DE69735617T2

DE69735617T2 - Mr-gerät mit mitteln zur reduzierung des auswirkungen von begleitenden gradienten

Info

Publication number: DE69735617T2
Application number: DE69735617T
Authority: DE
Inventors: Tatjana Claasen-Vujcic; Bernardus Gerardus MULDER; Nerius Gerardus PEEREN
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2017-06-12
Also published as: WO1998002757A3; JPH11512959A; WO1998002757A2; EP0850422B1; JP3884083B2; DE69735617D1; EP0850422A2; US6107800A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnetresonanzgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Gerät ist aus der Zusammenfassung „EPI spatial distortion in non-transverse plane" von R. Coxon und P. Mansfield (8th Annual Meeting of the SMRM, 1989, Seite 361) bekannt, in der vorgeschlagen wird, die durch begleitende Gradientenfelder verursachte räumliche Verformung durch dynamische Shim-Justierung zu korrigieren.
Ein Magnetresonanzgerät mit nur einem linearen Gradientenspulensystem ist zum Beispiel aus dem Dokument WO 96/04565 (PHN 14.947) bekannt. Die Richtung des stationären Magnetfelds wird im Allgemeinen als die z-Richtung in einem orthogonalen Koordinatensystem bezeichnet, wobei die anderen Koordinaten als x und y bezeichnet werden. In der Regel wird für jede der drei Koordinatenrichtungen ein lineares Gradientenspulensystem vorgesehen. Diese Gradientenspulensysteme dienen zum Erzeugen von Hauptgradientenfeldern, deren Komponente in der z-Richtung von den drei Koordinaten G_xx, G_yy bzw. G_zz abhängt, wobei G_x, G_y und G_z vorgegebene Konstanten sind. Das Magnetfeld, das man in der z-Richtung erhält, indem man ein derartiges Hauptgradientenfeld dem stationären Magnetfeld überlagert, hängt linear von einer der Koordinaten ab. Es ist jedoch physikalisch unmöglich, einen isolierten Feldgradienten in der z-Richtung zu erzeugen. Da die Magnetfelder die Maxwell-Gleichungen erfüllen, geht ein derartiger Feldgradient immer mit einem anderen (begleitenden) Feldgradienten einher, der senkrecht zur z-Richtung verläuft. Der theoretische Hintergrund dieses Phänomens ist in Magn. Reson. Imaging, 8, 33-37 (1990) beschrieben. Aufgrund dieser Felder ist die Amplitude des Feldes, das man durch Überlagerung des stationären Magnetfelds und des Hauptgradientenfelds erhalten hat, nicht mehr nur linear abhängig von einer Koordinate, sondern kann durch eine Reihe beschrieben werden, die auch Terme höherer Ordnung in den räumlichen Koordinaten enthält.
Es hat sich gezeigt, dass die begleitenden Feldgradienten störende Auswirkungen haben können, wenn die Amplitude des stationären Magnetfelds einen vergleichsweise geringen Wert hat. Einige mögliche Konsequenzen sind die Auswahl von verworfenen Schichten, Verlust an Störabstand (SNR) und Bildartefakte. Bei einigen Messungen, die sich auf höhere stationäre Felder beziehen (zum Beispiel EPI) sind ebenfalls manchmal störende Auswirkungen von begleitenden Feldgradienten festzustellen. Es wurde vorgeschlagen, dieses Problem für EPI-Experimente zu lösen, indem man die Polarität des stationären Magnetfelds umkehrt, siehe hierzu SMR, 3rd Annual Meeting, 314 (1995). Dieses Verfahren bietet keine Lösung in Bezug auf die Auswahl von verworfenen Schichten. Außerdem kann dieses Verfahren nur für vergleichsweise niedrige Feldstärken des stationären Magnetfelds benutzt werden. Nur in diesem Fall ist es denkbar, B₀ tatsächlich umzuschalten. In der oben genannten Zusammenfassung „EPI spatial distortion in non-transverse plane" wird vorgeschlagen, die durch begleitende Gradientenfelder verursachte räumliche Verformung durch dynamische Justierung der Shim-Einstellungen zu korrigieren. In der USamerikanischen Patentschrift US 4 652 826 wird die Entfernung von inhomogenen Magnetfeldkomponenten durch die Verwendung einer Shim-Spule erwähnt.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Magnetresonanzgerät der beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die nachteiligen Wirkungen von begleitenden Feldgradienten auch für andere Experimente als EPI reduziert werden können, ohne dass es erforderlich ist, die Polarität des stationären Magnetfelds umzukehren. Um dies zu erreichen, schafft die Erfindung ein Gerät wie in Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 beschrieben.
Die Amplitude B_tot des gesamten Magnetfelds (stationäres Feld puls Feldgradienten) kann im Allgemeinen durch die folgende Reihe dargestellt werden: Btot = B0 + Gxx + Gyy + Gzz + Ax2 + By2 + Cz2 + ... (1)
