DE102011087485B3

DE102011087485B3 - Magnetresonanztomographie-Anlage, Verfahren zum Ausgleichen einer Feldinhomogenität in der Anlage und Shimspulenanordnung

Info

Publication number: DE102011087485B3
Application number: DE201110087485
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: US20130134978A1; US9541619B2; CN103135081A; CN103135081B

Abstract

Eine der Erfindung zugrundliegende Aufgabe besteht darin, bei einer MRT-Anlage die Gewinnung von qualitativ hochwertigen MR-Bildern zu ermöglichen. Kritisch sind hierbei vom Gewebe eines Patienten eingebrachte Inhomogenitäten des magnetischen Grundfelds der MRT-Anlage. Zum Ausgleichen der Feldinhomogenität wird durch eine Steuereinrichtung (22) in Abhängigkeit von einer Information über die Feldinhomogenität und einer Information über eine Lage wenigstens einer in dem Magnetfeld angeordneten Ausgleichs- oder Shimspule wenigstens ein Wert für einen Spulenstrom (I1 bis In) ermittelt, welcher der wenigstens einen Shimspule zuzuführen ist, um ein magnetisches Ausgleichsfeld zum Ausgleichen der Feldinhomogenität zu erzeugen. Daraufhin wird in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Wert ein Steuersignal (S1 bis Sn, S11 bis Snm) für wenigstens eine Shimstromquelle (12 bis 20) und für wenigstens eine die wenigstens eine Shimstromquelle (12 bis 20) mit der wenigstens einen Shimspule koppelnde Schaltmatrix (30) erzeugt. Zu der Erfindung gehört auch eine MRT-Anlage mit einer Schaltmatrix (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanztomographie-Anlage, oder kurz MRT-Anlage, bei welcher in Abhängigkeit von einer Information über eine Feldinhomogenität eines Magnetfelds der MRT-Anlage ein Strom für eine Ausgleichs- oder Shimspule erzeugbar ist. Zu der Erfindung gehören auch eine Shimspulenanordnung sowie ein Verfahren zum Ausgleichen einer Feldinhomogenität in einem Magnetfeld einer MRT-Anlage.
Die Bildgebung in der Magnetresonanztomographie (MRI – Magnetic Resonance Imaging) beruht auf einer Ausrichtung von Spins von Atomkernen durch ein magnetisches Grundfeld oder BO-Feld der MRT-Anlage. Hierbei ist man in vielen Fällen bestrebt, ein möglichst homogenes Grundfeld bereitzustellen, das in einem verhältnismäßig großen Bereich eine konstante Feldstärke (sowohl in Bezug auf dessen Betrag als auch dessen Richtung) aufweist.
Für viele Anwendungen ist die Homogenität des Grundfelds von entscheidender Bedeutung für die Bildqualität und auch für die räumliche Registrierung der Bilder, also der Zuordnung einander entsprechender Bildbereiche in zwei oder mehr Bildern. Um beispielsweise die diagnostische Verwertbarkeit eines Magnetresonanzbildes (MR-Bildes) zu verbessern, kann mittels der so genannten Fettsättigung erreicht werden, dass die verhältnismäßig starken Signale von Fettgewebe ausgeblendet werden. Hierzu wird beispielsweise bei der spektralen Fettsättigung und verwandten Techniken die Tatsache genutzt, dass Fett und Wasser leicht unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. Die Abweichung ist allerdings minimal; sie beträgt in der Regel 3,1 ppm (parts per million), was besagt, dass bei einer Lamor- oder Resonanzfrequenz von 10 MHz ein Unterschied von nur 31 Hz besteht. Dennoch ist es selbst bei dieser schwachen Abweichung möglich, durch einen starken Sendepuls auf der Fett-Frequenz das Signal des Fetts zu unterdrücken, ohne die Bildgebung der zu den Wassermolekülen gehörenden Protonen zu beeinflussen. Die Funktionsfähigkeit aller Techniken, die auf der spektralen Trennung von Fett und Wasser beruhen, hängt aber eben auch entscheidend von der Homogenität des Grundfelds ab. Wenn das Grundfeld in ähnlicher Größenordnung wie die spektrale Trennung von Fett und Wasser (ca. 3 ppm) variiert, dann können die Fett- und Wasserresonanzen auf derselben Frequenz liegen, wodurch sie dann nicht mehr spektral getrennt werden können.
Bei heutigen supraleitenden Magneten lässt sich eine konstruktionsbedingte Magnetfeldinhomogenität auf ca. 1 ppm und weniger in einem Volumen von ca. 30 × 40 × 50 cm reduzieren. Probleme mit der Fettsättigung ergeben sich hier nur in Randbereichen dieser Regionen, wenn ein zu untersuchender Patient beispielsweise breite Schultern hat, die aus dem Volumen mit homogenem Feld herausragen. Um das Volumen mit homogenem Magnetfeld zu vergrößern, ist es bekannt, zusätzlich zu dem von der supraleitenden Magnetspule erzeugten Grundfeld mittels so genannter Ausgleichs- oder Shimspulen diesem Grundfeld noch ein Ausgleichsfeld zu überlagern, mittels welchem die Inhomogenitäten an den Rändern des besagten Volumens kompensiert werden können. Solche Shimspulen sind in der Regel am supraleitenden Magneten befestigt. Sie werden jeweils von einer so genannten Shimstromquelle mit einem elektrischen Strom versorgt, dessen Stromstärke im Rahmen einer Justierung der MRT-Anlage vom Servicepersonal eingestellt wird.
