-
Verfahren
zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen und Steuereinrichtung
für einen
Magnetresonanztomographen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts,
wobei in dem verwendeten Magnetresonanztomographen eine Mehrzahl
von Spulen zur Verfügung
stehen, die an verschiedenen Orten relativ zum Untersuchungsobjekt
positioniert sind. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinrichtung
für einen Magnetresonanztomographen,
um Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts gemäß einem
solchen Verfahren zu erzeugen, sowie einen Magnetresonanztomographen
mit einer derartigen Steuereinrichtung.
-
Moderne
Magnetresonanzsysteme arbeiten in der Regel mit mehreren verschiedenen
Antennen (im Folgenden Spulen genannt) zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen
zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang der induzierten Magnetresonanzsignale.
Normalerweise besitzt eine Magnetresonanzanlage eine größere, fest
im Gerät
eingebaute Ganzkörperspule.
Die Ganzkörperspule
ist üblicherweise – z. B.
mit einer sogenannten Birdcage-Struktur – zylinderförmig um
den Patientenaufnahmeraum herum angeordnet, in welchem der Patient
während
der Messung auf dem Patientenlagerungstisch gelagert wird. Des Weiteren
werden in einem Tomographen häufig
eine oder mehrere kleine Lokalspulen bzw. Oberflächenspulen eingesetzt. Bei umfangreicheren
Untersuchungen werden oftmals sogar eine Vielzahl von Spulen-Arrays,
welche jeweils aus mehreren zusammenhängenden Spulen bestehen, auf
und/oder unter den Patienten gelegt. Diese Lokalspulen dienen dazu,
detaillierte Abbildungen von Körperteilen
bzw. Organen eines Patienten aufzunehmen, die sich verhältnismäßig nah
an der Körperoberfläche befinden.
Zu diesem Zweck werden die Lokalspulen direkt an der Stelle des
Patienten appliziert, an der sich der zu untersuchende Bereich befindet.
Bei einem Einsatz einer solchen Lokalspule wird in vielen Fällen mit
der Ganzkörperspule
(als Sendespule) gesendet und mit der Lokalspule (als Empfangsspule)
werden die induzierten Magnetresonanzsignale empfangen.
-
Für die Erzeugung
von qualitativ guten Magnetresonanzaufnahmen ist es ohne Zweifel
wichtig, aus der Vielzahl von im Gerät vorhandenen Spulen genau
die Spulen auszuwählen,
die für
eine bestimmte Messung eines bestimmten Messbereichs, d. h. beispielsweise
einer bestimmten Schicht oder eines Schichtstapels bzw. Volumens
innerhalb des Messobjekts, besonders geeignet sind. Dies erfolgt bisher
manuell durch Eingabe entsprechender Auswahlbefehle an einem Steuerterminal
des Tomographen. Der Bediener trifft seine Auswahl hierbei danach,
ob die betreffende Spule sich in einer geeigneten Position zu dem
in der nachfolgenden Messung aufzunehmenden Bereich befindet und
einen passenden Ausleuchtungsbereich aufweist, d. h. ob mit dieser
Spule überhaupt
der interessierende Bereich vermessen werden kann.
-
Für Spulen
mit einer fixen Position bezüglich des
Patientenlagerungstisches wird diese Position teilweise ab Werk
explizit spezifiziert. Diese Position ist dann dem Magnetresonanzsystem,
d. h. in der Steuereinrichtung des Magnetresonanztomographen, grundsätzlich bekannt,
auch wenn diese Spule in der Regel innerhalb eines kleinen Bereichs
verschoben werden kann. Alternativ kann die Position beispielsweise
auch vor der Magnetresonanz-Messung explizit vermessen werden. In
der Regel wird dabei oft nur die Position in z-Richtung, d. h. in Längsrichtung
des Patientenlagerungstisches gemessen. Die dazu senkrechten Koordinaten
sind nach wie vor unbekannt und werden bei einigen Herstellern ab
Werk auf einen zu erwartenden Mittelwert geschätzt. Ebenso kann für jede Spule
ein Ausleuchtungsbereich ab Werk spezifiziert werden. Hierbei handelt
es sich jedoch lediglich um einen im Mittel zu erwartenden, geschätzten Ausleuchtungsbereich. Insbesondere
wird hierbei nicht berücksichtigt,
ob dieser Bereich bei einer Messung auch tatsächlich durch eine Last gefüllt wird
oder ob der Ausleuchtungsbereich durch die Belastung eine ganz andere als
die spezifizierte, beispielsweise eine rechteckige, Form hat.
-
Die
richtige Auswahl der Spulen erfordert somit ein erhebliches Maß an Kenntnissen
und Erfahrung durch den Bediener, insbesondere, da die ab Werk spezifizierten,
verfügbaren
Informationen über Positionen
und Ausleuchtungsbereiche der Spulen in der Praxis oft nicht hinreichend
genau sind und die realen Gegebenheiten für die konkrete Messung nicht
berücksichtigen.
Sofern für
eine nachfolgende Messung nicht die optimale Spule bzw. Spulenkombination
gewählt
wird, wird zwangsläufig
auch die Qualität
der nachfolgenden Aufnahmen verschlechtert. Ggf. kann dies dazu
führen,
dass Aufnahmen noch einmal wiederholt werden müssen, was die Gesamtaufnahmezeit
verlängert.
