DE19945179A1 - Verfahren zur Vorgabe einer Rampe durch eine getaktete Größe - Google Patents

Abstract

In einem Verfahren zur Vorgabe einer im wesentlichen linearen Rampe (4) mit einer vorgebbaren Steigung durch eine Größe (g), die an einen Takt gebunden ist und die die Rampe (4) je Taktintervall (T) durch ein Inkrement (5, 6, 7) beschreibt, weist ein reguläres Inkrement (5) einen Wert entsprechend der vorgebbaren Steigung und ein irreguläres Inkrement (6, 7) einen von der vorgebbaren Steigung abweichenden Wert auf. Dabei ist die Rampe (4) durch eine Anzahl von regulären Inkrementen (5) sowie durch wenigstens ein irreguläres Inkrement (6, 7) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorgabe einer im we­ sentlichen linearen Rampe mit einer vorgebbaren Steigung durch eine Größe, die an einen Takt gebunden ist und die die Rampe je Taktintervall durch ein Inkrement beschreibt.

Die Vorgabe von Rampen ist beispielsweise bei einem Gradien­ tensystem eines Magnetresonanztomographiegeräts zur Erzeugung von Gradientenfeldern erforderlich. Dabei wird in der Magnet­ resonanztomographie durch Gradientenfelder eine vom Ort ab­ hängige Frequenz- und Phasencodierung bewirkt. Das Gradien­ tensystem beinhaltet dazu ein Gradientensteuersystem, Gra­ dientenverstärker und Gradientenspulen. Die Gradientenspule ist dabei zum Zwecke der Stromversorgung mit dem Gradienten­ verstärker verbunden. Der Gradientenverstärker wird durch ei­ ne vom Gradientensteuersystem vorgegebene Größe gesteuert, so daß zur Erzeugung des Gradientenfeldes die Gradientenspule von einem entsprechenden Strom durchflossen wird. Dabei muß die Größe einem vorgebbaren Verlauf exakt folgen. Der Verlauf beinhaltet dabei sogenannte Gradientenpulse, die beispiels­ weise durch eine Anfangsamplitude und eine Endamplitude defi­ niert sind, worauf das Gradientensteuersystem entsprechende Rampen ausgibt. Die Anstiegs- und Abfallraten sind dabei durch die Leistungsfähigkeit des Gradientenverstärkers und eine Induktivität der Gradientenspule begrenzt.

Bei einer Reihe von Magnetresonanztomographiegeräten der An­ melderin wird die Größe von digitalen Signalprozessoren be­ rechnet, die dazu eine entsprechende Programmierung aufwei­ sen. Zur Aufnahme von obliquen oder doppeltobliquen Magnetre­ sonanzbildern sind vom Signalprozessor zur Berechnung der entsprechenden Größe unter anderem Multiplikationen mit Dreh­ matrizen durchzuführen. Dazu werden zur Einsparung von Re­ chenzeit Inkremente für die Größe gebildet, und diese Inkre­ mente vorgenannter Multiplikation unterzogen. Schließlich wird die Größe dadurch gebildet, daß zum jeweiligen Momentan­ wert der Ausgangsgröße in einem bestimmten Takt ein multipli­ ziertes Inkrement addiert wird.

Wie eingangs bereit erwähnt, wird in der Magnetresonanztomo­ graphie durch Gradientenfelder die vom Ort abhängige Fre­ quenz- und Phasencodierung bewirkt, die mit einer sogenannten k-Raum-Darstellung beschrieben wird. Für den k-Raum gilt fol­ gende Definition:

Dabei ist γ die Larmorkonstante und G_x, G_y, G_z ein Magnetfeld­ gradient in der Richtung x, y bzw. z eines kartesischen Koor­ dinatensystems.

Bei den sogenannten konventionellen Pulssequenzen wird bei­ spielsweise zur Erzeugung von zweidimensionalen Schnittbil­ dern pro Sequenzdurchgang nur eine k-Raumzeile akquiriert, so daß insgesamt entsprechend der Anzahl an k-Raumzeilen Se­ quenzdurchgänge erforderlich sind, um eine Rohdatenmatrix des k-Raums vollständig aufzubauen. Bei den Echoplanartechniken werden demgegenüber alle k-Raumzeilen mit einem einzigen Se­ quenzdurchgang erfaßt.

