DE10031705C2 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts sowie Magnetresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mag­ netresonanzgeräts mit einer Messdatenerzeugungseinheit und einer Messdatenauswertungseinheit, wobei von der Messdatener­ zeugungseinheit Magnetresonanz-Rohdaten an die Messdatenaus­ wertungseinheit gesendet werden.

Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Magnetresonanzgerät mit einer Messdatenerzeugungseinheit und einer Messdatenauswer­ tungseinheit, wobei die Messdatenerzeugungseinheit mit der Messdatenauswertungseinheit über einen Datenkanal zur Über­ tragung von Magnetresonanz-Rohdaten verbunden ist.

Zur Bilderzeugung mittels kernmagnetischer Resonanz werden Magnetresonanzsignale vor und während ihres Empfangs mit mag­ netischen Gradientenfeldern ortskodiert. Die Ortskodierung bedeutet, dass ein sogenannter k-Raum mit Signalen belegt wird, wobei der k-Raum über das Zeitintegral der Gradienten­ felder definiert ist. Die Signale im k-Raum werden dann einer Fourier-Transformation unterworfen, deren Ergebnis einer Bilddarstellung zugeführt wird.

Die Abtastung des k-Raums und die dadurch bestimmte Rekon­ struktion der Bilder anhand der gewonnenen Messdaten erfolgt nach einem festen Schema, das vor Beginn der Messung festge­ legt und eingestellt wird.

Bei physiologisch gesteuerten Messungen (z. B. EKG-, atmungs- oder pulsgesteuert) wird zusätzlich zu den digitalisierten Magnetresonanzdaten ein Zeitstempel von der Messdatenerzeu­ gungseinheit zur Messdatenauswertungseinheit übertragen. Die­ se Information gibt den zeitlichen Bezug der Erzeugung der Magnetresonanzdaten zu einem gewählten Referenzpunkt des physiologischen Signals an. Die über viele Perioden des physio­ logischen Signals aufgenommenen Magnetresonanzdaten lassen sich so in der Messdatenauswertungseinheit gleichen zeitli­ chen Intervallen des physiologischen Signals zuordnen. Dies ermöglicht die Gewinnung von Magnetresonanzbildern auch von überwiegend periodisch bewegten Objekten, was auch als Retro Gating bezeichnet wird.

Weiterhin gibt es Verfahren, bei denen in vorab festgelegten Abständen zusätzlich zu den k-Raumdaten zur Bilderzeugung weitere Magnetresonanzdaten erzeugt werden, um damit die Bildrekonstruktion zu steuern. So können parallel zur Abtas­ tung des k-Raumes für die eigentliche Bilderzeugung die Daten eines oder mehrerer weiterer k-Räume im zeitlichen Multiplex derart gewonnen werden, dass man anhand der vorliegenden Zu­ satzdaten z. B. die Lage des Zwerchfells eines Patienten er­ kennen kann. Daraus wiederum lässt sich die Atmung verfolgen und Bewegungsartefakte können kompensiert werden.

Aus dem Artikel von K. Kose und T. Inouye: "A real-time NMR image reconstruction system using echo-planar imaging and a digital signal processor", erschienen in Meas. Sci. Technol., Vol. 3, Seiten 1161-1165, 1992, ist ein Verfahren beschrie­ ben, bei dem ein Analog-Digital-Wandler, ein digitaler Sig­ nalprozessor und ein Speicher über einen Datenbus miteinander verbunden sind. Die Art und die Funktion der über den Daten­ bus ausgetauschten Informationen ist dort jedoch nicht mitge­ teilt.

Die DE 197 22 221 A1 offenbart ein diagnostisches Magnetreso­ nanzgerät, bei dem die einzelnen Komponenten über Steuerlei­ tungen mit einem Steuerrechner verbunden sind. Die Steuerlei­ tungen sind als Sensor/Aktorbus ausgebildet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgerätes mit einer verbesserten Messdaten- oder Bilddatenaufnahme anzugeben. Des weiteren soll ein entsprechendes Magnetresonanzgerät angegeben werden.

