DE19955117C2 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts (1) mit einem Gradientensystem, DOLLAR A - das wenigstens eine Gradientenspulenanordnung, die wenigstens eine erste und eine zweite Teilspule (TS1, TS2) umfaßt, zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in einer Raumrichtung und DOLLAR A - das eine mit der Gradientenspulenanordnung verbundene Energieversorgungsvorrichtung (2), die so ausgebildet ist, daß Ströme in den Teilspulen (TS1, TS2) unabhängig voneinander einstellbar sind, beinhaltet, DOLLAR A wird zum stufenlosen Einstellen wenigstens einer Eigenschaft des Gradientenfeldes wenigstens einer der Ströme in einer der Teilspulen (TS1, TS2) durch Lösen einer Optimierungsaufgabe, beinhaltend eine Zielfunktion und wenigstens eine Nebenbedingung, daß Stimulationen eines lebenden Untersuchungsobjekts (5) vermieden werden, bestimmt und eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mag­ netresonanztomographiegeräts mit einem Gradientensystem, das wenigstens eine Gradientenspulenanordnung, die wenigstens eine erste und eine zweite Teilspule umfaßt, zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in einer Raumrichtung und das eine mit der Gradientenspulenanordnung verbundene Energieversorgungs­ vorrichtung, die so ausgebildet ist, daß Ströme in den Teilspulen unabhängig voneinander einstellbar sind, beinhal­ tet.

Die Magnetresonanztomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Unter­ suchungsobjekts. Dazu werden einem statischen Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder mit hoher Amplitude überlagert, die von einem Gradientensystem erzeugt werden.

Das Gradientensystem umfaßt Gradientenspulen, Gradientenver­ stärker und eine Gradientensteuerung. Eine der Gradientenspu­ len erzeugt für eine bestimmte Raumrichtung ein Gradienten­ feld mit einem Gradienten, der zu jedem beliebigen Zeitpunkt zumindest innerhalb eines Abbildungsvolumens des Magnetreso­ nanztomographiegeräts ortsunabhängig näherungsweise gleich groß ist. Da es sich bei dem Gradientenfeld um ein zeitlich variables Magnetfeld handelt, gilt vorgenanntes zwar für je­ den Zeitpunkt, aber von einem Zeitpunkt zu einem anderen Zeitpunkt ist die Größe des Gradienten variabel. Die Richtung des Gradienten ist in der Regel durch das Gradientenspulende­ sign fest vorgegeben.

Zur Erzeugung des Gradientenfeldes sind in der Gradientenspu­ le entsprechende Ströme einzustellen. Dabei betragen die Amp­ lituden der erforderlichen Ströme mehrere 100 A. Die Stromanstiegs- und -abfallraten (Slewrate) betragen mehrere 100 kA/s. Zur Stromversorgung ist die Gradientenspule an einen sogenannten Gradientenverstärker angeschlossen. Da die Gra­ dientenspule eine induktive Last darstellt, sind zur Erzeu­ gung vorgenannter Ströme entsprechend hohe Ausgangsspannungen des Gradientenverstärkers erforderlich.

Durch das Schalten der Gradientenfelder können bei Magnetre­ sonanzbildaufnahmen in lebenden Untersuchungsobjekten Stimu­ lationen ausgelöst werden. Die dabei auf das Untersuchungsob­ jekt einwirkenden Gradientenfelder sind durch eine sich zeit­ lich verändernde magnetische Flußdichte gekennzeichnet, die im Untersuchungsobjekt Wirbel- und Induktionsströme erzeugt.

Zur Vorhersage dieser Stimulationen sind Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren zur Stimulationsüberwachung basiert beispielsweise auf dem sogenannten dB/dt-Modell. Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine Kontrolle und Überwachung der bei einer Magnetresonanztomographie auftretenden Werte der zeitlichen Änderung der magnetischen Flußdichte (dB/dt- Werte) von Gradientenfeldern. Die maximal zulässigen dB/dt- Werte ergeben sich beispielsweise aus dem Ergebnis einer Sti­ mulationsstudie mit der entsprechenden Gradientenspule bzw. aus den von den Zulassungsbehörden fest vorgegebenen Grenz­ werten. Näheres ist beispielsweise dem Aufsatz von J. Abart et al. "Peripheral Nerve Stimulation by Time-Varying Magnetic Fields", J. Computer Assisted Tomography (1997) 21(4), Seiten 532 bis 538, zu entnehmen.

Die Auslösung von Stimulationen hängt dabei wesentlich vom Typ einer Sequenz ab. Man unterscheidet zwischen den konven­ tionellen und den schnellen Sequenzen. Konventionelle Sequen­ zen verlangen üblicherweise eine hohe Linearität der Gradien­ tenfelder innerhalb eines bestimmten Linearitätsvolumens, beispielsweise eine Linearität von ca. 5% in einem kugelför­ migen Linearitätsvolumen mit einem Durchmesser von 40 bis 50 cm bei moderaten Gradientenstärken von 10 bis 20 mT/m und Schaltzeiten von ca. 1 ms. Für die schnellen Sequenzen werden hohe Gradientenstärken, z. B. 20 bis 40 mT/m sehr schnell ge­ schaltet (Schaltzeiten ca. 100 bis 500 µs). Die sich zeitlich ändernde magnetische Flußdichte der Gradientenfelder indu­ ziert im Untersuchungsobjekt elektrische Ströme, die Stimula­ tionen des Untersuchungsobjekts auslösen können. Mit schnel­ leren zeitlichen Änderungen, d. h. schnelleren Schaltzeiten und größeren Werten der magnetischen Flußdichte von Gradien­ tenfeldern werden die induzierten Ströme größer und die Wahr­ scheinlichkeit von Stimulationen nimmt zu. Dabei werden die betragsmäßig größten Werte an den Rändern und außerhalb der Linearitätsvolumina erreicht, wo auch der maximale Feldhub auftritt. Bei gegebenen Anforderungen an die Gradientenstärke und an die Schaltzeit verringert man den Feldhub und damit das Stimulationsrisiko dadurch, daß man eine Gradientenspule mit kleinerem Linearitätsvolumen einsetzt. Daher verringert sich beispielsweise bei schnellen Sequenzen das Linearitäts­ volumen auf beispielsweise 20 cm Durchmesser. Eine Gradien­ tenspule mit vorgenannten Eigenschaften für schnelle Sequen­ zen ist üblicherweise nicht für konventionelle Ganzkörperan­ wendungen geeignet, wohl aber für schnelle Magnetresonanz­ bildgebungstechniken, wie das Echoplanarverfahren und dessen Hybride.

