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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Korrekturverfahren für ein statisches
Magnetfeld der zweiten Ordnung sowie eine MR-Bildgebungsvorrichtung (Magnetresonanzbildgebungsvorrichtung)
und insbesondere ein Korrekturverfahren für ein statisches Magnetfeld
der zweiten Ordnung zur Korrektur von statischen Magnetfeldkomponenten
der zweiten Ordnung, um die Homogenität in einer MR-Bildgebungsvorrichtung
zu verbessern, sowie und eine MR-Bildgebungsvorrichtung, die dieses
Verfahren implementieren kann.
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Das
statische Magnetfeld einer MR-Bildgebungsvorrichtung sollte homogen
sein. Eine Homogenität
des statischen Magnetfeldes wird durch mechanisches Shimmen (Einstellen)
oder durch Einfügung
von kleinen Stücken
eines Magneten, Eisens oder Ähnlichem
erreicht.
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Ein
Metallobjekt (beispielsweise ein Automobil), das sich nahe an einer
MR-Bildgebungsvorrichtung vorbeibewegt oder eine Umgebungsänderung (beispielsweise
eine Temperaturänderung)
verändern
das statische Magnetfeld, und es werden statische Magnetfeldkomponenten
zweiter Ordnung erzeugt.
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Impulssequenzen,
die Gradientenechos beobachten, wie beispielsweise eine entsprechend GRASS
(Gradient Recalled Acquisition in the Steady State) oder SPGR (Spoiled
GRASS), sind sehr empfindlich auf die statischen Magnetfeldkomponenten und
die Erzeugung der statischen Magnetfeldkomponenten zweiter Ordnung
führt zu
einer Verschlechterung der Bildqualität.
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Bekannte
MR-Bildgebungsverfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise
in der
US 4,768,009 ,
die ein Korrekturverfahren für
ein statisches Magnetfeld gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
2 offenbart, in der
US 5,485,088 ,
GB 1,135,332 ,
US 4,284,950 ,
US 4,812,765 und von Ntoutoume TA,
et. al. in J. Phys. E, Vol. 22, No. 8, Seiten 557 bis 560 (1989)
beschrieben.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Korrekturverfahren
für ein
statisches Magnetfeld zweiter Ordnung zur Korrektur von statischen
Magnetfeldkomponenten der zweiten Ordnung zur Verbesserung der Homogenität und eine MR-Bildgebungsvorrichtung,
die dieses Verfahren implementieren kann, zu schaffen.
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In
einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Korrekturverfahren
für ein
statisches Magnetfeld der zweiten Ordnung, wie dieses in Anspruch
1 definiert ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine MR-Bildgebungsvorrichtung
geschaffen, wie sie in Anspruch 2 definiert ist.
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In
dieser Beschreibung ist mit dem Begriff „zweite Ordnung" eine quadratische
Funktion oder Abhängigkeit
von einer Position in einer statischen Magnetfeldrichtung gemeint.
Mit dem Begriff „nullte Ordnung" ist eine Unabhängigkeit
von der Position in der Richtung des statischen Magnetfeldes gemeint. Ferner
ist mit dem Begriff „erste
Ordnung" eine lineare
Abhängigkeit
von der Richtung des statischen Magnetfeldes gemeint.
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In
dem Korrekturverfahren für
ein statisches Magnetfeld zweiter Ordnung gemäß dem ersten Aspekt können Magnetfeldkorrekturkomponenten
der nullten Ordnung in der Richtung des statischen Magnetfeldes
sich gegenseitig auslöschen,
da die Richtung des ersten und des zweiten Korrekturmagnetfeldes,
die durch eine erste und ein zweite kreisförmige Loop-Spule erzeugt werden,
entgegengesetzt zu der Richtung des dritten und des vierten kreisförmigen Korrekturmagnetfeldes
ist, die durch die dritte und die vierte Loop-Spule erzeugt werden,
und folglich werden die statischen Magnetfeldkomponenten der nullten
Ordnung nicht beeinflusst. Da die Korrekturmagnetfeldkomponenten
der nullten Ordnung von den Korrekturmagnetfeldkomponenten der zweiten
Ordnung unabhängig
sind, bleiben andererseits die Korrekturmagnetfeldkomponenten der
zweiten Ordnung bestehen, auch nachdem die Korrekturmagnetfeldkomponenten
der nullten Ordnung sich gegenseitig ausgelöscht haben. Deshalb können die
Korrekturmagnetfeldkomponenten der zweiten Ordnung die statischen
Magnetfeldkomponenten der zweiten Ordnung auslöschen, und die Homogenität des statischen
Magnetfeldes kann verbessert werden.
