DE19510142A1 - Magnetresonanzgerät mit einer Kompensationseinrichtung für externe magnetische Störfelder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einer Kompensationseinrichtung für externe magnetische Störfelder mit einem außerhalb eines Untersuchungsvolumens des Magnet­ resonanzgeräts angeordneten Magnetfeld-Meßfühler, der ein dem magnetischen Störfeld entsprechendes Meßsignal abgibt, einer mit dem Magnetfeld-Meßfühler verbundenen Signalverarbeitungs­ einheit, die aus dem Meßsignal ein Kompensationssignal er­ zeugt, und einer Spulenanordnung, die mit der Signalverar­ beitungseinheit verbunden ist und aus dem Kompensationssignal ein Kompensationsmagnetfeld erzeugt, so daß der Einfluß des Störfeldes im Untersuchungsvolumen auf ein statisches Haupt­ magnetfeld zumindest verringert ist.

Magnetische Störfelder von externen Störquellen, wie z. B. von Autos, Aufzügen, Krankenbetten oder auch Gleichstrom in Stra­ ßenbahnoberleitungen, überlagern sich mit den in diagnosti­ schen Magnetresonanzgeräten erzeugten Magnetfeldern. Über­ steigen die Störfelder einen Grenzwert, können dadurch Bild­ störungen verursacht werden.

So ist bei einem in der US-PS 5 214 383 offenbarten Magnet­ resonanzgerät der eingangs genannten Art eine Störfeldkompen­ sation vorgesehen, die mit einem außerhalb des Magnetreso­ nanzgeräts angeordneten Magnetfeld-Meßfühler externe magne­ tische Störfelder erfaßt und in Abhängigkeit des Meßsignals ein Kompensationsmagnetfeld erzeugt, so daß der Einfluß des Störmagnetfeldes im Untersuchungsvolumen des Magnetresonanz­ geräts zumindest verringert ist. Das Meßsignal wird einer Filtereinrichtung zugeführt, die den Einfluß des Übertra­ gungsweges auf das Störfeld vom Ort des Magnetfeld-Meßfühlers bis zum Untersuchungsvolumen nachbildet. Damit können Stör­ felder ausreichend kompensiert werden, die von weit entfern­ ten Störquellen erzeugt werden. Wenn die Störquelle nur weni­ ge Meter vom Magnetresonanzgerät entfernt ist und sich dazu noch bewegt, ändern sich die Felder im Untersuchungsvolumen des Magnetresonanzgeräts und an dem Magnetfeld-Meßfühler wegen der unterschiedlichen Abstände auf unterschiedliche Weise, so daß nur noch eine unvollkommene Kompensation mög­ lich ist. Auch wenn es mehrere Störquellen in unterschied­ lichen Abständen zum Untersuchungsvolumen gibt, können die davon ausgehenden Störfelder nur unzureichend kompensiert werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Magnet­ resonanzgerät mit einer verbesserten Störfeldkompensation anzugeben.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Magnetfeld-Meßfühler nahe am Untersuchungsvolumen angeordnet ist und mit einer Magnetfeld-Erzeugungseinheit magnetisch gekoppelt ist zum Kompensieren eines den Magnetfeld-Meßfühler beeinflussenden Streufeldes des Hauptmagnetfeldes. Durch die Anordnung des Magnetfeld-Meßfühlers in unmittelbarer Nähe des Magnetreso­ nanzgerätes selbst ist sichergestellt, daß die Störfelder am Meßort und im Untersuchungsvolumen unabhängig vom Abstand der Störquelle annähernd gleich sind, was eine entscheidende Voraussetzung für eine ausreichend genaue Kompensation ist. Um dann auch für quasi-statische Magnetfelder ausreichend empfindliche Magnetfeld-Meßfühler, wie z. B. Hall-Sonden oder Fluxgate-Magnetfeldmeßgeräte, einsetzen zu können, wird das starke Streufeld des Hauptmagnetfeldes am Ort des Magnet­ feld-Meßfühlers kompensiert. Dadurch wird vermieden, daß der Magnetfeld-Meßfühler übersteuert und unempfindlich wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Magnetfeld-Erzeugungseinheit eine Spule und eine die Spule speisende Konstantstromquelle umfaßt. Damit ist die Stärke des Kompensationsfeldes für den Magnetfeld-Meßfühler gut einstellbar. Anstelle der Spule mit der speisenden Kon­ stantstromquelle ist auch ein Permanentmagnet einsetzbar, dessen Abstand zum Magnetfeld-Meßfühler so eingestellt wird, daß das Streufeld des Hauptmagnetfeldes am Ort der Magnet­ feld-Meßsonde kompensiert ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Un­ tersuchungsvolumen zwischen zwei vertikal gegenüberliegend angeordneten Polschuhen und der Magnetfeld-Meßfühler an einem der Polschuhe außerhalb des Untersuchungsvolumens angeordnet. Der Magnetfeld-Meßfühler ist damit, obwohl er in unmittelba­ rer Nähe des Untersuchungsvolumens angeordnet ist, nur einem relativ geringen Streufeld des Hauptmagnetfeldes ausgesetzt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ma­ gnetfeld-Meßfühler entlang einer durch das Zentrum des Pol­ schuhs gehenden Symmetrielinie angeordnet. Damit wird insbe­ sondere der zentrale Bereich des Untersuchungsvolumens frei von externen Störfeldern gehalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß das Hauptmagnetfeld von einer Hauptmagnetfeld-Spu­ lenanordnung erzeugt wird und daß die Spulenanordnung von der Hauptmagnetfeld-Spulenanordnung elektrisch getrennt ist. Das ermöglicht die Aufteilung in eine Stromversorgung für die Hauptmagnetfeld-Spulenanordnung, die einen hohen und konstan­ ten Strom liefert, und eine Stromversorgung für die Spulenan­ ordnung, die nur einen kleinen Strom liefern muß, der aber schnell variiert werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Signalverarbeitungseinheit eine Filteranordnung, die einen Übertragungsweg für das Störfeld nachbildet, der sich vom Ort des Magnetfeld-Meßfühlers bis zum Untersuchungsvolumen er­ streckt. Da zeitlich veränderliche Störfelder Wirbelströme in dem Untersuchungsvolumen benachbarten, elektrisch leitfähigen Teilen erzeugen, ist der zeitliche Verlauf des externen Störfeldes im Untersuchungsvolumen gegenüber dem Störfeld am Magnetfeld-Meßfühler normalerweise verzerrt. Eine optimale Kompensation setzt jedoch voraus, daß das vom Meßsignal des Magnetfeld-Meßfühlers abgeleitete Kompensationsfeld gleich dem zeitlichen Verlauf des Störfeldes im Untersuchungsvolumen ist. Die Filteranordnung paßt nun den Frequenzgang der Kom­ pensationseinrichtung an den des Magnetresonanzgeräts in Bezug auf das Störfeld an.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Figur erläutert.

