DE3839715A1 - Magnetresonanz-abbildungsgeraet - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanz-Abbildungsgerät
zur Erzeugung eines (einer) Magnetresonanzbilds oder -ab
bildung eines Prüflings unter Ausnutzung der Magnet
resonanzerscheinung, insbesondere ein verbessertes Gerät
dieser Art, bei dem das darin aufgeprägte Statikmagnet
feld stabilisiert sein soll.
Bei einem Magnetresonanz- oder MR-Abbildungsgerät wird
ein gleichmäßiges Statikmagnetfeld einem gewünschten
Bereich eines Prüflings aufgeprägt, um damit eine Magnet
resonanz lediglich in einem spezifischen Scheibenabschnitt
des Prüflings, von dem ein Schnittbild gewonnen werden
soll, mittels einer Übertragerspule hervorzurufen und
(dabei) ein Hochfrequenz-Magnetfeld orthogonal zum
Statikmagnetfeld zu bilden. Das nach Aufhebung dieses
Hochfrequenz-Magnetfelds von den Atomkernen erhaltene
MR-Signal wird dann mittels einer Empfängerspule abge
griffen. Bei dieser Anordnung wird ein Gradientmagnetfeld
mit einer linearen Neigung zur X′-Achse (Koordinaten
system mit einer Drehung eines Winkels R° gegenüber der
X-Achse) auf das Statikmagnetfeld ausgeübt, um ein zu
sammengesetztes oder Misch-MR-Signal zu gewinnen. Auf der
Grundlage dieses Mischsignals kann dann ein gewünschtes
oder angestrebtes MR-Bild erzeugt werden.
Bei dem angegebenen MR-Abbildungsgerät ist es erforder
lich, daß das Statikmagnetfeld eine zufriedenstellende
Gleichmäßigkeit oder -förmigkeit in einem weiten Bereich
und eine hohe Stabilität beibehält. Beispielsweise be
trägt bei der gewöhnlichen Protonabbildung die erforder
liche Stabilität des Statikmagnetfelds lediglich etwa
2 ppm/h, während bei der chemischen Verschiebungsabbildung
eine hohe Stabilität von 0,1 ppm/h erforderlich ist. Mit
einer supraleitenden Magnetvorrichtung, bei welcher ein
Statikmagnetfeld in einem supraleitenden Zustand erzeugt
wird, ist eine hohe Stabilität von 0,1 ppm/h vergleichs
weise einfach in einem eingeschwungenen oder statischen
(steady) Zustand zu erreichen. Zum Zeitpunkt der Erhöhung
des Statikmagnetfelds oder unmittelbar nach der Änderung
seiner Intensität oder Stärke ist es dagegen wegen einer
erheblich großen Intensitätsdämpfung äußerst schwierig,
die gewünschte Stabilität von 0,1 ppm/h zu erzielen.
Obgleich diese Dämpfung der Statikmagnetfeldintensität
bei einer normalleitenden Magnetvorrichtung (oder -an
ordnung) durch Regelung des der Spule zugespeisten Stroms
ohne weiteres korrigiert werden kann, ist eine solche
Korrektur bei einer supraleitenden Magnetvorrichtung
aufgrund der Anwendung eines Permanentmodus (permanent
mode), in welchem die Vorrichtung für gewöhnlich mit von
ihr getrennter Stromquelle betrieben wird, unmöglich.
Bei dem angegebenen, eine supraleitende Magnetvorrichtung
verwendenden herkömmlichen MR-Abbildungsgerät besteht
damit das Problem, daß eine ausreichend hohe Stabilität
des Statikmagnetfelds bei dessen Erhöhung oder unmittelbar
nach Änderung seiner Intensität nicht erreicht werden
kann.
Im Hinblick auf diese Probleme besteht die Aufgabe der Er
findung in der Schaffung eines verbesserten Magnetresonanz-
oder MR-Abbildungsgeräts, bei dem die Stabilität eines
Statikmagnetfelds zum Zeitpunkt seiner Erhöhung oder un
mittelbar nach der Änderung seiner Intensität bzw. Stärke
in einer supraleitenden Magnetvorrichtung verbessert sein
kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Magnetresonanz-Abbildungsgerät
mit einer supraleitenden Magnetvorrichtung zur Erzeugung
eines Statikmagnetfelds in einem supraleitenden Zustand
und mit der Befähigung zur Erzeugung eines (einer) Magnet
resonanzbilds oder -abbildung eines in dieses Statikmagnet
feld eingebrachten Prüflings (oder auch Untersuchungsob
jekts) erfindungsgemäß gelöst durch eine Spule zum
Korrigieren der Intensität oder Stärke des Statikmagnet
felds, einen Dämpfungsmustergenerator zum Erzeugen eines
Dämpfungsmusters oder -profils der Statikmagnetfeldinten
sität in der supraleitenden Magnetvorrichtung und eine
Statikmagnetfeld-Korrekturstromquelle zur Lieferung eines
für die Erzeugung eines Magnetfelds einer in bezug auf
das Dämpfungsmuster inversen Charakteristik oder Kennlinie
geeigneten Stroms, wobei das Ausgangssignal von dieser Korrek
turstromquelle der Spule zugespeist wird.
