DE102004045691A1 - Verfahren zum Erzeugen eines homogenen hochfrequenten Magnetfelds in einem räumlichen Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanzanlage - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Erzeugen eines homogenen hochfrequenten Magnetfelds in einem räumlichen Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanzanlage im Rahmen einer Objektuntersuchung, welche Magnetresonanzanlage eine Körperspule, bestehend aus mehreren Resonatorsegmenten, und eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung zum separaten Ansteuern der einzelnen, voneinander elektromagnetisch entkoppelten Resonatorsegmente aufweist, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - separate Anregung jedes einzelnen Resonatorsegments anhand definierter Anregungsparameter bei in der Magnetresonanzanlage befindlichem Untersuchungsobjekt und Bestimmung der jeweiligen segmentspezifischen Magnetfeldverteilung im Untersuchungsvolumen, DOLLAR A - rechnerische Überlagerung der segmentspezifischen Magnetfeldverteilungen zur Ermittlung der Gesamtfeldverteilung im Unterscuhungsvolumen, DOLLAR A - Bewertung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung anhand eines Bewertungsalgorithmus und Ermittlung einer Änderung eines oder mehrerer Anregungsparameter eines oder mehrerer Resonatorsegment zum Ausgleich einer festgestellten Feldinhomogenität, und DOLLAR A - Anregung der Resonatorsegmente unter Berücksichtung der ermittelten Parameteränderung zur Aufnahme eines Untersuchungsbilds des Untersuchungsobjekts.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines homogenen hochfrequenten Magnetfelds in einem räumlichen Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanzanlage im Rahmen einer Objektuntersuchung, welche Magnetresonanzanlage eine Körperspule bestehend aus mehreren Resonatorsegmenten, deren Leiterelemente vorzugsweise parallel zur Längsachse eines Grundfeldmagneten um das Untersuchungsvolumen herum angeordnet sind, und eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung zum separaten Ansteuern der einzelnen, voneinander elektromagnetisch entkoppelten Resonatorsegmente aufweist.
- Die Magnetresonanztomographie ist eines der bildgebenden Verfahren in der medizinischen Diagnostik, das die Wechselwirkung eines externen Feldes, hier eines Magnetfelds, mit dem menschlichen Körper zur Bildgebung nutzt. Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Magnetresonanzanlage ist an und für sich bekannt und muss nicht näher beschrieben werden.
- In jüngerer Zeit werden auch Magnetresonanzanlagen hergestellt, bei denen das Grundmagnetfeld mehr als 1,5 T, insbesondere 3 T und mehr beträgt. Mit diesen Magnetresonanzanlagen sind bessere Auflösungen erzielbar, jedoch treten im Stand der Technik vermehrt Inhomogenitäten der Bildqualität auf, die auf Inhomogenitäten im von der Körperspule erzeugten Anregungsfeld zurückzuführen sind.
- So ist aus
US 6,252,403 B1 bekannt, die Sendeantenne spiralförmig auszubilden, um hierdurch Hochfrequenz-Wirbelströme, die zu Inhomogenitäten führen, zu kompensieren. Die Sendeantenne nimmt also die Gestalt eines um seine Symmetrieachse verwundenen Birdcage-Resonators an. Aus dieser Schrift ist ferner bekannt, in der Nähe des Untersuchungsobjekts geeignete Dielektrika, insbesondere Wasser anzuordnen, um hierdurch eine Homogenisierung des hochfrequenten Anregungsfeldes zu erreichen. Eine hinreichende Kompensation der Inhomogenitäten im Körperspulen-Anregungsfeld ist aber trotz allem nicht in allen Fällen möglich. - Weiterhin ist aus
