NL8802212A - Werkwijze en inrichting voor wervelstroomcompensatie in mr apparaten. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor compensatie van wervelstroomeffecten in een magnetisch resonantie apparaat waarbij uit een niet gecompenseerde gradientaansturing een signaal voor wervelstroomcompensatie wordt afgeleid en op een apparaat uitgerust met middelen voor wervelstroomcompensatie voor gradientaansturingen.

Een dergelijke werkwijze en apparaat is bekend uit EP 215 547. Aldaar wordt een wervelstroomcompensatie methode beschreven waarbij van een niet gecompenseerde gradientaansturing het opgewekte gradientveld wordt opgemeten en uit vergelijk daarvan met een gewenst gradientveld wordt een signaal afgeleid waarmede de gradientveldaansturing wordt gecompenseerd. Voor het uitvoeren van deze werkwijze is het nodig dat in het apparaat extra meetspoelen worden opgenomen of dat een voor afbeelding te gebruiken gradientspoel geschikt is om genoemde metingen te verrichten. Extra meetspoelen kunnen op zich weer invloed hebben op het wervelstroomgedrag en dienen nauwkeurig in het apparaat gepositioneerd te worden, terwijl gebruikelijke gradientspoelen relatief onnauwkeurige metingen opleveren. Ook worden hier afwijkingen van het gewenste gradientveld opgemeten, terwijl de gevolgen daarvan op de voor diagnostische metingen aan resonantie signalen van primair belang zijn.

De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen en daartoe heeft een in de aanhef genoemde werkwijze volgens de uitvinding tot kenmerk, dat correctie signalen worden bepaald door van een meetobject dat de ruimte van een volume of interest binnen een meetruimte van het apparaat omvat rf resonantie signalen te meten en deze te vergelijken met ideale (gewenste, optimale) resonantie signalen.

Doordat volgens de uitvinding de correctie signalen worden afgeleid van rf resonantie signalen die op gebruikelijke wijze worden gemeten aan een, door een ongecorrigeerde gradientaansturing en een gebruikelijke rf puls geactiveerd meetobject dat althans een groot gedeelte van een, later door een te onderzoeken object gebruiken, volume of interest inneemt, worden correctie signalen verkregen die een directe maat zijn voor te corrigeren afwijkingen. Voor de werkwijze volgens de uitvinding behoeven in het apparaat geen meetspoelen te worden opgenomen maar enkel een later door een te onderzoeken object te vervangen meetobject. Exacte positionering daarvan is voor een goed bruikbare meting niet noodzakelijk. Een apparaat volgens de uitvinding zal zijn uitgerust met elektronische schakelingen en eventueel een geheugen voor het omzetten van gemeten correctiesignalen in compenserende besturingssignalen voor de gradientaansturing. Hierbij zal bij voorkeur gebruik gemaakt worden gemaakt van schakeligen waarin de sterkte en de tijdconstante van correctie aansturingen instelbaar is. Dergelijke schakelcircuits op zich zijn bekend uit bijvoorbeeld EP 215 547 en EP 164 199.

Opgemerkt wordt dat uit US 4,698,591 een methode bekend is waarbij eveneens correctiesignalen worden gewonnen uit rf resonantie signalen, daarbij wordt evenwel gebruik gemaakt van een klein meetobject dat niet centraal in het apparaat wordt geplaatst. Hierdoor wordt geen zekerheid verkregen dat de wervelstroomeffecten ook in een door een te onderzoeken object in te nemen ruimte in het apparaat in voldoende mate zijn gecompenseerd. Ook worden daarbij wervelstroomeffecten in richtingen afwijkend van de veldrichting van een aangelegd gradientveld niet gecorrigeerd waardoor eveneens een minder volledige correctie wordt verkregen.

In een voorkeursuitvoering volgens de uitvinding wordt het niet gecompenseerde wervelstroomgedrag gemeten door het afvalgedrag te meten van een temporele gradiënt veld overgang ter plaatse van het meetobject met behulp van een aldaar opgewekte rf resonantie puls.

