DE10003712C2 - Verfahren zur Selektion einer Lokalantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selektion einer Lo­ kalantenne aus einer Mehrzahl von räumlich verteilt angeord­ neten Lokalantennen in einem diagnostischen Magnetresonanzge­ rät für eine anschließende Bildgebung.

In diagnostischen Magnetresonanzgeräten werden zur Verbesse­ rung des Signal-Rausch-Verhältnisses, und damit der Abbil­ dungsqualität, Lokalantennen eingesetzt, die nahe zur signal­ gebenden Schicht positioniert werden. Derartige Lokalantennen besitzen jedoch eine ausgesprochene Richtcharakteristik und eine ungleichmäßige Verteilung der Empfindlichkeit. Um ein Untersuchungsgebiet gleichmäßig abzubilden, werden mehrere (typisch 2-4) Lokalantennen gleichzeitig eingesetzt. Aus den simultan empfangenen Magnetresonanzsignalen einer angeregten Schicht werden jeweils getrennt Schichtbilder berechnet, die dann anschließend kombiniert werden. Dazu muß im Magnetreso­ nanzgerät der Empfangsweg mit Digitalisierung, Demodulation, Datenerfassung und -berechnung mehrkanalig ausgelegt sein.

Für einen Anwender stellt sich auch die Frage, welche von mehreren Lokalantennen er für eine Bildgebung eines bestimm­ ten Gebiets benutzen soll. Dazu können beispielsweise von der Steuerung des Magnetresonanzgeräts für verschiedene Körperre­ gionen Meßprotokolle angeboten werden, die auch eine Spulen­ selektion beinhalten. Diese Protokolle passen sich jedoch der unterschiedlichen Anatomie des jeweiligen Patienten nicht an. Auch die vom Anwender eingestellte zu messende Schicht wird nicht berücksichtigt. Häufig muß daher die vorgegebene Spu­ lenauswahl über eine Benutzerschnittstelle an die aktuelle Situation angepaßt werden. Dabei kann es zu einer nicht opti­ malen Auswahl kommen, so daß Messungen wegen schlechter Bild­ qualität wiederholt werden müssen.

Aus der DE 199 26 491 A1 ist ein Verfahren zur Selektion einer Lokalantenne aus einer Mehrzahl von räumlich verteilt angeordneten Lokalantennen bekannt. Dabei ist jede Lokalan­ tenne in fester Beziehung zum Isozentrum des Hauptmagneten, der das statische homogene Magnetfeld erzeugt, positioniert. Zusätzlich ist auf dem zu untersuchenden Objekt in einer be­ kannten Entfernung vom Isozentrum eine Bezugsmarkierung oder ein Merkpunkt angeordnet. Zur Auswahl der für eine Abbildung verwendeten Lokalantennen für einen bestimmten Untersuchungs­ bereich des Objekts müssen der Abstand der Bezugsmarkierung sowie die Länge des Untersuchungsbereichs bestimmt und dazu dem Magnetresonanzgerät mitgeteilt werden. Durch Vergleich dieser Eingaben mit der bekannten Anordnung der Lokalantennen bezüglich des Isozentrums erfolgt die Auswahl der zu verwen­ denden Lokalantenne.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Selektion einer oder mehrerer Lokalantennen aus einer Mehrzahl von räumlich verteilt angeordneten Lokalantennen in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät für eine anschlie­ ßende Bildgebung anzugeben.

Die Aufgabe wird durch die folgenden Verfahrensschritte ge­ löst:

• - Anregen eines zur Bildgebung vorgesehenen Zielvolumens zur Aussendung von Magnetresonanzsignalen,
• - Empfangen der Magnetresonanzsignale mit den Lokalantennen,
• - Bestimmen einer Kenngröße in den von den Lokalantennen je­ weils empfangenen Magnetresonanzsignalen, wobei die Kenn­ größe ein Maß für die Entfernung des Zielgebiets von der jeweiligen Lokalantenne darstellt, und
• - Selektieren der dem Zielgebiet am nächsten angeordneten Lokalantennen aus der Mehrzahl der Lokalantennen in Abhän­ gigkeit von der Kenngröße.

