RU2074401C1

RU2074401C1 - Method of compensation of external magnetic fields of disturbances with formation of magnetoresonance image and device for its implementation

Info

Publication number: RU2074401C1
Application number: RU94041092A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Коткин; А.М. Смирнов
Original assignee: Акционерное общество Научно-производственная фирма "АЗ"
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1997-02-27
Also published as: RU94041092A

Abstract

FIELD: measurement of variable magnetic values. SUBSTANCE: in compliance with proposed method of compensation of external magnetic fields of disturbance with formation of magnetoresonance image value of induction of external magnetic field of disturbances measured outside of region of action of working magnetic field of magnetoresonance image system is converted to electric signal, is amplified and transmitted to both region of action of working magnetic field and to point of measurement of induction of magnetic field of disturbance where specified electric signal is converted to magnetic field compensating for influence of external magnetic field of disturbance. Device for implementation of proposed method includes magnetometer 1 with ferroprobe 2, amplifier 3, compensation coils 4, 5, source 6 of current of compensation of leakage field, four converters 7 of current value, current adder 8 and unit of moment-free coils 9 intercoupled functionally. EFFECT: improved functional stability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится, к области измерений переменных магнитных величин и может быть использовано в системах создания магниторезонансного изображения (МРИ). The invention relates to the field of measurement of variable magnetic quantities and can be used in systems for creating a magnetic resonance image (MRI).

Известен способ коррекции рабочего магнитного поля при создании МР -изображения (и устройство для его осуществления), с помощью которого фиксируют значения магнитного поля за одно (или более) время повторения интервала сканирования в МРИ-цикле и затем корректируют полученное изображение с помощью программных средств обработки данных, формирующих изображение. (Патент США N 4970457, кл. G 01 R 33/20, 1990). Недостатками указанного способа является то, что с его помощью возможно осуществление компенсации только низкочастотных составляющих магнитного поля помехи, поскольку дискретное измерение значений индукции магнитного поля не позволяет отследить ее быстрые изменения, и, кроме того, введение дополнительных замеров значения индукции магнитного поля и корректировки изображения приводит к усложнению программных средств для его осуществления. A known method of correcting the working magnetic field when creating MR images (and a device for its implementation), which fixes the magnetic field for one (or more) time of repetition of the scan interval in the MRI cycle and then adjust the resulting image using processing software image forming data. (U.S. Patent No. 4,970,457, CL G 01 R 33/20, 1990). The disadvantages of this method is that it is possible to compensate only the low-frequency components of the magnetic field of the interference, since the discrete measurement of the values of the magnetic field induction does not allow to track its rapid changes, and, in addition, the introduction of additional measurements of the magnetic field induction and image adjustment leads to complicate the software for its implementation.

Наиболее близким к предложенному является устройство и способ стабилизации рабочего магнитного поля при создании магнито- резонансного изображения, при котором величина скорости изменения индукциивнешнего магнитного поля помехи преобразуется в электрический сигнал, который после усиления поступает в область действия рабочего магнитного поля, где с помощью корректирующего контура преобразуется в соответствующую величину индукции компенсирующего магнитного поля. (Опубликованная заявка РСТ/US N WO 92/18873, кл. G 01 R 33/20, 1992). Недостатком указанного технического решения является то, что применение в нем индукционного датчика, измеряющего скорость изменения величины индукции магнитного поля, позволяет осуществить достаточно полную компенсацию магнитных полей помех, частота изменений которых выше 1 Гц. Closest to the proposed is a device and method for stabilizing the working magnetic field when creating a magnetic resonance image, in which the magnitude of the rate of change of the induction of the external magnetic field of the noise is converted into an electrical signal, which, after amplification, enters the field of action of the working magnetic field, where it is converted using a correction loop into the corresponding magnitude of the induction of the compensating magnetic field. (Published PCT application / US N WO 92/18873, CL G 01 R 33/20, 1992). The disadvantage of this technical solution is that the use of an induction sensor in it, which measures the rate of change of the magnitude of the magnetic field induction, allows a fairly complete compensation of the magnetic fields of interference, the frequency of which is higher than 1 Hz.

