DE3902479C2 - Vorrichtung zum Abbilden von magnetischer Kernresonanz - Google Patents
Vorrichtung zum Abbilden von magnetischer KernresonanzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbilden von
magnetischer Kernresonanz, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
bei der die Erscheinung von magnetischer Kernresonanz dazu
verwendet wird, tomographische Bilder eines zu untersuchenden
Körpers zu erhalten, und insbesondere das Erzeugen von
Gradientmagnetfeldern, die mit einem ultraschnellen
Abbildungsverfahren verwendet werden sollen, wie beispielsweise
mit einem Echoplanarverfahren.
Um ein ultraschnelles Abbildungsverfahren anzuwenden, von denen
das am besten bekannte das Echoplanarverfahren ist, ist es
erforderlich, sich mit der Zeit ändernde Gradientmagnetfelder
einer Frequenz von annähernd 1 kHz zu erzeugen mit einer
Stärke, die um das Mehrfache größer ist als die Stärke
derjenigen, die bei einem gewöhnlichen Abbildungsverfahren
erforderlich sind.
Um dies zu erzielen, müßte ein Verstärker mit linearer
Verstärkung (nachstehend als linearer Verstärker bezeichnet)
eine Ausgangskapazität haben, die signifikant größer als das
Zehnfache der üblichen Ausgangskapazität ist, was in großem
Ausmaß unpraktisch ist.
Andererseits besteht der Vorschlag, einen Verstärker mit
Resonanzverstärkung (nachstehend als Resonanzverstärker
bezeichnet), wie etwa aus US 4 628 264 bekannt, für diesen
Zweck zu verwenden, da dieser ausreichend starke Magnetfelder
erzeugen kann, während seine Ausgangskapazität vernünftig
gering bleibt. Dies kann erzielt werden durch Anschließen eines
Kondensators mit entsprechender Kapazität, und zwar entweder in
Reihe oder parallel, zwischen den Gradientfeldspulen, die als
Belastungsspulen wirken, und dem Verstärker selbst, um dadurch
sinusförmige Resonanzen zu erzeugen.
Jedoch ist es bei Verwendung eines solchen Resonanzverstärkers
nicht möglich, Auslesegradienten derart zu erzeugen, daß Bilder
an willkürlichen Querschnittsebenen (auch als Scheiben
bezeichnet) erhalten werden, die nicht in einer Axialebene A,
in einer Umfangsebene C oder in einer Sagittalebene S liegen,
die in Fig. 1 dargestellt sind, und zwar aus folgenden Gründen.
Allgemein ist eine Querschnittsebene für die Abbildung von
Kernresonanz definiert durch einen Schrägstellungswinkel R und
einen Drehwinkel Φ, wie sie in Fig. 2(A) und Fig. 2(B)
jeweils angegeben sind.
Um nunmehr Bilder in willkürlichen oder beliebigen
Querschnittsebenen zu erhalten, müssen drei Komponenten Gx(t),
Gy(t) und Gz(t) des zeitveränderlichen Gradientmagnetfeldes in
drei orthogonalen Richtungen X, Y bzw. Z in Folgen (nachstehend
als Impulsfolgen bezeichnet) erzeugt werden in Übereinstimmung
mit dem nachstehenden Ausdruck:
Gx(t) = sin Φ · Gz₀(t) + cos Φ · Gx₀(t)
Gy(t) = -sin R cos Φ · Gz₀(t) + sin R sin Φ · Gx₀(t) + cos R · Gy₀(t) (1)
Gz(t) = cos R cos Φ · Gz₀(t) - cos R sin Φ · Gx₀(t) + sin R · Gy₀(t)
Gy(t) = -sin R cos Φ · Gz₀(t) + sin R sin Φ · Gx₀(t) + cos R · Gy₀(t) (1)
Gz(t) = cos R cos Φ · Gz₀(t) - cos R sin Φ · Gx₀(t) + sin R · Gy₀(t)
worin Gx₀(t), Gy₀(t) und Gz₀(t) die Werte der Komponenten
Gx(t), Gy(t) bzw. Gz(t) sind bei einem Schrägstellungswinkel
R = 0 und einem Drehwinkel Φ = 0. Beispiele von Impulsfolgen
Gx₀(t) und Gy₀(t) und Gz₀(t) für den Schrägstellungswinkel R = 0
und den Drehwinkel Φ = 0 sind in Fig. 3 dargestellt, in welcher
Gx₀(t) eine Impulsfolge zum Kodieren, Gy₀(t) eine Impulsfolge
für das Auslesen und Gz₀(t) eine Impulsfolge für
Schichtbildung oder Scheibenbildung darstellen. Hier sind die
Rollen der Impulsfolgen Gx₀(t) und Gy₀(t) austauschbar. Eine
Vorrichtung zum Erzeugen eines solchen Gradientenmagnetfeldes
ist aus EP 0 108 421 A2 bekannt, welche neben einem Satz von
Gradientenspulen ferner einen Satz von Zusatzspulen umfaßt, die
zur Verschiebung der Resonanzebene herangezogen werden.
