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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung oder Anpassung eines
Shims zur Homogenisierung eines für die Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen
eines bestimmten Untersuchungsbereichs vorgesehenen Magnetfeldes
einer Magnetresonanzeinrichtung und eine zugehörige Magnetresonanzeinrichtung.
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Das
Magnetfeld in Magnetresonanztomographen weist in aller Regel zunächst Störungen der
Homogenität
auf. Die Gründe
dafür sind
nicht nur produktionsbedingt, sondern auch in den Umgebungsbedingungen
bei der Bildaufnahme bzw. im Untersuchungsraum zu suchen oder durch
die spezifische Aufnahme und das Untersuchungsobjekt selbst bedingt.
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Um
solche Inhomogenitäten
des Magnetfeldes auszugleichen, werden sogenannte Shims verwendet,
bei denen es sich um Spulen oder Stahlstücke und dergleichen handelt,
die im Magnetfeld bzw. in der Nähe
des Magneten platziert werden, um so das Magnetfeld, das durch diesen
erzeugt wird, in der gewünschten
Art und Weise zu beeinflussen.
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Um
für eine
spezielle Aufnahmesequenz einen optimalen Shim zu bestimmen, wird
eine Shimiteration durchgeführt.
In der Folge dieser Iteration werden Kugelfunktionen berechnet,
die in erster Ordnung als sogenannte Gradientenoffsets und in zweiter
Ordnung als sogenannte „Advanced" Shims für einen
in Frage stehenden Untersuchungs- bzw. Aufnahmebereich den geeigneten
Shim, also die Grundlage für
einen Ausgleich von Magnetfeldinhomogenitäten, angeben.
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Um
das Shimvolumen, also den Bereich, für den eine Shimiteration bzw.
-berechnung durchgeführt
werden soll, auszuwählen bzw.
für den
weiteren Untersuchungsverlauf genau anzupassen, ist es bisher üblich, das
rechteckige bzw. quaderförmige
Volumen zur Berechnung des Shims heranzuziehen, das die Gruppen
von erstellten Schichtaufnahmen bzw. zu erstellenden Schichtaufnahmen
einschließt.
Dieser Quader wird dann als sogenanntes Anpassungsshimvolumen (Adjust
Shim Volume) ausgewählt.
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Für fortgeschrittene
Bediener bzw. Nutzer einer entsprechenden Software ist es möglich, die
Position bzw. Ausdehnung des quaderförmigen Anpassungsvolumens neu
zu definieren, wodurch eine Unabhängigkeit der Lage und Orientierung
des Qauders von den Schichtgruppen erreicht werden kann.
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Nichtsdestotrotz
ist bisher das Shimvolumen, also das Volumen, auf dessen Basis der
optimale Shim für
eine durchzuführende
Bildaufnahme bestimmt wird, auf einen quaderförmigen dreidimensionalen bzw.
einen rechteckigen Bereich beschränkt. Daraus ergeben sich bei
verschiedenen Bildaufnahmen Schwierigkeiten, beispielsweise in der
Kardiologie, bei der Bildaufnahmen des Herzens erstellt werden müssen, dessen
Form signifikant von einem Quader abweicht. Wird nun um das Herz
einfach ein Quader gelegt, um den Shim zu bestimmen bzw. optimal
anzupassen, so bedeutet dies, dass in die Berechnung der Kugelfunktionen
beispielsweise Bereiche einbezogen werden müssen, in denen sich kein Herzgewebe
mehr befindet, sondern umgebende Luft oder anderes Gewebe. Durch
derartige Übergänge wird
die Berechnung erschwert.
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Ähnliche
Probleme ergeben sich bei Aufnahmen in anderen Untersuchungsbereichen
wie beispielsweise Aufnahmen der Leber, bei der ebenfalls eine rechteckige
Form bzw. ein Quader nur wenig geeignet ist, die im Wesentlichen
ellipsoide Form der Leber zu erfassen. Auch das Gehirn sowie die
Wirbelsäule
weisen dreidimensionale Ausbildungen auf, die deutlich von einer
Quaderform abweichen.
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Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, das diesbezüglich verbessert ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Bestimmung oder Anpassung eines
Shims zur Homogenisierung eines für die Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen
eines bestimmten Untersuchungsbereichs vorgesehenen Magnetfeldes
einer Magnetresonanzeinrichtung vorgesehen, das die folgenden Schritte
aufweist:
- – Mittels
einer Recheneinrichtung automatische und/oder durch einen Bediener
an einem Bildausgabemittel der Recheneinrichtung unterstützte Ermittlung
eines für
die Bestimmung oder Anpassung des Shims relevanten und auf den Untersuchungsbereich
und/oder ein Untersuchungsprotokoll abgestimmten dreidimensionalen
Volumens durch Auswahl aus einem beliebigen Formenschatz auswählbarer
Volumina und/oder durch Erzeugung eines beliebigen dreidimensionalen
Volumens und
- – seitens
der Recheneinrichtung Berechnung des Shims für das ermittelte dreidimensionale
Volumen.
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Es
wird also zunächst
in Abhängigkeit
vom Untersuchungsbereich bzw. eines seitens eines Bedieners, beispielsweise
eines die Bilddatenaufnahme leitenden technischen Assistenten oder
Naturwissenschaftlers, ausgewählten
Untersuchungsprotokolls ein geeignetes dreidimensionales Volumen
für die vorzunehmende
Shimanpassung ermittelt bzw. bestimmt, das für die der Sequenzvorbereitung
folgende Bildaufnahme ein möglichst
homogenes Magnetfeld aufweisen sollte. Dieses dreidimensionale Volumen
kann vollautomatisch mittels einer Recheneinrichtung aus einem grundsätzlich beliebigen
Formenschatz auswählbarer
Volumina ausgewählt
werden bzw. frei erzeugt werden. Dabei ist bei einer freien Erzeugung
des Volumens zu beachten, dass diese letztlich ebenfalls durch die
zugrunde liegende Verarbeitungs- bzw. Steuerungssoftware, die die
Shimanpassung und gegebenenfalls auch die Bildaufnahme steuert,
be schränkt
wird. Es sind also nur Formen erzeugbar, die diese Software für die spätere Berechnung
des Shims entweder als Erstberechnung bzw. zur Anpassung des Shims
zur Beseitigung letzter Ungenauigkeiten verarbeiten kann.
