DE3808995A1

DE3808995A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern von kenngroessen von gradientenmagnetfeldern bei einem magnetresonanz-bildgeraet

Info

Publication number: DE3808995A1
Application number: DE3808995A
Authority: DE
Inventors: Michio Mitomi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1988-09-29
Also published as: DE3808995C2; US4862084A; JPS63229039A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Kenn größen bzw. Charakteristika von Gradientenmagnetfeldern, die mittels eines Magnetresonanz-Bildgerätes erzeugt wer den.

Ein Magnetresonanz-Bildgerät (MRI-Gerät) enthält eine Ein heit zum Erzeugen eines statischen Magnetfeldes, Einheiten zum Beaufschlagen mit Gradientenmagnetfeldern (Gx, Gy, Gz) in X-, Y- bzw. Z-Richtung, einen Sender zum Beaufschlagen des Untersuchungsobjektes mittels eines Radiofrequenz- Magnetfeldes (RF-Magnetfeld), einen Detektor zum Erfassen eines im Untersuchungsobjekt erzeugten Magnetresonanz- Signals (MR-Signal), ein Ablaufsteuergerät zum Steuern der Erzeugung der Magnetfelder und der Erfassung des MR-Signals und einen Rechner zum Steuern des Ablaufsteuergerätes und zum Verarbeiten des erfaßten MR-Signals, um ein Magnetreso nanz-Bild (MR-Bild) zu erzeugen.

Bei dem beschriebenen MRI-Gerät wird das Untersuchungsob jekt in dem statischen gleichförmigen Magnetfeld, das durch die statische Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, plaziert. Der Sender wird entsprechend der Betätigungsfolge des Ablaufsteuergerätes betrieben, um das Untersuchungs objekt mit 90°-Impulsen und 180°-Impulsen zu beaufschlagen. Die Gradientenfeld-Erzeugungseinheiten beaufschlagen das Untersuchungsobjekt abhängig von den Betätigungsfolgen des Ablaufsteuergerätes mit den Gradientenfeldern. Als Folge wird das durch die Magnetresonanz-Erscheinung im Untersu chungsobjekt erzeugte MR-Signal durch den Empfänger erfaßt. Der Rechner führt die Bildrekonstruktion aus, indem er das erfaßte MR-Signal verarbeitet und damit eine MR-Bildinfor mation wie ein MR-Tomogrammbild liefert.

Es soll bemerkt werden, daß die MR-Bildinformation durch die Anstiegscharakteristik, zum Beispiel die Anstiegszeit des Gradientenmagnetfeldes beeinträchtigt wird, das dazu dient das MR-Signal mit einer Positionsinformation zu versehen. Andererseits ist zu berücksichtigen, daß die Charakteristik des Gradientenmagnetfeldes im wesentlichen von den Ausgangskenngrößen der zur Erzeugung der Gradien tenmagnetfelder benutzten Spannungsquelle abhängt. Demnach werden im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 die Ausgangs kenngrößen der das Gradientenfeld erzeugenden Spannungs quelle diskutiert.

Fig. 1 stellt eine Spannungsquelle zum Versorgen einer Spule mit einer Speisespannung dar, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Ein Eingangssignal V _in wird mittels Spannun gen +V und -V betriebenen Verstärker 1 zugeführt und zur Versorgung der Spule 2 verstärkt, die Spule 2 weist eine Impedanz Z ₁ (einen induktiven Teil Zl ₁ und einen ohmschen Teil Zr ₁) auf. Ein Shunt-Wiederstand 3 ist vorgesehen, um den durch die Spule 2 fließenden Strom zu messen. I _out repräsentiert den durch die Spule 2 fließenden Strom.

