用于校正干扰效应对梯度系统的影响的方法、设备和系统与流程

在此理解为借助于磁共振系统执行磁共振测量。
8.如上所述，在磁共振测量时首先测量磁共振信号，其幅度被解释为在k空间中的图像数据的傅里叶变换。k空间在此能够理解为磁矩的密度分布在要检查的区域中的空间频域，在该区域中检测磁共振信号。如果足够准确地对k空间进行采样，则能够借助于(在逐个切片采样的情况下为二维的)傅里叶变换获得磁矩的密度的空间分布。通常，k空间在此沿着笛卡尔网格被逐行采样。然而，此外也可设想其它采样模式。
9.在磁共振测量时，通过梯度系统放出梯度脉冲的精度对所检测到的图像数据的质量有很大的影响。除了具有梯度脉冲的笛卡尔轨迹的脉冲序列之外，还能够使用具有径向或螺旋状轨迹的这种脉冲序列。此外，所谓的单激发epi序列也用于磁共振测量。后面的序列对磁场梯度的时间精度具有更高的要求。在放出的梯度脉冲与期望的梯度脉冲之间的偏差的原因例如可能在于出现涡流、时间调谐误差和增益误差以及场波动，其因在切换磁场梯度后的机械振动引起，但是也在于硬件组件，例如梯度系统的放大器和/或梯度线圈的热学变化和/或非线性特性。这种干扰效应引起偏离期望的梯度变化曲线的梯度变化曲线。这种偏差引起在确定k空间轨迹时的误差、在所采集的信号中的误差，并且最终引起图像数据中的伪影。
10.如果偏差是精确已知的，那么能够确定实际的k空间轨迹并且将其用于重建图像数据。替选地也能够测量实际的k空间轨迹。通常，梯度脉冲的校正针对在单一温度下特定的梯度系统状态进行。例如，针对室温确定梯度系统传递函数一次，并且然后将其用于整个成像序列，而不考虑在成像期间的温度变化。
11.一次性的、静态的梯度校正基于以下技术，所述技术利用传递函数，如梯度脉冲响应函数(girf，“gradient impulse response function”)或梯度系统传递函数(gstf，“gradient system transfer function”)根据等式(1)来校正偏差。在此，f是傅里叶变换，f是频率，而t是时间。
12.gstf(f)＝f{girf(t)}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
13.在此，动态梯度系统的线性和时间上不变的特性用于在图像重建期间校正所放出的梯度脉冲。在一种技术中使用磁共振系统的梯度脉冲响应函数girf或梯度系统传递函数gstf来校正非笛卡尔轨迹。在此，尤其能够通过使用梯度系统传递函数gstf来表征整个梯度系统的行为。
14.在所谓的后校正中，用于每个轴线(l＝x,y,z)的经校正的梯度脉冲g
post,l
(t)借助于将标称的梯度g
nom,l
(f)的傅里叶变换乘以在具体的温度状态下的相应的梯度系统传递函数gstf
l,l
(f)以及傅里叶变换到时域中(逆变换)计算得出：
15.g
post，l
(t)＝f-1
{f{g
nom，l
(t)}
·
gstf
l，l
}
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
16.值“l”表示用来放出输入梯度g
nom,l
(t)(也称为标称梯度)并且用来测量输出梯度g
real,l
(f)的方向x、y、z。
17.替选地，在先前的矫正(所谓的“预加强”)时使用逆梯度脉冲响应函数或梯度系统传递函数。在此能够放出经校正的、标称的梯度脉冲g
pre,l
(t)，其对应于期望的、标称的梯度脉冲g
nom,l
，使得实现期望的输出梯度g
real,l
(t)：
18.19.等式2和3示出梯度脉冲的简化的校正，其中仅使用梯度系统传递函数的一阶自项。为了阐述，在此应简短提及，梯度系统传递函数还包括描述在不同方向的磁场分量之间的相互作用的项以及更高阶的项。为了执行全面和完整的校正，必须使用梯度系统传递函数的从第0阶到第n阶的所有项。然而，如下实现充分校正：主要使用0阶项来校正基本磁场(b0场)，并且使用一阶项来校正磁场梯度。在确定梯度系统传递函数时，梯度系统应借助宽频谱进行测试。在理想情况下，将狄拉克脉冲用作测试梯度函数，以便实现所有频率的覆盖。
20.通过磁共振设备的梯度系统放出的梯度脉冲通常在小的动态场样本(“field probes”)中测量，借助所述动态场样本能够确定相位发展或相位信号。相位信号基于原始信号，即由接收天线测量到的信号。只有原始信号的相位被进一步处理。数值在此不被考虑。能够从相位信号中确定梯度。
21.因此梯度脉冲的校正是已知的。然而，已知的技术仅限于在采集磁共振信号之后对k空间数据的校正或对在磁共振记录的流程期间不断出现的干扰效应的校正。至今为止没有考虑在磁共振测量期间对磁共振设备的梯度系统的组件的动态的、尤其是非线性的特性进行补偿。


技术实现要素：

22.本发明的目的是，提供一种用于在磁共振测量期间校正在所放出的梯度脉冲与期望的梯度变化曲线之间的偏差的方法。
23.根据本发明，所述目的通过实施例所述的主题来实现。有利的实施形式和符合目的的改进方案是实施例的主题。
24.根据本发明的用于在磁共振测量时校正干扰效应对磁共振设备的梯度系统的影响的方法包括以下步骤：
25.·
借助于梯度系统的放大器发射梯度脉冲g
ref
(t)，
26.·
借助于在磁共振设备的检查区域中的磁场测量来检测梯度变化曲线g
real
(t)，
27.·
检测放大器的对于梯度脉冲g
ref
(t)的输出信号i
out
(t)，
28.·
根据所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)和所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)确定梯度系统传递函数(gstf、girf)，
29.·
根据所确定的梯度系统传递函数(gstf、girf)确定放大器的输出信号i
cor
(t)，在所述输出信号的情况下梯度系统提供期望的梯度变化曲线g