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Da
das erste und das zweite Korrekturmagnetfeld in derselben Richtung
anliegen, werden diese Felder keine ersten Korrekturmagnetfeldkomponenten
erzeugen. Auf ähnliche
Weise werden, da das dritte und das vierte Korrekturmagnetfeld in
derselben Richtung anliegen, diese Felder keine ersten Korrekturmagnetfeldkomponenten
erzeugen.
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Darüber hinaus
schafft die vorliegende Erfindung das Korrekturverfahren für statische
Magnetfelder der zweiten Ordnung der vorstehend genannten Ausgestaltung,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste und zweite kreisförmige Loop-Spule
im Wesentlichen koplanar zu Gradientenspulen für die statische Magnetfeldrichtung
und außerhalb
der Gradientenspulen angeordnet sind.
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Da
die erste und die zweite kreisförmige Loop-Spule
im Wesentlichen koplanar zu den Gradientenspulen für die statische
Magnetfeldrichtung und außerhalb
der Gradientenspulen angeordnet sind, bleibt die Symmetrie bezogen
auf die Gradientenspulen für
die statische Magnetfeldrichtung erhalten, und darüber hinaus
liegen das erste und das zweite Magnetfeld in derselben Richtung
an, und deshalb werden die Gradientenmagnetfelder nicht wesentlich
beeinflusst. Da die kreisförmigen
Loop-Spulen, die keine Rückleitung
aufweisen, eine bessere Linearität besitzen
als die von Gradientenspulen mit Rückleitungen, wird außerdem die
Linearität
der Gradientenmagnetfelder nicht wesentlich beeinflusst.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein
Korrekturverfahren für
statische Magnetfelder der zweiten Ordnung der vorstehend genannten
Konfiguration, die dadurch charakterisiert ist, dass die dritte
und die vierte kreisförmige
Loop-Spule so angeordnet sind, das sie Magnetkonditionierungsplatten
umgeben.
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In
dem Korrekturverfahren für
statische Magnetfelder der zweiten Ordnung gemäß diesem Aspekt kann der Raum
zum Einbau der kreisförmigen Loop-Spulen
einfach sichergestellt werden, da die dritte und die vierte kreisförmige Loop-Spule
die Magnetkonditionierungsplatten umgeben. Darüber hinaus ist es nicht notwendig,
sich über
die Kopplung mit den Gradientenspulen Sorgen zu machen.
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Wenn
die dritte und die vierte Loop-Spule so angeordnet sind, dass die
Bedingungen der Helmholtzspulen erfüllt sind, können Korrekturmagnetfeldkomponenten
der zweiten Ordnung, die durch die dritte und die vierte kreisförmige Loop-Spule
erzeugt werden, ignoriert werden. Deshalb müssen nur die Korrekturmagnetfeldkomponenten
der zweiten Ordnung, die durch die erste und die zweite Loop-Spule erzeugt
werden, angepasst werden, um die statischen Magnetfeldkomponenten
der zweiten Ordnung auszulöschen,
so dass folglich die Anpassung oder Justierung leicht durchgeführt werden
kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung das Korrekturverfahren
für statische
Magnetfelder der zweiten Ordnung der vorstehend genannten Konfiguration
das dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens entweder das Verhältnis der
elektrischen Ströme
und/oder das Windungszahlverhältnis
der ersten bis zur vierten kreisförmigen Loop-Spule so ermittelt wird, dass die Korrekturmagnetfeldkomponenten
der nullten Ordnung in der Richtung des statischen Magnetfeldes
einander auslöschen.
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In
dem Korrekturverfahren für
statischen Magnetfelder der zweiten Ordnung dieses Aspekts wird lediglich
eine Anpassung der elektrischen Stromwerte benötigt, um die statischen Magnetfeldkomponenten
der zweiten Ordnung auszulöschen,
während
das Verhältnis
der elektrischen Korrekturströme
aufrechterhalten wird, da das Verhältnis der elektrischen Ströme oder
das Windungszahlverhältnis
so eingestellt sind, dass die Korrekturmagnetfeldkomponenten der nullten
Ordnung ausgelöscht
werden, so dass dementsprechend die Anpassung leicht vorgenommen werden
kann.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist in Anspruch 5 definiert.
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Gemäß diesem
Aspekt kann die Korrektur auf geeignete Weise erreicht werden, da
die Korrekturmagnetfelder durch Anordnung von HF-Sonden zur Messung
der Magnetfeldkomponenten der zweiten Ordnung zu einem geeigneten
Zeitpunkt angepasst werden.
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Ein
noch weiterer Aspekt der Erfindung ist in Anspruch 6 definiert.