Hierbij kan zowel gedacht worden aan het inschakelen als aan het uitschakelen van een gradientveld waarbij meten na uitschakeling, waarbij resonantie signalen van het gehele meetobject effectief tot het signaal bijdragen gunstig kan zijn.

Door meting van de free induction decay van de door de rf resonantie puls opgewekte resonantie signalen wordt een directe maat voor de beeldvorming verstorende wervelstromen effecten verkregen. In het bijzonder worden uit deze signalen de grootte van extra continue gradientvelden bepaald die nodig zijn om een wervelstroomeffect op bijvoorbeeld een tijd t na uitschakelen van een gradientveld tot onder een gestelde waarde te reduceren.

In een verdere voorkeursuitvoering wordt na analyse van de gemeten wervelstroomeffecten een reeks van stuursignalen bepaald waarbij bij voorkeur stuursignalen met overeenkomstige sterkte en afvaltijd worden samengevoegd tot een enkel stuursignaal. Ook kunnen uit de metingen correctiesignalen voor wervelstroomeffecten in van de gradiënt pulse die de wervelstromen oproept afwijkende richtingen worden afgeleid. Voor een verdere optimalisering van de beeldvorming kan in successie ook het wervelstroomgedrag van de compensatie gradientveldaansturingen worden bepaald en uit analyse daarvan weer extra gradientveld aansturingen worden afgeleid en aan de stuurinrichtingen voor de gradientvelden worden toegevoerd.

Een magnetisch resonantie apparaat volgens de uitvinding is bijvoorbeeld uitgerust met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld, een spoelenstelsel voor het opwekken van gradientvelden, een rf spoelenstelsel voor exitatie en/of detectie van magnetische resonantie signalen waarbij een stuurinrichting voor gradientspoelaansturing is uitgerust met middelen voor het toepassen van de boven beschreven werkwijze. Bij voorkeur bevatten genoemde middelen aan startwaarden en tijconstanten voor exponentieel afnemende signalenaanpasbare stroomregelcircuits.

Aan de hand van de tekening zullen in het onderstaande enkele voorkeursuitvoeringen volgens de uitvinding nader worden beschreven. In de tekening toont:

Figuur 1 een magnetisch resonantie apparaat uitgerust met middelen voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding en Figuur 2 schakelschema's voor instelbare exponentiële stuurpulsen als onderdeel daarvan.

Een magnetisch resonantie apparaat zoals weergegeven in figuur 1 bevat een magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld H, een magneetstelsel 4 voor het opwekken van magnetische gradientvelden, voedingsbronnen 6 en 8 voor respectievelijk het magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. Een radiofrequente magneetspoel 10 dient voor het opwekken van een radio frequent magnetisch wisselveld en is daartoe aangesloten op een radiofrequentbron 12. Voor detectie van door een radiofrequent zendveld in een te onderzoeken object of in een meetobject 13 opgewekte magnetische resonantie signalen kan eveneens gebruik gemaakt worden van de radiofrequentspoel 10 waartoe deze is verbonden met een signaalversterker 14. De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale besturingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de radiofrequente bron 12, de voedingsbron 8 voor de gradientspoelen en een monitor 22 voor beeldweergave. Een hoogfrequent oscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 als de meetsignalen verwerkende fasegevoelige gelijkrichter 16. Voor eventuele koeling van de magneetspoelen 2 voor het hoofdveld dient een koelinrichting 26 met koelleidingen 27. Een dergelijke koelinrichting kan uitgevoerd zijn als waterkoeling voor weerstandsspoelen of voor hoge veldsterkte bijvoorbeeld als vloeibare stikstof en/of heliumkoeling voor supergeleidende magneetspoelen. De binnen de magneetstelsels 2 en 4 geplaatste zendspoel 10 omsluit een meetruimte 28 die bij een apparaat voor medische diagnostische metingen ruim genoeg is voor het omvatten van te onderzoeken patiënten. In de meetruimte 28 zijn aldus een homogeen magneetveld H, doorsneden van het object selecterende gradientvelden en een ruimtelijk homogeen radiofrequent wisselveld op tewekken. De radiofrequentspoel 10 wordt hier gedacht de functie van zendspoel en meetspoel te combineren. Voor beide functies kan ook met verschillende spoelen worden gewerkt, bijvoorbeeld met oppervlakte spoelen als meetspoelen.

