NL2001591C2

NL2001591C2 - Systeem en werkwijze voor amplitudereductie in HF-pulsontwerp.

Info

Publication number: NL2001591C2
Application number: NL2001591A
Authority: NL
Inventors: Dan Xu; Kevin F King
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2009-09-29
Also published as: US7737690B2; NL2001591A1; US20080284439A1; JP2008284361A

Description

Korte aanduiding: Systeem en werkwijze voor amplitudereductie in HF-pulsontwerp.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op magnetische-resonantie(MR)-afbeelding en meer in het bijzonder op een systeem en werkwijze, die voorzien in Bi-ampli-tudereductie in HF-pulsontwerp. Door middel van het aanpassen van piekgedeelten of hoge-amplitudegedeelten van een HF-puls en de corresponderende gradiëntgolfvormen, kan de 5 totale HF-zendenergie worden gereduceerd en kan de specifieke absorptiesnelheid (SAR) van de puls worden bestuurd. Een dergelijke reductie in amplitude kan worden uitgebreid voor niet-lineaire k-ruimtetrajecten, zoals voor spiraalvormige en niet-uniforme trajecten.

MR-afbeelding is in het algemeen gebaseerd op het principe van kernmagnetische resonantie. Wanneer een substantie, zoals menselijk weefsel, aan een uniform magnetisch veld 10 (polariserend veld B0) wordt onderworpen, trachten de individuele magnetische momenten van de spins in het weefsel zich uit te lijnen met dit polariserende veld, waarbij deze een precessie-beweging rond het veld in willekeurige volgorde bij hun karakteristieke Larmor-frequentie uitvoeren. Indien de substantie, of het weefsel, aan een magnetisch veld, zoals een Bi-excitatie-veld, dat in het x-y-vlak ligt en dat zich nabij de Larmor-frequentie bevindt, wordt onderworpen, 15 kan het netto uitgelijnde moment, of "longitudinale magnetisatie", Mz, worden geroteerd of "gekanteld" in het x-y-vlak om een netto magnetisch dwarsmoment M, te produceren. Door de geëxciteerde spins wordt een signaal uitgezonden nadat het excitatiesignaal Bi is beëindigd en dit signaal kan worden opgevangen en bewerkt om een beeld te vormen.

Bij het gebruiken van deze signalen voor het produceren van beelden, worden mag-20 netisch-veldgradiënten (Gx, Gy en Gz) gebruikt. Het af te beelden gebied wordt typisch gescand met een sequentie van meetcycli, waarin deze gradiënten variëren volgens de gebruikte bijzondere lokaliseringsmethode. De resulterende verzameling van ontvangen NMR-signalen wordt gedigitaliseerd, gecodeerd en bewerkt om een verzameling van gegevens, die bekend staan als k-ruimtegegevens, te verwerven. Deze gegevens worden vervolgens gebruikt om een beeld 25 te reconstrueren onder gebruikmaking van één van vele algemeen bekende reconstructietechnieken. De vorm van de magnetisch-veldgradiëntgolfvormen draagt bij aan de wijze waarop en de volgorde waarin de k-ruimtegegevens worden verworven, ook wel bekend als een k-ruimte-traject.

Tijdens een zendsequentie zal een MR-systeem ook HF-pulsen, die speciaal ontwor-30 pen frequenties en amplitudeprofielen hebben, uitzenden terwijl de magnetisch-veldgradiënten worden aangelegd. Bijvoorbeeld zou een MR-systeem een excitatiepuls bij een bijzondere frequentie en met een amplitude gedurende een bepaalde tijd kunnen uitzenden om een netto dwarsmagnetisatie in kernen van een af te tasten subject te induceren. Door het systeem uit- 2001591 -2- gezonden volgende pulsen kunnen dezelfde of een soortgelijke frequentie hebben, maar zouden een verschillende versterkingsfactor, amplitude of duur kunnen hebben om een verschillende verandering in magnetisatie (of "fliphoek") te veroorzaken. Bovendien kunnen de kenmerken van HF-pulsen zodanig worden aangepast, dat alleen spins binnen een gegeven 2D- of 5 3D-gedeelte van een af te tasten subject worden beïnvloed. Dit is bruikbaar in technieken, zoals afbeelding met gereduceerd gezichtsveld of ruimtelijk-selectieve afbeelding. In het algemeen worden de bijzondere vormen van de HF-pulsen in een zendsequentie dus gevarieerd om de netto magnetisatie in kernen van een af te tasten subject te manipuleren.

Tegenwoordig worden HF-pulsen ontworpen onder gebruikmaking van een verschei-10 denheid aan technieken, via zowel directe aanpak als benaderingsaanpak. Enkele voorbeelden van ontwerptechnieken omvatten de Shinnar-LeRoux-techniek, de kleine-top-hoek(STA)benadering, de lineaire-klasse grote-tophoek(LCLTA)benadering, op EPI-trajecten gebaseerde technieken en andere op de Bloch-vergelijkingen gebaseerde bepalingen. Het is echter dikwijls het geval, dat deze HF-pulsontwerptechnieken HF-pulsen produceren, die pro-15 fielen met één of meer segmenten van ongewenst hoge amplituden hebben. Bijvoorbeeld kan een met een 2D of 3D ruimtelijk-selectieve HF-puls verbonden complexe HF-pulsvorm soms een piekamplitudesegment hebben, dat gewenste SAR-grenzen overschrijdt. Bovendien zou een dergelijke HF-puls hoge-amplitudegedeelten kunnen hebben, die resulteren in een HF-zendenergie, die de verkrijgbare maximale zendenergie van een gegeven systeem overschrijdt. 20 Een piekamplitudesegment kan dikwijls zijn verbonden met het gedeelte van de puls, dat correspondeert met de nabijheid van de oorsprong van de excitatie k-ruimte. Er is daarom onderkend, dat maatregelen dienen te worden genomen om de zendkarakteristieken van deze gedeelten van HF-pulsen te verbeteren.

Eén wijze om HF-piekamplitude en SAR te reduceren is het reduceren van de ampli-25 tude van de gehele HF-puls en het in evenredigheid verlengen van de puls, terwijl dezelfde bewerking op de gradiëntgolfvormen wordt uitgevoerd, om daardoor dezelfde magnetisatie of fliphoekprofielen te produceren. Bijvoorbeeld zou de amplitude van een HF-puls door vier gedeeld kunnen worden en de duur verviervoudigd kunnen worden. Een dergelijke aanpak kan onder vele omstandigheden onpraktisch zijn, aangezien het resultaat een HF-puls met een ta-30 melijk lange duur zou kunnen zijn. Langere duren van HF-pulsen kunnen een gereduceerde beeldkwaliteit veroorzaken als gevolg van relaxatie, uit-resonantiefrequentie, enz.

Een ander type pulsmodificatie, die hoge-amplitude- of hoge-zendenergiegedeelten van een HF-pulsontwerp kan beperken, is bekend als de variabele-snelheid selectieve-excita-tie(VERSE)techniek. Uitvoeringsvormen van de VERSE-techniek rekken de lokale vorm van 35 HF-pulsen en gradiëntgolfvormen in de tijd uit om BrPiekamplitude te reduceren, terwijl wordt voldaan aan beperkingen van de apparatuur, zoals maximum gradiëntamplitude en draaisnelheid. Door gebruik te maken van de tijduitrekkingsfunctie verschaft de VERSE-techniek een -3- meer praktische besturing van de Bi-piekamplitude en SAR in vergelijking met conventioneel ontworpen pulsen of uitgerekte pulsen. Dit wil zeggen, dat VERSE-pulsen typisch worden gebruikt als een techniek voor het reduceren van piekenergie over een hoge-amplitudegedeelte van een puls. Tegenwoordig staat de VERSE-techniek er echter om bekend alleen uitvoerbaar 5 te zijn voor gebruikelijke, eendimensionale (1D) ruimtelijk-selectieve HF-pulsen met constante gradiënten.