Dies reduziert nicht nur die Effizienz des Magnetresonanztomographen
und des Bedienpersonals, sondern führt vor allem auch zu einer
höheren
Belastung des Patienten.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optimiertes
Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen in einem Magnetresonanztomographen
mit einer Mehrzahl von Spulen sowie eine entsprechende Steuereinrichtung
und einen Magnetresonanztomographen anzugeben, mit denen eine Erzeugung
von Magnetresonanzaufnahmen auf diese Weise möglich ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch
eine Steuereinrichtung nach Patentanspruch 9 und einen Magnetresonanztomographen
gemäß Patentanspruch
11 gelöst.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird hierbei zunächst – beispielsweise
mit der Ganzkörperspule – ein Hochfrequenzsignal
ausgesendet und ortsaufgelöst
eine Signalintensität
mittels zumindest eines Teils der zur Verfügung stehenden Spulen gemessen.
Eine solche ortsaufgelöste
Signalintensitätsvertei lung
einer Spule wird häufig
auch als sogenannter „Magnituden-Map" oder „Magnituden-Darstellung" bezeichnet. Es handelt
sich hierbei um eine schnelle 3D-Messung, bei der die einzelnen
Spulen jeweils das in einem bestimmten Volumenelement – in der
Magnetresonanztomographie üblicherweise „Voxel" genannt – empfangene
Magnetresonanzsignal messen. Dabei werden immer die Summe aus der
Empfindlichkeit der verwendeten Empfangsspule sowie die darunter
liegende Lastsituation gemessen. Eine solche ortsaufgelöste Messung
der Signalintensität
ist durch Anlegen geeigneter Gradientenfelder bzw. Gradientenpulse
möglich.
Dies ist dem Fachmann aber allgemein bekannt und muss daher nicht weiter
erläutert
werden. Die Messung der Magnituden-Darstellung wird im folgenden
auch als „Magnituden-Messung" bezeichnet.
-
Auf
Basis der vermessenen Signalintensitätsverteilungen kann so automatisch
ein dreidimensionales Ausleuchtungsprofil der betreffenden Spulen
ermittelt werden und gegebenenfalls auch eine automatische Bestimmung
der jeweiligen Position erfolgen, sofern diese nicht aus anderen
Messungen hinreichend genau bekannt ist. Erfindungsgemäß erfolgt
schließlich
eine Selektion einer oder mehrerer der betreffenden Spulen für eine nachfolgende
Magnetresonanzmessung auf Grundlage der ermittelten Ausleuchtungsprofile
und/oder Positionen der Spulen sowie auf Basis des bei der Magnetresonanzmessung
aufzunehmenden Messbereichs.
-
Unter „nachfolgender
Magnetresonanzmessung" ist
nicht unbedingt die unmittelbar nachfolgende Magnetresonanzmessung
zu verstehen, sondern es kann sich auch um eine später durchzuführende Messung
handeln, beispielsweise nachdem zuvor andere Messungen erfolgt sind.
Insbesondere ist es möglich,
zunächst
die verschiedenen Signalintensitätsverteilungen
für alle
im Magnetresonanztomographen vorhandenen Spulen zu messen und diese
entsprechend auszuwerten und dann vorab in einem Messprotokoll festzulegen,
welche Messung mit welchen Spulen durchgeführt wird. Anschließend wird dieses
Messprotokoll abgearbeitet.
-
Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass innerhalb der Messung der Signalintensitätsverteilung
exakt festgestellt wird, was die einzelnen Spulen tatsächlich „sehen". D.h. es wird – anders
als bei dem bisherigen Verfahren – nicht mehr ein bestimmter
theoretischer Sichtbereich der Spule vorausgesetzt. Hierbei ist
es insbesondere von Vorteil, dass durch die Messung auch die Lastsituation
der Spule berücksichtigt
wird und daher die nachfolgende Selektion der Spulen aufgrund der
tatsächlich
gegebenen, konkreten Situation erfolgt.
-
Eine
erfindungsgemäße Steuervorrichtung für einen
Magnetresonanztomographen, welche zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen
des Untersuchungsobjekts eine Mehrzahl von in dem Magnetresonanztomographen
zur Verfügung
stehenden Spulen steuert, die an verschiedenen Orten relativ zum
Untersuchungsobjekt positioniert sind, muss neben den üblichen
Komponenten, welche eine solche Steuereinrichtung aufweist, eine
Messablauf-Kontrolleinrichtung aufweisen, die dafür sorgt,
dass ein geeignetes Hochfrequenzsignal ausgestrahlt wird und dass
mittels zumindest eines Teils der zur Verfügung stehenden Spulen jeweils
eine Signalintensitätsverteilung
ortsaufgelöst
gemessen wird. Darüber
hinaus benötigt
diese Steuereinrichtung eine Auswerteeinrichtung, welche auf Basis
der empfangenen Signale automatisch die jeweiligen dreidimensionalen
Ausleuchtungsprofile und ggf. die Positionen der betreffenden Spulen
bestimmt. Schließlich
muss die Steuereinrichtung eine Auswahleinrichtung aufweisen, welche
auf Grundlage der ermittelten Positionen und/oder Ausleuchtungsprofile
der Spulen sowie des bei der Magnetresonanzmessung aufzunehmenden Messbereichs,
welcher üblicherweise
vom Bediener zuvor über
ein Bedienterminal oder über
ein automatisches Messprogramm vorgegeben wird, eine oder mehrere
der betreffenden Spulen für
eine nachfolgende Magnetresonanzmessung selektiert.
