用于控制匀场单元的方法、控制单元和磁共振设备与流程
本发明涉及一种用于控制匀场单元(shimeinheit)的方法、控制单元和磁共振设备。
背景技术：
在磁共振设备(也称为磁共振断层成像系统)中通常借助主磁体使受检查人员、特别是患者的待检查的身体暴露于相对高的主磁场，例如1.5或3或7特斯拉的主磁场。附加地，借助梯度线圈单元发出梯度脉冲。然后，通过射频天线单元借助合适的天线装置发送高频的射频脉冲，例如激励脉冲，这导致了特定的通过该射频脉冲共振激励的原子的核自旋围绕所定义的翻转角相对于主磁场的磁力线倾斜。在核自旋弛豫时发射射频信号(所谓的磁共振信号)，这些射频信号借助合适的射频天线被接收并且然后被进一步处理。根据这样获得的原始数据最终可以重建期望的图像数据。
因此对于特定的测量发送特定的磁共振序列(也称为脉冲序列)，其由射频脉冲(激励脉冲和重聚焦脉冲)以及与之相适应协调地待发送的梯度脉冲的序列组成，所述梯度脉冲在沿着不同空间方向的不同的梯度轴上具有特定的梯度脉冲形状。时间上与之相适应地为此设置读取窗，其预先给定其中采集感应的磁共振信号的时间段。
在借助磁共振设备的磁共振成像中，检查体积中的主磁场的均匀性是具有更大意义的。在均匀性的小的偏差的情况下已经会导致在核自旋的频率分布中的大的偏差，从而拍摄低质量的磁共振图像数据。为了改善检查体积中的均匀性，磁共振设备典型地具有可调节的匀场单元。特别是为此公知电的匀场线圈，其以不同的匀场电流控制产生不同的补偿磁场，以改善均匀性。
借助磁共振设备的梯度线圈单元发送由磁共振序列的规定所限定的特定的梯度脉冲形状可以导致磁共振序列的拍摄体积中的不期望的涡流场。梯度线圈单元的运行在此可以引起磁共振设备的所有导电部件中的涡流。特别是在磁共振设备的磁体的、例如由铝构成的屏蔽中，尤其会出现涡流。在拍摄体积中出现的涡流场可以导致借助磁共振序列采集的磁共振图像的质量损失。由此，例如脂肪抑制在特定的磁共振序列中由于涡流场会变差。
虽然磁共振设备典型的梯度线圈单元设计为，使得由梯度线圈单元的运行引起的涡流以及由此在磁共振序列的拍摄体积中的涡流场被最小化。但是，在制造梯度线圈时的制造公差会导致在梯度线圈中的实际的导线导引部偏离期望的形状。由此，在轴向上的初级导线样式相对于次级导线样式例如会偏移。这样的偏移可以导致梯度线圈单元中的导线导引部的对称性的损失以及由此导致在梯度线圈单元的梯度场和涡流场中的整数项。恰好薄的梯度线圈单元在这种偏移上可以是更敏感的。而在梯度场中的干扰项典型地可以被忽略，由此在梯度线圈单元的涡流场中的整数项通常不可以被忽略。在梯度线圈单元的涡流场中的典型的整数项例如沿着z轴(a(2,0)项)、沿着x轴(a(2,1)项)或沿着y轴(b(2,1)项)取向。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题是，改善对磁共振成像中的涡流的补偿。上述技术问题通过按照本发明的特征来解决。优选的实施在从属权利要求中描述。
按照本发明的用于在检查对象的磁共振成像期间控制磁共振设备的匀场单元的方法包括以下方法步骤：
-按照磁共振序列的规定提供梯度脉冲形状，该磁共振序列被用于检查对象的磁共振成像，
-修正梯度脉冲形状，
-在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下产生匀场设置，
-在使用匀场设置的条件下控制匀场单元，其中对匀场单元的控制在借助磁共振设备的梯度线圈单元发出梯度脉冲形状期间进行。
检查对象可以是患者、健康的受试者、动物或模体。