Dabei ist B₀ die Amplitude des stationären Magnetfelds und A, B und C sind Konstanten, die niemals gleichzeitig Null sein können, wenn mindestens einer der Koeffizienten G_x, G_y und G_z ungleich Null ist. Für große Werte von B₀ (zum Beispiel > 0,5 T) sind A, B und C im Allgemeinen vernachlässigbar. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Tatsache, dass es möglich ist, zwei dieser Konstanten einen willkürlichen, zuvor bestimmten Wert zuzuteilen. Dadurch können die Terme höherer Ordnung in (1) manipuliert werden. Die quadratischen Terme stören am meisten. Sie können, wie bereits erwähnt, nicht alle gleichzeitig Null werden; bei bestimmten Experimenten kann jedoch eine Präferenz für einen bestimmten Wert von einem dieser Terme existieren.
Das erfindungsgemäße Gerät umfasst nicht nur das lineare Gradientenspulensystem, sondern auch ein zusätzliches Spulensystem, das dazu dient, mindestens ein zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen, dessen Komponente in der Richtung des stationären Magnetfelds in einer vorgegebenen Weise von Termen zweiter Ordnung in den Koordina ten abhängt. Durch eine geeignete Auswahl der Eigenschaften des zusätzlichen Spulensystems erhält der Konstrukteur ein leistungsstarkes Werkzeug zum Manipulieren der Terme höherer Ordnung in (1). Es hat sich gezeigt, dass Terme zweiter Ordnung manipuliert werden können, indem man fünf adäquate zusätzliche Spulen verwendet, die in geeigneter Weise angesteuert werden. Wenn mehr Spulen verwendet werden, können auf Wunsch auch andere Terme manipuliert werden.
Die z-Komponente B_z von jedem der durch das zusätzliche Gradientenspulensystem erzeugten zusätzlichen Magnetfelder erfüllt eine der folgenden Gleichungen:
oder Bz = K2(x2 – y2)oder Bz = K3xyoder Bz = K4xzoder Bz = K5yzwobei K₁ bis K₅ Konstanten sind.
K₁ bis K₅ sind Proportionalitätskonstanten, die von B₀, G_x, G_y und G_z und von dem Gegenstand des betreffenden Experiments abhängen, der bestimmt, welche Terme zweiter Ordnung einen zuvor bestimmten Wert haben müssen und was dieser Wert sein soll. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben, eignen sich die genannten zusätzlichen Magnetfelder insbesondere zum Eliminieren oder Mildern bestimmter nachteiliger Effekte der begleitenden Feldgradienten.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts;
die 2 und 3 einige Beispiele für Gradientenimpulse;
die 4 bis 6 einige Beispiele für geeignete zusätzliche Gradientenspulen; und
die 7 und 8 einige Diagramme, die die Auswirkung der erfindungsgemäßen Schritte auf die Form der gewählten Schichten veranschaulichen.
Ein Magnetresonanzgerät, wie es in 1 dargestellt ist, umfasst ein Magnetsystem 1 zum Erzeugen eines stationären, gleichmäßigen Magnetfelds. Das Gerät umfasst auch ein Gradientensystem 2 mit Gradientenspulensystemen 3 zum Erzeugen von magnetischen Gradientenfeldern. Für die Speisung des Magnetsystems 1 kann eine Stromversorgungsquelle 5 vorgesehen sein. Das Gradientensystem 2 umfasst weiterhin einen Gradientensignalgenerator 7 und eine Anzahl von Gradientenverstärkern 9, die sich in der vorliegenden Ausführungsform auf drei beläuft. Jeder Gradientenverstärker 9 ist mit einer Ausgangsschaltung verbunden, die zusätzlich zu einem der Gradientenspulensysteme 3 eine Anpassungsschaltung 11 enthalten kann. Der Gradientensignalgenerator 7 bildet zusammen mit den Gradientenverstärkern 9 Steuermittel, um den Gradientenspulensystemen 3 einen Anregungsstrom mit einer vorgegebenen Veränderung als Funktion der Zeit zuzuführen. Eine Magnetspule 13 dient zum Erzeugen eines hochfrequenten Magnetwechselfelds und ist mit einer HF-Quelle 15 verbunden. Für die Detektion der durch das HF-Sendefeld in einem zu untersuchenden Objekt erzeugten Magnetresonanzsignale ist eine Oberflächenspule 17 angegeben. Zum Auslesen ist die Spule 17 mit einem Signalverstärker 19 verbunden. Der Signalverstärker 19 ist mit einem phasenempfindlichen Gleichrichter 21 verbunden, der mit einer zentralen Steuervorrichtung 23 verbunden ist. Die zentrale Steuervorrichtung 23 steuert außerdem einen Modulator 25 für die HF-Quelle 15, den Gradientensignalgenerator 7 und einen Monitor 27 zur Bildanzeige. Ein Hochfrequenzoszillator 29 steuert sowohl den Modulator 25 als auch den die gemessenen Signale verarbeitenden phasenempfindlichen Gleichrichter 21. Für eine eventuelle Kühlung ist eine Kühlvorrichtung 31 mit Kühlleitungen 33 vorgesehen. Die innerhalb der Magnetsysteme 1 und 3 angeordnete Sendespule 13 erzeugt ein HF-Feld in einem Messraum 35, der im Fall eines medizinischen Diagnosegeräts groß genug ist, um einen Patienten aufzunehmen. Auf diese Weise können in dem Messraum 35 ein stationäres Magnetfeld, Gradientenfelder zur Positionsauswahl der abzubildenden Schichten und ein räumlich gleichmäßiges HF-Wechselfeld erzeugt werden.