In der DE 195 40 746 A1 ist ein modulares Gradientenspulen­ system beschrieben, das für eine Raumrichtung zwei Gradien­ tenspulen umfaßt. Dabei wird wahlweise eine der beiden Spulen oder eine Reihenschaltung beider Gradientenspulen mit einem Gradientenverstärker verbunden. Für schnelle Sequenzen wird beispielsweise nur eine der Gradientenspulen verwendet und für konventionelle Sequenzen die Reihenschaltung. Dabei weist das Gradientenspulensystem für schnelle Sequenzen ein kleines Linearitätsvolumen auf und erlaubt das schnelle Schalten von Gradientenfeldern mit großen Gradientenstärken. Beim gemein­ samen Betrieb beider Spulen weist das Gradientenspulensystem für konventionelle Sequenzen mit langsamer geschalteten Gra­ dientenfeldern und bei kleineren Gradientenstärken ein größeres Linearitätsvolumen auf. Bei vorgenanntem Gradientenspu­ lensystem ist nachteilig, daß lediglich in maximal drei Stu­ fen die Große des Linearitätsvolumens sowie die Qualität der Linearität veränderbar ist.

In der US 4,959,613 ist ein Gradientensystem mit drei Gra­ dientenspulen zum Erzeugen von Gradientenfeldern mit Gradien­ ten in drei zueinander orthogonalen Raumrichtungen beschrie­ ben. Dabei ist jede der drei Gradientenspulen in eine Viel­ zahl von gleichen Einheitsspulen, die zu deren Steuerung und Stromversorgung mit je einem gleichen Einheitstreiber verbun­ den sind, unterteilt. Indem alle oder nur ausgewählte Ein­ heitsspulen einer der Gradientenspulen gleichzeitig betrieben werden, ist das entsprechende Gradientenfeld an eine Größe eines abzubildenden Bereichs anpaßbar. In einer Ausführungs­ form ist dabei wenigstens eine der Einheitsspulen derart aus­ gebildet, daß bei alleinigem Betrieb dieser Einheitsspule ein Gradientenfeld erzeugbar ist.

In der DE 34 11 222 A1 ist ein Magnetresonanzgerät beschrie­ ben, das drei Gradientenspulen zum Erzeugen von Gradienten­ feldern und wenigstens eine weitere Spulenanordnung zum Er­ zeugen eines in Richtung eines Grundmagnetfeldes verlaufenden Magnetfeldes, das sich räumlich nichtlinear ändert, umfaßt. Dabei ergibt ein Überlagern dieses Magnetfeldes mit Gradien­ tenfeldern eine definierte, zeitlich räumliche Änderung einer Magnetflußdichte, womit insbesondere durch die Gradientenfel­ der hervorgerufene, unerwünschte Wirbelstromeffekte beseitigt werden können. Die weitere Spulenanordnung ist dabei in einer Ausführungsform derart gestaltet, daß das mit ihr erzeugbare Magnetfeld einen räumlichen Verlauf aufweist, der einer der Kugelfunktionen zweiter oder dritter Ordnung entspricht.

In der DE 34 00 861 A1 ist ein Magnetresonanzgerät beschrie­ ben, das drei Gradientenspulen und wenigstens eine weitere Spulenanordnung zum Erzeugen eines in Richtung eines Grund­ magnetfeldes verlaufenden Magnetfeldes, das sich räumlich nichtlinear ändert, umfaßt. Dabei ist die weitere Spulenan­ ordnung mit einem Strom betreibbar, der einer Summe der Gra­ dientenspulenströme, die mit unterschiedlichen Konstanten gewichtet werden können, entspricht. Dadurch ist ein Auflö­ sungsvermögen des Magnetresonanzgeräts einstellbar, das sich entsprechend einem Gradienten des Magnetfeldes ändert.

In der DE 39 02 479 A1 ist für ein Magnetresonanzgerät ein Gradientensystem beschrieben, das ein Gradientenspulensystem sowie ein Gradientenverstärkersystem umfaßt. Dabei beinhaltet das Gradientenverstärkersystem eine 3-kanalige Verstärkerein­ richtung der Linearart und eine 2-kanalige Verstärkereinrich­ tung der Resonanzart. Das Gradientenspulensystem umfaßt dabei beispielsweise eine erste Gradientenspule zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in einer ersten Richtung, eine zweite und dritte Gradientenspule zum Erzeugen von Gradientenfeldern in einer zweiten Richtung und eine vierte und fünfte Gradienten­ spule zum Erzeugen von Gradientenfeldern in einer dritten Richtung. Dabei ist je einer der Kanäle der Verstärkerein­ richtung der Linearart mit der ersten, der zweiten und der vierten Gradientenspule und je einer der Kanäle der Verstär­ kereinrichtung der Resonanzart mit der dritten und der fünf­ ten Gradientenspule verbunden. Bei ultraschnellen Abbildungs­ verfahren, beispielsweise dem Echoplanarverfahren, werden dabei die Verstärkereinrichtungen der Resonanz- und der Line­ arart betrieben, wohingegen bei gewöhnlichen Abbildungsver­ fahren lediglich die Verstärkereinrichtung der Linearart be­ trieben wird.

In der US 4,939,462 ist ein Magnetresonanzgerät beschrieben, das zusätzlich zu einer Grundfeldmagnetspule zum Erzeugen eines statischen Grundmagnetfeldes und zu Gradientenspulen zum Erzeugen von Gradientenfeldern eine Spule zum Erzeugen eines inhomogenen Magnetfeldes aufweist. Dabei ist die zu­ sätzliche Spule derart gestaltet, daß das mit ihr erzeugbare Magnetfeld innerhalb eines Abbildungsvolumens des Geräts räumlich lediglich langsam variiert. Dabei wird dieses Magnetfeld beispielsweise zwischen einer Hochfrequenz-Anrege­ phase und einer Magnetresonanzsignal-Auslesephase einer Puls­ sequenz erzeugt. Dadurch ist unter anderem eine Einengung eines Dynamikbereichs von Magnetresonanzsignalen erzielbar, wobei abgesehen von zurückrechenbaren Phasenverzerrungen kei­ ne anderen Verzerrungen auftreten und kein Herabsetzen von Messgenauigkeiten, beispielsweise für T₁- und/oder T₂- Relaxationszeiten, stattfindet.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß dem Anspruch 1 wird bei einem Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts mit einem Gradienten­ system,

• - das wenigstens eine Gradientenspulenanordnung, die wenigs­ tens eine erste und eine zweite Teilspule umfaßt, zum Er­ zeugen eines Gradientenfeldes in einer Raumrichtung und
• - das eine mit der Gradientenspulenanordnung verbundene Ener­ gieversorgungsvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß Ströme in den Teilspulen unabhängig voneinander einstellbar sind, beinhaltet,

zum stufenlosen Einstellen wenigstens einer Eigenschaft des Gradientenfeldes wenigstens einer der Ströme in einer der Teilspulen durch Lösen einer Optimierungsaufgabe, beinhaltend eine Zielfunktion und wenigstens eine Nebenbedingung, daß Stimulationen eines lebenden Untersuchungsobjekts vermieden werden, bestimmt und eingestellt.

Dadurch, daß die Eigenschaften des Gradientenfeldes wenigs­ tens in weiten Bereichen stufenlos einstellbar sind, ist es bei einem Betrieb, der Stimulationen vermeidet, möglich, im­ mer knapp unter einer Stimulationsschwelle zu bleiben, so daß die potentielle Leistungsfähigkeit des Gradientensystems mög­ lichst voll ausgenutzt wird.