nom
(t)。
30.在根据本发明的方法的一个步骤中，发射至少一个梯度脉冲g
ref
(t)。梯度脉冲g
ref
(t)能够代表脉冲序列的一部分，所述脉冲序列能够包括一个或多个梯度脉冲，但是也能够包括一个或多个hf脉冲。梯度脉冲例如能够代表脉冲序列的规则的梯度脉冲，所述脉冲序列对于执行检查对象的磁共振测量是必需的。例如，规则的梯度脉冲能够包括成像梯度或扩散梯度。优选将成像梯度用于定位hf脉冲的作用。但是，梯度脉冲也能够仅作为测试梯度脉冲发射，尤其在脉冲序列的其余梯度脉冲不适合作为测试梯度脉冲的情况下如此。此外，梯度脉冲能够作为测试梯度脉冲和作为在脉冲序列中的规则的梯度脉冲具有双重功能。测试梯度脉冲尤其能够是以下梯度脉冲，所述梯度脉冲直接或间接地用于在磁共振测量时校正干扰效应对磁共振设备的梯度系统的影响。
31.干扰效应，如涡流的出现、时间调谐和增益误差、场波动、可变的温度影响和/或硬件组件、例如梯度系统的放大器和/或梯度线圈的非线性特性会引起在所放出的梯度脉冲和期望的梯度变化曲线之间的偏差。
32.磁共振测量优选代表检查对象、尤其是患者的成像检查。能够设想的是，在磁共振测量时检测检查对象的二维、三维和/或与时间相关的三维图像数据。然而也能够设想的是，为了校准和/或测试磁共振设备，执行磁共振测量，但是也执行磁共振频谱测量。在此，检查对象例如能够包括参考对象、体模和/或场样本，它们以预定的方式与在磁共振测量期间放出的脉冲序列相互作用。在一个实施形式中，执行磁共振测量的目的在于，借助于根据本发明的方法表征在所放出的梯度脉冲与期望的梯度变化曲线之间的偏差。
33.所发射的梯度脉冲g
ref
(t)优选具有三角形、矩形或梯形形状。这样构成的梯度脉冲覆盖了宽的频谱，进而特别适用于校正在整个k空间中的轨迹。但是也能够设想的是，所发射的梯度脉冲具有径向或螺旋状轨迹。
34.优选地，期望的或标称的梯度变化曲线g
nom
(t)与所发射的梯度脉冲g
ref
(t)相关联。如果在梯度系统中没有出现干扰效应，那么期望的梯度变化曲线能够与所发射的梯度脉冲相符。在这种情况下，所发射的梯度脉冲能够是“标称梯度脉冲”，其通过在发射梯度脉冲时预期的标称场强度值来表征。然而，在真实磁共振测量时，标称场强度值由于动态干扰影响而偏离梯度脉冲的真实场强度值。该偏差能够通过相应地测量梯度变化曲线g
real
(t)来确定。
35.在一个步骤中，梯度变化曲线g
real
(t)借助于在磁共振设备的检查区域中的磁场测量来检测。所检测到的梯度变化曲线尤其是实际的场强度值，其通过在检查区域中所发射的梯度脉冲g
ref
(t)生成。例如能够借助于磁力计或场摄像机检测梯度变化曲线。能够将磁力计或场摄像机引入磁共振设备的检查区域中，以检测梯度变化曲线。为此，场摄像机能够具有与磁共振设备的输入接口的信号连接，并且借助于信号连接将所检测到的梯度变化曲线传输给输入接口。此外能够设想的是，梯度变化曲线由磁共振设备的射频接收天线检测。为此，将场样本或一定体积的参考物质，例如水或油引入磁共振设备的检查区域中并且借助于预定的hf脉冲激发。随后能够分析场样本或参考物质的借助于磁共振设备的射频接收天线接收到的磁共振信号，以便获得关于所发射的梯度脉冲的特性的信息。对所接收到的磁共振信号的分析尤其能够包括将场样本或参考物质的期望的磁共振信号与所接收到的磁共振信号进行比较。
36.梯度脉冲能够理解为磁场强度或与时间相关的磁场强度变化曲线，所述磁场强度变化曲线借助于梯度系统提供。而梯度变化曲线能够通过以测量技术所检测到的场强或所检测到的与时间相关的场强度变化曲线来表征。因此，梯度变化曲线尤其应理解为实际的磁场梯度，所述实际的磁场梯度通过发射梯度脉冲而在检查区域中形成。由于上文提及的干扰效应的影响，梯度变化曲线可能会偏离梯度脉冲。
37.在另一步骤中，检测放大器的对于梯度脉冲g
ref
(t)的输出信号i
out
(t)。放大器的输出信号i
out
(t)尤其能够是由放大器馈送到梯度系统的梯度线圈中的电流。优选地，在由梯度系统的梯度线圈发射梯度脉冲g
ref
(t)期间，检测放大器的输出信号。放大器的输出信号在此能够借助于适宜的测量设备，例如电流钳、罗氏线圈、电压测量设备，但是还有测量或电流转换器来检测。优选地，所检测到的放大器的输出信号被传输给磁共振设备的输入
接口。但是同样能够设想的是，根据任意的测量变量和/或借助放大器的已知的特性曲线或运行特性来确定放大器的输出信号。术语“放大器”在此尤其应理解为梯度放大器，其将具有低的信号电平的信号(放大器的输入信号)提升和/或变换为具有高电平的信号(放大器的输出信号)。放大器的输出信号能够输送给梯度系统的梯度线圈，所述梯度线圈相应地在检查区域中产生磁场梯度(所发射的梯度脉冲)。在一个优选的实施形式中，梯度系统具有至少三个梯度线圈，所述梯度线圈构成为用于，提供彼此正交地定向的磁场梯度。
38.在根据本发明的方法的一个步骤中，根据所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)和所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)确定梯度系统传递函数(gstf、girf)。确定梯度系统传递函数在此能够借助于磁共振设备的计算单元进行，所述计算单元具有与输入接口的信号连接。在下文中，为了简化起见，两个术语“gstf”和“girf”将归入术语“梯度系统传递函数”下，因为这两个函数能够借助于等式(1)相互转换。
39.梯度系统传递函数通常根据借助于放大器放出的梯度g
real
(f)与根据等式(4)的期望的或标称梯度g
nom
(f)的商来确定。这种类型的梯度系统传递函数代表了所谓的梯度输入gstf，其中将标称输入梯度g
nom
(f)用于确定梯度系统传递函数。
[0040][0041]
