DE102008044827B3

DE102008044827B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz für einen Magnetresonanz-Scanner, die auf einem Zeitraster des Magnetresonanz-Scanners ausführbar ist

Info

Publication number: DE102008044827B3
Application number: DE102008044827A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Heid; Thomas Kluge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: CN101661088B; US8115484B2; JP5441568B2; CN101661088A; US20100052678A1; JP2010051803A

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Bereitstellung einer zeitrasterangepassten Messsequenz, die unmittelbar auf dem Zeitraster eines Magnetresonanz (MR)-Scanners ausgeführt werden kann. Das Verfahren geht aus von einer Folge von Zeitscheiben, die in ihrer Gesamtheit eine Messsequenz darstellen. Dabei sind die vorgegebenen Zeitscheiben nicht notwendig von geeigneter Länge, um unmittelbar auf das Zeitraster des MR-Scanners übersetzt zu werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt diese Umsetzung automatisch und stellt zudem sicher, dass globale Eigenschaften der Messsequenz erhalten bleiben. Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht die Programmierung von Messsequenzen für die MR. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren Voraussetzung für die unmittelbare Verwendung von einem Solver ermittelten Timingwerten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Vorrichtung ausgebildet sein, sowie auch als Computerprogrammprodukt oder ein System.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz für einen Magnetresonanz-Scanner (kurz auch MR-Scanner), die auf einem Zeitraster des Magnetresonanz-Scanners ausführbar ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung also darauf, vorgegebene Zeitscheiben einer Messsequenz so zu übersetzen, dass sie auf dem Zeitraster eines Magnetresonanz-Scanners ausgeführt werden können.
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Steuerung von Magnetresonanz-Scannern und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz für einen Magnetresonanz-Scanner, die auf einem Zeitraster des Magnetresonanz-Scanners ausführbar ist, ausgehend von einer vorgegebenen Messsequenz, wobei die vorgegebene Messsequenz eine Folge von vorgegebenen Zeitscheiben umfasst, denen jeweils eine beliebige Länge und eine Pulsform zugeordnet sind.
Magnetresonanz-Scanner sind heute fester Bestandteil der klinischen Routine zur Untersuchung von Patienten in Krankenhäusern. Daneben können Magnetresonanz-Scanner auch zur Untersuchung von Tieren oder biologischen Proben verwendet werden. Magnetresonanz oder auch Kernspinresonanz als bildgebendes Verfahren, wurde in den 80er Jahren entdeckt. Im Wesentlichen ist dieses Verfahren empfindlich auf die Beweglichkeit von Wasser im Gewebe, wie etwa dem menschlichen Körper.
Zum Erzeugen von Magnetresonanz-Bildern in einem MR-Scanner bedarf es eines exakten zeitlichen Ablaufs zwischen der hochfrequenten Anregung der Spins, der Ortskodierung, sowie der Detektion der resonanten Antwort der Spins. Der zeitliche Ablauf von Anregung, Präparation und Detektion wird Pulssequenz bzw. Messsequenz genannt. Die Messsequenz besteht aus einer Folge von Zeitscheiben, wobei jede der Zeitscheiben eine bestimmte Länge hat und jeder Zeitscheibe mindestens ein Puls mit einer Pulsform zugeordnet ist. Jeder der Zeitscheiben kann jeweils ein Typ aus der Menge: Sendetyp zum Senden eines Hochfrequenz-(HF-)Pulses und/oder Empfangstyp zum Detektieren der resonanten Antwort der Kernspins als HF-Signal und Warptyp (WT) zum Präparieren der Kernspins zugeordnet werden. Bei den Sendetypen ist noch zu unterschieden zwischen einem Anregungspuls zum Anregen der Kernspins und einem Refokussierungspuls zum Refokussieren der Kernspins. Es ist durchaus möglich, dass ein gesendeter HF-Puls sowohl zum Refokussieren als auch zum Anregen der Kernspins dient. In diesem Zusammenhang sei insbesondere auf stimulierte Echo-Signale verwiesen, für deren Entstehung HF-Pulse sowohl zur Anregung als auch zur Refokussierung der Kernspins dienen. Eine gute Einführung zur Echoentstehung ist gegeben in Hennig, J. „Echoes – How to Generate, Recognize, Use or Avoid them in MR-Imaging Sequences” in Concepts in Magnetic Resonance 3 (1991), S. 125–143.
Über die Jahre wurden eine Vielzahl von MR-Sequenzen bzw. Messsequenzen entwickelt, die ganz unterschiedlichen Zwecken dienen. So ist es z. B. möglich, durch die geeignete Wahl einer Messsequenz den Kontrast eines Bildes entscheidend zu beeinflussen. Die Präparation des Spinsystems z. B. mittels HF-Pulsen, Gradientenpulsen, Wartezeiten und so weiter hat also entscheidenden Einfluss auf die Qualität und Eigenschaft des erhaltenen Magnetresonanz-Bildes.
Das Erstellen oder die Programmierung der Messsequenz bedarf eines hohen Maßes an Fachwissen, aufgrund des empfindlichen Zusammenhangs zwischen Zeitabläufen (auch Timingbedingungen) und den einzelnen Pulsen in den Zeitscheiben der Messsequenz. Das Entwickeln der Messsequenzen hat sich zu einem eigenen Bereich der MR-Physik entwickelt und es gibt eine Vielzahl von Parametern, die schließlich die Eigenschaft des Bildes bestimmen.
Heutzutage werden durchaus komplexe MR-Sequenzen verwendet, die es z. B. ermöglichen, Bilder aus dem Inneren des Körpers in Echtzeit, etwa vom schlagenden Herzen, zu erhalten. Die Programmierung solcher Messsequenzen verlangt vom Sequenzenprogrammierer die Berücksichtigung einer Vielzahl von Bedingungen. Insbesondere verfügt ein Magnetresonanz-Scanner über mindestens ein Zeitraster, zu dem Ereignisse stattfinden können, z. B. Zeitscheiben mit Pulsen beginnen und/oder enden.
Das bedeutet: Alle Ereignisse innerhalb der Messsequenz sind für die Ausführung auf dem MR-Scanner einem solchen Zeitraster unterworfen. Es ist darüber hinaus in der Regel so, dass ein MR-Scanner mehrere unterschiedlich grobe Zeitraster umfasst: ein gröberes für die Gradientensysteme und ein feineres für die Hochfrequenzsysteme (kurz HF-Systeme). Um sicherzustellen, dass Pulse und Ereignisse innerhalb einer Messsequenz einerseits die engen physikalisch vorgegebenen zeitlichen Bedingungen erfüllen und/oder auf das Raster eines Magnetresonanz-Scanners passen, ist Geschick und viel Aufwand von einem Sequenzprogrammierer erforderlich.
Bisher wacht allein der Sequenzprogrammierer darüber, dass Timingbedingungen, wie sie durch das physikalische Verhalten der Kernspins vorgegeben sind, eingehalten werden.