-
Weitere
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Bevorzugt
wird eine solche Magnituden-Darstellung für jede einzelne der im Magnetresonanztomographen
bzw. Magnetfeld befindlichen Spulen aufgenommen. Grundsätzlich ist
es aber auch möglich, dass
die Magnituden-Messung nur für
einen Teil der zur Verfügung
stehenden Spulen durchgeführt
wird. Beispielsweise ist es nicht notwendig, für eine Magnetresonanztomographie-Aufnahme
im Bereich des Knies eines Patienten auch für die am Kopf des Patienten
befindlichen Lokalspulen eine Magnituden-Messung durchzuführen, da
bei dieser Positionierung von vornherein davon ausgegangen werden kann,
dass diese Spulen nicht in der Lage sind, den gewünschten
Bereich auszuleuchten. Es ist daher unter Umständen sinnvoll, zunächst eine
Gruppe von Spulen auszuwählen,
welche theoretisch für
die Messung in Frage kommen, und dann nur für diese Spulen jeweils eine
eigene Signalintensitätsverteilung aufzuzeichnen.
-
Grundsätzlich kann
die Signalintensitätsverteilung
unmittelbar als Ausleuchtungsprofil herangezogen werden, d. h. es
wird beispielsweise als Ausleuchtungsprofil ein Graubild erzeugt,
bei dem jeder Voxel mit dem Signalintensitätswert gewichtet wird.
-
Vorzugsweise
wird jedoch zur Bestimmung eines Ausleuchtungsprofils einer Spule
jeweils überprüft, ob die
mit der betreffenden Spule an einem bestimmten Voxel gemessene Signalintensität oberhalb eines
bestimmten Schwellenwerts liegt. Das heißt, die Signalintensitätsverteilung
wird so in eine binäre Bitmap
umgewandelt, bei der lediglich in jedem Voxel ent schieden wird,
ob die Spule ausreichend Intensität empfängt oder nicht.
-
Die
Schwellenwerte können
dabei beliebig gewählt
werden. Bevorzugt wird der Schwellenwert auf Grundlage eines vorgegebnen
Anteils einer maximal gemessenen Signalintensität bestimmt, d. h. der Schwellenwert
liegt beispielsweise bei einem bestimmten Prozentsatz vom gemessenen
Maximalwert. Dieser Maximalwert kann beispielsweise der Maximalwert
der mit der betreffenden Spule selbst gemessenen Intensitätsverteilung
sein. Besonders bevorzugt handelt es sich aber um einen Maximalwert
aller von den verschiedenen Spulen bei der Magnituden-Messung empfangenen
Signalintensitäten, da
so eine Normierung über
alle bei der Messung verwendeten Spulen erreicht wird.
-
Zusätzlich oder
alternativ kann auch ein absoluter Mindestwert oder eine Kombination
aus einem Schwellenwert, welcher ein relativer Anteil des maximalen
gemessenen Intensitätswerts
ist, und einem absoluten Mindestwert gewählt werden. Dies hat den Vorteil,
dass sichergestellt wird, dass mit den für die Magnituden-Messung ausgewählten Spulen sicher
ein ausreichendes Signal gemessen wird.
-
Die
Selektion der Spulen erfolgt vorzugsweise auf Basis der verschiedenen
Schnittvolumina des Messbereichs mit den für die betreffenden Spulen ermittelten
Ausleuchtungsprofilen.
-
Das
heißt,
es wird eine Schnittmenge des jeweiligen dreidimensionalen Ausleuchtungsprofils
mit dem zu untersuchenden Bereich – beispielsweise einer bestimmten
Schicht, einem Schichtstapel, einem bestimmten Volumen, einer Region
of Interest (ROI) etc. – bestimmt.
Bei bekannten Spulenpositionen, die sich anhand der gemessenen Signalintensitätsverteilung
feststellen lassen, und mit Hilfe des aus der Signalintensitätsverteilung
erzeugten binären
Ausleuchtungsprofils ist die Ermittelung solcher Schnittbereiche
vollautomatisch schnell und einfach durchführbar.
-
Anhand
dieser Schnittbereiche kann dann bevorzugt eine Kandidatenmenge
an Spulen bestimmt werden, die für
die nachfolgende Messung in Frage kommen. Abhängig von den Randbedingungen
der konkreten Applikation können
schließlich
aus dem Kandidatensatz die später
tatsächlich
verwendeten Spulen ausgewählt
werden.
-
Da
in vielfachen Anwendungen die Anzahl der Mess-Eingänge begrenzt
ist, beispielsweise bereits hardwaremäßig nur eine maximale Anzahl
von Hochfrequenzkanälen überhaupt
zur Verfügung
stehen oder der Bediener selbst nur eine maximale Obergrenze zulassen
möchte,
um mit möglichst
wenig Messkanälen
zu messen und so die Messzeit zu reduzieren, wird vorzugsweise eine
Anzahl n von maximalen Spulen vorgegeben. Es wird dann beispielsweise
aus dem zuvor ermittelten Kandidatensatz gemäß einem vorgegebenen Auswahlkriterium
oder gemäß einer
vorgegebenen Kombination von Auswahlkriterien eine entsprechende
Anzahl n von besten Spulen für
die nachfolgende Messung ausgewählt.