相反，在根据本发明的方法中，根据所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)和所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)根据等式(5)来确定梯度系统传递函数。为此能够借助于傅里叶变换首先将所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)和所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)变换到频域(i
out
(f)，g
real
(f))中。
[0042][0043]
优选地，利用多个不同的梯度脉冲来确定梯度系统传递函数gstf，以便覆盖宽的频谱。所覆盖的频谱在此例如能够包括在-20khz至20khz之间的频率范围，尤其是在-10khz到10khz之间的频率范围。
[0044]
在根据本发明的方法的另一步骤中，根据所确定的梯度系统传递函数(gstf、girf)来确定放大器的输出信号i
cor
(t)，其中梯度系统提供期望的梯度变化曲线(g
nom
(t))。确定放大器的输出信号i
cor
(t)优选借助于磁共振设备的计算单元进行。计算单元优选具有与输入接口的信号连接。如上所述，输入接口能够构成为用于，接收梯度变化曲线以及放大器的输出信号，并且借助于信号连接将其传送给计算单元。信号连接在此能够无线或有线地构造。
[0045]
通过根据本发明的方法能够以有利的方式补偿干扰效应，例如放大器的非线性运行特性和/或对梯度系统的可变的温度影响。此外能够减少或避免由于这种干扰效应引起的图像伪影，并且能够有利地提高所检测到的图像数据的质量。尤其，通过输出放大器的输入信号能够实现直接调整放大器。由此能够以有利的方式避免在重建图像数据时对干扰效应的计算密集和/或时间密集的校正。
[0046]
在根据本发明的方法的一个优选的实施形式中，以重复的方式发射梯度脉冲g
ref
(t)并且检测梯度变化曲线g
real
(t)，尤其是以在磁共振测量的脉冲序列的一至五个重复间隔之间的频度重复。
[0047]
发射梯度脉冲和检测梯度变化曲线优选以分立的时间间隔重复地进行。能够设想的是，重复发射梯度脉冲和检测梯度变化曲线以在磁共振测量的脉冲序列的一至五个重复间隔之间的频率或频度进行。
[0048]
在一个实施形式中，在磁共振测量的脉冲序列期间重复发射梯度脉冲和检测梯度变化曲线的频度被降至最低程度。实验表明，在磁共振测量时的相关的温度变化能够在大约五个重复间隔之后发生，或者仅在五个重复间隔的持续时间结束之后以测量的方式来量化。通过降低重复发射梯度脉冲和检测梯度变化曲线的频度，能够有利地减少用于磁共振测量的持续时间和/或用于校正干扰效应的计算耗费。
[0049]
在一个优选的实施形式中，重复发射梯度脉冲和检测梯度变化曲线在每个重复间隔中进行。由此也能够有利地及时补偿意外快速出现的、对磁场梯度产生影响的干扰效应。在此，重复间隔能够理解为在两个相继的激励脉冲、尤其是两个相继的hf脉冲之间经过的持续时间。
[0050]
在一个实施形式中，根据本发明的方法还包括以下步骤：
[0051]
·
确定梯度系统的梯度线圈的温度，
[0052]
其中根据梯度线圈的温度确定放大器的输出信号i
cor
(t)。
[0053]
确定温度的梯度线圈在此与根据放大器的输出信号i
out
(t)发射梯度脉冲g
ref
(t)的梯度线圈相符。确定梯度线圈的温度例如能够借助于一个或多个温度传感器进行，所述温度传感器定位在梯度系统上，尤其是定位在梯度线圈上。优选地，温度传感器与梯度线圈机械连接并且经由机械连接具有与梯度线圈的热耦合。温度传感器能够构成为用于，借助于信号连接将梯度线圈的温度的测量值或指示梯度线圈的温度的信号传输给磁共振设备的计算单元。计算单元能够相应地构成为用于，根据梯度线圈的温度确定放大器的输出信号。还能够设想的是，根据测量值和/或放大器的与温度测量值不同的运行特性来确定梯度线圈的温度。
[0054]
根据另一实施形式，根据本发明的方法还具有以下步骤：
[0055]
·
确定梯度线圈的电阻和/或电感，
[0056]
其中根据梯度线圈的电阻和/或电感确定梯度线圈的温度。
[0057]
优选地，根据一个或多个梯度线圈的电阻和/或电感来确定梯度线圈的温度。此外，当然也能够将其它测量值用于确定梯度线圈的温度。优选地，根据连接到电压测量设备上的测量电阻(分流电阻)来确定梯度线圈的温度。但是同样能够设想的是，根据与温度相关的特性，例如参考线的长度，但是还有梯度线圈的电感来确定梯度线圈的温度。
[0058]
在根据本发明的方法的另一实施形式中，根据模型和/或智能算法确定梯度线圈的温度。
[0059]
智能算法能够包括人工智能的任意应用。人工智能例如能够包括自学习算法、神经网络、多层神经网络、专家系统等，其根据梯度系统的一个或多个测量值确定梯度线圈的温度。还能够设想的是，智能算法根据放大器和/或梯度线圈的已知的运行特性确定梯度线圈的温度。此外，智能算法能够将梯度线圈和/或放大器的模型用于确定梯度线圈的温度。
[0060]
此外，能够根据模型确定梯度线圈的温度。模型尤其能够是仿真模型、分析模型、经验模型和/或对放大器和/或梯度线圈进行描述或建模的基于模型的方法。
[0061]
在一个优选的实施形式中，根据所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)确定梯度线
圈的温度。
[0062]
在知晓由放大器馈入梯度线圈中的电流的情况下，能够根据梯度线圈的基本物理关系和/或分析模型非常精确地确定温度。优选地，在使用模型和/或智能算法的情况下借助于磁共振系统的计算单元确定梯度线圈的温度。当然，确定梯度线圈的温度还能够包括确定在脉冲序列中使用的多个梯度线圈的温度。
[0063]