Im Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Methoden zur Anwendung für für MR-Anlagen bekannt. So zeigen die US 5,519,320 A , die DE 10 2006 034 397 B3 , die US 4,707,661 , die US 5,144,242 A und die WO 2007/121020 A1 Ansätze, um Ablaufsteuerungen für MR-Anlagen zu modifizieren und zu verbessern. Darüber hinaus beschreiben die EP 0 974 881 A2 eine Technik für die Sequenzprogrammierung und die US 6,320,380 B1 die Verwendung einer zusätzlichen Phasenencodierung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mittels des vorgeschlagenen Verfahrens die Messsequenzprogrammierung zu vereinfachen und qualitativ zu verbessern. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt ein automatisches Übersetzen von vorgegebenen Zeitdauern zum Senden eines HF-Pulses und/oder Empfangen eines HF-Signals, so dass diese Zeitdauer auf das Raster eines Magnetresonanz-Scanners passt. Das heißt, vorgegebene Werte für die Zeitdauer des Sende- und/oder Empfangsfenster, die per se nicht auf das Zeitraster des Magnetresonanz-Scanners passen, werden durch das vorgeschlagene Verfahren so modifiziert, dass einerseits die exakt vorgegebenen Timingzusammenhänge zwischen einzelnen Zeitscheiben erhalten bleiben und gleichzeitig die Messsequenz auf dem Zeitraster des MR-Scanners als eine zeitrasterangepasste Messsequenz ausgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird durch die jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Nachstehend wird die Lösung der Aufgabe in Bezug auf das Verfahren beschrieben, hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile, oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten: es können auch die gegenständlichen Ansprüche (die auf ein System, ein Computerprodukt, einen Scanner und eine Vorrichtung gerichtet sind) mit den Merkmalen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben und/oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardwaremodule des Systems bzw. der Vorrichtung, ausgebildet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz für einen Magnetresonanz-Scanner, die auf einem Zeitraster des Magnetresonanz-Scanners ausführbar ist, ausgehend von einer vorgegebenen Messsequenz, wobei die vorgegebene Messsequenz eine Folge von Zeitscheiben beliebiger Länge vom Sendetyp und/oder Emp fangstyp umfasst, und jeder Zeitscheibe eine Zeitdauer T_x zugeordnet ist, wobei die Zeitdauer T_x das Sende- und/oder Empfangsfenster beschreibt, zu dem jeweils ein Hochfrequenzpuls (HF-Puls) der Pulsform P_x gesendet und/oder ein HF-Signal empfangen wird;
und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Bereitstellen der vorgegebenen Messsequenz,
– Bestimmen des Zeitrasters des MR-Scanners,
– Bestimmen von Optimierungskriterien für ein Verkürzen der Zeitdauern T_x für jeweils jede der Zeitscheiben;
– Verkürzen jeder der Zeitdauern T_x der Zeitscheiben auf jeweils eine verkürzte Zeitdauer T_xi, wobei jede der verkürzten Zeitdauern T_xi ohne Rest auf das bestimmte Zeitraster passt und vollständig innerhalb der Zeitdauer T_x liegt und optional die Optimierungskriterien erfüllt;
– Erzeugen der zeitrasterangepassten Messsequenz, wobei für jede der Zeitscheiben die Zeitdauer T_x durch die verkürzte Zeitdauer T_xi ersetzt wird, und wobei globale Eigenschaften der Messsequenz bei Ausführung der zeitrasterangepassten Messsequenz erhalten bleiben.

Unter Messsequenz sei im Zusammenhang mit dieser Offenbarung eine Abfolge von Zeitscheiben beliebiger Länge verstanden, wobei die vorgegebene Länge nicht notwendigerweise auf ein Zeitraster des MR-Scanners passt. Die Abfolge von Zeitscheiben einer Messsequenz führt, wenn sie auf einem MR-Scanner ausgeführt wird, zu einem Bild aus dem Inneren des Körpers des Patienten. In einer Messsequenz werden Zeitscheiben nahtlos aneinandergefügt. Das erfindungsgemäße Verfahren variiert lediglich Eigenschaften jener Zeitscheiben vom Sendetyp und/oder Empfangstyp, also solchen Zeitscheiben, mit denen ein HF-Puls der Pulsform P_x gesendet und/oder ein HF-Signal empfangen wird.
Die Zeitdauer T_x bezeichnet das Sende- und/oder Empfangsfenster, zu dem jeweils ein HF-Puls einer Pulsform P_x gesendet und/oder ein HF-Signal empfangen wird.
Der Begriff Zeitraster basiert auf dem minimalen Abstand von Ereignissen – auch minimaler Zeitrasterabstand –, die der Scanner unterscheiden kann. Dies ist z. B. für Gradientensysteme das Schalten eines ansteigenden Gradienten oder für das HF-System das Aussenden eines HF-Pulses oder das Empfangen einer Antwort aus der Probe.
Die Länge einer Zeitscheibe liegt typischerweise im Bereich von Millisekunden. Für einen Gradientenpuls ist die Pulsdauer in der Regel nicht länger als z. B. 30 ms. Darüber hinaus ist jeder Zeitscheibe eine Pulsform P_x zugeordnet. Die Pulsform beschreibt die Amplitude und den zeitlichen Verlauf eines Pulses, wie z. B. eines Gradientenpulses oder eines HF-Anregungspulses. So können Gradientenpulse z. B. trapezförmig sein, mit vorgegebener Dauer und/oder einer vorgegebenen Flankensteilheit. Hochfrequenzpulse können z. B. eine Sinc(x)-Form haben. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine Pulssequenz eine Zeitscheibe enthält, der eine leere Pulsform zugeordnet ist. Eine leere Pulsform zeichnet sich dadurch aus, dass über die gesamte Länge die Amplitude des Pulses 0 ist. D. h. es wird eben kein Puls ausgeführt, sondern stattdessen gewartet.
In der Regel wird eine Messsequenz als Folge von Zeitscheiben vorgeben, die nicht notwendig auf das Zeitraster des MR-Scanners passen. Erfindungsgemäß kann eine (eigentlich unbrauchbare) nicht passende Messsequenz dennoch verwendet und zur Ausführung auf dem MR-Gerät gebraucht werden.
Unter zeitrasterangepasster Messsequenz soll eine solche Messsequenz verstanden werden, für deren einzelne Zeitscheiben die Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters so verkürzt wurde, dass die verkürzte Zeitdauer T_xi des Sende- und/oder Empfangsfensters ohne Rest auf das bestimmte Zeitraster des MR-Scanners passt.
Unter Optimierungskriterien im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung seien Bedingungen verstanden, die sich ent weder aufgrund von Hardware-Limitierungen ergeben oder aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Spinsystems einzuhalten sind. Ferner gibt es solche Optimierungsbedingungen, die sich aus Anforderungen an ein zu erzeugendes Bild ergeben. Solche Optimierungsbedingungen werden im Folgenden genauer angegeben.
Unter globalen Eigenschaften der Messsequenz sind Eigenschaften der Messsequenz zu verstehen, die deren Ablauf kennzeichnen. Zu diesen Parametern oder globalen Eigenschaften gehören zum Beispiel die Repetitionszeit, die Echozeit, zu der ein Echo erzeugt wird, oder die Inversionszeit. Ferner sind noch weitere Parameter denkbar, z. B. Gradientenmomente. Die genannten globalen Eigenschaften einer Messsequenz haben entscheidenden Einfluss auf die Bildqualität und/oder den Bildkontrast eines MR-Bildes, das mit einer solchen Messsequenz erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden für Zeitscheiben vom Sendetyp beschrieben, insbesondere für eine Verkürzung des Sende- und/oder Empfangsfensters einer solchen Zeitscheibe. Diese Formulierung hat den Vorteil, dass sich die Grenzen der Zeitscheiben durch das Verfahren nicht verändern. Für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet das, dass es genügt, einzelne Zeitscheiben zu betrachten. Es kann also eine Zeitscheibe nach der anderen abgearbeitet werden, ohne dass vorausgegangene oder folgende Zeitscheiben berücksichtigt werden müssten.
Für den Fachmann auf dem Gebiet der Messsequenzprogrammierung wird mit der im Folgenden gegebenen Offenbarung offensichtlich, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auch alternativ formulieren lässt. Ohne vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung abzuweichen, könnte das Verfahren auch so formuliert werden, dass die Zeitscheiben vom Sendetyp in ihrer Zeitdauer verkürzt werden und gemäß dem Verfahren als verkürzte Zeitscheiben vom Sendetyp vorliegen. Selbstverständlich müssten für eine solche Variante des Verfahrens die der verkürzten Zeitscheibe vom Sendetyp vorausgehende Zeitscheibe, wie auch die auf die verkürzte Zeitscheibe vom Sendetyp folgende Zeitscheibe, entsprechend verlängert werden, so dass globale Eigenschaften der Messsequenz erhalten bleiben. Solch eine Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich aber nicht mehr durch eine isolierte Betrachtung einzelner Zeitscheiben vom Sendetyp realisieren. Deshalb wird für die vorliegende Offenbarung beispielhaft die Durchführung des Verfahrens durch Verkürzen des Sende- und/oder Empfangsfenster der Zeitdauer T_x auf die verkürzte Zeitdauer T_xi. Durch diese Wahl wird das Problem „lokal” auf einzelnen Zeitscheiben gelöst, ohne dass ein Vorgänger der Zeitscheibe und/oder ein Nachfolger der Zeitscheibe bekannt sein müssen. Es sei nochmals betont, dass die im Rahmen dieser Offenbarung getroffene Wahl zur Beschreibung des Verfahrens keine Einschränkung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Verfahren weiter umfassen, dass die Messsequenz durch einen Solver bereitgestellt wird. Das bedeutet: insbesondere die zeitlichen Zusammenhänge innerhalb der Messsequenz, also das Messsequenz-Timing, wird als mathematisches Problem formuliert und durch einen Solver gelöst. Für solch einen Solver sei z. B. auf die deutsche Patentschrift DE 10 2006 034 397 B3 der Anmelderin verwiesen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren durch Optimierungskriterien einen zulässigen Wertebereich für eine Anzahl von Stützstellen vorgeben.
