DE102004053777B4

DE102004053777B4 - Verfahren zum Bestimmen eines Einstellparameters einer Hochfrequenzsendeanordnung für eine Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102004053777B4
Application number: DE102004053777A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dr. Feiweier; Ralph Dr. Oppelt; Wolfgang Dr. Renz; Markus Dr. Vester
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: US7221162B2; DE102004053777A1; US20050140369A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Einstellparameters einer Einstelleinheit (11A, ... 11E) einer Hochfrequenzsendeanordnung (1A, 1B, 1C, 49) eines Magnetresonanzgeräts,
– mit einer Antenneneinheit (5A, 5B, 21), die zur Erzeugung von Hochfrequenzfeldern in mindestens zwei orthogonalen Moden ausgebildet ist,
– mit einer Verteileinheit (3A, 3B, 3C), die zur Aufteilung eines HF-Sendesignals (25) in mindestens zwei Modenspeisesignale ausgebildet ist,
– bei der die Verteileinheit (3A, 3B, 3C) mindestens eine Einstelleinheit (11A, ... 11E) zur Einstellung von Amplitude und/oder Phase eines der Modenspeisesignale aufweist,
– bei der die Verteileinheit (3A, 3B, 3C) derart mit der Antenneneinheit (5A, 5B, 21) verbunden ist, dass jedes der Modenspeisesignale ein Hochfrequenzfeld in einem der Moden erzeugt,
mit folgenden Verfahrensmerkmalen:
– Einbringen eines Untersuchungsobjekts in ein Sendevolumen (22) des Magnetresonanzgeräts,
– Aufnehmen eines Magnetresonanzbildes mit einem ersten Mode,
– Bestimmen einer ortsabhängigen Hochfrequenzfeldverteilung des ersten Modes aus dem Magnetresonanzbild,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Einstellparameters einer Einstelleinheit einer Hochfrequenz-Sendeanordnung für eine Magnetresonanzanlage.
Bei der Magnetresonanztomographie (MR-Tomographie), auch Kernspintomographie genannt, handelt es sich um eine inzwischen weitverbreitete Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Dabei wird zunächst ein Untersuchungsobjekt einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld (meist als B0-Feld bezeichnet) ausgesetzt werden, welches von einem Grundfeldmagneten eines MR-Geräts erzeugt wird. Diesem Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme der MR-Bilder schnellgeschaltete Gradientenfelder zur Ortscodierung überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden.
Es werden anschließend mit Hochfrequenzantennen (HF-Antennen) HF-Pulse einer definierten Feldstärke in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die magnetische Flussdichte dieser HF-Pulse wird üblicherweise mit B1 bezeichnet, das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird im allgemeinen auch kurz B1-Feld genannt. Mittels der HF-Pulse werden im Untersuchungsobjekt MR-Signale ausgelöst, welche von HF-Empfangsantennen aufgenommen werden.
Ein Beispiel einer kombinierten HF-Sende-Empfangsantenne ist ein sogenannter Bandpass-Birdcage-Resonator, wie er in der Offenlegungsschrift DE 197 02 256 A1 beschrieben wird. Dieser weist Teilantennen (einzelne Stäbe) auf, deren Verkopplungen untereinander teilweise durch geeignete technische Maßnahmen (Überlappung, gemeinsame Kondensatoren, Transformatoren) aufgehoben werden. Zur Optimierung des eingestrahlten B1-Feldes hinsichtlich z. B. Homogenität und Verlustleistung können variable passive Leistungsverteilnetzwerke und/oder mehrere getrennt ansteuerbare Hochfrequenzleistungsverstärker verwendet werden. Üblicherweise werden die Teilantennen im Stand der Technik als ortsabhängige Sender verwendet.
Die Patentschrift US 6 411 090 B1 beschreibt eine HF-Ansteuerung eines derartigen Birdcage-Resonators. Dabei wird das Signal einer HF-Quelle über einen Leistungsverteiler, einen Phasenschieber und einer Anzahl von Verstärkern auf die Teilantennen des Birdcage-Resonators verteilt. Der Phasenschieber bewirkt eine gleiche Phasenverschiebung des Signals über die Vielzahl von Teilantennen.
Aus EP 1 279 968 A2 ist eine Anordnung zur Erzeugung von Hochfrequenzfeldern im Untersuchungsvolumen eines MR-Gerätes bekannt. Dabei werden Resonatorsegmente verwendet, die voneinander mittels zwischengeschalteter Kapazitäten elektromagnetisch entkoppelt sind, so dass jedem Resonatorsegment ein separater Sendekanal zugeordnet werden kann, über welchen die Hochfrequenzeinspeisung in das betreffende Resonatorsegment erfolgt. Dadurch, dass für jedes Resonatorsegment die Phase und die Amplitude der HF-Einspeisung individuell vorgebbar sind, ermöglicht die Anordnung eine nahezu vollständige Kontrolle der HF-Feldverteilung im Untersuchungsvolumen.
Die Offenlegungsschrift DE 101 48 445 A1 beschreibt die Verwendung einer Butler-Matrix zum Empfangen von HF-Signalen mittels der Teilantennen eines Birdcage-Resonators aus einem Empfangsvolumen eines MR-Geräts. Die (Teilantennen-)Empfangssignale werden dabei in einer Grundkombination und in einer Anzahl von Zusatzkombinationen miteinander kombiniert. Das Ziel dabei ist ein optimiertes Verhältnis von Signal zu Rauschen. Die Verbesserung ist unabhängig von der Frequenz und damit von der B0-Feldstärke. Zusätzlich weist die Offenlegungsschrift darauf hin, dass die Butler-Matrix als Verteilelement für ein von einem Sender emittiertes und der Butler-Matrix zugeführtes Sendesignal wirken kann. Bei Einspeisung in eine unterste Zeile der Butler-Matrix wird ein Magnetresonanzanregungssignal (B1-Feld) mit einer im Wesentlichen ortsunabhängigen Anregungsintensität generiert.
Eine Butler-Matrix als spezielle Ausgestaltung eines Matrixspeisesystems wird z. B. im ”Taschenbuch der Hochfrequenztechnik”, Meinke-Gundlach, 4. Auflage (1986), S. N64 näher erläutert.
Die MR-Bilder des Untersuchungsobjekts werden schließlich auf Basis empfangener MR-Signale erstellt. Die Stärke der MR-Signale hängt dabei unter anderem auch von der Stärke des eingestrahlten B1-Feldes ab. Zeitliche und räumliche Schwankungen in der Feldstärke des anregenden B1-Feldes führen zu unbeabsichtigten Änderungen im empfangenen MR-Signal, die das Messergebnis verfälschen können. So bewirkt eine inhomogene räumliche Verteilung der Amplitude des B1-Feldes beispielsweise eine unerwünschte Abhängigkeit des Bildkontrastes von der räumlichen Position. Dies resultiert aus einer Überlagerung der durch die inhomogene Feldverteilung verursachten Intensitätsabhängigkeit mit der Intensitätsverteilung, welche durch beispielsweise das Gewebematerial am jeweiligen Ort bestimmt wird und welche die tatsächlich gewünschte Bildinformation enthält.
Ein Grund für eine Schwankung in der eingestrahlten B1-Feldverteilung liegt z. B. in einer Rückwirkung von Wirbelströmen im Patienten auf das B1-Feld. Dies ist ein nicht vermeidbarer Anteil in der Verkopplung der Teilantennen des erwähnten Birdcage-Resonators. Wirbelströme treten besonders stark bei Wellenlängen des Hochfrequenzfeldes auf, die in der Größenordnung des zu untersuchenden Objekts liegen, d. h. in der medizinischen Anwendung beispielsweise bei MR-Frequenzen größer 100 MHz.
Werden zusätzlich zur Ansteuerung der Stäbe eines Birdcage-Resonators getrennte Leistungsverstärker verwendet, spielen sich deren Ausgänge gegenseitig Teile der HF-Leistung zu. Aufgrund der nichtlinearen Abhängigkeit der Ausgangsimpedanzen von der Spannung sind die Ausgangsamplituden nicht mehr durch ein lineares Überlagerungsmodell vorhersagbar. So können bei großen Signalamplituden in der Nähe der Aussteuergrenzen der Verstärker unerwartete Übersteuerungen oder sogar Überspannungen an Leitungsbauteilen entstehen.
Um eine derartige Beeinflussung der B1-Feldverteilung berücksichtigen zu können, wäre es sehr vorteilhaft, wenn das B1-Feld quantitativ bestimmt und anschließend entsprechend kompensiert eingestrahlt werden könnte.
Verschiedene Verfahren zur Bestimmung des B1-Feldes sind bekannt. Hierzu wird beispielsweise in der sogenannten Transmitter-Justage mithilfe einer Doppelecho-HF-Pulssequenz das B1-Feld über den bewirkten Flipwinkel bestimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung einer Sendeanordnung anzugeben, welches die Möglichkeit bietet, Inhomogenitäten im Hochfrequenzsendefeld zu minimieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
Dabei wird eine Hochfrequenzsendeanordnung für eine Magnetresonanzanlage mit einer Verteileinheit und einer Antenneneinheit verwendet, wobei die Antenneneinheit zur Erzeugung von Hochfrequenzfeldern in mindestens zwei orthogonalen Moden ausgebildet ist. Die Verteileinheit ist zur Aufteilung eines HF-Sendesignals in mindestens zwei Modenspeisesignale ausgebildet und weist mindestens eine Einstelleinheit zur Einstellung von Amplitude und/oder Phase mindestens eines der Modenspeisesignale auf. Sie ist derart mit der Antenneneinheit verbunden, dass jedes der Modenspeisesignale ein Hochfrequenzfeld in einem der Moden erzeugt.