Die erstgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass von der Messdatenerzeugungseinheit zusätzlich Steuerinformation zu der Messdatenauswertungseinheit gesendet wird, dass von der Messdatenauswertungseinheit Rückkopplungsinformation an die Messdatenerzeugungseinheit gesendet wird und dass die Rück­ kopplungsinformation auf eine Messdatenerzeugung in der Mess­ datenerzeugungseinheit einwirkt. Damit ist während der Mess­ datenaufnahme eine Einflussnahme der Messdaten auswertenden Seite auf die k-Raum-Abtastung möglich. Mit einer derartigen schnellen Rückkopplung, deren Totzeit vorzugsweise unterhalb der Repetitionszeit der Abtastung der k-Raum-Zeilen liegen sollte, können flexible Regelungsschleifen zur Bildqualitäts­ verbesserung aufgebaut werden. Beispielsweise kann eine Wiederholung der Abtastung von k-Raum-Zeilen unter Modifikation von Parametern so lange vorgegeben werden, bis ein gewünsch­ tes Qualitätsmerkmal, wie z. B. das Signal-Rausch-Verhältnis, der Messdaten erreicht ist. Eine andere beispielhafte Anwen­ dung besteht darin, dass die k-Raum-Abtastung bei der Abdo­ menbildgebung oder bei der funktionellen Bildgebung so ge­ steuert wird, dass Bewegungsartefakte reduziert sind. Bei ei­ ner weiteren Anwendung wird das Messfeld durch eine bildge­ steuerte Verfolgung eines Katheters oder einer Biopsienadel automatisch verschoben, so dass diese Objekte trotz ihrer La­ geänderung im Untersuchungsbereich immer in der Mitte einer Bilddarstellung dieses Bereichs abgebildet sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Steuerinforma­ tion aus einer vorgegebenen Magnetresonanz-Messsequenz er­ zeugt. Die Messsequenz spezifiziert zu jeder abgetasteten k- Raum-Zeile individuelle Steuerinformationen. Diese zusätzli­ chen Zeileninformationen werden synchron zu den gemessenen Rohdaten zur Messdatenauswertung übertragen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steuert die Steuerinformation in der Messdatenauswertung die Verarbeitung der k-Raum-Zeilen-Rohdaten. Die Rohdaten können einer Bildre­ konstruktion und/oder einer speziellen Datenauswertung zuge­ führt werden.

Die Messsequenz kann zur Laufzeit der Messung jederzeit auf Rückkopplungsinformation aus der Messdatenauswertung reagie­ ren. Die jeweilige Reaktion ist dabei sequenzseitig vorgege­ ben. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Rückkopp­ lungsinformation zur Erzeugung der Gradienten-Kontrollsignale und/oder der Sendesystem-Kontrollsignale und/oder der Emp­ fangssystem-Kontrollsignale verwendet. Dabei liegt die Reak­ tionszeit vorzugsweise unterhalb der typischen Repetitions­ zeit der Abtastung einer k-Raumzeile, das ist die Zeit, die zur Erzeugung der Daten für eine k-Raumzeile benötigt wird.

Der Datenkanal von der Messdatenauswertung zur Messdatener­ zeugungseinheit ist so ausgebildet, dass neben einer hohen Bandbreite, beispielsweise 100 MB/s, insbesondere eine gerin­ ge und deterministische Latenzzeit, beispielsweise in der Größenordnung von 4 bis 5 ms, bei der Datenübertragung garan­ tiert ist.

Die zweitgenannte Aufgabe bezüglich des Magnetresonanzgeräts wird dadurch gelöst, dass die Messdatenerzeugungseinheit mit der Messdatenauswertungseinheit über einen Rückkopplungskanal verbunden ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an­ hand einer Figur erläutert.

Die Figur zeigt in Form eines Blockschaltbildes diejenigen Funktionseinheiten eines herkömmlichen diagnostischen Magnet­ resonanzgeräts, die zum Implementieren des Verfahrens der schnellen Rückkopplung modifiziert werden müssen. Das dia­ gnostische Magnetresonanzgerät umfasst eine Messdatenerzeu­ gungseinheit 2, die alle zum Anregen und Empfangen von Mag­ netresonanzsignalen sowie zur Ortkodierung dieser Signale be­ nötigten Komponenten enthält.