Unter Stützstellen sind jene Punkte auf dem Zeitraster des MR-Scanners zu verstehen, die verwendet werden können, um eine kontinuierlich vorgegebene Pulsform auf das Zeitraster des MR-Scanners zu übersetzen. Häufig ist es bei dieser Übersetzung notwendig, dass das Flächenintegral unter der Pulsform bei der Übertragung von einer kontinuierlichen Pulsform auf eine Anzahl von Stützstellen gleich bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren Ausführungsform mit den Optimierungskriterien eine Menge von weiteren Zeitrastern umfassen, die sich aus Vergröberung des bestimmten Zeitrasters ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren Ausführungsform so ausgebildet sein, dass die Optimierungskriterien eine Maximierung eines Produkts aus einer Anzahl von den Stützstellen und einem Rasterabstand umfassen.
Das Bestreben, das Produkt aus Anzahl von Stützstellen und dem Rasterabstand zu maximieren, ergibt sich aus dem Interesse, mit möglichst hoher Informationsdichte Pulsformen zu digitalisieren und/oder analoge, empfangene HF-Signale zu digitalisieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren Ausführungsform weiterhin folgende Verfahrensschritte umfassen:
Ein Korrigieren der Pulsform P_x beim Senden eines HF-Pulses, so dass die korrigierte Pulsform vollständig innerhalb der verkürzten Zeitdauer T_x liegt. Dazu kann die Länge der Pulsform P_x entweder auf T_xi skaliert werden, was zu einer um den Faktor T_x/T_xi vergrößerten Schichtdicke führt. Alternativ ist ein Umrastern der Pulsform P_x auf das verkürzte Intervall T_xi möglich. Dadurch verringert sich das Bandbreiten-Zeitprodukt um T_xi/T_x und damit wird die Punktspreizfunktion, englisch auch point spread function, breiter. Dieser Fehler liegt im Promille- bis Prozentbereich T_x/T_xi.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus in einer weiteren Ausführungsform folgende Schritte umfassen:
Korrigieren eines erhaltenen MR-Bildes hinsichtlich eines durch Verwendung der verkürzten Zeitdauer T_xi für jede der Zeitscheiben beim Empfangen des HF-Signals eingeführten Fehlers. Durch die verkürzte Zeitdauern T_xi verringert sich der abgetastete k-Raum um T_xi/T_x, daher ist die Punktspreizfunktion breiter, wodurch sich die Auflösung in Auslese-Richtung verringert. Dieser Fehler liegt ebenfalls im Promille- bis Prozentbereich.
Das Verfahren ist ebenfalls anwendbar auf alle komplexeren Zeitscheiben vom Sendetyp, wie z. B. VERSE, 2D-Anregung, frequenzselektive Anregung und dergleichen. Darüber hinaus ist das Verfahren auch auf komplexere Zeitscheiben vom Empfangstyp, z. B. in Form von Spiralen und/oder kombinierte Zeitscheiben vom Sende- und/oder Empfangstyp anwendbar. Die Behandlung des verkürzten T_xi und damit des verringerten Gradientenmomentes während des Sendens und/oder Empfangens wird zur Laufzeit der Messsequenz vom System eingefordert und muss für alle in der Sequenzentwicklung benutzten Zeitscheiben vom Sende- und/oder Empfangstyp individuell gehandhabt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus in einer weiteren Ausführungsform folgende Schritte umfassen:
Das Erfassen von Hardware-Limitierungen, das Überprüfen der Messsequenz, ob die erfassten Hardware-Limitierungen eingehalten sind. Hardware-Limitierungen ergeben sich z. B. aus der zulässigen Flankensteilheit für Gradientenpulse, da für veränderliche Magnetfelder Grenzwerte vorgegeben sind. Die vorgegebenen Grenzwerte dienen zum Beispiel dazu, eine periphere Nervenstimulation des Patienten zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer weiteren Ausführungsform ausgelegt sein, weiter folgende Verfahrensschritte zu umfassen:

– Das Erfassen von Patienten-Sicherheitsrichtlinien,
– Überprüfen, ob für die vorgegebene Messsequenz die erfassten Patienten-Sicherheitsrichtlinien eingehalten sind. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, Patientensicherheitsrichtlinien, etwa hinsichtlich gewebetypischer Absorptionsraten für HF-Leistung zu berücksichtigen, die festlegen, wie stark bestimmtes Gewebe, etwa weiches Gewebe im Bauchraum, Hochfrequenzleistungen absorbieren kann. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von SAR-Grenzwerten, wobei SAR für specific absorption rate steht.

Darüber hinaus ist das Verfahren in der Lage, das Einhalten von Grenzwerten über den Verlauf der Messsequenz auch automatisch für die zeitrasterangepasste Messsequenz sicherzustellen. Es sind hierfür keine zusätzlichen Verfahrensschritte notwendig. Das heißt mit anderen Worten: Sind die Grenzwerte und Richtlinien für die vorgegebene Messsequenz erfüllt, so sind sie dies auch automatisch für die gemäß dem Verfahren erzeugte zeitrasterangepasste Messsequenz.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe zur Erzeugung einer zeitrasterangepassten Messsequenz kann auch in einer Vorrichtung zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz für einen MR-Scanner bestehen, die auf einem Zeitraster eines MR-Scanners ausführbar ist, ausgehend von einer vorgegebenen Messsequenz, wobei die vorgegebene Messsequenz eine Folge von Zeitscheiben beliebiger Länge vom Sendetyp und/oder vom Empfangstyp umfasst, und jeder Zeitscheibe jeweils eine Zeitdauer T_x zugeordnet ist, wobei die Zeitdauer T_x das Sende- und/oder Empfangsfenster beschreibt, zu dem jeweils ein HF-Puls der Pulsform P_x. gesendet wird und/oder ein HF-Signal empfangen wird.
Die Vorrichtung umfasst: ein Eingabenschnittstellenmodul, ein Zeitrasterschnittstellenmodul, ein Optimierungskriterienschnittstellenmodul, ein Verkürzungsmodul und ein Generatormodul.
Das Eingabeschnittstellenmodul ist dazu bestimmt, die vorgegebene Messsequenz entgegen zu nehmen. Das Zeitrasterschnittstellenmodul ist dazu bestimmt, das Zeitraster des MR-Scanners entgegen zu nehmen. Das Optimierungskriterienschnittstellenmodul ist dazu bestimmt, Optimierungskriterien für ein Verkürzen der Zeitdauern T_x entgegen zu nehmen. Entgegennehmen ist hier umfassend zu verstehen und meint sowohl ein automatisches Einlesen als auch ein Erfassen von (manuell eingegebenen) Eingabewerten. Das Verkürzungsmodul ist dazu bestimmt, Zeitdauern T_x auf verkürzte Zeitdauern T_xi zu verkür zen für jeweils jede der Zeitscheiben, wobei jede der verkürzten Zeitdauern T_xi ohne Rest auf das bestimmte Zeitraster passt und vollständig innerhalb der Zeitscheibe liegt und optional die Optimierungskriterien erfüllt sind.
Das Generatormodul ist dazu bestimmt, eine zeitrasterangepasste Messsequenz zu erzeugen, wobei für jede der Zeitscheiben die Zeitdauer T_x durch die verkürzte Zeitdauer T_xi ersetzt wird, und wobei globale Eigenschaften der Messsequenz bei Ausführung der zeitrasterangepassten Messsequenz erhalten bleiben.
Es ist durchaus denkbar, die erfindungsgemäße Lösung in solch einer Vorrichtung zu realisieren, etwa in einem Hardware-Modul, das automatisch die zeitrasterangepasste Messsequenz aus einer vorgegebenen Messsequenz erzeugt.
Die Aufgabenlösung kann ein MR-Scanner sein mit einer Steuerungseinheit, die zur Ausführung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten zeitrasterangepassten Messsequenz ausgebildet ist. Es ist also durchaus möglich, solch ein Verfahren direkt auf einem MR-Scanner auszuführen, sofern der MR-Scanner über eine geeignete Steuerungseinheit verfügt, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführen kann.