Die verschiedenen publizierten Varianten der Echoplanartech­ nik unterscheiden sich letztendlich nur darin, wie die Pha­ sencodiergradienten geschaltet werden, d. h. in welcher Rei­ henfolge die Datenpunkte der Rohdatenmatrix abgetastet wer­ den. In einer ersten Variante ist ein konstanter Phasenco­ diergradient während der gesamten Auslesephase geschaltet. Dadurch wird der k-Raum in einer Zick-Zack-Linie abwechselnd von links nach rechts und vis-à-vis durchfahren. Das heißt, der k-Raum wird nicht auf geraden Abschnitten parallel bzw. antiparallel zu den kartesischen Koordinatenachsen des k- Raums und nicht auf regulären kartesischen Rasterpunkten des k-Raums durchfahren. Dies wird in einer zweiten Variante durch einen pulsförmig geschalteten Phasencodiergradienten erreicht.

Damit zur Berechnung von Magnetresonanzbildern aus der Rohda­ tenmatrix einfache Fourieralgorithmen angewandt werden kön­ nen, ist es wünschenswert, daß die Abtastpunkte im k-Raum in einem regulären kartesischen Raster angeordnet sind. Fehler in der Bestimmung der Abtastpunkte in Abhängigkeit vom Gra­ dientenzeitintegral führen zu einer ungenauen Plazierung der Rohdaten im k-Raum. Jede ungenaue k-Raumplazierung führt im Magnetresonanzbild zu Artefakten.

Weil bei der Echoplanartechnik die gesamte Datenakquisition innerhalb einer Zeitspanne abgeschlossen sein muß, die in et­ wa der Zerfallszeit der Quermagnetisierung von ca. 100 ms entspricht, sind zur Vermeidung von Artefakten die Genauig­ keitsanforderungen an das Gradienten- sowie das Abtastsystem extrem hoch. Das heißt beispielsweise, daß für die Größe des Gradientensteuersystems zur Vorgabe von Gradientenpulsen eine Zeitauflösung von etwa 20 bis 50 ns gefordert ist, was einer Taktfrequenz von 20 bis 50 MHz entspricht. Die Vorgabe der Größe mit vorgenannten Taktfrequenzen bedingt ein entspre­ chend kostenintensives Gradientensteuersystem und entfaltet darüber hinaus hinsichtlich einer hohen Zeitauflösung nur be­ grenzte Wirkung, solange heutige Gradientenverstärker auf­ grund heute verfügbarer Bauelemente nur eine begrenzte Band­ breite von ca. 20 kHz aufweisen. Bei heutigen Gradientensteu­ ersysteme erfolgt die Vorgabe der Größe mit einer Taktfre­ quenz von ca. 100 kHz. Bei der Echoplanartechnik wird bei heutigen Geräten deswegen in aufwendiger Art und Weise eine Artefaktunterdrückung durch spezielle Bildrekonstruktionsal­ gorithmen und/oder eine exakte zeitliche Positionierung von Gradientenpulsen durch Kalibrierung mittels sogenannter Navi­ gatorechos durchgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Vorgabe einer im wesentlichen linearen Rampe mit einer vorgebbaren Steigung durch eine Größe, die an einen Takt gebunden ist und die die Rampe je Taktintervall durch ein Inkrement be­ schreibt, zu schaffen, das vorgenannte Nachteile vermindert und insbesondere eine exakte zeitliche Positionierung von Rampen erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein reguläres Inkrement einen Wert entsprechend der vorgebbaren Steigung aufweist, daß ein irreguläres Inkrement einen von der vorgebbaren Steigung abweichenden Wert aufweist, und daß die Rampe durch eine Anzahl von regulären Inkrementen sowie durch wenigstens eine irreguläres Inkrement beschrieben ist. Dadurch sind insbesondere Rampen, die an Zeitpunkten anfangen bzw. enden, die zwischen dem durch eine Taktfrequenz vorgege­ benen Zeitraster liegen, mit einer hohen Auflösung zeitlich positionierbar. Dazu ist eine Erhöhung der Taktfrequenz nicht erforderlich. Dabei wird unter Inkrement nicht ausschließlich ein Wert verstanden, um den die Größe zunimmt, sondern bei negativem Vorzeichen der Steigung auch ein Wert, um den die Größe abnimmt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Größe eine Soll­ größe für einen Strom einer Gradientenspule eines Magnetreso­ nanztomographiegeräts. Dadurch ist bei einer wirtschaftlichen Taktfrequenz eines Gradientensteuersystems eine zeitlich hoch aufgelöste Positionierung von Rampen eines Gradientenpulses erzielbar. Dies ermöglicht beispielsweise ein exaktes Einhal­ ten von vorgebbaren nullten zeitlichen Momenten eines Gra­ dientenfeldes, was für eine exakte k-Raumplazierung und somit für eine hohe Qualität von Magnetresonanzbildern wichtig ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 in einer Skizze eine wunschgemäß positionierte linea­ ren Rampe und deren Vorgabe durch eine getaktete Größe gemäß dem Stand der Technik und