Однако на качество томограмм, получаемых в помощью МРИ -систем, существенное влияние оказывают нестабильности их рабочего магнитного поля, создаваемые за счет внешних магнитных полей, изменяющихся как в диапазоне частот от нуля до 1 Гц (например, от силовых цепей постоянного тока, проходящих неподалеку трамвайных и троллейбусных линий, или от движения большой магнитопроницаемой массы листа), так и на более высоких частотах (например, от переменного магнитного поля, создаваемого токами промышленной частоты вплоть до ее третьей гармоники). However, the quality of tomograms obtained using MRI systems is significantly affected by the instabilities of their working magnetic field created due to external magnetic fields that vary in the frequency range from zero to 1 Hz (for example, from DC power circuits passing nearby tram and trolleybus lines, or from the movement of a large magnetically permeable mass of the sheet), and at higher frequencies (for example, from an alternating magnetic field created by currents of industrial frequency up to its third harmonic).

Техническим результатом изобретения является получение с помощью предложенного способа и осуществляющего его устройства возможности компенсации внешних магнитных полей помех аппаратными, средствами в диапазоне частот от нуля до 150 Гц в реальном масштабе времени. The technical result of the invention is to obtain using the proposed method and its device the ability to compensate for external magnetic fields of interference with hardware, means in the frequency range from zero to 150 Hz in real time.

Технический результат в предложенном способе достигается тем, что измеренную величину индукции внешнего магнитного поля помехипреобразуют в электрический сигнал, который усиливают и передают в область действия рабочего магнитного поля, где указанный электрический сигнал преобразуют в магнитное поле с индукцией, по величине равной индукции внешнего магнитного поля помехи и направленной ей навстречу, причем измеряют составляющую величины индукции внешнего магнитного поля помехи, действующую вдоль направления оси, параллельной направлению рабочего магнитного поля, в точке, находящейся вне области действия рабочего магнитного поля, а электрический сигнал, соответствующий величине этой составляющей, после усиления передают кроме области действия рабочего магнитного поля еще и в точку измерения индукции, где его также преобразуют в магнитное поле, компенсирующее влияние внешнего магнитного поля помехи. Защиту указанной точки измерения индукции от влияния соответственно ориентированных составляющих поля рассеяния рабочего магнитного поля и градиентных магнитных полей МРИ системы осуществляют аналогичным преобразованием электрического сигнала, представляющего собой сумму сигналов, пропорциональных величинам индукции указанных магнитных полей, в соответствующее компенсирующее поле. The technical result in the proposed method is achieved by the fact that the measured value of the induction of the external magnetic field of the interference is converted into an electric signal, which is amplified and transmitted to the field of action of the working magnetic field, where the specified electrical signal is converted into a magnetic field with induction equal in magnitude to the induction of the external magnetic field of the interference and directed towards it, and measure the component of the magnitude of the induction of the external magnetic field of the interference, acting along the direction of the axis parallel to to the working magnetic field, at a point outside the range of the working magnetic field, and the electric signal corresponding to the value of this component, after amplification, is transmitted, in addition to the working magnetic field, also to the point of measurement of induction, where it is also converted into a magnetic field that compensates the influence of the external magnetic field of the interference. The protection of the indicated point of measurement of induction from the influence of respectively oriented components of the scattering field of the working magnetic field and gradient magnetic fields of the MRI system is carried out by a similar conversion of an electric signal, which is a sum of signals proportional to the magnitude of the induction of these magnetic fields, into the corresponding compensating field.

Технический результат в устройстве, осуществляющем предложенный способ, достигается тем, что в МРИ системе, содержащей дополнительно детектор магнитного поля помехи, усилитель и первую компенсационную катушку, детектор выполнен в виде магнитометра с феррозондом, размещенным вне области действия рабочего магнитных полей, в соответствующее компенсирующее поле. The technical result in the device implementing the proposed method is achieved by the fact that in the MRI system, which additionally contains an interference magnetic field detector, an amplifier and a first compensation coil, the detector is made in the form of a magnetometer with a flux probe located outside the working magnetic field in the corresponding compensating field .

