DE10041808B4 - Feldfrequenz-Sperrsystem für ein Magnetresonanzsystem - Google Patents
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Abstract
Feldfrequenz-Sperrsystem in einem MRI-System mit einem Magneten (140) zur Erzeugung eines Polarisationsmagnetfeldes (B0) in einem Bereich und einer Gradientenspulenanordnung (139) zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in einem abzubildenden, in dem Bereich befindlichen Subjekt, mit einer Mikrospule (130) außerhalb der Gradientenspulenanordnung (139) und in dem Bereich, in dem das Polarisationsmagnetfeld (B0) erzeugt wird, einer Resonanzprobe (280), die an die Mikrospule angrenzend angeordnet ist und ein Resonanzprobenmaterial enthält, das ein Signal erzeugt, wenn die Mikrospule mit einem RF-Impuls erregt wird, einer Sendeeinrichtung (256) zur Erzeugung eines RF-Impulses, der an die Mikrospule (130) angelegt wird, einer Empfangseinrichtung (264) zur Erfassung eines Signals von der Mikrospule (130), das durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, einem Frequenzvergleicher (266) zur Messung der Differenzfrequenz (Δω) zwischen der Frequenz des erfassten Signals und einer Bezugsfrequenz, die einer Frequenz entspricht, die durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, wenn das Polarisationsmagnetfeld B0 an einem nominalen Wert liegt, und...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf kernmagnetische Resonanz-(NMR-)Verfahren und -Systeme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Kompensation von NMR-Systemen bezüglich Schwankungen im Polarisationsmagnetfeld.
- Wird eine Substanz wie menschliches Gewebe einem gleichförmigen Magnetfeld (Polarisationsfeld B0) ausgesetzt, versuchen sich die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren jedoch darum in zufälliger Ordnung an ihrer charakteristischen Larmor-Frequenz. Wird die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (Anregungsfeld B1) ausgesetzt, das sich in der x-y-Ebene und nahe der Larmor-Frequenz befindet, kann das ausgerichtete Nettomoment Mz in die x-y-Ebene zur Erzeugung eines transversalen magnetischen Nettomoments Mt gedreht bzw. gekippt werden. Ein NMR-Signal wird durch die angeregten Spins nach Beendigung des Anregungssignals B1 emittiert, und dieses Signal kann empfangen und verarbeitet werden.
- Bei der Verwendung dieser NMR-Signale zur Erzeugung von Bildern, werden Magnetfeldgradienten (Gx, Gy und Gz) angewendet. Typischerweise wird der abzubildende Bereich durch eine Folge von Messzyklen abgetastet, in denen diese Gradienten sich entsprechend dem bestimmten verwendeten Lokalisierungsverfahren verändern. Der resultierende Satz empfangener NMR-Signale wird zur Rekonstruktion des Bildes unter Verwendung eines vieler bekannter Rekonstruktionsverfahren digitalisiert und verarbeitet.
- Das Polarisationsfeld B0 muss während der Folge der Abbildungssequenzen stabil sein, die eine Dauer von wenigen Sekunden bis zu 15 Minuten haben können. Die erforderliche Stabilität ist sehr hoch, und typischerweise können Änderungen von 0,1 bis wenige partes per millionem (ppm) die Spektren oder das Bild verschlechtern. Das Stabilitätserfordernis ist somit sehr bedeutend und ist besonders schwierig bei Resistiv- und Permanentmagneten im Gegensatz zu supraleitenden Magneten zu erreichen.
- Die Instabilitäten können durch äußere Störungen (beispielsweise durch sich bewegende Eisenmassen wie Aufzüge) und Unvollkommenheiten im Magnetsystem verursacht werden. Bei resistiven Magneten beinhalten derartige Unvollkommenheiten Instabilitäten im Magnetstrom und eine thermische Kontraktion der Spulen. Bei Permanentmagneten beeinflusst die Umgebungstemperatur sowohl die Dimensionen des Magneten als auch den durch sein Material erzeugten Fluss, und somit ist dieser Magnettyp ziemlich empfindlich bezüglich thermischer Fluktuationen.