Die Anstiegszeit Tr des Stromes I _out, der durch die Spule 2 fließt, ist gegeben durch
Tr = (Zl ₁/Zr ₁) ln (V/(V - I _out · Zr ₁)) (1)
V = Zl ₁ (di/dt) + I _out Zr ₁ (2)

Wie aus den Gleichungen ersichtlich ist, hängt die An stiegszeit Tr von der Impedanz Z der Spule 2 und der an den Verstärker 1 angelegten Spannung V ab. Wie in Fig. 2 darge stellt, ist der Strom I _out gegenüber der Eingangsspannung Vin durch die Zeit Tr verzögert. Wenn somit die Gradienten magnetfeld-Erzeugungsspulen verschiedene Impedanzen aufwei sen, sind die Anstiegszeiten der Gradientenmagnetfelder verschieden groß, so daß es nicht möglich ist, das MR- Signal mit einer exakten Positionsinformation zu versehen.

Es ist deshalb ein Verfahren erwünscht, bei dem die Kenn größen bzw. die Charakteristika der Gradientenmagnetfelder gesteuert werden können, um eine exakt Positionsinforma tion für das MR-Signal zu liefern.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Kenngrößen von Gradientenma gnetfeldern verfügbar zu machen, mit dem ein Untersuchungs objekt durch ein Magnetresonanz-Bildgerät beaufschlagt wird und bei dem die erwähnten Nachteile vermieden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 1, die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6 gekennzeichnet. Vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern der Kenngrößen von Signalen vorgesehen, die durch Betätigen von Magnetfelderzeugungs-Spannungsquellen den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen zugeführt werden, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Zuführen der für die Erzeugung der Gradientenmagnetfelder benötigten Signale an die Gradientenmagnetfeld-Erzeugungs spulen, Steuern der Kenngrößen der Signale durch Erfassen der Wellenform der zugeführten Signale und Herbeiführen ei ner Übereinstimmung zwischen den Kenngrößen der Signale so wie Zuführen der Signale, die die gleiche Charakteristik haben, zu den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen, um Gradientenmagnetfelder mit der gleichen Charakteristik zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird eine Vor richtung zum Steuern der Kenngrößen der Signale vorgesehen, die durch Betätigen der Magnetfeld-Erzeugungsspannungs quellen den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen zugeführt werden, wobei diese Vorrichtung enthält:

Eine Einrichtung zum Zuführen der Signale zu den Gradien tenmagnetfeld-Erzeugungsspulen, um die Gradientenmagnet felder zu erzeugen und eine Einrichtung zum Steuern der Kenngrößen der Signale durch Erfassen der Wellenform der zugeführten Signale, Herbeiführen einer Übereinstimmung zwischen den Kenngrößen dieser Signale und Zuführen der Signale, die die gleiche Charakteristik haben, zu den Gra dientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen mittels der Zuführein richtung, um Gradientenmagnetfelder der gleichen Charakte ristik zu erzeugen.

Die Erfindung wird anhand von 7 Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung einer bekannten Stromquelle zum Erzeugen eines Gradientenmagnet feldes;

Fig. 2 die Wellenformen der Eingangsspannung und des Aus gangsstromes der Spannungsquelle von Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen MRI- Gerätes;

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung einer Spannungsquelle zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes gemäß dieser Erfindung;

Fig. 5 eine weitere Schaltungsanordnung einer Spannungs quelle zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes gemäß dieser Erfindung;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Erzeugung einer trapezförmigen Welle und

Fig. 7 Wellenformen der Eingangsspannung und des Ausgangs stromes dieser Schaltung.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung eine Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.