Технический результат в устройстве, осуществляющем предложенный способ, достигается тем, что в МРИ, содержащей дополнительно детектор магнитного поля помехи, усилитель и первую компенсационную катушку, детектор выполнен в виде магнитометра с феррозондом, размещенным вне области действия рабочего магнитного поля системы так, что его ось чувствительности направлена параллельно направлению действия указанного поля, первая компенсационная катушка выполнена соразмерной полюсам основного магнита МРИ системы и расположена внутри области действия рабочего магнитного поля, и, кроме того, введены вторая компенсационная катушка, источник тока компенсации поля рассеяния, четыре преобразователя величины тока, сумматор токов и блок безмоментных катушек, причем феррозонд подключен к входу магнитометра, выход которого соединен с входом усилителя, к выходу которого подключена цепь из последовательно соединенных первой и второй компенсационных катушек, блок безмоментных катушек соединен с выходом сумматора токов, входы которого соединены с выходами четырех преобразователей величины тока, входы которых соединены соответственно с выходом генератора токов градиентных катушек МРИ - системы и источником тока компенсации поля рассеяния рабочего магнитного поля, а феррозонд магнитометра конструктивно размещен внутри блока безмоментных катушек, который в свою очередь соосно расположен внутри второй компенсационной катушки. The technical result in the device implementing the proposed method is achieved by the fact that in the MRI, which additionally contains an interference magnetic field detector, an amplifier and a first compensation coil, the detector is made in the form of a magnetometer with a flux probe located outside the effective magnetic field of the system so that its axis sensitivity is directed parallel to the direction of action of the specified field, the first compensation coil is made commensurate with the poles of the main magnet of the MRI system and is located inside the region the action of the working magnetic field, and, in addition, a second compensation coil, a current source of compensation of the scattering field, four current transducers of current, a current adder and a block of torqueless coils are introduced, and a flux probe is connected to the input of the magnetometer, the output of which is connected to the input of the amplifier, to the output of which a circuit is connected from the first and second compensation coils connected in series, the torqueless coil unit is connected to the output of the current adder, the inputs of which are connected to the outputs of four converters Ichin current whose inputs are connected respectively to the output of the generator currents MRI gradient coils - and the source of system dispersion compensation current working field of the magnetic field and the flux gate magnetometer is placed within the block constructive momentless coils, which in turn is coaxially positioned within the second bucking coil.

На чертеже представлена функциональная схема устройства компенсации внешних магнитных полей помех при создании магнито-резонансного изображения. The drawing shows a functional diagram of a device for compensating external magnetic fields of interference when creating a magnetic resonance image.

Устройство содержит магнитометр 1 с феррозондом 2, усилитель 3, первую и вторую компенсационные катушки 4, 5, источник 6 тока компенсации поля рассеяния, преобразователи 7.1 7.4 величины тока, сумматор 8 токов, блок 9 безмоментных катушек, в который входят две катушки 10, 11. Кроме того, на чертеже показаны участвующие в работе устройства генератор 12 токов градиентных катушек и основной магнит 13 создания рабочего магнитного поля МРИ системы. Выход магнитометра 1 соединен с входом усилителя 3, выход которого подключен к последовательно соединенным компенсационные катушки 4, 5, источник 6 тока компенсации поля рассеяния, преобразователи 7,1.7,4 величины тока, сумматор 8 токов, блок 9 безмоментных катушек, в который входят две катушки 10, 11. Кроме того, на чертеже показаны участвующие в работе устройства генератор 12 токов градиентных катушек и основной магнит 13 создания рабочего магнитного поля МРИ-системы. Выход магнитометра 1 соединен с входом усилителя 3, выход которого подключен к последовательно соединенным компенсационным катушкам 4, 5, а выходы генератора 12 градиентных токов и источника 6 тока компенсации поля рассеяния подключены через соответствующие преобразователи 7,1.7,4 к входам сумматора 8 токов, выход которого соединен с блоком 9 безмоментных катушек. Конструктивно первая компенсационная катушка 4 выполнена соразмерной полюсам основного магнита 13 и расположена внутри области действия рабочего магнитного поля так, чтобы сформированное ею компенсирующее магнитное поле было направлено навстречу внешнему магнитному полю помехи, а феррозонд 2 магнитометра 1 установлен внутри диагностической комнаты, в которой находится основной магнит 13 МРИ системы, но вне области действия его рабочего магнитного поля и размещен внутри блока 9 безмоментных катушек, который свою очередь соосно расположен внутри второй компенсационной катушки 5, при этом ось чувствительности феррозонда 2 направлена параллельно направлению рабочего магнитного поля магнита 13. The device comprises a magnetometer 1 with a flux probe 2, an amplifier 3, the first and second compensation coils 4, 5, a source 6 of the current for compensating the scattering field, transducers 7.1 7.4 current values, an adder 8 currents, a block 9 of torqueless coils, which includes two coils 10, 11 In addition, the drawing shows the participating in the operation of the device generator 12 currents of gradient coils and the main magnet 13 create a working magnetic field MRI system. The output of the magnetometer 1 is connected to the input of an amplifier 3, the output of which is connected to series-connected compensation coils 4, 5, a source 6 of a current for compensating the scattering field, converters 7,1.7,4 current values, an adder of 8 currents, a block 9 of torqueless coils, which includes two coils 10, 11. In addition, the drawing shows a gradient coil current generator 12 and the main magnet 13 for creating the working magnetic field of the MRI system participating in the operation of the device. The output of the magnetometer 1 is connected to the input of the amplifier 3, the output of which is connected to the compensation coils 4, 5 in series, and the outputs of the gradient current generator 12 and the source 6 of the scattering field compensation current are connected through the corresponding converters 7,1.7,4 to the inputs of the adder 8 currents, output which is connected to a block of 9 torqueless coils. Structurally, the first compensation coil 4 is made commensurate with the poles of the main magnet 13 and is located inside the area of action of the working magnetic field so that the compensating magnetic field formed by it is directed towards the external magnetic field of interference, and the flux gate 2 of magnetometer 1 is installed inside the diagnostic room in which the main magnet is located 13 MRI systems, but outside the range of its working magnetic field and is located inside the block 9 of torqueless coils, which in turn is coaxially located n inside the second compensation coil 5, while the sensitivity axis of the flux gate 2 is directed parallel to the direction of the working magnetic field of the magnet 13.