Das stationäre Magnetfeld hat eine Richtung, die parallel zu der Z-Achse eines orthogonalen Koordinatensystems verläuft, das außerdem eine X-Achse und eine Y-Achse umfasst. Die Richtungen dieser Koordinatenachsen sind in 1 der Übersichtlichkeit halber an einer willkürlichen Stelle angegeben. In Wirklichkeit liegt der Ursprung des Koordinatensystems im Zentrum des Messraums 35. Der Messraum 35 und auch die Gradientenspulensysteme 3 sind üblicherweise symmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieebene 37, die der XY-Ebene des genannten Koordinatensystems entspricht.
Das Gradientenspulensystem 3 enthält eine Anzahl von linearen Gradientenspulen (üblicherweise drei), die jeweils vorgesehen sind, um ein Hauptgradientenfeld zu erzeugen, das in der Richtung des stationären Magnetfelds (z-Richtung) linear von dem Ort im Messraum 35 abhängig ist. Dieses Hauptgradientenfeld wird dem stationären Magnetfeld B₀ überlagert, wodurch sich ein resultierendes Magnetfeld B_res ergibt, dessen Amplitude |B_res| allgemein beschrieben werden kann als: |Bres| = B0 + Gii + Aix2 + Biy2 + Ciz2 + ... (2)
Hier steht i für eine der Koordinaten x, y oder z und G, A, B und C sind Konstanten. Das resultierende Magnetfeld kann daher als eine Reihe mit Termen erster Ordnung und Termen höherer Ordnung beschrieben werden, wobei alle Terme erster Ordnung bis auf einen den Koeffizienten Null haben. Wenn die drei Hauptgradientenfelder dem stationären Magnetfeld überlagert werden, kann das Gesamtmagnetfeld im Messraum 35 mit der obigen Formel (1) beschrieben werden. Die linearen Gradientenspulen können herkömmliche Systeme sein, zum Beispiel ein Helmholz-Paar für das von z abhängige Hauptgradientenfeld und zwei Paar Sattelspulen für die Hauptgradientenfelder, die von x bzw. y abhängig sind.
Wie in dem zitierten Dokument Magn. Reson. Imaging 8, 33-37 ausführlich beschrieben, kann für jede der linearen Gradientenspulen der Ausdruck (2) detailliert mit Hilfe von Maxwell-Gleichungen abgeleitet werden. Wenn zum Beispiel das von z abhängige Hauptgradientenfeld verwendet wird (mit Zylindersymmetrie), so ist der Ausdruck gegeben durch:
Hier ist r² = x² + y². Das resultierende Magnetfeld weist also nicht nur eine lineare Abhängigkeit von z auf, wie dies beabsichtigt war, sondern auch eine quadratische Abhängigkeit von x und y. Wenn der z-Gradient verwendet wird, um Schichten auszuwählen, die senkrecht zur Z-Achse verlaufen, verursachen die quadratischen Terme in x und y eine Verwerfung der ausgewählten Schicht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Terme höherer Ordnung in dem Ausdruck (3) auf derartige Weise manipuliert werden können, dass die störenden Terme in x² und y² durch einen Term in z² ersetzt werden. Dies lässt sich zum Beispiel erreichen, indem man das lineare Gradientenspulensystem für die Z-Richtung mit zusätzlichen Spulen versieht, so dass das resultierende Gradientenspulensystem ein Feld erzeugt, das hauptsächlich von z abhängig ist. In dem Ausdruck (3) kann zum Beispiel die radiale (von r abhängige) Komponente bis zur vierten Potenz eliminiert werden, wenn die z-Komponente des Feldes, das durch ein derartiges Spulensystem erzeugt wird, die folgende Gleichung erfüllt:
Es kann leicht gezeigt werden, dass die Amplitude des resultierenden Feldes B_res dann die folgende Gleichung erfüllt:
Dieses Feld ist also in Bezug auf Terme erster und zweiter Ordnung nur von z abhängig. Es hat sich gezeigt, dass Terme vierter und höherer Ordnung nicht oder kaum störend sind.
Wenn das z-Gradientenfeld mit Hilfe einer einzigen Spule erzeugt wird, wird der Ausdruck (4) nur für einen bestimmten Gradientenwert erfüllt (unter der Annahme, dass B₀ konstant ist). Es hat sich gezeigt, dass bei der Verwendung von mehr Spulen die unerwünschten Terme (in diesem Fall die Terme zweiter Ordnung) von r ungeachtet der Gradientenstärke eliminiert werden können. Das Gradientenspulensystem für den z-Gradienten umfasst dann ein lineares Gradientenspulensystem zum Erzeugen des für Magnetresonanzsysteme typischen Feldgradienten (der erste Term in dem rechten Glied von Gleichung (4)) und ein zusätzliches Spulensystem zum Erzeugen eines zusätzlichen Magnetfelds (der zweite Term im rechten Glied von Gleichung (4)).