VERSE-pulsen zijn in het algemeen HF-pulsen, die uit een reeds bestaande, conventioneel ontworpen HF-puls zijn afgeleid. De conventioneel ontworpen HF-puls kan door elk van een verscheidenheid van ontwerpmethoden voor een gewenste fliphoek, duur, bandbreedte, 10 enz. worden geproduceerd. Wanneer een gedeelte van de HF-puls ongewenst hoog in amplitude is, kan de VERSE-techniek in een na-ontwerpproces worden toegepast om alleen het ongewenste hoge-amplitudegedeelte van de HF-puls in evenredigheid te reduceren en te verlengen. Vervolgens wordt het corresponderende gedeelte van de plakselectiegradiëntgolfvorm overeenkomstig gereduceerd en verlengd om de gewenste plakselectie te handhaven.

15 Zoals is weergegeven in fig. 1, kan een voorbeeld van een plakselectiegradiëntgolf vorm 100 met constante sterkte de algemene vorm van een trapezoïde voor verzending met bijvoorbeeld een 1D HF-puls aannemen. De bijbehorende HF-puls 102 kan in het algemeen een sinc-puls zijn. De gradiëntgolfvorm is met een eerste helling 112, die toeneemt tot een segment 110 van constante amplitude, gevolgd dooreen dalende helling 114 ontworpen. De 20 HF-puls 102 heeft een eerste zijlob 106, een hoofdlob 104 met een hogere amplitude, en een tweede zijlob 108. Volgens de VERSE-techniek kunnen de puls 102 en de golfvorm 100 worden aangepast om SAR te besturen tijdens de hoofdlob 104 van de HF-puls 100.

Voor het reduceren van HF-piekamplitude en het besturen van SAR onder gebruikmaking van de VERSE-techniek, kan in het algemeen het hoge-amplitudesegment 104 van de HF-25 puls opnieuw worden gevormd, nadat de puls 102 aanvankelijk werd ontworpen. Een VERSE HF-puls 118 wordt dus in het algemeen gekarakteristeerd door een verlengd of uitgerekt hoofdlobsegment 120, terwijl de zijlobben 122,124 relatief ongewijzigd blijven. De HF-piekam-plitude wordt dus gereduceerd en de HF-energie afkomstig van het pieksegment 104 van de conventioneel ontworpen puls 102 is over een langer segment 120 in de VERSE-puls 118 uit-30 gespreid. Het uitgerekte segment 118 van de VERSE HF-puls 118 kan vervolgens in aanwezigheid van een verlengde, gereduceerde plakselectie(Gz)gradiënt 116 worden verzonden om de netto gewenste fliphoek te handhaven, terwijl het effectieve Bi-veld en SAR worden bestuurd. Het middengedeelte 132 van de gradiëntgolfvorm, dat in tijd met de uitgerekte hoofdlob 120 correspondeert, is dus gereduceerd en uitgerekt. De resterende gedeelten 128 en 136 van 35 de constante-amplitudesectie van de gradiëntpuls 116 alsmede de hellingen 126 en 138 zijn gelijk gebleven. De VERSE-techniek verschaft dus een wijze van na-ontwerp om SAR te besturen zonder het verlengen van de duur van een gehele puls.

-4-

Van de VERSE-techniek is het op dit moment echter niet bekend dat deze direct toepasbaar is voor sequenties, die spiraalvormige of andere niet-lineaire of niet-uniforme k-ruimte-trajecten gebruiken, zoals de bij tweedimensionale (2D) ruimtelijk-selectieve HF-pulsen gebruikte trajecten. Eén uitdaging in het toepassen van VERSE op niet-Cartesische k-ruimtetra-5 jecten (bijv., een spiraal) is, dat de tijduitrekkingsfunctie en de afgeleiden daarvan via de ket-tingregel van differentiatie voortgezet worden in de gradiënt- en zwaaisnelheidsuitdrukkingen. Het afdwingen van gradiëntamplitudevoorwaarden en draaisnelheidsvoorwaarden zou leiden tot gecompliceerde differentiaalongelijkheden, die moeilijk op te lossen zijn.

Een andere uitdaging in het direct toepassen van VERSE op niet-Cartesische trajec-10 ten vormt de door hardwarevoorwaarden opgelegde beperkingen aan de vormen van een golf-vorm. Om dit te illustreren toont fig. 2 een voorbeeld van een frequentie-coderende (Gx) gra-diëntgolfvorm 140 om een niet-Cartesisch, spiraalvormig k-ruimtetraject uit te voeren. Indien de VERSE-techniek, zoals hierboven beschreven, direct op golfvorm 140 zou worden toegepast, zou het gedeelte 144, dat correspondeert met een HF-segment van hoge amplitude, in duur 15 worden uitgerekt en in amplitude worden verkleind, terwijl het resterende deel 148 van de puls ongewijzigd zou blijven. Zoals is weergegeven zou een dergelijke techniek echter een scherpe verandering of discontinuïteit 146 in de golfvorm creëren, daar waar de twee segmenten 142, 148 elkaar ontmoeten. Het is niet bekend of een dergelijke discontinuïteit 146 uit te voeren is door middel van gradiëntspoelsamenstellen, als gevolg van draaisnelheidsbeperkingen. Als 20 zodanig zijn de voordelen van een VERSE-type SAR-reductie niet gebruikt voor niet-uniforme of niet-Cartesische k-ruimtetrajecten.

Het zou daarom wenselijk zijn een systeem en werkwijze te hebben, die in staat zijn Brenergie tijdens een gedeelte van een HF-puls, die volgens een niet-Cartesisch k-ruimtetraject is ontworpen, te reduceren. Het zou verder wenselijk zijn voor uitvoeringsvormen van een 25 dergelijk systeem en een dergelijke werkwijze om snel en efficiënt aanpassingen aan bestaande HF-pulsprofielen en gradiëntgolfvormen te berekenen en om een relatief korte zendduur van de pulsen te handhaven.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding voorzien in het ontwerp en uitvoering van een MR-systeem, dat de hiervoor genoemde nadelen overwint. In het bijzonder produceren ver-30 schillende uitvoeringsvormen van de uitvinding aangepaste HF-pulsen en/of gradiëntgolfvormen, die Β,-energie kunnen reduceren en als gevolg daarvan SAR kunnen reduceren. Voor volgens niet-Cartesische k-ruimtetrajecten gedefinieerde HF-pulsen kunnen uitvoeringsvormen van de uitvinding de oscillerende gradiëntgolfvormen aanpassen om de reductie in de Β,-ener-gie te bewerkstelligen zonder het creëren van niet-uitvoerbare discontinuïteiten in de golfvor-35 men.

Volgens één aspect van de uitvinding omvat een MRI-systeem daarom een aantal rond een boring van een magneet gepositioneerde gradiëntspoelen, een HF-zendontvanger- -5- systeem en HF-schakelaar, een pulsmoduul, een HF-spoelsamenstel en een stuureenheid. Het HF-zendontvangersysteem en de HF-schakelaar worden bestuurd door het pulsmoduul om HF-signalen naar het HF-spoelsamenstel te zenden om MR-beelden te verwen/en. De stuureenheid is operationeel verbonden met het pulsmoduul en is geprogrammeerd om een HF-puls-5 profiel te bepalen en een segment met hoge amplitude daarvan te identificeren. De stuureenheid is verder geprogrammeerd om ten minste één gradiëntgolfvorm te ontwerpen, waarin een draaisnelheid van de golfvorm wordt gevarieerd om Β,-veldsterkte tijdens het uitzenden van het segment met hoge amplitude van het HF-pulsprofiel te reduceren. De stuureenheid is geprogrammeerd om vervolgens het HF-pulsprofiel voor uitzending door het HF-spoelsamenstel af te 10 geven en de ten minste ene gradiëntgolfvorm voor uitzending door ten minste één van het aantal gradiëntspoelen af te geven.