EP 1 279 968 A2 eine Magnetresonanzanlage bekannt, bei der gemäß der eingangs beschriebenen Anlagengestaltung elektro-magnetisch voneinander entkoppelte Resonanzsegmente vorgesehen sind, die die Körperspule bilden. Hier können die einzelnen Resonatorsegmente bei der gewünschten Resonanzfrequenz unabhängig voneinander schwingen. Jedem Resonatorsegment ist ein separater Sendekanal zugeordnet, das heißt, jedes Resonatorsegment kann separat angesteuert werden, wodurch die Erzeugung separater Einzelfelder, die in ihrer Gesamtheit das zirkular polarisierte hochfrequente Magnetfeld ergeben, möglich ist. Die Amplitude und die Phase jedes einzelnen Sendekanals kann entsprechend eingestellt werden. - Auf der Basis der aus
EP 1 279 968 A2 bekannten Magnetresonanzanlage liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine optimale Ansteuerung der einzelnen Resonatorsegmente im Hinblick auf die Erzeugung eines im Untersuchungsvolumen homogenen hochfrequenten Magnetfeldes zulässt. - Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- – Anregung der N Resonatorsegmente einzeln oder gruppenweise zur Erzeugung von N linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen im Untersuchungsvolumen anhand definierter Anregungsparameter bei in der Magnetresonanzanlage befindlichem Untersuchungsobjekt und Bestimmung der Magnetfeldverteilungen im Untersuchungsvolumen,
- – rechnerische Überlagerung der gewonnenen Magnetfeldverteilungen zur Ermittlung einer Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen,
- – Bewertung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung anhand eines Bewertungsalgorithmus und Ermittlung einer Änderung eines oder mehrerer Anregungsparameter eines oder mehrerer Resonatorsegmente oder -segmentgruppen zum Ausgleich einer festgestellten Feldinhomogenität, und
- – Anregung der Resonatorsegmente oder -segmentgruppen unter Berücksichtigung der ermittelten Parameteränderung zur Aufnahme eines Untersuchungsbilds des Untersuchungsobjekts.
- Dabei kann selbstverständlich eine Wiederholung der Schritte der rechnerischen Überlagerung, der Homogenitätsbewertung und der Ermittlung von Änderungsparametern mit eingeschlossen sein (sogenannte iterative Optimierung).
- Die Erfindung schlägt zunächst vor, die einzelnen Resonatorsegmente der Anzahl N separat oder in vorbestimmten Gruppen zusammengefasst und zeitversetzt der Reihe nach mit definierten oder normierten Anregungsparametern, die gegebenenfalls bei allen Resonatorsegmenten die gleichen sein können, anzuregen, um auf diese Weise eine Schar von N einzelnen linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen im Untersuchungsvolumen zu gewinnen. D.h., die Anzahl N aller möglichen und erfindungsgemäß auch zu bestimmenden Magnetfeldverteilungen ist durch der Anzahl der Resonatorsegmente festgelegt. Diese linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen werden deshalb nachfolgend auch als "segmentspezifische" Magnetfeldverteilungen bezeichnet. Die jeweilige Anregung erfolgt bei der Resonanzfrequenz des MR-Systems z.B. mit einem Normstrom einer Amplitude von 1 A und einer beliebigen Phase von z.B. 0°.
- Nachdem die N (alle möglichen linear unabhängigen) Magnetfeldverteilungen bestimmt wurden, erfolgt seitens der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung eine rechnerische Überlagerung der gewonnenen (segmentspezifischen bzw. segmentgruppenspezi fischen) Magnetfeldverteilungen zur Ermittlung der Gesamtmagnetfeldverteilung im Untersuchungsvolumen. Es wird also durch Superpositionierung der Einzelfelder das Gesamtfeld im Untersuchungsvolumen ermittelt. Ist die Gesamtfeldverteilung bekannt, wird sie hinsichtlich ihrer Homogenität bewertet, das heißt, es wird seitens der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung überprüft, ob das Gesamtfeld bzw. die Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen an allen Stellen homogen ist bzw. die Homogenitätskriterien erfüllt, oder ob eine lokale oder globale (das heißt über das gesamte Untersuchungsvolumen) vorhandene Feldinhomogenität gegeben ist. Hierzu bedient sich das erfindungsgemäße Verfahren eines Bewertungsalgorithmus, der auf Basis der vorhandenen Informationen bezüglich der Gesamtfeldverteilung dieselbe analysiert.