Wie in Fig. 3 dargestellt, enthält die Vorrichtung eine Spule 32 zum Erzeugen eines statischen gleichförmigen Ma gnetfeldes, eine Spannungsquelle 31 zum Versorgen der Spule 32 mit elektrischer Leistung, Spulen 36 a, 36 b und 36 c zum Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern in X-, Y-, bzw. Z- Richtung, Spannungsquellen 35 a, 35 b und 35 c zum Zuführen der elektrischen Leistung an die Spulen 36 a, 36 b bzw. 36 c, eine Sende- und Empfangsspule 34 sowie eine Sende- und Empfangsschaltung 33 zum Aussenden eines RF-Impulses und zum Erfassen eines innerhalb des Untersuchungsobjektes erzeugten MR-Signals, ein Ablaufsteuergerät 37 zum Steuern der Spannungsquellen 35 a, 35 b und 35 c und der Schaltung 33, einen Rechner 38, der die Signale liefert zum Betreiben der Spannungsquelle 31 und des Ablaufsteuergerätes, der außer dem unter Verwendung des durch die Schaltung 33 erfaßten MR-Signals ein MR-Bild rekonstruiert und dieses anzeigt. Das Untersuchungsobjekt wird in einem Raum positioniert, der mit den Magnetfeldern beaufschlagt wird.

In Fig. 4 ist eine Schaltungsanordnung der Spannungsquellen 35 a, 35 b und 35 c zur Gradientenmagnetfelderzeugung darge stellt. Konstantspannungsgeneratoren 12 a und 12 b wandeln die Wechselspannung einer Wechselspannungsquelle 16 in eine Gleichspannung um, die dann an den Verstärker 11 angelegt wird. Veränderbare Widerstände 13 a und 13 b, die an den Kon stantspannungsgeneratoren 12 a und 12 b angeschlossen sind, können durch das Ablaufsteuergerät 37 gesteuert werden. Die Eingangsspannung Vin wird vom Steuergerät 37 ausgegeben und durch den Verstärker 11, der durch die von den Konstant spannungsgeneratoren 12 a und 12 b gelieferte Gleichspannung betrieben wird, verstärkt. Der Ausgangsstrom I _out des Verstärkers 11 wird der Spule 14 mit der Impedanz Z ₂ (einem induktiven Teil Zl ₂ und einem ohmschen Teil Zr ₂) zugeführt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung der Span nungsquelle für die Gradientenmagnetfelderzeugung. An der Eingangsseite des Verstärkers 21 ist eine Schaltung 24 zur Erzeugung einer trapezförmigen Welle vorgesehen. Wie Fig. 6 darstellt, enthält die Schaltung 24 einen Verstärker 24 a zum Verstärken der Eingangsspannung V _in, eine Konstant stromschaltung 24 b zum Ausgeben eines der Ausgangsspannung des Verstärkers 24 a entsprechenden Ausgangsstromes, eine Integrierschaltung 24 c zum Formen der Ausgangsstromwellen form der Schaltung 24 b zu einer trapezförmigen Wellenform und einen veränderbaren Kondensator 24 d, der an die Schal tung 24 c angeschlossen ist. Der veränderbare Kondensator 24 d kann durch das Ablaufsteuergerät 37 gesteuert werden.

Es wird nun die Arbeitsweise der Spannungsquelle beschrieben.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung werden die verän derbaren Widerstände 13 a und 13 b durch das Ablaufsteuerge rät 37 gesteuert. Wenn die Gradientenmagnetfeld-Erzeugungs spulen 36 a, 36 b und 36 c verschiedene Impedanzen aufweisen, erfaßt das Ablaufsteuergerät 37 die Anstiegszeit des an die Spulen 36 a, 36 b und 36 c ausgegebenen Stromes und steuert den Strom unter Verwendung der veränderbaren Widerstände 13 a und 13 b so, daß die Anstiegscharakteristiken, zum Beispiel die Anstiegszeitperiode der Gradientenfelder Gx, Gy und Gz zur gegenseitigen Übereinstimmung gebracht werden. Auf diese Weise kann dem MR-Signal eine exakte Positionsinformation zugeführt werden.