Es hat sich gezeigt, dass den Koeffizienten von zwei der quadratischen Terme in dem Ausdruck (1) mit Hilfe von fünf zusätzlichen Spulen ein willkürlicher Wert gegeben werden kann. Welche Werte zu diesem Zweck gewählt werden, hängt unter anderem von der An des durchzuführenden Experiments ab. Nachstehend werden in dieser Hinsicht einige Beispiele beschrieben, wobei die Suffixe s, e und a für die Auswahl-(engl. Selection), die Evolutions-(engl. Evolution) bzw. die Erfassungs-(engl. Acquisition)richtung verwendet werden; jedes dieser Suffixe kann selbstverständlich die Werte x, y oder z oder eine lineare Kombination dieser Werte haben.
1. Auswahl
2 zeigt schematisch die Amplitude eines üblichen Auswahlimpulses als Funktion der Zeit t. Zwischen t₁ und t₂ findet die Auswahl statt und zwischen t₂ und t₃ das Rephasieren der Spins. Um verworfene Schichten zu vermeiden, ist es wichtig, dass das Gesamtmagnetfeld B_tot (stationäres Feld plus Gradientenfeld) während des Auswahlimpulses nur von einer Richtung abhängig ist, das heißt von der Auswahlrichtung s. Die während der Auswahl zu erfüllende Forderung lautet daher: Btot = B0 + Gss + L1S2 (6)
In diesem Ausdruck ist L₁ eine Konstante, die von G_s und B₀ abhängig ist. Da beim Umkehren des Vorzeichens des Auswahlgradienten zum Zeitpunkt t₂ zum Rephasieren der Spins der quadratische Beitrag nicht rephasiert wird, tritt eine Phasenveränderung innerhalb der Schichtdicke Δs auf, die proportional zu s ist und zu Signalverlust führt. Dieser Signalverlust ist bei dünnen Schichten und bei Schichten um die Mitte des Messraums 35 herum (1) vernachlässigbar klein. Bei anderen Schichten jedoch kann der Signalverlust unzulässig groß werden. Dieser Signalverlust kann beim Umkehren des Vorzeichens des linearen Gradienten nicht kompensiert werden. Mit den zusätzlichen Spulen ist es möglich, das Vorzeichen des quadratischen Terms in der Auswahlrichtung nach der Auswahl umzukehren. Die zusätzlichen Spulen können zum Beispiel auf derartige Weise angesteuert werden, dass die Amplitude des Magnetfelds zwischen t2 und t₃ gegeben ist durch: |Btot| = B0 – Gss – L1s2 + L2a2 (7)
In diesem Fall tritt ein quadratischer Term nicht nur in der Auswahlrichtung auf, sondern auch in einer der anderen Richtungen. Da die Auswahl zu diesem Zeitpunkt beendet ist, trägt dieser Term nicht zur Verwerfung der Schichten bei. Es wird jedoch eine Phasenveränderung in der a- oder der e-Richtung eingeführt. Für diese Phasenveränderung kann in der Signalverarbeitungsphase eine Korrektur erfolgen. Es ist jedoch zu beachten, dass eine derartige Phasenveränderung auch auftritt, wenn während der Auswahl keine zusätzlichen Spulen verwendet werden.
2. Evolution und Erfassung
Mit Hilfe der zusätzlichen Spulen ist es möglich, die Terme zweiter Ordnung so zu wählen, dass ihre nachteiligen Effekte für ein bestimmtes Experiment minimiert werden. Es kann zum Beispiel dafür gesorgt werden, dass das begleitende Feld, das bei der Erfassung und Evolution auftritt, immer ausschließlich von der Auswahlkoordinate abhängig ist. Zu diesem Zweck muss das Gesamtfeld bei der Erfassung gegeben sein durch: |Btot| = B0 + Gaa + L3s2 (8)
Dies hat zur Folge, dass keine Verformungen in den Erfassungs- und Evolutionsrichtungen auftreten, weil alle Spins abhängig von der Schichtposition s mit dem "gleichen" Versatz beaufschlagt werden. Dies kann nur verwendet werden, wenn der Signalverlust während des Rephasierens innerhalb der Schichtdicke klein ist.
Ein derartiges Verfahren kann auch für EPI-artige Experimente angewandt werden. Bei derartigen Experimenten werden quadratische Beiträge kumuliert, so dass Bildartefakte im Falle eines geringen Feldes besonders groß werden können und selbst im Fall eines Feldes von 0,5 T zu sehen sind. 3 zeigt schematisch die Amplitude als Funktion der Zeit t des linearen Gradienten während der Erfassung in einem derartigen Experiment. Zu den Zeitpunkten t₄, t₅, t₆, t₇, t₈, ... kehrt sich das Vorzeichen des linearen Gradienten um. Mit Hilfe der zusätzlichen Spulen kann jetzt dafür gesorgt werden, dass sich zu diesen Zeitpunkten auch das Vorzeichen der quadratischen Beiträge umkehrt, um den vorhergehenden Fehler zu kompensieren. Zu diesem Zweck werden die zusätzlichen Spulen so angesteuert, dass: |Btot| = B0 + Gaa + L3s2 für t4 < t < t5 |Btot| = B0 – Gaa – L3s2 + L4a2 für t5 < t < t6 |Btot| = B0 + Gaa – L4a2 + L5s2 für t6 < t < t7 |Btot| = B0 – Gaa – L5s2 + L6a2 für t7 < t < t8, usw.
Die fünf zusätzlichen Spulen müssen so entworfen sein, dass sie in der Lage sind, Magnetfelder mit den folgenden z-Komponenten zu erzeugen:
B2z = K2(x2 – y2) (10) B3z = K3xy (11) B4z = K4xz (12) B5z = K5yz (13)