- Damit liefert der Bewertungsalgorithmus ferner die benötigte Information, um bei einer festgestellten Inhomogenität zu ermitteln, wie diese durch Änderung der Anregungsparameter eines oder mehrerer Resonatorsegmente kompensiert werden kann. Das heißt, der Bewertungsalgorithmus ist Teil einer Optimierungsalgorithmus zur Bestimmung der Parameteränderungen, die zur Änderung eines oder mehrerer Einzelfelder ansteuerungsmäßig benötigt werden, um die ermittelte Inhomogenität auszugleichen. Auf der Basis dieses geänderten Satzes von Anregungsparametern erfolgt dann die Anregung der Resonatorsegmente zur Erzeugung der zirkular polarisierten Magnetfeldkomponente mit maximaler Homogenität.
- Das erfindungsgemäße Verfahren lässt folglich auf einfache und schnelle Weise die Erzeugung eines Anregungsfeldes mit maximaler Homogenität im Untersuchungsvolumen zu. Erforderlich ist hierfür lediglich eine vollständige Abtastung unter separater oder gruppenweiser, zeitversetzter Ansteuerung aller Resonatorsegmente zur Aufnahme der Einzelfelder. Eine relevante Patientenbelastung ist hiermit nicht verbunden, vielmehr können die für eine aussagekräftige Bildaufnahme erforderlichen Parameter in einfacher und schneller Weise für die nachfolgende Bildaufnahme ermittelt werden. Im Hinblick darauf, dass der Bewertungsalgorithmus der Optimierung des Anregungsfelds im Hinblick auf seine Homogenität dient, kann die Bildaufnahme auf Basis eines optimalen homogenen Anregungsfeldes erfolgen, so dass eine maximale Informationsausbeute ohne Inhomogenitäten der Bildqualität möglich ist.
- In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass zur Bestimmung jeder linear unabhängigen Magnetfeldverteilung zu jeder Anregung ein anregungsspezifisches Magnetresonanzbild aufgenommen wird, anhand dessen der Magnetfeldverlauf rekonstruiert wird. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung wird zur Bestimmung der segmentspezifischen Magnetfeldverteilung zu jeder Segmentanregung das zugehörige Magnetresonanzbild aus dem Untersuchungsvolumen aufgenommen. Aus diesem Bild kann nun die hochfrequente Magnetfeldverteilung, die sogenannte B1-Feldverteilung bezogen auf die Segmentanregung rekonstruiert werden, welches Rekonstruktionsergebnis anschließend in die Ermittlung der Gesamtfeldverteilung eingeht.
- Alternativ zur Bestimmung der Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen auf Basis einer tatsächlichen Segmentanregung und insbesondere der Aufnahme tatsächlicher MR-Bilder zur Bestimmung der Einzelmagnetfelder sieht eine Erfindungsalternative vor, ohne Inanspruchnahme des Untersuchungsobjekts die Gesamtfeldverteilung auf Basis einer Simulation zu bestimmen, um darauf basierend die Homogenitätsoptimierung vorzunehmen. Zu diesem Zweck sieht ein Verfahren zur Erzeugung eines homogenen hochfrequenten Magnetfelds der eingangs genannten Art folgende Schritte vor:
- – Simulation von N sich ergebenden linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen zu den einzelnen Resonatorsegmenten bei einer angenommenen separaten oder gruppenweisen Anregung der Resonatorsegmente mit definierten Anregungsparametern durch die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung unter Verwen dung eines Simulationsmodells der Magnetresonanzanlage und des Untersuchungsobjekts,
- – rechnerische Überlagerung der simulierten Magnetfeldverteilungen zur Ermittlung einer simulierten Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen,
- Bewertung der Homogenität der simulierten Gesamtfeldverteilung anhand eines Bewertungsalgorithmus und Ermittlung einer Änderung eines oder mehrerer der Simulation zugrunde liegenden Anregungsparameter eines oder mehrerer Resonatorsegmente zum Ausgleich einer festgestellten Feldinhomogenität, und
- – Anregung der Resonatorsegmente oder -segmentgruppen unter Berücksichtigung der ermittelten Parameteränderung zur Aufnahme eines Untersuchungsbilds des Untersuchungsobjekts.
- Auch hier ist eine iterative Optimierung wie bei dem Verfahren nach Anspruch 1 möglich.