В качестве магнитометра в предложенном устройстве может быть использован феррозондовый магнитометр переменных полей, приведенный в книге Ю. В. Афанасьева "Феррозондовые приборы". Ленинград. Энергоатомиздат, 1986, с. 109, 110, рис. 4. 2. As a magnetometer in the proposed device can be used a flux-gate magnetometer of variable fields, given in the book of Yu. V. Afanasyev "Flux-gate devices". Leningrad. Energoatomizdat, 1986, p. 109, 110, fig. 4.2.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Относительно рабочего магнитного поля, направленного, например, по оси Z, магнитное поле помехи может иметь любое направление однако влияние на формирование искажений магниторезонансного изображения практически оказывает только то, которое также направлено вдоль оси Z. Устройство компенсирует пространственно однородное магнитное поле помехи, источник которого находится на некотором расстоянии от области рабочего магнитного поля. Феррозонд 2, осьчувствительности которого направлена параллельно оси Z, размещается в точке влияния магнитного поля помехи, но вне области рабочего магнитного поля. Влияние на феррозонд 2 поля рассеяния рабочего магнитного поля и переключаемых градиентов магнитного поля компенсируется с помощью соответствующих токовых сигналов, поступающих от генератора 12 и источника 6 через преобразователи 8.1.8.4 и сумматор 8 на блок 9 безмоментных катушек, который формирует требуемое компенсирующее магнитное поле и устанавливает магнитометр 1 в нулевое положение. Феррозонд 2 измеряет индукцию магнитного поля помехи, величина которой с помощью магнитометра 1 преобразуется в соответствующий электрический сигнал, который усиливается усилителем 3 и поступает на первую компенсационную катушку 4, конструктивно размещенную в области действия рабочего поля основного магнита 13, и обеспечивающую выбором фазы отрицательную обратную связь, с помощью которой производится формирование магнитного поля, компенсирующего магнитное поле помехи. Последовательно к первой компенсационной катушке 4 подключена вторая компенсационная катушка 5, соосно охватывающая феррозонд 2 и соответствующим образом стабилизирующая магнитное поле в точке его расположения. Одновременная стабилизация магнитного поля в области основного магнита 13 и феррозонда 2, обеспечивается одинаковой величиной тока, проходящего через обе последовательно соединенные компенсационные катушки 4. 5 в одном направлении и их одинаковыми коэффициентами преобразования ток индукция. Магнитометр 1 в данном случае работает в режиме нуль-индикатора. With respect to the working magnetic field, directed, for example, along the Z axis, the interference magnetic field can have any direction, however, the distortion formation of the magnetic resonance image is practically only influenced by that which is also directed along the Z axis. The device compensates for the spatially uniform magnetic field of the interference, the source of which is located at some distance from the area of the working magnetic field. The flux gate 2, whose sensitivity axis is parallel to the Z axis, is located at the point of influence of the magnetic field of the interference, but outside the region of the working magnetic field. The influence of the scattering field of the working magnetic field and switched magnetic field gradients on the flux gate 2 is compensated by the corresponding current signals coming from the generator 12 and source 6 through the transducers 8.1.8.4 and the adder 8 to the block 9 of torqueless coils, which generates the required compensating magnetic field and sets magnetometer 1 to the zero position. The flux gate 2 measures the induction of the magnetic field of the interference, the magnitude of which is converted using a magnetometer 1 into the corresponding electrical signal, which is amplified by the amplifier 3 and fed to the first compensation coil 4, which is structurally placed in the field of the working field of the main magnet 13, and which provides negative feedback by choosing a phase by means of which the formation of a magnetic field is made, which compensates for the magnetic field of the interference. In series with the first compensation coil 4, a second compensation coil 5 is connected, coaxially enclosing the flux gate 2 and accordingly stabilizing the magnetic field at its location. Simultaneous stabilization of the magnetic field in the region of the main magnet 13 and the flux gate 2 is ensured by the same magnitude of the current passing through both series-connected compensation coils 4. 5 in one direction and their identical induction current conversion coefficients. Magnetometer 1 in this case works in the zero indicator mode.