Hier sind K₁ bis K₅ Konstanten, die so gewählt werden, dass die durch die zusätzlichen Spulen erzeugten Felder das für das gewünschte Resultat erforderliche Aussehen haben. Für die oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Situation kann zum Beispiel während der Auswahl (mit z als der Auswahlrichtung) zum Erhalten von flachen Schichten K₁ gleich G_z ²/(4B₀) sein, während K₂ bis K₅ gleich Null sind. |B_tot| ist dann gleich B₀ + G_zz + G_z ²z²/(4B₀) + ... . Während des Rephasierens können sowohl K₁ als auch K₂ beide gleich –G_z ²/(4B₀) sein, während K₃, K₄ und K₅ gleich Null sind. In diesem Fall ist:
|B_tot| = B₀ + G_zz – G_z ²z²/(4B₀) + G_z ²y²/(2B₀) + ... . Wenn während der Erfassung G_y der lineare Erfassungsgradient ist, wobei x die Auswahlrichtung ist und es gewünscht ist, dass während der Erfassung ausschließlich eine Abhängigkeit von x² auftritt, muss K₁ gleich – G_y ²/(2B₀) sein und K₂ gleich G_y ²/4B₀) sein, während die anderen Ks gleich Null sind. In diesem Fall ist: |B_tot| = B₀ + G_yy + G_y ²x²/2B₀) + ... .
Für den Entwurf der zusätzlichen Spulen können die gleichen Regeln angewandt werden, wie sie für den Entwurf on Spulensystemen zum Erzeugen von gleichmäßi gen Magnetfeldern bekannt sind. Beispiele hierfür sind in Magnetic Resonance in Medicine 1, 44-65 (1984) und in J.A.M. Dam und K. Pieterman, Surface cooled, vacuum impregnated superconducting magnet systems (Dissertation TU Delft, 1989), 120-121, beschrieben. Die 4, 5 und 6 zeigen schematisch einige Beispiele für Spulensysteme, die zur Verwendung als zusätzliches Spulensystem geeignet sind. 4 zeigt ein Beispiel für ein zusätzliches Spulensystem zum Erzeugen eines zusätzlichen Magnetfelds, das die Gleichung (9) erfüllt. Es enthält vier hauptsächlich kreisförmige Spulen 39, 41, 43 und 45, deren Mittelpunkte auf der Z-Achse liegen, wobei die genannten Spulen symmetrisch in Bezug auf die XY-Ebene (die mit der Symmetrieebene 37 aus 1 zusammenfällt) angeordnet sind. Diese Spulen sind auf eine derartige Weise angeschlossen, dass die Stromrichtung in den äußeren Spulen 39 und 45 (die Spulen, die sich am weitesten von der XY-Ebene entfernt befinden) der Stromrichtung in den inneren Spulen 41 und 43 entgegengesetzt ist. Die Durchmesser, der Abstand voneinander und die Windungsanzahl der Spulen können so gewählt werden, dass der Faktor K₁ den gewünschten Wert hat, wenn die Spulen durch einen geeigneten Strom mit Energie versorgt werden. 5 zeigt ein Beispiel für ein zusätzliches Spulensystem zum Erzeugen eines zusätzlichen Magnetfelds, das die Gleichung (10) erfüllt. Es enthält zwei Spulen 47 und 49, die als Birdcage-Spulen konstruiert sind. Die Spulen sind zylinderförmig und ihre Achsen fallen mit der Z-Achse zusammen. Sie sind symmetrisch in Bezug auf die XY-Ebene angeordnet. Die Ströme fließen wie durch die Pfeile in den Spulen angegeben. Der gewünschte Wert der Konstanten K₂ kann eingestellt werden, indem man die Abmessungen und den Ort der Spulen 47 und 49 sowie den Strom durch diese Spulen in geeigneter Weise wählt. 6 zeigt ein Beispiel für ein zusätzliches Spulensystem zum Erzeugen eines zusätzlichen Magnetfelds, das die Gleichung (12) erfüllt. Es enthält zwei Paar sattelförmige Spulen 51, 53 und 55, 57, wobei die Spulen jedes Paares symmetrisch in Bezug auf die YZ-Ebene positioniert sind und beide Paare symmetrisch in Bezug auf die XY-Ebene angeordnet sind. Die Stromrichtungen in diesen Spulen sind mit Pfeilen angegeben. Der Wert der Konstanten K₄ kann wieder eingestellt werden, indem man die Abmessungen, die Windungsanzahl und die Position der Spulen sowie den Strom durch die Spulen in geeigneter Weise wählt. Weitere geeignete zusätzliche Spulensysteme, ebenfalls zum Erzeugen von zusätzlichen Magnetfeldern, die die Gleichungen (11) und (13) erfüllen, lassen sich leicht von den genannten Veröffentlichungen und anderen Veröffentlichungen ableiten.
In einigen Fällen ist es wünschenswert, Schichten zu wählen, die nicht senk recht zu einer der Achsen des Koordinatensystems verlaufen. Auch in diesem Fall werden die Schichten bei Verwendung der üblichen Gradientenspulenssysteme verworfen. Anhand von Berechnungen und Experimenten kann festgestellt werden, dass für die Wahl von planen Schichten unter allen Umständen die durch die zusätzlichen Spulensysteme erzeugten zusätzlichen Magnetfelder die Form gemäß den Formeln (9) bis (13) aufweisen müssen, wobei die Konstanten K₁ bis K₅ dann die folgenden Werte haben:
B2z = K2(x – y) (10) B3z = K3xy (11) B4z = K4xz (12) B5z = K5yz (13)wobei

