DE10055417C2

DE10055417C2 - Verfahren zum Erzeugen von Magnetresonanzbildern mit optimaler Einstellung von Sequenzparametern

Info

Publication number: DE10055417C2
Application number: DE10055417A
Authority: DE
Inventors: Marion Hellinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: CN1353316A; DE10055417A1; US20020087066A1; JP2002191577A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Magnet resonanzbildern eines Objekts mit einem Magnetresonanzgerät aufgrund einer Sequenz im Rahmen einer Untersuchung des Ob jekts.

Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik zum Ge winnen von Bildern eines Körperinneren eines zu untersuchen den Objekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagnetsys tem erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder über lagert, die von einem Gradientensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Objekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsig nale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.

Das Hochfrequenzsystem umfasst in einer Ausführungsform eine stationäre Antenne, die beispielsweise als eine sogenannte Ganzkörperantenne ausgebildet ist, die als Sende- und als Empfangsantenne eingesetzt werden kann. Darüber hinaus werden zur Verbesserung eines Signal-Rausch-Verhältnisses sogenannte Lokalantennen eingesetzt. Dabei handelt es sich um Antennen, die an eine Größe eines abzubildenden Bereiches des Objekts angepasst sind. So gibt es beispielsweise fest in eine Lage rungsvorrichtung des Geräts eingebaute oder an festen Positi onen auf der Lagerungsvorrichtung einrastbare Lokalantennen beispielsweise zur Untersuchung einer Wirbelsäule oder einer weiblichen Brust. Andererseits gibt es auch frei bewegliche Lokalantennen, z. B. flexible Antennen und Extremitätenanten nen. Die Lokalantenne kann in einer Ausführungsform als eine reine Empfangsantenne ausgebildet sein, wobei dann beispielsweise die stationäre Antenne als Sendeantenne eingesetzt wird.

Durch ein Positionieren des abzubildenden Bereichs in einem Abbildungsvolumen des Geräts wird in Abhängigkeit von Länge und Masse des Objekts sowie von der Art des abzubildenden Bereichs die Empfangsantenne bedämpft. Zum Erzielen einer guten Bildqualität wird in einer Ausführungsform vorgenanntes Bedämpfen ausgeglichen, indem in einem die Bildaufnahme vor bereitenden Vorgang eine Anpasseinrichtung der Empfangsanten ne entsprechend eingestellt wird. Des weiteren wird zum Verbessern der Bildqualität bei lokalen Empfangsantennen mit tels einem Normalisierungsfilter ein Ausgleichen innerhalb von Magnetresonanzbildern durchgeführt. Dazu setzt der Norma lisierungsfilter Signalintensitäten aus antennennahen Berei che des abzubildenden Bereichs herab und hebt dafür Signalin tensitäten aus antennenfernen Bereichen des abzubildenden Bereichs an. Dabei wird insbesondere bei einem Einsatz moder ner Sequenztechniken eine für die Bildnormalisierung notwen dig Charakteristik der Empfangsantenne vom Gerät automatisch ermittelt. Ferner wird bei einer Magnetresonanzuntersuchung eines Patienten zum Begrenzen einer eingestrahlten Hochfre quenzleistung auf einen für den Patienten unschädlichen pati entenspezifischen Grenzwert (Spezifische Absorptionsrate) dem Gerät eine Masse und ein Alter oder Geburtsdatum des Patien ten mitgeteilt.

Zum Erzeugen von Magnetresonanzbildern des abzubildenden Be reichs wird das Magnetresonanzgerät aufgrund einer vom Bedie ner des Geräts vorgebbaren Sequenz gesteuert. Dabei kann der Bediener einen Sequenztyp vorgeben. Beispielsweise eine Spi nechosequenz, eine Gradientenechosequenz, eine Multiechose quenz, eine Sequenz mit Vorbereitung der Magnetisierung, eine Echoplanarsequenz usw.. Für den ausgewählten Sequenztyp sind vom Bediener Sequenzparameter einstellbar, beispielsweise eine Repetitionszeit, eine Echozeit, eine Matrixgröße des Magnetresonanzbildes, ein Field of View, eine Dicke einer aufzunehmenden Schicht, ein Flipwinkel usw..