In einer weiteren Aufgabenlösung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung implementiert, wenn es auf einem MR-Scanner und/oder auf einer mit einem MR-Scanner verbundenen Rechnereinheit ausgeführt wird.
Eine weitere erfinderische Lösung besteht in einem System zum Betreiben eines Magnetresonanz-Scanners umfassend:

– ein Generatormodul nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit
– einem MR-Scanner.

In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße System ferner einen Solver zum Bereitstellen der vorgegebenen Messsequenz umfassen.
Unter Solver soll im Rahmen dieser Offenbarung ein Modul verstanden werden, das in der Regel als Software implementiert ist. Der Solver dient zur numerischen Lösung von mathematisch formulierten Problemen. Falls zum Beispiel ein MR-Timingproblem in einer geeigneten Form formuliert ist, kann es durch den Solver gelöst werden.
Darüber hinaus ist es möglich, dass einzelne Komponenten des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer verkaufsfähigen Einheit und die restlichen Komponenten in einer anderen verkaufsfähigen Einheit – sozusagen als verteiltes System ausgeführt werden können.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden als nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnungen besprochen. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm zu den einzelnen Komponenten eines Magnetresonanz-Scanners 4 (auch kurz MR-Scanner 4) nach dem Stand der Technik,
2 die einzelnen Zeitscheiben einer Spinecho-Sequenz und
3 eine Zeitdauer T_x und eine verkürzte Zeitdauer T_xi gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines MR-Scanners 4 nach dem Stand der Technik mit seinen wesentlichen Komponenten. Um einen Körper mittels MR-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Cha rakteristik exakt aufeinander abgestimmte zeitlich variable Magnetfelder auf den Körper eingestrahlt, und dies führt zu einer resonanten Antwort der Kernspins auf die eingestrahlte Radiofrequenz- oder Hochfrequenzenergie (kurz HF).
In einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten Messkabine 3 ist ein starker Magnet 45, üblicherweise ein supraleitender Magnet vorgesehen, der durch flüssige Kühlmittel gekühlt wird. Der Magnet 45 mit einer zylinderförmigen Öffnung erzeugt ein statisches Hauptmagnetfeld 47, das üblicherweise im Bereich von 0,1 bis 3 oder mehr Tesla Feldstärke beträgt. Das Hauptmagnetfeld 47 ist von hoher Homogenität, typischerweise im Bereich einiger ppm für ein Volumen von z. B. 15 cm Durchmesser. Ein zu untersuchender Körper oder ein Körperteil (in 1 nicht dargestellt) wird auf einer Patientenliege 49 gelagert und im homogenen Bereich des Hauptmagnetfelds 47 positioniert.
Im Allgemeinen basiert die Kernspinresonanz (oder Magnetresonanz) auf der Tatsache, dass magnetische Momente, sogenannte Spins der Atomkerne, das heißt die Kernspins, z. B. der Protonen, sich in einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten. Für Protonen gibt es in einem vorgegebenen starken Magnetfeld, wie etwa dem Hauptmagnetfeld 47 eines MR-Scanners 4, zwei energetisch unterschiedliche Zustände. Die Besetzung dieser beiden Zustände erfolgt nach der Boltzmann-Statistik. Abhängig vom äußeren Magnetfeld des Hauptmagnetfelds 47 ergibt sich eine Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen. Insbesondere erlaubt es diese Energiedifferenz, durch Einstrahlung von hochfrequenter Energie in Form von zeitlich variablen Magnetfeldern, d. h. HF-Pulsen, Übergänge zwischen den beiden möglichen Zuständen zu induzieren.
Es kommt also zu einer resonanten Antwort des Spinsystems bei Anregung durch die HF-Anregung. Es ist bequem, die HF-Anregung über sogenannte HF-Pulse zu realisieren. Solche HF-Pulse können zur Anregung des Kernspinsystems und/oder zur Refokussierung des Kernspinsystems dienen, wie bereits erwähnt.
Aus der resonanten Antwort der Kernspins im Inneren des Körpers lässt sich dann Information über die Mobilität der Kernspins ableiten. Da lebendiges Gewebe, und insbesondere der menschliche Körper, der zu einem großen Teil aus Wasser besteht, wobei sich das Wassermolekül aus zwei Wasserstoffkernen, also Protonen zusammensetzt, die einen magnetischen Kernspin tragen, ist für den menschlichen Körper eine Anregung durch Magnetresonanz gut möglich. Insbesondere lässt sich in diesem Verfahren die Mobilität der Kernspins und damit der Wassermoleküle untersuchen. MR gibt also Aufschluss darüber, wie stark Wasser in unterschiedlichen Gewebearten gebunden ist. So ist z. B. Wasser im Fettgewebe weit weniger mobil und kann daher langsamer auf eine HF-Anregung antworten als in Flüssigkeiten wie z. B. Blut.
Die Anregung der Kernspins im menschlichen Körper, d. h. in der Regel der Protonen im menschlichen Körper, erfolgt über magnetische HF-Pulse, die über eine in 1 als Körperspule 413 dargestellte Hochfrequenzantenne eingestrahlt werden. Selbstverständlich ist auch die MR-Untersuchung anderer Kerne als der Protonen möglich, z. B. Lithium oder Schwefel.
Alternativ zur Verwendung der Körperspule 413 ist es auch möglich, spezielle, der Anatomie angepasste Anregungsspulen oder Hochfrequenzantennen zu verwenden, etwa als Kopfspulen. Die zur Anregung benötigten HF-Anregungspulse werden von einer Pulserzeugungseinheit 415 erzeugt, die von einer Pulsfrequenzsteuerungseinheit 417 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 410 werden die HF-Anregungspulse zur Hochfrequenzantenne geleitet.
Das in 1 gezeigte HF-System ist lediglich schematisch angedeutet. Möglicherweise werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 415, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 419 und mehrere Hochfrequenzantennen in einem MR-Scanner oder zusätz liche Module eingesetzt. Insbesondere ist es möglich, ganze Gruppen von Antennen zu verwenden, wodurch sich einerseits eine Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses erreichen lässt und/oder Rauscheffekte durch Eigenschaften der Probe dominiert sind. In diesem Zusammenhang seien Phased Arrays als mögliche Antennen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, nur kurz erwähnt.
Der Magnetresonanz-Scanner 4 verfügt über Gradientenspulen 421, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 421 werden von einer Gradientenspulensteuerungseinheit 423 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 415 mit der Pulsfrequenzsteuerungseinheit 417 in Verbindung steht.
Typischerweise kommen drei Gradientensysteme zum Einsatz, um in alle drei Richtungen Ortskodierungen vornehmen zu können. In der Regel sind diese Gradientensysteme orthogonal. Allerdings sind auch nicht orthogonale, krummlinige Gradientensysteme für die MR-Bildgebung denkbar.
Das von den angeregten Kernspin ausgehende Signal, also die Antwort auf die resonante Anregung, wird von einer Empfangsspule, z. B. der Körperspule 413 und/oder von lokalen Spulen 425, empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzverstärker 427 verstärkt und von einer Empfangseinheit 429 weiterverarbeitet und digitalisiert. Wie für die Sendespulen gilt auch für die Lokalspulen 425 zum Empfangen, dass die Verwendung kleiner, auf die Geometrie der zu untersuchenden Region des Körpers angepasstr Spulen, etwa Oberflächenspulen, unter Umständen günstig ist, um das Signal-zu-Rauschverhältnis zu verbessern.
Da nach dem Reziprozitäts-Prinzip gute Sender auch gute Empfänger darstellen, ist es möglich, eine Spule sowohl als Sende- als auch als Empfangsspule zu betreiben. Im Fall der Verwendung einer Spule als Sende- und Empfangsspule ist es allerdings erforderlich, eine korrekte Signalweiterleitung si cherzustellen. Dies geschieht in der Regel durch eine Sende-Empfangs-Weiche 439. Als Sende-Empfangs-Weiche kommt z. B. ein Zirkulator in Betracht.
