DE19937065C1

DE19937065C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Stimulationsunterdrückung bei Magnetresonanztomographiegeräten

Info

Publication number: DE19937065C1
Application number: DE19937065A
Authority: DE
Inventors: Ralph Kimmlingen; Franz Schmitt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2001-03-08
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001061813A; US6418336B1

Abstract

Magnetresonanztomographiegerät sowie Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts zur Ausführung sowohl schneller als auch konventioneller Meßsequenzen mit hoher Bildauflösung, ohne Auslösung von Stimulationen in einem lebenden Untersuchungsobjekt und hohem Freiheitsgrad in der Wahl von Abbildungsbereichen, indem eine Gradientenspule wenigstens zwei unabhängig voneinander steuerbare Spulenabschnitte aufweist, so daß für einen ersten Teilabbildungsbereich, für einen zweiten Teilabbildungsbereich, der keine Teilmenge des ersten ist und diesen nicht einschließt, und für einen Gesamtabbildungsbereich, der wenigstens die Teilabbildungsbereiche einschließt, Gradientenfelder einstellbar sind, Gradientenfelder in einer zeitlichen Abfolge für unterschiedliche Bereiche einstellbar sind und vorgenannte Einstellmöglichkeiten für Gradientenfelder in Abhängigkeit von eingestellten Meßsequenzen vor deren Ausführung bestimmt werden, so daß bei der Ausführung von Meßsequenzen keine Stimulationen auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanztomographiegerät bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomogra phiegeräts, insbesondere zur Ausführung schneller Meßsequen zen mit hoher Bildauflösung ohne Auslösung von Stimulationen in einem lebenden Untersuchungsobjekt.

Die Magnetresonanztomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Unter suchungsobjekts. Dazu werden einem statischen Grundmagnetfeld schnell geschaltete, magnetische Gradientenfelder mit hoher Amplitude überlagert, die von sogenannten Gradientenspulen erzeugt werden.

Durch das Schalten der Gradientenfelder können bei Magnetre sonanzbildaufnahmen in lebenden Untersuchungsobjekten Stimu lationen ausgelöst werden. Die auf das Untersuchungsobjekt einwirkenden Gradientenfelder sind durch eine sich zeitlich verändernde magnetische Flußdichte gekennzeichnet. Das zeit lich veränderliche Magnetfeld erzeugt im Untersuchungsobjekt Wirbel- oder Induktionsströme. Dabei ist deren Ausprägung hauptsächlich von der Form und Größe der mikroskopischen Strukturen abhängig. Diese Ströme beeinflussen aufgrund ihrer elektromagnetischen Wechselwirkungen physiologische Ströme, zum Beispiel Potentiale an Zellen. Dabei besitzen alle Zellen ein Ruhepotential. Beim Ruhepotential befinden sich alle Mem branströme einer Zelle im Gleichgewicht. Wird das Membranpo tential durch einen zusätzlichen Membranstrom, der z. B. durch einen äußeren Einfluß in die Zelle gelangt, depolarisiert, so geht dies mit einer Potentialänderung einher, einem sogenann ten Aktionspotential. Das Auslösepotential für ein Aktionspo tential heißt Schwelle. An der Schwelle ändert sich das Gleichgewicht der Membranströme. Es treten für kurze Zeit zu sätzliche Membranströme auf, die die Membran depolarisieren. Mit einem Aktionspotential geht eine Aktion einher. So wird z. B. jede Zuckung einer Muskelfaser durch ein Aktionspotenti al in der Muskelfaser begleitet und jede Reaktion einer Sin neszelle auf einen Sinnesreiz wird durch Aktionspotentiale weitergeleitet. Geschaltete Gradientenfelder können demnach über die Auslösung von Aktionspotentialen zu vom Untersu chungsobjekt als unangenehm empfundenen Stimulationen führen.

Zur Vorhersage dieser Stimulationen sind Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren zur Stimulationsüberwachung basiert auf dem sogenannte "dB/dt-Modell". Bei diesem Verfahren han delt es sich um eine Kontrolle und Überwachung der bei einer Magnetresonanztomographie auftretenden Werte der zeitlichen Änderung der magnetischen Flußdichte von Gradientenfeldern (dB/dt-Werte). Die maximal zulässigen dB/dt-Werte ergeben sich aus dem Ergebnis einer Stimulationsstudie mit der ent sprechenden Gradientenspule bzw. aus den von den Zulassungs behörden fest vorgegebenen Grenzwerten. Näheres ist dem Auf satz von J. Abart et al. "Peripheral Nerve Stimulation by Time-Varying Magnetic Fields", J. Computer Assisted Tomogra phy (1997) 21(4), Seiten 532 bis 538, zu entnehmen.