- Das Stabilitätserfordernis des Polarisationsfeldes wurde in der
US 4 623 843 von Macovski und in derUS 4 417 209 von Hounsfield beschrieben. Diese lehren, wie die Präsenz unerwarteter Fluktuationen in dem Polarisationsfeld ΔB0 gemessen werden können, und wie das gemessene Signal zur Kompensation von ΔB0 verwendet werden kann. Diese ΔB0-Messung wird durch eine NMR unter Verwendung einer separaten Bezugsprobe außerhalb des abgebildeten Objekts, aber innerhalb des B0-Feldbereichs durchgeführt. Die Bezugsprobe kann separat oder durch das gleiche RF-Anregungsfeld wie das Objekt angeregt werden. Das Bezugssignal von der Probe erzeugt ein NMR-Signal mit einer Frequenz f0 + Δf0, die proportional zu B0 + ΔB0 ist. Die gemessenen Frequenzänderungen Δf0 werden zur Demodulation der von dem Objekt empfangenen erfassten NMR-Signale verwendet, wodurch ΔB0-Instabilitäten während des Empfangs kompensiert werden. Verfahren zur Kompensation der Amplitude bzw. Größe des Polarisationsfeldes B0 während der Anregung des Objekts sind auch beschrieben. - Herkömmliche Systeme zur Kompensation von ΔB0 weisen mehrere grundlegende Mängel auf. Die während der Spektroskop- oder Abbildungssequenz verwendeten Gradienten verursachen zusätzliche Magnetfelder an den Punkten, wo B0 gemessen wird, und sie ändern sich schnell mit der Zeit. Dies machte die Verwendung eines kontinuierlich messenden NMR-Messfühlers unmöglich. Die NMR-B0-Sensoren müssen daher im gepulsten Modus verwendet werden, was bedeutet, dass das Kompensationssignal lediglich während Abschnitten der Abtastzeit verfügbar ist. Dies verkompliziert seine Verwendung, da es mit der Abbildungsimpulssequenz zur Ausbildung eines Signals bei Bedarf koordiniert werden muss.
- Ein weiteres mit den Magnetfeldgradienten verbundenes Problem besteht darin, dass sie das erhaltbare NMR-Signal vom Sensor verschlechtern, da sie das NMR-Signal über dessen empfindliches Volumen aus der Phase verschieben. Dies resultiert in der Verkürzung der Dauer des freien Kernpräzessionssignals, das für jeden Impuls erhalten wird. Dies bedeutet, dass das empfindliche Volumen des Sensors nicht sehr groß sein kann. Infolgedessen ist das Signal-Rausch-(S/N-)Verhältnis des NMR-Sensors im besten Fall nur geringfügig besser als erforderlich, und im schlimmsten Fall kann es die Qualität des endgültigen Bildes verschlechtern.
- Wie in der
US 5 488 950 A offenbart, besteht eine Lösung dieser Probleme in der Verwendung einer Elektron-Spin-Resonanz (ESR) als Mittel zur Messung von Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld. Wie bei der NMR verwendet die ESR ein starkes Polarisationsmagnetfeld zur Messung von Resonanzsignalen, allerdings werden bei der ESR die Resonanzsignale durch Elektronen anstatt durch Kerne erzeugt. Die ESR arbeitet typischerweise im Mikrowellenfrequenzbereich und verwendet Elektronik- und Spulenstrukturen, die wesentlich von denen bei der NMR verwendeten verschieden sind. - In den vergangenen Jahren wurden kleine RF-Spulen, sogenannte Mikrospulen, zur Verwendung bei der NMR-Spektroskopie und der NMR-Abbildung entwickelt. Wie in der
US 5 684 401 A und derUS 5 654 636 A beschrieben, werden Mikrospulen bei der Spektroskopie zum Erhalten von NMR-Signalen von sehr kleinen Proben verwendet. Wie in derUS 5 655 234 A offenbart, werden Mikrospulen auch bei NMR-Abbildungsanwendungen verwendet, wo sie in medizinischen Instrumenten (beispielsweise Kathetern, Biopsienadeln usw.) eingebettet sind, und zur Erzeugung von Signalen verwendet werden, aus denen ihr Ort in dem Patienten bestimmt werden kann. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend angeführten Probleme zu lösen.