Volgens een ander aspect van de uitvinding is een werkwijze verschaft voor het reduceren van HF-pulsamplitude. De werkwijze omvat de stappen van het ontwerpen van een gradiëntgolfvorm om een niet-Cartesisch k-ruimtetraject te implementeren en het bepalen van een 15 maximum draaisnelheidsfunctie om de draaisnelheid van de gradiëntgolfvorm tijdens ten minste een deel van het segment met beperkte draaisnelheid van de golfvorm te variëren. De werkwijze omvat vervolgens het opnieuw ontwerpen van de gradiëntgolfvorm volgens de maximum draaisnelheidsfunctie. De opnieuw ontworpen gradiëntgolfvorm wordt vervolgens gebruikt bij een HF-puls om MR-beeldgegevens te verwerven. De MR-beeldgegevens worden ten 20 minste tijdelijk in geheugen opgeslagen.

Volgens een verder aspect van de uitvinding is een verzameling van instructies opgeslagen op een computer-leesbaar opslagmedium. Bij uitvoering door een computer doen de instructies de computer een aantal acties uitvoeren. De computer bepaalt een functie van toe-gestane draaisnelheid en herontwerpt ten minste één oscillerende gradiëntgolfvorm volgens de 25 functie van toegestane draaisnelheid. De computer geeft vervolgens de oscillerende gradiëntgolfvorm en een HF-pulsprofiel af voor verzending in een afbeeldingssequentie. De instructies doen de computer verder een beeld reconstrueren en weergeven op basis van uit de afbeeldingssequentie resulterende MR-gegevens.

Verschillende andere kenmerken en voordelen zullen duidelijk worden uit de volgende 30 gedetailleerde beschrijving en de tekeningen.

De tekeningen tonen huidige, voor het uitvoeren van de uitvinding beoogde uitvoeringsvormen.

In de tekeningen: fig. 1 is een vergelijkingsgrafiek van een typische HF-puls en een VERSE-puls; 35 fig. 2 is een vergelijkingsgrafiek van een typische frequentie-coderende gradiënt voor een spiraalvormig traject en een frequentie-coderende gradiënt voor een VERSE spiraalvormig traject; -6- fig. 3 is een schematisch blokdiagram van een MR-afbeeldingssysteem voor gebruik bij uitvoeringsvormen van de uitvinding; fig. 4 is een grafiek van een gewenst fliphoekprofiel en k-ruimtetraject, die een voorbeeld van een HF-puls beschrijven; 5 fig . 5 is een grafiek van een voorbeeld van een draaisnelheid met een corresponde rende frequentie-coderende gradiënt en HF-golfvorm; fig. 6 is een grafiek van een geschaalde versie van de draaisnelheid, frequentie-coderende gradiënt en HF-golfvorm van fig. 5; fig. 7 is een grafiek van een voorbeeld van een variabele draaisnelheid met een cor-10 responderende frequentie-coderende gradiënt en HF-golfvorm; fig. 8 is een stroomschema, dat een uitvoeringsvorm van een ontwerptechniek met variabele draaisnelheid uiteenzet.

Verwijzend naar fig. 3, zijn daarin de hoofdcomponenten van een magnetische-reso-nantieafbeelding(MRI)systeem 10, dat uitvoeringsvormen van de uitvinding kan bevatten, 15 weergegeven. De werking van het systeem wordt bestuurd vanaf een bedienerconsole 12, dat een toetsenbord of andere invoerinrichting 13, een stuurpaneel 14, en een weergave-scherm 16 bevat. Het console 12 communiceert via een verbinding 18 met een afzonderlijk computersysteem 20, dat een bediener in staat stelt de productie en weergave van beelden op het weergavescherm 16 te besturen. Het computersysteem 20 bevat een aantal modules, 20 die via een moederbord 20a met elkaar communiceren. Deze modules bevatten een beeld-processormoduul 22, een CPU-moduul 24 en een geheugenmoduul 26, dat in de techniek bekend staat als een framebuffer voor het opslaan van beeldgegevensarrays. Het computersysteem 20 is verbonden met een schijfopslag 28 en een verwijderbare opslag 30 voor opslag van beeldgegevens en programma's en communiceert via een snelle seriële verbinding 25 34 met een afzonderlijke systeemstuureenheid 32. De invoerinrichting 13 kan een muis, stuurknuppel, toetsenbord, draaibol, aanraking-geactiveerd scherm, lichtwand, stembestu-ringselement of enige soortgelijke of equivalente invoerinrichting bevatten en kan worden gebruikt voor interactief geometrievoorschrift.

De systeemstuureenheid 32 bevat een verzameling van modules, die via een moeder-30 bord 32a met elkaar zijn verbonden. Deze modules bevatten een CPU-moduul 36 en een puls-generatormoduul 38, dat via een seriële verbinding 40 met het bedienerconsole 12 is verbonden. Het systeemstuurelement 32 ontvangt via de verbinding 40 commando’s van de bediener om de uit te voeren scansequentie aan te geven. Het pulsgeneratormoduul 38 stuurt de sys-teemcomponenten aan om de gewenste scansequentie uit te voeren en produceert gegevens, 35 die de timing, sterkte en vorm van de geproduceerde HF-pulsen en de timing en lengte van het gegevensverwervingsvenster aangeven. Het pulsgeneratormoduul 38 is verbonden met een verzameling van gradiëntversterkers 42 om de timing en de vorm van de gradiëntpulsen, die -7- tijdens de scan worden geproduceerd, aan te geven. Het puisgeneratormoduul 38 kan ook patiëntgegevens van een fysiologische-verwervingsstuureenheid 44 ontvangen, welke stuureen-heid signalen van een aantal verschillende, met de patiënt verbonden sensoren ontvangt, zoals ECG-signalen afkomstig van aan de patiënt bevestigde elektroden. Ten slotte is het pulsgene-5 ratormoduul 38 verbonden met een scankamerkoppelingsschakeling 46, die signalen van verschillende, met de toestand van de patiënt verbonden sensoren en het magneetsysteem ontvangt. Een patiëntpositioneringssysteem 48 ontvangt ook via de scankamerkoppelingsschakeling 46 commando's om de patiënt naar de gewenste positie voor de scan te bewegen.

De door het puisgeneratormoduul 38 gegenereerde gradiëntgolfvormen worden aan 10 het gradiëntversterkersysteem 42, dat Gx-, Gy- en Gz-versterkers heeft, toegevoerd. Elke gra-diëntversterker exciteert een corresponderende fysieke gradiëntspoel in een gradiëntspoelsa-menstel, dat in het algemeen is aangeduid met het verwijzingscijfer 50, om de voor het ruimtelijk coderen van verworven signalen gebruikte magnetisch-veldgradiënten te produceren. Het gradiëntspoelsamenstel 50 vormt een deel van een magneetsamenstel 52, dat een polarise-15 rende magneet en een geheel-lichaam HF-spoel 56 bevat, en kan een oppervlak of parallel HF-spoelsamenstel 57 bevatten. Een zendontvangermoduul 58 in de systeemstuureenheid 32 produceert pulsen, die door een HF-versterker 60 worden versterkt en door een zend/ontvangst-schakelaar 62 aan de HF-spoel 56 of het spoelsamenstel 57 worden toegevoerd. De door de geëxciteerde kernen in de patiënt uitgezonden resulterende signalen kunnen door dezelfde HF-20 spoel 56 of het spoelsamenstel 57 worden gedetecteerd en via de zend/ontvangstschakelaar 62 aan een voorversterker 64 worden toegevoerd. De versterkte MR-signalen worden gedemo-duleerd, gefilterd en gedigitaliseerd in de ontvangersectie van de zendontvanger 58. De zend/ontvangstschakelaar 62 wordt bestuurd door een van het puisgeneratormoduul 38 afkomstig signaal om de HF-versterker 60 elektrisch te verbinden met de spoel 56 of het spoelsa-25 menstel 57 tijdens de zendmodus en om de voorversterker 64 met de spoel 56 of het spoelsamenstel 57 te verbinden tijdens de ontvangstmodus.