Het spoelenstelsel 2 voor het stationaire veld heeft hier de vorm van zes isoradiale spoelen 29 die als supergeleidende spoelen zijn opgenomen in een dewar vat 30 voor vloeibare stikstof of helium dat daarin vanuit de koelinrichting 26 kan worden ingébracht. Opgemerkt wordt dat de koelinrichting daarbij zowel enkel een voorraadvat vloeibare stikstof of helium als een liquefier daarvoor kan zijn. In het laatste geval wordt het in de dewar verdampte vloeistof steeds weer gekoeld en onstaat dus een gesloten koelvoorzieningen. Om een eventuele helium dewar vat bevindt zich gebruikelijk een mantel gevuld met bijvoorbeeld vloeibare stikstof.

Een de gradientspoelen 4 dragende gradientspoelenhouder 32 is gebruikelijk binnen de spoelen voor het hoofdveld en daarmede binnen de dewar aangebracht. Bij wijze van voorbeeld zijn hier X-gradientspoelen 34 Y-gradientspoelen 36 en Z-gradientspoelen 38 aangegeven. De Z-gradientspoelen vormen bijvoorbeeld gesloten ringen om de gehele meetruimte terwijl de X- en Y-spoelen de vorm van zadelspoelen hebben. Een voorbeeld van een gradientspoelenstelsel is bijvorbeeld gegeven in EP 164 199.

Horden met een dergelijk apparaat afbeeldingen van te onderzoeken patiënten gemaakt dan treden daarin vertekeningen op als gevolg van wervelstroomeffecten die door het in en uitschakelen van de gradientvelden worden opgeroepen. De wervelstromen kunnen bijvoorbeeld optreden in wanden van dewar vaten zoals van het vat 30, in rf schermen die veelal in een dergelijk apparaat zijn opgenomen enz. De wervelstromen werken het ontstaan of opheffen van de gradientvelden tegen en verhinderen aldus een snel meetproces omdat optimaal storingsvrije beelden slechts kunnen worden gerealiseerd als de gradientvelden de gewenste vorm aangenomen hebben. Bij spectroscopisch onderzoek kan een zodanige lijnvervaging optreden dat de diagnostische waarde van de gemeten spectra verloren gaat. Als eerst relatief lang na het aanleggen van de gewenste gradientvelden gemeten kan worden, dan moet met een mindere signaal-ruis verhouding en en gereduceerd oplossend vermogen genoegen worden genomen, wordt niet alleen een onderzoek daar ernstig door vertraagd, maar is ook de kans dat andere fouten zoals bewegingsartefacten zullen optreden relatief groot en treedt contrastvervaging op.

Van het meetobject 13, bijvoorbeeld een al dan niet holle bol uit magnetisch resonantie gevoelig materiaal, worden nu volgens de uitvinding free induction decaysignalen gemeten, bijvoorbeeld op verschillende tijdstippen na het uitschakelen van een gradientveld, bijvoorbeeld het X-gradientveld. Het verloop van deze signalen, dat betekent hier dus de tijdsafhankelijke afval van de sterkte daarvan, wordt vergeleken met een ideaal verloop daarvoor, dus voor het geval dat geen gradientveld is geschakeld. Uit de aldus verkregen gegevens worden correctie signalen afgeleid die nodig zijn voor aansturing van de gradientspoelen om genoemde fouten te compenseren. Is een dergelijke compensatie gerealiseerd dan kan door het correctie signaal weer een storend wervelstroomeffect optreden. Gebleken is namelijk dat een correctiesignaal ongeveer 40% van de nominale gradientaansturing kan bedragen. Indien gewenst kan een aldus geïntroduceerd wervelstroomeffect weer worden opgemeten en uit deze metingen weer een correctie signaal voor aansturing worden afgeleid. Dit proces kan zo lang als gewenst worden doorgevoerd. De reeks van correctie signalen die dus in sterkte en in tijdconstante verschillend exponentieel verloop tonen kunnen op bekende wijze met daaraan aanpasbare schakelcircuits i worden gerealiseerd. Voor een meet en regel methodiek op zich hiervoor kan worden verwezen naar ÜS 4,698,591, in het bijzonder figuur 4a voor het opwekken van een registreerbaar wervelstroomeffect. Opgemerkt wordt dat de daarbij te gebruiken rf puls niet noodzakelijkerwijs een 90Q puls behoeft te zijn. Analyse van de free induction decay signalen wordt aldaar beschreven aan de hand van de figuren 4b, 5 en 6 en een regelinrichting voor het realiseren van exponentiële stuursignalen wordt beschreven aan de hand van figuur 8 die overeenkomt met figuur 2a van deze octrooiaanvrage.