通过确定梯度线圈的温度，能够以有利的方式以提高的精度确定放大器的输出信号。此外能够根据梯度线圈的温度以特别稳健和/或可再现的方式确定放大器的输出信号，因为能够考虑对梯度线圈的可变的温度影响。
[0064]
在一个实施形式中，根据本发明的方法具有以下步骤：
[0065]
·
根据所确定的放大器的输出信号i
cor
(t)和所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)来调整放大器的输入信号i
in
(t)。
[0066]
能够设想的是，根据适宜的调节装置调整放大器的输入信号。这种调节装置例如能够构成为用于，根据所确定的放大器的输出信号和所检测到的放大器的输出信号来调整放大器的输入信号。调节装置尤其能够构成为用于，根据在所确定的放大器的输出信号和所检测到的放大器的输出信号之间的差来调整放大器的输入信号。
[0067]
优选地，调整放大器的输入信号连续地或以离散的时间步长进行。例如，调整放大器的输入信号针对每个重复间隔多次、针对每个重复间隔一次、每第二个重复间隔、每第三个重复间隔或每第四或第五个重复间隔进行。尤其能够在每次发射梯度脉冲g
ref
(t)和/或检测梯度变化曲线g
real
(t)之后调整放大器的输入信号。
[0068]
还能够设想的是，调整放大器的输入信号在第二重复间隔中根据在第一重复间隔中确定的放大器的输出信号或根据在第一重复间隔中确定的梯度系统传递函数进行。第一重复间隔和第二重复间隔在此也能够彼此间隔开多个重复间隔。该过程也称为“预加强”。在该过程中，当以第二重复间隔发射梯度脉冲时已经能够进行校正，使得图像重建不再需要校正梯度场。
[0069]
通过根据本发明调整放大器的输入信号，能够以有利的方式及时和/或自动地校正在梯度系统中的干扰效应。
[0070]
按照根据本发明的方法的另一实施形式，借助于自适应滤波器、尤其是沃尔泰拉滤波器、样条滤波器和/或核滤波器来调整放大器的输入信号i
in
(t)。
[0071]
优选地，借助于使用非线性的自适应滤波器自适应地调整放大器的输入信号，使得借助于改变放大器的输入信号来补偿梯度系统中的干扰效应。在此，施加在放大器的输入端处的输入信号能够穿过自适应滤波器，并且形成所谓的输出序列。能够将该输出序列与要由自适应滤波器形成的序列，如所确定的放大器的输出信号i
cor
(t))进行比较，以便确定误差信号。在输出序列偏离要形成的序列时，自适应滤波器的调节算法能够改变滤波器系数，以便最小化误差信号并且使自适应滤波器的输出序列适配于要形成的序列。在此，能够使用用于最小化误差平方的已知的方法，例如使用最小均方算法(lms)或递归最小二乘算法(rls)。
[0072]
优选地，自适应滤波器包括沃尔泰拉-lms方法，其中离散的输入值被不同的非线性代数表达式，即所谓的沃尔泰拉级数替换。
[0073]
例如能够根据自适应滤波器的输出序列以直接或间接的方式调整放大器的输入
信号。在一个实施形式中，借助于信号连接将自适应滤波器的输出序列作为控制信号传输给放大器和/或放大器或磁共振设备的控制单元。在此，输出序列尤其能够代表放大器的输入信号。然而同样能够设想的是，输出序列代表校正信号，根据校正信号调整放大器的输入信号。
[0074]
自适应滤波器例如能够实现为模拟滤波器或数字滤波器。在一个优选的实施形式中，自适应滤波器实现为dsp(digital signal processor，数字信号处理器)、fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)和/或fpaa(field programmable analog array，现场可编程模拟阵列)的一部分。
[0075]
借助于使用自适应滤波器也能够以有利的方式补偿梯度系统的复杂的和/或非线性的干扰效应。
[0076]
在根据本发明的方法的另一实施形式中，发射梯度脉冲g
test
(t)包括发射多个梯度脉冲g
test，i
(t)，其中多个梯度脉冲(g
test，i
(t))覆盖在-20khz至+20khz之间的频谱，尤其是-10khz至+10khz之间的频谱。
[0077]
优选地，检测梯度变化曲线g
real
(t)也包括为多个梯度脉冲中的每个梯度脉冲检测梯度变化曲线。在此也能够为每个梯度变化曲线检测放大器的输出信号i
out
(t)。能够设想的是，以这种方式为多个梯度脉冲和多个放大器输出电流确定梯度系统传递函数。在此，梯度系统传递函数能够通过多个所检测到的梯度变化曲线和所检测到的放大器输出电流的叠加或重叠来表征。
[0078]
通过针对覆盖宽频谱的多个梯度脉冲确定梯度系统传递函数，能够在由所述频谱包括的任意的梯度脉冲中以有利的方式校正或补偿梯度系统的干扰效应。
[0079]
根据本发明的校正装置具有输出接口，所述输出接口构成为用于发射至少一个梯度脉冲g
ref
(t)。输出接口例如能够包括磁共振系统的梯度系统的放大器的输出通道。
[0080]
根据本发明的校正装置还包括输入接口，所述输入接口构成为用于接收梯度变化曲线g
real
(t)以及放大器的对于梯度脉冲g
ref
(t)的输出信号i
out
(t)。为此优选地，输入接口具有与场摄像机、磁力计或射频接收天线的信号连接。输入接口同样能够构成为射频接收天线的一部分。还能够设想的是，输入接口具有与电流传感器、电压传感器和/或温度传感器的信号连接。原则上，输入接口能够具有与任意的传感器的信号连接，所述传感器构成为用于，以测量技术的方式检测根据上述实施形式的梯度系统的特性。此外，根据本发明的校正装置具有计算单元，所述计算单元构成为用于，根据所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)和所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)确定梯度系统传递函数(gstf、girf)。计算单元还构成为用于，根据梯度系统传递函数确定放大器的输出信号i