De door de HF-spoel 56 of het spoelsamenstel 57 opgepikte MR-signalen worden door het zendontvangermoduul 58 gedigitaliseerd en geleid naar een geheugenmoduul 66 in de systeemstuureenheid 32. Een scan is voltooid, wanneer een array van ruwe k-ruimtegege-30 vens in het geheugenmoduul 66 is verworven. Deze ruwe k-ruimtegegevens worden opnieuw gerangschikt in afzonderlijke k-ruimtegegevensarrays voor elk te reconstrueren beeld en deze gegevensarrays worden elk ingevoerd in een gegevensprocessor 68, die de gegevens Fourier-transformeert in een array van beeldgegevens. Deze beeldgegevens worden via de seriële verbinding 34 naar het computersysteem 20 geleid, in welk computersysteem deze beeldgege-35 vens worden opgeslagen in geheugen, zoals schijfopslag 28. In reactie op de van het bedie-nerconsole 12 ontvangen commando’s kunnen deze beeldgegevens in een lange-termijnop-slag, zoals het optische-schijfstation 30, worden gearchiveerd of kunnen deze beeldgegevens -8- verder worden bewerkt door de beeldprocessor 22 en naar het bedienerconsole 12 worden geleid en op de weergave 16 worden gepresenteerd.

Wanneer HF-pulsen zijn ontworpen voor uitzending door een HF-spoel of -spoelarray, zoals HF-spoel 56, kunnen pulsontwerptechnieken soms pulsen produceren die segmenten 5 met ongewenst hoge amplituden hebben. Wanneer dergelijke pulsen zijn ontworpen van een niet-Cartesisch of niet-uniform k-ruimtetraject, kan het moeilijk zijn om een reductie van amplitude in de HF-puls te verkrijgen door middel van het simpelweg toepassen van lokale uitrekking, omdat een corresponderende reductie in bijbehorende gradiëntgolfvormen een te grote discontinuïteit in de gradiëntgolfvorm kan produceren. De plotselinge veranderingen of discon-10 tinuïteiten in de gradiëntgolfvormen kunnen dikwijls niet worden geïmplementeerd als gevolg van de draaisnelheidsbeperkingen van bekende gradiëntversterkers en -spoelen.

Wanneer een gebruiker een te ontwerpen HF-puls selecteert, zal de gebruiker typisch verschillende karakteristieken van de gewenste puls op een computer specificeren, welke computer een HF-pulsvorm zal berekenen, die de gewenste karakteristieken bereikt. Om dit te illu-15 streren toont fig. 4 een voorbeeld van een magnetisatie- of fliphoekprofiel 200 en k-ruimtetraject 202, die met een gewenste HF-puls corresponderen. In enkele uitvoeringsvormen kan een gebruiker rechtstreeks een dergelijk profiel 200 en traject 202 als invoeren specificeren voor opwekking van een HF-puls volgens een HF-pulsontwerptechniek. Als alternatief kan een gebruiker andere parameters of karakteristieken, die de gewenste HF-puls beschrijven, zoals een 20 totale fliphoek, een gezichtsveld, een anatomie van belang, een pulsduur, een pulssequentie-type en dergelijke, specificeren. Het in fig. 4 weergegeven voorbeeld van een fliphoekprofiel 200 beschrijft een puls, die 2D ruimtelijk-selectief is in de fysische x- en y-richtingen. Zoals is weergegeven, exciteert het profiel 200 dus spins in een cilinder of balk, die zich langs de z-rich-ting 204 uitstrekt.

25 Zoals is weergegeven, is het k-ruimtetraject 202 een spiraal vormig, inherent hergefo- cusseerd traject. Dit wil zeggen, dat het k-ruimtetraject 202 in een centrum van k-ruimte 206 begint, spiraalvormig buitenwaarts beweegt en vervolgens terug naar het centrum 206 schuift teneinde te eindigen. Een traject, zoals spiraalvormig traject 202, is gebruikelijk voor gebruik bij 2D ruimtelijk-selectieve pulsen. Het zal echter duidelijk zijn, dat uitvoeringsvormen van de uit-30 vinding kunnen worden uitgebreid en op gelijke wijze toepasbaar zijn voor HF-pulsen met andere dimensies, zoals 3D ruimtelijk-selectieve pulsen. Op overeenkomstige wijze kunnen uitvoeringsvormen ook trajecten, die van het weergegeven traject verschillen, toepassen. Bijvoorbeeld kunnen trajecten binnenwaarts gericht zijn, buitenwaarts gericht zijn, en kunnen k-ruimte met verschillende resoluties bemonsteren. De vakman zal onderkennen, dat de hierin beschre-35 ven kenmerken en voordelen zich ook uitstrekken tot meerdere andere niet-Cartesische of niet-uniforme k-ruimtetrajecten.

-9-

Er wordt nu verwezen naarfig. 5, waarin voorbeelden van een draaisnelheidsgrafiek 208, gradiëntgolfvorm 210 en HF-pulsvorm 212 zijn weergegeven. Deze golfvormen zijn in het algemeen representatief voor de resultaten, onder normale omstandigheden, van een HF-puls-ontwerptechniek van gegeven parameters, zoals beschreven met betrekking tot fig. 4. Dit wil 5 zeggen, dat een Gx-gradiëntgolfvorm 210 voor het implementeren van een spiraalvormig k-ruimtetraject zal oscilleren en in het algemeen in amplitude zal toenemen in de tijd. Een Gy-gra-diëntgolfvorm (niet weergegeven) zal overeenkomstig ook oscilleren en in de tijd in het algemeen toenemen in amplitude.

Voor HF-pulsen, die kortere duren hebben, zoals typische 2D ruimtelijk-selectieve 10 HF-pulsen, die ontworpen zijn uit een spiraalvormig k-ruimtetraject, zullen de corresponderende x- en y-gradiënten gewoonlijk slechts beperkt worden door de maximum draaisnelheid van het gebruikte MR-systeem. Dit wil zeggen, dat met een beperkte zendperiode minder spiraal-omwentelingen zullen worden verkregen in het k-ruimtetraject en dat de amplitude van de x- en y-gradiëntoscillaties niet de door het MR-systeem verkrijgbare maximum gradiëntveldsterkte zal 15 bereiken. Dienovereenkomstig is de grafiek 208 van de draaisnelheid van de gradiëntgolfvorm 210 weergegeven als een constante bij de maximum verkrijgbare draaisnelheid.

Omdat het door de gradiëntgolfvorm 210 geïmplementeerde k-ruimtetraject naar spiraalvormig naar buiten toe verloopt, bevindt het gedeelte van de HF-puls 212, dat correspondeert met het midden van k-ruimte of posities nabij het midden van k-ruimte en dus de hoogste 20 amplitude heeft, zich aan het begin van de puls 214. Dit niveau van Bi-amplitude is gewoonlijk niet te bereiken met bestaande HF-vermogensversterkers voor huidige commerciële MRI-scanners. De netto SAR kan de gewenste limieten dus aanzienlijk overschrijden.

Er wordt nu verwezen naar fig. 6, waarin één techniek voor het verlichten van de in fig. 5 getoonde SAR-problemen is weergegeven. Dit wil zeggen, dat door middel van het eenvou-25 dig uitrekken of verlengen van zowel de gradiëntgolfvorm 216 als de HF-pulsvorm 218 SAR kan worden gereduceerd en de fliphoekverdeling kan worden gehandhaafd. Een dergelijke aanpak als ontwerpoplossing zou echter ongewenst kunnen zijn als gevolg van de toegenomen duur van de puls 218. Zoals is weergegeven, is de gradiëntgolfvorm 216 bij benadering verdubbeld in duur en gehalveerd in amplitude in vergelijking met de in fig. 5 getoonde gradiënt-30 golfvorm. Op overeenkomstige wijze is de HF-puls 218 van fig. 6 ook bij benadering verdubbeld in duur en gehalveerd in amplitude in vergelijking met de HF-puls van fig. 5. Fig. 6 toont ook dat de draaisnelheid 214 van de gradiëntgolfvorm 216, terwijl deze constant wordt gehouden, aanzienlijk is gereduceerd als gevolg van de langzamere oscillaties van de gradiëntgolfvorm 216. Daardoor is te zién, dat onder bepaalde omstandigheden het reduceren van de draaisnelheid, 35 als gevolg, kan correleren met een reductie in SAR.