Ein weiterer bekannter Ansatz für eine Stimulationsüberwa chung ist das sogenannte "Irnich-Modell". Dieses Verfahren beschreibt den Stimulationsschwellwert in Abhängigkeit von der Dauer der äußeren Einwirkung. Die Einwirkungsdauer ist die Zeit, in der sich die Amplitude des Gradientenfeldes in eine Richtung ändert, dB/dt also permanent < 0 bzw. < 0 ist. Weitergehende Ausführungen enthält der Aufsatz von W. Irnich "Electrostimulation by time-varying magnetic fields", MAGMA (1994), 2, Seiten 43 bis 49 sowie der Aufsatz von W. Irnich, F. Schmitt "Magnetostimulation in MRI", MRM (1995) 33, Seiten 619 bis 623.

Ferner ist aus der DE 42 25 592 A1 zur Vermeidung derartiger Stimulationen bekannt, stimulationsempfindliche Bereiche ei nes Untersuchungsobjekts außerhalb des Abbildungsvolumens mit einer geschlossenen Leiterschleife zu überdecken. Daraus re sultiert eine Verringerung der im überdeckten Bereich indu zierten Ströme. Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß bei geschalteten Gradientenfeldern die höchsten Stromwer te außerhalb des Abbildungsvolumens induziert werden, so daß dort die Gefahr von Stimulationen am größten ist. Durch das Anbringen von Leiterschleifen außerhalb des Abbildungsvolu mens wird zwar die für die Bildqualität wichtige Linearität der Gradientenfelder im Abbildungsbereich kaum beeinträch tigt, aber bei einer Änderung des abzubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts muß in der Regel auch die Lage der Lei terschleifen angepaßt werden.

Die Auslösung von Stimulationen hängt dabei wesentlich vom Typ einer Meßsequenz ab. Man unterscheidet zwischen den soge nannten konventionellen und den schnellen Meßsequenzen. Kon ventionelle Meßsequenzen verlangen üblicherweise eine hohe Linearität der Gradientenfelder innerhalb eines bestimmten Linearitätsvolumens, beispielsweise von ca. 5% in einem Line aritätsvolumen von 40 bis 50 cm bei moderaten Gradientenstär ken von 10 bis 20 mT/m und Schaltzeiten von ca. 1 ms. Für die schnellen Meßsequenzen werden hohe Gradienten, z. B. 20 bis 40 mT/m sehr schnell geschaltet (Schaltzeiten ca. 100 bis 500 µs). Die sich zeitlich ändernde magnetische Flußdichte der Gradientenfelder induziert im Untersuchungsobjekt elektrische Ströme, die Stimulationen des Untersuchungsobjekts auslösen können. Mit schnelleren zeitlichen Änderungen, d. h. schnelle ren Schaltzeiten und größeren Werten der magnetischen Fluß dichte von Gradientenfeldern werden die induzierten Ströme größer und die Wahrscheinlichkeit von Stimulationen nimmt zu. Dabei werden die betragsmäßig größten Werte an den Rändern und außerhalb der Linearitätsvolumina erreicht, wo auch der maximale Feldhub auftritt. Bei gegebenen Anforderungen an die Größe des Gradienten und an die Schaltzeit verringert man den Feldhub und damit das Stimulationsrisiko dadurch, daß man ei ne Gradientenspule mit kleinerem Linearitätsvolumen einsetzt.

Daher verringert sich beispielsweise bei schnellen Meßsequen zen das Linearitätsvolumen von typischer Weise 40 bis 50 cm auf beispielsweise 20 cm. Eine Gradientenspule mit vorgenann ten Eigenschaften für schnelle Meßsequenzen ist üblicherweise nicht für konventionelle Ganzkörperanwendungen geeignet, wohl aber für schnelle Magnetresonanzbildgebungstechniken, wie EPI (beschrieben in der US 4 165 479) und sog. Tur bospinverfahren, wie z. B. das GRASE- und das HASTE-Verfahren.

In der DE 195 40 746 A1 ist ein modulares Gradientenspulensystem beschrieben, das eine Gradientenspule für schnelle Meßsequenzen sowie eine zuschaltbare Gradienten spule für konventionelle Meßsequenzen in einem Spulenkörper vereinigt. Dabei weist die Gradientenspule für schnelle Meß sequenzen ein kleines Linearitätsvolumen auf und erlaubt das schnelle Schalten von Gradientenfeldern mit großem Gradien ten. Beim gemeinsamen Betrieb beider Spulen weist das Gra dientenspulensystem für konventionelle Meßsequenzen mit lang samer geschalteten Gradientenfeldern und bei kleinerem Gra dienten ein größeres Linearitätsvolumen auf. Dies hat den Nachteil, daß mit der Wahl einer schnellen oder konventionel len Meßsequenz entsprechend dem zugehörigen Linearitätsvolu men ein Abbildungsbereich festgelegt ist. Dabei ist der Ab bildungsbereich für schnelle Meßsequenzen immer ein bestimm ter, durch die Spulenanordnung fest vorgegebener, kleiner Teilabbildungsbereich des Abbildungsbereichs für konventio nelle Meßsequenzen, wobei der Mittelpunkt beider Abbildungs bereiche identisch ist. Zur Aufnahme von Magnetresonanzbil dern mit schnellen Meßsequenzen für einen Abbildungsbereich, der sich über den Abbildungsbereich für konventionelle Meßse quenzen erstreckt, müßte das Untersuchungsobjekt in alle drei Raumrichtungen bewegt werden. Aufgrund der Geometrie des Ma gnetresonanztomographiegeräts ist aber lediglich eine Verla gerung des Untersuchungsobjekts in einer Raumrichtung mög lich.