In der DE 198 18 292 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Sequenz für ein Magnetresonanzgerät beschrieben, bei dem ein Sequenzprogramm in Form einer k-Raum-Struktur vorgegeben wird, wobei ein Benutzer des Magnetresonanzgeräts ein Mess protokoll, z. B. lumbale Wirbelsäule, auswählen kann, und dar aufhin ein Standard für eine Sequenz, die für diesen anatomi schen Bereich in der Regel die optimalen Ergebnisse liefert, am Magnetresonanzgerät angezeigt wird. Dabei gehören zu der Sequenz noch verschiedene Parameter, wie Repetitionszeit, Echozeit, Field of View, Schichtdicke, Matrixgröße und Flip winkel, die gemäß dem Standard mit ausgewählt und angezeigt werden.

Bei einer überwiegenden Anzahl von Magnetresonanzuntersuchun gen handelt es sich um Routineuntersuchungen, beispielsweise von Halswirbelsäule, Knie oder Kopf eines Patienten, für die unabhängig von den verschiedenen zu untersuchenden Patienten eine reproduzierbare hohe Magnetresonanzbildqualität ange strebt wird. Die erzielte Bildqualität ist dabei von Erfah rungen des jeweiligen Bedieners abhängig. Ein unerfahrener Bediener wird beispielsweise jeden Patienten mit gleich ge wählten Sequenzparametern untersuchen, was je nach Patient zu ganz unterschiedlichen Bildqualitäten führt. Ein ähnlicher Effekt tritt dadurch ein, dass an Magnetresonanzgeräten die Bediener, beispielsweise Ärzte und medizinisch-technische Angestellte, häufig wechseln, so dass die einzelnen Bediener häufig nur unzureichend eingearbeitet sind.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem unter anderem eine reproduzierbare hohe Magnetresonanzbild qualität erzielbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein Verfahren zum Erzeugen von Magnetresonanzbildern eines Objekts mit einem Magnetresonanz gerät aufgrund einer Sequenz im Rahmen einer Untersuchung des Objekts folgende Schritte:

- Dem Magnetresonanzgerät wird wenigstens eine Größe wenigs tens eines objektspezifischen Parameters zugeführt, wobei Masse, Länge, Geschlecht, Alter oder Geburtsdatum, Statur, Fettanteil und Protonendichte des Objekts den objektspezi fischen Parametern zugeordnet sind,
- dem Magnetresonanzgerät wird wenigstens eine Information für wenigstens einen untersuchungsspezifischen Parameter zugeführt, wobei ein Sequenztyp, eine Kontrastvorwahl und ein abzubildender Bereich des Objekts den untersuchungsspe zifischen Parametern zugeordnet sind, und
- das Magnetresonanzgerät ermittelt für die Kombination aus zugeführter Größe und Information zum Erzeugen der Magnet resonanzbilder optimale Einstellungen und/oder Einstellbe reiche von Sequenzparametern, wobei ein Field of View, eine Repetitionszeit, eine Echozeit, eine Matrixgröße, eine Di cke einer abzubildenden Schicht, eine Anzahl von Mittelun gen und eine Bandbreite und/oder ein Cut-Off eines Normali sierungsfilters den Sequenzparametern zugeordnet sind.

Dadurch wird unabhängig von unterschiedlichst beschaffenen zu untersuchenden Objekten und unabhängig von Erfahrungen eines jeweiligen Bedieners des Magnetresonanzgeräts eine reprodu zierbare hohe Qualität für alle Magnetresonanzbilder erzielt. Dabei werden die hinsichtlich einer hohen Magnetresonanzbild qualität optimalen Einstellungen und/oder Einstellbereiche vom Magnetresonanzgerät automatisch ermittelt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungs beispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Skizze eines Magnetresonanzgeräts und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Ermitteln optimaler Einstellungen und/oder Einstellbereiche von Sequenzparametern.