Erfindungsgemäß wird ein Strom, der ein Magnetfeld mit
inverser Charakteristik oder Kennlinie in bezug auf das
Feldintensität-Dämpfungsmuster oder -profil in der supra
leitenden Magnetvorrichtung zu erzeugen vermag, der ge
nannten Spule zugespeist, um eine zweckmäßige Korrektur
der Statikmagnetfeldintensität zu bewirken, wodurch die
Stabilität des Statikmagnetfelds zum Zeitpunkt seiner
Erhöhung oder unmittelbar nach Änderung seiner Intensität
verbessert bzw. erhöht wird.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er
findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Magnetresonanz-Ab
bildungsgeräts gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus des
Geräts nach Fig. 1 und
Fig. 3 bis 5 Kennlinien- und Zeitsteuerdiagramme zur Ver
deutlichung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
MR-Abbildungsgeräts.
Bei der in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Ausführungs
form des erfindungsgemäßen Magnetresonanz-oder MR-Ab
bildungsgeräts erzeugt ein Hochfrequenz-Oszillator 6 ein
Hochfrequenz- bzw. HF-Signal unter der Steuerung einer
Systemsteuereinheit 5. Das Ausgangssignal des Oszillators
6 wird einer Hochfrequenz- bzw. HF-Übertragerspule 16 über
eine Torschaltung 7 und einen Leistungsverstärker 8 in
der nachgeschalteten Stufe zugeführt. Eine Hochfrequenz-
bzw. HF-Empfängerspule 15 dient zum Abgreifen eines
MR-Signals von einem Prüfling, wobei das so abgegriffene
oder detektierte MR-Signal über einen Vorverstärker 14
einem Phasendetektor 13 eingespeist wird, in welchem die
Signalphase erfaßt wird. Das phasendetektierte Ausgangs
signal des letzteren wird sodann einem Datenverarbeitungs-
Rechner 2 über einen Wellenformspeicher 12 in der nachge
schalteten Stufe eingegeben. Der Datenverarbeitungs-
Rechner 2 umfaßt funktionell eine Statikmagnetfeld-Korrek
tursteuereinheit 3 und eine Bildumformeinheit 4.
Die Statikmagnetfeld-Korrektursteuereinheit 3 führt eine
korrigierende Steuerung der Statikmagnetfeldintensität
durch Regelung des Stroms in einer Statikmagnetfeld-
Korrekturspule 19 nach Maßgabe der Änderung der Statik
magnetfeldintensität durch. Die Magnetfeldintensität
kann beispielsweise durch Ausführung einer Fourierschen
Umwandlung des MR-Signals und Erfassen seines Spitzen-
oder Scheitelwerts berechnet werden. Sodann erfaßt die
Steuereinheit 3 die Differenz zwischen der auf diese
Weise berechneten Magnetfeldintensität und der voreinge
stellten oder vorgegebenen Magnetfeldintensität entspre
chend der Bezugs-MR-Frequenz f O , und sie regelt den Strom
in der Spule 19 über eine Magnetfeldkorrektur-Stromquelle
11 zwecks Beseitigung dieser Differenz.
Die Bildumformeinheit 4 dient zum Umformen (reform) des
MR-Bilds auf der Grundlage der vom Wellenformspeicher 12
ausgegebenen MR-Information, worauf das umgeformte MR-
Bild einer Anzeigeeinheit 1 für seine sichtbare Wiedergabe
zugeführt wird.
Eine Gradientmagnetfeldspule 17 zum Erzeugen eines dem
Statikmagnetfeld zu überlagernden Gradientmagnetfelds
umfaßt drei Spulenelemente, die jeweils ein in der
Scheiben(schnitt)richtung geneigtes oder schräggestelltes
Magnetfeld G S , ein in Kodierrichtung geneigtes Magnet
feld G E und ein in Ausleserichtung geneigtes Magnetfeld
G R erzeugen. Eine Gradientmagnetfeld-Stromquelle 9 liefert
den erforderlichen Strom zur Gradientmagnetfeldspule 17
und arbeitet unter der Steuerung der Systemsteuereinheit
5.