-
Welches
in einem konkreten Fall die n „besten" Spulen sind, hängt von
dem Auswahlkriterium bzw. der Kombination von Auswahlkriterien ab.
So könnte
beispielsweise bestimmt werden, dass gerade die n Spulen ausgewählt werden,
deren Ausleuchtungsprofile den größten Schnittbereich mit dem Messbereich
aufweisen. Oder es wird eine Anzahl von Spulen ausgewählt, deren
Ausleuchtungsprofile zwar zumindest teilweise den Messbereich erfassen, bei
denen aber die Ausleuchtungsprofile möglichst disjunkt sind, um so
den von den Spulen erfassten Gesamtausleuchtungsbereich zu maximieren
bzw. einen bestimmten Bereich mit möglichst wenigen Spulen abzudecken.
Insbesondere kann der Bediener anstelle einer bestimmten Anzahl
von Spulen auch vorgeben, dass er nur eine minimale Anzahl von Spulen
verwenden möchte.
Es wird dann gerade die Spulen- Kombination
ausgewählt,
mit der mit den wenigsten Spulen der gewünschte Messbereich abgedeckt
wird.
-
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird auf Grundlage der ermittelten Positionen und/oder der Ausleuchtungsprofile
der Spulen sowie des bei der Magnetresonanzmessung aufzunehmenden Messbereichs
für eine
nachfolgende Magnetresonanzmessung automatisch ein Beschleunigungsfaktor
für eine
parallele Bildaufnahme, ein sogenannter PAT-Faktor (PAT=Parallel
Acquisition Technique), ermittelt.
-
Durch
parallele Aufnahmetechniken kann eine erhebliche Beschleunigung
der reinen Messzeit von Pulssequenzen zur Magnetresonanzuntersuchung
bewirkt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass den von den Spulen gemessenen
Signalen aufgrund unterschiedlicher Empfindlichkeitsprofile jeweils
bereits eine gewisse Ortsinformation zugeordnet werden kann. Wichtig
ist dabei, dass sich die Empfindlichkeitsprofile der Spulen in Richtung
der gewünschten
Beschleunigung unterscheiden. In Abhängigkeit von den verwendeten
Spulen und deren Empfindlichkeitsprofilen ist der Beschleunigungsfaktor
einer Magnetresonanzmessung für
die parallele Aufnahmetechnik frei wählbar und in der Regel ein
für den
jeweiligen Bediener einstellbarer Parameter. Die Angabe eines sinnvollen
Wertes für
einen solchen Beschleunigungsfaktor ist äußerst komplex und erfordert
sehr viel Erfahrung und ein genaues Wissen über die gerade vorliegende
Messsituation. In der Praxis existieren bereits Geräte, welche
dem Bediener einen PAT-Faktor vorschlagen. Die Berechnung basiert
dabei jedoch auf den relativ vagen Informationen, die herstellerseitig
für die
einzelnen Spulen und deren Lagen zur Verfügung gestellt werden. Das heißt, es wird
auch in diesen Berechnungen nicht die aktuelle Situation, insbesondere
die Last, berücksichtigt.
Daher sind diese Vorschläge
oft nicht zufriedenstellend.
-
Da
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dem
System die tatsächlich
gegebenen Ausleuchtungsprofile unter Berücksichtigung der Lastsituation, die
genaue Lage der einzelnen Spulen im Magnetresonanztomographen etc.
zur Verfügung
stehen, ist auf Basis dieser Daten eine erhebliche genauere Berechnung
von sinnvollen PAT-Faktoren möglich,
welche ggf. vollautomatisch für
die nachfolgende Messung herangezogen werden. Verfahren zur Berechnung
von PAT-Faktoren sind dem Fachmann vom Prinzip her bekannt und brauchen
daher nicht näher erläutert zu
werden.
-
Eine
erfindungsgemäße Steuereinrichtung sollte
hierzu vorzugsweise zusätzlich
eine Beschleunigungsfaktor-Ermittlungseinheit aufweisen, um auf Grundlage
der ermittelten Positionen und/oder Ausleuchtungsprofile der Spulen
sowie des bei der Magnetresonanzmessung aufzunehmenden Messbereichs
für die
nachfolgende Magnetresonanzmessung automatisch einen Beschleunigungsfaktor
zu ermitteln.
-
Da
aufgrund der Magnituden-Messungen für jede der Spulen eine exakte,
patienten- bzw. lastspezifische Datenbasis zur Verfügung steht,
ist – wie
bereits erwähnt – für jede Spule
feststellbar, wie viel Signal sie an welchem Ort tatsächlich sieht.
Somit ist – anders
als bei den bisherigen Verfahren, bei denen immer von einer Datenbasis
ausgegangen wird, wie viel eine bestimmte Spule theoretisch im Mittel
sehen müsste – ohne weiteres
eine vollautomatische Selektion von Spulen sowie gegebenenfalls
auch eine vollautomatische Berechnung des Beschleunigungsfaktors
und entsprechende Anwendung dieses Beschleunigungsfaktors in einer
nachfolgenden Messung möglich.