Beim Betreiben einer derartigen Hochfrequenzanordnung kann in dem Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzfeld mittels der Antenneneinheit in mindestens zwei Moden emittiert werden. Unter einer Mode ist dabei allgemein eine charakteristische, räumliche Magnetfeldverteilung eines mit der gleichen Hardware (Antenneneinheit) eingestrahlten Magnetfeldes zu verstehen, welche durch die Amplitude und Phase des Magnetfeldes an jedem Ort in einem Sendevolumen gegeben ist. Für die Erfindung ist es dabei vorteilhaft, wenn die Moden im Wesentlichen eine gleiche Polarisation aufweisen. ”Charakteristisch” bedeutet dabei, dass zwei Moden nicht die gleiche räumliche Feldverteilung haben. Ein im folgenden als Grundmode bezeichneter Mode weist z. B. eine im Wesentlichen räumlich homogene (Amplituden- und Phasen-)Feldverteilung mit einer möglichst einheitlichen Polarisation auf. Mindestens ein höherer, im folgenden auch als Zusatzmode bezeichneter Moden weist im Wesentlichen eine andere, d. h. räumlich inhomogene Amplituden- und/oder Phasenverteilungen auf. Beispielsweise unterscheiden sich die Moden im Grad ihrer Symmetrie. Im Fall eines Birdcage-Resonators ist dies z. B. eine eigene azimutale Symmetrie für jede Mode, d. h., die Moden weisen unterschiedliche azimutale Ortsfunktionen auf.
Jeder der verwendeten Moden wird mit einem Hochfrequenzsendesignal, hier als Modenspeisesignal bezeichnet, gespeist, das den zeitlichen Verlauf des anregenden Feldes bestimmt, beispielsweise in Form einer HF-Pulssequenz. Das Modenspeisesignal kann dabei auch als ein Satz von Signalen vorliegen, die bis auf eine relative Phase identisch sind und gemeinsam beispielsweise den Antennenelementen einer als Birdcage-Resonator ausgebildeten Antenneneinheit zugeführt werden, um einen Mode im Sendebereich zu erzeugen.
Die Verteileinheit erzeugt z. B. aus einem Hochfrequenzsendesignal mehrere Modenspeisesignale, deren zeitlicher Magnetfeldverlauf identisch ist und von denen mindestens eines in seiner maximalen Amplitude (Intensität) und/oder Phase einstellbar ist. Alternativ könnten Signale mit unterschiedlichen Zeitverläufen erzeugt werden, indem z. B. Gewichtsfaktoren variiert oder Modulatoren verwendet werden. Dadurch lässt sich z. B. ein dynamischer Wechsel zwischen auf verschiedene Schichten optimierten HF-Pulssequenzen realisieren.
Alternativ können die Modenspeisesignale jeweils einzeln aus je einem Hochfrequenzsendesignal erzeugt werden. Dazu weist die Verteileinheit mehrere Eingänge für Hochfrequenzsendesignale auf.
Die Verteileinheit ist derart mit der Antenneneinheit verbunden, dass das Hochfrequenzsendesignal je nach Modenspeisesignal in verschiedene Moden emittiert wird. Dabei ist der Phasen- und Amplitudenbezug der Moden zueinander durch mindestens einen mittels der Einstelleinheit eingestellten Parameter (Amplitude und/oder Phase) gegeben. Die Amplitude und/oder die Phase werden z. B. in Hinblick auf einen räumlich möglichst homogenen im Patienten wirkenden Intensitätsverlauf des eingestrahlten Hochfrequenzfeldes bestimmt. Dabei ist die Kenntnis einer relativen Phasenbeziehung der Moden zueinander ausreichend. Unter einem wirkenden (Intensitäts-, Hochfrequenz- oder) Magnetfeldverlauf wird hier dasjenige Magnetfeld verstanden, das sich aufgrund des eingestrahlten Magnetfeldes und aufgrund von beispielsweise durch Wirbelströme im Patienten erzeugten Magnetfeldern im Patienten ergibt und somit z. B. Magnetresonanzuntersuchungen erlaubt. Im Folgenden steht, falls es sich eindeutig aus dem Zusammenhang ergibt, der Begriff Magnetfeld für dieses wirkende Magnetfeld.
In anderen Worten werden durch die Verteileinheit mehrere Moden einer Antenneneinheit mit Leistung versorgt. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass dies auch und gerade dann möglich ist, wenn sich ein Untersuchungsobjekt im Magnetresonanzgerät befindet. Das Untersuchungsobjekt kann z. B. über Wirbelstromeffekte eine Inhomogenität bei einer Einstrahlung im Grundmode erzeugen. Zur Reduzierung von derartigen Inhomogenitäten werden bei anwesendem Untersuchungsobjekt die wirkenden eingestrahlten Feldverteilungen eines jeden Modes vermessen. Anschließend werden durch Einstellen der Amplitude und/oder der Phase und durch gemeinsames Einstrahlen von mehreren Moden eine derartige Inhomogenität zumindest teilweise ausgeglichen. D. h., der eingangs erwähnte nicht vermeidbarer Anteil der Verkopplung von Untersuchungsobjekt und Antenneneinheit, welcher durch die Rückwirkung der Patienten-Wirbelströme auf die Antenneneinheit entsteht, kann zumindest teilweise im Rahmen der überlagerbaren inhomogenen Modenfeldverteilungen kompensiert werden.
Durch die Verwendung von orthogonalen Moden mit unterschiedlichen Feldverteilungen kann großteils auch verhindert werden, dass, wenn getrennte Leistungsverstärker für die Moden verwendet werden, sich deren Ausgänge gegenseitig Teile der HF-Leistung zuspielen und dass bei großen Signalamplituden in der Nähe der Aussteuergrenzen der Verstärker unerwartete Übersteuerungen oder sogar Überspannungen an Leistungsbauteilen entstehen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Ursache von Inhomogenitäten im Magnetresonanzbild angegangen wird, indem das B1-Feld in Abhängigkeit vom Untersuchungsobjekt möglichst homogen wirkend eingestrahlt wird.
Die angesprochene Entkopplung von orthogonalen Moden unter Last ist ein wesentlicher Vorteil der Hochfrequenzsendeanordnung. Diese verwendet im Gegensatz zu EP 1 279 968 A2 orthogonale Moden bei der Erzeugung des B1-Feldes.
In EP 1 279 968 A2 werden die Eingänge der Resonatorsegmente mit passend gewählten Reaktanzen (Kondensatoren) voneinander entkoppelt. Mit dieser Methode kann man nur den Blindanteil (Imaginärteil) der Koppelimpedanzen (Z_jk = U_k/I_j) kompensieren, was beim nahezu unbelasteten Resonator auch ausreicht. Wird jedoch ein Patient (~ leitfähiger Zylinder) eingebracht, gibt es die zusätzliche Verkopplung durch Wirbelstromschleifen im Patienten, die jeweils von mehreren Sende-Empfangskanälen gesehen werden. Wegen der zweimaligen Anwendung des Induktionsgesetzes (I_{Antenne_j} → (90°) → U_Wirbel → (~ 0°) → I_Wirbel → (90°) → U_{Antenne_k}) ist die dadurch eingebrachte Koppelimpedanz im Wesentlichen ein Wirkwiderstand. Dessen Kompensation in der Antenne selbst ist nicht praktikabel, da sie wiederum den Einbau variabler Wirkwiderstände erfordern würde, die auch einen erheblichen Teil der Sendeleistung absorbieren und im Empfangsfall Rauschen beitragen würden.
Wenn mehrere HF-Leistungsverstärker an den Sendekanälen angeschlossen werden, spielen sie sich auf diesen Wegen gegenseitig erhebliche Leistungen zu. Die heute üblichen Verstärker reagieren jedoch sehr empfindlich auf von der Last zurückfließende Leistung, und die nutzbare Ausgangsleistung muss stark reduziert werden, um eine Spannungs- oder Stromüberlastung der Leistungstransistoren zu vermeiden. Üblicherweise darf die Summe aus abgegebener Vorlaufspannung UF und Rücklaufspannung UR einen vorgegebenen Maximalwert Umax nicht überschreiten; beispielsweise stehen bei UR = 0,2 Umax (4% Rücklaufleistung) nur noch UF = 0,8 Umax, also 64% der Maximalleistung zur Verfügung.
Die Verwendung von orthogonalen Moden behebt dieses Problem weitgehend, da die durch einen bestimmten Mode induzierten Wirbelstrommuster wieder nur Antennenspannungen mit demselben Feldmuster induzieren. Es gibt also keine Verkopplung zwischen den Eingangspaaren unterschiedlicher Moden und die unerwünschte Verkopplung der verschiedenen Leistungssender wird vermieden. Dies gilt zwar nicht mehr exakt im Falle einer nicht rotationssymmetrischen Last, aber der von der ”Kleeblattförmigkeit” des Patientenquerschnitts verur sachte Fehler ist viel kleiner. In diesem Sinne sind unter „orthogonalen Moden” Moden zu verstehen, die unerwünschte Verkopplungen vermeiden.