Viel kritischer als die im Voraus messbaren und deterministischen B0-Inhomogenitäten des Grundfelds sind jedoch die vom Gewebe eines Patienten selbst eingebrachten Inhomogenitäten. Insbesondere führen Diskontinuitäten von Luft und Gewebe zu signifikanten B0-Verzerrungen. Auch die inhomogene Verteilung von Wasser, Luft, Knochen und Fett im menschlichen Körper führt aufgrund der räumlichen Suszeptibilitätsverteilung zu einer Verzerrung des B0-Grundfelds, die für jeden Patienten verschieden ist.
Aus der JP 2005-278 805 A ist eine gattungsgemäße MRT-Anlage bekannt, wobei die wenigstens eine Shimstromquelle über eine Verteilung mit einer Mehrzahl von Shimspulenanschlüssen gekoppelt ist, an welche jeweils wenigstens eine Shimspule zum Erzeugen eines magnetischen Ausgleichsfelds anschließbar ist.
Aus der US 5 650 727 A ist eine gattungsgemäße MRT-Anlage bekannt, wobei jeweils eine Shimstromquelle jeweils einer Shimspule zum Erzeugen eines magnetischen Ausgleichsfelds zugeordnet ist.
Aus der DE 199 28 428 A1 ist eine MRT-Anlage bekannt, bei welcher eine Vielzahl von HF-Spulen mit einer Vielzahl von Vorverstärkern über eine Schaltmatrix verbunden ist.
Eine der Erfindung zugrundliegende Aufgabe besteht darin, bei einer MRT-Anlage die Gewinnung von qualitativ hochwertigen MR-Bildern zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine MRT-Anlage gemäß Patentanspruch 1, eine Shimspulenanordnung gemäß Patentanspruch 11 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die erfindungsgemäße MRT-Anlage ermöglicht es, Shimspulen lokal dort zu betreiben, wo z. B. durch Gewebe eines Patienten eingebrachte Inhomogenitäten entstanden sind. Hierzu weist die erfindungsgemäße MRT-Anlage eine Mehrzahl von Shimspulenanschlüssen auf, an welche jeweils wenigstens eine Shimspule zum Erzeugen eines magnetischen Ausgleichsfelds anschließbar ist. So lassen sich Shimspulen stets dort betreiben, wo sie benötigt werden, also beispielsweise an einer Schulter eines in dem Magnetfeld befindlichen Patienten. Die erfindungsgemäße MRT-Anlage umfasst auch eine Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer Information über die Feldinhomogenität ein Steuersignal zu erzeugen. Mit dieser Steuereinrichtung ist wenigstens eine steuerbare Shimstromquelle gekoppelt, die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Steuersignal einen Spulenstrom zu erzeugen.
Um nun den Spulenstrom der wenigstens einen Shimstromquelle den Shimspulen zuführen zu können, ist die wenigstens eine Shimstromquelle über eine steuerbare Schaltmatrix mit der Mehrzahl von Shimspulenanschlüssen gekoppelt.
Die erfindungsgemäße MRT-Anlage weist den Vorteil auf, dass über die Mehrzahl der Shimspulenanschlüssen Shimspulen lokal, d. h. patientennah, betrieben werden können, d. h. bevorzugt in einem Abstand von weniger als 30 cm, insbesondere weniger als 15 cm. Wo immer eine Shimspule benötigt wird, lässt sie sich an einen der Shimspulenanschlüsse anschließen. Dabei ist es nicht nötig, für jede der Shimspulen auch eine entsprechende Shimstromquelle bereitzustellen. Stattdessen ist eine kosteneffiziente Verteilung und/oder Kombination von Spulenströmen zur Versorgung der lokalen Shimspulen mittels der steuerbaren Schaltmatrix ermöglicht. Damit kann die Shimspulenanordnung mit geringem Hardwareaufwand und entsprechend geringen Herstellungskosten möglichst flexibel an die Anforderungen angepasst werden, wie sie sich für eine durchzuführende MR-Untersuchung ergeben. Durch die Schaltmatrix ist ein Koppelfeld gebildet, mittels welchem ein Spulenstrom einer Shimstromquelle wahlweise wenigstens einem der Shimspulenanschlüsse oder auch gleichzeitig mehreren von diesen zugeführt werden kann. Die Schaltmatrix kann beispielsweise mittels eines Kreuzschienenverteilers realisiert sein.