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Gemäß diesem
Aspekt kann die Korrektur leicht erreicht werden, da die Korrekturmagnetfelder angepasst
werden, indem HF-Sonden zum Messen eines statischen Referenzmagnetfeldes
in Form einer Referenzfrequenz zu einem geeigneten Zeitpunkt angeordnet
werden, die HF-Sonden angeordnet werden, um das statische Magnetfeld
als eine Frequenz zu einem späteren
geeigneten Zeitpunkt zu messen, und eine Magnetfeldvariation der
zweiten Ordnung aus der Differenz gemessen wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung das Korrekturverfahren
für statische
Magnetfelder der zweiten Ordnung der vorstehend genannten Konfiguration
und ist charakterisiert durch eine Ermittlung einer Magnetfeldvariation der
nullten Ordnung α0
und eine Anpassung einer Sendefrequenz für einen HF-Impuls und einer
Empfangsdetektionsfrequenz für
ein NMR-Signal auf der Basis der Magnetfeldvariation der nullten
Ordnung α0.
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Gemäß diesem
Aspekt kann eine Magnetfeldvariation der nullten Ordnung durch die
Korrektur der Sendefrequenz für
ei nen HF-Impuls und der Empfangsdetektionsfrequenz für ein NMR-Signal kompensiert
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung das Korrekturverfahren
für statische
Magnetfelder der zweiten Ordnung der vorstehend genannten Konfiguration
und ist charakterisiert durch eine Ermittlung einer Magnetfeldvariation der
ersten Ordnung α1
und eine Anpassung eines elektrischen Gradientenstromes auf der
Basis der Magnetfeldvariation der ersten Ordnung α1.
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In
dem Korrekturverfahren für
das statische Magnetfeld der zweiten Ordnung gemäß diesem Aspekt kann eine Magnetfeldvariation
des statischen Magnetfeldes durch die Korrektur des elektrischen Gradientenstromes
kompensiert werden.
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In
dem Korrekturverfahren für
ein statisches Magnetfeld der zweiten Ordnung kann die Homogenität des statischen
Magnetfeldes in einer MR-Bildgebungsvorrichtung des offenen Typs,
in der eine Homogenität
des Magnetfeldes durch mechanisches Shimmen oder durch Hinzufügen von
kleinen Magnetstücken
oder Eisenstücken
oder Ähnlichem
erhalten wird, verbessert werden.
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Gemäß dem Korrekturverfahren
für ein
statisches Magnetfeld der zweiten Ordnung und der MR-Bildgebungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung können
die Magnetfeldkomponenten des statischen Magnetfeldes der zweiten
Ordnung verringert werden, um die Homogenität des statischen Magnetfeldes
in einer MR-Bildgebungsvorrichtung zu verbessern.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
deutlich, wie diese in der nachfolgenden Zeichnung veranschaulicht
sind, in der zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Hauptbereichs einer MR-Bildgebungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Ansicht zur Erläuterung,
die magnetische Felder in der Richtung des statischen Magnetfeldes
veranschaulicht;
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3 eine
Querschnittsansicht des Hauptbereichs, die die Bedingung zur Messung
des statischen Magnetfeldes einer MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine HF-Sonde gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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5 ein
Blockdiagramm der Konfiguration, das eine MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Sende/Empfangs-Schaltung für ein NMR-Signal
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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7 ein
Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Verarbeitung der Messung des
Magnetfeldes der zweiten Ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ein
Ablaufdiagramm, das eine Fortsetzung aus 7 betrifft;
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9 ein
Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Verarbeitung der Messung des
Referenzmagnetfeldes entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ein
Ablaufdiagramm, das den Magnetfeldkompensationsprozess gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptbereichs, die eine MR-Bildgebungsvorrichtung 100 entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Die
MR-Bildgebungsvorrichtung 100 ist eine MR-Bildgebungsvorrichtung
des offenen Typs, die das statische Magnetfeld in vertikaler Richtung
durch Permanentmagnete 1M1 und 1M2 erzeugt, die
oberhalb und unterhalb und einander gegenüberliegend angeordnet sind.
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Auf
den Oberflächen
der Permanentmagnete 1M1 und 1M2 sind jeweilige
Magnetkonditionierungsplatten Sp1 und Sp2 zum Erzeugen eines Bildgebungsbereichs
angeordnet, der ein homogenes statisches Magnetfeld innerhalb einer
Empfangsspule 1R aufweist, die in der Lage ist, ein Objekt
darin zu enthalten.