Claims

1. A method of compensating for external magnetic fields of interference when creating a magnetic resonance image, which includes measuring one of the characteristics of the external magnetic field of the interference and converting it into an electric signal, which is amplified and transmitted to the operating magnetic field, where the specified electrical signal is converted into a magnetic field with induction, equal in magnitude to the induction of the external magnetic field of the interference and directed towards it, and measure the component of the specified characteristics of the external magnetically o interference field, acting parallel to the direction of the working magnetic field, characterized in that at a point outside the range of the working magnetic field, measure the magnitude of the induction component of the external magnetic field of the interference, and the corresponding electric signal after amplification is transmitted in addition to the scope of the working magnetic field and to the measurement point, where it is also converted into a magnetic field that compensates for the external magnetic field of the interference, and additional protection of the specified measurement point from the influence of correspondingly oriented components of the scattering field of the main magnetic field and gradient magnetic fields of the MRI system operating in its region are carried out by a similar conversion of an electric signal, which is a sum of signals proportional to the values of the corresponding components of the induction of the indicated magnetic fields, into a correcting magnetic field.

2. A device for compensating external magnetic interference fields in an MRI system, comprising a magnetic field detector of interference, as well as a series-connected amplifier and a first compensation coil, characterized in that the magnetic field detector of interference is made in the form of a magnetometer with a flux probe located outside the operating magnetic field fields of the MRI system so that its sensitivity axis is parallel to the direction of action of the specified field, the first compensation coil is made commensurate with the poles of the main magnet MRI systems are located inside the working magnetic field and, in addition, a second compensation coil, a current source for the compensation of the scattering field, four current transducers of current, an adder of currents and a block of torqueless coils are introduced into it, and a flux probe is connected to the input of the magnetometer, the output of which connected to the amplifier input, the end of the winding of the first compensation coil is connected to the beginning of the winding of the second compensation coil, the input of the torqueless coil unit is connected to the output of the current adder, the inputs of which о are connected to the outputs of four transducers of current magnitude, the inputs of which are connected respectively to the output of the current generator of the gradient coils of the MRI system and the current source of the compensation of the scattering field of the working magnetic field of the MRI system, the output of the block of torqueless coils and the end of the winding of the second compensation coil are connected to the zero potential bus devices, and the magnetometer’s flux-gate is structurally placed inside the block of non-torque coils, which, in turn, is coaxially located inside the second compensation coil and.

3. The device according to claim 2, characterized in that the torqueless coil unit includes two coaxially arranged coils, the start of the inner coil winding being the input of the torqueless coil block, the end of the inner coil winding connected to the end of the outer coil winding, the beginning of the winding of which is the output block of momentless coils.