Eine Mehrfachsendeanordnung umfasst mindestens zwei derartige Hochfrequenzsendeanordnungen und mindestens zwei 180°-Hybride, wobei jede der Hochfrequenzsendeanordnungen als Antenneneinheit einen Birdcage-Resonator umfasst und die Birdcage-Resonatoren in axialer Richtung zueinander gestaffelt angeordnet sind, und wobei die 180°-Hybride jeweils derart zwischen einer der Antenneneinheiten und einem der Verteileinheiten geschaltet sind, dass ein mit einem Modenspeisesignal belegter Ausgang der Verteileinheit mit jeweils einem der beiden Eingänge eines der 180°-Hybride und jeweils einer der Ausgänge eines der 180°-Hybride mit einer der Antenneneinheiten verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Feldhomogenisierung in radialer und axialer Richtung durchgeführt werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Hochfrequenzsendeanordnung weist die Verteileinheit einen Verteiler auf, der das Sendesignal in ein Grundsendesignal und mindestens ein Zusatzsendesignal aufteilt, welche an Ausgängen des Verteilers anliegen, und dass mindestens eine Einstelleinheit mit einem der mindestens zwei Ausgängen des Verteilers verbunden ist, so dass Amplitude und/oder Phase des entsprechenden Grund- oder Zusatzsendesignals eingestellt werden können. Eine komplexere Realisierung des Verteilers ist z. B. ein Knoten, von dem ausgehend die HF-Verstärker einstellbar angesteuert werden.
Vorzugsweise findet eine Verstärkung eines der Grund- oder Zusatzsendesignale nach dem Verteiler bzw. nach der Einstelleinheit statt. Dies hat den Vorteil, dass die benötigten Hochfrequenzkomponenten in der Einstelleinheit nicht stark belastet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Hochfrequenzsendeanordnung weist die Verteileinheit ein Verteilnetzwerk auf, das mindestens zwei Eingänge und mindestens zwei Ausgänge aufweist, wobei jeder der Eingänge mit einem der Ausgänge des Verteilers oder der Einstelleinheit verbunden ist und wobei jedes an einem der Eingänge anliegende Signal in einer vorgegebenen Phasenbelegung als Modenspeisesignal auf die Ausgänge verteilt wird, und dass die Antenneneinheit mehrere Antennenelemente umfasst, die jeweils mit einem der Ausgänge des Verteilnetzwerks verbunden sind.
Mithilfe des Verteilnetzwerks können Antennenelemente der Antenneneinheit, beispielsweise Antennenstäbe eines Birdcage-Resonators, gemeinsam derart angesteuert werden, dass das Hochfrequenzsendesignal als Mode emittiert wird. Beim Bird cage-Resonator ist dabei eine Signalversorgung der Antennenelemente mit einer je nach Mode fester Phasenbeziehung nötig. Das Grundsendesignal wird beispielsweise bei acht gleichmäßig azimutal verteilten Antennenelementen im Verteilnetzwerk derart als Modenspeisesignal auf die Ausgänge verteilt, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Antennenelementen eine relative Phase von 45° vorliegt. Vorzugsweise erzeugen die Modenspeisesignale der Grund- oder Zusatzsendesignale jeweils orthogonale Moden, welche den schon erwähnten Vorteil haben, nicht miteinander zu verkoppeln.
Werden die Moden ohne Untersuchungsobjekt als orthogonale Moden eingestellt, so ist bei Anwesenheit eines Untersuchungsobjekts, beispielsweise eines Patienten, aufgrund der resultierenden Verkopplung über das Gewebe die Orthogonalität der Moden nur noch näherungsweise gegeben. Die wesentlichen Charakteristika der Feldverläufe der verschiedenen Moden bleiben jedoch erhalten, so dass sowohl im Wesentlichen keine Verkopplung von Moden und damit von den ihnen zugeordneten Leistungsverstärkern vorliegt, als auch eine Homogenisierung möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Hochfrequenzsendeanordnung ist das Verteilnetzwerk derart ausgebildet, dass die Modenspeisesignale der Grund- oder Zusatzsendesignale jeweils gleichsinnig zirkular polarisierte Hochfrequenzfelder in einer als Birdcage-Resonator ausgebildeten Antenneneinheit erzeugen. Mit einer wachsenden Zahl von verwendeten Antennenstäben erstreckt sich dabei eine im Wesentlichen gleiche Polarisation über einen zum Rand hin zunehmenden Bereich im Sendevolumen.
In einer weiteren Ausführungsform der Hochfrequenzsendeanordnung umfasst die Verteileinheit einen Leistungsverstärker, der insbesondere mit einem Ausgang des Verteilers oder der Einstelleinheit verbunden ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird:

– der erste Mode mit einem intrinsisch T1-abhängigen Messverfahren aufgenommen,
– eine Verteilung eines Einflusses einer T1-Relaxation auf Magnetresonanzsignale im Sendevolumen bestimmt,
– die ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilung des ersten Modes unter Berücksichtigung der Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale bestimmt,
– die ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilung des zweiten Modes mithilfe des weiteren Magnetresonanzbildes und der Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale im Sendevolumen bestimmt.

Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Berücksichtigung einer ortsabhängigen Spin-Längsrelaxation im Gewebe. Ein intrinsisch T1-abhängiges Messverfahren ist beispielsweise das Doppelecho-Justageverfahren oder ein Verfahren, bei dem in verschiedenen Zeitabständen vom Sendevorgang MR-Bilder aufgenommen werden. Diese so genannte T1-Relaxation beeinflusst beispielsweise insbesondere die beiden Echos bei der erwähnten (Doppelecho-)Transmitter-Justage, indem die angeregten Kernspins nach und nach wieder parallel zum Grundmagnetfeld zurückkippen (relaxieren). Dadurch wird das Ergebnis verfälscht. Durch die gewebeabhängige T1-Relaxation liegt die messbare Amplitude des zweiten Echos um den Faktor
niedriger als ohne einen Relaxationseffekt. T1-abhängige Verfahren können mit höherem Messaufwand T1-unabhängig werden. Dies erfordert insbesondere Zeit. Mithilfe der Ausführungsform ist es möglich diesen Nachteil weitgehend zu kompensieren, indem der Messaufwand auf die einmalige Bestimmung des Einflusses einer T1-Relaxation auf Magnetresonanzsignale im Sendevolumen reduziert wird.
In anderen Worten wird vorteilhaft im Verfahren nach der Erfindung die T1-Abhängigkeit nur für den ersten Mode bestimmt und anschließend auf die Feldverteilungen der weiteren Mode(n) übertragen. Dies spart erheblich Zeit bei der Bestimmung der Einstellparameter (Amplitude und/oder Phase eines der Modenspeisesignale). Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der erste Mode eine Art Grundmode ist, der die Ermittlung der T1-Abhängigkeit im Wesentlichen im ganzen Sendebereich ermöglicht. Eine derartige T1-Karte (ortsabhängige T1-Information) kann somit zur Feldbestimmung von Moden in verschiedensten Teilen des Sendevolumens verwendet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden für die Ermittlung der B1-Profile der einzelnen Moden die MR-Bilder mit einer identischen Empfangskonfiguration des MR-Geräts aufgenommen. Dies hat den Vorteil, dass zusätzlich zum Betrag der B1-Feldverteilung auch eine Phasenverteilung relativ zu dieser Empfangskonfiguration gemessen werden kann. Werden alle Verteilungen mit der gleichen Empfangskonfiguration gemessen, so ist die relative Phasenbeziehung der Moden zueinander bekannt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Es folgt die Erläuterung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der 1 bis 8. Es zeigen
1 ein Schema einer Hochfrequenzsendeanordnung mit einer Verteileinheit und einer Antenneneinheit,
2 ein Schema einer weiteren Hochfrequenzsendeanordnung mit einer Verteileinheit, die ein Verteilnetzwerk umfasst,
3 ein Schema zur Verdeutlichung einer Hochfrequenzsendeanordnung mit einem Birdcage-Resonator und einem Verteilnetzwerk,
4 eine Skizze zur Verdeutlichung einer Feldstruktur eines Zusatzmodes im Birdcage-Resonator nach 3,
5 eine weitere Hochfrequenzsendeanordnung mit zwei Loop-Antennenelementen,
6 die axiale Feldverteilung des Grundmodes und des Zusatzmodes der Hochfrequenzsendeanordnung aus 4,
7 schematisch den Aufbau einer beispielhaften Doppelsendeanordnung und
8 schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Einstellparameters einer Einstelleinheit einer derartigen Hochfrequenzsendeanordnung,
9 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs eines Korrekturverfahrens zur Kompensation des T₁-Relaxationseinflusses,
10 eine detailliertere schematische Darstellung einer ersten Variante des letzten Verfahrensschritts in 9 und
11 eine schematische Darstellung der Kombination dreier gemessener ortsaufgelöster Flipwinkelverteilungen in einer kombinierten Verteilung gemäß der Variante nach den 9 und 10,
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Hochfrequenzsendeeinheit 1A mit einer Verteileinheit 3A und einer Antenneneinheit 5A. Die HF-Sendeeinheit 1A weist einen Eingang 7 auf, der mit einer Hochfrequenzquelle verbunden werden kann. Das angekoppelte Signal wird mit einem Hochfrequenzverstärker 9A verstärkt, bevor es zur Verteileinheit 3A geleitet wird.
Die Verteileinheit 3A teilt das Sendesignal auf. Eines der aufgeteilten Sendesignale (beispielsweise das Grundsendesignal) durchläuft eine Einstelleinheit 11A zur Amplituden und/oder Phaseneinstellung. Vorzugsweise können auch die weiteren (Zusatz-)Sendesignale mit gestrichelt angedeuteten Einstelleinheiten in ihrer Phase und/oder Amplitude verändert werden. Die Verteileinheit 3A liefert mindestens zwei Modenspeisesignale, die an den Ausgängen 12A, 12B, ... anliegen. Die Modenspeisesignale werden an die Antenneneinheit 5A geleitet und erzeugen in einem Sendevolumen der Antenneneinheit 5A Hochfrequenzfelder. Das Hochfrequenzfeld, das mit einem einzigen Modenspeisesignal alleine erzeugt werden kann, wird als Mode bezeichnet. Die verschiedenen Moden sind schematisch als Kreis, Viereck, Dreieck ... dargestellt. Besonders vorteilhaft sind Moden, die orthogonal zueinander sind. Als Orthogonalitätsbedingung für die im Patienten (Volumen V. Leitfähigkeit a) durch zwei solche Moden erzeugten elektrischen Feldvektoren E₁ und E₂ soll beispielsweise paarweise (und im Zeitmittel über die HF-Periode) gelten: ∫σE1E2dV = 0.