Die Figur zeigt in einer schematisierten Seitenansicht ein diagnostisches Magnetresonanzgerät 2 mit einem C-förmigen Hauptmagnetkreis 4. An den Enden der horizontalen Schenkel des Hauptmagnetkreises 4 sind vertikal gegenüberliegend zwei Polschuhe 6 angeordnet, zwischen denen sich ein Untersu­ chungsvolumen 8 des Magnetresonanzgeräts 2 befindet. Das Untersuchungsvolumen 8 ist so bemessen, daß zumindest Ab­ schnitte eines Patienten dort Platz haben.

Die Polschuhe 6 leiten ein vertikal ausgerichtet es zeitlich konstantes und in großen Bereichen homogenes Hauptmagnetfeld B₀ in das Untersuchungsvolumen 8 ein. Das Hauptmagnetfeld B₀ wird von einer Hauptmagnetfeld-Spulenanordnung erzeugt, was hier jedoch nicht weiter ausgeführt ist. Das Hauptmagnetfeld kann ebenso von Permanentmagneten erzeugt werden. Ebenfalls nicht ausgeführt sind Spulenanordnungen zur Erzeugung von Gradientenfeldern sowie für Magnetresonanzuntersuchungen er­ forderliche Hochfrequenzantennen.

Das Magnetresonanzgerät 2 umfaßt eine Kompensationseinrich­ tung 10, mit der von externen Störquellen erzeugte magneti­ sche Störfelder im Untersuchungsvolumen 8 kompensiert werden.

Zur Kompensationseinrichtung 10 gehört ein Magnetfeld-Meßfüh­ ler 12, mit dem die magnetischen Störfelder gemessen werden. Der Magnetfeld-Meßfühler 12 ist entlang einer Symmetrielinie 13 des Untersuchungsvolumens 8 ausgerichtet und unmittelbar oberhalb des oberen Polschuhs 6 angeordnet. Er erfaßt im we­ sentlichen nur vertikale Störfelder. Der Abstand des Magnet­ feld-Meßfühlers 12 zum Untersuchungsvolumen 8 ist damit für die in der Praxis auftretenden Störfelder ausreichend gering, so daß die Störfelder am Meßort und am Kompensationsort im Untersuchungsvolumen nahezu gleich sind.

Als Magnetfeld-Meßfühler 12 können Hall-Sonden oder auch Fluxgate-Magnetometer eingesetzt werden, die empfindlich genug sind und auch quasi-statische Störfelder messen können.