- Bei dieser Erfindungsalternative bedient man sich einer Einzelfeldsimulation anstelle der tatsächlichen Einzelfelderzeugung wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsalternative. Hierzu ist seitens der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung ein Simulationsmodell der Magnetresonanzanlage wie auch des Untersuchungsobjekts vorgesehen. Das Simulationsmodell des Untersuchungsobjekts sollte möglichst dem tatsächlichen Objekt, das nachfolgend zu untersuchen ist, entsprechen, das heißt, dieses sollte hinsichtlich des Gewebe- und Knochenaufbaus bzw. der Gewebe- und Knochenverteilung im Untersuchungsvolumen möglichst dem des tatsächlichen Untersuchungsobjektes entsprechen. Auf Basis dieses digitalisierten menschlichen Modells oder Phantoms erfolgt nun unter Verwendung des Simulationsmodells der Magnetresonanzanlage auch hier auf Basis definierter bzw. normierter Anregungsparameter eine Simulation der sich ergebenden Einzelmagnetfeldverteilungen im Untersuchungsvolumen bei einer simulierten separaten Resonatorsegmentanregung. Hieraus werden simulierte Einzelmagnetfelder erhalten, die anschließend – entsprechend den bei der anderen Ausführungsform aufgenommenen tatsächlichen Verteilungen – der Superpositionierung zur Erzeugung der Gesamtmagnetfeldverteilung zugrunde gelegt werden. Ist diese durch die Simulation bekannt, erfolgt auch hier deren Auswertung über den Bewertungsalgorithmus im Hinblick auf die Ermittlung etwaiger Feldinhomogenitäten sowie etwaiger zur Kompensation derselben erforderlicher Parameteränderungen. Sobald auch hier der Parametersatz zur Ansteuerung aller Resonatorsegmente im Hinblick auf ein optimales homogenes Anregungsmagnetfeld bekannt ist, kann die eigentliche Untersuchung des Untersuchungsobjekts durch eine tatsächliche Magnetresonanzaufnahme erfolgen.
- Im Rahmen der Beurteilung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung mittels des Bewertungsalgorithmus können ein oder mehrere Grenzwerte für die lokale spezifische Absorptionsrate des Untersuchungsobjekts berücksichtigt werden. Gleichermaßen kann auch ein Grenzwert für die globale spezifische Absorptionsrate im Untersuchungsobjekt berücksichtigt werden. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass bei einem vergleichsweise starken Grundmagnetfeld von beispielsweise 3 T mit sehr hohen Frequenzen seitens des Anregungsmagnetfelds gearbeitet werden muss, beispielsweise von 128 MHz bei einem 3 T Grundmagnetfeld. Aufgrund der hohen Frequenz und der damit verbundenen geringeren Eindringtiefe resultieren zum einen stärkere Inhomogenitäten, die dazu führen, dass der Spinflip über das Untersuchungsvolumen nicht ausreichend ist. Daneben resultiert aber auch eine stärkere Erwärmung des Körpers aufgrund des höheren Energieeintrags. Dieser erhöhte Energieeintrag kann lokal bezüglich des Untersuchungsvolumens wie auch global bezüglich des Untersuchungsobjekts selbst nicht beliebig hoch sein, vielmehr sind im Rahmen der MR-Untersuchung Grenzwerte zu berücksichtigen, um den Patienten nicht zu stark zu belasten. Dabei betrifft die lokale spezifische Absorptionsrate (SAR) den lokalen Energieeintrag pro Gewichtseinheit und wird angegeben als Verlustleistung pro Kilogramm Gewicht, während die globale Absorptionsrate die Gesamtverlustleistung bezogen auf das Gesamtgewicht des Untersuchungsobjekts darstellt. Beispielsweise kann die globale Absorptionsrate unterhalb des Grenzwertes liegen, während die lokale Absorptionsrate in einem bestimmten Punkt des Untersuchungsvolumens den Grenzwert überschreitet und es zu einer lokalen Verbrennung des Patienten kommen kann.