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Die
Permanentmagnete 1M1 und 1M2, die Magnetkonditionierungsspulen
Sp1 und Sp2, Basisjoche By und die Poljoche Py bilden einen Magnetkreis.
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Es
sollte bemerkt werden, dass anstelle der Permanentmagnete 1M1 und 1M2 ebenfalls
supraleitende Magnete verwendet werden können.
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Auf
den Oberflächen
der Magnetkonditionierungsplatten Sp1 und Sp2 sind jeweilige Gradientenspulen 1G1 und 1G2 zum
Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern in dem statischen Magnetfeld
angeordnet.
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Innerhalb
der Gradientenspulen 1G1 und 1G2 sind Sendespulen 1T zum Übertragen
von HF-Impulsen zum Anregen von Seins von Atomkernen innerhalb des
Objektes angeordnet.
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Die
Empfangsspule 1R ist eine Spule zum Empfangen von NMR-Signalen,
die von dem Objekt emittiert werden.
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Eine
erste kreisförmige
Loop-Spule C1 ist auf demselben Substrate wie die Gradientenspule 1G1 und
außerhalb
der Gradientenspule 1G1 angeordnet.
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Eine
zweite kreisförmige
Loop-Spule C2 ist auf demselben Substrat wie die Gradientenspule 1G2 und
außerhalb
der Gradientenspule 1G2 angeordnet.
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Die
erste und die zweite kreisförmige Loop-Spule
C1 und C2 haben denselben Durchmesser und sind an Positionen angeordnet,
die in der Richtung des statischen Magnetfeldes beabstandet sind,
um bezogen auf ein Zentrum Z0 des Bildgebungsbereichs symmetrisch
zu sein.
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Eine
dritte kreisförmige
Loop-Spule C3 ist so angeordnet, dass sie die Magnetkonditionierungsplatte
Sp1 umgibt.
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Eine
vierte kreisförmige
Loop-Spule C4 ist so angeordnet, dass sie die Magnetkonditionierungsplatte
Sp2 umgibt.
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Die
dritte und die vierte kreisförmige
Spule C3 und C4 haben denselben Durchmesser und sind an in der Richtung
des statischen Magnetfeldes beabstandeten Positionen angeordnet,
um bezogen auf ein Zentrum Z0 in dem Bildgebungsbereich symmetrisch
zu sein, um die Bedingungen von Helmholzspulen zu erfüllen.
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Wie
dies in 2 gezeigt ist, erzeugt die Gradientenspule 1G1 ein
Gradientenmagnetfeld Gz1. Die Gradientenspule 1G2 erzeugt
ein Gradientenmagnetfeld Gz2 in eine Richtung, die zu dem Gradientenmagnetfeld
Gz1 entgegengesetzt gerichtet ist. Demzufolge wird ein Gradientenmagnetfeld
in der Richtung des statischen Magnetfeldes erzeugt.
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Die
erste kreisförmige
Loop-Spule C1 erzeugt ein erstes Korrekturmagnetfeld bz1. Die zweite kreisförmige Loop-Spule
C2 erzeugt ein zweites Korrekturmagnetfeld bz2 in derselben Richtung
wie der des ersten Korrekturmagnetfeldes bz1.
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Die
dritte kreisförmige
Loop-Spule C3 erzeugt ein drittes Korrekturmagnetfeld bz3 in einer Richtung,
die zu dem ersten Korrekturmagnetfeld bz1 entgegengesetzt gerichtet
ist. Die vierte kreisförmige
Loop-Spule C4 erzeugt ein viertes Korrekturmagnetfeld bz4 in derselben
Richtung wie der des dritten Korrekturmagnetfeldes bz3.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Hauptbereichs, die den Zustand veranschaulicht,
in dem drei HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 zur
Messung des Magnetfeldes an drei Positionen auf einer Achse Z in
der Richtung des statischen Magnetfeldes angeordnet sind, die durch
das Zentrum Z0 des Bildgebungsbereichs führt.
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In
dieser Beschreibung sind die eingenommenen Positionen der HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 mit
r1, r2 und r3 bezeichnet.
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4 zeigt
eine beispielhafte Querschnittsansicht, die die HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 darstellt.
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Die
HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 haben jeweils
eine Konfiguration, in der ein kleines Phantom Ft, das eine NaCl-Lösung oder
eine CuSo4-Lösung einschließt, die
in der Lage sind, ein FID-Signal zu emittieren, und eine kleine
Spule Co, die das kleine Phantom Ft umgibt, miteinander kombiniert
sind.
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5 ist
ein Blockschaltbild einer Konfiguration, das die MR-Bildgebungsvorrichtung 100 zeigt.