Mit dem Magnetfeld-Meßfühler 12 ist eine Signalverarbeitungs­ einheit 14 verbunden, die aus einem dem Störfeld entsprechen­ den Meßsignal ein Kompensationssignal erzeugt. Das Kompensa­ tionssignal wird einer Spulenanordnung 16 zugeführt, die aus dem Kompensationssignal ein Kompensationsmagnetfeld ΔB₀ er­ zeugt, das vertikal und somit gleich oder entgegengesetzt gleich zum Hauptmagnetfeld B₀ ausgerichtet ist. Wird das Hauptmagnetfeld von einer Hauptmagnetfeld-Spulenanordnung er­ zeugt, ist hier die Spulenanordnung 16 zur Erzeugung des Kompensationsfeldes ΔB₀ elektrisch getrennt von der Haupt­ magnetfeld-Spulenanordnung. Es ist jedoch auch möglich, schon im Magnetresonanzgerät 2 vorhandene Gradientenspulen oder auch die Hauptmagnetfeld-Spulenanordnung mit dem Kompen­ sationssignal zu speisen. Das Kompensationsmagnetfeld ΔB₀ ist entgegengesetzt gleich groß dem Störfeld im Untersuchungs­ volumen 8, so daß der Einfluß des Störfeldes im Untersu­ chungsvolumen 8 auf das statische Hauptmagnetfeld B₀ kompen­ siert ist. Die Spulenanordnung 16 ist entweder in oder un­ mittelbar auf den Polschuhen 6 angeordnet.

Damit der zeitliche Verlauf des Kompensationsmagnetfeldes ΔB₀ gleich dem zeitlichen Verlauf des Störfeldes im Untersu­ chungsvolumen 8 ist, umfaßt die Signalverarbeitungseinheit 14 eine Filteranordnung 18, die den Einfluß des Magnetresonanz­ geräts 2 selbst auf das Störfeld entsprechend auch dem Meß­ signal aufprägt. Im wesentlichen wird das Störsignal durch Wirbelströme in den Polschuhen 6 und anderen benachbarten elektrisch leitfähigen Teilen in seinem zeitlichen Verlauf verändert. Die Filteranordnung 18 umfaßt daher mehrere Hoch- und Tiefpässe. Nach der Anpassung des Meßsignals an den Frequenzgang des Magnetresonanzgeräts 2 wird das so modifi­ zierte Meßsignal im Verstärker 20 verstärkt und als Kompen­ sationssignal der Spulenanordnung 16 zugeführt.

Eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit 22 verhindert, daß der Mag­ netfeld-Meßfühler 12 durch Streufelder des Hauptmagnetfeldes B₀ in Sättigung geht und somit kleine Störfelder nicht mehr erfassen kann. Dazu ist der Magnetfeld-Meßfühler 12 im Innen­ raum einer Zylinderspule 24 angeordnet, die von einer ein­ stellbaren Konstantstromquelle 26 gespeist wird. Die Achse der Zylinderspule 24 ist ebenfalls vertikal ausgerichtet, entsprechend der Hauptempfindlichkeitsrichtung des Magnet­ feld-Meßfühlers 12. Die Konstantstromquelle 26 wird so ein­ gestellt, daß das Streufeld des Hauptmagneten, das durch den Magnetfeld-Meßfühler 12 geht, kompensiert ist.

Claims (8)

1. Magnetresonanzgerät (2) mit einer Kompensationseinrichtung (10) für externe magnetische Störfelder mit einem außerhalb eines Untersuchungsvolumens (8) des Magnetresonanzgeräts (2) angeordneten Magnetfeld-Meßfühler (12), der ein dem magneti­ schen Störfeld entsprechendes Meßsignal abgibt, einer mit dem Magnet-Meßfühler (12) verbundenen Signalverarbeitungseinheit (14), die aus dem Meßsignal ein Kompensationssignal erzeugt, und einer Spulenanordnung (16), die mit der Signalverarbei­ tungseinheit (14) verbunden ist und aus dem Kompensations­ signal ein Kompensationsmagnetfeld erzeugt, so daß der Ein­ fluß des Störfeldes im Untersuchungsvolumen (8) auf ein statisches Hauptmagnetfeld zumindest verringert ist, da­ durch gekennzeichnet, daß der Magnet­ feld-Meßfühler (12) nahe am Untersuchungsvolumen (8) ange­ ordnet ist und mit einer Magnetfeld-Erzeugungseinheit (22) magnetisch gekoppelt ist zum Kompensieren eines den Magnet­ feld-Meßfühler (12) beeinflussenden Streufeldes des Hauptmag­ netfeldes.

2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeu­ gungseinheit (22) eine Spule (24) und eine die Spule (24) speisende Konstantstromquelle (26) umfaßt.

3. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeld-Meßfühler (12) in der Spule (24) angeordnet ist.

4. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeu­ gungseinheit (22) einen Permanentmagneten umfaßt.

5. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Un­ tersuchungsvolumen (8) zwischen zwei vertikal gegenüberlie­ gend angeordneten Polschuhen (6) und der Magnetfeld-Meßfühler (12) an einem der Polschuhe außerhalb des Untersuchungsvolu­ mens (8) angeordnet ist.

6. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeld-Meßfühler (12) entlang einer durch das Zentrum des Polschuhs (6) gehen­ den Symmetrielinie (13) angeordnet ist.

7. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld von einer Hauptmagnetfeld-Spulenanordnung er­ zeugt wird und daß die Spulenanordnung (16) von der Haupt­ magnetfeld-Spulenanordnung elektrisch getrennt ist.

8. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (14) eine Filteranordnung (18) um­ faßt, die einen Übertragungsweg für das Störfeld nachbildet, der sich vom Ort des Magnetfeld-Meßfühlers (12) bis zum Untersuchungsvolumen (8) erstreckt.