Unter idealisierten Bedingung ist die aus dem Gewebe resultierende Verkopplung zwischen den Modeneingängen gleich Null. In Wirklichkeit sind die Patienten natürlich weder homogen leitfähig noch zylindersymmetrisch, so dass aufgrund der Wirbelstromfelder die Moden nur noch näherungsweise orthogonal sind. Dennoch können derartig erzeugte Moden eine wichtige Verbesserung in der B1-Felderzeugung gegenüber der direkten Ansteuerung der Teilantennen erlauben, wenn man mithilfe der Einstelleinheit(en) 11A, ... beispielsweise die Amplituden und/oder Phasen von eingestrahlten Moden derart wählt, dass im Feld mehrerer überlagerter Moden beispielsweise Feldminima des Grundmodes durch den Zusatzmode/die Zusatzmoden aufge füllt werden. Eine mögliche Vorgehensweise wird in Zusammenhang mit 8 erläutert.
2 zeigt ein weiteres Schema für eine Hochfrequenzsendeanordnung 1B nach der Erfindung. Dabei weist die Verteileinheit 3B zusätzlich ein Verteilnetzwerk 15 auf. Die Verstärkung der Hochfrequenzsignale erfolgt mit Hochfrequenzverstärkern 9B, 9C, .., die in Anschluss an die Verteilung des Hochfrequenzsendesignals auf mehrere Sendesignale und vor dem Verteilnetzwerk 15 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind ein oder mehrere Einstelleinheiten 11B den Verstärkern 9B, 9C nachgeschaltet.
Die verstärkten Signale werden in das Verteilnetzwerk 15 eingespeist. Die an den Eingängen vorliegenden Signale werden mit festen Phasen auf die Ausgänge des Verteilnetzwerks 15 verteilt. Die Ausgänge des Verteilnetzwerks 15 sind mit Antennenelementen 17A, 17B, 17C einer Antenneneinheit 5B verbunden. Wird das Verteilnetzwerk 15 an nur einem Eingang gespeist, beispielsweise indem die Einstelleinheiten 11B oder die Leistungsverstärker 9B, 9C alle bis auf eines der verteilten Signale ausblenden, so wird im Verteilnetzwerk 15 das Signal mit verschiedenen festgelegten Phasen den Ausgängen derart zugeordnet, dass z. B. mithilfe der Antennenelemente 17A, 17B, 17C im Sendevolumen ein charakteristisches Hochfrequenzfeld (Mode) eingestrahlt werden kann.
Die Verstärkereinheiten 9B, 9C, ... können in ihrer Leistungsfähigkeit entsprechend der in den verschiedenen Moden benötigten Leistung ausgelegt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Verstärker 9B beispielsweise für den Grundmode den üblichen Leistungen entsprechen muss, wogegen die Verstärker 9C, ... für die Zusatzmoden entsprechend kleiner ausgelegt werden können.
3 zeigt eine Hochfrequenzsendeanordnung 1C mit einem Birdcage-Resonator 21 als Antenneneinheit. Der Birdcage-Re sonator 21 ist eine Arrayantenne, die z. B. acht Antennenelemente 23 aufweist, welche um eine Symmetrieachse herum parallel zueinander angeordnet sind und ein Sendevolumen 22 umschließen. Prinzipiell könnte die Arrayantenne aber auch mehr oder weniger Antennenelemente 23 aufweisen. Aufgrund der Anzahl der Antennenelemente 23 sind in 3 acht Hochfrequenzsignale auf die Antennenelemente 23 verteilt.
Beim Senden, d. h. beim Erzeugen eines B1-Feldes im Sendevolumen, wird ein HF-Sendesignal 25 einer HF-Signalquelle in eine Verteileinheit 3C eingespeist. Das HF-Sendesignal 25 wird in ein Grundsendesignal und drei Zusatzsendesignale aufgeteilt. Die Zusatzsendesignale durchlaufen jeweils eine Einstelleinheit 11C, 11D, 11E für die Amplituden- und Phaseneinstellung. Auch das Grundsendesignal könnte eine eigene Einstelleinheit aufweisen. Die Einstelleinheiten 11C, 11D, 11E werden mithilfe von Steuersignalen eingestellt (gestrichelte Pfeile). Die Einstellung erfolgt z. B. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Einstellparameters.
Das Grund- und die Zusatzsendesignale durchlaufen anschließend Hochfrequenzleistungsverstärker 9D, ..., 9G. Eine Butler-Matrix 15A als analoge Fourier-Transformation nimmt die Verteilung jeder der Grund- und Zusatzsendesignale auf die Antennenelemente 23 zur Modenerzeugung vor. Dabei werden die acht Antennenausgänge (Antennenelementausgänge) mit acht sende- und/oder empfangsseitigen Ein- bzw. Ausgängen verbunden. Ein mit M = 0 bezeichneter Ausgang stellt die Identitätsdurchführung dar und wird nicht verwendet. Von den verbliebenen sieben Ein- bzw. Ausgängen werden die Ausgänge M = 1, 2, 3 nur beim Empfangen, der Aus- bzw. Eingang M = 4 sowohl beim Empfangen als auch beim Senden und die Eingänge M = 5, 6, 7 nur beim Senden verwendet. Da der Eingang M = 4 sowohl beim Senden als auch beim Empfangen genutzt werden kann, ist ihm eine Sendeempfangsweiche 33 vorgeschaltet.
Entscheidend für die azimutale Symmetrie der Moden ist die Phasenbeziehung, mit der die Antennenelemente HF-Signale zugeführt bekommen. Erfindungsgemäß werden die Antennenelemente 23 über das Butler-Matrix-Verteilnetzwerk 15A mit den HF-Signalen versorgt. Die Butler-Matrix 15 weist eine Anzahl von Verzögerungs- und Additionselementen auf. Ein an einem der Eingänge M = 4, 5, 6, 7 anliegendes HF-Signal wird auf die Antennenausgänge mit einer festen Phasenbelegung verteilt, so dass jedem der sendeseitig verwendeten Eingänge der Butler-Matrix 15 ein Mode zugeordnet ist, dessen Feldstruktur nur eine, ihm eigene azimutale Ortsfrequenz aufweist. Diese ergibt sich aus der Phasenbeziehung der Antennenelemente 23 zueinander. Die Antennenelemente wirken somit nicht individuell als ortsabhängige Sender, sondern sie regen erfindungsgemäß gemeinsam eine Mode über Fourierkomponenten an.
Die Phasenwinkel zwischen benachbarten Antennenelementen sind in der Butler-Matrix 15 in 3 angegeben. Für den Grundmode, der im Eingang M = 7 eingekoppelt wird, ergeben sich Phasenwinkel von 45° für benachbarte Antennenelemente 23. Er bildet somit einen in etwa homogenen Mode im Sendevolumen des Birdcage-Resonators 21.
Im Eingang M = 6 wird das erste Zusatzsendesignal für den ersten Zusatzmode eingekoppelt und auf die Antennenelemente 23 verteilt. Nebeneinanderliegende Antennenelemente weisen in diesem ersten Zusatzmode eine Phasenbeziehung von 90° auf, so dass die Rotationssymmetrie gebrochen ist. Der Eingang M = 3 führt zu Phasendifferenzen von 135° und der Eingang M = 4 von Phasendifferenzen von 180° für nebeneinanderliegende Antennenelemente. Der Eingang M = 4 entspricht im Wesentlichen linearer Polarisation, wogegen die Eingänge M = 5, 6, 7 im Wesentlichen zirkularer Polarisation entsprechen. Sie weisen eine Drehrichtung entgegengesetzt der zirkularen Polarisation der Empfangsfelder M = 1, 2, 3 auf.
Die angegebenen Verzögerungen der einzelnen Butler-Matrixelemente beziehen sich auf die Lamorfrequenz. Ersichtlich entsprechen die Verzögerungen einer analogen Fourier-Transformation der Sendesignale. Durch die in der 3 angegebenen Phasenverzögerungen ist dabei gewährleistet, dass die in den Eingängen anliegenden HF-Signale Moden im ”leeren” (patientenfreien) Sendevolumen erzeugen, die orthogonal zueinander sind.
Alternativ kann das Kombinationsnetzwerk zum Empfangen von MR-Signalen verwendet werden. Dabei dienen die Antennenausgänge 12A, ... als Eingänge in die Verteileinheit. Die mit den Antennenelementen empfangenen Signale werden im Verteilnetzwerk zu Moden kombiniert, welche dann der Bildverarbeitung zugeführt werden.
Im folgenden werden die Moden anhand ihrer Feldstrukturen in Zylinderkoordinaten r, Φ und z erläutert. Für den Birdcage-Resonator 21 mit Radius R weisen für einen Mode m die Ströme durch die Antennenelemente 23 folgende azimutale Winkelabhängigkeit auf: I(Φ) = exp(jmΦ).