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In
der MR-Bildgebungsvorrichtung 100 ist eine Magnetanordnung 1 so
ausgestattet, dass diese die Permanentmagnete 1M1 und 1M2,
die Empfangseule 1R, die Gradientenspule 1G (die
Gradientenspule 1G besteht aus x-Achsen-Gradientenspulen, y-Achsen-Gradientenspulen
und z-Achsen-Gradientenspulen 1G1 und 1G2), die
Sendespulen 1T und die kreisförmigen Loop-Spulen C1 bis C4
enthält.
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Die
Empfangsspule 1R ist mit einem Vorverstärker 5 verbunden.
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Die
Gradientenspule 1G ist mit einer Gradientenspulen-Treiberschaltung 3 verbunden.
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Die
Sendespulen 1T sind mit einem HF-Leistungsverstärker 4 verbunden.
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Eine
Sequenzspeicher-Schaltung 8 betreibt die Gradientenspulen-Treiberschaltung 3 auf
der Basis einer Bildgebungsimpulssequenz, wie beispielsweise einer
entsprechend einer Spinechotechnik, in Abhängigkeit von Anweisungen von
einem Computer 7, um dadurch ein x-Achsen-Gradientenmagnetfeld, ein
y-Achsen-Gradientenmagnetfeld und ein z-Achsen-Gradientenmagnetfeld
mittels der Gradientenspule 1G zu erzeugen. Die Sequenzspeicher-Schaltung 8 betreibt
ebenfalls eine Gate-Modulationsschaltung 9,
um ein Hochfrequenz-Ausgangssignal von einer HF-Oszillations-Schaltung 10 in
ein gepulstes Signal mit einem vorbestimmten Timing und einer Umhüllungskurve
zu modulieren. Das gepulste Signal wird dem HF-Leistungsverstärker 4 als
ein HF-Impulssignal zugeführt,
in dem HF-Leistungsverstärker 4 leistungsverstärkt und
dann an die Sendespulen 1T in der Magnetanordnung 1 angelegt,
um die HF-Impulse
von den Sendespulen 1T auszusenden.
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Der
Vorverstärker 5 verstärkt ein
NMR-Signal von dem Objekt, das mittels der Empfängerspule 1R detektiert
wird, und liefert das Signal zu einem Phasendetektor 12.
Der Phasendetektor 12 führt eine
Phasendetektion des NMR-Signals von dem Vorverstärker 5 unter Verwendung
des Ausgangssignals von der HF-Oszillationsschaltung 10 als
ein Empfangs-Detektionssignal durch und führt das phasendetektierte Signal
einem A/D-Wandler 11 zu.
Der A/D-Wandler 11 wandelt das phasendetektierte analoge
Signal in digitale MR-Signaldaten um und führt diese dem Computer 7 zu.
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Der
Computer 7 führt
eine Bildrekonstruktionsoperation an den MR-Daten aus, um ein MR-Bild zu
erzeugen. Das MR-Bild wird auf einer Anzeige- bzw. Displayeinrichtung 6 angezeigt.
Der Computer ist ferner für
die gesamte Steuerung, wie bspw. einen Empfang von über eine
Bedienkonsole 13 eingegebenen Informationen, zuständig.
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Darüber hinaus
steuert der Computer 7 die Treiberschaltungen 17 und 18 für die kreisförmigen Loop-Spulen
mittels einer digitalen Prozessorschaltung 19, um korrigierende
elektrische Ströme
an die kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4 zur Erzeugung der Korrekturmagnetfelder bz1
bis bz4 anzulegen, wodurch die statischen Magnetfeldkomponenten
der zweiten Ordnung korrigiert werden, um die Homogenität des statischen
Magnetfeldes zu verbessern.
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Bei
der Messung des Magnetfeldes sind die HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 angeordnet
und mit dem Computer 7 über
eine NMR-Signal-Sende/Empfangs-Schaltung 15 und
eine digitale Prozessor-Schaltung 16 verbunden.
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Die
HF-Sonden 1P1, 1P2, und 1P3, die NMR-Signal-Sende/Empfangs-Schaltung 15 und
die digitale Prozessor-Schaltung 16 bilden eine Hilfseinrichtung 200 zur
Messung des statischen Magnetfelds.
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Wenn
die Hilfseinrichtung 200 zur Messung des statischen Magnetfelds
angeschlossen ist, führt der
Computer 7 den Prozess der Messung des statischen Magnetfelds
der zweiten Ordnung, den Prozess der Messung des Referenzmagnetfeldes
oder den Prozess der Magnetfeldkompensation aus. Der Prozess der
Messung des statischen Magnetfelds der zweiten Ordnung wird nachfolgend
in Zusammenhang mit 7 und 8 näher erläutert. Der Prozess
der Messung des Referenzmagnetfeldes wird nachfolgend in Zusammenhang
mit 9 näher erläutert. Der
Prozess der Magnetfeldkompensation wird nachfolgend in Zusammenhang
mit 10 näher
erläutert.