Stimulationen werden beispielsweise vermieden, wenn ein Extremum der magnetischen Flußdichte des Gradientenfeldes bei einer vorgegebenen Slewrate einer Sequenz unter einem vorgeb­ baren Stimulationsgrenzwert bleibt. Dabei wird die Optimie­ rungsaufgabe beispielsweise durch eine Variationsrechnung gelöst. Die Zielfunktion beinhaltet dabei Koeffizienten einer Kugelfunktionsentwicklung einer magnetischen Flußdichte des Gradientenfeldes, wobei die Zielfunktion Koeffizienten für jede der Teilspulen umfaßt. Die Koeffizienten für eine der Teilspulen werden mit einem Faktor multipliziert, der einem Verhältnis eines einstellbaren Stromes zu einem Bemessungs­ strom der Teilspule entspricht. Eine weitere Nebenbedingung ist beispielsweise, daß wenigstens einer der mit dem Faktor multiplizierten Koeffizienten größer einem vorgegebenen Grenzwert ist. Durch letztgenanntes ist beispielsweise die Vorgabe einer minimal erforderlichen Gradientenstärke mög­ lich. Durch Lösung vorgenannter Optimierungsaufgabe sind so­ wohl eine Auslegung des Gradientensystems als auch die Strom­ einstellungen zum Betrieb des Gradientensystems ermittelbar. Bei der Auslegung der Gradientenspulenanordnung werden aus in Bereichen vorgegebenen Eigenschaften des Gradientenfeldes Koeffizienten und nötige Bemessungsströme der Teilspulen er­ mittelt, woraus letztendlich deren Ausbildung neben und im Zusammenspiel mit anderen Auslegungskriterien, wie Starrkör­ perbewegung der Gradientenspulenanordnung im Gerät, Wirbel­ stromverhalten, Lärmerzeugung, usw. resultiert. Bei einer Ermittlung von Stromeinstellungen werden ausgehend von einer vorgegebenen Gradientenspulenanordnung mit vorgegebenen Koef­ fizienten und Bemessungsströmen in Abhängigkeit von gewünsch­ ten Eigenschaften des Gradientenfeldes die einzustellenden Ströme ermittelt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für einen ausge­ wählten Sequenztyp wenigstens einer der Sequenzparameter in einem Bereich vorgegeben, so daß die Sequenz mit dem Gradien­ tensystem des Geräts ausführbar ist. Dabei bestimmt der Se­ quenzparameter wenigstens eine der Eigenschaften des Gradientenfeldes mit. Durch die Auswahl eines Sequenztyps wird bei­ spielsweise die minimal erforderliche Gradientenstärke sowie eine minimal erforderliche Slewrate festgelegt. Ferner wirkt beispielsweise die Wahl eines Field of Views direkt auf die Größe des Linearitätsvolumens. Dadurch, daß vom Anwender nur Parameter ausgewählt werden können, die mit dem Gradienten­ system des Geräts ausführbar sind, wird eine Vorgabe von nicht ausführbaren Parametern vermieden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird für einen vorgege­ benen Stimulationsgrenzwert wenigstens einer der Sequenzpara­ meter in einem Bereich vorgegeben, so daß bei einer Ausfüh­ rung der Sequenz Stimulationen vermieden werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sequenzparameter während der Ausführung der Sequenz veränderbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Strom in der ersten Teilspule eingestellt, der eine erste Linearität und/oder ein erstes Linearitätsvolumen und/oder eine erste Gradientenstärke des Gradientenfeldes bewirkt, und der Strom in der zweiten Teilspule wird gesteuert, so daß die erste Linearität und/oder das erste Linearitätsvolumen und/oder die erste Gradientenstärke stufenlos veränderbar sind. Dabei ist der Strom in der zweiten Teilspule hinsichtlich Größe und Vorzeichen steuerbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet die Energie­ versorgungsvorrichtung einen ersten Gradientenverstärker, der mit der ersten Teilspule verbunden ist, und einen zweiten Gradientenverstärker, der mit der zweiten Teilspule verbunden ist. Durch das Zurückgreifen auf bekannte und bewährte Bau­ elemente eines Magnetresonanztomographiegeräts ist die Ener­ gieversorgungsvorrichtung in einfacher Weise so ausgebildet, daß die Ströme in den Teilspulen unabhängig voneinander ein­ stellbar sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Teilspule für ein bestimmtes Linearitätsvolumen des Gradientenfeldes und/oder eine bestimmte Linearität des Gradientenfeldes aus­ gebildet und die zweite Teilspule als eine Korrekturspule ausgebildet, so daß das bestimmte Linearitätsvolumen und/oder die bestimmte Linearität veränderbar sind. Dadurch sind ins­ besondere für konventionelle Sequenzen das bestimmte Lineari­ tätsvolumen vergrößerbar und die bestimmte Linearität über das Linearitätsvolumen verbesserbar. Dabei ist das Lineari­ tätsvolumen, das beispielsweise kugelförmig ist, dasjenige Volumen, innerhalb dessen die Linearität des Gradientenfelds eine vorgegebene Linearitätsabweichung, beispielsweise in Prozent angegeben, nicht überschreitet. Die Linearität des Gradientenfeldes kennzeichnet somit die Güte des Gradienten­ feldes innerhalb des Linearitätsvolumens, wobei die Güte durch die Linearitätsabweichung beschrieben ist. Eine Linea­ ritätsabweichung von 0% bedeutet, daß der Verlauf des Gra­ dientenfeldes innerhalb des Linearitätsvolumens ideal linear ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Teilspule für eine bestimmte Gradientenstärke des Gradientenfeldes, die für die erste Teilspule vorzugsweise die betragsmäßig maxima­ le Gradientenstärke ist, ausgebildet und die zweite Teilspule als eine Verstärkerspule ausgebildet, so daß die bestimmte Gradientenstärke veränderbar, vorzugsweise vergrößerbar, ist. Dadurch sind insbesondere die für die schnellen Sequenzen erforderlichen hohen Gradientenstärken erreichbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungs­ beispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 ein Magnetresonanztomographiegerät mit einem Gradien­ tensystem,

Fig. 2 einen Längsschnitt eines Gradientenspulensystems mit einer ersten und einer zweiten Teilspule zum Erzeugen eines Gradientenfeldes mit einstellbarer Linearität und/oder mit einstellbarem Linearitätsvolumen,

Fig. 3 einen Verlauf der magnetischen Flußdichte eines von der ersten Teilspule aus Fig. 2 erzeugten Gradientenfeldes,

Fig. 4 einen Verlauf der magnetischen Flußdichte eines von der zweiten Teilspule aus Fig. 2 erzeugten Magnetfeldes,

Fig. 5 einen Verlauf der magnetischen Flußdichte eines von beiden Teilspulen aus Fig. 2 erzeugten Gradientenfeldes,