cor
(t)。
[0081]
根据本发明的校正装置还构成为用于，根据所确定的放大器的输出信号i
cor
(t)和所检测到的放大器的输出信号i
out
(t)来调整放大器的输入信号i
in
(t)。确定梯度系统传递函数gstf、放大器的输出信号i
cor
(t)、但是还有调整放大器的输入信号i
in
(t)在此能够按照根据本发明的方法的上述实施形式借助于校正装置进行。
[0082]
根据本发明的校正装置共享根据本发明的用于在磁共振测量时校正干扰效应对磁共振设备的梯度系统的影响的方法的优点。
[0083]
根据本发明的磁共振设备包括根据上述实施形式的校正装置，其中磁共振设备构成为用于，在对检查对象进行磁共振测量期间借助于校正装置调整放大器的输入信号i
in
(t)，以便提供期望的梯度脉冲g
nom
(t)。
[0084]
尤其，根据本发明的磁共振设备能够构成为用于，自主地协调和执行根据上述实施形式的根据本发明的方法的各个方法步骤的流程。以这种方式，根据梯度系统传递函数和所确定的放大器的输出信号能够以有利的方式可复现地和/或自动地调整放大器的输入信号。
[0085]
根据本发明的磁共振系统包括基本场磁体系统、射频发射天线、梯度系统、射频接收天线和根据上述实施形式的校正装置，以及控制单元，以用于操控基本场磁体系统、射频发射天线、梯度系统和射频接收天线。
[0086]
通过提供根据本发明的磁共振系统，根据本发明的磁共振系统的组件，例如基本场磁体系统、射频发射天线、梯度系统、射频接收天线以及校正装置和控制单元能够有利地相互协调，使得能够实现节省时间和/或稳健地执行根据上述实施形式的根据本发明的方法。
[0087]
根据本发明的计算机程序产品具有：计算机程序，所述计算机程序能够直接加载到根据本发明的磁共振系统的控制单元的存储单元中；程序段，以便在借助于磁共振系统的控制单元执行计算机程序时，执行根据上述实施形式的根据本发明的方法的所有步骤。
[0088]
根据本发明的校正装置能够优选以软件的形式在具有相应的存储单元的磁共振系统的适宜的可编程的控制单元上实现。高频发射单元、输出接口和高频接收单元也能够至少部分地以软件单元的形式实现，其中这些组件的其它单元又能够是纯硬件单元。这种硬件单元例如能够是高频放大器、高频发射单元和/或高频接收单元的天线装置、输出接口的梯度脉冲产生装置、高频接收单元的模数转换器等。
[0089]
尤其是所提及的组件的主要基于软件的实现形式具有以下优点：至今为止使用的磁共振系统的控制单元也能够通过软件更新以简单的方式改装，以便以根据本发明的方式工作。就此而言，所述目的也通过一种计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品保存在便携式存储单元中和/或经由网络提供用于传输，进而能够直接加载到磁共振系统的可编程控制单元的存储器中，所述计算机程序产品具有程序段，以便当借助于控制单元执行程序时，执行根据上述实施形式的根据本发明的方法的所有步骤。除了计算机程序之外，这种计算机程序产品可选地包括附加的组成部分，例如文档和/或附加的组件，还有用于使用软件的硬件组件，例如硬件密钥(加密狗等)。
[0090]
在根据本发明的计算机可读的介质上存储有能够由计算单元读入和执行的程序段，以便当由计算单元执行程序段时，执行根据上述实施形式的根据本发明的方法的所有步骤。
[0091]
为了传输控制单元的一部分和/或为了存储在控制单元上或控制单元中，能够使用计算机可读的介质，例如记忆棒、硬盘或其它便携式或固定安装的数据介质，在其上存储有能够由控制单元的计算单元读入和执行的计算机程序的程序段。为此，计算单元例如能够具有一个或多个一起工作的微处理器等。
附图说明
[0092]
从下文描述的实施例中以及根据附图得出本发明的其它优点和细节。在此示出：
[0093]
图1示出根据本发明的磁共振系统的一个实施形式；
[0094]
图2示出在磁共振测量时干扰效应的影响的示意图；
[0095]
图3示出图解说明可变的温度对磁共振系统的梯度系统的影响的图表；
[0096]
图4示出借助于根据本发明的校正装置调整放大器的输入信号的原理的示意图；
[0097]
图5示出图解说明根据多个梯度脉冲确定梯度系统传递函数的视图；
[0098]
图6示出根据本发明的方法的一个可行的实施形式的流程图。
[0099]
具体实施形式
[0100]
在图1中示出的磁共振系统1是具有构造为患者通道的检查区域3的磁共振设备2，检查对象能够完全引入所述患者通道中。在本示例中，检查对象是患者，所述患者能够借助于患者支撑装置8相对于磁共振设备2定位。但是，原则上，根据本发明的磁共振系统1也能够包括另一磁共振设备，其例如具有侧向敞开的、c形壳体。重要的是，磁共振设备2构成为用于，执行磁共振测量，以便能够检测检查对象的图像数据。
[0101]
磁共振设备2优选配备有基本场磁体系统4、至少一个梯度线圈6以及射频发射天线5和射频接收天线7。在所示出的实施例中，射频发射天线5是固定安装在磁共振设备2中的体线圈。相反，射频接收天线7是设置在患者身上的一个或多个局部线圈。但是原则上，体线圈也能够构造为射频接收天线，并且局部线圈能够构造为射频发射天线和/或具有相应的功能。当前，基本场磁体系统4构成为用于，沿患者的纵向方向产生基本磁场，意即沿着磁共振设备2的沿z方向伸展的纵轴线产生。优选地，磁共振设备2的梯度系统9(参见图4)包括多个可单独操控的梯度线圈6，以便能够彼此无关地沿x、y或z方向放出梯度。
[0102]
磁共振设备1具有用于控制磁共振设备1的中央控制单元13。所述中央控制单元13还能够包括顺序控制单元14。借助序列控制单元14，根据所选择的脉冲序列ps或一系列多个脉冲序列ps在磁共振测量的过程中控制hf脉冲和梯度脉冲的次序，以用于检测检查对象的相关体积，尤其是感兴趣的体积区域的一个或多个切片的图像数据。这种脉冲序列ps例如能够在测量或控制协议p内预设和参数化。通常，用于不同的磁共振测量的不同的控制协议p保存在存储单元19中并且能够由操作者选择，在需要时改变，并且然后用于执行磁共振测量。在当前情况下，控制单元13包含用于采集原始数据的多个脉冲序列ps。