- Um dem entgegenzuwirken sieht die beschriebene Erfindungsausgestaltung vorteilhaft vor, dass der Bewertungsalgorithmus einen oder mehrere vorgegebene Grenzwerte bezüglich der lokalen und/oder der globalen Absorptionsrate berücksichtigt, um sicherzustellen, dass die ermittelten Anregungsparameter derart sind, dass weder die lokale noch die globale Absorptionsrate überschritten wird. Es erfolgt also nicht nur die Optimierung der Anregungsparameter im Hinblick auf eine Homogenität des Anregungsfeldes über das gesamte Untersuchungsvolumen, sondern gleichzeitig eine Optimierung der Anregungsparameter auch dahingehend, dass die Überschreitung lokaler und/oder globaler Grenzwerte der Absorptionsrate im gesamten Untersuchungsobjekt, also auch über das Untersuchungsvolumen hinausgehend, vermieden wird. Es ergibt sich letztlich ein Anregungsparametersatz, der sowohl hinsichtlich der Feldhomogenität wie auch bezüglich der Einhaltung der Absorptions- oder Energieeintragsgrenzwerte optimiert ist.
- Erfindungsgemäß zweckmäßig ist es, wenn die Beurteilung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung anhand der Amplituden und Phasen der linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen erfolgt, gleich auf welche Art und Weise diese ermittelt werden. Der softwaremäßig realisierte Bewertungsalgorithmus übernimmt die numerischen Werte für Amplituden und Phasen der bei Anregung jeweils nur eines Resonatorsegments bzw. Segmentgruppe auftretenden gemessenen oder simulierten Felder. Auf Basis dieser Werte wird anschließend ermittelt, mit welchen Amplituden und Phasen die einzelnen Resonatorsegmente bzw. Segmentgruppe angesteuert werden müssen, um eine festgestellte Inhomogenität im Untersuchungsvolumen zu kompensieren und eine maximale Homogenität der zirkular polarisierten Magnetfeldkomponente zu erreichen.
- Im Rahmen dieser Beurteilung und Ermittlung können die Amplituden und Phasen in unterschiedlicher Weise berücksichtigt werden, jeweils mit dem Ziel, die Inhomogenität zu kompensieren. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das durch das Quadrat der Feldintensität normierte Integral der quadratischen Abweichung der Feldintensität von ihrem Mittelwert herangezogen wird. Man beurteilt also, wie groß letztlich die Abweichung der einzelnen segmentspezifischen Amplituden und Phasen von ihren Mittelwerten sind. Das Integral erstreckt sich über das z. B. interaktiv definierte, im Allgemeinen dreidimensionale Untersuchungsvolumen. Die numerische Lösung selbst kann z. B. unter Verwendung des konjugierten Gradientenverfahrens gewonnen werden. Diese Bewertungsmodus ist jedoch nur eines von vielen Beispielen, wie die Feldhomogenitätsbeurteilung und die Ermittlung der zu ändernden Anregungsparameter erfolgen kann.
- Nach Maßgabe der numerischen Ergebnisse des Optimierungsalgorithmus in Form der Amplituden und Phasen, mit denen die einzelnen Resonatorsegmente bzw. Segmentgruppen anzusteuern sind, wird nun die Ansteuerung der einzelnen Ansteuerports der Segmente bzw. Segmentgruppen realisiert. Die Eingänge bzw. Ansteuerports können beispielsweise über Powersplitter und Phasenschieber angesteuert werden, alternativ dazu kann auch jeweils ein geregelter Verstärker für jeden einzelnen Ansteuerport verwendet werden.