- Erfindungsgemäß ist ein Feldfrequenz-Sperrsystem für ein NMR-System ausgestaltet, bei dem eine Mikrospule und eine Resonanzprobe in dem Polarisationsmagnetfeld des NMR-Systems an einem Ort positioniert sind, der wesentlich von den Gradientenmagnetfeldern abgeschirmt ist, die durch das NMR-System während einer Abtastung erzeugt werden. Die Resonanzprobe wird durch die Erregung der Mikrospule angeregt, und das durch die Resonanzprobe erzeugte resultierende Signal wird zur Bestimmung seiner Resonanzfrequenz erfasst und analysiert. Diese Resonanzfrequenzmessung wird zur Bestimmung von Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld des NMR-Systems und zur Erzeugung von Korrektursignalen verwendet. Die Korrektursignale können zur Kompensation der Polarisationsmagnetfeldstärke verwendet werden, oder sie können zur Modulation der RF-Bezugsfrequenz verwendet werden, die durch das NMR-System während seiner Abtastung eines Subjekts angewendet wird.
- Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines MRI-Systems, das die Erfindung anwendet, -
2 ein elektrisches Blockschaltbild der Sende-Empfangseinrichtung, die einen Teil des MRI-Systems in1 bildet, -
3 ein elektrisches Blockschaltbild des Feldfrequenz-Sperrsystems, das einen Teil des in1 gezeigten MRI-Systems bildet, und -
4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Mikrospule, die bei dem System in3 Anwendung findet. - In
1 sind die Hauptkomponenten eines bevorzugten MRI-Systems gezeigt, das die Erfindung beinhaltet. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienkonsole100 aus gesteuert, die eine Tastatur und ein Steuerfeld102 sowie eine Anzeigeeinrichtung bzw. einen Bildschirm104 umfasst. Die Konsole100 kommuniziert über eine Verbindung116 mit einem separaten Computersystem107 , das einem Bediener die Steuerung der Erzeugung und die Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm104 ermöglicht. Das Computersystem107 enthält eine Vielzahl von Modulen, die miteinander über eine Rückwandplatine kommunizieren. Diese enthalten eine Bildverarbeitungseinrichtung106 , eine CPU bzw. Zentralverarbeitungseinheit108 und eine Speichereinrichtung113 , die in der Technik als Bildpuffer zur Speicherung von Bilddatenarrays bekannt ist. Das Computersystem107 ist mit einem Plattenspeicher111 und einem Bandlaufwerk112 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden, und kommuniziert mit einer separaten Systemsteuerung122 über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung115 . - Die Systemsteuerung
122 beinhaltet eine Gruppe von miteinander über eine Rückwandplatine verbundenen Modulen. Diese enthalten eine CPU bzw. Zentralverarbeitungseinheit119 und eine Impulsgeneratoreinrichtung121 , die mit der Bedienkonsole100 über eine serielle Verbindung125 verbunden ist. Über diese Verbindung125 empfängt die Systemsteuerung122 Befehle von dem Bediener, die die durchzuführende Abtastsequenz anzeigen. Die Impulsgeneratoreinrichtung121 steuert die Systemkomponenten zur Ausführung der gewünschten Abtastsequenz. Sie erzeugt Daten, die den Zeitpunkt, die Stärke und die Form der zu erzeugenden RF-Impulse und den Zeitpunkt und