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Die
Recheneinrichtung kann erfindungsgemäß einerseits eine automatische
Auswahl aus einem beliebigen Formenschatz vornehmen, der beispielsweise
auf der Recheneinrichtung abgespeichert ist und eine Vielzahl dreidimensionaler
Volumina aufweist.
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Hierzu
kann die Recheneinrichtung beispielsweise auf eine Datenbank zugreifen,
die entsprechende Zuordnungen von Untersuchungsprotokollen bzw.
Untersuchungsbereichen zu geeigneten dreidimensionalen Volumina
für die
Shimbestimmung enthält.
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Alternativ
oder ergänzend,
beispielsweise im Rahmen einer Bestätigung der Auswahl oder einer Verfeinerung
der Auswahl, kann ein Bediener über eine
Darstellung bzw. Eingabemöglichkeiten
an einem Bildausgabemittel an der Auswahl des Volumens mitwirken.
Gegebenenfalls kann der Bediener bzw. die Recheneinrichtung anhand
geeigneter Algorithmen das dreidimensionale Volumen beliebig erzeugen,
wobei grundsätzlich
jedes Volumen in Frage kommt.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung ist, dass das zu ermittelnde Volumen
für die
Bestimmung bzw. Anpassung des Shims nicht von vornherein auf bestimmte
Formen beschränkt
ist, also beispielsweise kein Quader sein muss, sondern frei gezeichnet
oder berechnet bzw. aus einem größeren Formenschatz unterschiedlichsten
Volumina ausgewählt
werden kann.
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Nach
einer erfolgreichen Ermittlung des dreidimensionalen Volumens, das
für die
Shimberechnung geeignet erscheint, wird seitens der Recheneinrichtung
abschließend
die Berechnung des Shims für dieses
Volumen durchgeführt.
Das Volumen kann also, da es in Abhängigkeit des Untersuchungsbereichs
bzw. eines ausgewählten
Untersuchungsprotokolls und unter Berücksichti gung seiner Relevanz für die Shimanpassung
bzw. die Bestimmung des Shims ermittelt wurde, besser und effektiver
bestimmt werden, als dies bisher möglich ist. So können Probleme
bei bisherigen Shimanpassungsverfahren durch Shimvolumina mit Bereichen
mit Luft bzw. größeren Inhomogenitäten im Gewebe
vermieden werden.
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Letztlich
ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren
so eine Bildaufnahme mit der Magnetresonanzeinrichtung, die auf
einem optimierten Shim basiert.
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Das
Volumen für
den Shim ist dreidimensional grundsätzlich frei wählbar, kann
aber natürlich ebenso,
wenn dies geeignet erscheint, ein einfacher Quader sein. In jedem
Fall wird der jeweilige Untersuchungsbereich bzw. ein Untersuchungsprotokoll, das
ein Bediener für
die Bildaufnahme ausgewählt hat,
und gegebenenfalls die räumliche
Lage und dergleichen berücksichtigt.
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Ein
entsprechendes System zur Bestimmung oder Anpassung eines Shims
weist dementsprechend eine Recheneinrichtung auf, die zur automatischen
bzw. bedienergestützten
Ermittlung eines für
die Bestimmung oder Anpassung des Shims relevanten und auf den Untersuchungsbereich
bzw. ein Untersuchungsprotokoll abgestimmten dreidimensionalen Volumens
durch Auswahl aus einem beliebigen Formenschatz auswählbarer
Volumina und/oder durch Erzeugung eines beliebigen dreidimensionalen Volumens
ausgebildet ist. Die Recheneinrichtung des Systems ist des Weiteren
zur Berechnung des Shims für
das ermittelte dreidimensionale Volumen ausgebildet.
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Erfindungsgemäß kann ein
dreidimensionales Volumen mit einer von der Ausbildung in den ersten
beiden Raumrichtungen unabhängigen
Ausbildung in der dritten Raumrichtung ermittelt werden. Das Volumen
für die
Shimanpassung beim erfindungsgemäßen Verfahren
ist also grundsätzlich
beliebig wählbar.
Es ist nicht so, dass durch die Formgebung in zwei Raumrichtungen,
also die Auswahl eines zweidimensionalen Querschnitts, bereits der Verlauf
in der dritten Raumrichtung vorgegeben wird. Es ist also beispielsweise
keine Beschränkung
dahingehend gegeben, dass bei der Auswahl einer zweidimensionalen
Grundform in Form eines Kreises nur noch eine Verlängerung
in Form eines Zylindermantels in der dritten Richtung möglich wäre. Vielmehr
kann in der dritten Raumrichtung eine unter Umständen beliebig kompliziert verlaufende
Fläche bzw.
Begrenzung gewählt
werden, beispielsweise derart, dass sich dreidimensional ein Ellipsoid
ergibt.
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Grundlage
für die
Auswahl bzw. Erzeugung der Volumina ist dabei lediglich, dass eine
Berechnung des Shims mit vertretbarem Aufwand möglich ist und insbesondere
die Vorteile, die dadurch entstehen, dass keine Gewebeinhomogenitäten bzw.
größere Bereiche
mit Luft bei der Shimberechnung berücksichtigt werden müssen, nicht
durch eine besonders komplizierte dreidimensionale Form verloren gehen.
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Die
entsprechenden „Task
Cards", die für die Shimanpassung
bzw. Bestimmung vorgesehen sind, wären also im Sinne der Erfindung
so zu realisieren, dass beispielsweise auch eine dreidimensionale
Kugel bzw. ein dreidimensionales Ellipsoid gewählt oder erzeugt werden können.
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Das
dreidimensionale Volumen für
die Bestimmung oder Anpassung des Shims kann aus einer auf der Recheneinrichtung
und/oder einer mit dieser über
eine Datenverbindung verbundenen externen Recheneinrichtung und/oder
auf einer separaten Speichereinrichtung abgelegten Bibliothek eines
Formenschatzes vordefinierter Volumina, insbesondere einer datenbankbasierten
Bibliothek, ermittelt werden.