[0103]
为了输出脉冲序列ps的各个hf脉冲，中央控制单元13具有发射单元15。发射单元15产生和放大hf脉冲，并且经由信号连接以及适宜的接口将其传送给射频发射天线5(未详细示出)。为了控制梯度系统9的梯度线圈6，尤其为了根据预设的脉冲序列ps适当地切换或放出梯度脉冲，控制单元13具有输出接口16。借助于输出接口16，例如能够施加扩散梯度脉冲或扰相梯度脉冲。当前，输出接口16具有与梯度系统9的梯度线圈6(参见图4)的信号连接，所述梯度线圈根据所施加的梯度脉冲在检查区域3中产生相应的磁场梯度。序列控制单元14以合适的方式与发送单元15和输出接口16进行通信以执行脉冲序列ps，例如通过发射序列控制数据sd进行通信。
[0104]
控制单元13还具有(同样以适宜的方式与序列控制单元14通信的)射频接收单元17，以便借助于射频接收天线7在通过脉冲序列ps预设的读取窗口内以协调的方式接收磁共振信号，进而获取原始数据。
[0105]
磁共振系统1还能够具有重建单元120a，所述重建单元构成为用于根据所检测到的磁共振信号重建检查对象的图像数据。这种重建能够基于参数进行，所述参数能够在相应的测量或控制协议p中预设。例如然后能够将重构的图像数据保存在存储单元19中。
[0106]
校正装置110具有与其它组件、尤其是输出接口16和/或序列控制单元14的信号连接。替选地，校正装置110也能够构造为序列控制单元14的一部分。校正装置110优选构成为用于，生成适宜的梯度脉冲g
ref
(t)并且将其传送给输出接口16或梯度线圈6。可设想的是，校正装置110为此包括梯度系统9的放大器113(参见图4)并且预设放大器113的输入信号i
in
(t)。替选地，校正装置110也能够与放大器113分开存在并且能够借助于适宜的信号连接来启动发射梯度脉冲g
ref
(t)。校正装置110尤其构成为用于，根据所确定的输出信号i
cor
(t)和所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)来调整放大器113的输入信号i
in
(t)(参见图4)。
[0107]
中央控制单元13能够经由具有输入单元10和显示单元12的终端11来操作。优选地，磁共振系统1能够由操作者借助于终端11来控制。显示单元12能够构成为用于，输出所检测到的磁共振测量的图像数据。输入单元10能够构成为用于，必要时结合显示单元12，借助于磁共振系统1参数化和启动磁共振测量。这尤其能够包括选择和/或修改控制协议p和/或脉冲序列ps。
[0108]
此外，根据本发明的磁共振系统1以及尤其是控制单元13还能够具多个其它组件，所述组件在此未详细示出，但是通常存在于这种类型的设施上，例如网络接口，以便将整个系统与网络连接，并且能够交换和/或处理原始数据和/或图像数据或参数图，但是还有其它数据，例如与患者相关的数据或控制协议。
[0109]
如何详细地通过照射hf脉冲和发射梯度脉冲能够检测到适宜的磁共振信号并且能够从中重建图像数据或参数图，对于本领域技术人员而言原则上已知。同样地，各种不同的测量序列，例如epi测量序列或用于生成图像数据、也有经扩散加权的图像数据的其它测量序列对于本领域技术人员而言原则上是已知的。因此，在下文中对这些方面不做详细讨论。
[0110]
在图2中示出磁共振测量的脉冲序列的所发射的梯度g
ref
和实际放出的梯度g
real
的比较视图30。所发射的梯度g
ref
具有借助于磁共振系统1的控制单元13确定的场强度值。相反，真实的梯度g
real
对应于在检查区域中实际测量到的场强度值。在部分视图30a中示出输入梯度或所发射的梯度g
ref
的视图，所述梯度由磁共振设备2的控制单元13产生并且被传送给磁共振系统1的磁共振设备2的梯度线圈6。由梯度线圈6实际放出的梯度g
real
在部分视图30c中示出。在图2中示出的示例中，所发射的梯度g
ref
具有三角形形状。这种三角形形状覆盖了相对宽的频率范围，进而能够相对好地映射梯度在频域中的响应特性。实际放出的梯度g
real
由于上文已经描述的梯度线圈9的干扰效应，例如放大器113(参见图4)的非线性特性、硬件组件的热学变化，但还有涡流和/或时间上调谐和增益误差而具有与所发射的梯度g
ref
不同的梯度形式。
[0111]
在部分视图30d中一起示出两个梯度g
ref
和g
real
。如在部分视图30e中可看到的那样，实际梯度g
real
相对于所发射的梯度g
ref
也可以具有时间偏移。
[0112]
部分视图30d的局部在部分视图30e中放大地示出。在部分视图30e中能够看到，实际梯度g
real
或实际梯度g
real
在t＝122s时的幅度a下降到低于所发射的梯度g
nom
，并且在大约t＝130s时假定比所发射的梯度g
ref
更高的量度值，以便在t＝160s的值处再次与所发射的梯度在零线上重合。
[0113]
在图3中示出视图30，所述视图表示两个梯度系统传递函数gstf在不同的参考温度下的量度m。当前，根据实际梯度g
real
与所检测到的放大器113的输出信号i
out
的商来确定
梯度系统传递函数gstf。在图3中图解示出对于梯度系统9的两个不同的平均温度20℃和40℃的两个梯度系统传递函数gstf
20
、gstf
40
。gstf
20
、gstf
40
关于频率f的量度m在此以khz为单位绘制。如在视图30中可看到的那样，梯度系统传递函数的量度m在40℃时比在20℃时略高。
[0114]
图4示出根据所确定的输出信号i
cor
(t)和所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)来调整放大器113的输入信号i