Des weiteren ist aus der US 5,311,135 A für ein Magnetresonanz gerät eine Gradientenspule mit vier sattelförmigen Spulen bekannt, bei der jede der Spulen am Anfang bzw. am Ende ihres Leiters einen ersten bzw. zweiten Anschlußpunkt und zwischen den Anschlußpunkten wenigstens einen Anzapfungspunkt auf weist. Ferner umfaßt die Anordnung eine Schaltvorrichtung, so daß jede der Spulen entweder zwischen den Anschlußpunkten oder zwischen dem ersten Anschlußpunkt und dem Anzapfungs punkt bestrombar ist. Dadurch sind in ähnlicher Wirkungsweise wie bei der DE 195 40 746 A1 beispielsweise entsprechend ei ner Größe eines abzubildenden Bereichs wenigstens zwei unter schiedliche Linearitätsvolumina der Gradientenspule einstell bar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetresonanztomo graphiegerät bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetreso nanztomographiegeräts zu gestalten, daß vorgenannte Nachteile verringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Ansprüchen 1 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Das Magnetresonanztomographiegerät nach Anspruch 1 umfaßt folgende Merkmale:

- Eine Gradientenspule umfaßt wenigstens zwei unabhängig voneinander steuerbare Spulenabschnitte,
- eine Spulensteuervorrichtung ist zur Steuerung der Gra dientenspule, insbesondere zur Steuerung der Spulenab schnitte ausgebildet,
- die Spulensteuervorrichtung ist für wenigstens einen ers ten Steuerzustand zur Erzeugung eines Gradientenfelds für einen ersten Teilabbildungsbereich ausgebildet und
- die Spulensteuervorrichtung ist für wenigstens einen zwei ten Steuerzustand zur Erzeugung eines Gradientenfelds für einen zweiten Teilabbildungsbereich ausgebildet, der keine Teilmenge des ersten Teilabbildungsbereichs ist und diesen nicht einschließt.

Das Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiege räts nach Anspruch 8 umfaßt folgende Merkmale:

- Steuerung eines Gradientenfelds in einem ersten Teilabbil dungsbereich durch Steuerung von Spulenabschnitten einer Gradientenspule, beinhaltend wenigstens zwei, unabhängig voneinander steuerbare Spulenabschnitte, und
- Steuerung eines Gradientenfelds in einem zweiten Teilab bildungsbereich, der keine Teilmenge des ersten Teilabbil dungsbereichs ist und diesen nicht einschließt.