Für eine Feldverteilung dieser MR-wirksamen Zirkularkomponente im Inneren eines langen Resonators (Länge > Durchmesser) mit kontinuierlicher Stromverteilung (= sehr viele Stäbe) gilt dann B1(r, Φ) = r^(m – 1)·exp(j(m – 1)Φ).
Das Feld aller Moden m ist überall rein zirkular polarisiert. Für m = 1 ergibt sich ein homogenes B1-Feld.
Außerhalb des stromführenden Zylinders fällt das Feld proportional zu r^ – (m + 1) ab und weist eine entgegengesetzte Drehrichtung auf.
Die Feldstruktur gilt näherungsweise auch für einen kurzen Resonator. Dann kommt allerdings eine zusätzliche r- und z-Abhängigkeit hinein, die das Feld beim Verlassen des Resonators auf der z-Achse langsam abfallen lässt und mit r (Annäherung an die Ströme) ansteigen lässt. Folgende Näherungsformel beschreibt das Feld, wobei a eine von Birdcage-Länge und Durchmesser abhängige Konstante ist: B1kurz(r, z) ~ B1(r)·(1 – a·z^2 + a/2·r^2)
Die Winkelabhängigkeit der Phase bleibt erhalten.
Für eine Diskretisierung der Stromverteilung mit endlicher Antennenelementzahl (z. B. N = 8) gilt die Feldformel nicht mehr exakt. Vielmehr werden neben der gewünschten Ortsfrequenz (z. B. m = 1) auch die Alias-Produkte (m' modulo N = m, also z. B. m = ... –15, –7, 9, 17 ...) angeregt. Für sehr dünne Antennenstäbe (Filamentströme) haben alle Alias-Anregungen am Rand gleiche Amplitude. Wegen der Potenz r^(m – 1) werden sie aber erst in der Nähe der Stäbe signifikant und bewirken dort sowohl eine Aufzipfelung der Amplitude als auch eine Störung der Zirkularität. In unmittelbarer Nähe eines Stabes ist das Feld nahezu linear polarisiert. Bei endlicher Anzahl von Antennenelementen 23 werden somit Moden nicht einzeln sondern immer mit ihren Alias-Produkten angeregt. Diese getrennt anregbaren Sets von Moden sind wieder im Wesentlichen orthogonal zueinander und erlauben ebenfalls eine Homogenisierung des B1-Feldes.
Die Stromdiskretisierung ist auch der Grund, warum bei acht Antennenelementen die Moden m = 4 und m = –4 nicht unterscheidbar sind: Die Stäbe haben da ja nur noch Phasen 0° oder 180° ohne Zwischenwerte; deshalb sind zeitlich eine Viertelperiode nach dem Maximum alle Ströme und Felder Null. Entsprechend gibt es ein linear polarisiertes Feld, das sowohl links- als auch rechtszirkulare Beiträge aufweist und somit zum Senden wie zum Empfangen verwendet werden kann.
Ein Vorteil der in 3 beschriebenen Hochfrequenzsenderanordnung und der erfindungsgemäßen Mehrfachsendeanordnung allgemein ist die hierarchische Ausbaubarkeit der Anzahl der verwendeten Grund- und Zusatzsendesignale. Bei einer Einzelansteuerung von z. B. acht Antennenelementen sind (auch ohne Wirbelstromeffekte) schon acht Senderausgänge für die Erzeugung eines homogenen Feldes erforderlich. Beim Moden-Konzept nach der Erfindung kann man hingegen mit nur einem starken Sendesignal für den Grundmode beginnen und dann je nach Ansprüchen an die Feldqualität eine beliebige Anzahl an weiteren Zusatzsendesignalen für höhere Moden hinzufügen, dabei können die Sendesignale aus einer oder aus mehreren HF-Signalquellen stammen. Da die Patientenverlustleistung für die höheren Zusatzmoden meist deutlich kleiner sind, können diese Zusatzsendesignale schwächer sein. Entsprechend der in DE 101 48 455 A1 vorgeschlagenen Verwendung des Netzwerks, nur die Moden mit richtigen Drehsinn in die Bildverarbeitung aufzunehmen, kann somit auch beim Senden eine Halbierung der benötigten Sender bei praktisch unverminderter HF-Feldqualität ermöglicht werden. Dies ist ein wichtiger Vorteil der Erfindung, da er zu einer kostengünstigen Ansteuerung beispielsweise von Arrayantennen wie dem Birdcage-Resonator führt.
4 verdeutlicht eine Feldstruktur für den Mode m = 2. Die Ströme in acht azimutal gleichmäßig verteilten stabförmigen Antennenelementen 23A sind für einen Zeitpunkt angedeutet. An allen Orten im Sendevolumen liegt, abgesehen von der oben erwähnten Einschränkung, die gleiche Polarisation vor. Im Zentrum ist das Magnetfeld Null und es nimmt mit zunehmenden Abstand r vom Zentrum linear zu. Für einen Radius r₀ sind zu einem Zeitpunkt die Richtungen der Feldvektoren festgehalten. Bei einer Rotation um 360° um das Zentrum rotiert die Richtung der Feldvektoren (m – 1 = 2 – 1 = 1) einmal. Analog rotiert für den Mode m = 3 die Richtung entsprechend zweimal, für den Mode m = 4 dreimal...
Neben der Kombination von Moden, die nach azimutalen Ortsfrequenzen aufgegliedert sind, ist auch eine Kombination beispielsweise ”longitudinal orthogonaler” Moden von longitudinal gestaffelten Antennenelementen möglich. Dabei werden als Basis entsprechend ”longitudinale” Moden zur Homogenisierung des HF-Feldes erzeugt. Ein Beispiel dafür zeigt 5 in Form eines longitudinal angeordneten Zweielement-Loopantennen Arrays. Diese Sendeempfangsanordnung weist zwei Ringspulen 41A, 41B auf, die mit Hilfe eines Verteilnetzwerks 43 mit Hochfrequenzsignalen versorgt werden. Durch das in 5 dargestellte Verteilnetzwerk 43 werden dabei ebenfalls orthogonale Moden mit gleicher (linearer) Polarisation zur Verfügung gestellt. Das am oberen Eingang 45 zugeführte Hochfrequenzsignal wird in eine so genannte Helmholtz-Mode mit parallelen Strömen in beiden Ringen emittiert und entspricht dem Grundmode. Der zugehörige Feldverlauf ist in 6 durch die Kurve 45A dargestellt. Das dem unteren Eingang 47 zugeführte Sendesignal erzeugt einen sogenannten ”Counter Rotating Current”-Mode mit antiparallelen Strömen und entspricht dem ersten und einzigen Zusatzmode. Ihr Feldverlauf ist in 6 durch die Kurve 47A dargestellt. Ferner ist in 6 ein möglicher superpositionierter Feldverlauf dargestellt, der eine größere Homogenität über einen größeren zentralen Bereich aufweist.
7 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel eine beispielhafte Mehrfachhochfrequenzsendeanordnung 49, welche eine Kombination zweier Hochfrequenzsendeantennen gemäß 3 darstellt. Eine derartige Doppelsendeanordnung ist ihrer Funktion nach eine analoge 2D-Fouriertransformation. Entsprechend können B1-Feldinhomogenitäten in axialer und in radialer Richtung des Birdcage-Resonators kompensiert werden. Die Doppelhochfrequenzsendeanordnung 49 weist zwei axial nebeneinander liegende (gestaffelte) Birdcage-Resonatoren 21A, 21B mit je acht Antennenelementen auf. Durch das Verteilnetzwerk 51 werden die insgesamt 16 Antennenelemente der beiden Birdcage-Resonatoren 21A, 21B mit Hochfrequenzsignalen versorgt. Das Verteilnetzwerk 51 weist zusätzlich zu Butlermatrizen 15B, 15C, die der Butlermarix 15A entsprechen, acht 180°-Hybride 52A, ... mit je zwei Ein- und Ausgängen auf. Je ein Eingang ist mit je einem Ausgang einer der Butlermatrizen 15B, 15C und die Ausgänge sind ist jeweils mit einem Paar von longitudinal hintereinander angeordneten Antennenelementen 23A, 23B verbunden sind. Ein derartiges Verteilnetzwerk 51 erzeugt paarweise Moden in Art des Helmholtz- und des ”Counter Rotating Current”-Modes in Superposition zu den Moden gemäß 3. Bezüglich der Bildung des Helmholtz- und des ”Counter Rotating Current”-Modes sind bei der Ausführungsform gemäß 7 die Antennenelemente longitudinal bezüglich einer Grundmagnetfeldrichtung B0 angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform einer Mehrfachsendeanordnung besteht beispielsweise aus vier Birdcage-Resonatoren. Zur Feldoptimierung wirken acht sende-/empfangsseitig angeordnete 8er-Butlermatrizen mit acht antennenseitig angeordneten 4er-Butlermatrizen, entsprechen den 180°-Hybriden, zusammen.
Im folgenden wird die Verwendung einer HF-Sendeanordnung nach der Erfindung sowie das Verfahren nach der Erfindung zur Bestimmung eines Einstellparameters einer in einer derartigen HF-Sendeanordnungen verwendeten Einstelleinheit beschrieben. Zur Ermittlung von optimalen Einstellparametern werden die Felder aller anregbaren Moden einzeln kalibriert. Das in eine Mode n emittierte, räumlich verteilte B1-Feld ist durch Betrag und Phase an jedem Ort gegeben: B1n(r) = An(r)exp(iφn(r)).
Durch gemeinsames in Amplitude und/oder Phase gewichtetes Einstrahlen mehrerer Moden soll ein möglichst homogen wirkendes B1-Feld erzeugt werden.