Die Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Magnetresonanzgeräts. Dabei umfasst das Gerät zum Erzeugen eines Grundmagnetfeldes ein Grundfeldmagnetsystem 1 und zum Erzeugen von Gradienten feldern ein Gradientenspulensystem 2. Zum Einstrahlen von Hochfrequenzsignalen umfasst das Gerät eine stationäre Anten ne 3 sowie zum Aufnehmen der dadurch erzeugten Magnetreso nanzsignale eine Lokalantenne 4. Zum Steuern von Strömen im Gradientenspulensystem 2 aufgrund einer ausgewählten Sequenz ist das Gradientenspulensystem 2 mit einem zentralen Steuer system 6 verbunden. Zum Steuern der abzustrahlenden Hochfre quenzsignale gemäß der ausgewählten Sequenz sowie zum Weiter verarbeiten und Speichern der von den Antennen 3 oder 4 auf genommenen Magnetresonanzsignale sind die Antennen 3 und 4 ebenfalls mit dem zentralen Steuersystem 6 verbunden. Des weiteren umfasst das Gerät eine verfahrbare Lagerungsvorrich tung 5, auf der ein zu untersuchender Patient 11 gelagert wird. Dabei ist die Lokalantenne 4 in die verfahrbare Lage rungsvorrichtung 5 einrastbar ausgebildet. Zum Steuern eines Verfahrens der verfahrbaren Lagerungsvorrichtung 5, beispielsweise, um einen abzubildenden Bereich des Patienten 11 in einem Abbildungsvolumen 8 des Geräts zu positionieren, ist auch die Lagerungsvorrichtung 5 entsprechend mit dem zentra len Steuersystem 6 verbunden. Das zentrale Steuersystem 6 ist mit einer Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 verbunden, über die Eingaben eines Bedieners, beispielsweise der gewünschte Sequenztyp und Sequenzparameter, dem zentralen Steuersystem 6 zugeführt werden. Des weiteren werden an der Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 unter anderem die erzeugten Magnetreso nanzbilder angezeigt.

Die Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Ermitteln optimaler Einstellungen und/oder Einstellbereiche von Sequenzparametern. Dabei wird beispielhaft auf das in der Fig. 1 dargestellte Magnetresonanzgerät zurückgegriffen. In den ersten beiden Schritten 21 und 21' des Ablaufdiagramms werden objekt- und/oder untersuchungsspezifische Parameter durch den Bediener am Magnetresonanzgerät, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme weiterer Messgeräte, eingegeben und/oder nach einem, beispielsweise vom Bediener ausgelösten, Start signal durch das Magnetresonanzgerät selbsttätig ermittelt.

Wie bereits eingangs beschrieben wird bei jeder Magnetreso nanzuntersuchung eines Patienten zum Begrenzen einer einge strahlten Hochfrequenzleistung auf einen für den Patienten unschädlichen patientenspezifischen Grenzwert dem Gerät eine Masse und ein Alter oder Geburtsdatum des Patienten 11, bei spielsweise vom Bediener, mitgeteilt. In einer anderen Aus führung werden die vorgenannten objektspezifischen Parameter vom Magnetresonanzgerät aus einer entsprechend mit dem zent ralen Steuersystem 6 gekoppelten Patientendatenbank abgegrif fen. In ähnlicher Art und Weise wie bei den objektspezifi schen Parametern Alter und Masse kann auch bei den objektspe zifischen Parametern Länge, Geschlecht und Statur verfahren werden.

Des weiteren werden als objektspezifische Parameter ein Fett anteil sowie eine Protonendichte des Patienten 11 bzw. des abzubildenden Bereichs ermittelt und eingegeben. Ein Fettan teil kann beispielsweise durch den Bediener mittels einem die Haut des Patienten 11 berührenden Messgerät vor der Magnetre sonanzuntersuchung bestimmt und an der Anzeige- und Bedien vorrichtung 7 eingegeben werden. Die Protonendichte wird bei spielsweise mit einem Aufnehmen eines Übersichtsbildes nach dem Positionieren des abzubildenden Bereichs des Patienten 11 im Abbildungsvolumen 8 des Geräts ermittelt. In einer anderen Ausführungsform werden bei einem entsprechend ausgestatteten Magnetresonanzgerät Parameter wie die Statur bei einem initi alen Verfahren der Lagerungsvorrichtung 5 in das Grundfeld magnetsystem 1 durch ein Scannen ermittelt.