Fig. 7 toont een andere techniek voor het reduceren van SAR in meerdimensionale ruimtelijk-selectieve HF-pulsen, die met niet-Cartesische k-ruimtetrajecten zijn verbonden. De in -10- fig. 7 gerepresenteerde techniek zal hierin als een variabel draaisnelheidsontwerp worden aangeduid. Zoals te zien is, is de HF-puls 220 aangepast om de HF-piekenergie te verminderen.

Dit wil zeggen, dat het met het piekgedeelte 214 van fig. 5 corresponderende segment 222 van de HF-puls 220 in amplitude is gereduceerd en in duur is verlengd om de effectieve fliphoek 5 voor segment 222 te handhaven. Het zal dus duidelijk zijn, dat overeenkomstige aanpassingen aan de gradiëntgolfvorm 234 van fig. 7 zijn uitgevoerd. De aanpassingen van de gradiëntgolf-vorm 234 voorkomen echter de met betrekking tot fig. 2 beschreven problemen.

Om een gelijkmatige overgang tussen een gereduceerd en verlengd segment van een oscillerende gradiëntgolfvorm en het restant van een dergelijke golfvorm te bewerkstelligen kan 10 een maximum toegestane draaisnelheidsfunctie worden bepaald. Door middel van het dynamisch variëren van de door de oscillerende gradiëntgolfvorm 234 gebruikte maximum draaisnelheid kunnen niet-implementeerbare discontinuïteiten in de golfvorm worden voorkomen. Zoals is weergegeven in fig. 7, is een maximum toelaatbare draaisnelheid 224 uitgezet. Aanvankelijk wordt de maximum draaisnelheid op een lagere waarde 230 gehouden. Voorafgaande 15 aan het aannemen van de maximum draaisnelheid in segment 228, varieert de toegestane draaisnelheidsfunctie 224 kort de maximum draaisnelheid naar een tussenwaarde 232. Voor andere HF-pulsen en/of k-ruimtetrajecten kan de toegestane draaisnelheidsfunctie een lineair toenemend beginsegment gevolgd door een constant segment bij de maximum draaisnelheid hebben. Zoals hieronder zal worden toegelicht, kan de toegestane draaisnelheidsfunctie wor-20 den berekend afhankelijk van het gewenste HF-pulsprofiel en het k-ruimtetraject. De uit toepassing van de maximum toegestane draaisnelheidsfunctie resulterende gradiëntgolfvorm 234 vertoont geen sterkere discontinuïteiten in gedeelte 238. Dit wil zeggen, dat de gradiëntgolfvorm 234 een laagste draaisnelheidsgedeelte 236, een tussengedeelte 238 en een segment 240 van onveranderde of maximum draaisnelheid heeft. Dientengevolge kan de gradiëntgolf-25 vorm 234 worden bewerkstelligd door middel van de meeste gradiëntspoelen en versterkers.

Een aanpak met variabele draaisnelheidsgradiëntgolfvorm, zoals getoond in fig. 7, reduceert op indirecte wijze de gradiëntamplitude van de Gx- en Gy-gradiënten, die worden gebruikt tijdens 2D HF-pulsuitzending, en reduceert daardoor de totale Brenergie. Door middel van het reduceren van de maximum toegestane draaisnelheid voor gedeelten van toenemende 30 oscillerende gradiëntgolfvormen, die corresponderen met een hoge-amplitude HF-uitzending, worden de toenemende oscillerende gradiëntgolfvormen als resultaat verlengd in duur en op lagere amplituden gehouden. Het resterende gedeelte van de toenemende oscillerende gradiëntgolfvormen wordt toegestaan om de volle beschikbare maximum draaisnelheid te gebruiken en is daardoor in hoofdzaak ongewijzigd ten opzichte van typische ontwerptechnieken. Een 35 mathematische definitie van een variabele draaisnelheidsspiraal en oplossingen van zijn gradiëntgolfvormen zijn hieronder gegeven.

-11-

Om te beginnen wordt een definitie voor een voorbeeld van een spiraalvormig k-ruim-tetraject gegeven door: k(t) = A0(t)eie(t) Verg. 1, waarin λ = Nint/D een constante is, die het radiale bemonsteringsinterval bepaalt, waarbij Nint 5 het aantal tussenruimten of wikkelingen van de spiraal is en D de omvang van het gezichtsveld is. 0(t) is de azimuthoek van het k-ruimtetraject, k(t), in polaire coördinaten. Daardoor kan de corresponderende gradiëntgolfvorm worden bepaald uit de volgende vergelijking: G(t) = -0 (t)(1 + i0(t))ei8W Verg. 2, 7 waarin Θ (t) de afgeleide van 0(t) aanduidt. De complexe draaisnelheid voor een volgens 10 Verg. 2 bepaalde gradiënt kan worden gevonden uit: S(t) = — [ë(t) - 0(t)02(t) + i(0(t)ë(t) + 202(t))]eie(t) Verg. 3, 7 waarin ë de tweede afgeleide van 0(t) aanduidt. De door Verg. 2 en 3 gegeven sterkten van de gradiëntgolfvorm en draaisnelheid zijn: |G(t)|=-0(t)(1 + 02(t))1/2 Verg. 4, 7 15 |S(t)| = -[(Ö(t) - 0(t)02(t))2 + (0(t)ë(t) + 2é2(t))2]1/2 Verg. 5, 7

Voor hardwarebeperkingen wordt de maximum gradiëntamplitude als Gmax aangeduid, wordt de maximum draaisnelheid als S°max aangeduid en wordt de maximum Bi-ampli-tude als Bmax aangeduid. Voor een variabele draaisnelheidsspiraal wordt |S(t)| onderworpen aan een tijd-variërende maximum toegestane draaisnelheid Smax(t) voorwaarde, die aan de 20 bovenzijde door S°max wordt begrensd.

Aangezien het dikwijls zo is, dat niet alle gedeelten van een HF-puls Bi(t) de waarde Bmax overschrijden, kan de draaisnelheid van een gradiëntgolfvorm alleen worden gevarieerd wanneer de netto B^t) de waarde Bmax overschrijdt, terwijl resterende gedeelten van de gradiëntgolfvorm de maximum draaisnelheid S0max kunnen behouden. Na bijvoorbeeld het ont-25 werpen van een constante draaisnelheid spiraalvormig traject met een draaisnelheidsbeper-king van S°max en de corresponderende HF-puls, kan het constante draaisnelheidsprofiel lokaal worden geschaald tot een maximum toegestane draaisnelheidsfunctie Smax(t). Smax(t) kan op S°max worden ingesteld, wanneer B^t) de waarde Bmax niet overschrijdt en op een geschaalde S°max worden ingesteld, wanneer B-i(t) de waarde Bmax overschrijdt (met de corres-30 ponderende tijdschaling).

Mathematisch kan Smax(t) worden geschreven als:

Smax(t) = -f°mf - Verg. 6, T|2(cp~1(t)) -12- waarin cp'1(t) de inverse functie van de tijd-warpingfunctie cp(t) is: <p(t)= £η(τ^τ Verg. 7, en n(t) de amplitudeschalingsfunctie is. Er dient te worden opgemerkt, dat <p(t) verschilt van de tijduitrekkingsfunctie in VERSE, doordat (p(t) direct werkt op een draaisnelheidsgolfvorm. Het is 5 dus relatief eenvoudig om te waarborgen, dat een draaisnelheid de S°max voorwaarde niet schendt. Daarentegen werkt de uitrekkingsfunctie in VERSE op de gradiëntgolfvorm zelf. Bovendien kan de keuze van n(t) in de variabele draaisnelheidstechniek relatief flexibel zijn.