Zusammengefasst ermittelt das Verfahren zur Bestimmung eines Einstellparameters zunächst für einen ersten Mode (meist den Grundmode) neben der ortsabhängigen Verteilung von B1 auch eine räumliche Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale. Diese wird dann herangezogen, um die B1-Karten der zweiten und weiterer Moden (Zusatzmode) nach Betrag und relativer Phase vereinfacht und schnell zu gewinnen. Die Möglichkeit, die T1-Bestimmung nur für den Grundmode durchzuführen und auf höhere Zusatzmoden zu übertragen, lässt sich mit all den Verfahren zur B1-Feldbestimmung kombinieren, die für Moden durchgeführt werden können und die T1-sensitiv sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Einstellparameters umfasst die im Flussdiagramm der 8 skizzierten Schritte. Dabei wurde ein T1-abhängiges Messverfahren angenommen.
In einem ersten Schritt 110 wird ein Untersuchungsobjekt in ein Sendevolumen eines Magnetresonanzgeräts eingebracht. Anschließend werden in einem zweiten Schritt 120 mehrere Magnetresonanzbilder mit einem ersten Mode aufgenommen. Dies geschieht mit einem Messverfahren, das eine intrinsische T1-Abhängigkeit aufweist, beispielsweise aufgrund eines Zeitabstands zwischen Spinpräparation (z. B. Inversion, Sättigung) und Spinanregung. Mit den gemessenen MR-Signalen für den ersten Mode wird eine Verteilung 125 des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale im Sendevolumen bestimmt, beispielsweise wird eine T1-Karte für das Sendevolumen erstellt. In einem weiteren Schritt 130 wird eine ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilung des ersten Modes unter Berücksichtigung der Verteilung 125 des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale bestimmt.
Im folgenden wird beispielhaft ein Verfahren zur Bestimmung der HF-Feldverteilung beschrieben, welches z. B. zur Bestim mung der HF-Feldverteilung des Grundmodes verwendet werden könnte. Bei diesem Verfahren wird über eine HF-Antenne eine Doppelecho-Hochfrequenzpulssequenz mit einem ersten Anregungspuls und zumindest zwei dahinter folgenden Refokussierungspulsen zur Erzeugung eines ersten Echos (z. B. eines Spin-Echos) und eines nachfolgenden zweiten Echos (z. B. eines stimulierten Echos) ausgesendet. Dabei wird zumindest der Anregungspuls schichtselektiv ausgesendet. Eine schichtselektive Aussendung wird dadurch erreicht, dass der Anregungspuls mit einer bestimmten Form, vorzugsweise in der Form einer Sinc-Funktion, und einer passenden Frequenz ausgesendet wird und außerdem parallel ein passender Gradientenpuls ausgesendet wird, so dass der Anregungspuls nur die Spins in der gewünschten definierten Schicht anregt. Es werden dann in einer mittels des schichtselektiv ausgesendeten Anregungspulses festgelegten Anregungsschicht durch Aussendung von geeigneten Gradientenpulsen zur Phasen- oder Frequenzkodierung ein erstes zweidimensionales Echo-Bild und zweites zweidimensionales Echo-Bild ortsaufgelöst gemessen.
Eine solche ”ortsaufgelöste” Messung der Echo-Bilder ist mit einem Verfahren möglich, bei dem zunächst die beiden Echos durch Abtastung des zeitlichen Verlaufs mit m Datenpunkten mehrmals mit n verschiedenen Amplituden des Phasenkodiergradienten gemessen werden. Das Resultat dieser Messung ist dann eine Datenmatrix mit m Spalten und n Zeilen für jedes der Echos, d. h. des Spin- und des Stimulierten Echos, in der sogenannten ”Zeitdomäne” ( auch ”k-Raum” genannt). Diese Matrix wird für jedes Echo einzeln zweidimensional fouriertransformiert. Man erhält damit für jedes Echo ein echtes zweidimensionales Bild mit k·1 Pixeln, wobei im allgemeinen m = n = k = 1 gesetzt wird. Anhand des Verhältnisses der Amplituden des ersten und zweiten Echo-Bildes an den verschiedenen Orten, d. h. für jeden einzelnen Bild-Pixel, werden dann die lokalen Flipwinkel an den betreffenden Orten gemessen. Durch eine solche Messung kann folglich innerhalb der Schicht ortsaufgelöst der Flipwinkel, d. h. eine Flipwinkelverteilung gemessen werden.
Der an einem bestimmten Ort gemessene Flipwinkel ist repräsentativ für das am betreffenden Ort eingestrahlte B1-Feld, wobei die Abhängigkeit durch die Gleichung
gegeben ist. D. h. es kann mit Hilfe dieser Gleichung (bei Kenntnis des verwendeten Pulses) beliebig von einer Flipwinkelverteilung in eine B1-Feldverteilung und umgekehrt umgerechnet werden. Die Begriffe ”Flipwinkelverteilung” und ”B1-Feldverteilung” bzw. ”Hochfrequenzfeldverteilung” werden daher in der Regel synonym verwendet.
Wie bereits eingangs erläutert, beeinflusst die Längsrelaxationszeit T1 die Amplitude ASTE des stimulierten Echosignals STE und die Amplitude ASE des Spin-Echo-Signals SE in unterschiedlicher Weise. Dies kann zu einem systematischen Messfehler führen. Um diesen Einfluss der Relaxationszeit T1 auch soweit wie möglich zu minimieren, bzw. um die Verteilung 125 des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale zu bestimmen, wird eine Reihe von Messungen mit verschiedenen Soll-Flipwinkeln (Mess-Flipwinkeln) durchgeführt. Aus den dabei gemessenen einzelnen Flipwinkelverteilungen bzw. Feldverteilungen (im Folgenden auch B1-Karten genannt) wird dann eine gemeinsame, vom Einfluss der Relaxationszeit so weit wie möglich befreite B1-Karte des Grundmodes für jede zu messende Schicht generiert.
Ein beispielhaftes Vorgehen zur Bestimmung der Verteilung 125 des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale und der HF-Verteilung ist in den 9 bis 11 anhand von Ablaufplänen dargestellt, wobei 9 im Wesentlichen den Messvorgang beschreibt, 10 eine Möglichkeit zur Zusammensetzung einer B1-Karte aus den verschiedenen, für dieselbe Schicht gemessenen B1-Karten zeigt und 11 eine Anwendung des Prozesses aus 10 illustriert.
Bei einer Messung wird dabei zunächst gemäß 9 in einem ersten Verfahrensschritt ein Schätzwert U0 für diejenige HF-Pulsspannung ermittelt, mit der im betrachteten Volumen mit einem definierten Hochfrequenzpuls ein mittlerer Soll-Flipwinkel αsoll von ungefähr 90° erreicht würde. In einem zweiten Verfahrensschritt wird dann auf Grundlage des Schätzwertes U0 die Spannung U der Hochfrequenzpulse der Messsequenz mit einem Soll-Flipwinkel α berechnet, wobei im einfachsten Fall auch für α ein Wert von 90° gewählt werden kann. Da die Messsequenz mit mehreren HF-Pulsen arbeitet, die verschiedene Pulsamplituden haben können, wird dabei für jeden Puls individuell die Spannung bzw. der Soll-Flipwinkel passend eingestellt
Anschließend werden in einer Schleife, welche mehrere Schritte umfasst, mehrfach Messungen mit verschiedenen Mess-Flipwinkeln durchgeführt. Laufvariable ist bei der Darstellung in 9 die Variable i, die zunächst vor Beginn der Schleife auf 1 gesetzt wird und von 1 bis imax, beispielsweise bei drei Messungen bis imax = 3 läuft.
Innerhalb der Schleife wird zunächst im ersten Verfahrensschritt die Spannung U mit einem vorgegebenen Skalierungsfaktor SFi skaliert, d. h. es wird die aktuell in dieser Messung zu verwendende Spannung Ui = SFi·U berechnet. Da der Flipwinkel linear von der verwendeten Pulsspannung abhängt, ist dementsprechend der aktuelle Mess-Flipwinkel αi' = SFi·α. Der Faktor SFi wird mit jedem Durchlauf verändert. So könnte z. B. bei einer dreifachen Messung zunächst eine Messung mit einem Faktor SFi = 0,5 erfolgen, d. h. es wird mit halber Pulsspannung gemessen. Der Mess-Flipwinkel der ersten Messung beträgt dementsprechend 0,5·α. Anschließend wird beispielsweise eine Messung durchgeführt, bei der der Mess-Flipwinkel αi' dem Soll-Flipwinkel α = 90° entspricht. Hierzu wird ein Skalierungsfaktor von 1,0 gewählt. Anschließend wird eine dritte Messung mit einem Skalierungsfaktor SFi = 1,5 durchgeführt. Dementsprechend gilt dann für den Mess-Flipwinkel αi'= 1,5·α. Dabei werden vorzugsweise alle Flipwinkel der Messung, zumindest aber diejenigen der Refokussierungspulse, mit dem gewählten Faktor skaliert.
Im darauffolgenden Schritt erfolgt dann jeweils die Messung der B1-Karte mit der betreffenden Pulsspannung Ui, wobei der jeweilige Ist-Flipwinkel αi'(r) am Ort r mit einer Intensität Ii(r) gemessen wird. Diese B1-Karte wird dann im nächsten Schritt auf die ursprüngliche Hochfrequenzpulsspannung U, mit der der Soll-Flipwinkel α erreicht würde, wieder umskaliert, d. h. die gemessenen Flipwinkel werden auf den Soll-Flipwinkel α normiert. Dies erfolgt durch eine Umrechnung der Werte gemäß der Gleichung αi(r) = αi'(r)·1,0/SFi.