Eine Bildverarbeitungseinheit 431 erzeugt aus den Messdaten ein MR-Bild, das über eine Bedienkonsole 433 einem Anwender dargestellt oder in einer Speichereinheit 435 gespeichert wird. Eine Rechnereinheit 437 und/oder eine Steuereinheit 45 steuern die einzelnen Komponenten des MR-Scanners 4. Die Steuereinheit 45 ist dabei so ausgebildet, dass mit ihr das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
MR-Bilder ergeben sich durch ein systematisches Abtasten des Frequenzraumes, auch k-Raum genannt. Diese Abtastung des k-Raums wird erreicht durch geeignete Sequenzen von Gradientenpulsen und Anregungspulsen. Messsequenzen 100 geben ein Verfahren vor, wie der k-Raum durchlaufen werden soll; sie legen also die k-Raum-Trajektorie fest. Für die Verwendung der MR im klinischen Alltag ist es wünschenswert, möglichst effiziente k-Raum-Trajektorien zu finden, sodass folglich diagnostische Bilder schnell und effizient erzeugt werden können. Es gibt heute eine Vielzahl von Messsequenzen 100, die aufwändige und komplexe Strategien verwenden, um den k-Raum abzutasten.
Neben der zeitlichen Effizienz der Messsequenz 100 ist darüber hinaus das Kontrastverhalten für ein erzeugtes Bild relevant. Je nach gewählter Messsequenz 100 können schnell oder langsam antwortende, das heißt relaxierende, Gewebeteile angeregt werden. Dies hat entscheidenden Einfluss auf den sich im MR-Bild einstellenden Kontrast. Messsequenzen 100 sind also ebenso für das jeweils gewählte Protokoll, das heißt die gewählte klinische Untersuchung, anzupassen, sodass ein maximaler Informationsgewinn für den Arzt erzielbar ist. Dies gilt zum Beispiel für die Bewertung einer krebsartigen Gewebeveränderung, die ein Arzt vornehmen möchte. Messsequenzen 100 für einen MR-Scanner 4 bestehen aus einer Folge von Zeit scheiben 10, die sich aus den physikalischen Eigenschaften der Kernspins und dem jeweiligen Gewebe ergeben.
Das zeitliche Verhältnis der einzelnen Zeitscheiben 11 zueinander ist dabei ein hochsensibler Parameter. Jede dieser Zeitscheiben 11 hat eine beliebige Länge. Jeder Zeitscheibe 11 kann ein Typ zugeordnet werden, eine Zeitscheibe ist entweder vom Warptyp WT, vom Sendetyp ST und/oder vom Empfangstyp ET. Jeder Zeitscheibe 11 vom Sendetyp ST ist eine Zeitdauer T_x für das Sende- und/oder Empfangsfenster zugeordnet, während dem ein HF-Puls gesendet und/oder ein HF-Signal empfangen wird.
2 zeigt ein Beispiel einer einfachen Messsequenz 100 der sogenannten Spinecho-Sequenz. In 2 ist der zeitliche Ablauf für eine Spinecho-Sequenz gezeigt. Dieses Diagramm stellt übereinander den zeitlichen Ablauf der Aktivität im HF-Kreis dar. Darüber hinaus sind darunter die Aktivitäten von drei, im Allgemeinen zueinander orthogonalen Gradientensystemen G_S zur Auswahl einer Schicht (englisch slice select), ebenso wie G_P als sogenannter Phasenkodiergradient (englisch: phase encode) und darüber hinaus ein sogenannter Auslesegradient (englisch: read out), der während des Auslesen des Antwortsignals eingeschaltet ist, dargestellt. Für eine Spinecho-Sequenz wird das Spinsystem zunächst mit einem 90°-Puls angeregt, wodurch ein Echo im Signalast entsteht. Durch einen 180°-Puls wird schließlich nach der Echozeit T_E, wie in der 1 dargestellt, ein Spinecho erzeugt, das Informationen für eine Zeile eines Bildes enthält. Der Phase-Encode Gradient G_P wird, wie angedeutet, mehrmals durchlaufen und seine Amplitude wird von einem Durchlauf zum Nächsten verändert. Der Slice-Select Gradient bleibt über all diese Durchläufe unverändert, selbiges gilt für den Read-Out Gradienten.
In 2 von links nach rechts eingezeichnet sind die einzelnen Zeitscheibentypen gekennzeichnet. So beginnt die Spinecho-Sequenz zunächst mit einer Zeitscheibe vom Sendetyp ST, während der 90°-Puls auf der Anregungsseite eingestrahlt wird, darauf folgt eine Zeitscheibe vom Warptyp WT zum Präparieren des Spinsystems. Daran schließt sich eine erneute Zeitscheibe vom Sendetyp ST mit dem 180°-Puls an, gefolgt von einem weiteren Warp-Block und schließlich der Zeitscheibe vom Empfangstyp ET, zu der ein Echo als HF-Signal empfangen wird. Die Zeitscheibe vom Sendetyp ST mit dem 180°-Puls dient zur Refokussierung des Kernspinsystems. Nach der Zeitscheibe vom Empfangstyp ET wiederholt sich die Sequenz. Für eine Spinecho-Sequenz liefert ein solcher Durchlauf bis zu T_E eine Zeile für ein MR-Bild im k-Raum. Typischerweise werden zum Beispiel 128 Zeilen für ein Bild aufgenommen. Durch eine geeignete Fourier-Transformation lässt sich das Bild im Ortsraum darstellen und man erhält ein MR-Bild.
Die Pulsform P_x zum Senden einen HF-Pulses innerhalb einer Zeitscheibe 11 innerhalb der Messsequenz 100 ist in der Regel als kontinuierliche Funktion vorgegeben, die auf ein Zeitraster 5 des MR-Scanners 4 übersetzt werden muss. Dabei ist es häufig der Fall, dass das Zeitraster 5 für das Sende- und Empfangssystem also für den HF-Kreis des MR-Scanners 4 weit feiner ist, als etwa für die Gradientenspulen 421. Das liegt zum einen daran, dass die starken Gradientenströme lange nicht so schnell geschaltet werden können, aufgrund der Selbstinduktion der verwendeten Gradientenspulen 421. Darüber hinaus dürfen zeitlich veränderliche Magnetfelder bestimmte Flankensteilheiten nicht überschreiten, da ansonsten im Patienten periphere Nervstimulationen hervorgerufen würden, das heißt, es würden einzelne Gliedmaßen des Patienten unwillkürlich zur Bewegung angeregt, was insbesondere in der engen Röhre eines MR-Scanners 4 unangenehm für den Patienten ist. Außerdem ist für eine gute MR-Aufnahme erforderlich, dass sich der Patient so wenig wie möglich bewegt.
Eine ähnliche Einschränkung gilt für den HF-Kreis. Hier ist sicherzustellen, dass die über den Verlauf der Messsequenz 100 eingestrahlte HF-Energie einen gewissen Grenzwert, zum Beispiel 4 Watt pro Kilogramm Körpergewicht, nicht über schreitet. Die ist erforderlich, um sicherzustellen, dass das Gewebe nicht lokal erwärmt wird. Wird dieser Grenzwert nicht beachtet, so kann es bei Patienten zu Verbrennungen kommen. Die Pulssequenz 100 muss daher solche Beschränkungen berücksichtigen. Da in der Regel die Steilheit von Gradientenpulsen wesentlich kleiner ist als die der HF-Pulse, verfügt ein MR-Scanner über mindestens ein Zeitraster 5 in der Regel sogar über mehrere Zeitraster 5a. Aufgabe des Sequenzprogrammierers ist es nun, die zeitlichen Zusammenhänge einzelner Zeitscheiben 11 zueinander möglichst exakt so zu auf das Zeitraster 5 des MR-Scanners 4 zu übersetzen, dass die berechneten und/oder physikalisch gegebenen zeitlichen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Zeitscheiben 10 so genau wie möglich dargestellt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Übersetzung von Sende- und/oder Empfangszeitscheiben für eine Ausführung auf dem Zeitraster 5 des MR-Scanners 4. Dieses Verfahren wird ohne Einschränkung der Allgemeinheit anhand einer Verkürzung der Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters zum Senden eines HF-Pulses und/oder Empfangen eines HF-Signals gezeigt.
Dies ist keine triviale Aufgabe, denn es muss zum einen sichergestellt werden, dass die an die Hardware des Scanners 4 übergebenen Werte auf dem Scanner ausführbar sind. Gleichzeitig müssen globale Eigenschaften der Messsequenz 100, wie etwa T_E, für alle Durchläufe der Messsequenz 100 gleich sein.
