DE19947360C1 - Verfahren zur Vorgabe einer Sollgröße für ein Gradientenfeld - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Vorgabe einer zeitlich variablen Sollgröße (i¶soll¶) für ein Gradientenfeld (g) einer Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiegeräts weist die Sollgröße (i¶soll¶) in einem ersten Zeitabschnitt (T¶1¶, T¶3¶, T¶5¶), der kein Sende- oder Empfangszeitabschnitt eines Hochfrequenzsignals ist, keine wirbelstromkompensierende Vorverzerrung auf und in einem zweiten Zeitabschnitt (T¶2¶, T¶4¶, T¶6¶), der ein Sende- oder Empfangszeitabschnitt eines Hochfrequenzsignals ist, weist die Sollgröße (i¶soll¶) eine wirbelstromkompensierende Vorverzerrung auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorgabe einer zeit­ lich variablen Sollgröße für ein Gradientenfeld einer Gra­ dientenspule eines Magnetresonanztomographiegeräts.

Die Magnetresonanztomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Unter­ suchungsobjekts. Dazu werden in einem Magnetresonanztomogra­ phiegerät einem statischen Grundmagnetfeld schnell geschalte­ te Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspu­ lensystem erzeugt werden. Ferner umfaßt das Magnetresonanzto­ mographiegerät ein Hochfrequenzsystem, das zur Auslösung von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersu­ chungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsi­ gnale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.

Das Gradientenspulensystem ist in der Regel von leitfähigen Strukturen umgeben, in denen durch die geschalteten Gradien­ tenfelder Wirbelströme induziert werden. Beispiele für derar­ tige leitfähige Strukturen sind das innere Kälteschild eines supraleitenden Grundfeldmagnetsystems, eine Kupferfolie einer Hochfrequenzabschirmung und das Gradientenspulensystem selbst. Die von den Wirbelströmen erzeugten Felder sind uner­ wünscht, weil sie das Gradientenfeld ohne gegensteuernde Maß­ nahmen schwächen und in seinem zeitlichen Verlauf verzerren. Dies führt zu Beeinträchtigungen der Qualität von Magnetreso­ nanzbildern.

Vorgenannte Wirbelstromfelder können bis zu einem gewissen Grad durch eine entsprechende Vorverzerrung einer Stromsoll­ größe der Gradientenspule kompensiert werden. Durch die Vor­ verzerrung können jedoch nur Wirbelstromfelder kompensiert werden, die das Gradientenfeld im mathematischen Sinne ähn­ lich abbilden, also in ihrem Feldverlauf dem Gradientenfeld gleichen. Da die Wirbelströme das Gradientenfeld jedoch auch nicht ähnlich abbilden, entstehen zusätzliche räumliche Feld­ verzerrungen sogenannter höherer Ordnung. Um letztgenannte Feldverzerrungen weitgehend zu kompensieren, setzt man aktiv geschirmte Gradientenspulen ein.

Die prinzipielle Wirkungsweise der an sich bekannten Vorver­ zerrung ist beispielsweise in der US 4,585,995 und der US 4,703,275 beschrieben. Dabei basiert die Be­ rechnung der Vorverzerrung im wesentlichen auf der Erkennt­ nis, daß angeregte und abklingende Wirbelströme durch eine bestimmte Anzahl von e-Funktionen unterschiedlicher Zeitkon­ stanten beschreibbar sind. Übertragen auf ein elektrisches Netzwerk zur Kompensation von Wirbelströmen bedeutet dies, daß die Vorverzerrung mittels Filter unterschiedlicher Grenz­ frequenzen durchführbar ist. Dabei erfolgt die Einstellung der Zeitkonstanten bzw. Grenzfrequenzen beispielsweise durch eine in Betrieb setzende Person, die am installierten Magnet­ resonanztomographiegerät durch schrittweises Verändern von Einstellungen der Vorverzerrung und wiederholtes Überprüfen die optimalen Werte ermittelt. Diese Einstellung ist je nach Erfahrung der in Betrieb setzenden Person mehr oder weniger zeitaufwendig. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Zeitkonstanten bzw. Grenzfrequenzen automa­ tisch. Letztgenanntes ist beispielsweise in der US 4,928,063 beschrieben.