Eén wijze om q(t) te kiezen is: [\ indien BAt) < S x n(t)=ir ' i " Verg. 8, ΙΓβι(0 /Binders 10 waarin x een afronding van x op het meest nabije gehele getal aanduidt, hetgeen kan worden uitgevoerd om een interpolatiefout afkomstig van fractionele waarden te voorkomen. De vorm van n(t) in Verg. 8 kan tamelijk puntig zijn, hetgeen zich zou kunnen vertalen in een ongewenste puntige HF-pulsgolfvorm.

Daarom bevatten enkele uitvoeringsvormen een "afgevlakte" versie van Verg. 8, zo-15 als een versie, die is gebaseerd op een deelsgewijs constant of lineair model. Eén wijze om een deelsgewijs constante η(ί) te genereren is bijvoorbeeld het toekennen van een een-heidswaarde in gebieden waarin Bi(t) < Bmax, vervolgens het in secties verdelen van de gebieden waarin B^t) > Bmax en het toewijzen van een constante waarde aan elke sectie, waarbij de constante het maximum [B^tj/BmaJ van betreffende sectie is.

20 Het is dienovereenkomstig duidelijk, dat een variabele draaisnelheid spiraalontwerp niet strikt equivalent is aan lokale schaling. De vorm van q(t) (bijv., de amplitude van een bepaald segment in een deelsgewijs constant model) en dus Smax(t) kan via enkele iteraties worden aangepast om de gewenste HF-pulsgolfvorm te verkrijgen. In enkele uitvoeringsvormen zijn 1 tot 4 iteraties gewoonlijk voldoende om een S^iJ-functie te verkrijgen, die de gewenste 25 HF-pulsgolfvorm geeft.

Wanneer een niet-Cartesisch k-ruimtetraject lang genoeg is om een gradiëntampli-tude-begrensd gebied te hebben, kan het ook gewenst zijn om te waarborgen dat |G(t)| op Gmax blijft, zodra deze is bereikt. Om dit te bewerkstelligen kan S^t) op een voldoend hoge waarde worden gehandhaafd tijdens het gradiëntamplitude-begrensde geval. Aan deze voorwaarde 30 kan worden voldaan door te waarborgen, dat Smax(t) de waarde S°max bereikt voordat de gradiëntgolfvorm het gradiëntamplitude-begrensde segment bereikt en door vervolgens te waarborgen, dat Sma*(t) daarna op de waarde SVu blijft. Dit zal dikwijls het geval zijn, omdat het gradiëntamplitude-begrensde segment van een gradiëntgolfvorm voor een spiraalvormig k-ruimtetraject optreedt nabij het einde van de golfvorm, corresponderend met de omtrek van k- -13- ruimte. In een dergelijk geval zal er dus geen behoefte bestaan aan het reduceren van de maximum toegestane draaisnelheid om gradiënt- en HF-pulsamplituden te verlagen.

Gegeven een S^t) en een afleiding soortgelijk aan die voor een constante draaisnelheid spiraal volgend, is een paar van differentiaalvergelijkingen voor het ontwerpen van de 5 gradiëntgolfvormen van een variabele draaisnelheid spiraalvormig traject als volgt: ^ f(e(.).ê(t))-e(t)6^(t) 1 + e*2(t) waarin f(0(l),è(l)) = |KïSmaxtt)/λ)2(1 + e2(t» -è4(t)(2 + e2(t))2]1,2indien| G(t) |< Gmax Verg 10 [0 anders

Vergelijkingen 6 en 7 kunnen worden opgelost door middel van standaard nume-10 rieke methoden met grensvoorwaarden van 0(0) = 0 en Θ = 0. Gewoonlijk zullen gradiëntgolfvormen, die spiraalvormige k-ruimtetrajecten implementeren, oscilleren bij de maximum draaisnelheid voordat de gradiëntsterkten de waarde Gmax bereiken, zoals bijvoorbeeld weergegeven in fig. 5. Zodra de amplitude van de golfvormen is toegenomen tot de maximum beschikbare gradiëntsterkte, Gmax, zullen de golfvormen het toenemen in amplitude stopzetten en de 15 draaisnelheid zal in enige mate dalen.

Een andere manier om Smax(t) op te lossen is het gebruik van een analytische benadering. In gevallen, waarin snelle berekening van gradiëntgolfvormen vereist is of het k-ruim-tetraject een relatief groot aantal spiraalwikkelingen heeft, kan een analytische oplossing wenselijk zijn. Eerst wordt een analytische oplossing voor het segment van een door de 20 draaisnelheid beperkte gradiëntgolfvorm gepresenteerd. Voor 0(t) » 1 wordt Verg. 5: 0(t)O2(t) * ySmax (t)/λ Verg. 11,

Het oplossen van Verg. 11 levert op:

Iim0(t) = a(P(t))2/3 Verg. 12, t—»00 waarin (a oO V'3 25 e= 9-^faï- Verg. 13.

4λ ) en P(t)=£i%^ldx Verg. 14, V S max /

Bij kleine t (t-»0) geldt Verg. 12 niet, omdat 0(t) dichtbij 0 ligt. Dus voor t = 0 in Verg. 5 levert het toepassen van de grensvoorwaarden 0(0) = 0 en Θ (0) = 0 op.

30 Ö(0) H S(0) | γ / λ < Smax (0)γ / λ = β Verg. 15, -14- welke vergelijking kan worden gebruikt om Verg. 11 op te lossen voor:

Iim0(t) - qpt2 / 2 Verg. 16, t—>0 waarin q een door een gebruiker gedefinieerde constante tussen 0 en 1 is. Het selecteren van verschillende q-waarden kan de vorm van resulterende maximum toegestane draaisnelheids-5 functies en gradiëntgolfvormen beïnvloeden. Krommen van draaisnelheidsgrootte |S(t)|, die corresponderen met grotere q-waarden, stijgen sneller naar de voorgeschreven Smax(t). maar overschrijden aanvankelijk de beoogde S(t) in sterkere mate dan krommen, die corresponderen met lagere q-waarden. Het is echter onwaarschijnlijk dat een dergelijke overschrijding de actuele hardwaregrensvoorwaarde S°max zal schenden, omdat de voorgeschreven Smax(t) in de 10 begingradiëntgolfvormsegmenten gewoonlijk aanzienlijk kleiner dan S°max is. |S(t)|-krommen, die corresponderen met kleinere q-waarden, overschrijden daarentegen de voorgeschreven Smax(t) niet of overschrijden deze voorgeschreven Smax(t) slechts gering, maar de stijging is langzamer, hetgeen de totale lengte van de gradiëntgolfvorm enigszins kan vergroten. Het gebruik van waarden, zoals Q = 0,4 tot 0,6, is geschikt voor 2D HF-pulsontwerp in termen van het 15 produceren van voorspelbare HF-amplitudedalingen zonder het significant vergroten van de pulslengte. In het algemene geval kunnen draaisnelheid-beperkte gradiëntgolfvormen (of segmenten daarvan) daarom worden gevonden volgens: β,2 0n(t) =-2—S- Verg. 17, 1 , βΙ2_ q 2a(P(t))2'3

Vergelijkingen 9 en 13 zijn in het algemeen geldig wanneer P(t) bij benadering gelijk 20 is aan t", waarin n < 3, voor t->0 en t->°°. S^t) is dus ongeveer tm, waarin m < 4, voor t-»0 en t—»°°. Aan deze voorwaarden kan worden voldaan door het opnemen van termen tot aan het kwadraat in Smax(t). De gradiëntgolfvorm voor het draaisnelheid-beperkte geval kan daardoor worden verkregen door middel van het vervangen van 6(t) in Verg. 2 door 0,(t) in Verg.

17. De totale tijd of duur van de gradiëntgolfvorm, indien de gehele golfvorm in draaisnelheid Νπ

25 beperkt is, kan worden bepaald door het oplossen van Verg. 17 voor t = Ts =-, waarin N

Njnt de gewenste matrixomvang is.