in
(t)的流程的示意图。优选地，磁共振系统1的梯度系统9具有传感器115，所述传感器构成为用于检测与放大器113的输出信号i
out
(t)相关的信号。传感器115还能够构成为用于，借助于信号连接将信号传送给磁共振系统1的计算单元18。
[0115]
磁共振系统1还具有场摄像机116，所述场摄像机构成为用于，检测所发射的梯度脉冲g
ref
(t)的梯度变化曲线g
real
(t)并且借助于信号连接将其传送给计算单元18。
[0116]
计算单元18相应地构成为用于，根据真实的梯度变化曲线g
real
(t)和所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)确定梯度系统传递函数gstf。计算单元18当前同样构成为用于，根据梯度系统传递函数gstf确定放大器113的输出信号i
cor
(t)，在所述输出信号的情况下梯度系统9提供期望的梯度变化曲线g
ref
(t)。因此，放大器113的输出信号i
cor
(t)尤其表示放大器113的输出信号的目标值，在该目标值的情况下校正或补偿所出现的梯度系统9的干扰效应。
[0117]
在本示例中，计算单元18将放大器113的输出信号i
cor
(t)以及所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)传送给校正装置110。同样能够设想的是，计算单元18集成到校正装置110中。校正装置110构成为用于，根据放大器113的输出信号i
cor
(t)和所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)来调整放大器113的输入信号i
in
(t)。为此，校正装置110例如能够具有根据上述实施形式的调节装置，尤其是自适应滤波器。
[0118]
在所示出的示例中，所检测到的梯度g
real
(f)的变化曲线与所发射的或标称梯度g
ref
(f)(如在图2中所示出的那样)基本上相符，因为校正装置110借助于对放大器113的输入信号i
in
(t)的调整来校正梯度系统9中的干扰效应。因此，所放出的梯度g
ref
(f)的变化曲线与期望的或标称梯度g
nom
(f)基本上相符。
[0119]
在一个实施形式中，借助于定位在梯度线圈6上的温度传感器117来检测梯度线圈6的温度。能够设想的是，梯度线圈6的温度被传送给输入接口112并且在确定放大器113的输出信号i
cor
(t)时被计算单元18使用。
[0120]
在图5中示出视图31，该视图示出通过利用十二个不同的三角形构成的梯度脉冲g
ref，i
(t)的组合来确定梯度系统传递函数gstf的原理。梯度脉冲g
ref,i
(t)分别具有由放大器113输出的输出信号i
out,i
(t)，所述输出信号借助于输出接口16传送给梯度线圈6。在部分视图31a中以不同的线图案(虚线、实线、点线)示出放大器113的十二个三角形构成的输出信号i
out，i
(t)的集合。在穿过磁共振设备2的梯度系统9的梯度线圈6时，所述输出信号产生实际的梯度变化曲线g
real，i
(t)，所述实际的梯度变化曲线在部分视图31b中示出。如在部分视图31b中可看到的那样，真实的梯度脉冲g
real,i
(t)由于干扰效应而偏离期望的梯度变化曲线g
nom,i
(t)，所述期望的梯度变化曲线基本上与所发射的梯度脉冲g
ref,i
(t)(也参见图2)相符。这两个部分视图31a和31b在时域中示出。相反，部分视图31c和31d示出放大器113的输出信号i
out，i
(f)以及频域中的真实的梯度g
real
，i(f)。放大器113的输出信号l
out,i
(f)和真实的梯度g
real,i
(f)分别通过i
out,i
(t)和g
real,i
(t)从时域到频域中的傅里叶变换ft产生。视
图31还示出梯度系统传递函数gstf，所述梯度系统传递函数通过将真实梯度g
real,i
(f)除以放大器113的输入信号i
out,i
(f)来确定。该事实在图5中通过除号
“÷”
来象征。
[0121]
图6示出根据本发明的用于在磁共振测量时校正干扰效应对磁共振设备2的梯度系统9的影响的方法的一个实施形式的流程图。
[0122]
在根据本发明的方法的步骤s1中，借助于放大器113发射梯度脉冲g
ref
(t)。在对患者进行磁共振测量期间，梯度脉冲尤其能够代表测试梯度脉冲或规则的梯度脉冲。梯度脉冲由梯度系统9的放大器113的输出接口16提供并且传送给梯度系统9的梯度线圈6，所述梯度线圈在检查区域3中以磁场梯度的形式提供梯度脉冲。
[0123]
在根据本发明的方法的一个实施形式中，以重复的方式发射梯度脉冲g
ref
(t)并且检测梯度变化曲线g
real
(t)，尤其以磁共振测量的一个至五个重复间隔之间的频率发射和检测。
[0124]
在步骤s2中，借助于磁场测量在磁共振设备2的检查区域3中检测梯度变化曲线g
real
(t)。在此尤其能够借助于磁力计或场摄像机116来检测梯度变化曲线，所述场摄像机将关于梯度变化曲线的信息和/或所检测到的磁场数据传输给磁共振设备2的输入接口112，尤其是校正装置110。为此，能够借助于有线或无线信号连接将磁力计或现场摄像机116与输入接口112连接。
[0125]
在另一步骤s3中，检测放大器113的对于梯度脉冲g
ref
(t)的输出信号i
out
(t)。优选地，借助于适宜的传感器115，例如电流钳、罗氏线圈、电压测量设备，但是还有测量或电流转换器检测放大器113的输出信号。传感器115尤其能够具有与输入接口112的信号连接，以便将关于放大器113的输出信号的信息和/或测量值传送给控制单元13和/或计算单元18。
[0126]
在步骤s4中，根据所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)和所测量到的放大器113的输出信号i
