berücksich­ tigt werden kann. Dabei kann die Ermittlung der Ansteuersi­ gnale erfindungsgemäß derart erfolgen, daß zunächst aus einer zeitabhängigen Ansteuersignalkurve für die am Gradientenrohr befindlichen Gradientenspulen die einzelnen richtungsabhängi­ gen Signalkurven der jeweiligen Gradientenachsen separiert und durch Fouriertransformation frequenzabhängige Ansteuersi­ gnalkurven erzeugt werden, die anschließend mit der oder den Ansteuerkurven, die jeweils einer bestimmten Gruppe an Ele­ menten der jeweiligen Gradientenachse zugeordnet sind, über­ lagert werden, wonach die erhaltenen Überlagerungskurven durch Fourierrücktransformation in elementgruppenspezifische zeitabhängige Ansteuersignalkurven überführt werden. Diese Art der Ermittlung der Ansteuersignale ist in zweifacher Hin­ sicht vorteilhaft. Zum einen ermöglicht sie es, auf das Zeit­ signal des Gradientenstroms zu reagieren, was insoweit äu­ ßerst relevant ist, als der Gradientenstrom ursächlich für die Erzeugung der Lorentz-Kräfte ist. Durch rechnerische Ver­ knüpfung bzw. Berücksichtigung des Gradientenstromsignals im Rahmen der Ermittlung der Ansteuersignale für die Elemente kann so die Zeitkomponente des Gradientenstroms innerhalb der zeitabhängigen Ansteuersignale für die Krafterzeugungselemen­ te berücksichtigt werden. Der zweite Vorteil dieser Verfah­ rensausgestaltung liegt darin, daß - da die Ansteuersignal­ kurve für die Gradientenspulen stets gleich bleibt - im Rah­ men der Ermittlung lediglich die Kraft-Ansteuerkurven vari­ iert werden müssen, d. h., es wird innerhalb der rechneri­ schen Erzeugungsprozedur lediglich ein Verarbeitungsparame­ ter, nämlich die zu überlagernde Kraft-Ansteuerungskurve ge­ ändert, um die erforderlichen, der Kompensation dienenden neuen Ansteuercharakteristiken zu erhalten.

Als Meßwert kann erfindungsgemäß ein Meßwert für eine rever­ sible Schwingungsänderung ermittelt werden, beispielsweise die Temperatur des Gradientenrohrs. Wenngleich durch geeigne­ te Variation der ursprünglichen abgelegten, elementgruppen­ spezifischen Ansteuerkurven eine Kompensation erreicht werden kann, hat es sich in diesem Fall als zweckmäßig erwiesen, wenn erfindungsgemäß in der Steuerungseinrichtung eine Schar von Ansteuerkurven abgelegt ist, von denen jede einem be­ stimmten Meßwert oder einem Meßwertintervall zugeordnet ist, und aus welcher in Abhängigkeit des Meßwerts eine der An­ steuerung zugrunde zu legende Ansteuerkurve gewählt wird.

Alternativ oder zusätzlich hierzu können erfindungsgemäß als gegebenenfalls weitere eigenschwingungsbezogene Meßwerte die Schwingungen des Gradientenrohres aufgenommen werden. Dies gilt sowohl für den Fall einer Kompensation temperaturschwan­ kungsbedingter Schwingungsänderungen, wie auch zur Ermittlung von Systemänderungen, die quasi nicht reversibel sind und beispielsweise auf Ermüdungserscheinungen, Materialänderungen oder Leistungsverlusten, beispielsweise bei den Krafterzeu­ gungselementen zurückzuführen sind. Dabei können als Meßwerte die Amplituden der Eigenschwingungen ermittelt werden. Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn erfindungsge­ mäß zur Kompensation die Ansteuersignale unter im wesentli­ chen gleichzeitiger Ermittlung der eigenschwingungsbezogenen Meßwerte variiert und die Wirkung der Variation anhand der Meßwerte überprüft wird. In diesem Fall kommt also ein Regel­ kreis zur Anwendung, bei dem bei oder nach einer Änderung der Ansteuersignale die Kompensationswirkung überprüft wird. Wird beispielsweise die von einer Elementgruppe zur Erzeugung ei­ nes bestimmten Eigenschwingungsmodes aufgebrachte Kraft zur Kompensation erhöht, kann auf diese Weise nach dem ersten oder nach wenigen Erhöhungsschritten erkannt werden, ob eine Erhöhung tatsächlich zu einer Kompensation führt. Falls nicht kann seitens der Steuerungseinrichtung die Variation derart erfolgen, daß die erzeugte Kraft erniedrigt wird, wobei auch in diesem Fall stets die Wirkung überprüft wird. Dabei findet die Änderung beispielsweise der Amplitude der Ansteuersignale bzw. als hierfür ursächlich der Ansteuerkurve so lange statt, bis ein Kompensationsoptimum erreicht ist. Es hat sich als ausreichend erwiesen, wenn erfindungsgemäß bezüglich jeder zu kompensierenden Eigenschwingung lediglich ein frequenzbezoge­ nes Signal der Ansteuerkurve der Elemente variiert wird. Al­ ternativ hierzu ist es auch möglich, eine Signalgruppe eines bestimmten Frequenzbereichs zu variieren.