匀场单元典型地集成地布置在磁共振设备的梯度线圈单元中。匀场单元的部分或整个匀场单元也可以布置在磁共振设备的局部线圈中。匀场单元可以包括多个匀场通道或匀场线圈。在磁共振序列期间，匀场单元的匀场通道或匀场线圈可以具有恒定的或可变的匀场电流。匀场单元典型地由匀场控制单元来控制，该匀场控制单元可以具有匀场电流放大器。匀场控制单元可以借助匀场设置来控制匀场单元。匀场设置例如可以规定在匀场单元的匀场线圈中可能取决于时间的、匀场电流的电流分布。匀场控制单元由此可以在磁共振成像的情况下向匀场单元的匀场通道或匀场线圈施加通过匀场设置规定的电流。
梯度脉冲形状尤其给出了梯度振幅的时间变化，以所述梯度振幅按照磁共振序列的规定来控制梯度线圈单元。在此，梯度脉冲形状尤其对应于单个的梯度切换或单个的梯度脉冲或也对应于多个梯度切换或梯度脉冲。梯度脉冲形状可以通过不同的参数来定义，诸如时间长度、最大振幅、边缘坡度。梯度脉冲形状尤其由磁共振设备的控制单元，特别是梯度控制单元来提供或产生。
梯度脉冲形状的修正可以在梯度控制单元中或在与梯度控制单元分开的单元中进行。特别地，由电子部件或数字滤波器进行梯度脉冲形状的修正。梯度脉冲形状的修正可以借助数字和/或电子实施的修正算法进行，其具有梯度脉冲形状作为输入参数并且具有修正后的梯度脉冲形状作为输出参数。
在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下产生匀场设置可以包括利用修正后的梯度脉冲形状直接控制匀场单元或匀场放大器。替换地或附加地还可以借助例如在校准测量中确定的、数字或电子实施的传递函数将修正后的梯度脉冲形状转换为匀场设置。
尤其是在发出梯度脉冲形状期间在使用匀场设置的条件下匀场单元被控制为，使得至少在发出梯度脉冲形状的部分时间段期间或在完整时间段期间，匀场电流的按照匀场设置规定的电流分布流入匀场单元的匀场线圈。由此，匀场单元可以被控制为，使得至少部分地或完整地通过借助匀场设置规定的匀场电流来补偿由于发出梯度脉冲形状而产生的涡流。匀场单元的控制和梯度脉冲形状的发出由此可以时间上彼此调谐，特别是具有相同的时间延迟地进行。
匀场单元的控制和梯度脉冲形状的发出的时间调谐在此可以是特别重要的。时间调谐在此可以通过如下确保，即，优选自动地通过提供和修正应当被发出的梯度脉冲形状来触发匀场设置的产生。也就是，匀场设置特别地不是独立于待发出的梯度脉冲形状产生，而是可以由待发出的梯度脉冲形状直接导出。也就是优选地，存在直接的电子和/或数字实施的路径，其根据为了发出而提供的梯度脉冲形状借助对梯度脉冲形状的修正来产生匀场设置，借助该匀场设置在发出梯度脉冲形状期间可以控制匀场单元。特别优选地，由此可以自动地由匀场单元来补偿由于发出梯度脉冲形状而产生的涡流。用于磁共振成像的磁共振序列由此优选地可以保持不变，也就是不需要调整磁共振序列。
由此，所建议的过程可以特别有利且有效地抑制由于梯度切换引起的涡流。由此可以提高在磁共振成像中拍摄的磁共振图像数据的质量或可以避免磁共振图像数据中的伪影。特别地还可以将在制造检查中与期望的形状具有较大偏差的梯度线圈尽管如此交付给顾客而不必将其销毁。
一种实施方式在于，梯度脉冲形状的修正包括形成梯度脉冲形状的导数，其中在使用梯度脉冲形状的导数的条件下产生匀场设置。形成梯度脉冲形状的导数可以包括对梯度脉冲形状的微分或计算梯度脉冲形状关于时间的变化。在形成导数的情况下尤其抑制梯度脉冲形状的恒定部分，例如具有恒定振幅的平台。在形成导数的情况下正是突出梯度脉冲形状的上升的或下降的边缘。梯度脉冲形状的导数的形成可以在为此合适的梯度控制单元中进行，该梯度控制单元对于匀场设置的产生转发梯度脉冲形状的预加重(