Die Vorverzerrung der Stromsollgröße wird bei einer Ausfüh­ rung einer Meßsequenz kontinuierlich während des gesamten Zeitablaufs der Meßsequenz durchgeführt. Dabei wird die Vor­ verzerrung beispielsweise in einem digitalen Signalprozessor eines Gradientensystems stützstellenweise vor einer Digital- Analog-Wandlung der Stromsollgröße durchgeführt. Dies bedeu­ tet für den digitalen Signalprozessor einen erheblichen Re­ chenaufwand und verlangt dementsprechend einen leistungsfähi­ gen und damit kostenintensiven Prozessor. Darüber hinaus sind aufgrund der Vorverzerrung von den Gradientenverstärkern Leistungsreserven vorzuhalten, die eine leistungsstärkere und damit kostenintensivere Dimensionierung der Gradientenver­ stärker bedingen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Vorgabe einer zeitlich variablen Sollgröße für ein Gradientenfeld einer Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiegeräts zu schaffen, das vorgenannte Nachteile vermindert und insbe­ sondere die Vorhaltung von Leistungsreserven in den Gradien­ tenverstärkern verringert und die Berechnung der Vorverzer­ rung vereinfacht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Dadurch, daß in einem ersten Zeitabschnitt, der kein Sende- oder Empfangszeitabschnitt eines Hochfrequenzsignals ist, die Sollgröße keine wirbelstromkompensierende Vorverzerrung auf­ weist und daß in einem zweiten Zeitabschnitt, der ein Sende- oder Empfangszeitabschnitt eines Hochfrequenzsignals ist, die Sollgröße eine wirbelstromkompensierende Vorverzerrung auf­ weist, wird ein die Gradientenspule versorgender Gradienten­ verstärker während des ersten Zeitabschnitts von einer Vor­ haltung von Leistungsreserven befreit. Der Verzicht auf eine Vorverzerrung während des ersten Zeitabschnittes ist insbe­ sondere dadurch möglich, weil für eine Erzeugung von Magnet­ resonanzbildern in Zeitabschnitten, in denen kein Hochfre­ quenzsignal gesendet oder empfangen wird, nicht das exakte Folgen des Gradientenfeldes einer vorgebbaren Kurvenform wichtig ist, sondern die genaue Einhaltung einer vorgebbaren Gradientenzeitfläche oder mathematisch ausgedrückt die Ein­ haltung eines vorgebbaren nullten zeitlichen Moments des Gra­ dientenfelds. Ferner entfällt im Zuge eines Meßsequenzablaufs eine stützstellenweisen Berechnung der Vorverzerrung für er­ ste Zeitabschnitte vollständig. Dadurch verringert sich ein zu leistender Rechenaufwand.

Eine große Anzahl von Meßsequenzen ist dadurch gekennzeich­ net, daß während des zweiten Zeitabschnitts, in dem ein Hoch­ frequenzsignal gesendet oder empfangen wird, das Gradienten­ feld einen zeitlich konstanten Gradienten aufweist. Aufgrund vorgenannter Tatsache wird die Vorverzerrung während des zweiten Zeitabschnittes anhand folgender Überlegung mit einem geringeren Rechenaufwand durchgeführt. Infolge des Gradien­ tenfelds mit zeitlich konstantem Gradienten wird während des zweiten Zeitabschnitts kein neuer Wirbelstrom angeregt, so daß zur Vorverzerrung lediglich abklingende Wirbelströme zu kompensieren sind, die in zeitlich vorausgehenden Zeitab­ schnitten angeregt worden sind.

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

Fig. 1 einen zeitlichen Verlauf einer Stromsollgröße und ei­ nes resultierenden Gradientenfeldes und

Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf von Wirbelströmen.

Fig. 1 zeigt für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen zeitlichen Verlauf einer Stromsollgröße i_soll für eine Gra­ dientenspule eines Magnetresonanztomographiegeräts und einen zeitlichen Verlauf eines daraus resultierenden Gradientenfel­ des g. Dazu zeigt Fig. 2 entsprechende zeitliche Verläufe von Wirbelströmen. Es sind jeweils sechs Zeitabschnitte T₁, T₂, T₃, T₄, T₅ und T₆ dargestellt. Dabei sind die Zeitabschnitte T₁, T₃ und T₅ keine Sende- oder Empfangszeitabschnitt eines Hochfrequenzsignals des Magnetresonanztomographiegeräts, wo­ hingegen die Zeitabschnitte T₂, T₄ und T₆ Zeitabschnitte mit Hochfrequenzsende- oder -empfangsbetrieb sind. Während der Zeitabschnitte T₂, T₄ und T₆ findet eine Vorverzerrung der Stromsollgröße i_soll statt, wohingegen in den Zeitabschnitten T₁, T₃ und T₅ nicht vorverzerrt wird.