die Länge des Datenerfassungsfensters kennzeichnen. Die Impulsgeneratoreinrichtung121 ist mit einer Gruppe von Gradientenverstärkern127 zur Kennzeichnung des Zeitpunkts und der Form der während der Abtastung zu erzeugenden Gradientenimpulse verbunden. Die durch die Impulsgeneratoreinrichtung121 erzeugten Gradientensignalverläufe werden an das Gradientenverstärkersystem127 aus Gx-, Gy- und Gz-Verstärkern angelegt. Jeder Gradientenverstärker erregt eine entsprechende Gradientenspule in einer allgemein mit139 bezeichneten Anordnung zur Erzeugung der Magnetfeldgradienten, die zur Positionskodierung erfasster Signale verwendet werden. - Die Gradientenspulenanordnung
139 bildet einen Teil einer Magnetanordnung141 , die einen Polarisationsmagneten140 und eine Ganzkörper-RF-Spule152 umfasst. Eine Sende-Empfangseinrichtung150 in der Systemsteuerung122 erzeugt Impulse, die durch einen RF-Verstärker151 verstärkt und der RF-Spule152 durch einen Sende-/Empfangsschalter154 zugeführt werden. Die durch die angeregten Kerne in dem Patienten abgestrahlten resultierenden Signale können durch die gleiche RF-Spule152 erfasst und über den Sende-/Empfangsschalter154 einem Vorverstärker153 zugeführt werden. Die verstärkten NMR-Signale werden in dem Empfangsabschnitt der Sende-Empfangseinrichtung150 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter154 wird durch ein Signal von der Impulsgeneratoreinrichtung121 zur elektrischen Verbindung des RF-Verstärkers151 mit der Spule152 während des Sendemodus und zur Verbindung des Vorverstärkers153 während des Empfangsmodus gesteuert. Der Sende-/Empfangsschalter154 ermöglicht auch die Verwendung einer separaten RF-Spule (beispielsweise einer Kopfspule oder Oberflächenspule) in dem Sende- und Empfangsmodus. - Die durch die RF-Spule
152 aufgenommenen NMR-Signale werden durch die Sende-Empfangseinrichtung150 digitalisiert und zu einer Speichereinrichtung160 in der Systemsteuerung122 übertragen. Ist die Abtastung abgeschlossen und wurde ein vollständiges Datenarray in der Speichereinrichtung160 erfasst, arbeitet ein Arrayprozessor161 zur Fourier-Transformation der Daten in ein Array aus Spektroskopie- oder Bilddaten. Diese Daten werden über die serielle Verbindung115 dem Computersystem107 zugeführt, wo sie im Plattenspeicher111 gespeichert werden. Im Ansprechen auf von der Bedienkonsole100 empfangene Befehle können diese Bilddaten auf dem Bandlaufwerk112 archiviert oder durch die Bildverarbeitungseinrichtung106 weiterverarbeitet und der Bedienkonsole100 zugeführt und auf der Anzeigeeinrichtung104 angezeigt werden. - Wie nachstehend näher beschrieben, steuert die Impulsgeneratoreinrichtung
121 auch den Betrieb eines Feldfrequenz-Sperrsystems129 . Das Sperrsystem129 arbeitet mit einer Mikrospule130 zur Messung von Schwankungen in der Polarisationsmagnetfeldstärke B0 und zur Erzeugung eines Korrektursignals für die CPU119 in der Systemsteuerung122 . - Gemäß den