Das Verfahren zur Selektion wird vor der eigentlichen Bildge­ bung durchgeführt. Dabei wird ein Zielvolumen zur Aussendung von Magnetresonanzsignalen angeregt, das genau durch die vom Anwender selektierte Schicht oder selektierten Schichten be­ stimmt ist. Es hat grundsätzlich die Form eines Quaders, der beliebig im Raum liegt. Aus den vom Anwender für die bildge­ bende Messung spezifizierten Schichten wird dieser Quader so bestimmt, daß er die kleinste Einhüllende um sie darstellt.

Im allgemeinen Fall verfügt das Magnetresonanzgerät über we­ niger parallele Hochfrequenz-Empfangskanäle als Lokalantennen vorhanden sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich nun dadurch aus, daß nach einer Verbindung von jeweils ande­ ren Lokalantennen an die Hochfrequenz-Empfangskanäle das An­ regen, das Empfangen und das Bestimmen der Kenngröße so lange wiederholt werden, bis die empfangenen Magnetresonanzsignale und damit die Kenngrößen für alle Lokalantennen vorliegen.

Da zur Bestimmung der Kenngröße des empfangenen Magnetreso­ nanzsignals aus dem angeregten Volumen keine Auflösung in Auslese-, Phasencodierungs- und Schichtselektionsrichtung notwendig ist, wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung das Zielvolumen zur Aussendung von stimulierten Echos angeregt. Dabei erfolgt die volumenselektive Anregung mittels dreier Hochfrequenzpulse und orthogonaler Gradientenpulse.

Als entfernungsabhängige Kenngröße kann beispielsweise das Rauschen im Signal bestimmt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als entfernungsabhängige Kenngröße jedoch eine Amplitude des empfangenen Magnetresonanzsignals verwen­ det. Falls die Empfindlichkeit der einzelnen Lokalantennen unterschiedlich ist, kann die Spulenauswahl über eine auf die maximale Empfindlichkeit normierte Amplitude erfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an­ hand von sieben Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Übersicht ein diagnostisches Mag­ netresonanzgerät mit einer Mehrzahl von Lo­ kalantennen,

Fig. 2A bis 2D eine Pulssequenz zur Erzeugung von stimu­ lierten Echos in einem Zielvolumen,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Amplitude eines Magnetresonanzsignals aus dem Zielvolumen, das von einer ersten Lokalantenne empfangen wurde,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf der Amplitude eines Magnetresonanzsignals aus dem Zielvolumen, das von einer zweiten Lokalantenne empfangen wurde,

Fig. 5 den zeitlichen Verlauf der Amplitude eines Magnetresonanzsignals aus dem Zielvolumen, das von einer dritten Lokalantenne empfangen wurde,

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf der Amplitude eines Magnetresonanzsignals aus dem Zielvolumen, das von einer vierten Lokalantenne empfangen wurde,

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf der Amplitude eines Magnetresonanzsignals aus dem Zielvolumen, das von einer fünften Lokalantenne empfangen wurde.

Die Fig. 1 zeigt in einer Übersicht ein diagnostisches Mag­ netresonanzgerät 2 mit einem zylinderförmigen Untersuchungs­ raum 4, der zur Aufnahme eines Patienten 6 vorgesehen ist. Dazu wird der Patient 6 auf einer in axialer Richtung - z- Richtung eines rechtwinkligen xyz-Koordinatensystems 7 - des Untersuchungsraums 4 verfahrbaren Patientenliege 8 gelagert. Der Ursprung des Koordinatensystems 7 liegt im Iso-Zentrum des Magnetresonanzgeräts 2 oder des Grundfeldmagneten; er ist hier nur aus Gründen der Übersichtlichkeit außerhalb davon dargestellt.