Mittels der erfindungsgemäßen MRT-Anlage kann folgendes, einen unabhängigen Aspekt der Erfindung darstellendes, Verfahren durchgeführt werden, um eine Feldinhomogenität in einem Magnetfeld einer MRT-Anlage auszugleichen. Durch die Steuereinrichtung wird in Abhängigkeit von der Information über die Feldinhomogenität und einer weiteren Information betreffend eine Lage wenigstens einer in dem Magnetfeld angeordneten Shimspule ermittelt, welcher Spulenstrom (Stromstärke und Flussrichtung) der wenigstens einen Shimspule zuzuführen ist, um ein magnetisches Ausgleichsfeld zum Ausgleichen der Feldinhomogenität zu erzeugen. Daraufhin wird in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Wert für den Spulenstrom ein Steuersignal für die wenigstens eine Shimstromquelle sowie auch für wenigstens eine Schaltmatrix erzeugt. Durch das Einstellen der Shimströme und das Vorgeben der Schaltkombination in den Schaltmatrizen wird insgesamt eine Konfiguration erzeugt, durch welche zumindest näherungsweise das benötigte Ausgleichsfeld erzeugt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, auch die nicht konstruktionsbedingten, sondern durch die Anwesenheit eines Körpers in dem Magnetfeld verursachten Inhomogenitäten zumindest teilweise zu kompensieren.
Für eine konkrete Untersuchung eines Patienten müssen in der Regel nicht an alle Shimspulenanschlüsse entsprechende Shimspulen angeschlossen sein. Mittels der Schaltmatrix lassen sich die Shimstromquellen frei mit den Shimspulenanschlüssen verknüpfen, weshalb es möglich ist, bei der MRT-Anlage mehr Shimspulenanschlüsse als Shimstromquellen vorzusehen.
Genauso ist es durch die freie Verknüpfbarkeit der Shimstromquellen mit den einzelnen Shimspulenanschlüssen ermöglicht, bei der MRT-Anlage unterschiedliche, für verschiedene Untersuchungsprozeduren spezialisierte Shimstromquellen bereitzustellen. So können wenigstens zwei Shimstromquellen vorgesehen sein, die sich in wenigstens einer der folgenden Eigenschaften unterscheiden: einer maximal erzeugbaren Stromstärke, einer Einstellgenauigkeit für eine Stromstärke und einer Schaltbandbreite. Letztere ist ein Maß für die Verzögerung, mit welcher Stromstärken bei Shimstromquellen auf eine Veränderung des Steuersignals der Steuereinrichtung hin angepasst werden.
Bei der erfindungsgemäßen MRT-Anlage ist es sogar möglich, zum Betreiben einer Shimspule einen Spulenstrom mit einer Stromstärke bereitzustellen, die von einer der Shimstromquellen alleine nicht erzeugbar ist. Hierzu kann die Schaltmatrix als Kombinationsmatrix ausgebildet sein, indem Ströme wenigstens zweier Shimstromquellen überlagerbar und gleichzeitig wenigstens einem Shimspulenanschluss zuführbar sind.
Um auch während eines Verlaufs einer Messsequenz das Ausgleichsfeld dynamisch anpassen zu können, sieht eine Ausführungsform der MRT-Anlage vor, dass wenigstens eine Shimstromquelle als Konstantstromquelle ausgebildet ist, bei welcher eine Schaltbandbreite größer als diejenige eines Gradientensystems der MRT-Anlage ist. Dann lässt sich das Ausgleichsfeld stets schneller anpassen, als durch Veränderung des Gradientenfelds diejenige Region, welche momentan ausgewertet wird, verschoben werden kann.
Bevorzugt ist wenigstens einer der Shimspulenanschlüsse in eine Empfangsspulenbuchse integriert, über welche eine Empfangseinrichtung mit der MRT-Anlage koppelbar ist. Mit einer Empfangseinrichtung ist hier ein Messelement gemeint, das wenigstens eine Empfangsspule zum Empfangen eines MR-Signals aufweist. Mit einer Empfangsspulenbuchse ist die aus dem Stand der Technik bekannte Anschlusseinrichtung für eine Empfangseinrichtung gemeint. Durch Integrieren eines Schimspulenanschlusses in eine Empfangsspulenbuchse können ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand Shimspulen nahe an den Empfangsspulen betrieben werden, also dort, wo das homogene Feld auch benötigt ist.
Für den Fall, dass bei der MRT-Anlage Shimspulenanschlüsse über einen großen Bereich hinweg, beispielsweise entlang einer Patientenliege bereitgestellt sind, kann zum Reduzieren des Schaltaufwands eine Schaltmatrix bereitgestellt sein, die nur eine teilweise besetzte Matrixanordnung aufweist. Beispielsweise ist es in der Regel nicht nötig, fußseitige Shimspulenanschlüsse und gleichzeitig auch kopfseitige Shimspulenanschlüsse zu bestromen. Auf entsprechende Schaltkombinationen kann deshalb durch Weglassen der entsprechenden Schalter in der Matrixanordnung verzichtet werden. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung der Schaltmatrix und stellt kaum eine Einschränkung für die Anwendbarkeit der MRT-Anlage für heutige Untersuchungen dar.
Eine doppelte Nutzbarkeit der Shimstromquellen ergibt sich durch Bereitstellen wenigstens eines Schalters, über welchen wahlweise ein Strom wenigstens einer Shimstromquelle von einer Shimspule weg und hin zu einer PIN-Diode (Positive Intrinsic Negative Diode) eines Verstimmschaltkreises umlenkbar ist. Mittels solcher Verstimmschaltkreise werden beispielsweise Empfangsspulen der MRT-Anlage während des Aussendens des Anregungssignals (Sendepulses) vor einer Überspannung geschützt. Die Verstimmschaltkreise sind deshalb nur zwischen den einzelnen Messungen während der Anregung zu betreiben, also stets dann, wenn gerade kein Spulenstrom in den Shimspulen benötigt wird.