Zur Ermittlung der Meßwerte können erfindungsgemäß mehrere am Gradientenrohr angeordnete Sensorelemente verwendet werden. Die Sensorelemente zur Ermittlung der Temperatur sollten nahe der Elemente selbst angeordnet sein, da hierdurch gleichzei­ tig auch die Temperatur der Krafterzeugungselemente, die ge­ gebenenfalls für eine Änderung der Funktion derselben verant­ wortlich sein kann, erfaßt werden kann. Ferner können zur Er­ mittlung der Schwingungen des Gradientenrohrs wenigstens so viele Sensorelemente verwendet werden, wie Eigenschwingungs­ formen unterdrückt werden sollen. Die angelegten Schwingungs­ formen sind bekannt, die Anzahl wichtiger Moden ist über­ schaubar. Im Idealfall genügen dann ebenso viele Sensorele­ mente wie zu beachtende Schwingungsmoden pro Raumrichtung existieren. Mathematisch betrachtet bilden die Eigenschwin­ gungsformen die Basis eines Vektorraums, die Sensorelemente stellen die Stützpunkte dar, an denen die Funktion bekannt ist. Die Plazierung der Sensorelemente muß dabei derart sein, daß ein ausreichendes Input-Signal, welches der Steue­ rungseinrichtung gegeben wird, zur Verfügung gestellt wird. So sollten die Sensorelemente nicht in einer gemeinsamen Kno­ tenlinie mehrerer Moden liegen oder symmetrische Positionen einnehmen, die keine relevanten Informationen liefern. Es ge­ nügt die Plazierung der Aufnehmer bereits innerhalb eines kleinen Segmentbereichs des Rohres, d. h., sie müssen nicht über das gesamte Rohr verteilt sein.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung ferner ein Magne­ tresonanzgerät mit einem Gradientenrohr, an dem wenigstens eine im Betrieb stromdurchflossene Gradientenspule angeordnet ist, und an dem mehrere Elemente zur bedarfsabhängigen Erzeu­ gung einer auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft angeordnet sind, wobei die Lage der Elemente in Abhängigkeit wenigstens einer Eigenschwingungsform des Gradientenrohrs gewählt ist, so daß die jeweilige Eigenschwingungsform bei Betrieb der Elemente anregbar ist, wobei wenigstens ein Sensorelement zum Ermitteln wenigstens eines Meßwerts vorgesehen ist, der ein Maß für eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Gradien­ tenrohrs darstellt, und wobei eine Steuerungseinrichtung vor­ gesehen ist, die zur Variation der Amplitude und/oder der Phase von frequenzbezogenen Ansteuersignalen, mittels welchen die Elemente angesteuert werden, in Abhängigkeit des Meßwerts ausgebildet ist, so daß die Änderung des Schwingungsverhal­ tens zumindest teilweise kompensierbar ist.