Das Magnetresonanzgerät 2 besitzt neben einer hier nicht dar­ gestellten Ganzkörperantenne mehrere Lokalantennen, die in unmittelbarer Nähe eines jeweils zu untersuchenden Körper­ teils angeordnet sind. So ist eine erste Lokalantenne 10 zur Untersuchung des Kopfes vorgesehen, weitere Lokalantennen 12, 14, 16, 18 sind in der Patientenliege 8 fest eingebaut. Mit ihnen lassen sich zum Beispiel Wirbelsäulenuntersuchungen durchführen. Mit den Antennen 10 bis 18 verbundene Signallei­ tungen 20 sind über eine Schalteranordnung 22 mit hier bei­ spielsweise zwei Hochfrequenzkanälen 24 des Magnetresonanzge­ räts 2 verbunden.

Die übrigen Funktionseinheiten des diagnostischen Magnetreso­ nanzgeräts sind vielerorts beschrieben, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll.

Für den Anwender oder Arzt stellt sich nun vor der Bildgebung die Frage, mit welcher der Lokalantennen 10 bis 18 Magnetre­ sonanzsignale eines Zielvolumens 26 aufgenommen werden sol­ len. Dazu wird vor der eigentlichen Bildgebung das Zielvolu­ men 26 bestimmt. Das kann beispielsweise interaktiv über eine Positionierung der gewünschten Bildgebungsschichten auf zuvor gemessenen Übersichtsbildern (Localizer) mit einer geeigneten grafischen Benutzeroberfläche oder numerisch bezogen auf Ko­ ordinatensystem 7 erfolgen.

Dabei wird aus der zur Bildgebung vorgesehenen Schicht oder den vorgesehenen Schichten ein Quader bestimmt, der die kleinste Einhüllende um diese Schicht oder Schichten dar­ stellt. Nur das Zielvolumen 26 wird dann mit einer volumense­ lektiven Anregung zur Aussendung von stimulierten Echos ange­ regt. Die Fig. 2A bis 2C zeigen den prinzipiellen Verlauf der Gradientenpulse und die Fig. 2D der Verlauf der HF-Pulse für ein Volumen, das im Isozentrum des Magneten angeordnet ist. Grundsätzlich werden stimulierte Echos durch drei auf­ einanderfolgende Hochfrequenzimpulse erzeugt, die ungleich 180° sind. Ein erster Hochfrequenzpuls 30 wird bei gleichzei­ tig anliegendem z-Gradient (siehe Fig. 2C) abgestrahlt. Der erste Hochfrequenzpuls ist somit in einer Scheibe wirksam, die parallel zur xy-Ebene ausgerichtet ist und deren Dicke durch die Grenzen des Zielvolumens in der z-Richtung vorgege­ ben ist. Anschließend wird ein zweiter Hochfrequenzpuls 32 bei gleichzeitig anstehendem y-Gradient eingestrahlt, wodurch entsprechend eine Scheibe angeregt wird, die parallel zur xz- Ebene ausgerichtet ist und deren Dicke durch die entsprechen­ den Grenzen des Zielvolumens 26 in y-Richtung vorgegebene ist. Schließlich wird ein dritter Hochfrequenzpuls 34 bei gleichzeitig anstehendem x-Gradient eingestrahlt, wodurch eine Scheibe angeregt wird, die parallel zur yz-Ebene ausge­ richtet ist und deren Dicke durch die Grenzen des Zielvolu­ mens 26 in x-Richtung vorgegeben ist. Da die Hochfrequenzpul­ se 30, 32, 34 lediglich im Zielvolumen 26 dreimal aufeinan­ derfolgend wirken, wird das stimulierte Echo auch nur vom Zielvolumen 26 abgestrahlt.

Die Fig. 3 bis 7 zeigen nun das von den einzelnen Lokalan­ tennen 10 bis 18 empfangene stimulierte Echosignal als Funk­ tion Zeit nach einer entsprechenden Demodulation.