Durch die Steuerung von Gradientenfeldern für wenigstens zwei Teilabbildungsbereiche, wobei keiner der beiden Bereiche eine Teilmenge des anderen ist, ist für einen größeren Gesamtab bildungsbereich, der wenigstens aus der Summe beider Teilab bildungsbereiche entsteht, die Aufnahme von Magnetresonanz bildern ohne die Auslösung von Stimulationen mit schnellen, hochauflösenden Meßsequenzen durchführbar. Insbesondere sind vorgenannte Magnetresonanzbildaufnahmen von einer Region ei nes Untersuchungsobjekts durchführbar, deren Zentrum bezüg lich der Raumrichtungen, in die das Untersuchungsobjekt auf grund der Geometrie des Magnetresonanztomographiegeräts nicht bewegt werden kann, nicht mit dem Zentrum des Gesamtabbil dungsbereichs übereinstimmt. Dies gilt ebenso bezüglich der Raumrichtungen, in denen das Untersuchungsobjekt bewegbar ge lagert ist, so daß in vorteilhafter Weise für vorgenannte Ma gnetresonanzbildaufnahmen eine Verlagerung des Untersuchungs objekts nicht notwendig ist. Unter dem Begriff des Gradien tenfelds wird hierbei ein sich räumlich erstreckendes Magnet feld verstanden, das wenigstens im Bereich eines Abbildungs bereich, für den es erzeugt wird, einen konstanten Gradienten der magnetischen Flußdichte aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spulensteuervor richtung für wenigstens einen dritten Steuerzustand zur Er zeugung eines Gradientenfelds für einen Gesamtabbildungsbe reich ausgebildet, der durch das von der Gradientenspule er zeugbare Gradientenfeld maximaler Ausdehnung bestimmt ist und sämtliche Teilabbildungsbereiche einschließt. Dadurch sind auch konventionelle Meßsequenzen für einen Gesamtabbildungs bereich maximaler Ausdehnung ausführbar und nicht auf einen der Teilabbildungsbereiche eingeschränkt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spulensteuervor richtung für einen Steuerzustand ausgebildet, bei dem wenig stens ein, nicht an einer Gradientenfelderzeugung für einen Teilabbildungsbereich beteiligter Spulenabschnitt ein Magnet feld erzeugt, dessen Werte für die magnetische Flußdichte un gleich der Werte sind, die das Gradientenfeld innerhalb des Teilabbildungsbereichs aufweist. Unter der Voraussetzung, daß die Magnetresonanzsignale von einer für den Gesamtabbildungs bereich ausgelegten Hochfrequenzempfangsantenne aufgenommen werden, verhindert vorgenannte vorteilhafte Ausgestaltung, daß Signale aus Bereichen außerhalb eines gewünschten Teilab bildungsbereichs gleiche Frequenzen besitzen wie Signale aus dem gewünschten Teilabbildungsbereich und somit zu einer Bildverfälschung führen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt eine Prüfung ei ner eingestellten Meßsequenz vor deren Ausführung hinsicht lich der Auslösung von Stimulationen, eine Ausführungsart der eingestellten Meßsequenz ohne Auslösung von Stimulationen durch Steuerung von Gradientenfeldern für den Gesamtabbil dungsbereich, für einen der Teilabbildungsbereiche oder für wenigstens zwei der Teilabbildungsbereiche in einer zeitli chen Abfolge wird ermittelt und die ermittelte Ausführungsart wird ausgeführt.

Dabei erfolgt die Überprüfung von Stimulationsauslösungen beispielsweise mit einem der eingangs beschriebenen Verfahren zur Stimulationsvorhersage. Mit der Einstellung einer Meßse quenz ist unter anderem deren zeitlicher Ablauf und damit auch der zeitliche Verlauf der Gradientenfelder fest vorgege ben. Bei einem weiterhin vorgegebenen Abbildungsbereich für abzubildende Schichten werden Stimulationen dadurch vermie den, daß die magnetische Flußdichte eines Gradientenfelds, das sich über den vorgegebenen Abbildungsbereich erstreckt, insbesondere an den Rändern des Abbildungsbereichs, bestimmte Grenzwerte nicht überschreitet. Damit ist eine maximale Größe des Gradienten, die gleichzeitig die maximale Bildauflösung eines Magnetresonanzbildes bestimmt, festgelegt. Erfordert die eingestellte Meßsequenz eine höhere Bildauflösung, d. h. einen größeren Gradienten, als mit den stimulationsrelevanten Grenzwerten erreichbar ist, ist die Meßsequenz unter Beibe haltung ihres zeitlichen Ablaufs beispielsweise für einen kleineren Abbildungsbereich mit wunschgemäßer Bildauflösung ausführbar, weil bei kleinerem Abbildungsbereich und gleichen Grenzwerten ein größerer Gradient ohne Stimulationsauslösun gen einstellbar ist.

Übertragen auf letztgenannte vorteilhafte Ausgestaltung be deutet dies: Werden für eine eingestellte Meßsequenzen bei sich über den Gesamtabbildungsbereich erstreckenden Gradien tenfeldern Stimulationen vorhergesagt, wird die eingestellte Meßsequenz mit wunschgemäßer Bildauflösung mit Gradientenfel dern für Teilabbildungsbereiche ausgeführt. Dabei wird ver sucht einen Teilabbildungsbereich auszuwählen, so daß alle eingestellten, abzubildenden Schichten in diesen Teilabbil dungsbereich fallen. Falls die eingestellten, abzubildenden Schichten sich über einen weiten Bereich erstrecken, sind ge gebenenfalls in einer zeitlichen Abfolge Gradientenfelder entsprechender Gradientengröße für wenigstens zwei Teilabbil dungsbereiche einzustellen. Dazu ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Spulensteuervorrichtung zur Steuerung eines Betriebs ausgebildet, bei dem in einem ersten und zeitlich nachfolgend in einem zweiten Teilabbildungsbereich ein Gra dientenfeld eingestellt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei spiel für ein Magnetresonanztomographiegerät bzw. für ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Magnetresonanztomographiege räts mit einem rohrförmigen Gradientenspulensystem mit einer drei Spulenabschnitte umfassenden z-Gradientenspule,

Fig. 2 Gradientenfeldverläufe der Gradientenspule aus Fig. 1 für einen Gesamtabbildungsbereich,

Fig. 3 Gradientenfeldverläufe der Gradientenspule aus Fig. 1 für einen ersten Teilabbildungsbereich,

Fig. 4 einen Gradientenfeldverlauf der Gradientenspule aus Fig. 1 für einen zweiten Teilabbildungsbereich und

Fig. 5 einen weiteren Gradientenfeldverlauf der Gradienten spule aus Fig. 1 für den ersten Teilabbildungsbereich.