Wordt bijvoorbeeld gemeten na een gradientveldovergang bijvoorbeeld het uitschakelen van een gradientveld in de X-richting, dan worden in eerste instantie correctie signalen voor de X-gradientspoel aansturing bepaald. Blijkt daarbij geen voldoende compensatie te worden verkregen dan kunnen ook correctie signalen voor het Y-gradientveld en het Z-gradientveld worden bepaald en aan de voedingen voor de relevante spoelen worden toegevoerd.

Uit een scala van correctie signalen, dat aldus kan worden bepaald, kunnen om economische overwegingen signalen met aanverwante sterkte en tijdconstante worden samengevoegd en kan dan voor elk van deze pakketjes signalen met een enkel schakelcircuit worden gewerkt.

Figuur 2a geeft een voorbeeld van een schakelschema voor correctiecircuits waarmede correctiesignalen aan de voeding van het gradientspoelenstelsel kunnen worden toegevoerd. Parallel geschakeld met een voedingsweerstand 40 bevat het schakelschema een reeks filtercircuits met hier een capaciteit 42, een afvaltijd bepalende instelbare weerstand 44, een amplitude bepalende instelbare weerstand 46, een vaste weerstand 48 en een operationele versterker 50. Voor een dergelijk exponentieel afvalcircuit wordt de afvalwaarde gegeven door Rt.C waarin Rt de weerstandswaarde van weerstand 44 en C de capaciteitswaarde van de condensator 42 is. De amplitude van een correctie signaal wordt gegeven door .

D*r met Ra de ingestelde weerstandswaarde van de weerstand 46, Rmax de maximale weerstandswaarde daarvan, Rv de weerstandswaarde van de voedingsweerstand 40 en Rc de weerstandswaarde van de weerstand 48. Als voorbeeld geldt bijvoorbeeld voor Rv 100 kQ, Ra een 10 kQ instelbare weerstand, voor Rc amplitude marge afhankelijk en weerstandswaarde van 250 tot 1.000 kQ. Het schema omvat aldus voor elke voorkomende afvaltijd en amplitude een correctiecircuit 52 waardoor in afvaltijd of amplitude overeenkomende correctie signalen door een enkel correctiecircuit kunnen worden gegenereerd. Dit circuit met een aantal correctiecircuits gelijk aan een gewenst aantal verschillende correctiesignalen is geschakeld tussen een ingangsaansluiting 54 (A) en een aansluiting 56 (B) voor een gradientspoel aanstuurinrichting. Na meting van wervelstroomeffecten aan een in het apparaat geplaatst meetobject en analyse van de meetgegevens kunnen van de verschillende circuits de weerstandwaarden voor de gewenste tijdconstante en amplitude worden ingesteld. Voor aansturing van de voeding voor een ander gradientspoelenstelsel kan gebruik gemaakt worden van een schakeling als aangegeven in Figuur 2b met een aansluiting 60 (C) voor een positieve correctie en een aansluiting 62 (62) voor een negatieve correctie, een reeks correctiecircuits 64, hier om der wille van de gevoeligheid een reeks voedingsweerstanden 66 overbrugt met een operationele versterker 68 en een uitgangsaansluiting 70 (D). Met een dergelijke schakeling worden voor elk van de richtingen van het gradientveld correcties gebaseerd op wervelstroomeffecten doorgevoerd.