Fig. 6 einen idealisierten Verlauf der magnetischen Flußdich­ te eines von der ersten Teilspule aus Fig. 2 erzeugten Gra­ dientenfeldes,

Fig. 7 einen idealisierten Verlauf der magnetischen Flußdich­ te eines von der zweiten Teilspule aus Fig. 2 erzeugten Mag­ netfeldes,

Fig. 8 einen idealisierten Verlauf der magnetischen Flußdich­ te eines von beiden Teilspulen aus Fig. 2 erzeugten Gradien­ tenfeldes,

Fig. 9 einen Längsschnitt durch ein Gradientenspulensystem mit einer ersten und einer zweiten Teilspule zum Erzeugen eines Gradientenfeldes mit einstellbarer Gradientenstärke und Linearitätsvolumen,

Fig. 10 einen idealisierten Verlauf der magnetischen Fluß­ dichte eines von der ersten Teilspule aus Fig. 9 erzeugten Gradientenfeldes,

Fig. 11 einen idealisierten Verlauf der magnetischen Fluß­ dichte eines von der zweiten Teilspule aus Fig. 9 erzeugten Magnetfeldes,

Fig. 12 einen idealisierten Verlauf der magnetischen Fluß­ dichte eines von beiden Teilspulen aus Fig. 9 erzeugten Gra­ dientenfeldes,

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm einer Sequenz bei einem Gerät mit stufenlos einstellbaren Gradientenfeldeigenschaften und

Fig. 14 eine Pipelinearchitektur einer Echtzeit-Sequenz.

Fig. 1 zeigt ein Magnetresonanztomographiegerät 1 mit einem Gradientensystem. Das Gradientensystem umfaßt ein im Gerät 1 angeordnetes Gradientenspulensystem GS sowie eine Energiever­ sorgungsvorrichtung 2, die mit dem Gradientenspulensystem GS verbunden ist. Das Gradientenspulensystem GS beinhaltet eine Gradientenspulenanordnung zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in einer Raumrichtung. Es ist dazu exemplarisch eine longitu­ dinale Gradientenspule zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in z-Richtung dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist auf die Darstellung weiterer Gradientenspulen zum Erzeugen von Gradientenfeldern in weiteren Raumrichtungen sowie von Schirmspulen in einer Sekundärebene verzichtet worden. Die Gradientenspulenanordnung umfaßt eine erste Teilspule TS1 und eine zweite Teilspule TS2.

Das Gerät 1 umfaßt eine verfahrbare Lagerungsvorrichtung 4, auf der ein zu untersuchender Patient 5 gelagert ist. Das eigentliche Gerät 1 inklusive des Gradientenspulensystems GS ist in einem geschirmten Raum 3 angeordnet. Die Energiever­ sorgungsvorrichtung 2 ist außerhalb des geschirmten Raums 3 angeordnet und beinhaltet einen ersten Gradientenverstärker GV1, der mit der ersten Teilspule TS1 verbunden ist, sowie einen zweiten Gradientenverstärker GV2, der mit der zweiten Teilspule TS2 verbunden ist. Dabei sind die Verbindungen zwischen den Teilspulen TS1 bzw. TS2 und den Gradientenverstär­ kern GV1 bzw. GV2 an der Übergangsstelle in den geschirmten Raum 3 über Filter F1 bzw. F2 geführt. Durch vorgenannte Aus­ bildung der Energieversorgungsvorrichtung 2 mit zwei Gradien­ tenverstärkern GV1 und GV2 sind die Ströme in den Teilspulen TS1 und TS2 unabhängig voneinander einstellbar. Für die wei­ teren, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Gradientenspulen sind im Rahmen der Energieversorgungsvor­ richtung 2 weitere, ebenfalls nicht dargestellte Gradienten­ verstärker vorgesehen.

Von den Teilspule TS1 und TS2 sind nur exemplarisch wenige Windungen dargestellt. In unterschiedlichen Ausführungsformen sind sowohl räumlich voneinander abgegrenzte als auch inein­ ander verschachtelte Teilspulen TS1 und TS2 möglich. Zur ex­ akten Bestimmung der Anordnung aller Windungen der Gradien­ tenspulenanordnung wird ein Optimierungsverfahren verwendet, beispielsweise das in der DE 42 03 582 C2 beschriebene.

In einer Ausführungsform weisen die Teilspule TS1 und TS2 eine gleiche Induktivität auf. Dadurch sind bei gleichen mi­ nimalen Stromanstiegszeiten in den Teilspulen TS1 und TS2 die beiden Gradientenverstärker GV1 und GV2 in vorteilhafter Wei­ se identisch auslegbar.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein hohlzylinderförmi­ ges Gradientenspulensystem GSa. Eine Hauptachse des Hohlzy­ linders definiert eine z-Richtung. Das Gradientenspulensystem GSa beinhaltet eine longitudinale Gradientenspulenanordnung zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in der z-Richtung. Die Gradientenspulenanordnung umfaßt eine erste Teilspule TS1a und eine zweite Teilspule TS2a. Die Leiter beider Teilspulen TS1a und TS2a sind in einer gleichen Wickelebene angeordnete und entsprechend den Teilspulen TS1a und TS2a bezeichnet. Es sind nur exemplarisch wenige Leiter der Gradientenspulenan­ ordnung dargestellt. Die zweite Teilspule TS2a ist als eine Korrekturspule bezüglich der ersten Teilspule TS1a ausgebildet. Dabei ist die Korrekturspule TS2a in einer Ausgestaltung so ausgelegt, daß eine Linearität des Gradientenfeldes verän­ derbar ist, was in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht ist, oder in einer weiteren Ausgestaltung so ausgelegt, daß ein Linea­ ritätsvolumen des Gradientenfeldes veränderbar ist, was in den Fig. 6 bis 8 veranschaulicht ist.

Fig. 3 zeigt einen Verlauf G1a der magnetischen Flußdichte B_z1 eines Gradientenfeldes entlang der z-Achse, das bei einem entsprechenden Strom in der ersten Teilspule TS1a aus Fig. 2 von der ersten Teilspule TS1a erzeugt wird. Dabei weist vor­ genanntes Gradientenfeld über ein ausgewähltes Linearitätsvo­ lumen mit einem Durchmesser LVa entlang der z-Achse eine be­ stimmte Linearität auf. Eine optimale Linearität bzw. eine Linearitätsabweichung von Null ist erreicht, wenn der Verlauf des Gradientenfelds innerhalb des Linearitätsvolumens eine Gerade ist. Die Linearitätsabweichung des von der ersten Teilspule TS1a erzeugten Gradientenfeldes liegt beispielswei­ se im 5%-Bereich.

Fig. 4 zeigt einen Verlauf G2a der magnetischen Flußdichte B_z2 eines Magnetfeldes entlang der z-Achse, das bei einem entsprechenden Strom in der Korrekturspule TS2a aus Fig. 2 von der Korrekturspule TS2a erzeugt wird.