Die 7 und 8 zeigen Beispiele für die Ergebnisse, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Geräts erzielt werden können. 7 zeigt die Form von Schichten, die senkrecht zu der X-Achse verlaufen, wobei das Bezugszeichen 59 die Form bezeichnet, die man mit Hilfe von Gradientensystemen erhält, wie sie bisher üblich waren, und das Bezugszeichen 61 die Form bezeichnet, die man nach dem Hinzufügen von geeigneten zusätzlichen Gradientenspulensystemen erhält. 8 zeigt ein ähnliches Diagramm für Schichten, die in einem Winkel von ca. 45° zu der X-Achse und der Z-Achse verlaufen. Die Form der mit Hilfe von herkömmlichen Gradientenspulensystemen erhaltenen Schichten ist mit dem Bezugszeichen 63 bezeichnet und die Form der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Geräts erhaltenen Schichten ist mit dem Bezugszeichen 65 bezeichnet. Text in der Zeichnung Figur 2

Accel	Beschleunigungsmesser
Detector	Detektor
Position encoder	Stellungsgeber
Recon. processor	Rekonstruktionsprozessor
Image memory	Bildspeicher
Control panel	Bediener-Steuerpult
Video proc.	Videoprozessor

Figur 4

Coordinate processor	Koordinatenprozessor
Misalignment processor	Fehlausrichtungsprozessor