Als Sensorelemente können auch hier Kraftsensoren wie auch Temperatursensoren verwendet werden, wie auch solche, die ei­ ne Ermittlung eigenschwingungsbezogener Meßwerte für die Rohrschwingung selbst liefern. An Schwingungssensoren können erfindungsgemäß wenigstens so viele vorgesehen sein, wie Ei­ genschwingungsformen unterdrückt werden sollen. Dabei sollten die Sensorelemente in Rohrlängsrichtung und in Rohrumfangs­ richtung angeordnet und im wesentlichen äquidistant voneinan­ der beabstandet sein, wobei es bereits ausreichend ist, wenn die Sensorelemente lediglich über eine Teillänge und einen Teilumfang des Gradientenrohrs, beispielsweise 1/8-Segment angeordnet sind. Als Sensorelemente können beispielsweise Be­ schleunigungssensoren, Dehnungssensoren oder Kraftsensoren verwendet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Magnetre­ sonanzgeräts sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Magnetresonanzgeräts,

Fig. 2 eine Prinzipskizze der Anordnung mehrere Elemente zur Erzeugung bestimmter Eigenschwingungsmoden an einem Gradientenrohr,

Fig. 3 eine Aufsicht auf das Gradientenrohr aus Fig. 2,

Fig. 4 ein prinzipielles Flußdiagramm zur Darstellung der Ermittlung der der Kompensation dienenden Ansteuersi­ gnale,

Fig. 5 ein Beispiel für eine Schar an temperaturbezogenen Ansteuerkurven, und

Fig. 6 ein Beispiel für die Variation einer Ansteuerkurve.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 1, be­ stehend aus einem Gerätegehäuse 2 mit einem darin angeordne­ tem Gradientenrohr 3 mit daran angeordneten Gradientenspulen 4, die hier nur prinzipiell dargestellt sind und in realiter entsprechend dem jeweils von jeder Spule zu erzeugenden rich­ tungsabhängigen Feld angeordnet sind. Ferner ist eine den Be­ trieb des Magnetresonanzgeräts steuernde Steuerungseinrich­ tung 5 vorgesehen. Am Gradientenrohr 3 sind mehrere Elemente E zur Krafterzeugung vorgesehen (Fig. 2, 3), bei denen es sich um Piezoelemente handelt. Diese werden über die Steue­ rungseinrichtung 5 gesteuert mit Spannung beaufschlagt und erzeugen bedingt durch die spannungsbedingte Formänderung ei­ ne auf das Gradientenrohr wirkende Kraft. Sämtliche Elemente E sind am Gradientenrohr 3 derart plaziert, daß durch ihren Betrieb bestimmte Eigenschwingungsmoden des Gradientenrohrs 3 definiert angeregt werden können. Dabei ist die jeweilige Kraft, die ein Element erzeugt, gerade so gewählt, daß die beim Betrieb des Magnetresonanzgeräts durch Lorentz-Kräfte, die aufgrund eines Stromflusses durch die Gradientenspulen 4 erzeugt werden, im wesentlichen ausgeglichen werden, d. h., die mittels der Elemente E anregbare Eigenschwingung hat im wesentlichen die gleiche Amplitude und Phase, so daß sich die Schwingungsformen gegenseitig auslöschen.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Elementanordnung ist le­ diglich ein Beispiel, es kommt im vorliegenden nicht darauf an, welche Eigenschwingungsmoden hier konkret angeregt wer­ den. Hinsichtlich der Anordnung sowie Arbeitsweise wird auf die Patentanmeldung 198 29 296 verwiesen.

Wie Fig. 3 ferner zeigt, sind am Außenmantel des Gradienten­ rohrs 3 weitere Sensorelemente vorgesehen. Hier ist zwischen in Längsrichtung angeordneten Sensorelementen S_L und in Um­ fangsrichtung angeordneten Sensorelementen S_U zu unterschei­ den. Die Sensorelemente S_L und S_U dienen dazu, Schwingungen des Gradientenrohres zu ermitteln. Sie liefern eigenschwin­ gungsbezogene Meßwerte, die es ermöglichen, die Eigenschwin­ gungskomponenten innerhalb der gesamten Schwingung des Gra­ dientenrohrs zu separieren. Es sollten wenigstens so viele Sensorelemente vorgesehen sein, wie relevante Schwingungsmo­ den pro Raumrichtung existieren. Die Sensorelemente S_L können beispielsweise auf einer Winkelposition von 20° in Längsrich­ tung angeordnet und äquidistant voneinander beabstandet sein.