Eine supraleitende Magnetvorrichtung oder -anordnung 18
zum Erzeugen eines Statikmagnetfelds in einem supralei
tenden Zustand umfaßt eine Statikmagnetfeldspule aus
einem Supraleitermaterial und eine Einrichtung zur Kühlung
dieser Spule. Die Kühlung der Statikmagnetfeldspule er
folgt mittels flüssigen Heliums, flüssigen Stickstoffs
o.dgl..
Ein Dämpfungsmustergenerator 20 erzeugt ein Dämpfungs
muster (attenuation pattern) für das durch die supra
leitende Magnetvorrichtung 18 erzeugte Statikmagnetfeld
und kann aus einem Speicher o.dgl. bestehen, in welchem
die vorher durch tatsächliche Messung gewonnene Dämpfungs
musterinformation abgespeichert ist. Die vom Mustergenera
tor 20 erhaltene Dämpfungsmusterinformation wird der Statik
magnetfeld-Korrekturstromquelle 11 zugeführt, welche so
dann die Spule 19 mit einem auf dieser Information basieren
den Strom speist, der geeignet ist für die Erzeugung oder
Bildung eines Magnetfelds mit einer inversen Charakteristik
bzw. Kennlinie gegenüber dem Dämpfungsmuster. Anschließend
wird der von der Statikmagnetfeld-Stromquelle 11 zur Spule
19 gelieferte Strom durch die Statikmagnetfeld-Korrektur
steuereinheit 3 gesteuert bzw. geregelt.
Fig. 2 veranschaulicht die Lagenbeziehung zwischen der
supraleitenden Magnetvorrichtung 18 und der Statikmagnet
feld-Korrekturspule 19.
Die supraleitende Magnetvorrichtung 18 ist im wesentlichen
zylindrisch ausgebildet, und die genannte Korrekturspule
19 ist im Inneren der Magnetvorrichtung 18 in Kontakt mit
dieser angeordnet. Die Korrekturspule 19 besteht aus vier
Schleifenspulen 19 a, 19 b, 19 c und 19 d, die in Richtung
des Statikmagnetfelds und in Reihe zueinander angeordnet
sind. Diese Anordnung ist deshalb gewählt, weil zwei
Schleifenspulen (Helmholtz-Spulen) für die Änderung der
Statikmagnetfeldintensität in einem Zustand hoher Gleich
förmigkeit unzureichend sind und mindestens vier oder mehr
Spulen nötig sind. Mit 21 ist eine Aufnahme-Apertur be
zeichnet, wobei ein Prüfling (oder auch Untersuchungs
objekt) in das in dieser Apertur 21 erzeugte Statikmagnet
feld H O einführbar ist. Obgleich aus Vereinfachungs
gründen nicht näher veranschaulicht, sind die Gradient
magnetfeldspule 17, die HF-Übertragerspule 16 und die
HF-Empfängerspule 15 mit der Statikmagnetfeld-Korrektur
spule 19 zusammengegossen (bzw. einstückig ausgebildet)
oder getrennt von ihr ausgebildet und in ihrem Inneren
angeordnet.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der vorstehend be
schriebenen Ausführungsform näher erläutert.
Der Strom von der Statikmagnetfeld-Stromquelle 10 wird
der supraleitenden Magnetvorrichtung 18 zugeführt, worauf
die Stromquelle 10 abgeschaltet bzw. getrennt wird, so
daß die supraleitende Magnetvorrichtung 18 in den
permanenten Betriebszustand bzw. Permanentmodus versetzt
wird. Das Sammeln von Daten erfolgt unter der Steuerung
der Systemsteuereinheit 5. HF-Impulse werden von der
Spule 16 in einer vorbestimmten Impulssequenz oder -folge
übertragen, um die Datensammlung bzw. -erfassung zum Um
formen (oder Reproduzieren) des MR-Bilds auszuführen, und
das durch die Spule 17 erzeugte Gradientmagnetfeld wird
dem Statikmagnetfeld überlagert. Das MR-Signal vom
Prüfling wird mittels der HF-Empfängerspule 15 abgegriffen
und dann über den Vorverstärker 14 dem Phasendetektor 13
eingegeben, in welchem die Signalphase erfaßt wird. Das
phasendetektierte Ausgangssignal des letzteren wird über
den Wellenformspeicher 12 der Bildumformeinheit 4 zuge
führt, wobei das in letzterer umgeformte (reformed) MR-
Signal auf der Anzeigeeinheit 1 in Form eines sichtbaren
Bilds wiedergegeben wird.
