DE3900881C2

DE3900881C2 - Trimmspulen-Vorrichtung für eine NMR-Abbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3900881C2
Application number: DE19893900881
Authority: DE
Inventors: Motoji Haragashira
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1989-01-13
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2009-01-14
Also published as: DE3900881A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trimmspulen-Vorrichtung für eine magnetische Kernresonanzabbildungsvorrichtung zur Einstellung eines statischen Trimm-Magnetfeldes zur Verbesserung der Homogenität des statischen Magnetfeldes.

Bei magnetischen Kernresonanzabbildungsvorrichtungen (im folgenden als MRI-Vorrichtung bezeichnet) werden in bekannter Weise magnetische Kernresonanzsignale (im folgenden als NMR-Signale bezeichnet) von einer interessierenden Zone in einem zu untersuchenden Körper mittels Bestrahlen der Zone mit hochfrequenten Erregungsimpulsen (im folgenden als HF-Impulse bezeichnet) in Gegenwart eines die Zone umgebenden statischen magnetischen Feldes erhalten, und die Bildgewinnung oder die Spektralanalysen werden auf der Grundlage der erhaltenen NMR-Signale durchgeführt.

Im Falle der Bildrekonstruktion erhält man ein Bild hoher Auflösung, wenn die Homogenität des statischen magnetischen Feldes in der interessierenden Zone innerhalb eines Bereichs von 1 bis einigen ppm liegt. Die Homogenität des statischen magnetischen Feldes kann jedoch leicht über diesen Bereich hinaus durch das Vorhandensein des zu untersuchenden Körpers gestört werden.

Zur Lösung dieses Problems wird üblicherweise die Einstellung der Homogenität des statischen magnetischen Feldes durch Überlagern eines besonderen, mittels einer im statischen magnetischen Feld angeordneten Trimmspule mit verschiedenen durchgeleiteten Strömen erzeugten magnetischen Feldes durchgeführt, wobei die durchgeleiteten Ströme die Stärke des besonderen magnetischen Feldes bestimmen. Die Einstellung des durch die Trimmspule fließenden Stroms hat den Vorteil, daß man die Stärke des besonderen Magnetfeldes ändern und damit die Homogenität des statischen Magnetfeldes in aktiver Weise einstellen kann.

Die US 3 566 255 offenbart eine Vielzahl von Trimmspulenanordnungen, welche aus zwei separaten Spulen, die koaxial einander gegenüberliegend angeordnet sind und entgegengesetzte Wicklungsrichtungen aufweisen, bestehen.

Eine typische Ausbildung einer derartigen MRI-Vorrichtung mit einer Trimmspulenanordnung nach dem Prinzip der US 3 566 255 ist in Fig. 1 dargestellt, wobei ein System 10 einen Hauptmagneten 20 zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes, eine Trimmspule 30, eine Gradientenspule 40 zur Erzeugung von Gradientmagnetfeldern und ein Prüfspule 50 zur Ausstrahlung von HF-Impulsen auf und zur Erfassung von NMR-Signalen von einem zu untersuchenden Körper P umfaßt. Die erfaßten NMR-Signale werden von einer CPU 60 in geeigneter Weise verarbeitet, und die Ergebnisse werden auf einer Anzeige 70 angezeigt.

Eine Einzelheit einer typischen Ausbildung einer derartigen Trimmspule 30 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die Trimmspule 30 einen Trimmspulenzylinder 31 und miteinander verbundene Spulen L und L′ umfaßt, wobei die Trimmspule mit einer Trimmspulenstromversorgung 32 verbunden ist, die einen konstanten Gleichstrom durch ein Stromversorgungsfilter 33 zuführt. Das Stromversorgungsfilter 33 ist ein Tiefpaßfilter, das hier verwendet wird, um ein Rauschen auszuschalten. In Fig. 2 zeigt ein Pfeil H_o die Richtung des von dem Hauptmagneten 20 erzeugten statischen Magnetfeldes, und die Pfeile B und B′ zeigen die Richtungen der von den Spulen L bzw. L′ erzeugten Magnetfelder. Fig. 3 zeigt weiter eine Seitenansicht der Spulen L und L′.

Wie man aus Fig. 1 sieht, ist die Trimmspule 30 normalerweise ein getrennt um die Gradientenspule 40 angeordnetes Element, so daß die Kopplung der Trimmspule 30 und der Gradientenspule 40 zu folgendem Problem führt:

Bei einer üblichen MRI-Vorrichtung erscheinen nämlich, wenn der Gradientenspule zur Auswahl einer zu erregenden scheibenförmigen Zone oder zur Decodierung einer die Phase der NMR-Signale betreffenden Information Ströme zugeführt werden, in den Spulen L und L′ infolge von Änderungen in den von der Gradientenspule 40 erzeugten Magnetfeldern induzierte Ströme, die wiederum eine Änderung der von den Spulen L und L′ erzeugten Magnetfeldern B und B′ bewirken.