Wie bereits beschrieben, können die Shimspulen abnehmbar (also reversibel und zerstörungsfrei lösbar) über die Shimspulenanschlüsse anschließbar ausgestaltet sein. Die Erfindung umfasst in Zusammenhang mit diesem Aspekt auch eine entsprechende Shimspulenanordnung, die ein an einem Körper eines zu untersuchenden Patienten anzubringendes Gehäuse umfasst, in welchem Shimspulen integriert sind. Die Shimspulenanordnung ist mittels eines Steckers an der MRT-Anlage anschließbar, um die Shimspulen mit Strom zu versorgen. Der Stecker ist dabei nicht direkt mit den Shimspulen gekoppelt, sondern der Stecker und die Shimspulen sind über eine in dem Gehäuse integrierte steuerbare Schaltmatrix gekoppelt.
Die erfindungsgemäße Shimspulenanordnung weist den Vorteil auf, dass in dem Gehäuse mehr Shimspulen integriert sein können, als Shimspulenanschlüsse für deren Betrieb nötig sind. Der über den Stecker empfangene Spulenstrom kann hier mittels der steuerbaren Schaltmatrix den gerade benötigten Shimspulen zugeführt werden. Zu beachten ist hier, dass in der erfindungsgemäßen MRT-Anlage insgesamt mehrere Schaltmatrixanordnungen vorhanden sein können, beispielsweise eine ortsfest in der MRT-Anlage eingebaute und eine weitere in einer frei bewegbaren Shimspulenanordnung. Entsprechend werden durch die Steuereinrichtung der MRT-Anlage dann Signale für sämtliche dieser Schaltmatrizen erzeugt.
Bei der Shimspulenanordnung kann es sich beispielsweise um eine der bereits erwähnten lokalen Empfangseinrichtungen handeln, die an einem Patienten angebracht werden können. In diesem Fall ist dann in dem Gehäuse zusätzlich wenigstens eine Empfangsspule integriert.
Genauso kann dann in der Shimspulenanordnung auch ein Schalter vorgesehen sein, über welchen ein über den Stecker empfangener Spulenstrom wahlweise entweder einer Shimspule oder einer PIN-Diode eines Verstimmschaltkreises der Empfangsspule zuführbar ist.
Neben den frei beweglichen Shimspulenanordnungen kann die MRT-Anlage aber auch wenigstens eine Shimspule aufweisen, die ortsfest fest in der MRT-Anlage installiert ist, beispielsweise in einem Patiententisch. Auch eine solche Shimspule kann dann an einen der Shimspulenanschlüsse angeschlossen sein und mit einem Spulenstrom aus wenigstens einer Shimstromquelle über die Schaltmatrix versorgt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Shimsystems eines Magnetresonanztomographen gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen MRT-Anlage,
2 eine schematische Darstellung einer Schaltmatrix, die Bestandteil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen MRT-Anlage ist,
3 eine schematische Darstellung eines Schaltelements für eine Schaltmatrix einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen MRT-Anlage,
4 eine schematische Darstellung eines Schaltelements für eine Schaltmatrix einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen MRT-Anlage,
5 eine schematische Darstellung eines Magnetresonanztomographen gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen MRT-Anlage,
6 eine schematische Darstellung eines Lokalspulenarrays, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Shimspulenanordnung darstellt, und
7 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Verstimmeinrichtung, wobei die Schaltungsanordnung Bestandteil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen MRT-Anlage ist.
Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
In 1 ist ein Shimsystem 10 einer (nicht weiter dargestellten) MRT-Anlage gezeigt, mittels welchem sowohl konstruktionsbedingte als auch durch die Gegenwart eines Körpers eines Patienten bedingte Inhomogenitäten in einem Magnetfeld der MRT-Anlage ausgeglichen werden können. Bei dem Shimsystem 10 sind insgesamt n Shimstromquellen 12 bis 20 durch eine Steuereinrichtung 22 steuerbar. Die Shimstromquellen 12 bis 20 sind bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, in einer magnetisch geschirmten Kabine zusammen mit dem Patiententisch und der supraleitenden Magnetspule der MRT-Anlage angeordnet. Bei der Steuereinrichtung 22 kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Mikrocontroller handeln. Zum Steuern der Shimstromquellen 12 bis 20 sendet die Steuereinrichtung 22 über eine oder mehrere Steuerleitungen 24 Steuersignale S1 bis Sn an die Shimstromquellen 12 bis 20 aus. In Abhängigkeit von den Steuersignalen S1 bis Sn werden durch die Shimstromquellen 12 bis 20 Spulenströme I1 bis In eingestellt. Unter einem Steuersignal wird hier ein Signal verstanden, das sowohl analoge Spannungsverläufe als auch digitale Daten umfassen kann. Durch das Steuersignal können beispielsweise Schalt- und Konfigurationsparameter übertragen werden sowie Triggersignale zum Ändern eines Betriebszustands des angesteuerten Elements.