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Die
Recheneinrichtung kann also beispielsweise zur Ermittlung eines
geeigneten Volumens in einer Bibliothek nachsehen, nachdem gegebenenfalls
eine erste Bildaufnahme, z. B. ein Prescan, mit einer Bildverarbeitung
bearbeitet wurde, um beispielsweise Muster als anatomische Formen
zu erkennen, woraufhin ein Vergleich mit den Formen der Bibliothek
durchge führt
werden kann. Kleinere Bibliotheken können dabei lokal auf einer
Recheneinrichtung, die zur Bedienung eines einzelnen Magnetresonanztomographen
dient, vorgehalten werden. Größere Bibliotheken
von Formenschätzen
können
auf externen Servern oder dergleichen vorgesehen sein. Des Weiteren
können
die Bibliotheken auf transportablen Speichermedien abgelegt sein,
beispielsweise auf CD-ROMs, über
die auch ein Update des vorhandenen Formenschatzes vorgenommen werden
kann. Alternativ kann ein Update bzw. eine Erneuerung des Formenschatzes über einen
Internetzugriff oder dergleichen erfolgen.
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Des
Weiteren kann der Bibliothekszugang mittels der Recheneinrichtung
durch einen Bediener veranlasst oder unterstützt werden, der hierzu beispielsweise
eine entsprechende Softwareoberfläche zur Ansicht erhält, auf
der über
ein Menü der
Zugriff auf die Bibliothek gestartet werden kann bzw., gegebenenfalls
in Abhängigkeit
von einem gewählten
Untersuchungsbereich, eine bestimmte Anzahl von möglichen
Volumina des grundsätzlich
beliebig ausgestalteten Formenschatzes dargestellt wird. Der Bibliothekszugang
kann, unter Umständen
passwortabhängig, über ein
Intranet oder das Internet erfolgen.
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Die
vordefinierten Volumina sind bezüglich ihrer
konkreten Ausgestaltung zunächst
nicht beschränkt.
Vielmehr ist es sinnvoll, dass die Bibliothek unterschiedlichste
Volumina aufweist, die für
unterschiedliche Untersuchungsbereiche bzw. -protokolle eine möglichst
optimale und einen geringern Rechenaufwand erfordernde Bestimmung
oder Anpassung des Shims ermöglicht.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann aus der Bibliothek des Formenschatzes
der vordefinierten Volumina in Abhängigkeit vom Untersuchungsbereich
und/oder einem Untersuchungsprotokoll ein Default-Volumen vorgegeben
werden. Beispielsweise kann für
eine Herzuntersuchung grundsätzlich
ein Ellipsoidvolumen vorgegeben werden. Denkbar ist es darüber hin aus,
dass das Default-Volumen lediglich eine besonders einfache Form
bzw. häufig
verwendete Form für
den jeweiligen Untersuchungsbereich bzw. das Untersuchungsprotokoll
darstellt, die dann in der Folge von Untermenüs oder dergleichen verfeinert
werden kann, z. B. hinsichtlich der Abmessungen oder der Orientierung
im Raum.
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Das
ermittelte vordefinierte Volumen, insbesondere das Default-Volumen,
kann einem Bediener zur interaktiven Anpassung der das Volumen definierenden
Parameter durch den Bediener an dem Bildausgabemittel dargestellt
werden. Dem Bediener wird also vorteilhafterweise graphisch ermöglicht,
die das Volumen definierenden Parameter, beispielsweise die Achsenlänge bei
einem Ellipsoid oder die Lage des Schwerpunkts bzw. eines Kugelmittelpunkts
zu verändern.
Andere Parameter können
die räumliche Ausrichtung
oder Abweichungen von der gewählten Grundform
betreffen. Im Rahmen der interaktiven Anpassung kann auch eine Lageänderung
beispielsweise bei einem Vorschlag eines Volumens in einer Darstellung
einer ersten Aufnahme des Untersuchungsbereichs bzw. anhand einer
Prinzipdarstellung der Anatomie eines Patienten bewirkt werden.
Beispielsweise kann einem Bediener bei einer Kardiosequenz in einer
dreidimensionalen Übersicht
des aufzunehmenden Bereichs ein elliptisches Volumen, beispielsweise
in der Form eines American Footballs, dargestellt werden, bei dem
die drei Achsen und der Schwerpunkt graphisch interaktiv als Nutzerparameter
veränderbar
sind. Hierzu kann der Bediener ein Bedienwerkzeug wie eine Mouse
oder Eingabefelder nutzen, wobei mit der Mouse die Achsen verschoben werden
können
oder das Volumen aufgezogen werden kann bzw. mit Hilfe von Eingabefeldern
Längenvorgaben
in Pixeln oder anderen Maßeinheiten
gemacht werden können.
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Das
vordefinierte Volumen kann somit erfindungsgemäß seitens des Bedieners graphisch und/oder
textbasiert interaktiv angepasst werden, insbesondere in Abhängigkeit
von einem Anklicken mit Hilfe eines Auswahlwerkzeugs und/oder einem Ausfül len und/oder Ändern von
den das Volumen definierenden Parametern zugeordneten Eingabefeldern.
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Der
Benutzer hat somit vielfältige
Möglichkeiten,
das Volumen insbesondere graphisch anzupassen. Selbstverständlich ist
nicht zwangsläufig eine
graphische Darstellung erforderlich. Für geübte Bediener mag es ausreichen,
wenn lediglich die das Volumen definierenden Parameter, also beispielsweise
die Lage eines Mittelpunkts einer Kugel und deren Radius, in einem
Textfeld oder gegebenenfalls in einem Prescan oder dergleichen ausgegeben
werden. Grundsätzlich
ermöglicht
jedoch die graphische Darstellung, insbesondere in einem Übersichtsscan
oder dergleichen, eine besonders einfache und effektive Auswahl
des für
die Shimanpassung geeigneten bzw. relevanten Bereichs, also der
entsprechenden sogenannten „Region
of Interest" für den Shim.