Fig. 1 zeigt für eine Ausführungsform der Erfindung ein Ma gnetresonanztomographiegerät mit einem rohrförmigen Gradien tenspulensystem 1. Es ist beispielhaft lediglich eine z- Gradientenspule S des Gradientenspulensystems 1 dargestellt. Dabei umfaßt die z-Gradientenspule S beispielhaft drei unab hängig voneinander steuerbare Spulenabschnitte SA1, SA2 und SA3. Je Spulenabschnitt SA1 bis SA3 ist exemplarisch nur eine Windung dargestellt. In unterschiedlichen Ausführungsformen sind sowohl räumlich voneinander abgegrenzte als auch inein ander verschachtelte Spulenabschnitte SA1 bis SA3 möglich. Dabei wird zur exakten Bestimmung der Anordnung aller Leiter abschnitte einer derartigen Gradientenspule ein Optimierungs verfahren, beispielsweise das in der DE 42 03 582 C2 be schriebene, verwendet. Die Gesamtheit aller Spulenabschnitte SA1 bis SA3 bestimmt einen Gesamtabbildungsbereich A_ges. Je zwei Spulenabschnitte SA1 und SA2 bzw. SA2 und SA3 bestimmen einen ersten Teilabbildungsbereich A₁ bzw. einen zweiten Teilabbildungsbereich A₂. Die Ströme in den Spulenabschnitten SA1 bis SA3 werden entsprechend mit I₁ bis I₃ bezeichnet. Da bei sind die Zählpfeile der Ströme I₁ bis I₃ alle gleich ori entiert. Der Stromfluß in den einzelnen Spulenabschnitten SA1 bis SA3 der z-Gradientenspule S wird durch eine Spulensteuer vorrichtung 2 gesteuert. Bei der Ausführung von Meßsequenzen beaufschlagt die Spulensteuervorrichtung 2 die einzelnen Spu lenabschnitte SA1 bis SA3 mit vorgebbaren Strömen vorgebbarer Richtung oder schaltet einzelne Spulenabschnitte SA1 bis SA3 stromlos. Die Spulensteuervorrichtung 2 ist ferner mit einer Stimulationskontrollvorrichtung 3 sowie einem zentralen Steu errechner 4 verbunden. An den zentralen Steuerrechner 4 ist eine Bedien- und Anzeigevorrichtung 5 angeschlossen. An der Bedien- und Anzeigevorrichtung 5 werden beispielsweise die Magnetresonanzbilder angezeigt und von einem Bediener auszu führende Meßsequenzen eingestellt. In einer anderen Ausfüh rungsform ist die Stimulationskontrollvorrichtung 3 integra ler Bestandteil des zentralen Steuerrechners 4 und beispiels weise als Software-Baustein im zentralen Steuerrechner 4 rea lisiert. Der Grundfeldmagnet 7 erzeugt zumindest in der zy linderförmigen Öffnung des rohrförmigen Gradientenspulensy stems 1 ein möglichst homogenes, statisches Grundmagnetfeld in Richtung der z-Achse. Die Öffnung des Gradientenspulensy stems 1 ist zur Aufnahme von Untersuchungsobjekten ausgebil det. Ferner ist innerhalb der Öffnung des Gradientenspulensy stems 1 eine Hochfrequenzantenne 6 angeordnet, die zur Aussendung von Magnetresonanzsignale auslösenden Hochfre quenzpulsen sowie zum Empfang der Magnetresonanzsignale aus dem Gesamtabbildungsbereich A_ges ausgebildet ist. Zur Erzeu gung entsprechender Bilder aus den aufgenommenen Magnetreso nanzsignalen sowie zur Steuerung der Hochfrequenzpulse ist diese mit dem zentralen Steuerrechner 4 verbunden.

Vor der Ausführung einer Meßsequenz stellt ein Bediener an der Bedien- und Anzeigevorrichtung 5 den Typ einer Meßse quenz, üblicherweise über ein Menü ein. Dabei sind bestimmte Parameter der Meßsequenz vom Bediener wählbar. Beispiele für diese Parameter sind die Schichtorientierung, die Repetiti onszeit, das Betrachtungsfeld (field of view) und die Bild auflösung. Mit der Festlegung eines Typs einer Meßsequenz ist unter anderem der zeitliche Ablauf der geschalteten Gradien tenfelder vorgegeben. Bei vorgegebenem zeitlichem Ablauf ist die Bildauflösung von der Größe des Gradienten abhängig und mit vorgegebenem Betrachtungsfeld ist der Abbildungsbereich bestimmt.