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6 zeigt
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der NMR-Signal-Sende/Empfangs-Schaltung 15 zeigt.
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Zu
der NMR-Signal-Sende/Empfangs-Schaltung 15 gehören: eine
HF-Treiberschaltung 150, die eine HF-Oszillationsschaltung, eine Gate-Modulationsschaltung
und einen HF-Leistungsverstärker
enthält;
ein Multiplexer 151 zum Schalten des Ausgabeortes der als
HF-Impulse gesendeten Signale, die von der HF-Treiber-Schaltung 150 ausgegeben
werden; Sende/Empfangs-Schalter 152, 153 und 154 zum
Schalten zwischen der Übertragung
der als HF-Impulse gesendeten Signale an die HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 und
dem Empfang der als FID empfangenen Signale von den HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3;
Vorverstärker 155, 156 und 157 zum
Verstärken
der empfangenen FID-Signale von den HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3;
ein Addierer 158 zum Aufaddieren der als empfangenen FID-Signale,
die durch die Vorverstärker 155, 156 und 157 verstärkt sind;
ein Down-Konverter oder Herunter-Konvertierer 159 zur Umsetzung
der Frequenz der empfangenen FID-Signale in das Zwischenfrequenzband;
und ein Zwischenfrequenzverstärker 160 zum
Verstärken
der in das Zwischenfrequenzband frequenzgewandelten FID-Signale.
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Die
digitale Verarbeitungsschaltung 16 betreibt die NMR-Signal-Sende/Empfangs-Schaltung 15 als
Antwort auf Anweisungen von dem Computer 7 und konvertiert
die FID-Signale in digitale Daten und führt diese dem Computer 7 zu.
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7 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Verarbeitung der Messung
des Magnetfeldes der zweiten Ordnung durch die MR-Bildgebungsvorrichtung 100 zeigt.
Der Messprozess des Magnetfeldes der zweiten Ordnung wird durch Anweisungen von
einem Bediener unter der Bedingung aktiviert, in der die Hilfsvorrichtung 200 zur
Messung des statischen Magnetfeldes angeschlossen ist und die drei HF-Sonden 1P1, 1P2 und 123 angeordnet
sind.
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In
Schritt ST0 wird kein elektrischer Strom an die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 angelegt.
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In
Schritt ST1 wird ein HF-Impuls von einer HF-Sonde gesendet, und
es wird ein FID-Signal Nir erhalten. Beispielsweise
wird ein HF-Impuls von der ersten Sonde 1P1 gesendet, und
es wird ein FID-Signal Nir erhalten.
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In
Schritt ST2 wird eine Phase Φi(t) aus I und Q des FID Signals Nir ermittelt, und die Phase Φi(t) wird nach der Zeit t differenziert,
um eine Referenzfrequenz fir zu ermitteln.
Beispielsweise wird eine Referenzfrequenz fir aus
dem FID-Signal Nir bestimmt.
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In
Schritt ST3 geht der Prozess, wenn die Referenzfrequenz nicht für alle HF-Sonden
erhalten worden ist, zurück
zu Schritt ST1; andernfalls geht er zu Schritt ST4. Insbesondere
geht der Prozess, wenn nur die Frequenz fir an
der ersten Sonde 121 erhalten wurde, zurück zu Schritt
ST1, um eine Referenzfrequenz f2r an der
zweiten HF-Sonde 122 in den Schritten St1 und ST2 zu erhalten.
Darüber
hinaus geht der Prozess, wenn lediglich die Referenzfrequenz fir an der ersten HF-Sonde 121 und
die Referenzfrequenz f2r an der zweiten
HF-Sonde 122 erhalten wurden, zurück zu Schritt ST1, um eine
Referenzfrequenz fir an der dritten HF-Sonde 123 in
den Schritten ST1 und ST2 zu erhalten. Der Prozess geht dann weiter
zu Schritt ST4.
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In
Schritt ST4 werden die elektrischen Ströme, die dieselbe Größe, haben
an die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 angelegt.
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In
Schritt ST5 wird ein HF-Impuls von einer einzelnen HF-Sonde gesendet,
und es wird ein FID-Signal Ni erhalten.
Beispielsweise wird ein HF-Impuls von der ersten HF-Sonde 1P1 gesendet, und
es wird ein FID-Signal N1 empfangen.