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Des
Weiteren kann erfindungsgemäß in Abhängigkeit
vom Untersuchungsbereich und/oder vom Untersuchungsprotokoll zur
Ermittlung anatomisch relevanter Informationen und/oder zur Bestimmung einer
geeigneten räumlichen
Lage für
ein dreidimensionales Volumen auf auf der Recheneinrichtung und/oder
einer mit dieser über
eine Datenverbindung verbundenen externen Recheneinrichtung und/oder auf
einer separaten Speichereinrichtung abgelegte anatomische Daten,
insbesondere Daten eines Körperatlas
und/oder einer anatomischen Bibliothek, zugegriffen werden. Der
Zugriff kann automatisch durch die Recheneinrichtung bzw. alternativ
oder ergänzend
bedienergestützt
erfolgen. Es können
somit erfindungsgemäß unterschiedliche
anatomische Daten beispielsweise direkt auf der Recheneinrichtung
oder auf einer CD-ROM oder einer DVD bzw. extern auf einem Server
oder dergleichen abgelegt sein, die ebenfalls in die Bestimmung
des Shimvolumens einbezogen werden. Vorteilhafterweise kann es sich
dabei um Daten aus einem Körperatlas
oder einer anatomischen Bibliothek handeln, die u. a. zur Untersuchungsplanung,
beispielsweise zur Bestimmung des Bildaufnahmevolumens, herangezogen
werden. Dies bietet den Vorteil, dass die anatomischen Daten nicht eigens
für die
Be stimmung des Shimvolumens implementiert werden müssen, sondern
bereits vorliegen und über
eine geeignete Schnittstelle in die Shimanpassung einbezogen werden
können.
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Der
Zugriff auf eine anatomische Bibliothek oder einen Atlas ermöglicht es,
beispielsweise über geeignete
Datenbankverknüpfungen,
Beziehungen zwischen Untersuchungsprotokollen und der zugrunde liegenden
anatomischen Struktur und damit einem geeigneten Shimvolumen herzustellen
und dergleichen. Beispielsweise können die anatomisch relevanten
Dimensionen ergänzend
zur grundsätzlichen
Bestimmung einer geeigneten Shimvolumenform beispielsweise als Ellipsoid
durch den Bediener herangezogen werden. In diesem Fall kann aus
den anatomisch relevanten Dimensionen, beispielsweise typischen
Abmessungen der Leber oder dergleichen, eine erste Voreinstellung
der unterschiedlichen Achsen des Ellipsoids abgeleitet werden, wozu
die Recheneinrichtung über
eine geeignete Software verfügt.
Des Weiteren kann anhand des anatomischen Atlas oder einer anatomischen
Bibliothek eine erste geeignete Position für ein Region-of-Interest-Ellipsoid
oder ein anderes Volumen z. B. anhand des gewählten Bildaufnahmeprotokolls,
das den Aufnahmebereich angibt, bestimmt werden. Danach hat der
Bediener dann noch die Möglichkeit,
die vorläufig
bestimmte räumliche
Lage im Rahmen einer Feinabstimmung anzupassen, falls dies gewünscht ist
oder erforderlich scheint. Die anatomische Bibliothek liefert also
beispielsweise die Informationen über die regelmäßige Lage
und Größe des Herzens
in Bildaufnahmen, woraufhin ein erstes Shimvolumen zugeordnet werden
kann.
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Das
dreidimensionale Volumen kann des Weiteren seitens der Recheneinrichtung
mit für
den Untersuchungsbereich und/oder das Untersuchungsprotokoll relevanten
anatomischen Daten, insbesondere Dimensionsdaten, an dem Bildausgabemittel dargestellt
werden. Das dreidimensionale Volumen kann also beispielsweise eingebettet
in die im Rahmen der Bildaufnahme abzudeckende anatomische Umgebung
gezeigt werden, wozu entsprechende Bilder eines anatomischen Atlas
herangezogen werden können.
Bei den Atlasbildern kann es sich dabei bereits um Magnetresonanzaufnahmen
handeln, die als besonders typisch gelten bzw. mit dem gleichen
Protokoll erstellt wurden, das auch für die vorzunehmende Bildaufnahme
ausgewählt
wurde. Zur besseren Übersicht
können
die anatomischen Daten beispielsweise dimensioniert dargestellt
werden, indem Achsen eines Ellipsoids oder eines Zylinders bemaßt werden.
Grundsätzlich
können
die dargestellten anatomischen Informationen alle Daten sein, die
aus einem Atlas oder einer Bibliothek bzw. als ergänzende anatomische
Daten zur Verfügung
stehen oder bezogen werden können,
also auch Zeichnungen, Texte und dergleichen.
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Eine
für ein
dreidimensionales Volumen bestimmte geeignete räumliche Lage kann in Abhängigkeit
von einer Anpassung durch einen Bediener festgelegt werden. Es ist
also möglich,
dass zunächst eine
geeignete dreidimensionale Volumenform in einer ersten Magnetresonanzaufnahme
bzw. einem Bild eines Körperatlas
ungefähr
positioniert wird, woraufhin der Bediener beispielsweise mit einem
Mouseklick eine weitere Anpassung vornimmt. Beispielsweise kann
er eine Kugel vergrößern oder
verkleinern, indem er den Radius auswählt und ein bestimmtes Maß mit der
Mouse anwählt.
Generell können
mit geeigneten Bedienwerkzeugen wie einer Tastatur oder einer Computermouse
oder dergleichen Volumina vergrößert oder
verkleinert bzw. verzerrt oder gestaucht werden und dergleichen.
Gegebenenfalls kann auch eine Feinanpassung automatisch durch eine
Software vorgenommen werden, die hierzu ergänzende Berechnungen durchführt. Dies kann
beispielsweise auf Bildverarbeitungsprogrammen mit einer Muster-
oder Kantenerkennung und ähnlichen
Verfahren beruhen, wobei hiermit Prescans oder ältere Bildaufnahmen des Patienten
bearbeitet werden können.
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Im
Rahmen des Zugriffs auf die anatomischen Daten können für diese vorgesehene Verfahren
zur Bildanalyse und/oder Mustererkennung verwendet werden. Beispielsweise
können
Verfahren bzw. Softwarefunktionen und -routinen verwendet werden,
die eine geeignete bzw. automatische Einstellung, Ausrichtung bzw.