Wie eingangs bereits ausführlich beschrieben, ist für die Auslösung von Stimulationen die Höhe der zeitlichen Änderung der magnetischen Flußdichte eines Gradientenfelds entschei dend. Ausgehend von einer vorgegebenen zeitlichen Änderung eines Gradientenfelds durch die Wahl eines Meßsequenztyps, darf zur Stimulationsunterdrückung das Gradientenfeld einen Absolutwert der magnetischen Flußdichte nicht überschreiten. Dabei treten die betragsmäßig größten Werte der magnetischen Flußdichte eines Gradientenfelds an dessen Rändern, d. h. an den Rändern des abbildbaren Bereichs auf. Bei festgelegten Grenzwerten der magnetischen Flußdichte und einem Gradienten feld für einen großen abbildbaren Bereich bedeutet dies einen vergleichsweise kleinen Gradienten, d. h. eine niedrige Bild auflösung, bzw. bei gleichen Grenzwerten und einem kleinen Abbildungsbereich einen großen Gradienten, d. h. eine hohe Bildauflösung.

Mit der Einstellung eines Meßsequenztyps und vorgenannter Pa rameter sind diese Daten auch im zentralen Steuerrechner 4 verfügbar. Vor der Ausführung der eingestellten Meßsequenz greift die Stimulationskontrollvorrichtung 3 auf diese Daten zu und prüft, auf welche Art die stimulationsrelevanten Ein stellungen, wie zeitlicher Ablauf, Bildauflösung und Betrach tungsfeld, ohne Stimulationsauslösungen wunschgemäß zur Aus führung gebracht werden können. Dabei wird beispielsweise der zeitliche Ablauf als unveränderbare Vorgabe vorausgesetzt. Das eingestellte Betrachtungsfeld bzw. die abzubildenden Schichten bedingen einen Abbildungsbereich, für den ein Gra dientenfeld mit einem Gradienten gemäß der eingestellten Bildauflösung zu schalten ist. Dabei darf das Gradientenfeld Grenzwerte der magnetischen Flußdichte, die durch den zeitli chen Ablauf der Meßsequenz bestimmt sind, nicht überschrei ten. Der Stimulationskontrollvorrichtung 3 obliegt somit die Prüfung, ob bei vorgegebenem zeitlichem Ablauf einer Meßse quenz der wunschgemäße Abbildungsbereich sowie die wunschge mäße Bildauflösung ohne Stimulationsauslösungen dadurch er reicht werden, daß ein Gradientenfeld für den Gesamtabbil dungsbereich A_ges, ein Gradientenfeld für einen Teilabbil dungsbereich A₁ oder A₂ oder Gradientenfelder nacheinander für beide Teilabbildungsbereiche A₁ und A₂ gesteuert werden.

Zur Verdeutlichung des Vorgenannten zeigen die Fig. 2 bis 5 verschiedene Gradientenfeldverläufe entlang der z-Achse für unterschiedliche Abbildungsbereiche und daraus resultierende unterschiedliche Größen der Gradienten.

Fig. 2 zeigt zwei, sich über den Gesamtabbildungsbereich A_ges erstreckende, idealisierte Gradientenfeldverläufe 8 und 9 zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Durch die eingestellte Meßse quenz ist der zeitliche Verlauf des Gradientenfeldes vorgege ben. Damit keine Stimulationen ausgelöst werden, darf die Än derung der magnetischen Flußdichte des Gradientenfelds einen bestimmten Wert ΔB nicht überschreiten. Dadurch sind auch die Grenzwerte der magnetischen Flußdichte ±B_stim sowie der betragsmäßig maximale Gradient bestimmt. Zur Einstellung des Gradientenfeldverlaufs 8 steuert die Spulensteuervorrichtung 2 die Spulenabschnitte SA1 bis SA3 der Gradientenspule S bei spielsweise derart, daß im Spulenabschnitt SA1 ein Strom I in einer ersten Richtung fließt, im Spulenabschnitt SA2 der Strom gleich Null ist und im Spulenabschnitt SA3 der Strom I in einer der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung fließt. Dabei ist die Größe des Gradienten im Gesamtabbil dungsbereich A_ges, oder anders ausgedrückt die Steigung der Kurve des Gradientenfeldverlaufs im Gesamtabbildungsbereich A_ges ein direktes Maß für die erzielbare Auflösung eines Ma gnetresonanzbildes bei vorgegebenem Zeitablauf einer Meßse quenz.