Bei dem Shimsystem 10 werden die Ströme I1 bis In (n ≥ 1) auf m Shimspulenanschlüsse (m ≥ 1) verteilt. Die Shimspulenanschlüsse können sich beispielsweise in Spulenbuchsen (LC – Local Connector) 26, 28 zum Anschließen von Empfangsspulen befinden. Hierbei kann mehr als ein Shimspulenanschluss in einer Empfangsspulenbuchse 26, 28 vorgesehen sein. An die Spulenbuchsen 26, 28 kann jeweils eine Empfangseinrichtung C1, C2 angeschlossen sein, in welcher sich eine oder mehrere Shimspulen sowie eine oder mehrere Empfangsspulen befinden können.
Die insgesamt m Shimspulenanschlüsse sind mit den n Shimstromquellen 12 bis 20 über eine Schaltmatrix 30 gekoppelt. Bei der Schaltmatrix 30 kann es sich beispielsweise um einen Kreuzschienenverteiler (KSV) handeln. Die einzelnen Schalter, welche sich in den Kreuzpunkten der Schaltmatrix 30 befinden, werden durch entsprechende Schaltsignale S11 bis Snm geschaltet, welche von der Schalteinrichtung 22 zu der Schaltmatrix 30 über Steuerleitungen 32 übertragen werden. Für das Schalten weist die Schaltmatrix 30 ein Interface (Schnittstelle) auf, über welches die Schaltsignale S11 bis Snm empfangen werden können.
Die Steuersignale S1 bis Sn, S11 bis Snm werden von der Steuereinrichtung 22 derart eingestellt, dass die Spulenströme I1 bis In in den Shimspulen der Empfangseinrichtungen C1, C2 ein Ausgleichsfeld erzeugen, durch welches eine Inhomogenität in dem Magnetfeld der MRT-Anlage ausgeglichen wird. In der Steuereinrichtung 22 sind dazu Informationen über die Inhomogenität gespeichert. Die Informationen können beispielsweise durch eine Übersichtsmessung gewonnen worden sein, die für einen in dem Magnetfeld befindlichen Patienten vor dessen eigentlicher Untersuchung durchgeführt wird.
Jede Shimstromquelle 12 bis 20 kann einen bestimmten Strom I1 bis In mit einer bestimmten Genauigkeit erzeugen. Nicht alle Shimstromquellen 12 bis 20 müssen hierbei notwendigerweise denselben maximalen Strom erzeugen.
Die Schaltmatrix 30 kann mehrere Funktionen erfüllen. Für eine Anordnung aus zum Beispiel n = 4 Shimstromquellen 12 bis 20 und l = 8 Lokalspulenbuchsen (in 1 sind davon nur die beiden Lokalspulenbuchsen 26 und 28 gezeigt) mit je a = 2 Shimspulenanschlüssen (dies ergibt m = 16) ermöglicht es die Schaltmatrix 30, die n Shimströme I1 bis In auf m = 16 beliebig auswählbare Shimstromanschlüsse zu verteilen. Dadurch werden erheblich weniger Shimstromquellen benötigt als Shimspulenanschlüsse vorhanden sind.
In einer weiteren Ausprägung des Shimsystems 10 ermöglicht es die Schaltmatrix 30 außerdem, dass einzelne Shimstromquellen 12 bis 20 parallel an einen einzigen Shimspulenanschluss geschaltet werden und sich dadurch ihre Ströme I1 bis In in der Schaltmatrix 30 überlagern. Dadurch können über die beispielsweise a = 2 Shimspulenanschlüsse in einer der Spulenbuchsen 26, 28 die Ströme von bis zu n ≥ a Shimstromquellen 12 bis 20 verfügbar gemacht werden. Dadurch kann diesem Shimspulenanschluss mehr Shimstrom (zum Beispiel der gesamte Shimstrom I1 + I2 + I3 ... + In aus allen n Shimstromquellen) zur Verfügung gestellt werden. Genauso ist es hierdurch möglich, die unterschiedlichen Eigenschaften verschiedenartigster Shimstromquellen günstig miteinander zu kombinieren. So ist es etwa denkbar, eine Shimstromquelle sehr genau einstellbar auszugestalten, eine dagegen nur mit geringer Genauigkeit, dafür aber mit großer elektrischer Leistung. Genauso lässt sich eine kostengünstige, träge schaltende Shimstromquelle mit einer teuren, schnell schaltbaren Shimstromquelle kombinieren.
Durch eine nur teilweise Belegung der beschriebenen Schaltmatrix 30 mit Schaltelementen ist es auch möglich, eine ähnliche, aber eventuell eingeschränkte Flexibilität der Verschaltbarkeit zu erhalten. So kann es beispielsweise akzeptabel sein, dass beim Bestromen von fußseitigen Spulenbuchsen nicht auch zugleich die kopfseitigen Spulenbuchsen bestromt werden können.