Durch die Vorverzerrung wird während der Zeitabschnitte T₂ und T₄ wunschgemäß ein konstantes resultierendes Gradienten­ feld g eingestellt. Dabei erfolgt eine Berechnung der Vorver­ zerrung der Stromsollgröße i_soll einfach anhand folgender Überlegung. Während der Zeitabschnitte T₂ und T₄ ist das re­ sultierende Gradientenfeld g konstant, so daß keine neuen Wirbelströme angeregt werden. Für die Berechnung der Vorver­ zerrung während des Zeitabschnitts T₂ ist deswegen lediglich ein abklingender Wirbelstrom i_eddy1 mit einem Anfangswert I_{ed­ dy1}, der zu Beginn des Zeitabschnitts T₂ vorliegt und aus ei­ ner Wirbelstromanregung während des Zeitabschnitts T₁ her­ rührt, zu berücksichtigen.

Für die Berechnung der Vorverzerrung während des Zeitab­ schnitts T₄ ist ein abklingender Summenwirbelstrom i_{eddy Σ 13} mit einem Anfangswert I_{eddy Σ 13} zu berücksichtigen. Dabei setzt sich der Summenwirbelstrom i_{eddy Σ 13} aus einer Summe zweier Wirbel­ ströme zusammen. Ein erster Wirbelstrom i_eddy3 liegt mit einem Anfangswert I_eddy3 zu Beginn des Zeitabschnitts T₄ vor und rührt aus einer Wirbelstromanregung während des Zeitab­ schnitts T₃ her. Ein zweite Wirbelstrom ist der mit dem Zeitablauf weiter abgeklungene Wirbelstrom i_eddy1.

Während des Zeitabschnitts T₆ wird wunschgemäß ein sinusför­ miges resultierendes Gradientenfeld g erzeugt. Dabei wird die Stromsollgröße i_soll anhand folgender Überlegung vorverzerrt. Ähnlich wie bei den Zeitabschnitten T₂ und T₄ ist ein abklin­ gender Summenwirbelstrom i_{eddy Σ 135} zu kompensieren, der sich aus einer Summe zweier Wirbelströme zusammensetzt. Dabei rührt ein erster Wirbelstrom i_eddy5 aus einer Wirbelstromanre­ gung während des Zeitabschnitts T₅ her und ein zweiter Wir­ belstrom ist der mit dem Zeitablauf weiter abgeklungene Sum­ menwirbelstrom i_{eddy Σ 13}. Damit das resultierende Gradientenfeld g dem wunschgemäßen sinusförmigen Verlauf entspricht, ist an­ ders als in den Zeitabschnitten T₂ und T₄ im Zeitabschnitt T₆ zusätzlich ein Wirbelstrom zu kompensieren, der während des Zeitabschnitts T₆ infolge des zeitlich nicht konstanten Gra­ dientenfeldes g angeregt wird. Dabei wird die Vorverzerrung der Stromsollgröße i_soll zur Kompensation des während des Zeitabschnitts T₆ angeregten Wirbelstroms beispielsweise zeitlich vor einer Ausgabe der Stromsollgröße i_soll ermittelt und durchgeführt. Die Vorverzerrung der Stromsollgröße i_soll zur Kompensation des abklingenden Wirbelstromes i_{eddy Σ 135}, der durch einfache Exponentialfunktionen beschreibbar ist, wird beispielsweise kontinuierlich bei der Ausgabe der Stromsoll­ größe i_soll durchgeführt.

Während der Zeitabschnitte T₁, T₃ und T₅ findet keine Vorver­ zerrung statt. Dabei ist im Zeitabschnitt T₁ der Verlauf der Stromsollgröße i_soll am Anfang des Zeitabschnitts T₁ durch den Wert Null und am Ende durch einen Stromsollwert I_soll12 vorge­ geben. Dieser Stromsollwert ist durch einen konstanten Wert des im Zeitabschnitt T₂ einzustellenden Gradientenfelds g be­ stimmt und berücksichtigt implizit den im Zeitabschnitt T₁ angeregten Wirbelstrom i_eddy1 mit dem Wert I_eddy1. Der Verlauf der Stromsollgröße i_soll vom Wert Null bis zum Wert I_soll12 wäh­ rend des Zeitabschnitts T₁ ist dabei derart gestaltet, daß ein stromerzeugender Gradientenverstärker möglichst schonend belastet wird. Dies ist in Fig. 1 mit einer linearen Rampe dargestellt.