Die EP 0 132 338 behandelt die Unterdrückung von Störströmen aufgrund schnell veränderlicher Gradientenmagnetfelder in RF-Spulen von NMR-Abbildungsvorrichtungen.

Um das Problem der in Trimmspulen induzierten Störströme zu lösen, wurde in der EP 0 132 338 vorgeschlagen, die Trimmspulen mit einer Breitband-Stromquelle zu versorgen.

Somit wird die Stromänderung in den Trimmspulen zwar durch die Schleifenverstärkung der Konstantstrom-Steuerschaltung reduziert, aber der Einfluß der Kopplung nicht vollständig beseitigt.

Es ist somit bei einer üblichen MRI-Vorrichtung sehr schwierig, die unerwünschte, infolge der Kopplung der Trimmspule 30 und der Gradientenspule 40 entstehende Situation auszuschalten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trimmspulen-Vorrichtung für eine MRI-Vorrichtung zu schaffen, die von den Einflüssen der zeitveränderlichen, von der Gradientenspule erzeugten Magnetfelder unabhängig ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Trimmspulen-Vorrichtung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 2-6.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer üblichen MRI- Vorrichtung;

Fig. 2 ein Teilschaltbild der üblichen Trimmspule in der in Fig. 1 dargestellten MRI-Vorrichtung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Spulen der Trimmspule gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Trimmspule;

Fig. 5 ein Teilschaltbild der in Fig. 4 dargestellten Trimmspule zur Darstellung einer Seitenansicht der Spulen;

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Trimmspule gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ein Teilschaltbild der in Fig. 6 dargestellten Trimmspule zur Darstellung einer Seitenansicht der Spulen.

Im folgenden werden die Teile einer Trimmspule, die denen der oben beschriebenen bekannten Trimmspule entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erneut be schrieben.

Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Trimmspule.

Diese Trimmspule umfaßt eine Primärspule L₁, die wie die Spule L gemäß Fig. 2 wirkt, und eine Kompensatorspule L₂, die die gleiche Induktanz wie die Primärspule L₁ aufweist, die jedoch in der entgegengesetzten Richtung wie die Primär spule L₁ gewickelt ist. Die Primärspule L₁ und die Kompensa torspule L₂ sind in Serie geschaltet und so nahe beieinan der angeordnet, daß eine größtmögliche Induktion erreicht wird.

Weiter sind Kondensatoren C₁ und C₂ zur Unterbrechung des Gleichstroms mit der Kompensatorspule L₂ bzw. der Primär spule L₁ in Serie geschaltet.

Weiter sind Drosselspulen L₃, L₄ und L₅ vorgesehen, wobei die Drosselspule L₃ mit einem Ende der Primärspule L₁ und einem Ende der Kompensatorspule L₂ und einem Anschluß des Stromversorgungsfilters 33 verbunden ist, die Drosselspule L₄ mit dem anderen Anschluß des Stromversorgungsfilters 33 und mit einem Ende der Primärspule L₁ verbunden ist, die Drosselspule L₅ mit dem anderen Ende der Kompensatorspule L₂ und einem Anschluß des Stromversorgungsfilters 33 verbun den ist. Die Drosselspulen L₄ und L₅ sind vorgesehen, um Rückströme der von der Primärspule L₁ und der Kompensator spule L₂ induzierten Ströme zu der Trimmenergieversorgung 32 zu verhindern, die durch die Verminderung eines Ausgangs widerstandes der Trimmenergieversorgung 32 infolge des Vor handenseins des Energieversorgungsfilters 33 von nicht darge stellten Kondensatoren gefördert werden.

Die Induktivitäten der Drosselspulen L₃, L₄ und L₅ sind aus reichend größer als jene der Primärspule L₁ und der Kompen satorspule L₂. Die Kapazitäten der Kondensatoren C₁ und C₂ sind ausreichend größer als sowohl 1/(πf)²L₁ als auch ¹/₂(πf)²L₂, wobei L₁ und L₂ die Induktivitäten der Primär spule L₁ bzw. der Kompensatorspule L₂ darstellen, die Werte von einigen Hundertsteln mH aufweisen, wobei f eine Fre quenz von ungefähr einhundert bis zehntausend Hz ist.