Schichtanordnung für
die Aufnahme der Magnetresonanzauf nahmen ermöglichen und vorgeben. Des Weiteren
können
Segmentierungsverfahren für
die anatomischen Daten verwendet werden, um für eine aufgenommene Struktur den
Bereich, der für
die Shimanpassung relevant ist, abzusondern. Entsprechende Bildanalyseverfahren einer
Software der Recheneinrichtung können
direkt in die Bestimmung eines geeigneten dreidimensionalen Volumens
für den
Shim eingebunden werden, dienen dann also nicht mehr nur der Verarbeitung
der anatomischen Daten bzw. deren Abstimmung mit Bildaufnahmen.
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Insbesondere
kann in einem Formenschatz als dreidimensionales Volumen ein Ellipsoid und/oder
eine Kugel und/oder ein Zylinder vorgesehen werden. Prinzipiell
sind somit unterschiedlichste Volumina möglich und auswählbar. Weiterhin
denkbar ist eine Verwendung unregelmäßiger Formen, beispielsweise
von Volumina, die lediglich grundsätzlich eine zylinderartige
Form aufweisen, bei denen aber der Zylindermantel beispielsweise
eine Einbeulung aufweist. Solche Volumina können ebenfalls bereits in einem
Formenschatz abgespeichert sein. Dabei ist jeweils, vorzugsweise
durch die Recheneinrichtung, abzuwägen, ob die Berechnungsvorteile durch
die genauere Anpassung der Form bei der Wahl komplizierter dreidimensionaler
Volumina noch erhalten bleiben.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung mit
einer Recheneinrichtung, insbesondere einer Recheneinrichtung mit
einem Bildausgabemittel, ausgebildet zur Bestimmung oder Anpassung
eines Shims zur Homogenisierung eines für die Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen
eines bestimmten Untersuchungsbereichs vorgesehenen Magnetfeldes,
welche Magnetresonanzeinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens wie vorstehend
geschildert ausgebildet ist.
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Die
Magnetresonanzeinrichtung bzw. ein entsprechendes System mit einer
Recheneinrichtung und einer zugeordneten Software ist somit dazu
ausgebildet, ein für
die Bestimmung oder Anpassung des Shims relevantes dreidimensionales
Volumen, das auf einen Untersuchungsbereich bzw. ein Untersuchungsproto koll
abgestimmt ist, das bedienerseitig vorgegeben wurde bzw. der Recheneinrichtung
vorliegt, zu ermitteln. Zur Bestimmung des dreidimensionalen Volumens
kann dieses aus einem beliebigen Formenschatz auswählbarer
Volumina ausgewählt bzw.
grundsätzlich
frei bzw. beliebig erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist die
Recheneinrichtung bzw. ein Speichermittel des Systems bzw. der Magnetresonanzeinrichtung
mit einer Bibliothek ausgestattet, die einen geeigneten Formenschatz
dreidimensionaler Volumina enthält,
und/oder hat Zugriff auf eine solche Bibliothek. Die Bibliothek
kann dabei Datenbankfunktionalitäten
aufweisen, die eine Zuordnung bestimmter Aufnahmeprotokolle, die
z. B. in der Recheneinrichtung gespeichert sind, zu geeigneten Volumina
oder dergleichen ermöglichen.
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Andererseits
ist es ebenso möglich,
dass das Volumen mit einem Bedienwerkzeug wie einer Mouse, die mit
einer entsprechenden Bildbearbeitungssoftware gekoppelt ist, gezeichnet
bzw. entworfen wird. Beispielsweise kann das Volumen in eine bereits
vorliegende Magnetresonanzaufnahme des aktuell für die Aufnahme vorgesehenen
Bereichs eingezeichnet werden.
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Des
Weiteren kann mittels der Recheneinrichtung auf Formen in einem
Körperatlas
oder andere anatomische Daten zurückgegriffen werden. Es wird
also durch eine Kombination anatomischer Daten und vordefinierter,
nicht zwangsläufig
quaderförmiger,
Regions of Interest für
den Shim eine Verbesserung des Shims sowie ein schnellerer Ablauf
des Workflows vor dem eigentlichen Scan ermöglicht. Durch die Berücksichtigung
anatomischer Daten kann beispielsweise eine für Kardioaufnahmen geeignete
Ellipsenform bzw. Ellipsoidform von einer Ellipsenform für Leberaufnahmen
abgegrenzt werden, die unterschiedliche Parameter hinsichtlich der
Größe, den
Achsenverhältnissen
und der Orientierung zu derjenigen für die Kardioaufnahmen aufweist.
Für die
Bildgebung bei Aufnahmen des Gehirns kann aus dem anatomischen Atlas
oder einer anatomischen Bibliothek ein weiterer Satz von Ellipsoidparametern abgeleitet
bzw. anhand dieses oder dieser zur Verfügung gestellt werden. Bei Aufnahmen
der Wirbelsäule
ist ein langer dünner
Zylinder besonders geeignet. So wird es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung bzw.
dem Verfahren oder System möglich,
für nahezu jeden
Untersuchungsbereich, der mit Magnetresonanzaufnahmen erfasst werden
kann, für
den also ein Aufnahmeprotokoll existiert oder definiert werden kann,
ein vordefiniertes besonders geeignetes dreidimensionales Volumen
vorzugeben bzw. für
die Bildaufnahme geeignet zu erzeugen. Insbesondere die Kombination
mit den anatomischen Daten vereinfacht den Arbeitsaufwand erheblich,
da dies ermöglicht,
anhand dieser Daten bereits weitgehend passende Volumina bereitzustellen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand
der vorliegenden Ausführungsbeispiele
sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Ablaufskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung,
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3 u. 4 eine
Darstellung zur Volumenermittlung für einen Shim bei kardiologischen
Aufnahmen,
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5 eine
Darstellung zur dreidimensionalen Volumenermittlung für einen
Shim bei Aufnahmen des Gehirns und
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6 eine
Skizze zur Volumenermittlung in Abhängigkeit eines Untersuchungsprotokolls
sowie anatomischer Daten.