Zu der Messdatenerzeugungseinheit gehört eine Messablaufsteu­ erung 4, die aus einer Magnetresonanz-Messsequenz während ih­ res Ablaufs Kontrollsignale erzeugt. Die Magnetresonanz- Messsequenz ist z. B. als C++-Programm implementiert, das in­ nerhalb der Messdatenerzeugungseinheit 2 unter einem Echt­ zeit-Betriebssystem, beispielsweise VxWorks, abläuft. Zur Steuerung eines Gradientensystems 8, das Verstärker und Mag­ netspulen umfasst, werden erste Kontrollsignale 6 erzeugt. Die Messablaufsteuerung 4 erzeugt weiterhin zweite Kontroll­ signale 10 für ein Hochfrequenz-Sendesystem 12, wobei das Hochfrequenz-Sendesystem 12 einen Hochfrequenzleistungsver­ stärker und eine Antenne umfasst. Schließlich werden aus Mag­ netresonanz-Messsequenz 4 noch dritte Kontrollsignale 14 für ein Hochfrequenz-Empfangssystem 16, das eine Empfangsantenne mit nachfolgenden Vorverstärkern sowie eine Digitalisierungs­ stufe umfasst, erzeugt. Damit liegen dann die empfangenen Magnetresonanzsignale als Magnetresonanz-Rohdaten 18 zur Wei­ terverarbeitung in digitaler Form vor.

Die Messdatenerzeugungseinheit 2 mit den vorstehend aufge­ zählten herkömmlichen Komponenten des Magnetresonanzgeräts wird durch einen Multiplexer 20 modifiziert. Der Multiplexer 20 erhält ebenfalls Kontrollsignale 22, die von der Messab­ laufsteuerung 4 aus der Magnetresonanz-Messsequenz erzeugt werden. Gesteuert von den Kontrollsignalen 22, fügt der Mul­ tiplexers 20 den digitalisierten Magnetresonanz-Rohdaten 18 k-Raumzeilen-individuelle Steuerinformationen 24 für eine nachfolgende Messdatenauswertung zu.

Die Magnetresonanz-Rohdaten 18 werden synchron als Paket mit den dazugehörigen Steuerinformationen 24 zu einer Messdaten­ auswertungseinheit 26 übertragen. Dazu ist zwischen der Mess­ datenerzeugungseinheit 2 und der Messdatenauswertungseinheit 26 eine Datenverbindung 28, beispielsweise in Form einer Lichtwellenleiterstrecke, vorgesehen, worüber die Magnetreso­ nanz-Rohdaten 18 zusammen mit den zeilenindividuellen Steuer­ informationen 24 mittels eines seriellen Protokolls übertra­ gen werden. Die Messdatenauswertung erfolgt auch programmge­ steuert, beispielsweise unter dem Betriebssystem Windows NT. Die Messdatenauswertungseinheit 26 umfasst einen Dekoder 30, worin ein Kontrollsignal 32 zur Steuerung eines Demultiple­ xers 34 generiert wird. Die einlaufenden Magnetresonanz- Rohdaten werden dann abhängig von dem Kontrollsignal 32 vom Demultiplexer 34 entweder einer Rohdatenauswertungseinheit 36 und/oder einer Bildrekonstruktionseinheit 38 zugeführt. Die Rohdatenauswertungseinheit 36 erzeugt erste Rückkopplungsin­ formationen 40 und die Bildrekonstruktionseinheit 38 erzeugt zweite Rückkopplungsinformationen 42, die beide über einen Rückkopplungskanal 44 der Messablaufsteuerung 4 zugeführt werden, um in den Ablauf der Sequenz einzugreifen. Der Rück­ kopplungskanal 44 ist z. B. als Standard-Ethernet-Verbindung mit TCP/IP-Protokoll ausgelegt. Zur Einhaltung der Echtzeit­ anforderungen an die Totzeit der Rückkopplung läuft die Roh­ datenauswertungseinheit 36 bei Verwendung von Windows NT als Realtime-Prozess.