Die Shimstromquellen 12 bis 20 können in an sich bekannter Weise für das Bereitstellen der Spulenströme für die Shimspulen ausgestaltet sein. Die Schaltmatrix 30 und/oder die Shimstromquellen 12 bis 20 können entweder quasi statisch oder schnell schaltbar ausgeführt werden. Natürlich sind hier auch Mischlösungen denkbar. Je nach Größe und Ausgestaltung der MRT-Anlage müssen Ströme im Bereich von ca. 100 mA bis zu 10 A bereitstellbar bzw. schaltbar sein, insbesondere auch Gleichströme. Hierdurch unterscheidet sich die Schaltmatrix für die Shimstromquellen auch in grundlegender Weise von einem HF-Kreuzschienenverteiler (HF – Hochfrequenz, d. h. hier insbesondere über 10 MHz). Zu einem solchen HF-Kreuzschienenverteiler ist aus dem Stand der Technik bekannt, damit hochfrequente Empfangssignale (HF-Signale) von den Empfangsspulen an Empfangsschaltungen zu übertragen. Bei einem solchen HF-Kreuzschienenverteiler werden nahezu leistungslose HF-Signale mit einer Stromstärke von nur wenigen Milliampère geschaltet.
Im Folgenden sind anhand von 2 bis 4 beispielhaft mögliche Ausgestaltungen einer Schaltmatrix für eine erfindungsgemäße MRT-Anlage beschrieben.
In 2 ist dazu von einer Schaltmatrix eine Matrixanordnung 34 aus Schaltelementen 36 bis 46 gezeigt, die n = 3 Stromeingänge und nur m = 2 Stromausgänge aufweist. Bei dieser Schaltmatrix kann es beispielsweise vorgesehen sein, unterschiedliche Typen von Shimstromquellen über die n = 3 Eingänge mit den nur m = 2 Shimspulenanschlüssen zu koppeln. Die hier dargestellte Auswahl aus n = 3 Eingängen und m = 2 Ausgängen ist nur beispielhaft und stellt keine Einschränkung für die folgenden Erläuterungen bezüglich der Ausgestaltung der Matrixanordnung 34 dar.
Die Schaltelemente 36 bis 46 können als integrierte Schalter in einem einzelnen Bauteil integriert sein. Die Schaltungsanordnung 34 kann auch aus diskreten Bauelementen zusammengestellt sein. Die Schaltelementen 36 bis 46 können beispielsweise als Transistoren, z. B. CMOS-Transistoren (CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), oder auch als Relais realisiert sein. Generell sind hier keine speziellen Anforderungen an die Schaltelemente gestellt, um die Erfindung zu realisieren.
In 3 ist beispielhaft veranschaulicht, welche möglichen Schaltzustände ein einzelnes Schaltelement 48 einer (nicht weiter dargestellten) Matrixanordnung einer Schaltmatrix einnehmen kann. Das Schaltelement 48 weist einen Stromeingang und zwei Stromausgänge auf. Über einen nicht weiter dargestellten Steuereingang empfängt das Schaltelement 48 eines der Steuersignale, das hier als Steuersignal Sij bezeichnet ist (i-te Spalte, j-te Zeile der Matrixanordnung). In einer Schalterstellung x wird der Eingangsstrom des Stromeingangs 50 auf den Stromausgang 52 geleitet, in einer Schaltungsstellung y auf den Stromausgang 54. In einer Schalterstellung z sperrt das Schaltelement 48 vollständig.
In 4 ist ein Schaltelement 56 gezeigt, mittels welchem zwei Eingangsströme I1, I2 zu Summenströmen kombiniert werden können, und zwar entweder zu einem Summenstrom Io1 oder Io2. Hierzu weist das Schaltelement 56 insgesamt zwei schaltbare Elemente 58, 60 auf. Bei entsprechender Ansteuerung der schaltbaren Elemente 58, 60, wie sie in 4 dargestellt ist, ergeben sich beispielsweise Ausgangsströme Io2 = I1 + I2 und Io1 = 0.
In 5 ist ein Tomograph 62 gezeigt, bei dem zum Ausgleichen von Magnetfeldinhomogenitäten in einer Empfangseinrichtung 64 nicht nur eine oder mehrere Empfangsspulen 66, sondern auch eine oder mehrere Shimspulen 68 (SHIM) integriert sind. Bei der Empfangseinrichtung 64 kann es sich beispielsweise um eine in einem Patiententisch integrierte Empfangseinrichtung oder (wie in 5 gezeigt) um ein über eine Spulenbuchse 70 eines Patiententisches 72 reversibel lösbares, frei bewegliches Messelement der MRT-Anlage handeln. Über den Patiententisch 72 ist die Spulenbuchse 70 mit einer Schaltmatrix 74 gekoppelt. Die Schaltmatrix 74 empfängt über mehrere Stromleitungen 76 von einer Mehrzahl von Shimstromquellen 78 Spulenströme für die Shimspulen 68 und weitere, in anderen Empfangseinrichtungen angeordnete Shimspulen, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Die Shimstromquellen 78 sind in einem Stromquellenmodul 80 zusammengefasst. In dem Stromquellenmodul befindet sich ein Register 82, welches einen Speicher zum Ablegen von Einstellungen darstellt, die schnell für eine Steuerung der Shimstromquellen 78 abgerufen werden können sollen. Das Stromquellenmodul 80 empfängt von einer Steuereinrichtung 84 der MRT-Anlage 62 ein Steuersignal S1 für die Stromeinstellung sowie ein Triggersignal T1. Über ein zweites Steuersignal S wird durch die Steuereinrichtung 84 der Schaltzustand der Schaltmatrix 74 eingestellt. Durch die Steuereinrichtung 84 werden auch Daten für das Register 82 sowie ein weiteres Register 86 der Schaltmatrix 74 erzeugt. Auch das Register 86 stellt einen Speicher zum Ablegen von Einstellungen für die schnelle Abrufbarkeit dar. Neben den Steuersignalen S1 und S erzeugt die Steuereinrichtung 84 auch die Triggersignale T1 und T2.