Fig. 2 in einer Skizze eine wunschgemäß positionierte linea­ ren Rampe und deren Vorgabe durch eine getaktete Größe als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt für eine zeitlich wunschgemäß positionierte li­ nearen Rampe 1 die beiden bestmöglichen Vorgaben durch eine getaktete Größe gemäß dem Stand der Technik. Dabei ist die Rampe 1 durch einen Anfangswert G_start, einen Endwert G_end so­ wie eine Zeitdauer T_ramp gekennzeichnet, womit auch eine Stei­ gung der Rampe 1 durch den mathematischen Ausdruck (G_end - G_start)/T_ramp bestimmt ist. Die getaktete Größe g gibt die Rampe 1 durch einer Anzahl regulärer Inkremente 5 vor, deren Werte gleich der Steigung der Rampe 1 sind. Dazu wird je Taktinter­ vall T ein reguläres Inkrement 5 zum jeweiligen Momentanwert der getakteten Größe g addiert. Infolge der Taktung und der gleichen regulären Inkremente 5 wird die wunschgemäß zeitlich positionierte Rampe 1 durch eine verfrühte lineare Rampe 2 oder durch eine verspätete lineare Rampe 3 angenähert, wobei die Rampen 2 und 3 durch die regulären Inkremente 5 der ge­ takteten Größe g gebildet werden. Eine bessere Annäherung ist hierbei nur durch eine Erhöhung der zeitlichen Auflösung in­ folge einer Verkürzung des Taktintervalls T, d. h. einer Erhö­ hung der Taktfrequenz erreichbar. Lediglich eine wunschgemäße lineare Rampe, die mit Anfang bzw. Ende eines Taktintervalls T anfängt und mit Anfang bzw. Ende eines Taktintervalls T en­ det, ist mit vorgenanntem Verfahren gemäß dem Stand der Tech­ nik durch die getaktete Größe g in ihrer zeitlichen Position exakt vorgebbar.

Fig. 2 zeigt für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vorgabe einer zeitlich wunschgemäß positionierten linearen Rampe durch eine getaktete Größe. In Fig. 2 ist die gleiche wunschgemäße Rampe 1 wie in Fig. 1 dargestellt. Zur Vorgabe der Rampe 1 durch die getaktete Größe g werden ebenso wie in Fig. 1 zum jeweiligen Momentanwert der getakteten Größe g In­ kremente addiert. Im Gegensatz zu Fig. 1 weisen aber ein er­ stes, irreguläres Inkrement 6 und ein letztes, irreguläres Inkrement 7 einen gleichen, betragsmäßig kleineren Wert als die übrigen regulären Inkremente 5 auf, deren Wert durch die Steigung der Rampe 1 bestimmt ist. Damit bilden die regulären und Inkremente 5 sowie die irregulären Inkremente 6 und 7 der getakteten Größe g einen Rampe 4, die der wunschgemäßen zeit­ lichen Positionierung der Rampe 1 Rechnung trägt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Vorgabe einer im wesentlichen linearen Rampe (4) mit einer vorgebbaren Steigung durch eine Größe (g), die an einen Takt gebunden ist und die die Rampe (4) je Taktin­ tervall (T) durch ein Inkrement (5, 6, 7) beschreibt, da­ durch gekennzeichnet, daß ein reguläres Inkrement (5) einen Wert entsprechend der vorgebbaren Steigung auf­ weist, daß ein irreguläres Inkrement (6, 7) einen von der vorgebbaren Steigung abweichenden Wert aufweist, und daß die Rampe (4) durch eine Anzahl von regulären Inkrementen (5) so­ wie durch wenigstens eine irreguläres Inkrement (6, 7) be­ schrieben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das irreguläre Inkre­ ment (6, 7) einen betragsmäßig kleineren Wert als das regulä­ re Inkrement (5) aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Rampe (4) durch eine Anzahl von regulären Inkrementen (5) so­ wie zwei irregulären Inkrement (6, 7) beschrieben ist, wovon ein irreguläres Inkrement (6) ein erstes die Rampe beschrei­ bendes Inkrement und das andere irreguläre Inkrement (7) ein letztes die Rampe beschreibendes Inkrement ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zwei irregulären Inkremente (6, 7) einen gleichen Wert aufweisen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Größe (g) eine diskrete Größe ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Größe (g) eine Sollgröße für einen Strom einer Gradientenspu­ le eines Magnetresonanztomographiegeräts ist.