1 und2 erzeugt die Sende-Empfangseinrichtung150 das RF-Anregungsfeld B1 über einen Leistungsverstärker151 an einer Spule152A und empfängt das in einer Spule152B induzierte resultierende Signal. Wie vorstehend angeführt, können die Spulen152A und B wie in2 gezeigt separat vorhanden sein, oder sie können durch eine einzelne Ganzkörperspule wie in1 gezeigt ausgebildet sein. Die Basis- oder Trägerfrequenz des RF-Anregungsfeldes wird unter der Steuerung eines Frequenzsynthetisierers200 erzeugt, der eine Gruppe digitaler Signale (CF) von der CPU119 und der Impulsgeneratoreinrichtung121 empfängt. Diese digitalen Signale zeigen die Frequenz und Phase des am Ausgang201 erzeugten RF-Trägersignals an. Wie nachstehend näher beschrieben wird, wird die Frequenz dieses RF-Trägers durch das Korrektursignal geändert, das durch das Feldfrequenz-Sperrsystem129 erzeugt wird. Der befohlene RF-Träger wird einem Modulator und Aufwärtswandler202 zugeführt, wo seine Amplitude im Ansprechen auf ein Signal R(t) moduliert wird, das auch von der Impulsgeneratoreinrichtung121 empfangen wird. Das Signal R(t) definiert die Hüllkurve des zu erzeugenden RF-Anregungsimpulses und wird in der Einrichtung121 durch aufeinanderfolgendes Auslesen einer Folge gespeicherter digitaler Werte erzeugt. Diese gespeicherten digitalen Werte können wiederum von der Bedienkonsole100 aus verändert werden, um die Erzeugung einer beliebigen gewünschten RF-Impulshüllkurve zu ermöglichen. - Die Amplitude bzw. Größe des am Ausgang
205 erzeugten RF-Anregungsimpulses wird durch eine Anregungsdämpfungsschaltung206 gedämpft, die einen digitalen Befehl TA von der Rückwandplatine118 empfängt. Die gedämpften RF-Anregungsimpulse werden an den Leistungsverstärker151 angelegt, der die RF-Spule152A ansteuert. Eine ausführlichere Beschreibung dieses Abschnitts der Sende-Empfangseinrichtung122 ist in derUS 4 952 877 gegeben, die als Querverweis angegeben wird. - Gemäß den
1 und2 wird das durch das Subjekt erzeugte Signal durch die Empfängerspule152B aufgenommen und über den Vorverstärker153 dem Eingang einer Empfängerdämpfungseinrichtung207 zugeführt. Die Empfängerdämpfungseinrichtung207 verstärkt das Signal weiter um einen Betrag, der durch ein digitales, von der Rückwandplatine118 empfangenes Dämpfungssignal (RA) bestimmt wird. - Das empfangene Signal befindet sich an oder um die Larmor-Frequenz, und dieses Hochfrequenzsignal wird in zwei Verarbeitungsschritten durch einen Abwärtswandler
208 herabgewandelt, der zuerst das NMR-Signal mit dem Trägersignal auf der Leitung201 mischt, und dann das resultierende Differenzsignal mit einem 205-MHz-Bezugssignal auf einer Leitung204 mischt. Das herabgewandelte NMR-Signal wird dem Eingang eines Analog-Digital-(A/D)-Wandlers209 zugeführt, der das analoge Signal abtastet und digitalisiert und es einer digitalen Erfassungseinrichtung und einer Signalverarbeitungseinrichtung210 zuführt, die 16-Bit-in-Phase-(I-)Werte und 16-Bit-Quadratur-(Q-)Werte entsprechend dem empfangenen Signal erzeugt. Der resultierende Strom digitalisierter I- und Q-Werte des empfangenen Signals wird über die Rückwandplatine118 zu der Speichereinrichtung160 ausgegeben, wo sie zur Rekonstruktion eines Bildes verwendet werden. - Das 2,5-MHz-Bezugssignal sowie das 250-kHz-Abtastsignal und die 5-, 10- und 60-MHz-Bezugssignale werden durch einen Bezugsfrequenzgenerator