Wenn das ultraschnelle Abbildungsverfahren mittels einer
üblichen Kernresonanzabbildungsvorrichtung ausgeführt werden
soll mit einem Gradientenfeldverstärker, der drei Kanäle hat,
muß einer der drei Kanäle reserviert werden
für Resonanzverstärkung, um eine Impulsfolge für das Auslesen
zu erzeugen. Auf diese Weise ist es lediglich möglich, die
vorgenannten
Impulsfolgen in drei orthogonalen Richtungen zu erzeugen, so
daß Abbildungen in beliebigen Querschnittsebenen nicht erhalten
werden können.
Weiterhin ist, wenn in einer solchen üblichen
Kernresonanzabbildungsvorrichtung zwischen dem ultraschnellen
Abbildungsverfahren und dem gewöhnlichen Abbildungsverfahren
umgeschaltet wird, eine zeitraubende Kabelanschlußänderung
erforderlich, die durch den Austausch des Resonanzverstärkers
durch den Linearverstärker bedingt ist. Aus EP 0 150 541 A2 ist
ein Kernspintomograph bekannt, der neben Gradientenspulen zur
Erzeugung eines sich räumlich linear ändernden Magnetfeldes
weitere Spulenanordnungen zur Erzeugung eines räumlich nicht
linear veränderlichen Magnetfeldes aufweist.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für
Kernresonanzabbildung zu schaffen, mit der es möglich ist,
Bilder von beliebigen Querschnittsebenen mittels eines
ultraschnellen Abbildungsverfahrens zu erhalten, bei welchem
ein Gradientfeldverstärker der Resonanzart verwendet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung für die
Abbildung von magnetischer Kernresonanz geschaffen, umfassend
Gradientspulen zum Erzeugen von magnetischen Gradientfeldern,
eine Verstärkereinrichtung der Linearart, welche drei Kanäle
besitzt zum Liefern von Strömen zu den Gradientspulen, und eine
Verstärkereinrichtung der Resonanzart, die wenigstens zwei
Kanäle besitzt zum Liefern von Strömen zu den Gradientspulen.
Damit ist es möglich, automatisch beispielsweise zwischen einem
ultraschnellen Verfahren und anderen Verfahren zu wechseln.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 ist eine Darstellung, in der eine Axialebene, eine
Koronalebene und eine Sagittalebene dargestellt sind.
Fig. 2(A) und (B) sind jeweils eine Darstellung eines Schräg
stellungswinkels bzw. eines Drehwinkels.
Fig. 3 ist ein Diagramm von Impulsfolgen für das Gradient
magnetfeld.
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines wesentlichen
Teiles einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Ab
bilden von magnetischer Kernresonanz gemäß der Erfin
dung.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm eines wesentlichen
Teiles einer anderen Ausführungsform einer Vorrich
tung zum Abbilden von magnetischer Kernresonanz gemäß
der Erfindung.
Fig. 6(A) und (B) sind Diagramme, welche Signale zeigen, die
in einen Abbildungsfolgekontroller der Vorrichtung
zum Abbilden von magnetischer Kernresonanz gemäß Fig. 5
für verschiedene Abbildungsverfahren eintreten und
aus diesem austreten.
In Fig. 4 ist ein wesentlicher Teil einer Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform sind Gradientspulen 10 vorgesehen,
die eine Gradientspule X1 zum Erzeugen eines magnetischen
Gradientfeldes in x-Richtung, zwei weitere Spulen Y1 und Y2
zum Erzeugen von magnetischen Gradientfeldern in y-Richtung
und zwei weitere Spulen Z1 und Z2 zum Erzeugen von Gradient
feldern in z-Richtung aufweisen. Um Ströme zu diesen
Gradientspulen 10 zu liefern, sind zwei Gradientverstärker
vorgesehen, und zwar ein Gradientverstärker 20 der Linear
art (nachstehend als Linearverstärker bezeichnet) und ein
Gradientverstärker 30 der Resonanzart (nachstehend als
Resonanzverstärker bezeichnet). Der Linearverstärker 20
weist drei Linearverstärker 21, 22 und 23 als drei unabhän
gige Kanäle auf, welche die Spulen X1, Y1 bzw. Z1 speisen.