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In
Schritt ST6 wird eine Phase Φi(t) aus I und Q des FID-Signals Ni ermittelt, und die Phase Φi(t) wird nach der Zeit t differenziert,
um eine Frequenz fi zu erhalten. Beispielsweise
wird eine Frequenz f1 aus dem FID-Signal
N1 erhalten.
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In
Schritt ST7 geht der Prozess zu Schritt ST5 zurück, wenn die Frequenz nicht
für alle HF-Sonden
erhalten wurde; andernfalls geht der Prozess zu Schritt ST8 über. Insbesondere
wenn nur die Frequenz f1 an der ersten HF-Sonde 1P1 erhalten wurde,
geht der Prozess zu Schritt ST5 zurück, um eine Frequenz f2 an der zweiten HF-Sonde 1P2 in den
Schritten ST5 und ST6 zu erhalten. Darüber hinaus geht der Prozess,
wenn lediglich die Frequenz f1 von der ersten
HF-Sonde 1P1 und die Frequenz f2 von
der zweiten HF-Sonde 1P2 erhalten wurden, zurück zu Schritt
ST5, um eine Frequenz f3 an der dritten
HF-Sonde 1P3 in den Schritten ST5 und ST6 zu erhalten.
Der Prozess geht dann weiter zu Schritt ST8.
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In
Schritt ST8 wird eine Variationskomponente α0 nullter
Ordnung (beispielsweise eine statische Magnetfeldkomponente nullter
Ordnung, die durch Anlegen der elektrischen Ströme an die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 erzeugt wird) ermittelt, indem die nachfolgenden Gleichungen
gelöst
werden: f1 – f1r = α0 + α1·r1 + α2·r1 2 f2 – f2r = α0 + α1·r2 + α2·r2 2 f3 – f3r = α0 + α1·r3 + α2·r3 2 worin die
Positionen der HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 durch
r1, r2 und r3 bezeichnet sind.
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In
Schritt ST9 wird mindestens eines aus dem Verhältnis der elektrischen Ströme, die
an die kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4 angelegt werden, und dem Windungszahlverhältnis der
kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4 so bestimmt, dass die Variationskomponenten
der nullten Ordnung α0 Null werden. Beispielsweise werden die
Windungszahlen der kreisförmigen
Spulen C1 bis C4 gleich gewählt, die
Werte der elektrischen Ströme,
die an die kreisförmigen
Loop-Spulen C1 und C2 angelegt werden, gleichgemacht, die Werte
der elektrischen Ströme, die
an die kreisförmigen
Loop-Spulen C3 und C4 angelegt werden, gleichgemacht, und es wird
das Verhältnis
der elektrischen Ströme
zwischen dem Stromwert, der auf die kreisförmigen Spulen C1 und C2 angewandt
wird, und dem elektrischen Stromwert, der auf die kreisförmigen Loop-Spulen
C3 und C4 angewandt wird, ermittelt. Alternativ werden die Werte
der elektrischen Ströme,
die an die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 angelegt werden, gleichgemacht, die Anzahl der Windungen
der kreisförmigen Loop-Spulen
C1 und C2 gleich gewählt,
die Anzahl der Windungen der kreisförmigen Loop-Spulen C2 und C4 gleich gewählt und
das Windungszahlverhältnis
zwischen der Anzahl der Windungen für die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 und C2 und der Anzahl der Windungen für die kreisförmigen Loop-Spulen
C3 und C4 ermittelt. Wenn die Windungszahlverhältnisse geändert werden sollen, sollten
die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 ersetzt werden.
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In
Schritt ST11 in 8 werden die in Schritt ST9
ermittelten Verhältnisse
der elektrischen Ströme und
der Windungen verwendet, um geeignete elektrische Ströme an die
kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4 anzulegen.
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In
den Schritten ST12 bis ST14, die dieselben wie die Schritte ST5
bis ST7 sind, werden die Frequenzen f1,
f2 und f3 bestimmt.
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In
Schritt ST15 wird eine statische Magnetfeldkomponente β2 zweiter
Ordnung (d.h. eine Komponente der zweiten Ordnung der Summe aus
dem statischen Magnetfeld B0 und den Korrekturmagnetfeldern bz1
bis bz4 von den kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4) durch Lösung
der nachfolgenden Gleichungen ermittelt: f1 = β0 + β1·r1 + β2·r1 2 f2 = β0 + β1·r2 + β2·r2 2 f3 = β0 + β1·r3 + β2·r3 2
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In
Schritt ST16 werden die Werte der elektrischen Ströme, die
an die kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4 angelegt werden sollen, so bestimmt, dass die
Magnetfeldkomponente der zweiten Ordnung β2 Null
wird. Das Verhältnis
der elektrischen Ströme sollte
jedoch nicht verändert
werden.