203 aus einem gemeinsamen 20-MHz-Mastertaktsignal erzeugt. Eine ausführlichere Beschreibung der Empfangseinrichtung ist in derUS 4 992 736 gegeben, die als Querverweis enthalten ist. - Gemäß
3 enthält das Feldfrequenzsperrsystem eine Steuerschaltung250 , die das Sperrsystem im Ansprechen auf an252 von der Impulsgeneratoreinrichtung121 empfangene Steuersignale steuert. Das Sperrsystem129 enthält einen Frequenzgenerator254 , der eine Bezugsfrequenz an der Resonanzfrequenz der Probe erzeugt, die durch die Mikrospule130 umkreist ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Resonanzprobe 19F, das ein gyromagnetisches Verhältnis y = 2,5181 × 108 hat. Die Bezugsfrequenz wird unter Verwendung einer nominalen Polarisationsfeldstärke Bn des MRI-Systems wie folgt bestimmt:ωr = γBn. - Die Bezugsfrequenz wird einer Sendeeinrichtung
256 zugeführt, die einen breitbandigen RF-Anregungsimpuls mit dem Mittelpunkt an der Bezugsfrequenz erzeugt. Der RF-Impuls weist einen Kippwinkel von 90° auf und wird über einen Sende-/Empfangsschalter258 zugeführt und zu der Mikrospule130 über ein Koaxialkabel260 und eine Impedanzanpassungsschaltung262 gekoppelt. - Das durch die Mikrospule
130 erzeugte resultierende RF-Feld erzeugt eine transversale Magnetisierung in den 19F-Spins in der Resonanzprobe, und es wird ein freies Induktionsabfall(FID)-NMR-Signal erzeugt und durch die Mikrospule130 empfangen. Der Sende-Empfangsschalter258 wird in den Empfangsmodus geschaltet, und das NMR-Signal wird zu einem Empfänger264 gekoppelt und durch diesen verstärkt. Die Frequenz dieses empfangenen Signals wird durch die tatsächliche Polarisationsfeldstärke (BA) bestimmt:ωA = γBA. - Sowohl die Bezugsfrequenz ωr als auch die Frequenz ωA des empfangenen NMR-Signals werden einem Frequenzvergleicher
266 zugeführt. Die resultierende Differenzfrequenz Δω am Ausgang268 bezeichnet die Änderung (ΔB) in dem Polarisationsmagnetfeld von seinem nominalen Wert Bn:Δω = ωr – ωA = γBn – γBA ΔB = Δω/γ - Diese Änderung des Polarisationsmagnetfeldes ΔB kann berechnet und zur Ansteuerung einer Trimmspule (nicht gezeigt) verwendet werden, die das Polarisationsmagnetfeld B0 derart direkt kompensiert, dass es gleich dem nominalen Wert Bn ist. Allerdings wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kompensation durch Anpassung der Bezugsfrequenz
201 bewirkt, die durch den Frequenzsynthetisierer200 in der Sende-Empfangseinrichtung (2 ) erzeugt wird. - Da die Resonanzfrequenz der 19F-Spins von der Resonanzfrequenz von 1H-Spins verschieden ist, die durch das MRI-System in
1 abgebildet werden, kann die Differenzfrequenz Δω nicht direkt verwendet werden. Statt dessen wird das Frequenzdifferenzsignal Δω einem Multiplizierer270 zugeführt, der es mit einem Faktor multipliziert, der durch das Verhältnis der jeweiligen gyromagnetischen Konstanten von 1H und 19F bestimmt wird:Faktor = γH/γF = 2,67519 × 108/2,5181 × 108 Faktor = 1,06238 - Der resultierende Frequenzkompensationswert wird durch den Multiplizierer an
272 zu der CPU119 in der Systemsteuerung112 (1 ) ausgegeben. Die CPU119 wiederum ändert den Frequenzbefehl (CF) um einen entsprechenden Betrag zur Anpassung der Sende-/Empfangseinrichtungs-Bezugsfrequenz, wie es vorstehend unter Bezugnahme auf2 beschrieben wurde. - Gemäß