Das dem Rohrende nächste Sensorelement sollte etwas vom Ende entfernt angeordnet sein. Für die Plazierung in Umfangsrich­ tung (Sensorelemente S_U) ist im gezeigten Beispiel eine Posi­ tion in der Mitte der Länge des Rohres gewählt. In Umfangs­ richtung werden die Sensorelemente ebenfalls äquidistant pla­ ziert, wobei das erste und das letzte Sensorelement nicht bei 0 und 90° angeordnet sein sollten. Es ist ausreichend, wenn die Sensorelemente S_L, S_U lediglich über beispielsweise 1/8- Segment des Gradientenrohrs verteilt angeordnet sind. Aus den von den Sensorelementen S_L, S_U ermittelten Meßwerten kann die Amplitude jeder Schwingungseigenform seitens der Steuerungs­ einrichtung 5 ermittelt werden. Im Bedarfsfall ist es auch möglich, die Elemente E selbst als Sensorelemente mit zu ver­ wenden, wobei diese dann in ihrem Betrieb alternierend zwi­ schen Krafterzeugung und Meßwerterfassung geschaltet werden.

Ferner sind mehrere Sensorelemente S_T vorgesehen, die der Temperaturerfassung des Gradientenrohrs dienen. Jedes in Fig. 3 gezeigte Sensorelement S_T ist unmittelbar an einem Sensor­ element E angeordnet, so daß es gleichzeitig auch möglich ist, im wesentlichen die Temperatur des Elements E zu ermit­ teln. Die Temperatur des Rohres wie auch des Elements kann Auswirkungen auf das Schwingungsverhalten bzw. das Krafter­ zeugungsverhalten des Elements haben. Mittels der Sensorele­ mente S_T ist es möglich, reversible Schwingungsänderungen zu ermitteln, die Sensorelemente S_L, S_U dienen im wesentlichen der Ermittlung nicht-reversibler Schwingungsänderungen, die ihre Ursache in irreversiblen Systemänderungen, wie bei­ spielsweise einer Rohrermüdung, einer Ermüdung der Krafter­ zeugungselemente und ähnlichem haben.

Fig. 4 zeigt in Form eines prinzipiellen Flußdiagramms die Ermittlung der Ansteuersignale für eine Gruppe von Elementen zur Erzeugung eines bestimmten Eigenschwingungsmodes. Wie be­ schrieben sind die vom Stromfluß durch die Gradientenspulen hervorgerufenen Lorentz-Kräfte ursächlich für das Schwin­ gungsverhalten des Gradientenrohrs. Da die mittels der Kraft­ erzeugungselemente erzeugten Gegenschwingungen die ursächli­ chen Eigenschwingungen kompensieren und auslöschen sollen, müssen diese folglich zeitgleich mit den ursächlichen Eigen­ schwingungen erzeugt werden. Zur Einbeziehung eines beliebi­ gen Zeitsignals seitens des Gradientenstromsignals geht die Ermittlung der Ansteuersignale für die Krafterzeugungselemen­ te vom zeitbezogenen Stromsignal I(t) ( = zeitabhängige An­ steuersignalkurve) des Gradientenstromsignals aus. Fig. 4 gibt exemplarisch einen beispielhaften Verlauf eines solchen Signals wieder. Im gezeigten Beispiel ist lediglich allgemein das Signal I(t) angegeben. Das beim Betrieb des Magnetreso­ nanzgeräts verwendete Gradientensignal besteht aus drei über­ lagerten einzelnen Signalen für die jeweiligen Gradientenach­ sen x, y, z. Das gemeinsame Gradientensignal wird zunächst in die jeweiligen gradientenachsespezifischen Signale aufgespal­ ten. Das in Fig. 4 gezeigte Signal I(t) stellt exemplarisch eines dieser aufgespaltetenen achsbezogenen Signale dar. Die Vorgehensweise ist für jedes achsspezifische Signal die glei­ che, weshalb auf eine Differenzierung hier verzichtet wurde.