Bei der Schaltung gemäß den Fig. 5 und 6 ist die Schaltung 24 zur Erzeugung der trapezförmigen Welle so ausgebildet, daß die Wellenform der Eingangsspannung V _in zu einer Span nung V _in′ mit Trapezform umgeformt wir. Der Ausgangsstrom I _out des Verstärkers 21 wird der Spule 22 mit der Impedanz Z ₃ (induktiver Teil zl ₃ und ohmscher Teil Zr ₃) zugeführt. In diesem Fall wird, wie Fig. 7 zeigt, die Anstiegszeit T _R der trapezförmigen Spannung V _in′ auf die längste Anstiegszeit der den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen 36 a, 36 b und 36 c zugeführten Ströme eingestellt. Die Folge ist, daß die Anstiegszeitperioden der Gradientenmagnetfelder Gx, Gy und Gz gleichgemacht werden und so das MR-Signal mit einer exakten Positionsinformation versehen werden kann.

Im Rahmen dieser Erfindung sind verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich.

Claims

1. Verfahren zum Steuern von Kenngrößen von Signalen, die durch Betätigen von Spannungsquellen zur Erzeugung von Magnetfeldern Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen zuge führt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Zuführen der zum Erzeugen der Gradientenmagnetfelder erforderlichen Signale zu den Gradientenmagnetfeld-Erzeu gungsspulen;
Steuern der Kerngrößen der Signale durch Erfassen der Wellenformen der zugeführten Signale und Herstellen einer Übereinstimmung in den Kerngrößen der Signale; sowie
Zuführen der Signale mit jeweils der gleichen Charak teristik zu den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen, um Gradientenmagnetfelder, die jeweils die gleiche Charakte ristik aufweisen, zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngröße des Signals die Anstiegszeit in der Wel lenform des Signals ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeit der den Gradientenmagnetfeld-Erzeug gungsspulen zur Erzeugung der Gradientenmagnetfelder zuge führten Signale auf die längste Zeitdauer der Anstiegszeit der erfaßten Signale eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Steuerung der Kenngrößen der erfaßten Signale einen Schritt einschließt, bei dem die Spannung der Magnetfelderzeugungsspannungs quelle geregelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Steuerung der Kenngrößen der erfaßten Signale den Schritt zur Erzeugung trapezförmiger Wellen in Übereinstimmung mit den Kenngrößen der erfaßten Signale enthält.

6. Vorrichtung zum Steuern von Kenngrößen von Signa len, die durch Betätigen von Spannungsquellen zur Magnet felderzeugung Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen zuge führt werden, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (35 a, 35 b, 35 c) zum Zuführen der Signale zu Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen (36 a, 36 b, 36 c), um Gradientenmagnetfelder zu erzeugen; und
eine Einrichtung (35 a, 35 b, 35 c, 37) zum Steuern der Kenngrößen der Signale durch Erfassen der Wellenformen der zugeführten Signale, Herstellen einer Übereinstimmung zwi schen den Kenngrößen dieser Signale und Zuführen der Signale, die jeweils die gleiche Charakteristik aufweisen, zu den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen (36 a, 36 b, 36 c) durch die Zuführeinrichtung (35 a, 35 b, 35 c) , um die Gradie entenmagnetfelder mit jeweils der gleichen Charakteristik zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Kenngröße des Signals die Anstiegszeit in der Wellenform des Signals ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anstiegszeit der durch die Zuführein richtung (35 a, 35 b, 35 c) zur Erzeugung der Gradienten magnetfelder den Gradientenmagnetfeld-Erzeugungsspulen (36 a′, 36b, 36 c) zugeführten Signale zu eingestellt wird, daß sie der längsten Zeitdauer der durch die Steuereinrich tung (35 a, 35 b, 35 c, 37) erfaßten Signale ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (35 a, 35 b, 35 c, 37) zum Steuern der Kenngrößen der erfaßten Signale eine Einrichtung (12 a, 12 b, 13 a, 13 b), zum Regeln der Speise spannung der Magnetfelderzeugungsspannungsquellen (16) ent hält.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (35 a, 35 b, 35 c, 37) zum Steuern der Kenngrößen der erfaßten Signale eine Einrichtung (24) zum Erzeugen trapezförmiger Wellen in Übereinstimmung mit den Kenngrößen der erfaßten Signale enthält.