Die Steuersignale S1 und S können hier in Abhängigkeit von einer Information über die Feldinhomogenitäten für jede Messung neu eingestellt werden. Die Triggersignale ermöglichen es, aus den Registern 82 und 86 gespeicherte Einstellungen abzurufen und die abgerufenen Werte dann als aktuelle Steuerparameter festzulegen. Hierdurch kann eine schnelle Umschaltung in dem Modul 80 und in der Schaltmatrix 74 erreicht werden, um das Ausgleichsfeld der Shimspulen 68 an eine Schichtselektion einer Messsequenz oder beispielsweise auch an eine Atembewegung oder eine andere Regung eines untersuchten Patienten anpassen zu können.
In 6 ist eine Empfangseinrichtung 88 gezeigt, die über einen Spulenstecker 90 an eine Spulenbuchse einer MRT-Anlage angeschlossen werden kann. Über den Spulenstecker 90 empfängt die Empfangseinrichtung 88 insgesamt c Spulenströme, ein Steuersignal Slc und ein Triggersignal Tlc. Die Ströme und Signale werden an eine in einem Gehäuse 92 der Empfangseinrichtung 88 integrierte Schaltmatrix 94 übertragen. Durch die Schaltmatrix 94 werden die c Spulenströme auf d Shimspulenanschlüsse geleitet, an welche insgesamt d Shimspulen 96 bis 102 angeschlossen sind. Zusätzlich zu den Shimspulen 96 bis 102 befindet sich in dem Gehäuse 92 noch ein Empfangsspulenarray 104, dessen Signale ebenfalls über den Spulenstecker 90 aus der Empfangseinrichtung 88 heraus hin zu einer (nicht dargestellten) Auswerteeinrichtung übertragen werden, mittels welcher aus den empfangenen Signalen Tomogramme berechnet werden.
In 7 ist veranschaulicht, wie eine Shimstromquelle 106 in einer MRT-Anlage auch als Stromquelle für eine PIN-Diode 108 verwendet werden kann. Falls die Shimstromquelle 106 nicht zum Shimmen verwendet wird, also zum Erzeugen eines Ausgleichsfelds, kann die Shimstromquelle 106 hier über eine Schaltmatrix 110 der MRT-Anlage von einer Shimspule 112 (SHIM) getrennt und ihr Strom Is der PIN-Diode 108 zugeführt werden. Hierzu kann zusätzlich ein Schalter 114 vorgesehen sein, der in Abhängigkeit von einem Empfangs-/Sende-Signal geschaltet wird, welches als Triggersignal fungiert und die Zeitpunkte angibt, zu welchen zwischen dem Sendebetrieb zum Anregen einer Magnetresonanz in einem Körper und einem Empfangsbetrieb zum Empfangen der dann von dem Körper abgestrahlten Wechselfelder gewechselt wird. Um die PIN-Diode 108 zu sperren, kann während des Empfangsbetriebs die PIN-Diode 108 über die Schaltmatrix 110 und den Schalter 114 beispielsweise mit einer Spannungsquelle 116 gekoppelt werden, welche die PIN-Diode 108 dann in einen sperrenden Zustand schaltet.
Bezugszeichenliste

10: Shimsystem
12 bis 20: Shimstromquellen
22: Steuereinrichtung
24, 32: Steuerleitungen
26, 28: Spulenbuchse
30: Schaltmatrix
34: Matrixanordnung
36 bis 48, 56: Schaltelement
50: Stromeingang
52, 54: Stromausgang
58, 60: schaltbares Element
62: MRT-Anlage
64: Empfangseinrichtung
66: Empfangsspule
68: Shimspule
70: Spulenbuchse
72: Patiententisch
74: Schaltmatrix
76: Stromleitungen
78: Shimstromspulen
80: Stromquellenmodul
82, 86: Register
84: Steuereinrichtung
88: Empfangseinrichtung
90: Spulenstecker
92: Gehäuse
94: Schaltmatrix
96 bis 102: Shimspule
104: Empfangsspulenarray
106: Shimstromquelle
108: PIN-Diode
110: Schaltmatrix
112: Shimspule
114: Schalter
116: Spannungsquelle
I1 bis In, Is: Spulenstrom
C1, C2: Empfangseinrichtung
S, S1 bis Sn, Sij, S11 bis Snm, Slc: Schaltsignal
Io1, Io2: Ausgangsstrom
T1, T2, Tlc: Triggersignal
x, y, z: Schalterstellung

Claims

MRT-Anlage (62), umfassend – eine Steuereinrichtung (22, 84), die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer Information über eine Feldinhomogenität eines Magnetfeldes der MRT-Anlage (62) ein Steuersignal (S1 bis Sn, S11 bis Snm, S, Slc, Sij) zu erzeugen, und – wenigstens eine steuerbare Shimstromquelle (12 bis 20, 78, 106), die mit der Steuereinrichtung (22, 84) gekoppelt und die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem Steuersignal (S1 bis Sn, S11 bis Snm, S, Slc, Sij) einen Spulenstrom (I1 bis In, Is) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Shimstromquelle (I1 bis In, 78, 106) über eine steuerbare Schaltmatrix (30, 34, 74, 94, 110) mit einer Mehrzahl von Shimspulenanschlüssen gekoppelt ist, an welche jeweils wenigstens eine Shimspule (68, 96 bis 102, 112) zum Erzeugen eines magnetischen Ausgleichsfelds anschließbar ist.