Der Resonanzverstärker 30 weist zwei Resonanzverstärker 31
und 32 als zwei unabhängige Kanäle auf, welche die Spule
Y2 bzw. Z2 speisen. Die den beiden Gradientverstärkern
zuzuführenden Strommengen werden in Übereinstimmung mit
Impulsfolgen gesteuert, die von einem Abbildungsfolge
kontroller 40 erzeugt werden. Der Abbildungsfolgekontrol
ler 40 erzeugt solche Impulsfolgen in Übereinstimmung mit
einem Schrägstellungswinkel R und einem Drehwinkel Φ, die von einem
Hauptkontroller 50 geliefert werden. Andere Merkmale dieser
Abbildungsvorrichtung sind nicht dargestellt, beispiels
weise ein Hauptmagnet, um ein statisches Magnetfeld zu er
zeugen, und eine Sondenspule, um Erregungsfelder abzu
strahlen, die üblicherweise als RF-Impulse (Radiofrequenz
impulse) bezeichnet werden, und um magnetische Kernresonanz
darstellende Signale festzustellen. Diese Merkmale sind gleich
den entsprechenden Merkmalen bei üblichen Vorrichtungen.
Die Betriebsweise dieser Ausführungsform wird nachstehend
beschrieben.
Die Linearverstärker 21, 22, 23 werden durch den Abbildungs
folgekontroller 40 derart gesteuert, daß sie Ströme zu der
Spule X1, Y1 bzw. Z1 liefern derart, daß die magnetischen
Gradientfelder Gx₁(t), Gy₁(t) bzw. Gz₁(t) erzeugt werden
in Form von Impulsfolgen, die durch die nachstehenden Ausdrücke
angegeben sind:
Gx₁(t) = sin Φ · Gz₀(t) + cos R · Gx₀(t)
Gy₁(t) = -sin R cos Φ · Gz₀(t) + sin R sin Φ · Gx₀(t) (2)
Gz₁(t) = cos R cos Φ · Gz₀(t) - cos R sin Φ · Gx₀(t)
Gy₁(t) = -sin R cos Φ · Gz₀(t) + sin R sin Φ · Gx₀(t) (2)
Gz₁(t) = cos R cos Φ · Gz₀(t) - cos R sin Φ · Gx₀(t)
worin, wie bei der Beschreibung der Hintergrundtechnik,
Gx₀(t), Gy₀(t) und Gz₀(t) die Werte der Komponenten Gx(t),
Gy(t) bzw. Gz(t) bei einem Schrägstellungswinkel R = 0 und einem
Drehwinkel Φ = 0 sind. Das gleiche Beispiel betreffend die
Impulsfolgen, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, ist auch
bei dieser Ausführungsform anzuwenden, so daß Gx₀(t) eine
Impulsfolge für das Codieren, Gy₀(t) eine Impulsfolge für
das Auslesen und Gz₀(t) eine Impulsfolge für die Schicht
bildung darstellen. Wie früher festgestellt,
sind die Rollen der Impulsfolgen Gx₀(t) und Gy₀(t) austauschbar.
Die Resonanzverstärker 31 und 32 werden durch den Abbildungsfolgekontroller
40 derart gesteuert, daß sie Ströme an die
Spule Y2 bzw. Z2 liefern derart, daß ein magnetisches
Gradientfeld Gy₂(t) bzw. Gz₂(t) erzeugt wird in Formen
von anderen Impulsfolgen, die durch die nachstehenden Ausdrücke
dargestellt sind.
Gy₂(t) = cos R · Gy₀(t)
Gz₂(t) = sin R · Gy₀(t) (3)
Gz₂(t) = sin R · Gy₀(t) (3)
Als Ergebnis können durch Überlagern dieser magnetischen
Gradientfelder, die durch die Linearverstärker und die
Resonanzverstärker erzeugt sind, die gewünschten magneti
schen Gradientfelder, die zum Abbilden an beliebigen
Querschnittsebenen geeignet sind, gegeben durch die
Gleichung (1), erhalten werden.
Da weiterhin die Impulsfolgen für die Resonanzverstärker
31 und 32, gegeben durch die Gleichung (3), ausschließlich
in Ausdrücken der Impulsfolge Gy₀(t) zum Auslesen bestimmt
sind, ist dieser Teil der magnetischen Gradientfelder frei
von den Einflüssen als Folge der Impulsfolgen zum Codieren
und Schicht- bzw. Scheibchenbildung Gx₀(t) bzw. Gz₀(t).
Demgemäß ist es bei dieser Ausführungsform möglich, Ab
bildungen an beliebigen Querschnittsebenen mittels eines
ultraschnellen Abbildungsverfahrens zu erhalten.