Vorzugsweise wird aber dennoch dem Bediener die Möglichkeit
gegeben, in die Messung einzugreifen. Dies ist z. B. dadurch möglich, dass
vor der Magnetresonanzmessung beispielsweise über ein Bedienerterminal Informationen über die
ausgewählten
Spulen und/oder den Beschleunigungsfaktor an den Bediener ausgegeben
werden. Dieser kann dann die Auswahl bestätigen oder die Spulenauswahl
und/oder den Beschleunigungs faktor manuell verändern, sofern er dies für erforderlich
hält.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
-
2 ein
Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
3 eine
perspektivische schematische Darstellung eines Kugelphantoms mit
einem darunter sowie einem darüber
angeordneten Lokalspulen-Array,
-
4a eine
mit einer der oberen Spulen auf dem Kugelphantom gemäß 3 gemessene
Signalintensitätsverteilung,
-
4b eine
mit einer der unteren Spulen auf dem Kugelphantom gemäß 3 gemessene
Signalintensitätsverteilung,
-
5a ein
binäres
Ausleuchtungsprofil der oberen Spule auf dem Kugelphantom gemäß 3,
-
5b ein
binäres
Ausleuchtungsprofil der unteren Spule unter dem Kugelphantom gemäß 3,
-
6a eine
Darstellung des Ausleuchtungsprofils gemäß 5a mit
einem darin eingezeichneten, im oberen Bereich des Kugelphantoms
liegenden Messbereich,
-
6b eine
Darstellung des Ausleuchtungsprofils gemäß 5b mit
einem darin eingezeichneten, im oberen Bereich des Kugelphantoms
liegenden Messbereich,
-
7a eine
Darstellung des Ausleuchtungsprofils gemäß 5a mit
einem darin eingezeichneten, im unteren Bereich des Kugelphantoms
liegenden Messbereich,
-
7b eine
Darstellung des Ausleuchtungsprofils gemäß 5b mit
einem darin eingezeichneten, im unteren Bereich des Kugelphantoms
liegenden Messbereich,
-
8a eine
Darstellung des Ausleuchtungsprofils gemäß 5a mit
einem dritten Messbereich, welcher das gesamte Kugelphantom abdeckt,
-
8b eine
Darstellung des Ausleuchtungsprofils gemäß 5b mit
einem dritten Messbereich, welcher das gesamte Kugelphantom abdeckt.
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für ein Magnetresonanzsystem 1,
welches in der Lage ist, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu arbeiten.
Kernstück
dieses Magnetresonanzsystems 1 ist der Magnetresonanztomograph 2 selbst,
in welchem ein Patient P auf einem Patientenlagerungstisch 4 (auch
Liegenbrett 4 genannt) in einem ringförmigen Grundfeldmagneten 3,
welcher den Messraum 5 umschließt, positioniert wird. Auf
und ggf. auch unter dem Patienten befindet sich eine Vielzahl von
Lokalspulen S.
-
Das
Liegenbrett 4 ist in Längsrichtung,
d. h. entlang der Längsachse
des Tomographen 2, verschiebbar. Diese Richtung wird in
dem ebenfalls dargestellten Raumkoordinatensystem als z-Richtung bezeichnet.
Innerhalb des Grundfeldmagneten befindet sich im Tomographen 2 eine
nicht näher
dargestellte Ganzkörperspule,
mit der Hochfrequenzpulse ausgesendet und empfangen werden können. Außerdem weist
der Tomograph 2 in üblicher,
in der Figur nicht dargestellter Weise Gradientenspulen auf, um
in jeder der Raumrichtungen x, y, z einen Magnetfeldgradienten anlegen
zu können.
-
Angesteuert
wird der Tomograph 2 von einer Steuereinrichtung 6,
welche hier separat dargestellt ist. An die Steuereinrichtung 6 ist
ein Terminal 11 angeschlossen. Dieses Terminal 11 weist
einen Bildschirm 12, eine Tastatur 13 und ein
Zeigegerät
für eine
graphische Benutzeroberfläche,
beispielsweise eine Maus 14 oder dergleichen auf. Das Terminal 11 dient
u. a. als Benutzerschnittstelle, über die ein Bediener die Steuereinrichtung 6 und
damit den Tomographen 2 bedient. Sowohl die Steuereinrichtung 6 als
auch das Terminal 11 können
auch integraler Bestandteil des Tomographen 2 sein.
-
Das
Magnetresonanzsystem 1 kann darüber hinaus auch alle weiteren üblichen
Komponenten bzw. Merkmale solcher Systeme aufweisen, wie z. B. Schnittstellen
zum Anschluss eines Kommunikationsnetzes, beispielsweise eines Bildinformationssystems
o. Ä. Alle
diese Komponenten sind jedoch der besseren Übersichtigkeit wegen in der 1 nicht dargestellt.
-
Über das
Terminal 11 kann ein Bediener mit der Steuereinrichtung 6 kommunizieren
und so für die
Durchführung
der gewünschten
Messungen sorgen, indem beispielsweise der Tomograph 2 von
der Steuereinrichtung 6 so angesteuert wird, dass die erforderlichen
Hochfrequenzpulssequenzen durch die Hochfrequenz-Spulen ausgesendet
werden und die Gradientenspulen in geeigneter Weise geschaltet werden. Über die
Steuereinrichtung 6 werden auch die vom Tomographen kommenden
Bild-Rohdaten akquiriert
und in einer nicht näher
dargestellten Signalauswerteeinheit, bei der es sich z. B. um ein
Modul der Steuereinrichtung 6 handeln kann, die Bilder rekonstruiert.
Diese Bilder werden dann beispielsweise auf dem Bildschirm 12 des
Terminals 11 dargestellt und/oder in einem Speicher hinterlegt
bzw. über ein
Netzwerk versandt.