Voor langere gradiëntgolfvormen, die draaisnelheid-beperkte segmenten en gra-diëntamplitude-beperkte segmenten hebben, kan ook de tijd ts, waarop de golfvormen overgaan tussen de segmenten, worden berekend. Met andere woorden is ts de tijd waarop |G(t)| 30 de waarde Gmax bereikt, wanneer de gradiënt werkt bij $max(t) totdat |G(t)| = Gmax, en deze kan worden gevonden volgens: -15- 1 Ί fS /. xV/2

Gmax =1 GOs) 1= -ê(t)(1 + 02(t))1/2 * -0(t)O(t) = ^(P(ts))1/3 mQax(ts) Verg. 18.

r Y 3Y l, S°max

Het segment van een gradiëntgolfvorm, dat door de maximum verkrijgbare gradiënt-sterkte wordt beperkt, kan worden berekend onder aanname, dat Smax(t) de waarde S0,,*» heeft bereikt. Dit zal het geval zijn, voor niet-Cartesische trajecten zoals spiraalvormige trajecten, na 5 tijd ts- Dienovereenkomstig kan het gradiëntamplitudesegment van een golfvorm worden bepaald door: 02(t) = [θ| + y Gmax(t - ts)]1/2,ts < t < ta Verg. 19, waarin 0S = G^ts) en de eindtijd ta wordt gegeven door: 'a=ts + -^- W -ΘΪ Verg. 20.

2YGmax [VNint J

10 Dientengevolge kunnen Vergelijkingen 14 en 16 worden vereenvoudigd en samen gevat voor het algemene geval van een variabele draaisnelheid gradiëntgolfvormontwerp: ^e,(t)(i+ie1(t))elei<,>. o £ t £ ts G(,)T ,e2(1) verg. 21.

Wanneer Ts < ts, zal een golfvorm slechts in draaisnelheid beperkt zijn, en wanneer Ts > ts, zal een golfvorm een draaisnelheid-beperkt segment en een gradiëntamplitude-be-15 perkt segment hebben.

In praktijk kan de variabele draaisnelheid ontwerptechniek in een verscheidenheid aan mogelijkheden worden uitgevoerd. Er wordt nu verwezen naar fig. 8, waarin de stappen van een voorbeeld van een praktische uitvoering van de variabele draaisnelheid ontwerptechniek zijn weergegeven. Eerst specificeert een gebruiker de te bewerkstelligen gewenste mag-20 netisatie in blok 250. Op een gebruikerwerkstation of systeemstuureenheid van een MR-sys-teem kan een gebruiker op grafische, tekstuele of numerieke wijze de magnetisatie zelf beschrijven of kan een gebruiker een aantal parameters specificeren, die de gewenste magnetisatie aangeven, zoals de gewenste pulssequentie, het HF-pulstype, het gewenste k-ruimtetra-ject, het gewenste pulssequentietype, het FOV, de gewenste resolutie, de gewenste fliphoek en 25 dergelijke. Bijvoorbeeld kan een gebruiker specificeren, dat een 2D ruimtelijk-selectieve HF-herfocusseringspuls voor een 30 cm FOV is gewenst met een 20 wikkelingen enkel-schots spiraalvormig traject. Vervolgens ontwerpt het systeem gradiëntgolfvormen om een geschikt k-ruimtetraject, onderhevig aan S0^ en Gmax, in blok 252 te implementeren. Het type van k-ruimtetraject kan worden afgeleid op basis van andere door een gebruiker gespecificeerde pa-30 rameters of kan door de gebruiker specifiek worden geselecteerd. Berekening van de gradiënt- -16- golfvormen kan ook afhankelijk zijn van het gezichtsveld of het excitatieprofiel, de resolutie en andere parameters. Nadat het k-ruimtetraject is bepaald, kan het HF-pulsprofiel worden berekend in blok 254. Deze berekening kan worden uitgevoerd volgens een verscheidenheid aan bekende pulsontwerptechnieken, zoals lineaire benaderingen.

5 Op basis van door de gebruiker gedefinieerde of vooraf geselecteerde SAR-voor- waarden, kan het systeem in blok 256 bepalen of de sterkte van het door de gradiëntgolfvor-men en HF-puls gecreëerde Brveld te hoog is. Indien de maximum Βι-veldsterkte niet 258 wordt overschreven, bereidt het systeem uitzending voor in blok 266. Indien echter de maximum Βι-sterkte wordt overschreden 260, kan het systeem het uitvoeren van aanpassingen 10 volgens de variabele draaisnelheid ontwerptechniek beginnen. In blok 262 bepaalt het systeem een maximum toegestane draaisnelheidsfunctie. Bij het bepalen van Smaxft) kan het systeem een standaard q-waarde gebruiken of kan het systeem op tekstuele of grafische wijze aan de gebruiker vragen om een gewenste q-waarde te selecteren. Zodra de maximum toegestane draaisnelheidsfunctie is bepaald, zal het systeem vervolgens de gradiëntgolfvormen dienover-15 eenkomstig herontwerpen in blok 264. Afhankelijk van de uitgebreidheid van de HF-puls, die de maximum gewenste B, overschrijdt, zal ten minste een gedeelte van de gradiëntgolfvormen een variërende draaisnelheid reflecteren. Dienovereenkomstig kan het hoge-amplitudegedeelte van de HF-puls ook worden aangepast door middel van het reduceren van de amplitude en het verlengen van betreffend gedeelte van de puls.

20 Nadat de HF-puls en gradiëntgolfvormen bevredigend zijn aangepast om zich te con formeren aan Br en/of SAR-beperkingen, kunnen de HF-puls en gradiëntgolfvormen worden gegenereerd tijdens een pulssequentie om spins van belang te exciteren in blok 268. De door het MR-systeem gedetecteerde resulterende MR-signalen worden verworven en ten minste tijdelijk opgeslagen als MR-gegevens in blok 268. Het systeem reconstrueert vervolgens een 25 MR-beeld uit de gegevens in overeenstemming met een bekende reconstructietechniek en geeft het beeld aan de gebruiker weer in blok 270.

Daarom is weergegeven, dat uitvoeringsvormen van de uitvinding implementeerbare amplitudereducties in HF-pulsen, die daarmee verbonden niet-Cartesische k-ruimtetrajecten hebben, kunnen verschaffen. Door middel van het besturen van de toegestane draaisnelheid 30 van de tijdens uitzending van de HF-puls toegepaste gradiëntgolfvormen, kan de amplitude van de gradiëntgolfvormen indirect worden beperkt. Een complementaire reductie en uitrekking van de HF-puls kunnen ook worden uitgevoerd. Bij implementatie is een gerealiseerd technisch effect van uitvoeringsvormen van de uitvinding de mogelijkheid om selectieve besturing van Br sterkte te verschaffen, wanneer niet-Cartesische k-ruimtetrajecten worden gebruikt. In één uit-35 voeringsvorm van de uitvinding bevat een MR-systeem dienovereenkomstig een aantal gra-diëntspoelen, die rond een boring van een magneet zijn gepositioneerd, een HF-zendontvan-gersysteem en HF-schakelaar, die door een pulsmoduul worden bestuurd om HF-signalen naar -17- een HF-spoelsamenstel te zenden teneinde MR-beelden te verwerven, en een stuureenheid, die operationeel is verbonden met het pulsmoduul. De stuureenheid is geprogrammeerd om een HF-pulsprofiel te bepalen en een hoge-amplitudesegment daarvan te identificeren. De stuureenheid is ook geprogrammeerd om ten minste één gradiëntgolfvorm zodanig te ontwer-5 pen, dat de draaisnelheid daarvan varieert om Brveldsterkte tijdens uitzending van het hoge-amplitudesegment van het HF-pulsprofiel te reduceren. De stuureenheid geeft vervolgens het HF-pulsprofiel en de gradiëntgolfvorm af voor uitzending door het HF-spoelsamenstel respectievelijk ten minste één van de gradiëntspoelen.