Fig. 5 zeigt einen Verlauf Ga der magnetischen Flußdichte B_z eines resultierenden Gradientenfeldes entlang der z-Achse, der durch Überlagerung des Verlaufs G1a aus Fig. 3 mit dem Verlauf G2a aus Fig. 4 entsteht. Durch Überlagerung des von der ersten Teilspule TS1a erzeugten Gradientenfeldes mit dem von der Korrekturspule TS2a erzeugten Magnetfeld, ist die Linearität des resultierenden Gradientenfeldes über dem un­ veränderten Linearitätsvolumen gegenüber dem ausschließlich von der ersten Teilspule TS1a erzeugten Gradientenfeld ver­ besserbar. Bei einer entsprechenden Einstellung der Ströme in den Teilspulen TS1a und TS2a ist die Linearität wenigstens in weiten Bereichen stufenlos einstellbar.

Fig. 6 zeigt einen idealisierten Verlauf G1b der magnetischen Flußdichte B_z1 eines Gradientenfeldes entlang der z-Achse, das bei einem entsprechenden Strom in der ersten Teilspule TS1a aus Fig. 2 von der ersten Teilspule TS1a erzeugt wird. Dabei weist vorgenanntes Gradientenfeld ein vorgegebenes Li­ nearitätsvolumen mit einem Durchmesser LV1b entlang der z- Achse und eine bestimmte Gradientenstärke auf.

Fig. 7 zeigt einen idealisierten Verlauf G2b der magnetischen Flußdichte B_z2 eines Magnetfeldes entlang der z-Achse, das bei einem entsprechenden Strom in der Korrekturspule TS2a aus Fig. 2 von der Korrekturspule TS2a erzeugt wird.

Fig. 8 zeigt einen idealisierten Verlauf Gb der magnetischen Flußdichte B_z eines resultierenden Gradientenfeldes entlang der z-Achse, der durch Überlagerung des Verlaufs G1b aus Fig. 6 mit dem Verlauf G2b aus Fig. 7 entsteht. Durch Überlagerung des von der ersten Teilspule TS1a erzeugten Gradientenfeldes mit dem von der Korrekturspule TS2a erzeugten Magnetfeld, ist bei unveränderter Gradientenstärke gegenüber dem Linearitäts­ volumen mit dem Durchmesser LV1b ein vergrößertes Lineari­ tätsvolumen mit einem Durchmesser LVb einstellbar. Bei einer entsprechenden Einstellung der Ströme in den Teilspulen TS1a und TS2a ist das Linearitätsvolumen wenigstens in weiten Be­ reichen stufenlos einstellbar.

Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch ein hohlzylinderförmi­ ges Gradientenspulensystem GSc. Eine Hauptachse des Hohlzy­ linders definiert eine z-Richtung. Das Gradientenspulensystem GSc beinhaltet eine longitudinale Gradientenspulenanordnung zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in der z-Richtung. Die Gradientenspulenanordnung umfaßt eine erste Teilspule TS1c und eine zweite Teilspule TS2c, deren Leiter an den Schnitt­ flächen entsprechend bezeichnet sind. Es sind nur exempla­ risch wenige Leiter der Gradientenspulenanordnung darge­ stellt. Die zweite Teilspule TS2c ist als eine Verstärkerspule bezüglich der ersten Teilspule TS1c ausgebildet. Im Gegen­ satz zur Fig. 2 sind die Leiter der Teilspulen TS1c und TS2c in Fig. 9 in unterschiedlichen Wickelebenen angeordnet.

Fig. 10 zeigt einen idealisierten Verlauf G1c der magneti­ schen Flußdichte B_z1 eines Gradientenfeldes entlang der z- Achse, das bei einem Strom in Höhe eines Bemessungsstromes der Teilspule TS1c aus Fig. 9 von der ersten Teilspule TS1c mit maximaler Gradientenstärke erzeugt wird. Dabei weist vor­ genanntes Gradientenfeld ein bestimmtes Linearitätsvolumen mit einem Durchmesser LV1c entlang der z-Achse auf. Ferner wird beispielhaft davon ausgegangen, daß die Extrema der mag­ netischen Flußdichte B_z1 des vorgenannten Gradientenfeldes bei einer vorgegebenen Slewrate Stimulationsgrenzwerte sind, deren Überschreiten Stimulationen in einem lebenden Untersu­ chungsobjekt hervorruft.

Ziel eines von der Verstärkerspule TS2c erzeugten Magnetfel­ des ist es, durch Überlagerung mit dem von der ersten Teil­ spule TS1c erzeugten Gradientenfeld ein resultierendes Gra­ dientenfeld einzustellen, das gegenüber dem von der ersten Teilspule TS1c mit maximaler Gradientenstärke erzeugten Gra­ dientenfeld wenigstens in einem Teilbereich des Linearitäts­ volumens mit dem Durchmesser LV1c eine größere Gradienten­ stärke aufweist. Gleichzeitig sollen unter der Voraussetzung der vorgegebenen und für das resultierende Gradientenfeld unveränderten Slewrate Extrema einer magnetischen Flußdichte B2 des resultierenden Gradientenfeldes die vorgenannten Ex­ trema der magnetischen Flußdichte B_z1 nicht übersteigen, da­ mit auch das resultierende Gradientenfeld nicht zu Stimulati­ onen führt. Dementsprechend zeigt Fig. 11 einen idealisierten Verlauf G2c der magnetischen Flußdichte B_z2 des Magnetfeldes entlang der z-Achse, das bei einem entsprechenden Strom in der Verstärkerspule TS2c aus Fig. 9 von der Verstärkerspule TS2c erzeugt wird.

Fig. 12 zeigt einen idealisierten Verlauf Gc der magnetischen Flußdichte B_z des resultierenden Gradientenfeldes entlang der z-Achse, der durch Überlagerung des Verlaufs G1c aus Fig. 10 mit dem Verlauf G2c aus Fig. 11 entsteht. Durch Überlagerung des von der ersten Teilspule TS1c erzeugten Gradientenfeldes mit dem von der Verstärkerspule TS2c erzeugten Gradienten­ feld, ist bei verkleinertem Linearitätsvolumen mit dem Durch­ messer LVc gegenüber der maximalen Gradientenstärke der Teil­ spule TS1c eine größere Gradientenstärke einstellbar. Inner­ halb des Linearitätsvolumens mit dem Durchmesser LVc ist die Gradientenstärke des resultierenden Gradientenfeldes die Sum­ me der Gradientenstärken der von den Teilspulen TS1c und TS2c erzeugten Felder. Somit ist ein resultierendes Gradientenfeld mit einer größeren maximalen Gradientenstärke erzeugbar, als dies mit einer der Teilspulen TS1c oder TS2c alleine möglich ist. Bei einer entsprechenden Einstellung der Ströme in den Teilspulen TS1c und TS2c ist die Gradientenstärke stufenlos einstellbar.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß beim resultie­ renden Gradientenfeld ein Empfang von Magnetresonanzsignalen mit einer Hochfrequenzempfangsantenne, die für das große Li­ nearitätsvolumen mit dem Durchmesser LV1c ausgelegt ist, in­ folge des kleineren Linearitätsvolumens mit dem Durchmesser LVc zu Verfälschungen von Magnetresonanzbildern führt. Ursa­ che dafür sind unerwünschte Signalbeiträge aus einem Diffe­ renzvolumen zwischen dem Linearitätsvolumen mit dem Durchmes­ ser LV1c und dem Linearitätsvolumen mit dem Durchmesser LVc. Dabei weist die magnetische Flußdichte B_z des resultierenden Gradientenfeldes innerhalb des Differenzvolumens gleiche Wer­ te wie innerhalb des Linearitätsvolumens mit dem Durchmesser LVc auf.