-
Zur
Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist die Steuereinrichtung insbesondere eine Messablauf-Kontrolleinrichtung 7 auf,
die dafür sorgt,
dass die Magnituden-Darstellungen für die gewünschten Spulen S gemessen werden.
Hierzu steuert die Messablauf-Kontrolleinrichtung 7 beispielsweise
die Ganzkörperspule
im Tomographen 2 an, so dass ein Hochfrequenzsignal mit
der erforderlichen Resonanzfrequenz ausgesendet wird und die Gradienten
passend geschaltet werden und dass dann über die einzelnen Lokal-Spulen
S die empfangenen Magnetresonanzsignale ausgelesen werden.
-
Die
bei dieser Magnituden-Messung aufgefangenen Messrohdaten gelangen
dann zu einer Auswerteeinrichtung 8 in der Steuereinrichtung 6, welche
auf Basis der empfangenen Signale automatisch die jeweiligen Positionen
zS und die dreidimensionalen Ausleuchtungsprofile
der betreffenden Spulen S bestimmt. Die jeweiligen Positionen zS werden vorzugsweise relativ zu einem Fixpunkt
zK am Liegenbrett 4 bestimmt, in 1 z.B.
relativ zum Kopfende des Liegenbretts 4.
-
Nach
dieser Auswertung sind für
alle vermessenen Spulen S sowohl die exakten Positionen innerhalb
des Tomographen 2 als auch die jeweiligen tatsächlich gegebenen
Ausleuchtungsprofile bekannt. Diese Daten werden dann an die Auswahleinrichtung 9 übergeben,
welche letztlich auf Grundlage der ermittelten Positionen und Ausleuchtungsprofile der
Spulen S sowie auf Basis des in der nachfolgenden Messung aufzunehmenden
Messbereichs eine oder mehrere der Spulen S für die nachfolgende Magnetresonanzmessung
selektiert. Die notwendigen Informationen über den aufzunehmenden Messbereich
erhält
die Auswahleinrichtung beispielsweise vom Bediener über das
Terminal 11 oder auch aus einem Messprotokoll, welches
den genauen Ablauf einer nachfolgenden Messung vorgibt.
-
Die
Informationen über
die ausgewählten Spulen
werden dann beispielsweise an die Messablauf-Kontrolleinrichtung 7 übergeben,
welche beispielsweise auch für
die Durchführung
der eigentlich gewünschten,
bildgebenden Magnetresonanzmessung zuständig sein kann.
-
Zusätzlich weist
die Steuereinrichtung 6 hier eine Beschleunigungsfaktor-Ermittlungseinheit 10 auf,
welche ebenfalls von der Auswahleinrichtung 9 die Daten über die
ausgewählten
Spulen S erhält. Diese
Beschleunigungsfaktor-Ermittlungseinheit 10 kann auf Grundlage
der ermittelten Positionen und Ausleuchtungsprofile der Spulen S
sowie des aufzunehmenden Messbereichs den geeignetsten Beschleunigungsfaktor
ermitteln und diesen ebenfalls an die Messablauf-Kontrolleinrichtung 7 übergeben.
-
Die
zur Umsetzung der Erfindung in einem Magnetresonanzsystem 1 erforderlichen
Komponenten wie die Ansteuereinheit 11, die Messablauf-Kontrolleinrichtung 7,
die Auswerteeinrichtung 8, die Auswahleinrichtung 9 und
gegebenenfalls die Beschleunigungsfaktor-Ermittlungseinheit 10 können vollständig oder
zu einem überwiegenden
Teil in Form von Softwarekomponenten erstellt werden. Übliche Magnetresonanzsysteme
weisen ohnehin programmierbare Steuereinrichtungen auf, so dass
auf diese Weise die Erfindung bevorzugt mit Hilfe von geeigneter Steuersoftware
realisierbar ist. D. h. es wird ein entsprechendes Computerprogramm-Produkt
direkt in den Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung 6 des
betreffenden Magnetresonanzsystems 1 geladen, welches Programmcode-Mittel
aufweist, um das erfindungsgemäße Verfahren
durchzuführen. Auf
diese Weise sind auch bereits existierende Magnetresonanzsysteme
einfach und kostengünstig nachrüstbar.
-
Insbesondere
ist es möglich,
dass einige der Komponenten auch als Unterroutinen in bereits in
der Steuereinrichtung 6 vorhandenen Komponenten realisiert
sind bzw. dass vorhandene Komponenten für den erfindungsgemäßen Zweck
mitverwendet werden. Dies betrifft insbesondere die Messablauf-Kontrolleinrichtung,
bei der es sich grundsätzlich
um eine bereits in einer existierenden Steuereinrichtung 6 vorhandene
Messablauf-Kontrolleinrichtung handeln kann, welche dazu bestimmt
ist, die Hochfrequenzspulen, Gradientenspulen oder sonstigen Komponenten
im Tomographen in geeigneter Weise zur Durchfüh rung einer üblichen
bildgebenden Messung anzusteuern. Hierzu könnte beispielsweise eine Modifikation
der Messablauf-Kontrolleinrichtung durch eine geeignete Software-Unterroutine
erfolgen. Ebenso kann insbesondere auch die Auswerteeinrichtung 8 als
Untermodul einer allgemeinen Bildauswerteeinheit ausgestaltet sein.