Des weiteren werden vom Bediener im Schritt 21' des Ablauf diagramms der Fig. 2 je nach diagnostischen Erfordernissen eine Sequenztyp, beispielsweise eine Spinechosequenz, eine Gradientenechosequenz, eine Multiechosequenz, eine Sequenz mit Vorbereitung der Magnetisierung, eine Echoplanarsequenz usw., in Verbindung mit einer Kontrastvorwahl hinsichtlich einer T₁- oder T₂-Gewichtung oder einer Mischgewichtung an der Bedien- und Anzeigevorrichtung 7 eingestellt.

Zu Beginn einer Magnetresonanzuntersuchung wird der Patient 11 auf der möglichst weit aus dem Grundfeldmagnetsystem 1 ausgefahrenen Lagerungsvorrichtung 5 gelagert. Dabei wird der Patient 11 entsprechend dem abzubildenden Bereich, der bei Untersuchungsbeginn feststeht, gelagert. Ist beispielsweise die Halswirbelsäule des Patienten 11 der abzubildende Be reich, so wird der Patient 11 mit dem Kopf voran auf der La gerungsvorrichtung 5 gelagert. Dabei ist in Abhängigkeit von diagnostischen Erfordernissen noch wählbar, ob der Patient 11 auf dem Rücken oder auf dem Bauch gelagert wird. Der abzubil dende Bereich und/oder die Lagerungsart des Patienten 11 wer den als untersuchungsspezifische Parameter an der Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 durch den Bediener entsprechend ein gegeben. Vorgenannte untersuchungsspezifische Parameter er gänzend oder ersetzend kann auch ein zu untersuchendes Organ des Patienten 11 angegeben werden.

Für die eigentliche Untersuchungsdurchführung wird die Lage rungsvorrichtung 5 derart verfahren, dass der abzubildende Bereich im Abbildungsvolumen 8 des Geräts positioniert ist. Daran anschließend wird beispielsweise ein Übersichtsbild unter Berücksichtigung der bereits ermittelten und eingegebe nen Parameter aufgenommen.

Vor einem Aufnehmen anatomischer und/oder funktioneller Mag netresonanzbilder werden nun in einem Schritt 22 des Ablauf diagramms aus den objekt- und/oder untersuchungsspezifischen Parametern im Hinblick auf eine gute Magnetresonanzbildquali tät optimale Einstellungen und/oder Einstellereiche von Se quenzparametern ermittelt und dem Bediener an der Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 zum Akzeptieren, Auswählen, Verändern und Verwerfen angeboten. Dabei sind ein Field of View, eine Repetitionszeit, eine Echozeit, eine Matrixgröße, eine Anzahl der Mittelungen, eine Dicke einer abzubildenden Schicht und ein Cut-Off und/oder eine Bandbreite eines Normalisierungs filters für die Bildqualität wichtige Sequenzparameter. Han delt es sich beispielsweise um einen schwergewichtigen Pati enten und wird die Lokalantenne 4 als Empfangsantenne einge setzt, so wird dem Bediener hinsichtlich des Normalisierungs filters eine Einstellung mit kleinen Werten für die Bandbrei te und den Cut-Off des Filters empfohlen.

Die optimalen Einstellungen und/oder Einstellbereiche der Sequenzparameter werden dabei nach veränderten Rahmenbedin gungen, beispielsweise nach einer Kontrastmittelgabe, den veränderten Rahmenbedingungen angepasst erneut angeboten. In einer Ausführungsform wird dabei auch eine optimale Kontrast mittelmenge vorgeschlagen.

In einer Ausführungsform wird einer Kombination von objekt- und/oder untersuchungsspezifischen Parametern über eine ta bellarische Verknüpfung die optimalen Einstellungen und/oder Einstellbereiche der Sequenzparameter zugeordnet. Dabei wird eine, vorgenannter Verknüpfung zugrundeliegende Tabelle, bei spielsweise im Rahmen einer Untersuchungsreihe und/oder auf grund von Erfahrungswerten erzeugt und im zentralen Steuer system 6 gespeichert. Dabei ist die Tabelle mit jeder neuen Untersuchung erweiterbar.