4 enthält die Mikrospulenanordnung die Mikrospule130 und einen Probenhalter280 . Die Größe der Mikrospule130 und des Probenhalters280 ist minimiert, um die Änderung in der Magnetfeldstärke über die Länge (L) und den Durchmesser (D) aufgrund der Magnetfeldgradienten zu verringern. Andererseits muss die Größe der Resonanzprobe groß genug sein, um ein NMR-Signal mit einem vernünftigen SNR zu erzeugen. Die exakte Größe wird durch das verwendete besondere MRI-System und die Fähigkeit zur Platzierung der Mikrospule130 an einem Ort bestimmt, wo die Gradientenmagnetfelder im wesentlichen unterdrückt sind. Bei dem in1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel befindet sich die Mikrospule130 nahe dem Systemisozentrum, aber außerhalb der Gradientenspulenanordnung139 . Eine aktive Gradientenabschirmung, wie in derUS 5 378 989 A und in derUS 5 296 810 A beschrieben, wird bei dem MRI-System zur Minimierung der Gradientenfelder angewendet, die außerhalb des Durchmessers der Gradientenspulenanordnung139 erzeugt werden. Die Mikrospule130 wird somit in dem Polarisationsmagnetfeld B0, aber an einem Ort positioniert, wo die Gradientenfelder wesentlich unterdrückt sind. - Das Ausmaß des Probenhalters
280 und der umgebenden Mikrospule130 wird durch die Restgradientenfelder bestimmt. Sind die jeweiligen von der Mikrospule130 gesehenen Gradientenfelder Gx, Gy und Gz im Wesentlichen gleich, sollten die Dimensionen D und L auch im wesentlichen die gleichen sein. Allerdings kann eines der Gradientenfelder wesentlich geringer als die anderen sein, und in diesem Fall kann die Dimension L größer als D sein. In diesem Fall ist die lange Achse der Mikrospule130 und des Probenhalters280 entlang der schwächeren Gradientenfeldachse ausgerichtet. - Zur Vermeidung möglicher RF-Interferenzprobleme hat die von dem Feldfrequenz-Sperrsystem verwendete Resonanzprobe einen Nicht-Protonen-Kern. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Fluor (19F) aufgrund seines relativ hohen gyromagnetischen Verhältnisses (γ) verwendet. Eine Vielzahl von Verbindungen können verwendet werden, einschließlich Perfluo-t-butyl-Alkohol [(CF3)3COH] und Carbontetrafluorid, Freon 14. Beide weisen hohe Konzentrationen von 19F-Spins in flüssiger Form auf, und sie weisen lediglich eine einzige chemische Verschiebung auf. Aufgrund der Temperaturempfindlichkeit kann es erforderlich sein, die Temperatur der Mikrospulenanordnung zu regulieren oder die erzeugten Korrektursignale bezüglich der Temperatur zu kompensieren.
- Ein Feldfrequenz-Sperrsystem für ein MRI-System enthält eine Mikrospule und eine Resonanzprobe, die zur Erfassung von Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld angeordnet sind. Änderungen werden als Verschiebung in der Frequenz des durch die Resonanzprobe erzeugten NMR-Signals erfasst, und die Frequenzverschiebung wird zur Kompensation des MRI-Systems verwendet. Die Kompensation wird durch die Anpassung des RF-Bezugssignals erreicht, das in der MRI-System-Sende-Empfangseinrichtung angewendet wird.