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat een werkwijze voor HF-pulsam-10 plitudereductie. Ten minste één gradiëntgolfvorm voor een niet-Cartesisch k-ruimtetraject wordt ontworpen. Een maximum draaisnelheidsfunctie wordt vervolgens bepaald om de draaisnelheid van de gradiëntgolfvorm tijdens ten minste een gedeelte van het draaisnelheid-beperkte segment daarvan te variëren. De gradiëntgolfvorm wordt vervolgens herontworpen volgens de maximum draaisnelheidsfunctie en wordt gebruikt bij een HF-puls om MR-beeldgegevens te 15 verwerven. De MR-beeldgegevens worden vervolgens ten minste tijdelijk opgeslagen.

Volgens een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft een computer-leesbaar opslagmedium een bepaalde verzameling van daarop opgeslagen instructies. Wanneer de instructies door een computer worden uitgevoerd, wordt de computer gedwongen om een toege-stane draaisnelheidsfunctie te bepalen en een oscillerende gradiëntgolfvorm in overeenstem-20 ming daarmee te herontwerpen. De instructies doen de computer vervolgens de oscillerende gradiëntgolfvorm en een HF-pulsprofiel voor uitzending in een afbeeldingssequentie afgeven. Na ontvangst van uit de afbeeldingssequentie resulterende MR-gegevens wordt de computer gedwongen om een beeld op basis van de MR-gegevens te reconstrueren en weer te geven.

De uitvinding is beschreven in termen van de voorkeursuitvoeringsvorm en er wordt 25 onderkend, dat equivalenten, alternatieven en modificaties, naast de uitdrukkelijk genoemde equivalenten, alternatieven en modificaties mogelijk zijn binnen het kader van de bijgaande conclusies.

-18-

ONDERDELENLIJST

10 magnetische-resonantieafbeelding(MRI)systeem 12 bedienerconsole 13 toetsenbord of andere invoerinrichting 14 stuurpaneel 16 weergavescherm 18 verbinding 20 afzonderlijk computersysteem 22 beeldprocessormoduul 24 CPU-moduul 26 geheugenmoduul 28 schijfopslag 30 verwijderbare opslag 32 afzonderlijke systeemstuureenheid 34 snelle seriële verbinding 36 CPU-moduul 38 pulsgeneratormoduul 40 seriële verbinding 42 reeks van gradiëntversterkers 44 fysiologische-verwervingsstuureenheid 46 scankamerkoppelingsschakeling 48 patiëntpositioneringssysteem 50 gradiëntspoelsamenstel 52 magneetsamenstel 54 polariserende magneet 56 geheel-lichaam HF-spoel 57 oppervlak of parallel HF-spoelsamenstel 58 zendontvangermoduul 60 HF-versterker 62 zend/ontvangstschakelaar 64 voorversterker 66 geheugenmoduul 68 arrayprocessor 20a moederbord 32a moederbord 200 fliphoekprofiel -19- 202 k-ruimtetraject 204 z-richting 206 midden van k-ruimte 208 draaisnelheidsgrafiek 210 gradiëntgolfvorm 212 HF-puls 214 tijdsbegin van de puls 216 gradiëntgolfvorm 218/220 HF-puls 222 gereduceerde-amplitudesegment 234 gradiëntgolfvorm 224 maximaal toegestane draaisnelheid 230 lagere draaisnelheidswaarde 228 maximum draaisnelheidssegment 232 tussenwaarde 238 discontinuïteitengedeelte 236 gedeelte met laagste draaisnelheid 240 segment met maximum draaisnelheid 250 definieer gewenst magnetisatieprofiel 252 ontwerp gradiëntgolfvormen 254 bereken HF-puls 256 bepaal of max Βτ is overschreden 258 max Βτ is niet overschreden 266 max Βτ is overschreden 260 ontwerp Smax(t) 262 herontwerp gradiëntgolfvormen 264 verzend HF-puls en gradiëntgolfvormen 268 verwerf MR-gegevens 270 reconstrueer beeld 300 trapezoïde 310 VERSE trapezoïde 320 spiraal (Gx) 330 VERSE spiraal (Gx) 340 gewenste fliphoek 350 k-ruimtetraject 360 constante |S|, S°max = 14.500 370 Gx voor constante draaisnelheid spiraal, Ts = 3,3 msec - 20 - 380 HF-puls met Gx max. amplitude = 0,69 (Gauss) 390 constante |S| geschaald van |S|, S°max =1611 400 Gx voor geschaalde constante draaisnelheid spiraal, Ts = 9,8 msec 410 HF-puls met Gx max. amplitude = 0,26 (Gauss) 420 variabele |S|, S°max = 14.500 430 Gx voor variabele draaisnelheid spiraal, Ts = 4,1 msec 440 HF-puls met Gx max. amplitude = 0,22 (Gauss) 2001591

Claims

1. Magnetische-resonantie(MRI)afbeeldingsinrichting (10) omvattende: een aantal gradiëntspoelen (50), die rond een boring van een magneet (52) zijn gepositioneerd; een HF-zendontvangersysteem (58) en HF-schakelaar (62), die door een pulsmoduul 5 (38) worden bestuurd om HF-signalen naar een HF-spoelsamenstel (56,57) te zenden teneinde MR-beelden te verwerven; en een stuureenheid (32), die operationeel is verbonden met het pulsmoduul (38) en die is geprogrammeerd om: een HF-pulsprofiel (212) te bepalen; 10 een hoge-amplitudesegment van het HF-pulsprofiel (222) te identificeren; een gradiëntgolfvorm (210) te ontwerpen, waarin een draaisnelheid (224) van de gradiëntgolfvorm (234) dynamisch wordt gevarieerd doorheen de gradiëntgolfvorm om een EL-veldamplitude tijdens uitzending van het hoge-amplitudesegment van het HF-pulsprofiel (220) te reduceren; en 15 het hoge-amplitudesegment van het HF-pulsprofiel (220) aan te passen om een aangepast HF-pulsprofiel (220) te vormen; en het aangepaste HF-pulsprofiel (220) af te geven voor uitzending door het HF-spoelsamenstel en de gradiëntgolfvorm (220) af te geven voor uitzending door ten minste één van het aantal gradiëntspoelen (50).

2. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 1, waarin het aangepaste HF- pulsprofiel (220) een meerdimensionaal ruimtelijk-selectief HF-pulsprofiel (220) is.

3. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 2, waarin het hoge-amplitudesegment van het HF-pulsprofiel (222) optreedt nabij een tijdsbegin van het profiel en correspondeert met een centraal gebied van k-ruimte.

4. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 1, waarin de stuureenheid verder is geprogrammeerd om de gradiëntgolfvorm (234) te ontwerpen teneinde een tijd-variërende draaisnelheid (224) tijdens een draaisnelheid-beperkt gedeelte van de gradiëntgolfvorm (220) te hebben.

5. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 4, waarin de gradiëntgolfvorm (234) 30 een oscillerende gradiëntgolfvorm is en de stuureenheid verder is geprogrammeerd om de oscillerende gradiëntgolfvorm te ontwerpen om een gereduceerde draaisnelheid, beneden een maximum draaisnelheid, te hebben teneinde een lage amplitude van de oscillerende gradiëntgolfvorm tijdens het hoge-amplitudegedeelte van het HF-pulsprofiel (222) te handhaven.

6. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 1, waarin niet-implementeerbare discontinuïteiten (146) in de gradiëntgolfvorm (234) vermeden zijn.

7. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 1, waarin de stuureenheid verder is geprogrammeerd om de gradiëntgolfvorm (234) te bepalen teneinde een spiraalvormig k-ruimtetraject te implementeren.

8. MR-afbeeldingsinrichting (10) volgens conclusie 5, waarin de stuureenheid verder is geprogrammeerd om het hoge-amplitudesegment van het HF-pulsprofiel (222) te reduceren en 10 uit te rekken teneinde in het algemeen samenvallend te zijn met het draaisnelheid-beperkte segment van de beoogde gradiëntgolfvorm (234).