Am Ende der Schleife erfolgt dann eine Abfrage der Laufvariablen i, um zu klären, ob die maximale Anzahl der Messungen bereits durchgeführt wurde. Ist dies nicht der Fall, so wird im nächsten Schritt die Laufvariable i um 1 erhöht und die nächste Messung durchgeführt.
Andernfalls werden im darauffolgenden Schritt die B1-Karten, welche jeweils für jeden Ort bzw. jedes Pixel r den entsprechenden Flipwinkel αi(r) enthalten, zu einer gemeinsamen B1-Karte zusammengesetzt, welche an einem bestimmten Pixel r einen bestimmten, auf Basis der einzelnen αi(r) erzeugten Flipwinkel α(r) enthält.
Ein Entscheidungskriterium ist dabei jeweils, dass αi'(r), d. h. der tatsächlich gemessene Flipwinkel an dem jeweiligen Ort, möglichst nah bei 90° liegt und dass außerdem bei der betreffenden Messung eine ausreichende Signalintensität Ii(r) vorlag. Die Kriterien sind deswegen so gewählt, weil bei Flipwinkeln in der Nähe von 90° der Einfluss der Relaxationszeit T1 prinzipiell sehr gering ist und diese Flipwinkel folglich mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Da in den Bildern verschiedene Mess-Flipwinkel verwendet werden, liegen die Regionen, in denen die tatsächlich erreichten Ist-Flipwinkel nahe 90° liegen, in jedem der Bilder naturgemäß an einem anderen Ort.
Durch die Zusammenfassung der so mit verschiedenen Mess-Flipwinkeln gemessenen B1-Karten kann somit dafür gesorgt werden, dass an jedem Pixel der beste Messwert mit dem geringsten T1-Einfluss verwendet wird. Das heißt, es wird aus z. B. drei B1-Karten, in denen jeweils in bestimmten (aber unterschiedlichen) Bereichen die Messergebnisse durch die Relaxationszeit T1 verfälscht sind, eine gemeinsame, weitgehend vom T1-Einfluss befreite B1-Karte generiert.
Eine Möglichkeit dieser pixelweisen Kombination wird in 10 gezeigt. In 10 wird der Einfachheit halber von nur drei verschiedenen Messungen ausgegangen. Das Verfahren lässt sich aber auch mit nur zwei Messungen durchführen oder auf eine beliebige Anzahl von Messungen erweitern.
Im dort dargestellten Verfahren wird für jeden einzelnen Ort bzw. Pixel r zunächst festgestellt, ob der in der ersten Messung gemessene Ist-Flipwinkel α1'(r) näher an 90° liegt als der in der zweiten Messung gemessene Ist-Flipwinkel α2'(r) und der in der dritten Messung gemessene Ist-Flipwinkel α3'(r). Zusätzlich wird geprüft, ob die in der ersten Messung an diesem Ort gemessene Intensität I1(r) ausreicht. In diesem Fall wird der entsprechend normierte Flipwinkel α1(r) als tatsächlich an diesem Ort gegebener Flipwinkel α(r) in die kombinierte B1-Karte übernommen. Ist dies nicht der Fall, wird geprüft, ob der in der zweiten Messung gemessene Flipwinkel α2'(r) näher an 90° liegt als der in der dritten Messung gemessene Flipwinkel α3'(r) und ob die in der zweiten Messung gemessene Intensität I2(r) ausreichend ist. Ist dies der Fall, wird der entsprechend normierte Flipwinkel α2(r) als der tatsächlich an dem betreffenden Ort r vorliegende Flipwinkel α(r) verwendet. Andernfalls wird schließlich der entsprechend normierte Wert α3(r) aus der dritten Messung übernommen.
Bei eine alternativen Möglichkeit zur pixelweisen Kombination wird ein mittlerer Flipwinkel α(r) für jeden Ort wie folgt bestimmt wird:
Die genaue Berechnung Gewichtungswert W_i(r) erfolgt hierbei gemäß
Die Gewichtung der Intensität erfolgt dabei auf den Maximalwert aller in den verschiedenen Messungen am selben Ort r gemessenen Intensitäten I₁(r), I₂(r), I₃(r). Als Intensität I_i(r) wird der Einfachheit halber einfach die Amplitude des Spin-Echo-Bildes angenommen.
Bei dieser Methode gehen alle in den verschiedenen Messungen gemessenen und normierten Flipwinkel α_i(r) mit entsprechender Gewichtung in die gemeinsame B₁-Karte ein.
Das Verfahren entsprechend 10 ist auch noch einmal schematisch in 11 dargestellt. Jedes der Felder in der obersten Zeile von 11 stellt dabei eine Messung von 3×3 Pixeln in einer Schicht dar.
Der Soll-Flipwinkel α beträgt 90°. Die mit der entsprechenden Spannung U durchgeführte Messung ist in der mittleren Spalte dargestellt.
Außerdem wird eine Messung gezeigt, bei der der Skalierungsfaktor SF1 = 0,5 und der Mess-Flipwinkel dementsprechend α1' = 0,5·90°, d. h. 45°, beträgt. Diese Messung ist in der linken Spalte dargestellt. In der dritten Messung beträgt der Skalierungsfaktor SF3 = 1,5 und der Mess-Flipwinkel α3' = 135° (rechte Spalte).
In der obersten Zeile sind jeweils die Originalmessungen dargestellt. Mit den stärkeren Linien sind jeweils die Bereiche umrandet, die später in die kombinierte B1-Karte eingehen.
Nach den Messungen werden die gemessenen B1-Karten jeweils entsprechend dem zuvor gewählten Skalierungsfaktor umskaliert. D. h. es werden sämtliche Messwerte der ersten Messung mit einem Faktor 1,0/0,5 skaliert. Dadurch wird die in der zweiten Reihe der linken Spalte dargestellte B1-Karte erzeugt. Ebenso wird die dritte Messung mit dem Mess-Flipwinkel von 135° mit einem Skalierungsfaktor von 1,0/1,5 umskaliert. Dadurch wird die in der rechten Spalte in der zweiten Zeile dargestellte Karte erzeugt. Da die zweite Messung mit dem hier vorgegebenen Soll-Flipwinkel von 90° erzeugt wurde, erübrigt sich hier eine Umskalierung. Eine Auswahl eines Soll-Flipwinkels von 90° und die Durchführung einer Messung mit einem dem Soll-Flipwinkel entsprechenden Mess-Flipwinkel bietet sich der Einfachheit halber an, ist aber nicht zwingend notwendig.
Mit den dargestellten Verfahren werden alle drei Karten, wie beispielsweise in 11 dargestellt, kombiniert, so dass schließlich eine beispielsweise in 11 unten dargestellte Gesamtkarte erzeugt wird, bei der der Einfluss der Relaxationszeit T1 relativ gering ist.
Insbesondere aus dieser Karte und den vorhergehenden Messungen kann die Verteilung 125 des Einflusses der T1-Relaxationszeit auf die MR-Signale ermittelt werden.
Dies erfolgt beispielsweise folgendermaßen. Der zentrale Zusammenhang, bei dem die Abhängigkeit von T1 ins Spiel kommt, ist bei obigen B1-Messverfahren der folgende: A_STE(r)·exp(T/T1(r))/A_SE(r) = cos(phi(r))
Dabei ist A_STE(r) die gemessene Intensität des aus dem stimulierten Echo gewonnenen Bildes am Ort r; A_SE(r) dasselbe für das Spinecho; T ein für die Messsequenz spezifischer Parameter, der die unterschiedliche Empfindlichkeit der aus Spin- und Stimuliertem Echo gewonnenen Bilder auf die (gewebe- d. h. ortsabhängige) Spin-Gitter-Relaxationszeit T1(r) berücksichtigt; und phi(r) der Drehwinkel des HF-Pulses am Ort r.
Die Messung wird für den Grundmode mit mehreren Pulsspannungen (z. B. U1, U2 = 0.5·U1, U3 = 1.5·U1) durchgeführt, die zu unterschiedlichen Drehwinkeln (phi1(r), phi2(r) = 0.5·phi1(r), phi3 = 1.5·phi1(r)) führen. Jede dieser Messungen generiert jeweils ein Spinecho-Bild (A_SE1(r), A_SE2(r), A_SE3(r)) und ein Stimuliertes-Echo-Bild (A_STE1(r), A_STE2(r), A_STE3(r); der Kontrast ist in allen Fällen ein Spindichte/T1/T2-Mischkontrast). Durch die beschriebene Zusammenführung dieser Bilder lässt sich daraus ohne Kenntnis von T1 die Drehwinkel-Verteilung phi(r) berechnen. Nun lassen sich für jeden Ort r mehrere Gleichungen aufstellen: exp(T/T1(r)) = cos(phi(r)) A_SE1(r)/A_STE1(r) exp(T/T1(r)) = cos(0.5·phi(r)) A_SE2(r)/A_STE2(r) exp(T/T1(r)) = cos(1.5·phi(r)) A_SE3(r)/A_STE3(r)
Prinzipiell genügt bereits eine Gleichung, um das für die Messung relevante T1(r) zu ermitteln – da sowieso mehr Infor mationen vorliegen bietet es sich aber an, daraus z. B. einen (gewichteten) Mittelwert zu ermitteln. Da T1(r) im o. a. zentralen Zusammenhang nun bekannt ist, genügt für die Vermessung der Zusatzmoden die Messung mit nur einer Pulsspannung U.