Fig. 3 zeigt Verläufe eines realen Gradientenfelds 11 und ei nes idealisierten Gradientenfelds 10 entlang der z-Achse für den Teilabbildungsbereich A₁. Dazu stellt die Spulensteuer vorrichtung 2 im Spulenabschnitt SA1 der z-Gradientenspule S beispielsweise einen Strom I in einer ersten Richtung, im Spulenabschnitt SA2 sowie im Spulenabschnitt SA3 den Strom I in einer der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung ein. Der reale Gradientenfeldverlauf 11 ist in Fig. 3 mit darge stellt um zu zeigen, daß mit einer endlichen Anzahl von Win dungen einer Gradientenspule immer nur eine mehr oder weniger gute Annäherung an den idealisierten Gradientenfeldverlauf 10 erzielbar ist. Der Einfachheit halber beziehen sich die Er läuterungen auf idealisierte Gradientenfeldverläufe, ohne daß sich daraus Einschränkungen für reale Gradientenfeldverläufe ergeben. Für den idealisierten Gradientenfeldverlauf 10 in Fig. 3 gelten bei gleichem Zeitablauf der Meßsequenz aus Fig. 2 die gleichen stimulationsrelevanten Grenzwerte der magneti schen Flußdichte ±B_stim. Der Gradient des so eingestellten Gradientenfeldes ist innerhalb des Teilabbildungsbereichs A₁ gegenüber den Gradientenfeldern aus Fig. 2 deutlich größer. Das heißt, daß Magnetresonanzbilder von im Teilabbildungsbe reich A₁ liegenden Schichten eines Untersuchungsobjekts ge genüber den in Fig. 2 dargestellten Gradientenfeldern bei spielsweise mit einer höheren Bildauflösung aufgenommen wer den können. Ausgehend von der Hochfrequenzempfangsantenne 6, die Magnetresonanzsignale aus dem Gesamtabbildungsbereich A_ges auffängt, wird im Teilabbildungsbereich A₂ ein Magnetfeld er zeugt, dessen Werte für die magnetische Flußdichte ungleich der Werte sind, die das Gradientenfeld innerhalb des Teilab bildungsbereichs A₁ aufweist. Dadurch werden unerwünschte Si gnalbeiträge aus dem Teilabbildungsbereich A₂ zum Magnetreso nanzbild verhindert.

Fig. 4 zeigt einen idealisierten Gradientenfeldverlauf 12 für den Teilabbildungsbereich A₂. Sinngemäß gilt für dieses Gra dientenfeld 12 das gleiche wie für das Gradientenfeld 10 in Fig. 3. Durch ein sukzessives Schalten von Gradientenfeldern für die beiden Teilabbildungsbereiche A₁ und A₂ ist es mög lich, für den Gesamtabbildungsbereich A_ges Magnetresonanzbil der mit hoher Auflösung zu erzielen, ohne daß dazu das Unter suchungsobjekt bewegt werden muß.

Fig. 5 zeigt ähnlich Fig. 3 einen weiteren Gradientenfeldver lauf 13 für den Teilabbildungsbereich A₁. Für den Teilabbil dungsbereich A₂ wird kein Magnetfeld konstanter magnetischer Flußdichte eingestellt, sondern die magnetische Flußdichte fällt mehr oder weniger undefiniert ab, weil anders als in Fig. 3 der Spulenabschnitt SA3 nicht vom Strom I durchflossen ist, sondern stromlos geschaltet ist. Der Empfang von Magnet resonanzsignalen mit der für den Gesamtabbildungsbereich A_ges ausgelegten Hochfrequenzempfangsantenne 6 würde zu einer Ver fälschung von Magnetresonanzbildern aus dem Abbildungsbereich A₁ infolge unerwünschter Signalbeiträge aus dem Abbildungsbe reich A₂ führen, weil der undefinierte Magnetfeldverlauf im Teilabbildungsbereich A₂ gleiche Werte der magnetischen Fluß dichte wie der definierte Gradientenfeldverlauf im Teilabbil dungsbereich A₁ aufweist. Bei einem Gradientenfeldverlauf 13 gemäß Fig. 5 werden unverfälschte Bilder von Schichten aus dem Teilabbildungsbereich A₁ beispielsweise dadurch erzielt, daß mit einer speziell auf den Teilabbildungsbereich A₁ abge stimmten Hochfrequenzempfangsantenne gearbeitet wird.

