DE102009020000B4

DE102009020000B4 - Verfahren und Steuereinrichtung zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102009020000B4
Application number: DE102009020000.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Greiser Andreas; Saurabh Shah
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2029-05-06
Also published as: DE102009020000A1; US8379946B2; CN101879064B; US20100286503A1; CN101879064A

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage (1) zur Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten (BD) eines Untersuchungsobjekts (O), welche Magnetresonanzanlage (1) eine Anzahl von Teilsystemen (4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18) und eine Steuereinrichtung (10) aufweist, wobei mit Hilfe der Steuereinrichtung (10) für eine Nutzmessung eine Anzahl von Justagemessungen zur Justage zumindest eines Teilsystems (4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18) durchgeführt werden, bei denen jeweils ein der betreffenden Justagemessung zugeordnetes Justagevolumen (JV_1, JV₂, JV₃, JV₄) berücksichtigt wird, das zumindest einen Teilbereich eines das Untersuchungsobjekt (O) enthaltenden Körpers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinrichtung (10) innerhalb von Bilddaten (UB_1, UB₂) des Untersuchungsobjekts (O) festgelegte, eine Lage und/oder eine Abmessung des Untersuchungsobjekts (O) charakterisierende Markierungen (M₁, M₂, M₃) ermittelt werden und darauf basierend von der Steuereinrichtung (10) automatisch die Lage und Ausdehnung eines Justagevolumens (JV_1, JV₂, JV₃, JV₄) für eine Justagemessung bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage zur Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts, insbesondere zur Aufnahme eines Herzens oder eines Teils eines Herzens im Rahmen so genannter Cardio-MRT-Aufnahmen.
Die Magnetresonanztomographie ist ein inzwischen weit verbreitetes Verfahren zur Gewinnung von Bildern vom Inneren eines Körpers. Bei diesem Verfahren wird der zu untersuchende Körper einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 Tesla, oder bei neueren so genannten Hochmagnetfeldanlagen sogar von 3 Tesla, ausgesetzt. Es wird dann mit einer geeigneten Antenneneinrichtung ein hochfrequentes Anregungssignal (das sog. B₁-Feld) ausgesendet, welches dazu führt, dass die Kernspins bestimmter durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen bestimmten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Das bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlte Hochfrequenzsignal, das sog. Magnetresonanzsignal, wird dann mit geeigneten Antenneneinrichtungen, welche auch identisch mit der Sendeantenneneinrichtung sein können, aufgefangen. Die so akquirierten Rohdaten werden schließlich genutzt, um die gewünschten Bilddaten zu rekonstruieren. Zur Ortskodierung werden dem Grundmagnetfeld während des Sendens und des Auslesens bzw. Empfangens der Hochfrequenzsignale jeweils definierte Magnetfeldgradienten überlagert.
Es ist klar, dass solche Magnetresonanzanlagen eine Vielzahl von Teilsystemen umfassen, die im Rahmen eines Messvorgangs innerhalb einer vorgegebenen Messsequenz unter Beachtung fester zeitlicher Zusammenhänge angesteuert werden müssen. Zu diesen Teilsystemen gehört u. a. ein Magnetfeldsystem, welches beispielsweise aus einem Grundmagnetfeldsystem, einem Gradientenspulensystem und ggf. einem Magnetfeld-Shim-System bestehen kann. Zudem gehört zu den Teilsystemen ein Hochfrequenzsystem, welches wiederum die Antennenanordnungen sowie geeignete Sende- und/oder Empfangssysteme aufweist, um passende Hochfrequenzpulse über die Antennenanordnungen auszusenden bzw. von den Antennenanordnungen aufgefangene Magnetresonanzsignale zu verarbeiten.
Die Magnetresonanzanlage weist zur koordinierten Ansteuerung der Teilsysteme eine Steuereinrichtung auf. Mit Hilfe der Steuereinrichtung wird zudem für eine Nutzmessung eine Anzahl von Justagemessungen zur Justage zumindest eines Teilsystems durchgeführt, bei denen jeweils ein der betreffenden Justagemessung zugeordnetes Justagevolumen berücksichtigt wird, das zumindest einen Teilbereich eines das Untersuchungsobjekt enthaltenden Körpers umfasst. In diesen Justagemessungen werden die einzelnen Teilsysteme auf die spezifischen Eigenschaften des untersuchten Objekts kalibriert. Die Justagemessungen erfolgen dabei meist als „Black-Box-Funktionalität“, d. h. der Bediener weiß nicht im Detail, wie die Justagen ablaufen, sondern das gesamte System bzw. die Steuerung ist so ausgebildet, dass sie vollautomatisch die passenden Justagen für eine spezifizierte Nutzmessung durchführt und dabei die notwendigen Parameter optimiert.