Figuur 2c geeft een voorbeeld van een schakelschema voor het realiseren van hogere orde correctie signalen, in het bijzonder mengcorrectie signalen waarmede wordt bedoeld correctie signalen voor van het aangestuurde gradientveld afwijkende gradientveld oriëntaties. Het circuit is daartoe opgebouwd uit correctiecircuits 80. Overeenkomstig het circuit als gegeven in figuur 2a met aansluitingen A en B, correctiecircuits 82 overeenkomstig het in figuur 2b gegeven circuit met aansluitingen C en D met C aan de bovenzijde als positieve ingang en C aan de onderzijde als negatieve, signaal sommeerinrichtingen 84 en ingangsklemmen 85, 86 en 87 voor X-gradient, Y-gradient en Z-ingangssignalen en uitgangsklemmen 88, 89 en 90 voor afvoer van gecorrigeerde signalen voor X-, Y- en Z-aansturingen.

Een loop 92 met een CD circuit 8Γ en een sommeerinrichting 84' is gestippeld weergegeven om aan te tonen dat die als focultatief beschouwd kan worden. Met behulp van lineaire response theorie door middel van Laplace transformaties kan een dergelijk schakelcircuit exact worden bepaald. Het aantal termen van de polynoom wordt mede bepaald door de grootte en structuur van het wervelstroomgedrag.

Claims (10)

1. Werkwijze voor compensatie van wervelstroomeffecten in een magnetisch resonantie apparaat waarbij uit metingen na een niet gecompenseerde gradientveld verandering een signaal voor wervelstroom compensatie wordt afgeleid, met het kenmerk, dat correctie signalen worden bepaald door van een meetobjeet dat de ruimte van een volume of interest binnen een meetruimte van het apparaat omvat rf resonantie signalen te meten en deze te vergelijken met resonantie signalen verkregen uit overeenkomstige metingen zonder het optreden van een gradientveldverandering.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat uit niet gecompenseerde wervelstroomgedrag wordt gemeten door uit free induction decay signalen opgewekt door een ter plaatse van het meetobject opgewekte rf puls het afvalgedrag te meten op meerdere tijdstippen t na een gradientveldovergang.

3. Werkwijze volgens één der conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat uit metingen van een wervelstroomgedrag de grootte van extra continue gradientvelden wordt bepaald, die nodig zijn om een wervelstroomeffect op een gewenst tijdstip t na een gradientveldovergang tot onder een gestelde waarde te reduceren.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat uit wervelstroomgedrag metingen van een gradientveldovergang voor een eerste gradientveldsymmetrie ook correctie signalen voor gradientveld correctie voor gradientvelden met een daarvan afwijkende symmetrie worden afgeleid.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat van een weverstroom gecompenseerde gradientveldaansturing op overeenkomstige wijze een wervelstroomgedrag wordt gemeten en met behulp daarvan compenserende gradientveldaansturingen worden bepaald.

6. Magnetisch resonantie apparaat met een magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld, een spoelenstelsel voor het opwekken van gradientvelden en een rf spoelenstelsel, met het kenmerk, dat een stuurinrichting voor gradientvelden is uitgerut met middelen voor het toepassen van de werkwijze volgens één der voorgaande conclusies.

7. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een stuurinrichting voor gradientvelden is uitgerust met aan startwaarden en tijdconstanten exponentieel afnemende correctiesignalen aanpasbare stroomregelelementen.

8. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat daarin een meetinrichting voor het meten van free induction decay resonantie signalen, een signaalverwerkingsinrichting voor omvorming van die signalen in exponentieel afvallende correctie signalen en met schakelcircuits aangepast voor het opwekken van die correctie signalen.

9. Magnetisch resonantie apparaat volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de signaalverwerkingsinrichting is uitgerust met middelen voor het uit een aangelegde gradientveldovergang voor een eerste gradientveldsymmetrie berekenen van correctie signalen voor gradientvelden met een daarvan afwijkende symmetrie.

10. Magnetisch resonantie apparaat volgens één der conclusies 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk, dat een signaalverwerkingsinrichting is uitgerust met middelen voor het bepalen van gradientveldaanstuurcorrectie signalen die ook kruistermen en hogere ordetermen omvat.