Fig. 3 zeigt das von der ersten Lokalantenne 10 (Kopfanten­ ne) empfangene Signal, Fig. 4 das von der zweiten Lokalan­ tenne 12 (erste Wirbelsäulenantenne) empfangene Signal, Fig. 5 das von der dritten Lokalantenne 14 (zweite Wirbelsäulenan­ tenne) empfangene Signal, Fig. 6 das von der vierten Lo­ kalantenne 16 (dritte Wirbelsäulenantenne) empfangene Signal und Fig. 7 das von der fünften Lokalantenne 18 (vierte Wir­ belsäulenantenne) empfangene Signal.

Ein Vergleich der verschiedenen Lokalantennen 10 bis 18 zeigt beispielsweise für die ersten zehn bis zwanzig Abtastwerte, daß die erste Wirbelsäulenantenne 12 zur Abbildung des Ziel­ gebiets 26 besonders geeignet ist. Aber auch die zweite Wir­ belsäulenantenne 14 und die Kopfantenne 10 können zur Bildge­ bung noch herangezogen werden. Dagegen ist die dritte und vierte Wirbelsäulenantenne 16 bzw. 18 zur Bildgebung nicht mehr geeignet. Nach einer Abfrage und Auswertung dieser Ab­ tastwerte durch die Gerätesteuerung wird automatisch die Lo­ kalantenne für die darauffolgende eigentliche Bildgebung ak­ tiviert und benutzt, deren Empfangssignal am höchsten ist. Alternativ können auch diejenigen Lokalantennen für die Bild­ gebung verwendet werden, deren Empfangssignale einen vorgege­ benen Schwellwert überschreiten, vorausgesetzt, es sind genü­ gend parallele Hochfrequenzkanäle 24 im Magnetresonanzgerät 2 vorhanden. Sind die Empfindlichkeiten der Lokalantennen 10 bis 18 verschieden, so muß vor dem Vergleich noch eine Normierung der Empfangssignale jeweils unter Berücksichtigung der maximalen Empfindlichkeit erfolgen.

Alternativ kann auch anstatt der Amplitude, oder zusätzlich dazu, der Rauschanteil im Empfangssignal zur Auswahl der für die Bildgebung vorgesehenen Lokalantenne verwendet werden. In dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Signalverlauf ist deutlich ein erhöhter Rauschanteil im Vergleich zu den Emp­ fangssignalen der übrigen Lokalantennen zu erkennen, der die­ se Lokalantennen für die anschließende Bildgebung als unge­ eignet kennzeichnet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Selektion einer Lokalantenne aus einer Mehr­ zahl von räumlich verteilt angeordneten Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät (2) für eine anschließende Bildgebung mit den Schritten:

• a) Anregen eines zur Bildgebung vorgesehenen Zielvolumens (26) zur Aussendung von Magnetresonanzsignalen,
• b) Empfangen der Magnetresonanzsignale mit den Lokalanten­ nen (10, 12, 14, 16, 18),
• c) Bestimmen einer Kenngröße in den von den Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) jeweils empfangenen Magnetresonanz­ signalen, wobei die Kenngröße ein Maß für die Entfernung des Zielvolumens (26) von der jeweiligen Lokalantenne (10, 12, 14, 16, 18) darstellt, und
• d) Selektieren einer dem Zielvolumen (26) am nächsten ange­ ordneten Lokalantenne aus der Mehrzahl der Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) in Abhängigkeit von der Kenngröße.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Hochfrequenz-Empfangskanälen (24) im Magnetresonanzgerät (2) geringer ist als die Mehrzahl von Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) und dass nach einer Verbindung von jeweils anderen Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) an die Hochfrequenz- Empfangskanäle (24) die Schritte (a) bis (c) solange wieder­ holt werden, bis die empfangenen Magnetresonanzsignale für alle Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) vorliegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere nah am Zielvolumen (26) angeordnete Lokalantennen (10, 12, 14, 16, 18) in Abhängigkeit von der Kenngröße selektiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielvolumen (26) zur Aussendung von stimulierten Echos ange­ regt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die entfernungsabhängige Kenngröße eine Amplitude des empfangenen Magnetresonanzsignals ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die entfernungsabhängige Kenngröße ein Signal-Rausch-Verhältnis des empfangenen Magnetresonanzsignals ist.