Für den Zeitabschnitt T₃ ist der Verlauf der Stromsollgröße i_soll durch drei Werte bestimmt. Damit in den benachbarten Zeitabschnitten T₂ bzw. T₄ bestimmte Werte des Gradienten­ felds g eingehalten werden, ist die Stromsollgröße i_soll am Anfang des Zeitabschnitts T₃ durch einen Wert I_soll23 und am Ende durch einen Wert I_soll34 bestimmt. Da der Zeitabschnitt T₃ kein Hochfrequenzsende- oder -empfangsabschnitt ist, ist kein linearer oder konstanter Verlauf des Gradientenfelds g son­ dern lediglich die Einhaltung eines bestimmten nullten zeit­ lichen Moments A des Gradientenfeldes g wichtig, so daß als dritter Wert im Zeitabschnitt T₃ ein vorgebbares nulltes zeitliches Moment A des Gradientenfeldes g einzuhalten ist. Es ist beispielsweise vorgegeben, daß das nullte zeitliche Moment A des Gradientenfeldes g gleich Null ist. Mit vorge­ nannten Vorgaben wird der Verlauf der Stromsollgröße i_soll für den Zeitabschnitt T₃ ohne Vorverzerrung berechnet und ist da­ mit implizit wirbelstromkompensiert. Gegenüber einer kontinu­ ierlich durchgeführten Vorverzerrung tritt im Zeitabschnitt T₃ eine Entlastung des Gradientenverstärkers ein, indem der Gradientenverstärker nicht durch eine vorverzerrte Größe ge­ steuert wird, sondern durch die Stromsollgröße i_soll, die im Zeitabschnitt T₃ lediglich zwei lineare Rampen und ein Flat­ top aufweist.

Vorausgehende Beschreibung für den Zeitabschnitt T₃ gilt in analoger Weise für den Zeitabschnitt T₅.

Claims (10)

1. Verfahren zur Vorgabe einer zeitlich variablen Sollgröße (i_soll) für ein Gradientenfeld (g) einer Gradientenspule eines Magnetresonanztomographiegeräts, wobei in einem ersten Zeitabschnitt (T₁, T₃, T₅), der kein Sende- oder Empfangszeit­ abschnitt eines Hochfrequenzsignals ist, die Sollgröße (i_soll) keine wirbelstromkompensierende Vorverzerrung aufweist und in einem zweiten Zeitabschnitt (T₂, T₄, T₆), der ein Sende- oder Empfangszeitabschnitt eines Hochfrequenzsignals ist, die Sollgröße (i_soll) eine wirbelstromkompensierende Vorverzerrung aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sollgröße (i_soll) eine Stromsollgröße (i_soll) für einen Strom der Gradientenspu­ le ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Sollgröße (i_soll) für den ersten Zeitabschnitt (T₃, T₅) so ge­ staltet ist, daß ein vorgebbares nulltes zeitliches Moment (A) des Gradientenfeldes erzielbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das vorgebbare nullte zeitliche Moment (A) des Gradientenfeldes gleich Null ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sollgröße (i_soll) am Anfang des ersten Zeitabschnitts (T₃) durch einen Wert (I_soll23) der Sollgröße (i_soll) am Ende eines zeitlich unmittelbar vorausgehenden Zeitabschnitts (T₂) vor­ gegeben ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sollgröße (i_soll) am Ende des ersten Zeitabschnitts (T₁, T₃) durch einen Wert (I_soll12, I_soll34) der Sollgröße (i_soll) am An­ fang eines zeitlich unmittelbar nachfolgenden Zeitabschnitts (T₂, T₄) vorgegeben ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wäh­ rend des zweiten Zeitabschnitts (T₂, T₄) das Gradientenfeld (g) einen zeitlich konstanten Gradienten aufweist und die Vorverzerrung der Sollgröße (i_soll) darauf beruht, daß während des zweiten Zeitabschnitts (T₂, T₄) kein neuer Wirbelstrom angeregt wird und ein abklingender Wirbelstrom (i_eddy1, i_eddy3), der in einem zeitlich vorausgehenden Zeitabschnitt (T₁, T₃) angeregt wird, kompensiert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wäh­ rend des zweiten Zeitabschnitts (T₆) das Gradientenfeld (g) einen zeitlich variablen Gradienten aufweist und die Vorver­ zerrung der Sollgröße (i_soll) darauf beruht, daß ein während des zweiten Zeitabschnitts (T₆) angeregter Wirbelstrom sowie ein abklingender Wirbelstrom (i_eddy1, i_eddy3, i_eddy5), der in ei­ nem zeitlich vorausgehenden Zeitabschnitt (T₁, T₃, T₅) ange­ regt wird, kompensiert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der abklingende Wirbelstrom (i_eddy1, i_eddy3, i_eddy5) durch wenigstens eine Exponentialfunktion mit wenigstens einer Zeitkonstanten beschrieben ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Sollgröße (i_soll) geschlossen für wenigstens einen der Zeitab­ schnitte (T₁ bis T₆) zeitlich vor einer Ausgabe der Sollgröße (i_soll) ermittelt wird.