Figur 6

Ceiling

Decke

Figur 7

Amplitude of isocenter oscillation	Amplitude der Isozentrum-Schwingung
Time	Zeit

Figur 8

Sensor	Sensor
Actuator	Stellglied
Processor	Prozessor
Database	Datenbank

Claims

Magnetresonanzgerät, das Folgendes umfasst: ein Magnetsystem (1) zum Erzeugen eines stationären Magnetfelds der Amplitude B₀ in einem Messraum (35), wobei das stationäre Magnetfeld parallel zu einer Z-Achse eines orthogonalen Koordinatensystems ausgerichtet ist, in dem die Koordinaten durch die Buchstaben x, y und z bezeichnet sind; Gradientenspulensysteme (3) und Steuermittel (7, 9) zum Versorgen der Gradientenspulensysteme (3) mit Anregungsströmen mit einer vorgegebenen Veränderung als Funktion der Zeit, wobei die Gradientenspulensysteme (3) ein lineares Gradientenspulensystem und ein zusätzliches Gradientenspulensystem umfassen, wobei das genannte lineare Gradientenspulensystem Gradientenspulen enthält, welche jeweils ein Gradientenfeld erzeugen, das hauptsächlich parallel zu der Z-Achse ausgerichtet ist und eine räumliche Veränderung mit einem Term erster Ordnung aufweist, der von einer der Koordinaten des orthogonalen Koordinatensystems abhängt, und wobei das genannte zusätzliche Spulensystem Gradientenspulen umfasst, die jeweils ein zusätzlichen Magnetfeld erzeugen, welches hauptsächlich parallel zu der Z-Achse ausgerichtet ist und eine räumliche Veränderung mit mindestens einem Term zweiter Ordnung aufweist, der in einer vorgegebenen Weise von einer oder mehreren der Koordinaten des Koordinatensystems abhängt, um die Auswirkungen der begleitenden Feldgradienten wesentlich zu reduzieren, wobei die Steuermittel vorgesehen sind, um dem linearen Gradientenspulensystem und dem zusätzlichen Spulensystem Anregungsströme zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die z-Komponente B_z von jedem der durch die Spulen des zusätzlichen Spulensystems erzeugten zusätzlichen Magnetfelder eine der folgenden Gleichungen erfüllt:
oder Bz = K2(x2 – y2)oder Bz = K3xyoder Bz = K4xzoder Bz = K5yzwobei K₁ bis K₅ Konstanten sind, wobei die genannten Steuermittel vorgesehen sind, um das genannte lineare Gradientenspulensystem so anzusteuern, dass es einen Gradientenmagnetfeldimpuls mit einem linearen Gradienten in einer ersten Richtung liefert, wobei der genannte Impuls ein begleitendes Magnetfeld verursacht, und um das genannte zusätzliche Gradientenspulensystem so anzusteuern, dass es gleichzeitig mit dem genannten linearen Gradientenmagnetfeldimpuls einen Gradientenmagnetfeldimpuls schafft, der der durch das genannte begleitende Magnetfeld verursachten Feldverformung entgegenwirkt, wodurch sich ein Gesamtmagnetfeld ergibt, dessen Stärke sich nur in der genannten ersten Richtung verändert und durch die Summe eines Terms nullter Ordnung, eines linearen und eines quadratischen Terms beschrieben werden kann, wobei die genannten Steuermittel weiterhin vorgesehen sind, um einen nachfolgenden Gradientenmagnetfeldimpuls über eine gleichzeitige Aktivierung des genannten linearen und des genannten zusätzlichen Gradientenspulensystems zu liefern, so dass in dem während des Impulses existierenden Gesamtmagnetfeld die Vorzeichen der genannten linearen und quadratischen Terme im Vergleich zu dem vorhergehenden Gradientenmagnetfeldimpuls umgekehrt werden, und dass die Gesamtmagnetfeldstärke zusätzlich von einem weiteren quadratischen Term abhängig wird, der nur von einer Koordinate entlang einer Richtung abhängig ist, welche zu der genannten ersten Richtung orthogonal verläuft, wobei das Gerät vorgesehen ist, um Phasenveränderungen der präzedierenden Magnetisierung infolge des genannten weiteren quadratischen Terms in einem Signalverarbeitungsschritt zu kompensieren.