Die Korrektur der Statikmagnetfeldintensität oder -stärke
erfolgt auf die nachstehend beschriebene Weise.
Es sei angenommen, daß die von der supraleitenden Magnet
vorrichtung 18 erhaltene Statikmagnetfeldintensität
(H O ) auf die durch eine Kurve 22 in Fig. 3 angedeutete
Weise gedämpft wird; die Dämpfungsmuster- oder -profil
information wird sodann vom Dämpfungsmustergenerator 20
zur Statikmagnetfeld-Korrekturstromquelle 11 übertragen.
Daraufhin liefert die Stromquelle 11 einen Strom, der
ein durch eine Kurve 23 in Fig. 3 angedeutetes Magnetfeld
mit inverser Charakteristik bzw. Kennlinie gegenüber dem
Dämpfungsmuster zu erzeugen vermag, zur Statikmagnetfeld-
Korrekturspule 19, wodurch die Intensität des Statik
magnetfelds auf die durch eine Kurve 24 in Fig. 3 ange
gebene Weise korrigiert und stabil eingestellt wird.
Durch Erzeugung eines solchen Magnetfelds mit einer
gegenüber dem Dämpfungsmuster oder -profil des Statik
magnetfelds inversen Charakteristik kann die Stabilität
des Statikmagnetfelds zum Zeitpunkt seiner Erhöhung
oder unmittelbar nach Änderung seiner Intensität ver
bessert werden. Dabei kann jedoch eine gewisse Differenz
zwischen der tatsächlichen Statikmagnetfeldintensität
und der vorgegebenen Intensität, entsprechend der Bezugs-
MR-Frequenz f O , auftreten. In einem solchen Fall kann
diese Differenz durch Regelung des Stroms in der Spule
19 auf die im folgenden angegebene Weise beseitigt werden.
Zunächst wird das vom Prüfling erhaltene MR-Signal unter
der Steuerung der Systemsteuereinheit 5 abgegriffen. So
dann wird das MR-Signal durch Fouriersche Umwandlung
in der Statikmagnetfeld-Korrektursteuereinheit 3 verar
beitet, und die Intensität des Statikmagnetfelds wird
nach Maßgabe des Scheitel- oder Spitzenwerts des umge
wandelten Signals berechnet. Anschließend erfolgt eine
Berechnung zur Ermittlung der Differenz zwischen dieser
tatsächlichen Magnetfeldintensität und der vorgegebenen
Intensität entsprechend der Bezugs-MR-Frequenz f O , wobei
der in der Spule 19 fließende Strom durch die Stromquelle
11 derart geregelt wird, daß diese Differenz beseitigt
wird. Die Intensität oder Stärke des Statikmagnetfelds
wird somit durch die obige, als Magnetfeldaufschaltung
(magnetic field lock) bezeichnete Operation korrigiert.
Der Zeitpunkt für die Durchführung dieser Magnetfeld
aufschaltung kann unter Berücksichtigung der Dämpfungs
größe der Statikmagnetfeldintensität zweckmäßig bestimmt
werden, so daß die geforderte Magnetfeldstabilität erzielt
wird. Wenn jedoch die Aufnahmezeit (Datenerfassungszeit)
lang ist, kann diese Zeit auf die in Fig. 4 graphisch dar
gestellte Weise in vorbestimmte Zeitintervalle mit da
zwischen liegenden Nichtaufnahmeperioden (AUS-Zeit) unter
teilt werden, wobei der Magnetfeldaufschaltungsmodus
in diese AUS-Zeiten einbezogen werden kann. Fig. 5 veran
schaulicht graphisch die Beziehung zwischen der Änderung
des Stroms der Statikmagnetfeld-Korrekturspule 19 und
der in der Intensität des Statikmagnetfelds herbeige
führten Änderung. In dieser graphischen Darstellung stehen
H O für die Intensität des Statikmagnetfelds und I B für
den in der Statikmagnetfeld-Korrekturspule 19 fließenden
Strom. Falls keine Korrektur der Statikmagnetfeldintensität
vorgenommen wird, wird auf die durch eine Kurve 27 in Fig. 5
gezeigte Weise eine große Intensitätsdämpfung induziert
bzw. eingeführt; dagegen kann durch Erzeugung des Magnet
felds mit der gegenüber dem Dämpfungsmuster oder -profil
des Statikmagnetfelds inversen Charakteristik die Statik
magnetfeldintensität auf die durch eine Kurve 25 in Fig. 5
angedeutete Weise korrigiert werden. Da weiterhin der
Strom in der Statikmagnetfeld-Korrekturspule 19 auch durch
die Magnetfeldkorrektur-Steuereinheit 3 (im Magnetfeld
aufschaltungsmodus) geregelt wird, läßt sich eine hohe
Stabilität im Bereich des Bezugspunkts H O (Statikmagnet
feldintensität entsprechend der Bezugs-MR-Frequenz f O )
erreichen, wie dies durch eine Kurve 26 in Fig. 5 ange
geben ist.