一种实施方式在于，将梯度脉冲形状的修正和在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下对匀场设置的产生进行为使得借助为了控制匀场单元而使用的匀场设置，至少部分地补偿在借助梯度线圈单元发出梯度脉冲形状期间出现的二阶的涡流份额。对于该应用情况，梯度脉冲形状的修正特别有利地可以包括形成梯度脉冲形状的导数。所建议的过程可以特别有利地用于抑制二阶的涡流份额。由此恰好在拍摄体积的边缘区域可以达到图像质量的明显改善，因为二阶的涡流场典型地在拍摄体积中的高径向位置的情况下典型地与正方形中的半径成比例地影响磁共振图像数据。由此借助所建议的补偿可以特别有利地将大拍摄体积用于采集磁共振图像数据，而不会损失图像质量。例如在肩部成像的情况下这一点可以是特别具有优势的。特别有利地，不仅可以补偿二阶的涡流场中的典型的整数项，诸如沿着z轴的场项(a(2,0)项)、沿着x轴的场项(a(2,1)项)或沿着y轴的场项(b(2,1)项)，而且还可以补偿附加的相交项，诸如b(2,2)项。
一种实施方式在于，仅在借助梯度线圈单元发出梯度脉冲形状的上升的和/或下降的边缘期间，在使用匀场设置的条件下控制匀场单元。由此，在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下产生的匀场设置尤其被构造为，使得由匀场设置规定的匀场电流仅在发出上升的和/或下降的边缘期间流过匀场线圈。该建议的对匀场单元的控制可以特别有利地用于补偿尤其在发出梯度脉冲形状的上升的或下降的边缘期间出现的涡流场。当然，也可以存在另外的、不基于梯度脉冲形状的匀场设置，其在梯度脉冲形状的恒定阶段期间触发匀场电流的流动。
一种实施方式在于，在检查对象的磁共振成像之前在校准中确定表征梯度线圈的二阶的涡流份额的传递函数，其中在使用传递函数的条件下产生匀场设置。在此，在校准中不仅可以测量零阶和一阶的涡流场，也称为涡流份额，而且附加地还可以测量二阶的涡流场。在此在安装磁共振设备时可以特定于该磁共振设备或特定于一系列的磁共振设备执行校准。传递函数的确定在此可以包括对于涡流份额的二阶项的所有组合确定振幅和时间常数。
按照本发明的用于磁共振设备的控制单元包括梯度控制单元、匀场控制单元和从梯度控制单元至匀场控制单元的接口，其中接口被构造为用于从梯度控制单元接收梯度脉冲形状、用于修正梯度脉冲形状并且用于将修正后的梯度脉冲形状传输到匀场控制单元。接口可以表示在梯度控制单元与匀场控制单元之间的电子连接或界面。由此，接口可以具有输入组件，其从梯度控制单元接收梯度脉冲形状。接口可以具有修正组件，其修正梯度脉冲形状。最后，接口可以具有输出组件，其将修正后的梯度脉冲形状传输到匀场控制单元。接口由此能够实现匀场单元的自动控制，其通过由梯度控制单元提供梯度脉冲形状来触发。由此，按照本发明的控制单元能够实现已经描述的、对由于发出梯度脉冲形状而产生的涡流场的自动补偿。同时，所建议的匀场单元可以特别有利地用于专业人员已知的动态匀场，其中可以实时地补偿基于层的(特别是二阶的)非均匀性或呼吸影响或其它动态干扰。同样，对于时间关键的过程可以降低对于静态匀场设置的匀场设置时间。
控制单元的一种实施方式在于，接口被构造为用于形成所接收的梯度脉冲形状的导数并且用于将梯度脉冲形状的导数传输到匀场控制单元。为此，接口可以包括合适的组件，诸如高通滤波器和/或数字滤波器。接口由此可以抑制梯度脉冲形状的直流分量并且将梯度脉冲形状的上升的和/或下降的边缘传输到匀场控制单元。由此可以特别有利地补偿尤其在发出梯度脉冲形状的上升的和下降的边缘期间引起的涡流。