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In
der 1 ist eine Ablaufskizze eines erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Dabei werden, wie in den Kästchen a bzw. b dargestellt
ist, seitens einer Recheneinrichtung automatisch bzw. durch die
Recheneinrichtung und unterstützt
durch einen Bediener, der an einem Bildausgabemittel sitzt, für die Bestimmung
oder Anpassung des Shims geeignete 3D- Volumina aus einem beliebigen Formenschatz
auswählbarer
Volumina ausgewählt
bzw. beliebig erzeugt. Das ausgewählte oder erzeugte ermittelte
dreidimensionale Volumen ist dabei ein für die Bestimmung oder Anpassung
des Shims im Hinblick auf den fraglichen Bildaufnahmebereich relevantes Volumen,
das auf den Untersuchungsbereich bzw. ein Untersuchungsprotokoll
abgestimmt ist.
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Anhand
des ermittelten dreidimensionalen Volumens, das auch durch eine
Kombination einer Auswahl aus bestehenden Volumina bzw. einer Erzeugung
eines Volumens, beispielsweise im Rahmen einer Nachbearbeitung eines
ausgewählten
Volumens, ermittelt worden sein kann, wird der Shim berechnet. Hierzu
wird eine Berechnung der zugrunde liegenden Kugelfunktionen erster
und zweiter Ordnung durchgeführt.
Diese Berechnung wird durch die erfindungsgemäße Auswahl eines optimal angepassten
Volumens erleichtert, da bei einem angepassten Volumen keine größeren Bereiche
mit Luft bzw. Inhomogenitäten
für die
Region of Interest für
die Anpassung in Kauf genommen werden müssen. Nach der Berechnung des
Shims gemäß dem Kästchen c
der Ablaufskizze können
gegebenenfalls, wie im Kästchen
d fakultativ angedeutet, die gewünschten
Magnetresonanzaufnahmen erstellt werden. Vorher sind die entsprechenden
Shimmaßnahmen
gemäß dem Berechnungsergebnis
durch aktives und/oder passives Shimming zu ergreifen.
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Der
Auswahl des 3D-Volumens gemäß dem Kästchen a
bzw. der Erzeugung des 3D-Volumens gemäß dem Kästchen b kann bereits eine
Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen gemäß dem Kästchen e, das zur Andeutung
seines fakultativen Charakters gestrichelt gezeichnet ist, vorausgehen.
Es können
also bereits eine erste Übersichtsaufnahme oder
ein Prescan bzw. eine ältere
Aufnahme vorliegen.
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Eine
solche Übersichtsaufnahme
kann gegebenenfalls, ebenfalls fakultativ, durch anatomische Daten
gemäß dem Kästchen f
aus einem Atlas oder einer anatomischen Bibliothek oder dergleichen
ersetzt werden.
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Die
anatomischen Daten gemäß dem Kästchen f
können
in die Auswahl des 3D-Volumens bzw. die Volumenerzeugung gemäß den Kästchen a
und b einfließen,
beispielsweise insofern, als dass in Abhängigkeit von einem Untersuchungsprotokoll,
das seitens eines Bedieners angewählt wurde, bestimmte anatomische
Daten aus dem Bildatlas ausgewählt werden,
die mit Hilfe einer Datenbank geeigneten Volumina einer Bibliothek
von 3D-Volumina
zugeordnet werden. Es kann also bereits anhand eines anatomischen
Atlas ein vordefiniertes Volumen angegeben bzw. ausgewählt werden.
Dieses Volumen kann in der Folge durch einen Nutzer gemäß dem Kästchen b
weiter angepasst werden, so dass in diesem Sinne eine Erzeugung
des dreidimensionalen Volumens als Nachbearbeitung vorgenommen wird.
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Die
Auswahl der 3D-Volumina gemäß dem Kästchen a
kann unterstützt
werden durch eine Bibliothek vorgegebener 3D-Volumina gemäß dem Kästchen g.
Diese Bibliothek enthält
dabei Volumina, die durch die Untersuchungsbereiche bzw. Untersuchungsprotokolle
bestimmt sind, also nicht grundsätzlich
auf bestimmte Formen wie Quader oder dergleichen beschränkt sind.
Die Volumina sind grundsätzlich
beliebig, so dass die Bibliothek einen in diesem Sinne beliebigen
Formenschatz aufweist, der zweckmäßigerweise Ellipsoidformen
oder Kugeln, aber auch Zylinder, die beispielsweise für Wirbelsäulenaufnahmen
besonders lang gezogen sind, enthält.
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Durch
die anatomischen Daten im Zusammenhang mit der Bibliothek der vordefinierten
3D-Volumina gemäß den Kästchen f
und g kann ein 3D-Volumen mit einer geeigneten Größe und Orientierung und
an der richtigen Position, beispielsweise gegeben durch bzw. eingetragen
in ein anatomisches Bild des Untersuchungsbereichs, vorgegeben werden. Hierzu
sind vorteilhafterweise nicht nur die Bibliotheksdaten bzw. die
anatomischen Daten gemäß den Kästchen g
und f jeweils über
eine Datenbank organisiert, sondern es besteht eine zugrunde liegende Datenbank,
die eine Verknüpfung
zwischen den Bibliotheksvolumina und den anatomischen Daten zur optimalen
Auswahl des zur Anpassung des Shims geeigneten 3D-Volumens ermöglicht.
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Folglich
wird die Shimberechnung erfindungsgemäß nicht mehr durch ein starres
quaderförmiges
Volumen bestimmt, so dass es möglich
wird, die Berechnung gegebenenfalls zu vereinfachen, den berechneten
Shim zu verbessern und den Arbeitsablauf vor der eigentlichen Bildaufnahme,
also im Pre-Scan-Bereich, schneller zu gestalten.
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Die 2 zeigt
eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung 1.
Die Magnetresonanzeinrichtung 1 weist einen Magnetresonanztomographen 2 auf,
in den ein Patient 3 auf einer Patientenliege 4 eingebracht
wird. Mittels des Magnetresonanztomographen 2 ist die Erstellung
von Bildaufnahmen möglich.
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Des
Weiteren weist die Magnetresonanzeinrichtung 1 eine Recheneinrichtung 5 auf,
die ihrerseits aus dem eigentlichen Rechenmittel 6 sowie
einem Bildausgabemittel 7 besteht. Das Bildausgabemittel 7 ist
mit einer Tastatur 7a sowie einem Bedienwerkzeug 7b versehen,
um einem Bediener 8 eine Interaktion mittels einer Software,
die auf der Recheneinrichtung 5 bzw. extern zum Zugriff
abgelegt ist, zu ermöglichen.