Bisher war es Aufgabe des MR-Sequenz-Programmierers, diese Programmierung mit Zeitrasteranpassung selbst zu erledigen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Programmierung von Messsequenzen erheblich dahingehend zu vereinfachen, dass die Übersetzung vorgegebener Zeitdauern T_x auf ein Zeitraster 5 eines MR-Scanners 4 automatisch erfolgen kann. Damit stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine zeitrasterangepasste MR-Sequenz 101 zur Verfügung, welche die Möglichkeiten des Zeitrasters 5 des MR-Scanners 4 optimal ausnutzt und gleichzeitig eine optimale Qualität der Bilder sicherstellt.
Typischerweise ergibt sich die Länge der einzelnen Zeitscheiben 10 aus mathematisch vorgegebenen Gleichungen, die in der Regel durch einen sogenannten Solver gelöst werden. Das heißt, man ist inzwischen in der Lage, Messsequenzbeschreibungen in Problembeschreibungen für mathematische Solver zu fassen. Als Referenz wird in diesem Zusammenhang auf das Deutsche Patent DE 10 2006 034 397 B3 der Anmelderin verwiesen. Diese Solver sind allerdings überfordert, wenn man von ihnen verlangt, nur solche Werte auszugeben, die auf das vorgegebenen Zeitraster 5 des MR-Scanners passen. Die Rechenzeit der Solver würde in diesem Fall erheblich, ja sogar unzumutbar stark ansteigen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, die durch den Solver vorgegebenen Zeitdauern T_x so zu modifizieren, dass die vom Solver ermittelten Zeitscheiben auf dem MR-Scanner ausgeführt werden können.
Daher ist es Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zu finden, das ausgehend von durch den Solver vorgegebenen Zeitdauern T_x verkürzte Zeitdauern T_xi generiert, die zudem optional etliche Optimierungskriterien erfüllen.
Den Zeitscheiben innerhalb einer Messsequenz 100 können mehrere Pulsfolgen P_x zugeordnet sein. So ist der ersten Zeitscheibe I in 2 ein 90° Anregungspuls zugeordnet, ebenso wie ein Schichtauswahlpulsform, die von dem Gradienten G_s ausgegeben wird.
Es ist Aufgabe des Sequenzprogrammierers sicherzustellen, dass die aus physikalischen Zusammenhängen gegebenen zeitlichen Relationen der einzelnen Pulsfolgen innerhalb der einzelnen Zeitscheiben untereinander erhalten bleiben. Insbesondere von Bedeutung für die Magnetresonanz ist dabei das Flächenintegral unterhalb jeder Pulsform einer Zeitscheibe 10.
Für Zeitscheiben 11 des Sende- und/oder Empfangstyp findet ebenso eine Digitalisierung der analog empfangenen HF-Signale statt. Es muss also sichergestellt werden, dass ein analoges HF-Signal, wie etwa in der Zeitscheibe vom Typ ET (V in 2) ein optimales Digitalisieren des analogen HF-Signals ermöglicht, unter Berücksichtigung des minimal möglichen Zeitabstands auf dem Zeitraster 5 des MR-Scanners.
Für die Übersetzung von Gradientenpulsfolgen auf ein Zeitraster 5 des MR-Scanners sind bereits Verfahren bekannt. Das im Rahmen dieser Erfindung vorgeschlagene Verfahren zielt im Gegensatz dazu auf eine Zeitrasteranpassung der Zeitscheiben vom Sende- und/oder Empfangstyp, wobei die Zeitrasteranpassung beispielhaft durch ein Verkürzen des Sende- und Empfangsfensters der Zeitdauer T_x realisiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird exemplarisch für eine Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters illustriert, wie in 3 gezeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, dass eine Abfolge der Zeitscheiben zur Verfügung gestellt wird, die etwa aus physikalischen Gleichungen berechnet wurden und deren Übersetzung in eine an das Zeitraster 5 angepasste Form für jene Zeitscheiben 11 vom Sende- und/oder Empfangstyp durch das erfindungsgemäße Verfahren geleistet wird.
Auf aktuellen MR-Scannern 4 beträgt das Zeitraster 5 für das Gradientensystem z. B. 10 Mikrosekunden. Auf dem Sende- und Empfangs-Kanal können nur Einträge realisiert werden, deren Anfangszeitpunkt auf dem Zeitraster 5c des HF-Kreises liegt. Der Eintrag von Ereignissen im Sende- oder Empfangskanal besteht aus einer Anzahl von Samplepunkten, die gleichmäßig durch die Rastzeit Δt_x getrennt sind. Es gibt allerdings eine vorgegebene minimale Rastzeit Δt_min, das heißt ein minimales Zeitraster und ein minimales Zeitrasterinkrement Δt_inc.
Es sei darauf hingewiesen, dass Sende- und Empfangskanal in den Werten des minimalen Zeitrasters im Sendekanal 5b und des minimalem Zeitrasters im Empfangskanal 5c voneinander abweichen können. Allerdings ist es bequem, diese Zeitraster 5b, 5c identisch zu halten. Dies ist bei aktuellen MR-Scannern 4 in der Regel der Fall. Das Ereignisstartraster für ein Ereignis ist z. B. 100 ns, die minimale Rastzeit liegt bei z. B. 1 μs; und das minimale Inkrement ist z. B. 100 ns. Sofern die gleichen Beschränkungen für Sende- und Empfangskanal verwendet werden, wird die Behandlung von Sende- und/oder Empfangsereignissen vereinfacht. Es ist deshalb bequem, die gleichen Beschränkungen im Sende- und/oder Empfangskanal aufrechtzuerhalten. Allerdings soll an dieser Stelle betont werden, dass das Verfahren selbstverständlich in der Lage ist, auch unterschiedliche Beschränkungen für den Sendekanal und/oder den Empfangskanal zu berücksichtigen. Frequenz- und/oder Phasenereignisse, also solche Ereignisse, die einen Effekt auf die Frequenz des Kernspinsystem und/oder dessen Phase haben, sind ebenfalls definiert auf einem vorgegebenen Zeitraster 5. Dieses Eventraster ist z. B. 100 ns weit.
3 zeigt exemplarisch die Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters und die verkürzte Zeitdauer T_xi auf der mit einer Rastzeit Δt_x die Stützstellen N_x verteilt werden. Das Eventraster in Bild 3 für den Beginn eines Ereignisses ist ΔT.
Die Bedingungen sind für die Rastzeit Δt_x insbesondere (Δtx – Δtmin)modΔtinc = 0.
Diese Bedingung sagt aus, dass die gewählte Rastzeit Δt_x bzw. das gewählte Zeitraster 5a ohne Rest durch das Zeitrasterinkrement Δt_inc teilbar ist, das gewählte Zeitraster 5a sich also als ganzes Vielfaches des minimalen Zeitrasterinkrements Δt_inc ergibt.
Während der Ausführung der zeitrasterangepassten Messsequenz 101 muss außerdem sichergestellt sein, dass die durch das Verfahren erzeugte verkürzte Zeitdauer T_xi auf dem Zeitraster 5 des Scanners 4 „einrastet”, was nur mit der Genauigkeit des Eventrasters ΔT möglich ist. Ferner darf die verkürzte Zeitdauer T_xi an keiner Stelle über die Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters herausragen. Dadurch ist sichergestellt, dass die Zeitrasteranpassung lokal, das heißt Zeitscheibe 11 für Zeitscheibe 11, abgearbeitet werden kann, ohne die vorangegangene Zeitscheibe und die auf die Zeitscheibe 11 folgende Zeitscheibe berücksichtigen zu müssen. Es muss also gelten: Nx·Δtx ≤ Tx – ΔT.
In obiger Form ist in die Anzahl der Stützpunkte N_x die Zahl der Punkte einzusetzen, mit denen eine Pulsform P_x eines HF-Pulses und/oder ein analoges HF-Signal, z. B. ein Echo, digitalisiert werden.
Darüber hinaus kann der Sequenzprogrammierer eine minimale Zahl von Stützpunkten N_xmin für eine verkürzte Zeitdauer T_xi vorgeben. Ferner kann aufgrund des verfügbaren Speichers und/oder der möglichen Datenrate und/oder Beschränkungen während der Bildrekonstruktion eine maximale Anzahl von Stützpunkten N_xmax für eine verkürzte Zeitdauer T_xi vorgegeben sein, gemäß: Nxmin ≤ Nx ≤ Nxmax.
Bevorzugt muss der Algorithmus zum Berechnen der gewählten Rastzeit Δt_x sowie der Anzahl von Stützstellen N_x das Produkt aus Stützstellen und Rastzeit, also N_x·Δt_x, maximieren.