Claims

1. Magnetresonanztomographiegerät, insbesondere zur Ausfüh rung schneller Meßsequenzen mit hoher Bildauflösung ohne Aus lösung von Stimulationen in einem lebenden Untersuchungsob jekt, umfassend folgende Merkmale:

- Eine Gradientenspule umfaßt wenigstens zwei unabhängig voneinander steuerbare Spulenabschnitte,
- eine Spulensteuervorrichtung ist zur Steuerung der Gra dientenspule, insbesondere zur Steuerung der Spulenab schnitte ausgebildet,
- die Spulensteuervorrichtung ist für wenigstens einen er sten Steuerzustand zur Erzeugung eines Gradientenfelds für einen ersten Teilabbildungsbereich ausgebildet und
- die Spulensteuervorrichtung ist für wenigstens einen zwei ten Steuerzustand zur Erzeugung eines Gradientenfelds für einen zweiten Teilabbildungsbereich ausgebildet, der keine Teilmenge des ersten Teilabbildungsbereichs ist und diesen nicht einschließt.

2. Magnetresonanztomographiegerät nach Anspruch 1, umfassend folgendes Merkmal:

- Die Spulensteuervorrichtung ist für wenigstens einen drit ten Steuerzustand zur Erzeugung eines Gradientenfelds für einen Gesamtabbildungsbereich ausgebildet, der durch das von der Gradientenspule erzeugbare Gradientenfeld maxima ler Ausdehnung bestimmt ist und sämtliche Teilabbildungs bereiche einschließt.

3. Magnetresonanztomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, umfassend folgendes Merkmal:

- Die Spulensteuervorrichtung ist für einen Steuerzustand ausgebildet, bei dem wenigstens zwei, ein Gradientenfeld erzeugende Spulenabschnitte von einem Strom gegensinnig durchflossen werden.

4. Magnetresonanztomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend folgendes Merkmal:

- Die Schaltsteuervorrichtung ist für einen Steuerzustand ausgebildet, bei dem wenigstens ein, nicht an einer Gra dientenfelderzeugung beteiligter Spulenabschnitt stromlos gesteuert ist.

5. Magnetresonanztomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend folgendes Merkmal:

- Die Spulensteuervorrichtung ist für einen Steuerzustand ausgebildet, bei dem wenigstens ein, nicht an einer Gra dientenfelderzeugung für einen Teilabbildungsbereich be teiligter Spulenabschnitt ein Magnetfeld erzeugt, dessen Werte für die magnetische Flußdichte ungleich der Werte sind, die das Gradientenfeld innerhalb des Teilabbildungs bereichs aufweist.

6. Magnetresonanztomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend folgendes Merkmal:

- Die Spulensteuervorrichtung ist zur Steuerung eines Be triebs ausgebildet, bei dem in einem ersten und zeitlich nachfolgend in einem zweiten Teilabbildungsbereich ein Gradientenfeld eingestellt wird.

7. Magnetresonanztomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend folgende Merkmale:

- Eine Stimulationskontrollvorrichtung ist mit der Spulen steuervorrichtung verbunden,
- die Stimulationskontrollvorrichtung ist zum Prüfen einer eingestellten Meßsequenz hinsichtlich der Auslösung von Stimulationen ausgebildet,
- die Stimulationskontrollvorrichtung ist zum Ermitteln ei ner Ausführungsart der eingestellten Meßsequenz ohne Sti mulationsauslösungen durch Steuerung von Gradientenfeldern für den Gesamtabbildungsbereich, für einen der Teilabbil dungsbereiche oder für wenigstens zwei der Teilabbildungs bereiche in einer zeitlichen Abfolge ausgebildet und
- die Stimulationskontrollvorrichtung ist zum Übermitteln der ermittelten Ausführungsart an die Spulensteuervorrich tung ausgebildet.

8. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiege räts, insbesondere zur Ausführung schneller Meßsequenzen mit hoher Bildauflösung ohne Auslösung von Stimulationen in einem lebenden Untersuchungsobjekt, umfassend folgende Merkmale:

9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend folgendes Merkmal:

- Steuerung eines Gradientenfelds in einem Gesamtabbildungs bereich, der durch das mit maximaler Ausdehnung erzeugbare Gradientenfeld bestimmt ist und sämtliche Teilabbildungs bereiche einschließt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, umfassend folgende Merkmale:

- Steuerung eines Gradientenfelds in einem der Teilabbil dungsbereiche und
- zeitgleiche Steuerung eines Magnetfelds für die übrigen Bereiche des Gesamtabbildungsbereichs, dessen Werte für die magnetische Flußdichte ungleich der Werte sind, die das Gradientenfeld innerhalb des Teilabbildungsbereichs aufweist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, umfassend folgende Merkmale:

- Prüfung einer eingestellten Meßsequenz vor deren Ausfüh rung hinsichtlich der Auslösung von Stimulationen,
- Ermittlung einer Ausführungsart der eingestellten Meßse quenz ohne Auslösung von Stimulationen durch Steuerung von Gradientenfeldern für den Gesamtabbildungsbereich, für ei nen der Teilabbildungsbereiche oder für wenigstens zwei der Teilabbildungsbereiche in einer zeitlichen Abfolge und
- Ausführen der ermittelten Ausführungsart.