MRT-Anlage (62) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MRT-Anlage (62) mehr Shimspulenanschlüsse als Shimstromquellen (12 bis 20, 78, 106) aufweist.
MRT-Anlage (62) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die MRT-Anlage (62) wenigstens zwei Shimstromquellen (12 bis 20, 78, 106) aufweist, die sich in wenigstens einer der folgenden Eigenschaften unterscheiden: einer maximal erzeugbaren Stromstärke, einer Einstellgenauigkeit für eine Stromstärke, einer Schaltbandbreite.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix (30, 34, 74, 94, 110) als Kombinationsmatrix ausgebildet ist, indem Ströme (I1, I2) wenigstens zweier Shimstromquellen (12 bis 20, 78, 106) überlagerbar (Io2) und gleichzeitig wenigstens einem Shimspulenanschluss zuführbar sind.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MRT-Anlage (62) wenigstens eine Shimstromquelle (12 bis 20, 78, 106) aufweist, welche als Konstantstromquelle ausgebildet und bei welcher hierbei eine Schaltbandbreite größer als diejenige eines Gradientensystems der MRT-Anlage (62) ist.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Shimspulenanschlüsse in eine Empfangsspulenbuchse (26, 28, 70) integriert ist, über welche eine Empfangseinrichtung (C1, C2, 64, 88) mit wenigstens einer Empfangsspule (66, 104) zum Empfangen eines MR-Signals mit der MRT-Anlage (62) koppelbar ist.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix (30, 34, 74, 94, 110) eine nur teilweise besetzte Matrixanordnung bildet.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen Schalter (110, 114), über welchen ein Strom wenigstens einer Shimstromquelle (106) wahlweise von einer Shimspule (112) weg und hin zu einer PIN-Diode (108) eines Verstimmschaltkreises umlenkbar ist.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmatrix (30, 34, 74, 94, 110) als Kreuzschienenverteiler ausgebildet ist.
MRT-Anlage (62) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MRT-Anlage (62) wenigstens eine Shimspule (68, 96 bis 102, 112) aufweist, die an einen der Shimspulenanschlüsse angeschlossen ist und die in einem Patiententisch (72) integriert oder die in dem Magnetfeld bewegbar und hierdurch in einer patientennahen Position anordenbar ist.
Shimspulenanordnung (88) umfassend ein an einem Körper eines zu untersuchenden Patienenten anzubringendes Gehäuse (92) mit darin integrierten Shimspulen (96 bis 102), die über eine in dem Gehäuse (92) integrierte steuerbare Schaltmatrix (94) mit einem Stecker (90) gekoppelt sind, mittels welchem die Shimspulenanordnung (88) an eine MRT-Anlage anschließbar ist, um die Shimspulen (96 bis 102) mit Strom zu versorgen.
Shimspulenanordnung (88) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (92) zusätzlich wenigstens eine Empfangsspule (104) integriert ist.
Shimspulenanordnung (88) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Schalter, über welchen ein über den Stecker (90) empfangener Strom wahlweise entweder einer Shimspule (96 bis 102) oder einer PIN-Diode (108) eines Verstimmschaltkreises der wenigstens einen Empfangsspule (104) zuführbar ist.
Verfahren zum Ausgleichen einer Feldinhomogenität in einem Magnetfeld einer MRT-Anlage (62), indem durch eine Steuereinrichtung (22, 84) in Abhängigkeit von einer Information über die Feldinhomogenität und einer Information über eine Lage wenigstens einer in dem Magnetfeld angeordneten Shimspule (68, 96 bis 102, 112) wenigstens ein Wert für einen Spulenstrom (I1 bis In, Is) ermittelt wird, welcher der wenigstens einen Shimspule (68, 96 bis 102, 112) zuzuführen ist, um ein magnetisches Ausgleichsfeld zum Ausgleichen der Feldinhomogenität zu erzeugen, und daraufhin in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Wert für den Spulenstrom (I1 bis In, Is) ein Steuersignal (S1 bis Sn, S11 bis Snm, S, Slc, Sij) für wenigstens eine Shimstromquelle (12 bis 20, 78, 106) und für wenigstens eine die wenigstens eine Shimstromquelle (12 bis 20, 78, 106) mit der wenigstens einen Shimspule (68, 96 bis 102, 112) koppelnde Schaltmatrix (30, 34, 74, 94, 110) erzeugt wird und hierdurch eine Kombination aus Shimströmen und einer Schaltkombination der wenigstens einen Schaltmatrix (30, 34, 74, 94, 110) gebildet wird, durch welche zumindest näherungsweise das benötigte Ausgleichsfeld erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Strom wenigstens einer Shimstromquelle (12 bis 20, 78, 106) bedarfsweise zu wenigstens einer PIN-Diode (108) einer Verstimmeinrichtung umgeleitet wird.