Natürlich ist auch jedes andere Verfahren, das eine räumliche Verteilung von T1 bestimmen kann, für die Anwendung auf das Justageverfahren geeignet. Das soeben beschriebene Verfahren lässt sich vorteilhaft auf alle T1-sensitiven Justageverfahren anwenden. Ein Vorteil bei dem oben ausgeführten Doppelecho-Justageverfahren liegt darin, dass kein zusätzlicher Messaufwand notwendig ist und sich die T1-Verteilung allein aus den Resultaten der Justagemessung mit dem Grundmode ableiten lässt.
Durch die Tatsache, dass der Grundmode-Sender im Wesentlichen das ganze Untersuchungsgebiet ausleuchtet, lässt sich die B1-Feldbestimmung für die höheren Moden wesentlich verkürzen. Um den Einfluss von T1 auf die gemessenen B1-Verteilung nach dem Verfahren zu eliminieren, ist es im allgemeinen wie beschrieben notwendig, für jedes Sendeelement mehrere Bilder mit verschiedenen Drehwinkeln aufzunehmen und geeignet zu kombinieren (z. B. N Elemente, K Bilder ⇒ K·N Messungen). Mit dem erfindungsgemäßen Ansatz kann der Messaufwand deutlich reduziert werden, da aus den für den Grundmode der Antennenanordnung aufgenommen Bilder wie gezeigt nicht nur die räumliche Verteilung des B1-Feldes, sondern auch die Verteilung des Einflusses von T1 auf die Messung im Sendevolumen bestimmt werden kann. Diese Information kann man in den folgenden N – 1 Messungen mit den übrigen Sendemoden als Korrekturparameter benutzen, so dass hier die Aufnahme von L < K Bildern (im Idealfall L = 1) genügt (K + (N – 1)·L Messungen).
Dieses schnelle Vorgehen wird in den Schritten 140 und folgende in 8 beschrieben. Im Schritt 140 der 8 wird ein weiteres Magnetresonanzbild mit dem zweiten Mode aufgenommen. Im Schritt 150 wird anschließend mithilfe des weiteren Magnetresonanzbildes und der Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale eine ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilung des zweiten Modes bestimmt. Abschließend wird im Schritt 160 mindestens ein Einstellparameter mittels der Hochfrequenzverteilung derart bestimmt, dass bei gleichzeitiger Zuführung des ersten und mindestens des zweiten Modenspeisesignals zur Antenneneinheit ein Hochfrequenzfeld erzeugt wird, das in seiner Homogenität optimiert ist.
Zur Ermittlung der optimalen Einstellparameter, d. h. der Amplituden und Phasen von Grund- und/oder Zusatzmoden, ist es erforderlich, vorher die räumlichen Verteilungen der Felder jedes Modes nach Betrag und Phase auszumessen.
Der Aspekt der Berücksichtung des Einflusses der T1-Relaxation auf Magnetresonanzsignale im Sendevolumen entfällt für T1-unabhängige Verfahren. Entsprechend vereinfacht sich die Darstellung des Verfahrens im Vergleich zu 8, da z. B. keine Verteilung 125 des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale im Sendevolumen zu bestimmen und somit auch nicht bei der Bestimmung der ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilungen zu berücksichtigen ist.
Zwar sind geeignete 2D- und 3D-MR-Verfahren zur Vermessung der B1-Amplitudenverteilung bekannt (siehe oben), allerdings liefern sie an sich noch keine Information über die Phasenverteilungen. Für die Feldsynthese genügt es, nur die relative Phase zu vermessen (z. B. bezogen auf die Phasenverteilung des B1-Feldes des Grundmodes). Dazu geht man folgendermaßen vor: Man sendet die HF-Anregungspulse einer Messfrequenz (Sendesignale) individuell in dem zu untersuchenden Mode und empfängt das MR-Signal für alle Moden jeweils mit der gleichen Empfangskonfiguration (z. B. wird der Birdcage- Resonator im Empfangsgrundmode (3: M = 1) verwendet). Obwohl die Empfangskonfiguration ebenfalls eine (im Allgemeinen von der des ”Sende”grundmodes (3: M = 7) verschiedene) räumliche Verteilung der Phase aufweisen kann, ist diese bei jeder Einzelmessung identisch und spielt bei der Optimierung keine Rolle, da sie als willkürlich gewählte Bezugsphase des Grundmodes zur Phase des Sendefeldes addiert werden kann.
Im folgenden wird die Feldsynthese, d. h. die Erzeugung eines möglichst homogen wirkenden B1-Feldes kurz erläutert. Die Felder aller genutzten Moden überlagern sich, nach individueller Skalierung der Amplitude mit dem Faktor an und individueller Phasenverschiebung um pn, zu B1(r) = exp(iφ1(r)) Σn an An(r) exp(ipn + Δφn(r)),mit Δφn(r) = φn(r) – φ1(r). Zur Feldhomogenisierung gilt es, den Ausdruck ∫dr (|B1(r)| – B1)² für einen vorgegebenen Sollwert B1 zu minimieren, mit den Messgrößen An(r) und Δφn(r) und den Optimierungsparametern an und pn, die als Einstellparameter dienen. Sind die Messwerte auf einem diskreten Gitter bekannt, wird man von ∫dr übergehen zu Σr. Wenn die Qualität der Messwerte räumlich verschieden ist (z. B. Gitterpunkte, in denen kein signalgebendes Material vorhanden ist), sollte die Optimierung gewichtet erfolgen: ∫drw(r)(|B1(r)| – B1)². Der Wichtungsfaktor w(r) kann beispielsweise auf Grundlage der lokalen Bildhelligkeit I(r) festgelegt werden (z. B. Selbstwichtung (w(r) proportional I(r)) oder Schwellenwert (w(r) = 1, falls I(r) > IS, w(r) = 0 sonst).
Vorteilhaft ist es, wenn die Optimierung auf einen von einem Bediener ausgewählten Bereich ausgerichtet werden kann. Beispielsweise kann der Bediener nach einer Testmessung einen zu untersuchenden Bereich in der zugehörigen Testaufnahme räumlich festlegen. Die Optimierungsparameter werden dann derart bestimmt, dass im selektierten Bereich das B1-Feld homogenisiert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt an der Ursache der Inhomogenitäten an und erlaubt es, durch einen individuellen, automatischen Justageschritt für jedes Untersuchungsobjekt (Patient) ein optimiertes B1-Feldprofil zu generieren, ohne einen zusätzlichen Messaufwand bei der eigentlichen bildgebenden Sequenz hervorzurufen. In Abhängigkeit von der Art und Strukturierung der Antenneneinheit kann der Bildkontrast so optimal homogenisiert werden – mit Blick auf zukünftige Ultra-Hochfeld-MR-Systeme stellt das eine erhebliche Verbesserung dar.

Claims

Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Einstellparameters einer Einstelleinheit (11A, ... 11E) einer Hochfrequenzsendeanordnung (1A, 1B, 1C, 49) eines Magnetresonanzgeräts, – mit einer Antenneneinheit (5A, 5B, 21), die zur Erzeugung von Hochfrequenzfeldern in mindestens zwei orthogonalen Moden ausgebildet ist, – mit einer Verteileinheit (3A, 3B, 3C), die zur Aufteilung eines HF-Sendesignals (25) in mindestens zwei Modenspeisesignale ausgebildet ist, – bei der die Verteileinheit (3A, 3B, 3C) mindestens eine Einstelleinheit (11A, ... 11E) zur Einstellung von Amplitude und/oder Phase eines der Modenspeisesignale aufweist, – bei der die Verteileinheit (3A, 3B, 3C) derart mit der Antenneneinheit (5A, 5B, 21) verbunden ist, dass jedes der Modenspeisesignale ein Hochfrequenzfeld in einem der Moden erzeugt, mit folgenden Verfahrensmerkmalen: – Einbringen eines Untersuchungsobjekts in ein Sendevolumen (22) des Magnetresonanzgeräts, – Aufnehmen eines Magnetresonanzbildes mit einem ersten Mode, – Bestimmen einer ortsabhängigen Hochfrequenzfeldverteilung des ersten Modes aus dem Magnetresonanzbild, – Aufnehmen mindestens eines weiteren Magnetresonanzbildes mit jeweils einem weiteren Mode, – Bestimmen einer ortsabhängigen Hochfrequenzfeldverteilung für mindestens einen der weiteren Moden mithilfe des zugehörigen Magnetresonanzbildes und der Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale im Sendevolumen (22), – Bestimmen von mindestens einem Einstellparameter mittels der Hochfrequenzverteilungen derart, dass bei gleichzeitiger Zuführung des ersten und mindestens einem der weiteren Modenspeisesignale zur Antenneneinheit (5A, 5B, 21) ein wirkendes Hochfrequenzfeld erzeugt wird, das in seiner Homogenität optimiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, – bei dem der erste Mode mit einem intrinsisch T1-abhängigen Messverfahren aufgenommen wird und eine Verteilung eines Einflusses einer T1-Relaxation auf die MR-Signale im Sendevolumen (22) bestimmt wird, – bei dem eine ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilung des ersten Modes unter Berücksichtigung der Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale bestimmt wird, und – bei dem eine ortsabhängige Hochfrequenzfeldverteilung für mindestens einen der weiteren Moden mithilfe des zugehörigen Magnetresonanzbildes und der Verteilung des Einflusses der T1-Relaxation auf die MR-Signale im Sendevolumen (22) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Magnetresonanzbilder mit der gleichen Empfangskonfiguration des Magnetresonanzgeräts aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Einstellparameter die Phase und/oder die Amplitude von einem der Grund- oder Zusatzsendesignale variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstelleinheit (11A, ... 11E) mit den Einstellparametern eingestellt wird.