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Des
Weiteren hat die Recheneinrichtung 5 Zugriff auf eine Bibliothek
eines Formenschatzes vordefinierter dreidimensionaler Volumina für eine Bestimmung
bzw. Anpassung eines Shims zur Homogenisierung des Magnetfeldes
des Magnetresonanztomographen 2. Ebenfalls zum Zugriff
durch die Recheneinrichtung 5 stehen anatomische Daten
bereit, die mit der Bibliothek der dreidimensionalen Volumina über Datenbankfunktionalitäten verknüpft sind. Vorliegend
sind die Bibliothek ebenso wie die anatomischen Daten zum Zugriff
auf der Recheneinrichtung 5 selbst abgelegt. Denkbar ist
ebenso eine Ausgestaltung, bei der die Bibliothek und/oder die anatomischen
Daten nicht lokal, sondern extern zum Zugriff durch die Recheneinrichtung 5 zur
Verfügung
gestellt werden, beispielsweise auf einem externen Server eines
Dienstanbieters.
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Der
Bediener 8, bei dem es sich vorliegend um einen technischen
Assistenten handelt, gibt nun mit Hilfe einer auf dem Bildausgabemittel 7 dargestellten
Softwareoberfläche
und durch Verwendung der Tastatur 7a sowie des Bedienwerkzeugs 7b eine gewünschte Untersuchung
bzw. ein Untersuchungsprotokoll zur Bilddatenaufnahme in einem Untersuchungsbereich
des Patienten 3 an. Hieraufhin ermittelt die Recheneinrichtung 5,
die hierzu über
eine geeignete Software verfügt,
automatisch unter Verwendung der Bibliothek sowie der anatomischen
Daten einen für
die Bestimmung des Shims geeigneten dreidimensionalen Bereich, also
ein dreidimensionales Volumen, das dem Bediener 8 am Bildausgabemittel 7 im
anatomischen Kontext des jeweiligen Untersuchungsprotokolls angezeigt
wird. Der Bediener 8 hat nun die Möglichkeit, das Shimvolumen
im Rahmen einer Feinanpassung über
die Tastatur 7a sowie das Bedienwerkzeug 7b optimal
anzupassen. Alternativ kann der Vorgang nach einer anfänglichen
Registrierung des Patienten vollautomatisch ablaufen.
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Im
vorliegenden Fall soll eine Gehirnuntersuchung durchgeführt werden,
so dass dem Bediener 8 seitens der Recheneinrichtung 5 ein
ellipsoidförmiges
dreidimensionales Volumen vorgeschlagen wird, das er unter Berücksichtigung
der spezifischen Anatomie des Patienten 3 weiter anpassen
kann, falls dies nötig
ist. Hierzu kann er auf erste Scanaufnahmen des Patienten 3 bzw.
Aufnahmen und Ergebnisse anderer Untersuchungen auf die Recheneinrichtung
zurückgreifen,
also auf anatomische Daten im weitesten Sinne. Des Weiteren kann
die Feinabstimmung des Shimvolumens in Abhängigkeit von der spezifischen
diagnostischen Fragestellung erfolgen.
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Somit
ist es mit der erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 1 möglich, das
Shimvolumen für
eine Anpassung bzw. ersten Bestimmung des Shims zur Homogenisierung
des Magnetfeldes des Magnetresonanztomographen 2 optimal
an den in Frage stehenden Untersuchungsbereich des Patienten 3 anzupassen,
um so nicht nur eine bessere Homogenisierung des Magnetfeldes, son dern
auch einen schnelleren Ablauf der Vorbereitungen der eigentlichen
Bildaufnahme mit der Magnetresonanzeinrichtung 1 zu erreichen.
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In
den 3 und 4 ist jeweils eine Darstellung
zur Volumenermittlung für
einen Shim bei kardiologischen Aufnahmen gezeigt. Die 3 zeigt zunächst eine
zweidimensionale Bilddarstellung 9, in der das Herz 10 gezeigt
ist. Des Weiteren sind verschiedene Schichten durch Linien 11 angedeutet,
bei denen es sich um die Schichten einer ersten Scanaufnahme mittels
eines Magnetresonanztomographen handelt. Während es bei bisherigen Verfahren üblich war,
einfach diese Schichtgruppen zu nehmen und ein rechteckiges bzw.
quaderförmiges
Volumen zu definieren, das diese umschließt, das dann für die Shimanpassung
verwendet wird, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren eine auf die
Form des jeweiligen Untersuchungsbereichs abgestimmte Bestimmung des
Shimanpassungsvolumens möglich.
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Hierzu
wird vorliegend seitens einer Recheneinrichtung aus einer Bibliothek
ein Ellipsoid 12 vorgeschlagen, das bezüglich seiner Größe und Orientierung
an die Form des Herzens 10 angepasst ist.
-
Dabei
ist das Herz 10 in der Darstellung der 3 lediglich
zweidimensional gezeigt. Die Bilddarstellung 13 der 4 zeigt
demgegenüber
ebenfalls zweidimensional eine Ansicht des Herzens 10 entlang
der Achse 12a des Ellipsoids und senkrecht zur Darstellung
der 3. Auch hier ist wiederum das Ellipsoid 12 eingezeichnet,
das auch in dieser Projektion bezüglich seiner Orientierung und
Größe an die Form
des Herzens 10 angepasst ist.
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Des
Weiteren sind die Achsen des Ellipsoids 12, die die Bezugszeichen 12a–12c tragen,
dargestellt. Für
die Bestimmung der prinzipiellen Form des Ellipsoids 12 sowie
der Anordnung bezüglich
des Herzens 10 greift die Recheneinrichtung auf eine Bibliothek
eines Formenschatzes dreidimensionaler Formen zu, die mit anatomischen
Daten verlinkt ist. Eine Feinabstim mung kann durch einen Bediener, der
hierzu beispielsweise an einem Bildschirm mit einem Mousepfeil 14 arbeitet,
vorgenommen werden. So kann der Bediener beispielsweise den Schwerpunkt 12d des
Ellipsoids 12 etwas verschieben oder die Länge der
einzelnen Achsen 12a–12c anpassen, etwa
indem er in ein hier nicht dargestelltes Eingabefeld die gewünschte Achsenlänge eingibt
oder mit dem Mousepfeil 14 die entsprechenden Achsen 12a–12c anklickt
bzw. in die Länge
zieht oder verkürzt.