控制单元的一种实施方式在于，接口包括控制组件，其能够在借助梯度控制单元控制梯度线圈单元期间实时地将修正后的梯度脉冲形状传输到匀场控制单元。由此，可以以修正后的梯度脉冲形状、以与由梯度控制单元以梯度脉冲形状控制梯度线圈单元的相同速度来控制匀场控制单元。由此，匀场控制单元或匀场单元可以特别有利地补偿在运行梯度线圈单元时出现的涡流。
按照本发明的磁共振设备包括梯度线圈单元、匀场单元和按照本发明的控制单元，其中梯度控制单元被构造为用于借助梯度脉冲形状控制梯度线圈单元；并且匀场控制单元被构造为用于在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下产生匀场设置并且用于借助匀场设置控制匀场单元。磁共振设备在此可以在其运行时特别有利地具有在磁共振设备的导电部件中的减小的涡流。
磁共振设备的一种实施方式在于，梯度控制单元和匀场控制单元彼此调谐为，使得在借助梯度脉冲形状控制梯度线圈单元期间控制匀场单元。特别有利地，匀场控制单元和梯度控制单元的时间调谐能够实现通过匀场单元补偿由于运行梯度线圈单元引起的涡流。
磁共振设备的一种实施方式在于，匀场单元具有二阶的匀场线圈，其中在使用匀场设置的条件下控制二阶的匀场线圈。二阶的匀场线圈在此可以特别有利地被用于补偿二阶的涡流场。
磁共振设备的一种实施方式在于，匀场单元具有高于二阶的匀场线圈，其中在使用匀场设置的条件下控制高于二阶的匀场线圈。与在之前的段落描述的一样，也可以对于高阶，例如三阶或四阶确定传递函数。高阶的匀场线圈然后尤其可以被设置用于补偿由于发出梯度脉冲形状而产生的高阶的涡流场。高阶的匀场线圈在此优选地可以集成在直接放置在检查对象的身体上的局部线圈中。恰好在使用不对称的梯度线圈单元来发出梯度脉冲形状的情况下，对高阶的涡流场的补偿是特别具有优势的。
磁共振设备的一种实施方式在于，磁共振设备被构造为用于实施按照本发明的方法。由此，磁共振设备被构造为用于实施用于在检查对象的磁共振成像期间控制磁共振设备的匀场单元的方法。磁共振设备的控制单元的梯度控制单元被构造为用于按照磁共振序列的规定提供梯度脉冲形状，该磁共振序列被用于检查对象的磁共振成像。接口被构造为用于修正梯度脉冲形状。匀场控制单元被构造为用于在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下产生匀场设置。匀场控制单元被构造为用于在使用匀场设置的条件下控制匀场单元，其中在借助磁共振设备的梯度线圈单元发出梯度脉冲形状期间进行匀场单元的控制。
按照本发明的控制单元和按照本发明的磁共振设备的优点基本上相应于前面详细描述的按照本发明的方法的优点。在此提到的特征、优点或替换的实施方式同样也可以转用到其它要求保护的对象，并且反之亦然。换言之，装置的权利要求也可以以结合方法描述或要求保护的特征来扩展。方法的相应的功能性特征在此通过相应的装置模块，特别是通过硬件模块来构造。
附图说明
下面结合在附图中示出的实施例对本发明作进一步的描述和说明。
附图中：
图1以示意图示出了按照本发明的具有按照本发明的控制单元的磁共振设备，
图2示出了按照本发明的方法的实施方式的流程图，
图3示出了按照本发明的过程的示例性图解。
具体实施方式
图1示意性示出了具有按照本发明的控制单元24的按照本发明的磁共振设备11。
磁共振设备11包括由磁体单元13构成的探测器单元，具有用于产生强的且特别是恒定的主磁场18的主磁体17。此外，磁共振设备11具有用于容纳检查对象15(在该情况下是患者)的圆柱形的患者容纳区域14，其中患者容纳区域14在圆周方向上被磁体单元13圆柱形地包围。患者15可以借助磁共振设备11的患者支撑装置16移入患者容纳区域14。为此，患者支撑装置16具有卧榻板，其可移动地布置在磁共振设备11内。磁体单元13借助磁共振设备的壳体外壳31向外屏蔽。