Magnetresonanzgerät, das Folgendes umfasst: ein Magnetsystem (1) zum Erzeugen eines stationären Magnetfelds der Amplitude B₀ in einem Messraum (35), wobei das stationäre Magnetfeld parallel zu einer Z-Achse eines orthogonalen Koordinatensystems ausgerichtet ist, in dem die Koordinaten durch die Buchstaben x, y und z bezeichnet sind; Gradientenspulensysteme (3) und Steuermittel (7, 9) zum Versorgen der Gradientenspulensysteme (3) mit Anregungsströmen mit einer vorgegebenen Veränderung als Funktion der Zeit, wobei die Gradientenspulensysteme (3) ein lineares Gradientenspulensystem und ein zusätzliches Gradientenspulensystem umfassen, wobei das genannte lineare Gradientenspulensystem Gradientenspulen enthält, welche jeweils ein Hauptgradientenfeld erzeugen, das hauptsächlich parallel zu der Z-Achse ausgerichtet ist und eine räumliche Veränderung mit einem Term erster Ordnung aufweist, der von einer der Koordinaten des orthogonalen Koordinatensystems abhängt, und wobei das genannte zusätzliche Spulensystem Gradientenspulen umfasst, die jeweils ein zusätzlichen Magnetfeld erzeugen, welches hauptsächlich parallel zu der Z-Achse ausgerichtet ist und eine räumliche Veränderung mit mindestens einem Term zweiter Ordnung aufweist, der in einer vorgegebenen Weise von einer oder mehreren der Koordinaten des Koordinatensystems abhängt, um die Auswirkungen der begleitenden Feldgradienten wesentlich zu reduzieren, wobei die Steuermittel vorgesehen sind, um den linearen Gradientenspulensystemen und den zusätzlichen Spulensystemen Anregungsströme zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die z-Komponente B_z von jedem der durch die Spulen des zusätzlichen Spulensystems erzeugten zusätzlichen Magnetfelder eine der folgenden Gleichungen erfüllt:
oder Bz = K2(x2 – y2)oder Bz = K3xyoder Bz = K4xz oder Bz = K5yzwobei K₁ bis K₅ Konstanten sind, wobei die genannten Steuermittel vorgesehen sind, (a) um das genannte lineare Gradientenspulensystem so anzusteuern, dass es einen Gradientenmagnetfeldimpuls mit einem linearen Gradienten in einer ersten Richtung liefert, wobei der genannte Impuls ein begleitendes Magnetfeld verursacht, und (b) um das genannte zusätzliche Gradientenspulensystem so anzusteuern, dass es gleichzeitig mit dem genannten linearen Gradientenmagnetfeldimpuls einen Gradientenmagnetfeldimpuls schafft, der der durch das genannte begleitende Magnetfeld verursachten Feldverformung entgegenwirkt, wodurch sich ein Gesamtmagnetfeld ergibt, dessen Stärke durch die Summe eines Terms nullter Ordnung, eines linearen, der von einer Koordinate entlang der genannten ersten Richtung abhängig ist, und eines quadratischen Terms, der nur von einer Koordinate entlang einer zweiten, zu der genannten ersten Richtung orthogonalen Richtung abhängig ist, beschrieben werden kann, und (c) um einen nachfolgenden zweiten Gradientenmagnetfeldimpuls über eine gleichzeitige Aktivierung des genannten linearen und des genannten zusätzlichen Gradientenspulensystems zu liefern, so dass in dem während des Impulses existierenden Gesamtmagnetfeld die Vorzeichen der genannten linearen und quadratischen Terme im Vergleich zu dem vorher gehenden Gradientenmagnetfeldimpuls umgekehrt werden, und dass die Gesamtmagnetfeldstärke zusätzlich von einem weiteren quadratischen Term abhängig wird, der nur von einer Koordinate entlang der genannten ersten Richtung abhängig ist, und (d) um Schritt (c) zu wiederholen, so dass in dem während jedes nachfolgenden Impulses existierenden Gesamtmagnetfeld die Vorzeichen des genannten linearen Terms und beider genannten quadratischen Terme im Vergleich zu dem jeweiligen vorhergehenden Gradientenmagnetfeldimpuls umgekehrt werden, wodurch einer Kumulierung einer Phasenveränderung, die durch die genannten quadratischen Terme in der präzedierenden Magnetisierung induziert wird, entgegengewirkt werden kann.