Beispielsweise kann die Rückkopplungsinformation eine Wieder­ holung der Abtastung von k-Raum-Zeilen bewirken, wobei die Parameter auf der Anregungsseite modifiziert werden, bis ein gewünschtes Qualitätsmerkmal, wie z. B. ein Mindest-Signal- Rauschverhältnis, der Messdaten erreicht wird. Eine andere Anwendung wäre die Steuerung der k-Raumabtastung so, dass Be­ wegungsartefakte z. B. bei der Abdomenbildgebung oder bei der funktionellen Bildgebung reduziert werden. Eine weitere Steu­ erung kann über die Rückkopplungsinformation erfolgen, indem ein Katheter oder eine Biopsienadel auch bei einer Lageverän­ derung im Untersuchungsgebiet immer in der Mitte eines Bildes dargestellt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit einer Messdatenerzeugungseinheit (2) und einer Messdatenauswer­ tungseinheit (26), wobei die Messdatenerzeugungseinheit (2) Magnetresonanz-Rohdaten (18) an die Messdatenauswertungsein­ heit (26) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass von der Messdaten­ erzeugungseinheit (2) zusätzlich Steuerinformation (24) zu der Messdatenauswertungseinheit (26) gesendet wird, dass von der Messdatenauswertungseinheit (26) Rückopplungsinformation (40, 42) an die Messdatenerzeugungseinheit (2) gesendet wird und dass die Rückkopplungsinformation (40, 42) auf eine Mess­ datenerzeugung in der Messdatenerzeugungseinheit (2) ein­ wirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Rückkopplungsinfor­ mation (40, 42) die Messdatenerzeugung mit einer maximalen Totzeit beeinflusst, die unterhalb der Repetitionszeit liegt, die für eine Datenerzeugung für eine k-Raumzeile liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerinforma­ tion (24) aus einer vorgegebenen Magnetresonanz-Messsequenz erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdatenerzeu­ gungseinheit (2) zu jeder abgetasteten k-Raum-Zeile die Steu­ erinformation (24) erzeugt und dass die Steuerinformation (24) synchron mit den k-Raum-Zeilen-Rohdaten (18) der abge­ tasteten k-Raumzeile zu der Messdatenauswertungseinheit (26) gesendet wird.

5. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerinformation (24) in der Messdatenauswertungseinhext (26) eine Verarbeitung der k-Raumzeilen-Rohdaten (18) steu­ ert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die k-Raumzeilen-Rohdaten (18) einer zur Messdatenauswer­ tungseinheit (26) gehörenden Bildrekonstruktionseinheit (38) zugeführt werden zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildrekonstruktionseinheit (38) Rückkopplungsinformation (42) erzeugt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass eine zur Messdatenauswertungseinheit (26) gehörende Magnetreso­ nanz-Rohdatenauswertung (36) Ruckkopplungsinformation (40) erzeugt.

9. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdatenerzeugungseinheit (2) aus der vorgegebenen Magnetre­ sonanz-Messsequenz Gradienten-Kontrollsignale (8), Sendesys­ tem-Kontrollsignale (12) und Empfangssystem-Kontrollsignale (14) zu Abtastung des Objekts im k-Raum und Kontrollsignale (22) zur Synchronisierung der Steuerinformation (24) mit den k-Raumzeilen-Rohdaten (18) erzeugt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungs­ information (40,42) zur Erzeugung der Gradienten- Kontrollsignale (6) und/oder der Sendesystem-Kontrollsignale (10) und/oder der Empfangssystem-Kontrollsignale (14) verwen­ det wird.

11. Magnetresonanzgerät zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Messdatenerzeugungs­ einheit (2) und einer Messdatenauswertungseinheit (26), wobei die Messdatenerzeugungseinheit (2) mit der Messdatenauswer­ tungseinheit (26) über einen Datenkanal (28) zur Übertragung von Magnetresonanz-Rohdaten (18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdatenerzeugungseinheit (2) mit der Messdatenauswertungs­ einheit (26) über einen Rückkopplungskanal (44) verbunden ist.

12. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenkanal (28) in der Messdatenerzeugungseinheit (2) mit einem Multiplexer (20) verbunden ist.

13. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenkanal (28) in der Messdatenauswertungseinheit (26) über einen Dekoder (30) mit einem Demultiplexer (34) verbunden ist.

14. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdatenauswertungseinheit (26) eine Bildrekonstruktionsein­ heit (38) und eine Magnetresonanz-Rohdatenauswertung (36) um­ fasst und dass die Bildrekonstruktionseinheit (38) und die Magnetresonanz-Rohdatenauswertung (36) mit dem Rückkopplungs­ kanal (44) verbunden sind.