此外，磁体单元13具有用于产生磁场梯度的梯度线圈单元19，该磁场梯度在成像期间用于空间编码。此外，磁体单元13具有射频天线单元20，其在所示的情况下构造为固定地集成在磁共振设备10中的身体线圈；和用于激励在由主磁体17产生的主磁场18中出现的极化的射频天线控制单元29。射频天线单元20将高频的磁共振序列入射到基本上由患者容纳区域14构成的检查空间中。此外，射频天线单元20被构造为用于特别是从患者15接收磁共振信号。
此外，磁共振设备11包括匀场单元34。图1中示出的匀场单元34布置在梯度线圈单元19的直接的空间环境中或集成地布置在梯度线圈单元19中。但是还可以考虑的是，匀场单元34的部分或整个匀场单元34布置在磁共振设备11的未示出的局部线圈中。匀场单元尤其可以包括多个匀场通道或匀场线圈。匀场单元34尤其具有二阶的匀场线圈，其中在使用匀场设置的条件下控制二阶的匀场线圈。匀场单元34还可以具有高于二阶的匀场线圈，其中在使用匀场设置的条件下控制高于二阶的匀场线圈。
控制单元24包括梯度控制单元28和匀场控制单元33。梯度控制单元28被构造为用于借助梯度脉冲形状控制梯度线圈单元19。匀场控制单元33被构造为用于产生匀场设置以及用于借助匀场设置控制匀场单元34。所示的控制单元24在所示的情况下还包括射频天线控制单元29，其被构造为用于控制射频天线单元20。
此外，控制单元24包括从梯度控制单元28至匀场控制单元33的接口32。接口包括输入组件32a，其从梯度控制单元28接收梯度脉冲形状。接口包括修正组件32b，其修正梯度脉冲形状。接口具有输出组件32c，其将修正后的梯度脉冲形状传输到匀场控制单元33。匀场控制单元33然后可以在使用修改后的梯度脉冲形状的条件下产生匀场设置。
优选地，接口32，特别是接口32的修正组件32b和输出组件32c，被构造为用于形成所接收的梯度脉冲形状的导数并且用于将梯度脉冲形状的导数传输到匀场控制单元33。优选地，接口或接口的控制组件，例如输出组件32c，能够实现在借助梯度控制单元28控制梯度线圈单元19期间实时地将修正后的梯度脉冲形状传输到匀场控制单元33。优选地，梯度控制单元28和匀场控制单元33彼此调谐，使得在借助梯度脉冲形状控制梯度线圈单元19期间进行匀场单元34的控制。
在磁共振设备11的提供单元25，在该情况下是显示单元25上可以向使用者提供重建的磁共振图像。此外，磁共振设备11具有输入单元26，借助其可以在测量过程期间由使用者输入信息和/或参数。
由此，磁共振设备11与控制单元24一起被构造为用于实施按照本发明的用于在检查对象15的磁共振成像期间控制匀场单元34的方法。
所示的磁共振设备11当然可以包括磁共振设备11通常具有的其它组件。此外，磁共振设备11的一般功能对于专业人员是公知的，从而对其它组件不再详细描述。
图2示出了按照本发明的用于在检查对象15的磁共振成像期间控制磁共振装置11的匀场单元34的方法的第一实施方式的流程图。
在第一方法步骤40中，借助控制单元24的梯度控制单元28按照磁共振序列的规定提供梯度脉冲形状，该磁共振序列被用于检查对象15的磁共振成像。然后将梯度脉冲形状从梯度控制单元28传输到控制单元24的接口32。
在另外的方法步骤41中，借助控制单元24的接口32修正梯度脉冲形状。在此，梯度脉冲形状的修正尤其包括在另外的方法步骤41的子步骤diff中形成梯度脉冲形状的导数。然后可以将梯度脉冲形状的导数从接口32传输到匀场控制单元33。