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Folglich
kann die Korrektur so vorgenommen werden, dass die statischen Magnetfeldkomponenten
zweiter Ordnung durch Anlegen von elektrischen Strömen, die
die elektrischen Stromwerte, die in Schritt ST16 für die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 ermittelt wurden, reduziert werden und die Homogenität des statischen
Magnetfeldes verbessert werden kann.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Verarbeitung der Referenzfrequenz
durch die MR-Bildgebungsvorrichtung 100 zeigt.
Der Referenzfrequenzmessprozess wird durch Anweisungen des Bedieners
aktiviert, wenn sich das statische Magnetfeld B0 in einem gewünschten
Zustand befindet und unter der Bedingung, dass die Hilfseinrichtung 200 zur
Messung des statischen Magnetfeldes angeschlossen ist und die drei
HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 angeordnet
sind.
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In
Schritt SS1 werden elektrische Ströme mit den elektrischen Stromwerten,
die in Schritt ST16, der vorstehend beschrieben wurde, oder in Schritt SC7,
der nachfolgend beschrieben wird, ermittelt werden, an die kreisförmigen Loop-Spulen C1 bis C4 angelegt.
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In
den Schritten SS2 bis SS4, die dieselben wie die Schritte ST1 bis
ST3 sind, werden die Referenzfrequenzen f1r,
f2r und f3r ermittelt
und gespeichert.
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10 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf der Verarbeitung zur Magnetfeldkompensation
durch die MR-Bildgebungsvorrichtung 100 zeigt. Der Magnetfeldkompensationsprozess
wird durch Anweisungen eines Bedieners unter der Bedingung aktiviert,
dass die Hilfseinrichtung 200 zur Messung des statischen
Magnetfeldes angeschlossen ist und dass die drei HF-Sonden 1P1, 1P2 und 1P3 angeordnet
sind.
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In
Schritt SC0 werden die elektrischen Ströme, die elektrische Stromwerte
aufweisen, wie sie in Schritt ST16, der vorstehend beschrieben wurde, oder
in Schritt SC7, der nachfolgend beschrieben wird, ermittelt werden,
an die kreisförmigen Loop-Spulen
C1 bis C4 angelegt.
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In
den Schritten SC1 bis SC3, die dieselben sind wie die Schritte ST5
bis ST7, werden die Frequenzen f1, f2 und f3 bestimmt.
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In
Schritt SC4 werden eine Variationskomponente α0 des
statischen Magnetfeldes nullter Ordnung, eine Variationskomponente α1 des statischen Magnetfeldes
erster Ordnung und eine Variationskomponente α2 des statischen Magnetfeldes
zweiter Ordnung durch die Lösung
der nachfolgenden Gleichungen bestimmt: f1 – f1r = α0 + α1·r1 + α2·r1 2 f2 – f2r = α0 + α1·r2 + α2·r2 2 f3 – f3r = α0 + α1·r3 + α2·r3 2
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In
Schritt SC5 wird die Oszillationsfrequenz der HF-Oszillationsschaltung 10 auf
der Basis der Varationskomponente des statischen Magnetfeldes nullter
Ordnung α0 korrigiert.
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In
Schritt SC6 werden die elektrischen Gradientenströme für die Gradientenspulen
1G1 und
1G2 auf
der Basis der statischen Variationskomponente des statischen Magnetfeldes
der ersten Ordnung α
1 korrigiert. Beispielsweise werden elektrische
Offset-Ströme
an die z-Achse-Gradientenspulen
1G1 und
1G2 angelegt.
Ein Gradientenmagnetfeld ΔG, das
korrigiert werden soll, beträgt:
worin das gyromagnetische
Verhältnis
mit γ bezeichnet
ist.
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In
Schritt SC7 werden die Werte der elektrischen Ströme, die
an die kreisförmigen
Loop-Spulen C1 bis C4 angelegt werden sollen, so ermittelt, dass die
Variationskomponente des statischen Magnetfeldes der zweiten Ordnung α2 reduziert
wird. Das elektrische Stromverhältnis
sollte jedoch nicht verändert werden.
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Durch
die Schritte SC5 bis SC7 kann eine Veränderung in dem statischen Magnetfeld,
die durch eine metallene Masse (beispielsweise ein Kraftfahrzeug)
verursacht wird, das sich nahe an der MR-Bildgebungsvorrichtung 100 vorbeibewegt
oder einer Änderung
der Umgebung (beispielsweise eine Temperaturänderung) usw. unterdrückt werden.