Bei dieser Ausbildung fließt, wenn ein konstanter Strom durch die Gradientenspule fließt, ein Gleichstrom von der Trimmenergieversorgung 32 nur durch die Primärspule L₁. Wenn andererseits sich der durch die Gradientenspule flie ßende Strom ändert, bewirken die von der Gradientenspule erzeugten zeitveränderlichen Magnetfelder induzierte Ströme i₁ und i₂ der gleichen Größe, jedoch von entgegengesetzten Richtungen in der Primärspule L₁ bzw. der Kompensatorspule L₂, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, so daß sie sich gegeneinander aufheben.

In einer Ausführungsform hat die Trimmspule einen Aufbau, der dem der in Fig. 2 und 3 dargestellten ähnlich ist, wobei die Merkmale dieser Ausführungsform in Fig. 5 darge stellt sind. Die Primärspulen L₁′ und L_1′ sind in der Nähe der Kompensatorspulen L₂ und L₂′ angeordnet. Weiter ist in Fig. 5 eine zusätzliche Drosselspule L₆ zwischen den zwei Primärspulen L₁ und L₁′ vorgesehen, um jenen Teil der indu zierten Ströme in der Primärspule L₁ und der Kompensator spule L₂ auszuschalten, der nicht gelöscht wurde, der auf die Primärspule L₁′ und die Kompensatorspule L₂′ nachteili gen Einfluß haben kann.

Eine weitere Ausführungsform der Trimmspule ist in Fig. 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Primär spule L₁ und die Kompensatorspule L₂ über den Kondensator C₁ ohne die Drosselspule L₃ parallel zueinander geschaltet, so daß kein Kondensator vorhanden ist, um den Gleichstrom in einem Weg für den Gleichstrom zu unterbrechen. Es ist offensichtlich, daß man mit dieser Ausführungsform die gleichen Wirkungen wie mit der oben beschriebenen Ausfüh rungsform erhält. Ein Beispiel dieser Ausfüh rungsform, das der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform entspricht, ist in Fig. 7 dargestellt.

Mit der Erfindung ist es möglich, eine Trimmspule für eine MRI-Vorrichtung zu schaffen, die von den Einflüssen der von der Gradientenspule erzeugten zeitveränderlichen Magnetfel dern unabhängig ist.

Claims

1. Trimmspulen-Vorrichtung für eine NMR-Abbildungsvorrichtung mit einer Gradientenspulen-Einrichtung (40) zum Erzeugen eines zeitveränderlichen Gradienten-Magnetfeldes mit

a) zumindest einer Primärspule (L₁, L₁′) zum Erzeugen eines statischen Trimm-Magnetfeldes;
b) einer Gleichstromversorgung (32, 33) zum Zuführen eines konstanten Gleichstroms an die zumindest eine Primärspule (L₁, L₁′); und
c) einer jeder Primärspule (L₁, L₁′) jeweils zugeordneten Kompensatorspule (L₂, L₂′), welche
- - so plaziert und bemessen ist, daß die in der Kompensatorspule (L₂, L₂′) durch das zeitveränderliche Gradienten-Magnetfeld erzeugte Induktionsspannung betragsmäßig gleich der in der Primärspule (L₁, L₁′) durch das zeitveränderliche Gradienten-Magnetfeld erzeugten Induktionsspannung ist; und
- - so mit der entsprechenden Primärspule (L₁, L₁′) verschaltet ist, daß
  die Kompensatorspule (L₂, L₂′) gleichstrommäßig von der Primärspule (L₁, L₁′) entkoppelt ist; und
  keine dem Gradienten-Magnetfeld entgegenwirkende Magnetfelder erzeugenden Ströme in der Kompensatorspule (L₂, L₂′) und der Primärspule (L₁, L₁′) erzeugt werden.

2. Trimmspulen-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensatorspule (L₂, L₂′) die gleiche Induktivität wie die entsprechende Primärspule (L₁, L₁′) aufweist.

3. Trimmspulen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule (L₁, L₁′) und die dazugehörige Kompensatorspule (L₂, L₂′) unmittelbar hintereinander auf einer Achse angeordnet und in Serie geschaltet sind.

4. Trimmspulen-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule (L₁, L₁′) und die dazugehörige Kompensatorspule (L₂, L₂′) unmittelbar hintereinander auf einer Achse angeordnet und parallel geschaltet sind.

5. Trimmspulen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kondensator (C₁, C₁′) zum gleichstrommäßigen Entkoppeln der Kompensatorspule (L₂, L₂′) aufweist.

6. Trimmspulen-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Drosselspulen (L₄, L₅) zum Verhindern von Rückströmen zur Gleichstromversorgung (32, 33) aufgrund der durch das zeitveränderliche Gradienten-Magnetfeld in der Primärspule (L₁, L₁′) und der Kompensatorspule (L₂, L₂′) erzeugten Induktionsspannung aufweist.