在另外的方法步骤42中，在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下借助控制单元24的匀场控制单元33产生匀场设置。在此，尤其在使用在另外的方法步骤41的子步骤diff中已经产生的梯度脉冲形状的导数的条件下产生匀场设置。
在另外的方法步骤43中，在另外的方法步骤43的第一子步骤43-1中在使用匀场设置的条件下借助匀场控制单元33控制匀场单元34。同时，在另外的方法步骤43的第二子步骤43-2中借助磁共振设备11的梯度线圈单元19发出梯度脉冲形状。在此特别地，借助梯度线圈单元19发出原始的梯度脉冲形状而不是修正后的梯度脉冲形状。在此，匀场单元34的控制在借助梯度线圈单元19发出梯度脉冲形状期间进行。特别优选地，仅在借助梯度线圈单元19发出梯度脉冲形状的上升和/或下降边缘期间，在使用匀场设置的条件下控制匀场单元34。
在按照图2的方法中，修正梯度脉冲形状并且在使用修正后的梯度脉冲形状的条件下产生匀场设置，使得借助为了控制匀场单元33而使用的匀场设置至少部分地补偿在借助梯度线圈单元19发出梯度脉冲形状期间出现的二阶的涡流份额。
在检查对象15的磁共振成像之前优选地可以在另外的方法步骤44中在校准中确定表征梯度线圈19的二阶的涡流份额的传递函数，其中在使用传递函数的条件下产生匀场设置。
图3示出了按照本发明的过程的示例性图解。明显地，图3中示出的形状仅能视为示例性的。所示的梯度脉冲形状及其修正当然也可以与图3中所示不同地构造。
在框50中示出了示例性的梯度脉冲形状，其由梯度控制单元28所提供。梯度脉冲形状包括具有恒定振幅的平台、上升边缘和下降边缘。
梯度脉冲形状现在被传输到梯度线圈单元19，由该梯度线圈单元对其进行发出以用于磁共振成像，如在框51中所示的那样。
梯度脉冲形状不仅被传输到梯度线圈单元19，而且附加地也被传输到接口32。在另外的步骤中接口修正梯度脉冲形状。梯度脉冲形状的特别有利的修正在此是形成梯度脉冲形状的导数。在框52中示出了在框50中所示的梯度脉冲形状的导数。具有恒定振幅的平台在梯度脉冲形状的导数中作为零位线示出。相反如在框52中可以看出的那样，在导数中明显显现梯度脉冲形状的上升和下降边缘。
现在将修正后的梯度脉冲形状，也就是特别是梯度脉冲形状的导数，从接口32传输到匀场控制单元33。匀场控制单元33可以根据梯度脉冲形状的导数产生匀场设置，借助该匀场设置由匀场控制单元33控制匀场单元34。
在框53a、53b、53c、53d、53e中示出了匀场单元34的五个二阶的匀场线圈的示例性的电流分布。在此，所示的电流分布基于框52中所示的梯度脉冲形状的导数。在所示的情况下，对于所有五个匀场线圈相同地构造电流分布，其中这一点在具体的应用情况下不必这样。
梯度脉冲形状51现在可以由梯度线圈单元19来发出，而同时匀场单元34的匀场线圈具有在框53a、53b、53c、53d、53e中示出的电流分布。明显的是，仅当由梯度线圈单元19处理梯度脉冲形状的上升和下降边缘时，电流流过匀场线圈。在二阶的匀场线圈中通过在框53a、53b、53c、53d、53e中示出的电流分布能够特别有利地补偿由于发出梯度脉冲形状的上升和下降边缘而产生的涡流场。
虽然在细节上通过优选的实施例详细阐述和描述本发明，但是本发明不受所公开的示例限制并且可以由专业人员从中导出其它方案，而不脱离本发明的保护范围。
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