Claims (12)
- Feldfrequenz-Sperrsystem in einem MRI-System mit einem Magneten (
140 ) zur Erzeugung eines Polarisationsmagnetfeldes (B0) in einem Bereich und einer Gradientenspulenanordnung (139 ) zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in einem abzubildenden, in dem Bereich befindlichen Subjekt, mit einer Mikrospule (130 ) außerhalb der Gradientenspulenanordnung (139 ) und in dem Bereich, in dem das Polarisationsmagnetfeld (B0) erzeugt wird, einer Resonanzprobe (280 ), die an die Mikrospule angrenzend angeordnet ist und ein Resonanzprobenmaterial enthält, das ein Signal erzeugt, wenn die Mikrospule mit einem RF-Impuls erregt wird, einer Sendeeinrichtung (256 ) zur Erzeugung eines RF-Impulses, der an die Mikrospule (130 ) angelegt wird, einer Empfangseinrichtung (264 ) zur Erfassung eines Signals von der Mikrospule (130 ), das durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, einem Frequenzvergleicher (266 ) zur Messung der Differenzfrequenz (Δω) zwischen der Frequenz des erfassten Signals und einer Bezugsfrequenz, die einer Frequenz entspricht, die durch das Resonanzprobenmaterial erzeugt wird, wenn das Polarisationsmagnetfeld B0 an einem nominalen Wert liegt, und einer Einrichtung (270 ,200 ), die auf die Differenzfrequenz (Δω) zur Kompensation des Betriebes des MRI-Systems bezüglich Veränderungen in der Größe des Polarisationsmagnetfeldes (B0) anspricht, wenn das MRI-System eine Abtastung des Subjekts durchführt. - System nach Anspruch 1, wobei das MRI-System eine Sende-/Empfangseinrichtung (
150 ) enthält, die während der Abtastung des Subjekts RF-Anregungsimpulse erzeugt und NMR-Signale erfasst, und die Einrichtung zur Kompensation des Betriebes des MRI-Systems die Frequenz eines durch die Sende-Empfangseinrichtung (150 ) angewendeten Bezugssignals anpasst. - System nach Anspruch 1, wobei das Resonanzprobenmaterial Fluorspins (19F) enthält.
- System nach Anspruch 2, wobei die Mikrospule (
130 ) um das Resonanzprobenmaterial gewunden ist. - System nach Anspruch 1, wobei das Resonanzprobenmaterial ein kernmagnetisches Resonanzsignal erzeugt.
- System nach Anspruch 1, wobei die Gradientenspulenanordnung (
139 ) aktiv abgeschirmt wird und sich die Mikrospule außerhalb der aktiven Abschirmung befindet. - Verfahren zur Kompensation eines MRI-Systems bezuglich Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld des MRI-Systems, wobei das MRI-System eine Gradientenspulenanordnung (
139 ) zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in einem abzubildenden, in dem Bereich befindlichen Subjekt aufweist, mit den Schritten Überwachen einer Mikrospule (130 ), die außerhalb der Gradientenspulenanordnung (139 ) angeordnet ist, und die in dem Polarisationsmagnetfeld an einem Ort positioniert ist, an dem die Magnetfeldgradienten minimal sind, Erfassen eines NMR-Signals von einer Resonanzprobe (280 ), die an die Mikrospule angrenzend angeordnet ist, Erzeugen eines Differenzsignals durch Vergleichen (266 ) der Frequenz des erfassten NMR-Signals mit der Frequenz eines Bezugssignals, das das durch die Resonanzprobe erzeugte NMR-Signal anzeigt, wenn das Polarisationsmagnetfeld einen nominalen Wert hat, und Erzeugen eines Kompensationssignals (272 ) für das MRI-System aus dem Differenzsignal, das Änderungen in dem Polarisationsmagnetfeld ausgleicht. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Resonanzprobenmaterial ein NMR-Signal mit einer wesentlich unterschiedlichen Frequenz als die der NMR-Signale erzeugt, die durch ein mittels des MRI-Systems abgetastetes Subjekt erzeugt werden.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Resonanzprobenmaterial Fluorspins (19F) enthält, und das Verfahren ein Steuern der Temperatur des Resonanzprobenmaterials zum Halten dieser an einer konstanten Temperatur umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 7, mit dem weiteren Schritt: Anpassen der Frequenz eines Bezugssignals in dem MRI-System mittels des Kompensationssignals.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das angepasste Bezugssignal während einer Abtastung zur Demodulation von NMR-Signalen angewendet wird, die bei der Durchführung einer Abtastung erzeugt werden.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das angepasste Bezugssignal zur Erzeugung von RF-Anregungsimpulsen bei der Durchführung einer Abtastung verwendet wird.
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