Unverfälschte Magnetresonanzbilder werden beispielsweise da­ durch erzielt, indem mit einer speziell auf das Linearitäts­ volumen mit dem Durchmesser LVc abgestimmten Hochfrequenzemp­ fangsantenne gearbeitet wird, eine entsprechend umschaltbare Hochfrequenzempfangsantenne verwendet wird oder die Verstär­ kerspule TS2c derart gestaltet und bestromt ist, daß für die Felder in den Fig. 11 und 12 die punktiert dargestellten Ver­ läufe G2c_mod und Gc_mod der magnetischen Flußdichte B_z2 und B_z erzeugt werden.

In anderen Ausführungen beinhaltet eine Gradientenspulenan­ ordnung mehr als zwei Teilspulen oder eine der Teilspulen ist so ausgebildet, daß sie gleichzeitig auf mehrere Eigenschaf­ ten eines Gradientenfeldes wirkt.

Sowohl eine Auslegung vorgenannter Gradientenspulenanordnun­ gen als auch eine Ermittlung von einzustellenden Strömen beim Betrieb vorgenannter Gradientensysteme basiert beispielsweise auf einer Beschreibung der magnetischen Flußdichte eines Gra­ dientenfeldes durch eine Kugelfunktionsentwicklung, die nach­ folgend erläutert wird.

Die magnetische Flußdichte B(r, θ, ϕ) des Gradientenfeldes ei­ ner Gradientenspulenanordnung ist durch eine Kugelfunktions­ entwicklung gemäß nachfolgenden Gleichungen beschreibbar:

Dabei sind A_(1,m) die sogenannten sphärischen Koeffizienten in einer geeigneten Normierung. Der Radius r sowie die Winkel θ und ϕ beschreiben als Kugelkoordinaten, ausgehend von einem Ursprung, einen Punkt des dreidimensionalen Raumes. Dabei wird der Ursprung im allgemeinen im Zentrum der Gradienten­ spulenanordnung festgelegt. P_(1,m)(cosθ) und P_(1,|m|)(cosθ) sind Legendresche Polynome bzw. Funktionen in Abhängigkeit von cosθ.

Bei einer longitudinalen kreiszylindermantelförmigen Gradien­ tenspulenanordnung treten aufgrund ihrer Symmetrieeigenschaften für die magnetische Flußdichte im Spuleninneren lediglich Koeffizienten A_(1,m) mit ungeradzahligem 1 und insbesondere mit m = 0 auf. Bei einer transversalen kreiszylindermantelför­ migen Gradientenspulenanordnung sind aufgrund ihrer Symmet­ rieeigenschaften lediglich die Koeffizienten A_(1,m) mit unge­ radzahligem 1 und ungeradzahligem m von Bedeutung. Dies ver­ deutlicht nachfolgende Tabelle, in der für die longitudinale und die transversale Gradientenspulenanordnung die in der Praxis wichtigen Koeffizienten A_(1,m) sowie deren Bedeutung eingetragen sind.

Für eine ideale longitudinale Gradientenspule sind außer dem Koeffizienten A_(1,0) alle übrigen Koeffizienten A_(1,m) gleich Null. Für eine ideale transversale Gradientenspule sind außer dem Koeffizienten A_(1,1) alle übrigen Koeffizienten A_(1,m) gleich Null.

In einer Ausführungsform gemäß Fig. 1 umfaßt eine longitudi­ nale Gradientenspule eine erste und eine zweite Teilspule. Die erste Teilspule wird von einem ersten Gradientenverstär­ ker und die zweite Teilspule von einem zweiten Gradientenver­ stärker gespeist, so daß unabhängig voneinander in den beiden Teilspulen zeitgleich Ströme unterschiedlicher Amplitude und Vorzeichens einstellbar sind. Dabei weist die erste Teilspule einen Bemessungsstrom I_n1 auf und die zweite Teilspule einen Bemessungsstrom I_n2 auf. In Abhängigkeit von einem zu einem bestimmten Zeitpunkt in der ersten Teilspule fließenden. Strom I₁ sowie zum gleichen Zeitpunkt in der zweiten Teilspule fließenden Strom 12 ergeben sich aus Koeffizienten A_1(1,0), für die erste Teilspule und aus Koeffizienten A_2(1,0) für die zweite Teilspule resultierende Koeffizienten A_(1,0) für die longi­ tudinale Gradientenspule gemäß nachfolgender Gleichung:

Vorgenannte Gleichung für die longitudinale Gradientenspule mit zwei Teilspulen ist auf beliebige Gradientenspulen mit einer beliebigen Anzahl N von Teilspulen erweiterbar:

Bei einer longitudinalen Gradientenspulenanordnung mit zwei Teilspule sind zwei prinzipielle Ausgestaltungen der zweiten Teilspule möglich. Dabei wird von einer ersten Teilspule aus­ gegangen, mit der ein Gradientenfeld erzeugbar ist, dessen maximale Gradientenstärke durch den Koeffizienten A_1(1,0) be­ schrieben ist.

In einer ersten Ausgestaltung ist die zweite Teilspule bei­ spielsweise gemäß der Fig. 2 als eine Korrekturspule ausge­ legt. Dabei ist mit der zweite Teilspule eine Linearität und/oder ein Linearitätsvolumen des von der ersten Teilspule erzeugten Gradientenfeldes veränderbar. Dabei ist der Koeffi­ zient A_2(1,0) der zweiten Teilspule idealerweise gleich Null, da sie als reine Korrekturspule keine Veränderung der Gra­ dientenstärke des Gradientenfeldes der ersten Teilspule be­ wirken soll. Dafür sind ihre Koeffizienten höherer Ordnung derart gestaltet, daß sie auf entsprechende Koeffizienten der ersten Teilspule korrigierend wirken, so daß die Linearität und/oder das Linearitätsvolumen für die Gradientenspulenan­ ordnung wenigstens in einem weiten Bereich stufenlos ein­ stellbar sind.

Eine nicht aktiv geschirmte Gradientenspulenanordnung vorge­ nannter erster Ausgestaltung ist zumeist in einer Wickelebene beispielsweise gemäß der Fig. 2 ausführbar. Ursache dafür ist, daß die erste Teilspule ihre größte Leiterdichte in der Nähe des Zentrums des Linearitätsvolumens aufweist, wohinge­ gen die Korrekturspule ihre höchste Leiterdichte an den Rän­ dern des Linearitätsvolumens aufweist.