- Neben den erfindungsgemäßen Verfahrensalternativen betrifft die Erfindung ferner eine Magnetresonanzanlage mit einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung, ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens der vorbeschriebenen Art.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung einer Magnetresonanzanlage, -
2 eine Prinzipdarstellung eines Schnitts durch eine Körperspule, und -
3 ein Flussdiagramm zur Ermittlung der optimierten Anregungsparameter. -
1 zeigt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage die einen Untersuchungsbereich1 aufweist. Mittels einer Patientenliege2 ist ein Untersuchungsobjekt3 , hier ein Mensch, in den Untersuchungsbereich1 einbringbar. Der Untersuchungsbereich1 , der dem Untersuchungsvolumen entspricht, wird mittels eines Grundfeldmagneten4 mit einem Grundmagnetfeld beaufschlagt. Das Grundmagnetfeld ist zeitlich konstant (statisch) und örtlich so homogen wie möglich. Es weist eine magnetische Flussdichte auf, die vorzugsweise 3 T oder mehr beträgt. - Der Grundfeldmagnet
4 ist vorzugsweise supraleitend ausgebildet. Es sind somit keine weiteren Ansteuerungen durch eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung5 , über die der Anlagenbetrieb gesteuert wird, erforderlich. - Die Magnetresonanzanlage weist ferner ein Gradientensystem
6 auf, mittels dem der Untersuchungsbereich1 mit Gradientenmagnetfeldern beaufschlagbar ist. Das Gradientensystem6 ist von der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung5 ansteuerbar, so dass im Gradientensystem6 Gradientenströme fließen. - Ferner weist die Magnetresonanzanlage eine Körperspule
7 auf, der in der Regel eine Doppelfunktion zukommt. Sie dient als Sendeantenne zur Felderzeugung und als Empfangsantenne zur Aufnahme von Signalen. Die Körperspule7 ist von der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung5 ansteuerbar, so dass in ihr entsprechende Anregungsströme gemäß den Anregungsparametern, wie sie in der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung5 vorliegen, fließen. - Mittels der Körperspule
7 ist der Untersuchungsbereich1 , also das Untersuchungsvolumen mit einem hochfrequenten Anregungsmagnetfeld beaufschlagbar. Falls in dem Untersuchungsbereich1 das Untersuchungsobjekt3 eingebracht ist, ist dieses somit zur Magnetresonanz anregbar. Die so erzeugten Magnetresonanzsignale werden dann im gezeigten Anlagenbeispiel über die Körperspule7 , die dann als Empfangsantenne arbeitet, aufgenommen. Die empfangenen Magnetresonanzsignale werden der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung5 zugeführt und von dieser zur Erzeugung des Magnetresonanzbilds ausgewertet, das an einem nicht näher gezeigten Monitor ausgegeben wird. - Die Qualität der Magnetresonanzbilder hängt unter anderem von der Homogenität des über die Körperspule
7 erzeugten Anregungsmagnetfelds ab. Um ein hinsichtlich der Homogenität optimales Anregungsmagnetfeld erzeugen zu können, sind die einzelnen Resonatorsegmente bzw. Segmentgruppen8 der Körperspule7 separat ansteuerbar, das heißt jedes Resonatorsegment bzw. jede Segmentgruppe ist separat zur Felderzeugung ansteuerbar. - Wie
2 zeigt besteht eine Körperspule7 aus einer Vielzahl einzelner Resonatorsegmente, im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechzehn Resonatorsegmente8 vorgesehen. Jedes Resonatorsegment besteht aus wenigstens einer Kapazität9 sowie einem Leiterelement10 , das beispielsweise parallel zur Längsachse des Grundfeldmagneten4 verläuft. Ein Leiterelement ist zweckmäßigerweise als Bandleiter ausgebildet. Die Resonatorsegmente8 sind so angeordnet, dass sie den Untersuchungsbereich1 , also das Untersuchungsvolumen umgeben. - Damit die Resonatorsegmente bzw. Segmentgruppen
8 separat angesteuert werden können, ist es erforderlich, sie elektromagnetisch voneinander zu entkoppeln. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Es sei hier exemplarisch aufEP 1 279 968 A2 verwiesen, wo verschiedenen Entkopplungsmöglichkeiten beschrieben sind, die auch bei der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage – wenngleich hier nicht im Detail beschrieben – vorgesehen werden können. -