Das Zuordnen anhand der Tabelle wird im Folgenden exempla risch für eine T₂-gewichtete Wirbelsäulenuntersuchung eines normalgewichtigen und eines übergewichtigen Patienten erläu tert. Der normalgewichtige Patient wird aufgrund der vom Be diener eingegebenen objektspezifischen Parameter Länge gleich 1,6 m und Masse gleich 60 kg als solcher identifiziert. Des weiteren werden vom Bediener Alter und/oder Geburtsdatum, das Geschlecht sowie eine Lagerungsart des normalgewichtigen Pa tienten auf der Lagerungsvorrichtung 5 mit Kopf voran und auf dem Rücken liegend eingegeben. Für vorgenannte Kombination objekt- und untersuchungsspezifischer Parameter sind entspre chend der im zentralen Steuersystem 6 gespeicherten Tabelle die optimalen Einstellungen und/oder Einstellbereiche für die Sequenzparameter hinterlegt, die dem Bediener an der Anzeige- und Bedienervorrichtung 7 angeboten werden. Dabei werden bei spielsweise als eine Anzahl abzubildender Schichten dreizehn und als eine Anzahl von Mittelungen zwei angeboten. Für den schwergewichtigen Patienten sind im Gegensatz zu dem normal gewichtigen Patienten als Länge 1,8 m und als Masse 100 kg eingegeben. Wegen eines zu erwartenden höheren Fettsignals und einer größeren Länge des schwergewichtigen gegenüber dem normalgewichtigen Patienten werden gemäß der tabellarischen Verknüpfung als Sequenzparameter die Anzahl abzubildender Schichten mit fünfzehn und die Anzahl von Mittelungen mit drei gegenüber dem normalgewichtigen Patienten mit größeren Anzahlen angeboten.

In einer anderen Ausführung ermittelt ein in das zentrale Steuersystem 6 implementiertes neuronales Netz für Kombinati onen von objekt- und/oder untersuchungsspezifischen Parame tern die optimalen Einstellungen und/oder Einstellbereiche der Sequenzparameter. Dazu wird das neuronale Netz zum Erzie len einer hinreichend langen Lernphase mit einer hinreichend großen Anzahl von Kombinationen in Verbindung mit einer Aus sage, ob damit eine gute oder schlechte Bildqualität erzielt wird, gespeist. Dabei lernt das neuronale Netz mit jeder neu en Untersuchung weiter.

In einer Ausführungsform wird dem Bediener bei einem Verän dern von Sequenzparametern eine Hilfefunktion angeboten, die für eine hohe Bildqualität auf die optimalen Einstellungen und/oder Einstellbereiche hinweist. Ist beispielsweise eine T₁-gewichtete Spinechosequenz vorgewählt und der Bediener erhöht die Repetitionszeit derart, dass das T₁-Kontrastver halten verloren geht, so wird der Bediener von der Hilfefunk tion darauf entsprechend hingewiesen.

In einer weiteren Ausführung wird nach einem Festlegen der Sequenzparameter und einem Beginn der eigentlichen Bilderzeu gung auf Bewegungen des Patienten wenigstens hingewiesen, da diese ebenfalls zu Beeinträchtigungen der Bildqualität führen können.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen von Magnetresonanzbildern eines Objekts mit einem Magnetresonanzgerät aufgrund einer Sequenz im Rahmen einer Untersuchung des Objekts, beinhaltend folgen de Schritte:

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kombination aus zugeführter Größe und Information über eine tabellarische Verknüpfung die optimalen Einstellungen und/oder Einstellbe reiche von Sequenzparametern zugeordnet sind.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei für die Kombination aus zugeführter Größe und Information ein neuronales Netz die optimalen Einstellungen und/oder Ein stellbereiche von Sequenzparametern ermittelt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei we nigstens eine Größe eines der objektspezifischen Parameter und/oder wenigstens eine Information für einen der untersu chungsspezifischen Parameter von einem Bediener des Magnetre sonanzgeräts am Magnetresonanzgerät eingegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei we nigstens eine Größe eines der objektspezifischen Parameter und/oder wenigstens eine Information für einen der untersu chungsspezifischen Parameter vom Magnetresonanzgerät selbst tätig ermittelt wird.