In einer zweiten Ausgestaltung ist die zweite Teilspule bei­ spielsweise gemäß Fig. 9 als eine Verstärkerspule ausgestal­ tet. Dabei ist ihre Hauptaufgabe eine Veränderung, insbeson­ dere eine Vergrößerung der Gradientenstärke des von der ers­ ten Teilspule erzeugten Gradientenfeldes. Dazu besitzt die Verstärkerspule einen Koeffizienten A_2(1,0), der beispielsweise entsprechend einer gewünschten Verstärkung einen Wert un­ gleich Null aufweist.

Bei einer nicht aktiv geschirmten Gradientenspulenanordnung vorgenannter zweiter Ausgestaltung ist es im Gegensatz zur ersten Ausgestaltung möglich, daß beispielsweise gemäß Fig. 9 zwei Wickelebenen erforderlich sind. Ursache dafür ist, daß sowohl die erste als auch die zweite Teilspule ihre höchste Leiterdichte in Zentrumsnähe des Linearitätsvolumens aufwei­ sen.

Vorgenanntes gilt entsprechend für andere, beispielsweise transversale Gradientenspulenanordnungen. Ebenso sind in an­ deren Ausgestaltungen auch Mischformen zwischen reinen Kor­ rektur- und Verstärkerspulen ausbildbar.

Zur Ermittlung von Stromeinstellungen in Teilspulen als auch von Auslegungen für vorgenannte Gradientenspulenanordnungen sind für Eigenschaften eines Gradientenfeldes Optimierungs­ aufgaben, die Zielfunktionen und Nebenbedingungen beinhalten, aufzustellen und zu lösen. Dabei ist die prinzipielle Vorge­ hensweise immer die gleiche. Nachfolgend wird exemplarisch eine Optimierungsaufgabe, inklusive deren Zielfunktion und Nebenbedingungen zur Optimierung der Linearität des Gradien­ tenfeldes näher beschrieben.

Für eine longitudinale Gradientenspule mit einer Anzahl N von Teilspulen, mit vorgegebenen Bemessungsströmen I_{n ν} und mit durch eine Ausgestaltung der Teilspulen vorgegebene Koeffi­ zienten A_{ν (1,0)} ist die Güte der Linearität des Gradientenfel­ des mit nachfolgender Zielfunktion Q beschreibbar:

Dabei steht der Index ν für die ν-te Teilspule und die Fakto­ ren k₁ sind Wichtungsfaktoren. Zur Optimierung der Linearität des Gradientenfeldes ist der Wichtungsfaktor k₁ gleich Null zu wählen, weil mit dem zugehörigen Koeffizienten A_{ν (1,0)} die Gradientenstärke des Gradientenfeldes beschrieben wird, die nicht optimiert werden soll. Weitere Wichtungsfaktoren, bei­ spielsweise k₃, k₅, k₇ usw. werden entsprechend ihrer Störwir­ kung bei der Magnetresonanzbildgebung mit einem Wert zwischen null und eins gewichtet. Dabei bedeutet der Wert eins eine hohe Wichtung, d. h., daß diese Störordnung besonders störend wirkt. Der Wert null bedeutet entsprechend, daß die damit gewichtete Störordnung irrelevant ist.

Die Zielfunktion Q wird mit Hilfe einer Variationsrechnung beispielsweise unter folgenden Nebenbedingungen minimiert. Das Maximum der magnetischen Flußdichte B_z(r, θ, ϕ) des Gra­ dientenfeldes muß bei vorgegebener maximaler Slewrate einer ausgewählten Sequenz kleiner einem bestimmten Grenzwert sein, der einer Stimulationsschwelle proportional ist, so daß bei einer Ausführung der Sequenz Stimulationen vermieden werden. Ferner soll die Gradientenstärke größer als ein durch die Sequenz bestimmter Grenzwert sein. Darüberhinaus dürfen die Teilspulenströme I_ν vorgegebene Grenzwerte, beispielsweise die Bemessungsströme I_{n ν} in den ν-ten Teilspulen nicht über­ schreiten.

Bei der Durchführung der Variationsrechnung zur Minimierung der Zielfunktion Q ist es beispielsweise vorteilhaft, die Ströme in den N Teilspulen in Vektorschreibweise und die Ko­ effizienten in einer entsprechenden Koeffizientenmatrix darzustellen. Die Minimierung der Zielfunktion Q erfolgt dann durch eine näherungsweise Matrizeninversion, beispielsweise mittels dem quadratischen Simplexalgorithmus, und ergibt die einzustellenden Ströme in den Teilspulen.

Fig. 13 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Ablaufdiagramms, wie die vorausgehend beschriebene stufenlose Einstellung von Eigenschaften eines Gradientenfel­ des in einen Ablauf einer Magnetresonanztomographie eingefügt ist, der durch die Schritte 131 bis 136 beschrieben ist. Ein Benutzer wählt in einem ersten Schritt 131 zunächst einen Sequenztyp aus, beispielsweise eine Spinecho- oder eine E­ choplanarsequenz. Danach wird im Schritt 132 ein entsprechen­ des Sequenzprogramm geladen. Im Schritt 133 werden zulässige Einstellbereiche der Sequenzparameter bestimmt. Dazu wird ein Berechnungsmodul A aufgerufen, dem durch den ausgewählten Sequenztyp vorgegebene Mindestanforderungen an Eigenschaften des Gradientenfeldes wie Linearität, Gradientenstärke und Slewrate übergeben werden. Daraus ermittelt das Berechnungs­ modul A beispielsweise auf Basis vorausgehend erläuterter Gleichungen und Verfahren die zulässigen Einstellbereiche, beispielsweise für das Field of View FOV und für die Repeti­ tionszeit T_R so, daß ein Ausführen des ausgewählten Sequenz­ typs mit Sequenzparametern innerhalb der Einstellbereiche mit dem Gradientensystem des Geräts möglich ist. Dabei ist bei­ spielsweise eine Nebenbedingung, daß bei der Ausführung keine Stimulationen ausgelöst werden. Als zusätzlicher Sequenzpara­ meter kann beispielsweise die Linearitätsabweichung des Gra­ dientenfeldes angeboten werden. Im Schritt 134 wählt der Be­ nutzer innerhalb der Einstellbereiche die Sequenzparameter aus. Nach der Auswahl der Sequenzparameter im Schritt 134 und vor der Ausführung der Sequenz im Schritt 136 findet im Schritt 135 eine Vorbereitung der Gerätehardware statt, wäh­ rend derer beispielsweise sogenannte Look-up-Tabellen ent­ sprechend belegt werden. Während dieser Vorbereitung wird ein Berechnungsmodul B aufgerufen, das auf Basis der ausgewählten Sequenzparameter die entsprechenden Stromstärken und Stromrichtungen für jede Teilspule des Gradientensystems so be­ rechnet, daß beispielsweise eine vorgegebene Stimulations­ schwelle nicht überschritten wird. Sind trotz der zulässigen Einstellbereiche Sequenzparameter festgelegt worden, die mit dem Gradientensystem nicht oder nicht ohne Stimulationen aus­ geführt werden können, so liefert das Berechnungsmodul B eine entsprechende Meldung.