3 zeigt nun das prinzipielle Ablaufdiagramm, wie optimierte Anregungsparameter gewonnen werden können. Wie unter I dargestellt, besteht die Möglichkeit, gemäß der ersten beschriebenen Verfahrensalternative zunächst über die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung gesteuert jedes Resonatorsegment bzw. jede Segmentgruppe8 separat mit normierten Ansteuerungsparametern, beispielsweise einem Normstrom bei der MR-Frequenz mit einer Amplitude von 1 A und einer Phase von 0°, anzusteuern und nach Umschalten auf den Empfangsbetrieb über die Körperspule7 ein zweidimensionales, aus der Ansteuerung resultierendes Magnetresonanzbild zu jedem Resonatorsegment bzw. jeder Segmentgruppe aufzunehmen. Nachdem dies mit allen Resonatorsegmenten bzw. Segmentgruppen8 erfolgt ist, ermittelt die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung auf Basis eines Bewertungs- und Optimierungsalgorithmus die jeweiligen segmentspezifischen Einzelmagnetverteilungen zu jeder einzelnen Anregung. Der Bewertungs- und Optimierungsalgorithmus, der softwaremäßig realisiert ist, erfasst die numerischen Werte der Amplituden und Phasen der bei der Anregung jeweils nur eines einzelnen Resonatorsegments bzw. einer einzelnen Segmentgruppe auftretenden Felder, was durch Analyse der einzelnen Magnetresonanzbilder und Rekonstruktion der Einzelfelder erfolgt. Gleichzeitig kann er dem Benutzer die Möglichkeit bieten, interaktiv das zu untersuchende räumliche Untersuchungsvolumen in Abmessung und Form zu definieren. Nachdem nun die Einzelfelder bestimmt sind, wird rechnerisch die Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen (das der Benutzer gegebenenfalls definiert hat) durch entsprechende Su perpositionierung der Einzelfeldverteilungen bestimmt. Der Bewertungsalgorithmus, mit dem dies geschieht, berücksichtigt dabei entsprechende Bewertungskriterien, über die die Homogenität bestimmt werden kann. Beispielsweise kann dies auf Basis von Abweichungen der Amplituden oder Phasen der Einzelfelder von Standardwerten oder dergleichen erfolgen. Entsprechende Auswertungsmöglichkeiten wurden bereits eingangs beschrieben. Parallel zur Homogenitätsbestimmung erfolgt gleichzeitig die Beurteilung der Gesamtfeldverteilung auf Basis eines oder mehrerer Grenzwerte, die die lokalen und/oder globale Absorptionsraten, die nicht überschritten werden dürfen, definieren. Ziel der Bewertung ist es, die Anregungsparameter jedes einzelnen Resonatorsegments8 so zu optimieren, dass zum einen ein homogenes Feld im Untersuchungsvolumen erzeugt wird, zum anderen aber auch die Absorptionsgrenzwerte in keinem Fall überschritten werden. - Wurde nun der Parametersatz zur Ansteuerung der einzelnen Resonatorsegmente bestimmt, können diese mit diesen Parametern zur Erzeugung eines zirkular polarisierten Magnetfelds mit optimaler Homogenität und gleichzeitiger Einhaltung der lokalen/globalen Absorptionsgrenzwerte angesteuert werden.
- Unter II ist eine Alternative zur tatsächlichen Einzelsegmentanregung beschrieben. Hierbei werden die sich aus einer möglichen einzelnen Segmentanregung ergebenden Einzelfelder simuliert. Zu diesem Zweck sind seitens der Steuerungs- und Auswerteeinrichtung entsprechende Simulationsmodelle sowohl der Magnetresonanzanlage wie auch eines Untersuchungsobjekts
3 , das der Untersuchung zugrunde gelegt werden soll, vorhanden, wobei die Simulationsdaten bezüglich des Untersuchungsobjekts3 möglichst dem Objekt entsprechen, das als nächstes zu untersuchen ist, damit die Parameterbestimmung möglichst nahe den tatsächlichen Verhältnissen erfolgen kann. - Nachdem auch hier auf Basis normierter Anregungsparameter die Einzelmagnetfeldverteilungen durch Simulation ermittelt wur den, wird das resultierende Gesamtmagnetfeld ebenfalls durch Superpositionierung der Einzelfelder bestimmt und anschließend auf etwaige Feldinhomogenitäten unter Verwendung des Bewertungsalgorithmus untersucht und der letztendlich für die optimierte Felderzeugung einzustellende Satz von Anregungsparametern bestimmt.