out
(t)确定梯度系统传递函数(gstf、girf)。优选地，根据等式(5)以及上述过程(参见图4)确定梯度系统传递函数。
[0127]
在另一步骤s5中，确定放大器113的输出信号i
cor
(t)，其中梯度系统根据所确定的梯度系统传递函数(gstf、girf)提供期望的梯度变化曲线g
nom
(t)。为此，优选根据等式(6)来确定放大器113的输出信号i
cor
(t)。
[0128][0129]
在此，放大器113的输出信号i
cor
(t)表示以下输出信号，需要所述输出信号以在磁共振设备2的检查区域3中提供期望的、标称梯度脉冲g
nom
(t)。在此，只要在梯度系统9中不出现干扰效应或借助于校正装置110通过调整放大器113的输入信号i
in
(t)校正出现的干扰效应，标称梯度脉冲g
nom
(t)能够与梯度变化曲线g
real
(t)基本上相符。项gstf-1
在此表示gstf的倒数，其根据所检测到的梯度变化曲线g
real
(t)和所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)根据等式(5)确定。
[0130]
根据一个实施形式，根据梯度线圈6的温度确定放大器113的输出信号i
cor
(t)。为此，能够将梯度线圈6的温度积分到用于放大器113的标称输出信号i
cor
(t)的等式(7)中。优选地，在此使用与温度相关的梯度系统传递函数gstf
t
的表述。
[0131][0132]
例如能够借助于用于梯度系统传递函数gstft的与温度相关的变化的线性模型根
据等式(8)确定梯度系统传递函数gstft的温度相关性。在此，t
meas
能够代表在不同的时间点t
t＝0
至t
t＝n
的所测量到的温度值的矩阵，并且m代表模型参数。这种方法能够包括启发式建模，其中校准模型参数m。
[0133]
δgstf＝t
meas
·mꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0134]
但是同样能够设想的是，根据梯度线圈6的电阻变化δr确定梯度系统传递函数gstf
t
的温度相关性。通过在不同的温度下梯度线圈6的电阻变化，能够借助于以下关系式(9)确定梯度系统传递函数的与温度相关的变化δgstf：
[0135]
δgstf＝f(δr(t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0136]
在可选的步骤s5.1中确定梯度系统9的梯度线圈6的温度。优选地，在此，借助于一个或多个温度传感器检测梯度系统9的一个或多个梯度线圈6的温度，并且借助于信号连接将其传送给磁共振系统1的控制单元13和/或计算单元18。计算单元18相应地构成为用于，借助于等式(7)根据梯度线圈6的温度确定放大器113的输出信号i
cor
(t)。
[0137]
在一个实施形式中，根据模型和/或智能算法确定梯度线圈6的温度。能够设想的是，根据放大器113的已知的运行特性确定梯度线圈6的温度。此外，放大器113以及梯度线圈6的分析模型、经验模型和/或模拟模型能够用于确定梯度线圈6的温度。此外，在确定梯度线圈6的温度时能够使用关于放大器113和/或梯度线圈6的机械和/或电气构造、电子组件的布置和/或电连接和/或所使用的材料的热导率以及热容量的信息。
[0138]
在一个替选的实施形式中，根据放大器113的检测到的输出信号i
out
(t)确定梯度线圈6的温度。在知晓由放大器113馈入梯度线圈6中的电流的情况下，能够根据梯度线圈6的简单分析模型非常精确地确定梯度线圈6的温度。优选地，在使用模型和/或智能算法时借助于磁共振系统1的计算单元18确定梯度线圈6的温度。
[0139]
在可选的步骤s5.2中确定梯度系统9的梯度线圈6的电阻和/或电感。确定电阻和/或电感尤其能够按照根据本发明的方法的上述实施形式进行。在一个示例中，根据连接到电压测量设备上的测量电阻(分流电阻)确定梯度线圈6的温度。然后能够将梯度线圈6的电阻和/或电感用于在步骤s5.1中确定梯度线圈6的温度。
[0140]
在可选的步骤s6中，根据所确定的放大器113的输出信号i
cor
(t)和所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)来调整放大器113的输入信号i
in
(t)。调整放大器的输入信号能够以直接或间接的方式借助于适宜的调节装置，尤其借助于自适应滤波器进行。优选将校正装置110用于调整放大器的输入信号(参见图4)。其能够从磁共振系统1的计算单元18接收根据等式(6)或等式(7)确定的放大器113的输出信号i
cor
(t)并且以准连续的方式或以分立的时间步长与借助于输入接口112检测到的放大器113的输出信号i
cor
(t)进行比较。在所确定的输出信号i
cor
(t)与所检测到的放大器113的输出信号i
out
(t)之间存在偏差的情况下，则借助于校正装置110调整放大器113的输入信号i
in
(t)，使得减小所述偏差。因此，在发射梯度脉冲时，借助于校正装置110校正在梯度系统6中的干扰效应。
[0141]
在一个实施形式中，借助于自适应滤波器，尤其是沃尔泰拉滤波器、样条滤波器和/或核滤波器调整放大器113的输入信号i
in
(t)。优选地，自适应滤波器包括沃尔泰拉lms方法，其中使用最小均方算法(lms)来最小化误差平方。
[0142]
要指出的是，之前详细描述的方法和结构仅是实施例，并且基本原理能够由本领域技术人员在广泛的范围中改变，而不会脱离本发明的范围，只要其通过权利要求预设。此
外，所描述的方法也不限于医学应用。为了完整性起见要指出的是，使用不定冠词“一”或“一个”并不排除：所涉及的特征也能够多次存在。同样，术语“单元”并不排除：所述单元由多个组件构成，所述组件必要时也能够在空间上分布。