Sogenannte Echtzeit-Sequenzen sind dadurch gekennzeichnet, daß während der Ausführung der Sequenz Sequenzparameter, bei­ spielsweise vom Benutzer verändert werden können. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine Ausrichtung eines Schnittbil­ des von Bild zu Bild und/oder die Bildauflösung, die bekannt­ lich direkt von der Gradientenstärke beeinflußt wird, zu än­ dern. Eine Durchführung einer Echtzeit-Sequenz erfolgt gemäß einer Pipelinearchitektur, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist. Dabei durchläuft beispielsweise ein erstes Bild 81 wäh­ rend des Zeitablaufs die drei Schritte Datenakquisition, Roh­ datenverarbeitung und Visualisierung. Während der Datenakqui­ sition für das Bild B1 kann der Benutzer für ein zweites Bild B2, das nach der Akquisition des Bild B1 zu akquirieren ist, im Rahmen einer interaktiven Geräteabfrage die Sequenzparame­ ter für das Bild B2 gegenüber dem Bild B1 innerhalb der zu­ lässigen Einstellbereiche ändern. Entsprechendes gilt für weitere Bilder. Mit jeder Änderung von Sequenzparametern von einem Bild zum anderen wird dabei das Berechnungsmodul B aus Fig. 13 aktiv und ermittelt die entsprechenden Stromeinstel­ lungen des Gradientensystems. Bei Echtzeit-Sequenzen, die funktionelle Aufgaben, beispielsweise eine Diffusionscodie­ rung, beinhalten, wird als zusätzlicher veränderbarer Se­ quenzparameter beispielsweise die Stärke der Diffusionswich­ tung angeboten.

Claims (20)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiege­ räts (1) mit einem Gradientensystem,

• - das wenigstens eine Gradientenspulenanordnung, die wenigs­ tens eine erste und eine zweite Teilspule (TS1, TS2) um­ faßt, zum Erzeugen eines Gradientenfeldes in einer Raum­ richtung und
• - das eine mit der Gradientenspulenanordnung verbundene Ener­ gieversorgungsvorrichtung (2), die so ausgebildet ist, daß Ströme in den Teilspulen (TS1, TS2) unabhängig voneinander einstellbar sind, beinhaltet,

wobei zum stufenlosen Einstellen wenigstens einer Eigen­ schaft des Gradientenfeldes wenigstens einer der Ströme in einer der Teilspulen (TS1, TS2) durch Lösen einer Optimie­ rungsaufgabe, beinhaltend eine Zielfunktion und wenigstens eine Nebenbedingung, daß Stimulationen eines lebenden Unter­ suchungsobjekts (5) vermieden werden, bestimmt und einge­ stellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Stimulationen vermie­ den werden, wenn ein Extremum der magnetischen Flußdichte des Gradientenfeldes bei einer vorgegebenen Slewrate einer Se­ quenz unter einem vorgebbaren Stimulationsgrenzwert bleibt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Optimierungsaufgabe durch eine Variationsrechnung gelöst wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zielfunktion Koeffizienten einer Kugelfunktionsentwicklung einer magnetischen Flußdichte des Gradientenfeldes beinhal­ tet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zielfunktion Koef­ fizienten für jede der Teilspulen beinhaltet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Koeffizienten für eine der Teilspulen mit einem Faktor multipliziert werden, der einem Verhältnis eines einstellbaren Stromes zu einem Bemessungsstrom der Teilspule entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine weitere Nebenbe­ dingungen ist, daß wenigstens einer der mit dem Faktor mul­ tiplizierten Koeffizienten größer einem vorgegebenen Grenz­ wert ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei we­ nigstens eine der Eigenschaften des Gradientenfeldes durch wenigstens einen Sequenzparameter einer Sequenz mitbestimmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für einen ausgewählten Sequenztyp wenigstens einer der Sequenzparameter in einem Bereich vorgegeben wird, so daß die Sequenz mit dem Gradien­ tensystem des Geräts ausführbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei für einen vorgegebe­ nen Stimulationsgrenzwert wenigstens einer der Sequenzparame­ ter in einem Bereich vorgegeben wird, so daß bei einer Aus­ führung der Sequenz Stimulationen vermieden werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Sequenzparameter während der Ausführung der Sequenz veränder­ bar ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Linearität als eine der Eigenschaften des Gradientenfel­ des eingestellt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Strom in der ersten Teilspule (TS1) eingestellt wird, der eine erste Linearität des Gradientenfeldes bewirkt, und ein Strom in der zweiten Teilspule (TS2) gesteuert wird, so daß die erste Linearität stufenlos veränderbar ist.

14. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 13, wobei ein Linearitätsvolumen als eine der Eigenschaften des Gradienten­ feldes eingestellt wird.

15. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 14, wobei ein Strom in der ersten Teilspule (TS1) eingestellt wird, der ein erstes Linearitätsvolumen des Gradientenfeldes bewirkt, und der Strom in der zweiten Teilspule (TS2) gesteuert wird, so daß das erste Linearitätsvolumen stufenlos veränderbar ist.

16. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 15, wobei eine Gradientenstärke als eine der Eigenschaften des Gradien­ tenfeldes eingestellt wird.

17. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 16, wobei ein Strom in der ersten Teilspule (TS1) eingestellt wird, der eine erste Gradientenstärke des Gradientenfeldes bewirkt, und der Strom in der zweiten Teilspule (TS2) gesteuert wird, so daß die erste Gradientenstärke stufenlos veränderbar ist.

18. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 17, wobei die Energieversorgungsvorrichtung (2) einen ersten Gradientenver­ stärker (GV1), der mit der ersten Teilspule (TS1) verbunden ist, und einen zweiten Gradientenverstärker (GV2), der mit der zweiten Teilspule (TS2) verbunden ist, beinhaltet.

19. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 18, wobei die erste Teilspule (TS1a) für ein bestimmtes Linearitätsvo­ lumen des Gradientenfeldes und/oder eine bestimmte Linearität des Gradientenfeldes ausgebildet ist und die zweite Teilspule (TS2a) als eine Korrekturspule ausgebildet ist, so daß das bestimmte Linearitätsvolumen und/oder die bestimmte Lineari­ tät veränderbar sind.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die erste Teilspule (TS1c) für eine bestimmte Gradientenstärke des Gradientenfeldes, die für die erste Teilspule (TS1c) vor­ zugsweise die betragsmäßig maximale Gradientenstärke ist, ausgebildet ist und die zweite Teilspule (TS2c) als eine Ver­ stärkerspule ausgebildet ist, so daß die bestimmte Gradien­ tenstärke veränderbar, vorzugsweise vergrößerbar ist.