In Fig. 5 ist ein wesentlicher Teil einer anderen Ausfüh
rungsform einer Vorrichtung zum Abbilden von magnetischer
Kernresonanz gemäß der Erfindung dargestellt. Hier sind
diejenigen Teile der zweiten Ausführungsform, die entspre
chenden Teilen der vorhergehenden Ausführungsform äquivalent
sind, mit gleichen Bezeichnungen versehen, so daß ihre Er
läuterung nicht wiederholt wird. Bei dieser zweiten Aus
führungsform kann der Abbildungsfolgekontroller 40 die
Gradientverstärker 20 und 30 in unterschiedlicher Weise
steuern in Übereinstimmung mit den speziellen Abbildungs
verfahren durch ein Abbildungsverfahren-Umwandlungssignal
von dem Hauptkontroller 50, wie es in den Fig. 6(A)
und 6(B) dargestellt ist.
Insbesondere werden, wenn das Abbildungsverfahren-Umwand
lungssignal ein gewöhnliches Abbildungsverfahren anzeigt,
die linearen Verstärker 21, 22 und 23 derart gesteuert,
daß die Gradientspulen X1, Y1 und Z1 magnetische Gradient
felder erzeugen in Übereinstimmung mit der durch die
Gleichung (1) gegebenen Impulsfolgen, während die Resonanz
verstärker 31 und 32 derart gesteuert werden, daß den
Gradientspulen Y2 und Z2 kein Strom zugeführt wird, so daß
diese Ausführungsform wirksam als gewöhnliche Vorrichtung
zum Abbilden von magnetischer Kernresonanz arbeitet unter
Verwendung eines gewöhnlichen Abbildungsverfahrens.
Wenn andererseits das Abbildungsverfahren-Umwandlungssignal
ein ultraschnelles Abbildungsverfahren anzeigt, werden der
Linearverstärker 20 und der Resonanzverstärker 30 wie bei
der vorhergehenden Ausführungsform gesteuert.
Als Ergebnis werden bei dieser Ausführungsform, wenn zwischen
einem gewöhnlichen Abbildungsverfahren und einem ultra
schnellen Abbildungsverfahren umgeschaltet wird, zeitraubende
Kabelanschlußänderungen, die beim Ersatz des Resonanzver
stärkers durch den Linearverstärker notwendig und bei einer
konventionellen Abbildungsvorrichtung und bei der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform erforderlich sind,
unnötig.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Abbilden von magnetischer Kernresonanz,
mit
- - einem ersten Satz von Gradientenspulen (X1, Y1, Z1) zum Erzeugen von ersten Magnetfeldgradienten in drei zueinander orthogonalen Richtungen (X, Y, Z); und
- - einem weiteren Satz von Gradientenspulen (Y2, Z2), welche zweite Magnetfeldgradienten in zueinander orthogonalen Richtungen (Y, Z) erzeugen, die die ersten Magnetfeldgradienten überlagern;
- - wobei die Gradientenspulen (X1, Y1, Z1) des ersten Satzes von Linearverstärkern (21, 22, 23) mit Strömen gespeist werden;
dadurch gekennzeichnet, daß die
Gradientenspulen (Y2, Z2) des weiteren Satzes von
Resonanzverstärkern (31, 32) mit Strömen gespeist werden
und Magnetfeldgradienten in wenigstens zwei zueinander
orthogonalen Richtungen (Y, Z) für das Auslesen der
Abbildungsinformation erzeugen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung
(40, 50) zum Steuern der Ströme, die dem ersten bzw.
weiteren Satz von Gradientenspulen über die
Linearverstärker (21, 22, 23) bzw. Resonanzverstärker
(31, 32) zugeführt werden, derart, daß die Überlagerung
der ersten und zweiten Magnetfeldgradienten das Abbilden
beliebiger Querschnittebenen ermöglicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinrichtung (40, 50) die von den
Linearverstärkern (21, 22, 23) und den Resonanzverstärkern
(31, 32) an die jeweiligen Gradientenspulen gelieferten
Ströme derart steuert, daß die Überlagerung der ersten und
zweiten Magnetfeldgradienten eine Folge bildet, welche das
Abbilden beliebiger Querschnittsebenen ermöglicht, wenn
ein ultraschnelles Abbildungsverfahren verwendet wird, und
Ströme, die von den Linearverstärkern und den
Resonanzverstärkern an die jeweiligen Gradientenspulen
geliefert werden, derart steuert, daß die ersten
Magnetfeldgradienten eine Folge bilden, welche das
Abbilden beliebiger Querschnittsebenen ermöglicht, und die
Resonanzverstärker keine Ströme liefern, wenn ein
gewöhnliches Abbildungsverfahren verwendet wird.
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