-
Ein
möglicher
Ablauf einer erfindungsgemäßen Messung
wird im Folgenden noch einmal beispielhaft anhand des Flussdiagramms
in 2 erläutert.
Zusätzlich
wird auf die 3 sowie 4a bis 8b verwiesen,
anhand derer eine Testmessung an einem Kugelphantom erläutert wird.
-
Der
Testaufbau ist dabei aus 3 zu ersehen. Er besteht aus
einem auf dem Liegenbrett 4 positionierten, kugelförmigen Phantom
(Kugelphantom) K, wobei es sich um eine mit destilliertem Wasser
gefüllte
Glaskugel handelt. Oben auf das Kugelphantom K ist ein Spulenarray
mit zwei Lokalspulen aufgelegt, von denen für die folgenden Messungen eine Lokalspule
SO verwendet wird. Unter dem Kugelphantom
K ist ein so genanntes Spine-Spulenarray positioniert, von dem ebenfalls
nur eine Lokalspule SU für die nachfolgend beschriebenen
Messungen genutzt wird.
-
In
einem ersten Verfahrensschritt gemäß 2 wurden
die Magnituden-Messungen durchgeführt. Die 4a und 4b zeigen
die Ergebnisse dieser Messungen für die oben definierten Spulen SO, SU am Kugelphantom
K. 4a zeigt dabei die Messung für die obere Spule SO und 4b die
Messung für
die untere Spule SU. In 4a ist
deutlich die Luftblase zu sehen, welche sich oben im Kugelphantom
K befindet.
-
Dargestellt
sind in den 4a und 4b jeweils
die original gemessenen Magnituden-Darstellungen MMO,
MMU, wobei die Intensität pro Voxel in Form von Graustufenwerten
dargestellt ist. Grundsätzlich
könnte
nun mit diesen Graustufenwerten bereits eine automatische Spulenselektion
durchgeführt werden, beispielsweise
indem der Grauwert bzw. die dazugehörige Signalintensität als Gewicht
für dieses Voxel
betrachtet wird. Insofern sind auch die Darstellungen in 4a und 4b bereits
als Ausleuchtungsprofile zu verstehen.
-
Bei
der im Weiteren erläuterten
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
soll jedoch als Ausleuchtungsprofil ein binäres Bild erzeugt werden, welches
lediglich angibt, ob die jeweilige Spule SO,
SU in einem bestimmten Voxel eine ausreichende
Intensität
empfängt
oder nicht.
-
Hierzu
wird im zweiten Schritt gemäß 2 zunächst ein
Schwellenwert festgelegt. Beispielsweise wird ein Schwellenwert
von 50 % des maximalen Intensitätswerts
verwendet, welcher bei der Magnituden-Messung empfangen wurde. Anschließend wird das
in den einzelnen Voxeln empfangene Signal, wie es sich aus den 4a, 4b ergibt,
mit dem Schwellenwert verglichen. Liegt der Intensitätswert über dem
Schwellenwert, so wird dieser Voxel als zum Ausleuchtungsbereich
der Spule SO, SU gehörig identifiziert.
Aus den in den 4a, 4b dargestellten
Magnituden-Darstellungen MMO, MMU erhält man
so die in den 5a und 5b dargestellten Ausleuchtungsprofile
APO, APU der oberen
Spule SO und der unteren Spule SU. Der Vergleich der 4a mit 5a zeigt
den Vorteil dieser Bildung eines binären Ausleuchtungsprofils APO. Es ist hier in 5a deutlich
erkennbar, dass das Ausleuchtungsprofil der oberen Spule SO nicht rechts-/linkssymmetrisch ist. In der 4a ist
dies schwieriger zu erkennen.
-
In
einem nächsten
Schritt gemäß 2 wird dann
eine Schnittmenge mit dem Messbereich bestimmt. Dabei wird festgestellt,
welche der Spulen SO, SU sich überhaupt
für die
Messung eigenen könnten,
da ihr Ausleuchtungsprofil APO, APU eine gewisse Überdeckung mit dem gewünschten
Messbereich aufweist. Andere Spulen brauchen in der weiteren Auswahl
grundsätzlich
nicht mehr betrachtet zu werden, da diese ja ohnehin nicht in der
Lage sind, innerhalb des gewünschten
Bereichs etwas zu sehen.
-
Dies
lässt sich
relativ einfach an den in den 6a bis 8b dargestellten
simplen Beispielen erläutern,
wobei die 6a, 7a, 8a jeweils wieder
das Ausleuchtungsprofil APO der oberen Spule
SO zeigen und die 6b, 7b und 8b jeweils
das Ausleuchtungsprofil APU der unteren
Spule SU.
-
In
den 6a und 6b ist
jeweils ein erster Messbereich M1 eingezeichnet,
welcher im oberen Bereich des Kugelphantoms K liegt. Hier weist
lediglich das Ausleuchtungsprofil APO der
oberen Spule SO eine Schnittmenge V01 mit dem Messbereich M1 auf.
Das Ausleuchtungsprofil APU der unteren
Spule SU überdeckt sich dagegen nicht
mit dem Messbereich M1. Daher würde lediglich
die obere Spule SO für die Messung dieses Messbereichs
M1 in Frage kommen.