Wie durch eine ausgezogene Kurve 28 in Fig. 5 angedeutet,
wird der Strom I B bevorzugt so eingestellt, daß er zum
Zeitpunkt der Erhöhung des Statikmagnetfelds oder un
mittelbar nach der Änderung seiner Intensität negativ
ist und im Einschwingzustand des Geräts zu Null wird.
Mit dieser Einstellung kann wirksam die erforderliche,
der Statikmagnetfeld-Korrekturspule 19 zuzuführende Energie
minimiert werden.
Beim beschriebenen Gerät gemäß der Erfindung, bei dem ein
Strom, der zur Erzeugung eines Magnetfelds mit inverser
Charakteristik oder Kennlinie gegenüber dem Dämpfungs
muster des Statikmagnetfelds in der supraleitenden Magnet
vorrichtung 18 geeignet ist, dieser Korrekturspule 19
zugeführt wird, kann somit die Stabilität des Statik
magnetfelds zum Zeitpunkt seiner Erhöhung oder unmittelbar
nach Änderung seiner Intensität verbessert bzw. erhöht
werden. Da weiterhin der in der Korrekturspule 19 fließende
Strom auch nach Maßgabe einer etwaigen Änderung oder
Variation in der Statikmagnetfeldintensität geregelt wird,
kann eine hohe Stabilität im Bereich der Magnetfeld
intensität entsprechend der Bezugs-MR-Frequenz f O reali
siert werden.
Claims (4)
1. Magnetresonanz-Abbildungsgerät mit einer supraleitenden
Magnetvorrichtung zur Erzeugung eines Statikmagnetfelds
in einem supraleitenden Zustand und mit der Befähigung
zur Erzeugung eines (einer) Magnetresonanzbilds oder
-abbildung eines in dieses Statikmagnetfeld eingebrachten
Prüflings (oder auch Untersuchungsobjekts), gekenn
zeichnet durch
eine Spule zum Korrigieren der Intensität oder Stärke des Statikmagnetfelds,
einen Dämpfungsmustergenerator zum Erzeugen eines Dämpfungsmusters oder -profils der Statikmagnetfeldinten sität in der supraleitenden Magnetvorrichtung und
eine Statikmagnetfeld-Korrekturstromquelle zur Lieferung eines für die Erzeugung eines Magnetfelds einer in bezug auf das Dämpfungsmuster inversen Charakteristik oder Kennlinie geeigneten Stroms, wobei das Ausgangssignal von dieser Korrekturstromquelle der Spule zugespeist wird.
eine Spule zum Korrigieren der Intensität oder Stärke des Statikmagnetfelds,
einen Dämpfungsmustergenerator zum Erzeugen eines Dämpfungsmusters oder -profils der Statikmagnetfeldinten sität in der supraleitenden Magnetvorrichtung und
eine Statikmagnetfeld-Korrekturstromquelle zur Lieferung eines für die Erzeugung eines Magnetfelds einer in bezug auf das Dämpfungsmuster inversen Charakteristik oder Kennlinie geeigneten Stroms, wobei das Ausgangssignal von dieser Korrekturstromquelle der Spule zugespeist wird.
2. Magnetresonanz-Abbildungsgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Dämpfungsmustergenerator einen
Speicher zum Abspeichern der durch vorherige Messung
gewonnenen Dämpfungsmusterinformation bezüglich des
Statikmagnetfelds aufweist.
3. Magnetresonanz-Abbildungsgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Statikmagnetfeld-Korrekturspule
aus einer Anzahl von in Richtung des Statikmagnetfelds
angeordneten und miteinander in Reihe geschalteten
Schleifenspulen besteht.
4. Magnetresonanz-Abbildungsgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Statikmagnetfeld-Korrekturstrom
quelle durch eine Statikmagnetfeld-Korrektursteuereinheit
für die Erzeugung eines Ausgangssignals zum Korrigieren
einer etwaigen, in der Intensität des Statikmagnetfelds
hervorgerufenen Änderung oder Variation steuerbar ist.
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Ipc: G01R 33/38 |
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