Offensichtlich ist die Zeitdauer T_xi kürzer als die ursprüngliche Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters. Daraus resultiert ein kleiner Verlust in Auflösung und/oder Bandbreiten-Zeitprodukt (im Promillebereich bis wenige Prozent).
Als einfaches Beispiel für den Auflösungsverlust sei exemplarisch eine Zeitscheibe betrachtet, die einen Gradientenpuls mit konstantem Gradienten darstellt. Der prozentuale Verlust ergibt sich dann zu
Der prozentuale Verlust durch verkürzte Zeitdauern T_x sollte deutlich unterhalb von 1% liegen.
Es erweist sich ferner als sinnvoll, sicherzustellen, dass bei der Bestimmung von N_xmin eine Randbedingung der Form Tx ≥ Nxmin·Δtmin ≤ +ΔTerfüllt wird, um sicherzustellen, dass zumindest die minimale Anzahl von Stützpunkten N_xmin auf der verkürzten Zeitdauer T_xi untergebracht werden kann. Dies geschieht entweder durch den Sequenzentwickler und/oder durch eine Randbedingung zur Berechnung des Messsequenz-Timings durch den Solver.
Für eine Zeitscheibe 11, von der die Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters vorgegeben wurde, ist in der Regel das Zentrum der einzelnen Zeitdauer T_x entscheidend, was in der Regel sogar mit dem Zentrum der Zeitscheibe 11 zusammenfällt.
Die Asymmetrie der verkürzten Zeitdauer T_xi ist a_xi. Der Zeitpunkt für das Zentrum der verkürzten Zeitdauer T_xi ist T_xc, der Anfangszeitpunkt der verkürzten Zeitdauer ist T_s. Die Verzögerung der verkürzten Zeitdauer T_xi bezogen auf den Beginn der Zeitdauer T_x ist T_xd. Die Asymmetrie der Zeitdauer T_x ist a_xb.
Für das erfindungsgemäße Verfahren gilt es, T_s so zu berechnen, dass a_xi, als Maß für die Asymmetrie der verkürzten Zeitdauer T_xi, so nah wie möglich an dem Wert für a_xb liegt. Darüber hinaus müssen die folgenden Gleichungen erfüllt sein: TsmodΔT = 0
Derzeit wird einem MR-Scanner 4 nur die Zeitdauer T_x einer des Sende- und/oder Empfangsfensters mitgeteilt. Zum Ausführen der verkürzten Zeitdauer T_xi ist darüber hinaus die Angabe von weiteren Informationen nötig, zum Beispiel T_xd, a_xi, N_x und Δt_x. Darüber hinaus ist das Produkt aus Stützstellen und der Rastzeit etwas kürzer als die Zeitdauer T_x. Ferner ergibt sich für die verkürzte Zeitdauer T_xi eine Asymmetrie a_xi, die geringfügig unterschiedlich von der Asymmetrie a_xb der Zeitdauer T_x ist.
Diese Tatsachen werden Auswirkungen haben auf die erste Fourier-Transformation im Rahmen der Bildrekonstruktion wie auch auf die Berechnung von HF-Pulsformen P_x. Hinsichtlich der Fourier-Transformation ist möglicherweise ein Verschieben der Zeilen von Daten im k-Raum notwendig, da das Verfahren sonst ein Zittern des Mittesignals erzeugt. Aktuelle Fourier-Transformationsalgorithmen erlauben es allerdings, ein Schwanken der Mittenposition zu korrigieren und darüber hinaus dem Algorithmus mitzuteilen, welches die tatsächliche Mittenfrequenz ist, selbst wenn diese nicht exakt auf dem Zeitraster 5 des MR-Scanners 4 liegt.
Das Verkürzen der Zeitdauer T_x auf die verkürzte Zeitdauer T_xi führt dazu, dass die abgetastete Fläche im k-Raum geringfügig reduziert ist. Daraus resultieren ein geringer Auflösungsverlust sowie eine ungenauere Definition der gewählten Schichtdicke bzw. des Schichtauswahl-Gradienten. Dieser Verlust liegt bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Pro millebereich, maximal im Bereich weniger Prozent. Es sei angemerkt, dass aktuelle Algorithmen zur Fourier-Transformation nicht mehr darauf angewiesen sind, eine Anzahl von Stützstellen N_x zu erhalten, die sich als eine Zweierpotenz ergibt. Die Geschwindigkeit heutiger Rechner erlaubt es auch, Fourier-Transformationen für eine Anzahl von Stützstellen N_x durchzuführen, die von 2^N abweicht. Die erhöhte Laufzeit einer solchen Fourier-Transformation kann bei der Geschwindigkeit aktueller Hardware in jedem Fall in Kauf genommen werden, sodass für die minimale Zahl von Stützstellen mehr Freiheit besteht.
Hinsichtlich verwendeter Pulsformen P_x, wie sie für die Verwendung mit dem Sende- und/oder Empfangsfenster der Zeitdauer T_x vorliegen, müssen diese für die Verwendung während verkürzter Zeitdauern T_xi möglicherweise neu digitalisiert, das heißt „umgesampelt” oder umabgetastet, werden.
Dies kann auf eine Art und Weise passieren, wie sie bereits für Gradienten bekannt ist. Das heißt: insbesondere gilt es sicherzustellen, dass das Flächenintegral gemäß
transformiert wird.
Das heißt, es muss das Integral unter der Pulsform P_x auch für die verkürzte Zeitdauer T_xi erhalten bleiben und flächenrichtig übersetzt werden. Eine Veränderung der Fläche unter dem Integral hätte Auswirkungen auf die Wirkung der Pulsform, insbesondere auf die B₁-Feldstärke. Die B₁-Feldstärke ist in komplexer Schreibweise gegeben durch einen Amplitudenanteil B_1Amp(t) und einen Phasenanteil B_1Ph(t), durch:
Und daher gilt für das Umsampeln jeder B₁-Komponente:
mit N ∈ {Amp; Ph}. Dadurch ergeben sich zwischen den Stützstellen lokale Fehler, die sich jedoch nicht über eine Zeitdauer T_xi hinaus fortpflanzen und damit auch nicht über eine Zeitscheibe 11 hinaus.
Eventuell ist für Shinnar-Le Roux Pulse eine Neuberechnung der Stützstellen nötig für das tatsächlich verwendete Δt. Es sei in diesem Zusammenhang verwiesen auf den Artikel von J. Pauly, et al., ”Parameter Relations for the Shinnar-Le Roux Selective Excitation Pulse Design Algorithm”, in IEEE Trans. Med. Imaging, 10 (1991), S. 53–65.
Das im Rahmen dieser Offenbarung vorgeschlagene Verfahren wurde anhand der Zeitdauer T_x des Sende- und/oder Empfangsfensters beschrieben, da sich in dieser Formulierung eine besonders knappe Beschreibung geben lässt. Insbesondere kann bei diesem Ansatz jede der Zeitscheiben 11 individuell betrachtet werden, ohne dass zur Ausführung des Verfahrens die vorangegangene Zeitscheibe und die auf die Zeitscheibe 11 folgende Zeitscheibe bekannt sein müssen. Darüber hinaus wird eine Einhaltung von Gradientenmomenten oder Momenten von Pulsformen automatisch sicher gestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann alternativ auch über das Verkürzen der Länge von Zeitscheiben vom Sende- und/oder Empfangstyp formuliert werden. Es würde so eine verkürzte Zeitscheibe erzeugt. Die an die verkürzte Zeitscheibe angrenzenden Zeitscheiben müssten entsprechend verlängert werden, um die globalen Eigenschaften der vorgegebenen Messsequenz 100 auch für die zeitrasterangepasste Messsequenz 101 zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist so gewählt, dass es automatisch sichergestellt ist, dass keine Verletzungen von Hardware-Limitierungen eingeführt werden, etwa hinsichtlich der Flankensteilheit der Gradienten. Das heißt mit anderen Worten: Sofern die Zeitscheiben der vorgegebenen Messsequenz 100 die Hardware-Limitierungen respektieren, bleiben diese auch für die erfindungsgemäße zeitrasterangepasste Messsequenz 101 erhalten.
Dasselbe gilt für die Konten zur Verwaltung der an den Patienten über den Verlauf der Messsequenz 100 abgegebenen Dosis an HF-Energie. Diese Belastung wird ebenfalls durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht verändert bzw. automatisch eingehalten, ohne dass hierzu weitere zusätzliche Schritte ausgeführt werden müssen.