-
In
der 5 ist eine dreidimensionale Volumenermittlung
für einen
Shim bei Aufnahmen des Gehirns 15 gezeigt. Das Gehirn 15,
das in der Bilddarstellung 16 der 5 gezeigt
ist, ist in einer dreidimensionalen Ansicht zu sehen, wobei sich
im Bereich unten rechts in der Ansicht des Gehirns 15 ein Tumor 17 befindet.
Dieser Tumor 17 soll im Rahmen der Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen
untersucht werden.
-
Um
für die
geplante Untersuchung den Shim des Magnetresonanztomographen anzupassen,
wird ein Shimanpassungsvolumen 18 seitens eines Bedieners
definiert, bei dem es sich vorliegend um eine Kugel mit dem Mittelpunkt 18a sowie
dem Radius 18b handelt. Diese Kugel wird seitens des Bedieners aus
einem von einer Recheneinrichtung bzw. der Software einer Recheneinrichtung
bereitgestellten Menü 19 unterschiedlicher
dreidimensionaler Volumina ausgewählt. Die Bereitstellung der
unterschiedlichen Volumina im Menü 19 seitens der Recheneinrichtung
wird durch Zugriff auf eine Bibliothek dreidimensionaler Volumina,
die mit Daten über
Untersuchungsprotokolle sowie die zugrunde liegenden Anatomien verlinkt
ist, ermöglicht.
Aus dem Menü 19,
das nach einer durch die Recheneinrichtung durchgeführten Vorauswahl
in Abhängigkeit
vom Untersuchungsprotokoll gestaltet wurde, wählt der Nutzer nun die Kugelform,
die für
die Erfassung des Tumors 17 besonders geeignet ist, und
legt so das Shimvolumen fest.
-
In
der 6 ist eine Skizze zur Volumenermittlung in Abhängigkeit
eines Untersuchungsprotokolls sowie anatomischer Da ten gezeigt.
Die Bilddarstellung 20 der 6 zeigt
zunächst
ein Eingabefeld 21, in das ein Nutzer ein gewünschtes
Untersuchungsprotokoll für
eine Magnetresonanzaufnahme eingegeben hat. Vom Untersuchungsprotokoll
gemäß dem Eingabefeld 21 wird
nun eine Verbindung zu anatomischen Daten hergestellt, wobei die
als relevant erkannten anatomischen Daten dargestellt werden, hier
angedeutet durch das Menüfeld 22.
Die Pfeile 23 zeigen dabei den Zusammenhang zwischen dem
Eingabefeld 21 für
das Untersuchungsprotokoll und dem Menüfeld 22 für die anatomischen Daten,
derart, dass zwischen dem Untersuchungsprotokoll gemäß dem Eingabefeld 21 und
den anatomischen Daten gemäß dem Menüfeld 22 eine
Abhängigkeit
besteht, so dass nicht nur das Untersuchungsprotokoll, sondern auch
die anatomischen Daten zur Bestimmung des in der Darstellung 24 gezeigten
dreidimensionalen Shimvolumens 25, bei dem es sich um einen
lang gezogenen Zylinder handelt, herangezogen werden bzw. miteinander
verknüpft
werden.
-
Ein
derartiger lang gezogener Zylinder als dreidimensionales Shimvolumen 25 ist
insbesondere für
Wirbelsäulenaufnahmen
geeignet. Hierbei werden dem Nutzer im Menüfeld 22 gegebenenfalls
ergänzend
zur Darstellung anatomischer Daten weitere Volumina angeboten bzw.
Hintergrundinformationen zu den anatomischen Daten bereitgestellt,
die ihn bei der folgenden Bilddatenaufnahme und beim Auffinden des
richtigen Shimvolumens unterstützen
können.
Das dreidimensionale Shimvolumen 25, das unter Berücksichtigung
des Untersuchungsprotokolls gemäß dem Eingabefeld 21 sowie
der anatomischen Daten gemäß dem Menüfeld 22 ermittelt
wurde, lässt sich
seitens eines Nutzers zur abschließenden Festlegung des geeigneten
Volumens, so dies gewünscht ist,
weiter anpassen. Dies ist durch den Mousepfeil 26 angedeutet,
der eine Änderung
der Länge
des Zylinders sowie eine Änderung
des Durchmessers der kreisförmigen
Querschnittsfläche
erlaubt, wie hier durch die Pfeile 27 und 28 angedeutet
ist. Alternativ oder ergänzend
kann eine Anpassung des dreidimensionalen Shimvolumens 25 durch
Tastatureingaben oder dergleichen erfolgen.
-
In
jedem Fall lässt
sich das Shimvolumen ohne Beschränkungen
der Volumenform, insbesondere ohne eine Beschränkung auf ein quaderförmiges Volumen,
an den Untersuchungsbereich bzw. das Untersuchungsprotokoll optimal
anpassen, wodurch die Berechnung des Shims verbessert und beschleunigt
werden kann.
-
- 1
- Magnetresonanzeinrichtung
- 2
- Magnetresonanztomograph
- 3
- Patient
- 4
- Patientenliege
- 5
- Recheneinrichtung
- 6
- Rechenmittel
- 7
- Bildausgabemittel
- 7a
- Tastatur
- 7b
- Bedienwerkzeug
- 8
- Bediener
- 9
- Bilddarstellung
- 10
- Herz
- 11
- Linien
- 12
- Ellipsoid
- 12a
- Achse
- 12b
- Achse
- 12c
- Achse
- 12d
- Schwerpunkt
- 13
- Bilddarstellung
- 14
- Mousepfeil
- 15
- Gehirn
- 16
- Bilddarstellung
- 17
- Tumor
- 18
- Shimanpassungsvolumen
- 18a
- Mittelpunkt
- 18b
- Radius
- 19
- Menü
- 20
- Bilddarstellung
- 21
- Eingabefeld
- 22
- Menüfeld
- 23
- Pfeil
- 24
- Darstellung
- 25
- Shimvolumen
- 26
- Mousepfeil
- 27
- Pfeil
- 28
- Pfeil
- a–g
- Kästchen