Anschließend werden die Signale I(t) einer Fouriertransforma­ tion (FT) unterworfen, um ein frequenzabhängiges komplexes Stromsignal I(f) ( = in Amplitude und Phase frequenzabhängige Ansteuersignalkurve) zu erzeugen, wobei Fig. 4 auch ein Bei­ spiel eines solchen frequenzbezogenen Signalverlaufs wieder­ gibt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die jeweiligen Beispiel­ kurven nicht miteinander im Zusammenhang stehen, sondern le­ diglich Prinzipbeispiele darstellen.

Im nächsten Schritt wird das Signalspektrum I(f) mit der fre­ quenzbezogenen Kraftkurve K_Piezo(f) überlagert. Diese Kraft­ kurve enthält frequenzbezogene Kraftwerte, welche die jewei­ ligen Elemente, die eine bestimmte Eigenschwingungsform er­ zeugen sollen, aufbringen sollen. Diese Elementgruppe ist der jeweiligen Gradientenachse, deren Gradientenstromsignal ver­ arbeitet wird, zugeordnet. Die Überlagerung entspricht einer Neugewichtung der Frequenzanteile. Die Kraftkurve K_Piezo(f) ist die Ansteuerkurve, welche zur Kompensation einer Schwin­ gungsänderung variiert wird, worauf nachfolgend noch einge­ gangen wird. Die Überlagerung liefert eine frequenzbezogene Kraft-Steuersignalkurve K_Steuer(f) ( = Überlagerungskurve) Durch Fourierrücktransformation (Rück-FT) wird schließlich eine zeitbezogene Kraft-Steuersignalkurve (K_Steuer(t)) ( = zeit­ abhängige Ansteuersignalkurve) erzeugt. Diese Ansteuersignal­ kurve wird anschließend noch hinsichtlich der jeweiligen gruppenzugehörigen Einzelelemente gewichtet, da nicht jedes Piezoelement in gleicher Form angesteuert werden muß, sondern abhängig von der modenspezifischen Kraft bzw. der Anordnung am Gradientenrohr die Elemente einer Funktionsgruppe unter­ schiedliche Kräfte erzeugen müssen. Hierauf kommt es aber hinsichtlich des allgemeinen Kompensationsverfahrens nicht an, weshalb dies nicht näher dargestellt ist. Die Kurve Ksceu­ er(t) stellt also den nötigen Kraftverlauf der Krafterzeu­ gungselemente über die Zeit dar. Für die konkrete Ansteuerung der Einzelelemente wird das Kraftspektrum K_Steuer(t) nach ent­ sprechender elementspezifischer Gewichtung abschließend in entsprechende zeitbezogene Spannungswerte umgewandelt, welche an die jeweiligen Krafterzeugungselemente angelegt werden.

Wie beschrieben ist zur Kompensation einer Änderung der Rohr­ schwingung die von den Elementen ausgeübte Kraft zur Erzeu­ gung der Gegenschwingung zu ändern. Die entsprechende Anpas­ sung bzw. Änderung der Ansteuersignale erfolgt durch Variati­ on der frequenzbezogenen Piezoelement-Kraftkurve K_Piezo(f) Für den Fall, daß eine reversible, von einer Temperaturerhö­ hung beispielsweise durch die sich im Betrieb erwärmenden Gradientenspulen hervorgerufene Schwingungsänderung vorliegt, ist in der Steuerungseinrichtung 5 eine Schar von Ansteuer­ kurven abgelegt, von denen jede einer anderen Temperatur zu­ geordnet ist. Ein prinzipielles Beispiel ist in Fig. 5 ge­ zeigt. Die Kurve K₁ stellt die frequenzbezogene Kraftkurve für eine Temperatur T₁ = 20°C dar, die Kurve K₂ für T₂ = 30°C und die Kurve K₃ für T₃ = 40°C. Wird nun mittels eines der Sensorelemente S_T beispielsweise eine Temperatur des Rohres von T = 30°C ermittelt, so wählt die Steuerungseinrichtung 5 automatisch die Kurve K₂ aus und überlagert diese als Kraft­ kurve K_{Piezo, T = 30°C} (f) mit der frequenzbezogenen Stromkurve I(f). Da, wie in Fig. 5 gezeigt, die Kurve K₂ einen anderen frequenzbezogenen Kraftverlauf zeigt als die vorher zugrunde gelegte Kurve K₁, ergibt sich letztendlich eine Änderung des aus der Verarbeitung gemäß Fig. 4 hervorgegangenen Ansteuer­ signals, so daß auf die temperaturbedingte Schwingungsände­ rung reagiert werden kann. Fig. 5 zeigt exemplarisch ledig­ lich drei Kurven, selbstverständlich können innerhalb der Kurvenschar noch mehr Kurven abgelegt sein. Ferner ist es möglich, daß eine Kurve einem bestimmten Temperaturintervall zugeordnet ist.