Claims (9)
- Verfahren zum Erzeugen eines homogenen hochfrequenten Magnetfelds in einem räumlichen Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanzanlage im Rahmen einer Objektuntersuchung, welche Magnetresonanzanlage eine Körperspule bestehend aus Resonatorsegmenten der Anzahl N und eine Steuerungs- und Auswerteeinrichtung zum separaten Ansteuern der einzelnen, voneinander elektromagnetisch entkoppelten Resonatorsegmente aufweist, mit folgenden Schritten: – Anregung der N Resonatorsegmente einzeln oder gruppenweise zur Erzeugung von N linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen im Untersuchungsvolumen anhand definierter Anregungsparameter bei in der Magnetresonanzanlage befindlichem Untersuchungsobjekt und Bestimmung der Magnetfeldverteilungen im Untersuchungsvolumen, – rechnerische Überlagerung der gewonnenen Magnetfeldverteilungen zur Ermittlung einer Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen, – Bewertung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung anhand eines Bewertungsalgorithmus und Ermittlung einer Änderung eines oder mehrerer Anregungsparameter eines oder mehrerer Resonatorsegmente oder -segmentgruppen zum Ausgleich einer festgestellten Feldinhomogenität, und – Anregung der Resonatorsegmente oder -segmentgruppen unter Berücksichtigung der ermittelten Parameteränderung zur Aufnahme eines Untersuchungsbilds des Untersuchungsobjekts.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass eine separate Anregung jedes einzelnen Resonatorsegments anhand der definierten Anregungsparameter vorgesehen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung jeder linear unabhängigen Magnetfeldverteilung zu jeder Segmentanregung ein anregungsspezifisches Magnetresonanzbild aufgenommen wird, anhand dessen der Magnetfeldverlauf rekonstruiert wird.
- Verfahren zum Erzeugen eines homogenen hochfrequenten Magnetfelds in einem räumlichen Untersuchungsvolumen einer Magnetresonanzanlage im Rahmen einer Objektuntersuchung, welche Magnetresonanzanlage eine Körperspule bestehend aus Resonatorsegmenten der Anzahl N und eine Steuerung- und Auswerteeinrichtung zum separaten Ansteuern der einzelnen, voneinander elektromagnetisch entkoppelten Resonatorsegmente aufweist, mit folgenden Schritten: – Simulation von N sich ergebenden linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen zu den einzelnen Resonatorsegmenten bei einer angenommenen separaten oder gruppenweisen Anregung der Resonatorsegmente mit definierten Anregungsparametern durch die Steuerungs- und Auswerteeinrichtung unter Verwendung eines Simulationsmodells der Magnetresonanzanlage und des Untersuchungsobjekts, – rechnerische Überlagerung der simulierten Magnetfeldverteilungen zur Ermittlung einer simulierten Gesamtfeldverteilung im Untersuchungsvolumen, – Bewertung der Homogenität der simulierten Gesamtfeldverteilung anhand eines Bewertungsalgorithmus und Ermittlung einer Änderung eines oder mehrerer der der Simulation zugrunde liegenden Anregungsparameter eines oder mehrerer Resonatorsegmente zum Ausgleich einer festgestellten Feldinhomogenität, und – Anregung der Resonatorsegmente oder -segmentgruppen unter Berücksichtigung der ermittelten Parameteränderung zur Aufnahme eines Untersuchungsbilds des Untersuchungsobjekts.
- Verfahren nach Ansprüche 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation der Magnetfeldverteilungen zu den einzelnen Resonatorsegmenten bei einer angenommenen separaten Anregung jedes einzelnen Resonatorsegments mit den definierten Anregungsparametern vornommen wird.
- Verfahren nach Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Beurteilung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung mittels des Bewertungsalgorithmus ein oder mehrere Grenzwerte für die lokale spezifische Absorptionsrate des Untersuchungsobjekts berücksichtigt werden.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Beurteilung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung mittels des Bewertungsalgorithmus ein Grenzwert für die globale spezifische Absorptionsrate des Untersuchungsobjekts berücksichtigt wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilung der Homogenität der Gesamtfeldverteilung anhand der Amplituden und Phasen der linear unabhängigen Magnetfeldverteilungen erfolgt.
- Magnetresonanzanlage mit einer Steuerungs- und Auswerteeinrichtung, ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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