Darüber hinaus ist ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung notwendige Voraussetzung, um ein Sequenztiming als Folge von Zeitscheiben beliebiger Länge, wie es z. B. von einem dem Solver ermittelt wird, auf dem MR-Scanner 4 ausführen zu können. Das von dem Solver gelieferte Sequenztiming ist nicht notwendig auf dem Zeitraster 5 des MR-Scanners ausführbar.
Wird auf einer von dem Solver vorgegebenen Folge von Zeitscheiben das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt, so kann die ermittelte zeitrasterangepasste Messsequenz 101 unmittelbar auf dem MR-Scanner ausgeführt werden.
Das Verfahren könnte daher unmittelbar als Teil eines Solvers ausgeführt werden, nachdem dieser zunächst eine Folge von Zeitscheiben bestimmt hat, die nicht auf das Zeitraster angepasst sind.
Ganz entsprechend könnte das Verfahren auch vor einer Eingabeschnittstelle des MR-Scanners sitzen, und dort die von dem Solver ermittelte Folge von Zeitscheiben der vorgegebenen Messsequenz 100 entgegennehmen. Sodann könnte es auf jeder der Zeitscheiben das erfindungsgemäße Verfahren ausführen, wodurch eine zeitrasterangepasste Messsequenz 101 erzeugt wird, die an die Eingabeschnittstelle des MR-Scanners gegeben wird, woraufhin dieser die zeitrasterangepasste Messsequenz 101 ausführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Optimierungskriterien 15 zum Verkürzen der Zeitdauer T_x individuell vorzugeben. In der Praxis ist es sicherlich sinnvoll, Gruppen von Zeitscheiben 11 zusammenzufassen, für welche dieselben Optimierungskriterien gelten. Dies ergibt sich in der Praxis z. B. aus Zeitscheiben, die zur selben Schicht gehören.

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz (101) für einen Magnetresonanz-Scanner (4), die auf einem Zeitraster (5) des Magnetresonanz-Scanners (4) ausführbar ist, ausgehend von einer vorgegebenen Messsequenz (100), wobei die vorgegebene Messsequenz (100) eine Folge von Zeitscheiben (11) beliebiger Länge vom Sendetyp (ST) und/oder vom Empfangstyp (ET) umfasst, und jeder Zeitscheibe (11) jeweils eine Zeitdauer (T_x) zugeordnet ist, wobei die Zeitdauer (T_x) das Sende- und/oder Empfangsfenster beschreibt, zu dem jeweils ein Hochfrequenz(HF)-Puls von einer Pulsform (P_x) gesendet und/oder ein HF-Signal empfangen wird; und wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Bereitstellen der vorgegebenen Messsequenz (100), – Bestimmen des Zeitrasters (5) des Magnetresonanz-Scanners (4), – Bestimmen von Optimierungskriterien (15) für ein Verkürzen der Zeitdauern (T_x) für jeweils jede der Zeitscheiben (11); – Verkürzen jeder der Zeitdauern (T_x) der Zeitscheiben (11) auf jeweils eine verkürzte Zeitdauer (T_xi), wobei jede der verkürzten Zeitdauern (T_xi) ohne Rest auf das bestimmte Zeitraster (5) passt und jeweils vollständig innerhalb der Zeitdauer (T_x) liegt und optional die Optimierungskriterien (15) erfüllt; – Erzeugen der zeitrasterangepassten Messsequenz (101), wobei für jede der Zeitscheiben (11) die Zeitdauer (T_x) durch die jeweils verkürzte Zeitdauer (T_xi) ersetzt wird, wobei globale Eigenschaften der Messsequenz (100) bei Ausführung der zeitrasterangepassten Messsequenz (101) erhalten bleiben.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die vorgegebene Messsequenz (100) durch einen Solver bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei durch die Optimierungskriterien (15) ein zulässiger Wertebereich für eine Anzahl von Stützstellen vorgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Optimierungskriterien (15) eine Menge von weiteren Zeitrastern (5b) umfasst, die sich aus Vergröberungen des bestimmten Zeitrasters (5) ergeben.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Optimierungskriterien (15) eine Maximierung eines Produkts aus Anzahl von Stützstellen und Rasterabstand umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter folgendes umfassend: – Korrigieren der Pulsform (P_x) beim Senden eines HF-Pulses für jeweils jede der Zeitscheiben (11), so dass die korrigierte Pulsform jeweils vollständig innerhalb der verkürzten Zeitdauer (T_xi) liegt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter folgendes umfassend: – Korrigieren eines erhaltenen MR-Bildes hinsichtlich eines durch Verwendung der verkürzten Zeitdauer (T_xi) für jede der Zeitscheiben (11) beim Empfangen des HF-Signals eingeführten Fehlers.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren weiter folgendes umfasst: – Erfassen von Hardware-Limitierungen – Überprüfen der vorgegebenen Messsequenz (100), ob die erfassten Hardware-Limitierungen eingehalten sind.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren weiter folgendes umfasst: – Erfassen von Patienten-Sicherheitsrichtlinien – Überprüfen der vorgegebenen Messsequenz (100), ob die erfassten Patientensicherheits-Richtlinien erfüllt sind.
Vorrichtung zum Erzeugen einer zeitrasterangepassten Messsequenz (101) für einen Magnetresonanz-Scanner (4), die auf einem Zeitraster (5) des Magnetresonanz-Scanners (4) ausführbar ist, ausgehend von einer vorgegebenen Messsequenz (100), wobei die vorgegebene Messsequenz (100) eine Folge von Zeitscheiben (11) beliebiger Länge vom Sendetyp (ST) und/oder Empfangstyp (ET) umfasst, und jeder Zeitscheibe (11) jeweils eine Zeitdauer (T_x) zugeordnet ist, zu der jeweils ein Hochfrequenz(HF)-Puls der Pulsform (P_x) gesendet und/oder ein HF-Signal empfangen wird; und die Vorrichtung umfasst: – ein Eingabeschnittstellenmodul, das bestimmt ist, die vorgegebenen Messsequenz (100) entgegenzunehmen, – ein Zeitrasterschnittstellenmodul, das bestimmt ist, das Zeitraster (5) des Magnetresonanz-Scanners (4) entgegenzunehmen, – ein Optimierungskriterienschnittstellenmodul, das bestimmt ist, Optimierungskriterien (15) für ein Verkürzen der Zeitdauern (T_x) für jeweils jede der Zeitscheiben (11) zu bestimmen; – ein Verkürzungsmodul, das zum Verkürzen jeder der Zeitdauern (T_x) jeder der Zeitscheiben (11) auf jeweils eine verkürzte Zeitdauer (T_xi) geeignet ist, wobei jede der verkürzten Zeitdauern (T_xi) ohne Rest auf das bestimmte Zeitraster (5) passt und jeweils vollständig innerhalb der ursprünglichen Zeitdauer (T_x) liegt und optional die Optimierungskriterien (15) erfüllt; – ein Generatormodul, das bestimmt ist, eine zeitrasterangepasste Messsequenz (101) zu erzeugen, wobei für jede der Zeitscheiben (11) die Zeitdauer (T_x) durch die jeweils verkürzte Zeitdauer (T_xi) ersetzt wird, und wobei globale Eigenschaften der Messsequenz (100) bei Ausführung der zeitrasterangepassten Messsequenz (101) erhalten bleiben.
Ein Magnetresonanz-Scanner (4) mit einer Steuerungseinheit (45), wobei die Steuerungseinheit (45) zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1–9 ausgebildet ist und wobei der Magnetresonanz-Scanner (4) über die erzeugte zeitrasterangepasste Messsequenz (101) betrieben wird.
Computerprogrammprodukt, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 implementiert, wenn es auf einer mit einem Magnetresonanz-Scanner (4) verbundenen Rechnereinheit und/oder auf dem Magnetresonanz-Scanner und/oder durch einen Solver ausgeführt wird.
System zum Betreiben eines Magnetresonanz-Scanners (4) umfassend: – eine Vorrichtung nach Anspruch 10 zur Verwendung in Verbindung mit – einem Magnetresonanz-Scanner (4).
System gemäß Anspruch 13, ferner umfassend: – einen Solver zum Bereitstellen der vorgegebenen Messsequenz (100).