-
Die 7a und 7b zeigen
einen ähnlichen
Fall, wobei jedoch hier eine der beiden Spulen SO,
SU zur Aufnahme eines zweiten Messbereichs
M2 im unteren Bereich des Kugelphantoms
K auszuwählen
ist. Hier weist lediglich das Ausleuchtungsprofil APU der
unteren Spule SU einen Schnittbereich VU2 mit dem Messbereich M2 auf,
so dass für
die Messung dieses Messbereichs M2 nur die
untere Spule SU in Frage kommt.
-
In 8a ist
ein Messbereich ausgewählt, welcher
das gesamte Kugelphantom K abdeckt. Der Schnittbereich V03 des Ausleuchtungsprofils APO der oberen
Spule SO entspricht folglich dem gesamten Ausleuchtungsprofil
APO. Das Gleiche gilt für den Schnittbereich VU3 des Ausleuchtungsprofils APU der unteren
Spule SU. Somit gehören hier grundsätzlich beide
Spulen SO, SU zum
Kandidatensatz.
-
Im
nächsten
Schritt gemäß 2 werden dann
die besten Spulen ausgewählt.
In dem in 8a und 8b dargestellten
Beispiel ist dies trivial. Um das Kugelphantom K insgesamt aus messen zu
können,
müssen
hier beide Spulen für
die Messung herangezogen werden, da die Ausleuchtungsprofile APO, APU bzw. die Schnittbereiche
V03, VU3 mit dem
Messbereich M3 weitgehend disjunkt sind
und nur so der gesamte Messbereich M3 abgedeckt
werden kann.
-
Es
ist klar, dass es sich bei den vorbeschriebenen Beispielen um äußerst triviale
Fälle handelt, bei
denen auch eine manuelle Auswahl unproblematisch wäre. Jedoch
sind sie für
die Erläuterung
der Erfindung besonders anschaulich. Bei einer Messung an einem
ausgedehnteren Untersuchungsobjekt, beispielsweise dem gesamten
Bauch-/Brust-Raum eines Patienten und einer Vielzahl von unterschiedlichen
Lokalspulen, welche auf und/oder unter dem Patienten positioniert
sind, ist nicht nur die Anzahl der zur Verfügung stehenden Lokalspulen,
sondern in der Regel auch die Menge der zum Kandidatensatz gehörigen Spulen,
welche in dem betreffenden Messbereich etwas sehen, erheblich größer, so
dass sich in der Realität
sehr häufig
die Frage stellt, welche der Spulen, die in der Lage sind, einen
Bereich des Messbereichs abzudecken, geeigneterweise für die Messung
gewählt
werden.
-
Ebenso
ist zu beachten, dass die 4a bis 8b zur
Veranschaulichung nur zweidimensionale Schnittbilder der an sich
bei diesem Verfahren verwendeten 3D-Datensätze zeigen.
-
Die
Auswahl der besten Spulen kann, wie bereits zuvor beschrieben, aufgrund
verschiedenster Kriterien erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, eine
möglichst
geringe Anzahl von Spulen zu verwenden, die in der Lage sind, das
gesamte Gebiet, welches gemessen werden soll, abzudecken. Eine andere
Alternative besteht darin, einen festen Satz von Spulen vorzugeben,
beispielsweise acht Spulen, welche den acht an üblichen Steuereinrichtungen
zur Verfügung
stehenden Messeingängen
zugeordnet werden. Es werden dann die Spulen ausgewählt, welche
beispielsweise den größten Schnittbereich mit
dem Messbereich aufweisen. Grundsätzlich kann in dieser Entschei dungssituation
auch noch einmal das ursprüngliche
Signalintensitätsprofil,
d. h. die Magnituden-Darstellung, herangezogen werden und in Zweifelsfällen beispielsweise
auch danach entschieden werden, welche Spule in einem bestimmten Teil
des Messbereichs die größte Intensität aufweist, d.
h. welche Spule das beste Signal in einem bestimmten Bereich empfängt.
-
Nachdem
die Spulen ausgewählt
wurden, kann dann für
die ausgewählten
Spulen der Beschleunigungsfaktor (PAT-Faktor) berechnet werden und
mit den ausgewählten
Spulen und dem berechneten Beschleunigungsfaktor die gewünschte Messung
erfolgen.
-
Die
für die
Durchführung
der Erfindung erforderlichen Magnituden-Messungen können relativ schnell
durchgeführt
werden. Im Mittel dauert eine solche Messung nicht länger als
ca. 5 Sekunden, wobei eine Vielzahl von Spulen gleichzeitig vermessen werden
kann. Des Weiteren ist es für
die Messung der Magnituden-Darstellung nicht unbedingt notwendig,
eine total unabhängige
eigene Aufnahme durchzuführen.
Insbesondere ist es auch möglich,
eine Magnituden-Messung mit Prescans für andere Applikationszwecke,
beispielsweise der Aufnahme einer Sensitivity-Map o. Ä., zu kombinieren
oder diese Messungen, ggf, nach entsprechenden Anpassungen, als
Magnituden-Darstellung zu verwenden. In diesem Fall erfordert die
erfindungsgemäße Durchführung der
Messung keine zusätzliche
Messzeit.
-
Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend
detailliert beschriebenen Verfahrensablauf sowie bei dem dargestellten
Magnetresonanzsystem lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche
vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. Obwohl die Erfindung überwiegend
am Beispiel von Magnetresonanzanlagen im medizinischen Bereich beschrieben
wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten
der Erfindung nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung
kann ebenso auch in wissenschaftlichen und/oder industriellen Anlagen genutzt
werden.