Fig. 6 zeigt schließlich, wie die Kraftkurve K_Piezo(f) zu va­ riieren ist, wenn eine nicht-reversible systembedingte Schwingungsänderung vorkommt, die beispielsweise durch Ermü­ dungserscheinungen od. dgl. hervorgerufen werden kann. Nach einer ersten, in Fig. 6 links bezüglich des Plateaus P₁ ge­ zeigten Möglichkeit wird innerhalb des dem Plateau P₁ ent­ sprechenden Frequenzbereichs f₁ eine bestimmte Frequenz f_v (variierende Frequenz) ausgewählt, deren Kraftwert k_v (vari­ ierender Kraftwert) variiert wird. Er wird von der Steue­ rungseinrichtung automatisch beispielsweise zunächst erhöht, wobei über die Sensorelemente S_L, S_U die jeweilige Wirkung dieser Erhöhung, die sich in einer entsprechenden Änderung der konkreten Ansteuersignale und damit einer Änderung der tatsächlich erzeugten Kraft auswirkt, ermittelt wird. Es wird also nach Art eines Regelkreises sofort aufgenommen, ob die Änderung in der jeweiligen Richtung (hier einer Anhebung) zu einer Verbesserung der Schwingungsdämpfung führt oder nicht. Im Falle einer Verbesserung wird die Erhöhung so lange fort­ gesetzt, bis ein Kompensationsoptimum erreicht ist. Im Falle einer Verschlechterung erniedrigt die Steuerungseinrichtung den Kraftwert k_v entsprechend. Da die erzeugte Kraft inner­ halb des Frequenzbereichs f₁ bei jeder Frequenz zu einer ent­ sprechenden Erzeugung der Eigenschwingung führt, ist es aus­ reichend, wenn lediglich bei einer Frequenz eine Änderung des Kraftwertes vorgenommen wird, da diese erhöhte oder ernied­ rigte Kraft dann zur Erzeugung der geänderten Eigenschwingung führt, unabhängig davon, welche Frequenz t, ausgewählt wird, so lange diese nur innerhalb des Frequenzbereichs f₁ liegt. Ist eine optimale Kompensation erreicht, kann die Kurve gemäß Fig. 6 hinsichtlich der Lage des Plateaus P₁ insgesamt ent­ sprechend korrigiert.

Fig. 6 zeigt ferner eine weitere Möglichkeit der Variation in der rechten Bildhälfte. Hier wird das gesamte Plateau P₂ an­ gehoben oder abgesenkt, wie durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet ist. Die Wirkungsweise dieser Variation ist die gleiche wie die der vorbeschriebenen.

Claims (28)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit ei­ nem Gradientenrohr, an dem wenigstens eine im Betrieb strom­ durchflossene Gradientenspule angeordnet ist, und an dem meh­ rere Elemente zur bedarfsabhängigen Erzeugung einer auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft angeordnet sind, wobei mittels der Elemente eine oder mehrere Eigenschwingungsformen des Gradientenrohrs angeregt werden, die den von Lorentz-Kräften, die infolge eines Stromflusses durch die Gradientenspule er­ zeugt werden, hervorgerufenen Schwingungen des Gradienten­ rohrs entgegenwirken, wobei zur Anregung der Elemente Ansteu­ ersignale dienen, bei welchem Verfahren zur Kompensation ei­ ner Änderung des Schwingungsverhaltens des Gradientenrohrs in Abhängigkeit wenigstens eines ein Maß für die Änderung des Schwingungsverhaltens darstellenden Meßwerts die Amplituden und/oder die Phasen der Ansteuersignale zur Änderung der von den Elementen erzeugten, auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft variiert werden.

2. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meß­ werte solche Meßwerte mittels nahe eines jeden Elements ange­ ordneter Sensorelemente aufgenommen werden, die ein Maß für die von einem Element auf das Gradientenrohr ausgeübten Kraft darstellen, wobei zur Kompensation einer möglichen Änderung des Schwingungsverhaltens die Ansteuerung lediglich des be­ troffenen Elements variiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Ansteu­ ersignale durch eine Änderung wenigstens einer in einer Steu­ erungseinrichtung abgelegten Ansteuerkurve, die frequenzbezo­ genen Werte der von den Elementen auf das Gradientenrohr zur Erzeugung der Eigenschwingungen aufzubringenden Kraft enthält und basierend auf welcher die Ansteuersignale ermittelt wer­ den, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Ermittlung der Ansteuer­ signale zunächst aus einer zeitabhängigen Ansteuersignalkurve für die am Gradientenrohr befindlichen Gradientenspulen die einzelnen richtungsabhängigen Signalkurven der jeweiligen Gradientenachse separiert und durch Fouriertransformation frequenzabhängige Ansteuersignalkurven erzeugt werden, die anschließend mit der oder den Ansteuerkurven, die jeweils ei­ ner bestimmten Gruppe an Elementen der jeweiligen Gradien­ tenachse zugeordnet sind, überlagert werden, wonach die er­ haltenen Überlagerungskurven durch Fourierrücktransformation in elementgruppenspezifische zeitabhängige Ansteuersignalkur­ ven überführt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meß­ wert die Temperatur des Gradientenrohrs ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Steuerungseinrichtung eine Schar von Ansteuerkurven abgelegt ist, von denen jede einem bestimmten Meßwert oder einem Meßwertintervall zugeord­ net ist, und aus welcher in Abhängigkeit des Meßwerts eine der Ansteuerung zugrunde zu legende Ansteuerkurve gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als gege­ benenfalls weitere eigenschwingungsbezogene Meßwerte die Schwingungen des Gradientenrohrs aufgenommen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Meßwerte die Amplituden der Eigenschwingungen ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation die An­ steuersignale unter im wesentlichen gleichzeitiger Ermittlung der eigenschwingungsbezogenen Meßwerte variiert und die Wir­ kung der Variation anhand der Meßwerte überprüft wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bezüglich jeder zu kompensie­ renden Eigenschwingung lediglich ein frequenzbezogenes Signal oder eine Signalgruppe eines bestimmten Frequenzbereichs der Ansteuerkurve der Elemente variiert wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ mittlung der Meßwerte mehrere am Gradientenrohr angeordnete Sensorelemente verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Ermittlung der Temperatur nahe der Elemente angeordnete Sensorelemente verwendet wer­ den.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Schwingungen des Gradientenrohrs wenigstens so viele Sensor­ elemente verwendet werden, wie Eigenschwingungsformen unter­ drückt werden sollen.

14. Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenrohr, an dem we­ nigstens eine im Betrieb stromdurchflossene Gradientenspule angeordnet ist, und an dem mehrere Elemente zur bedarfsabhän­ gigen Erzeugung einer auf das Gradientenrohr wirkenden Kraft angeordnet sind, wobei die Lage der Elemente (E) in Abhängig­ keit wenigstens einer Eigenschwingungsform des Gradienten­ rohrs (3) gewählt ist, so daß die jeweilige Eigenschwingungs­ form bei Betrieb der Elemente (E) anregbar ist, wobei wenig­ stens ein Sensorelement (S_L, S_U, S_T) zum Ermitteln wenigstens eines Meßwerts vorgesehen ist, der ein Maß für eine Änderung des Schwingungsverhaltens des Gradientenrohrs (3) darstellt, und wobei eine Steuerungseinrichtung (5) vorgesehen ist, die zur Variation der Amplitude und/oder der Phase von frequenz­ bezogenen Ansteuersignalen, mittels welchen die Elemente (E) angesteuert werden, in Abhängigkeit des Meßwerts ausgebildet ist, so daß die Änderung des Schwingungsverhaltens kompen­ sierbar ist.

15. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Element ein Senso­ relement zum Ermitteln eines Meßwerts, der ein Maß für die vom jeweiligen Element auf das Gradientenrohr ausgeübte Kraft darstellt, zugeordnet ist.

16. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 14 oder 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steue­ rungseinrichtung (5) zum Ermitteln der Ansteuersignale basie­ rend auf einer im Steuerungseinrichtung (5) abgelegten An­ steuerkurve (K_Piezo(f), (f), K, K₁, K₂, K₃) die frequenzbezogenen Werte der von den Elementen (E) auf das Gradientenrohr (3) zur Erzeugung der Eigenschwingungen aufzubringenden Kraft enthält, und zum Ändern der Ansteuersignale durch Ändern der Ansteuerkurve (K_Piezo (f), K, K₁, K₂, K₃) ausgebildet ist.

17. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (5) zur Ermittlung der Ansteuersignale derart ausgebildet ist, daß zunächst aus einer zeitabhängigen Ansteuersignalkur­ ve (I(t)) für die am Gradientenrohr (3) befindlichen Gradien­ tenspulen (4) die einzelnen richtungsabhängigen Signalkurven der jeweiligen Gradientenachse separiert und durch Fourier­ transformation frequenzabhängige Ansteuersignalkurven (I(f)) erzeugt werden, die anschließend mit der oder den Ansteuer­ kurven (K_Piezo(f)), die jeweils einer bestimmten Gruppe an Elementen (E) der jeweiligen Gradientenachse zugeordnet sind, überlagert werden, wonach die erhaltenen Überlagerungskurven (K_Steuer(f)) durch Fourierrücktransformation in elementgruppen­ spezifische zeitabhängige Ansteuersignalkurven (K_Steuer(t)) überführt werden.

18. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Sensorelemente (S_T) zum Ermitteln der als Meßwert diene­ nenden Temperatur des Gradientenrohrs (3) ausgebildet sind.

19. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 18, dadurch. gekennzeichnet, daß in der Steuerungseinrich­ tung (5) eine Schar von Ansteuerkurven (K₁, K₂, K₃) abgelegt ist, von denen jede einem bestimmten Meßwert oder einer Meß­ wertschar zugeordnet ist, und aus welcher in Abhängigkeit des Meßwerts eine der Ansteuerung zugrunde zu legende Ansteuer­ kurve gewählt wird.

20. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 18 oder 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensor­ elemente (S_T) zur Ermittlung der Temperatur nahe den Elemen­ ten (E) angeordnet sind.

21. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die gegebenenfalls weiteren Sensorelemente (S_L, S_U) zum Er­ mitteln eigenschwingungsbezogene Meßwerte für die Schwingun­ gen des Gradientenrohrs (3) ausgebildet sind.

22. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwerte die Amplitu­ den der Eigenschwingungen ermittelt werden.

23. Magnetresonanzeinrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­ mittlung der Schwingungen des Gradientenrohrs (3) wenigstens so viele Sensorelemente (S_L, S_U vorgesehen sind, wie Eigen­ schwingungsformen unterdrückt werden sollen.

24. Magnetresonanzeinrichtung nach Anspruch 23, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensor­ elemente (S_L, S_U) in Rohrlängsrichtung und in Rohrumfangs­ richtung angeordnet und im wesentlichen äquidistant voneinan­ der beabstandet sind.

25. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (S_L, S_U) lediglich über eine Teillänge und/oder einen Teilumfang des Gradientenrohrs (3) angeordnet sind.

26. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Sen­ sorelemente (S_L, S_U) Beschleunigungssensoren, Dehnungssenso­ ren, Kraftsensoren od. dgl. sind.

27. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 21 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steue­ rungseinrichtung (5) zur Variation der Ansteuersignale unter im wesentlichen gleichzeitiger Ermittlung der eigenschwin­ gungsbezogenen Meßwerte und zur Überprüfung der Wirkung der Variation anhand der Meßwerte ausgebildet ist.

28. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (5) zur Variation lediglich eines frequenzbezogenen Signals der Ansteuerkurve der Elemente oder einer in einem bestimmten Frequenzbereich liegenden Signalgruppe bezüglich jeder zu kompensierender Eigenschwingung ausgebildet ist.