In der Regel sind solche Justagemessungen nicht lokalisiert aufgesetzt, d. h. es wird das Signal des gesamten interessierenden Messvolumens betrachtet, um beispielsweise die ausgesendete Hochfrequenz zu optimieren, eine Transmitterjustage durchzuführen oder das Magnetfeld-Shim zu optimieren. Bei Messungen, bei denen eine sehr exakte Darstellung einer bestimmten untersuchten Struktur, beispielsweise eines bestimmten Organs wie des Herzens, erforderlich ist, hat sich ein solcher Ansatz der nicht-lokalisierten Justage als ungeeignet erwiesen. Beispielsweise wird bei einem nicht-lokalisierten Messvolumen für die Frequenzjustage meist eine Frequenz ermittelt, die für die Bildgebung am zu untersuchenden Organ nicht optimal ist, da die meisten Signalbeiträge aus anderen Gewebebereichen mit einer entsprechend abweichenden optimalen Frequenz stammen.
Bei einer Optimierungsmethode zur Optimierung der Frequenz werden daher mehrere zusätzliche Messungen durchgeführt, um z. B. bildbasiert eine manuelle Optimierung der Offsetfrequenz zu erreichen. D. h. es werden Bilder mit verschiedenen Offsetfrequenzen erzeugt, von denen die mit der besten Bildqualität vom Bediener herausgesucht werden, um so die optimale Frequenz zu finden. Zusätzliche Messungen sind aber mit zusätzlichen Belastungen für den Patienten verbunden.
In der Praxis ist es zudem bei vielen bisher existierenden Magnetresonanzanlagen für den Bediener standardmäßig möglich, eine so genannte „Bounding Box“ zu definieren. Dabei wird mit Hilfe einer grafischen Benutzeroberfläche in Übersichtsbildern des Patienten ein würfel- oder quaderförmiges Volumen definiert, in dem das zu untersuchende Organ liegen sollte. Die Definition der „Bounding Box“ ist aber relativ umständlich und erfordert einige Optimierungsschritte, um das Justagevolumen dreidimensional optimal zu positionieren. Hierbei erfolgt meist eine sukzessive manuelle Anpassung der „Bounding Box“ durch Positionierung und Ausrichtung auf mehreren Localizer-Bildern mit verschiedenen Schichtorientierungen. Dies erfordert insbesondere einen zusätzlichen Zeitaufwand, in dem der Patient länger im Patiententunnel des Geräts verbleiben muss, was meist als unangenehm empfunden wird. Zudem führt eine derart umständliche manuelle Einrichtung der „Bounding Box“ oft dennoch zu einer suboptimalen Definition des Justagevolumens, was sich unmittelbar auch wieder auf die Qualität der Bilder auswirkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage zu schaffen, welche mit möglichst einfachen Mitteln eine schnelle und sichere optimierte Festlegung eines Justagevolumens für eine Justagemessung erlauben.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden von der Steuereinrichtung innerhalb von Bilddaten des Untersuchungsobjekts festgelegte, eine Lage und/oder eine Abmessung des Untersuchungsobjekts charakterisierende Markierungen, beispielsweise einzelne Markierungspunkte oder -linien, ermittelt. Darauf basierend, d. h. auf Basis der Positionsdaten der Markierungen, werden dann von der Steuereinrichtung automatisch die Lage, d. h. Position und Orientierung, sowie die Ausdehnung eines Justagevolumens für eine Justagemessung bestimmt.
Diese vollautomatische Bestimmung des Justagevolumens auf Basis einfacher Markierungen erlaubt einen völligen Verzicht auf eine umständliche iterative Anpassung des Justagevolumens in mehreren zeitaufwändigen Schritten mit Hilfe der bekannten „Bounding Box“. Stattdessen müssen vom Bediener allenfalls die Markierungen gesetzt werden, sofern diese nicht, wie später noch erläutert wird, ebenfalls vollautomatisch in den Bildern ermittelt werden.
Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass der Zeitaufwand erheblich geringer ist und so die Gesamtmesszeit, die der Patient innerhalb des Geräts verbringen muss, reduziert wird. Zudem kann eine optimierte Positionierung des Justagevolumens leichter sichergestellt werden, wodurch die Bildqualität erhöht wird.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, um eine Anzahl von Justagemessungen zur Justage zumindest eines Teilsystems der Magnetresonanzanlage durchzuführen, bei denen jeweils ein der betreffenden Justagemessung zugeordnetes Justagevolumen berücksichtigt wird, das zumindest einen Teilbereich eines das Untersuchungsobjekt enthaltenden Körpers umfasst, benötigt hierzu folgende Komponenten:

i. Eine Markierungsermittlungseinheit, die ausgebildet ist, um innerhalb von Bilddaten des Untersuchungsobjekts festgelegte, eine Lage und/oder eine Abmessung des Untersuchungsobjekts charakterisierende Markierungen zu ermitteln.
ii. Eine Justagevolumenermittlungseinheit, um basierend auf von der Markierungsermittlungseinheit ermittelten Markierungen automatisch die Lage und Ausdehnung eines Justagevolumens für eine Justagemessung zu bestimmen.

Ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät benötigt hierzu neben den genannten Teilsystemen, insbesondere dem Magnetfeldsystem und dem Hochfrequenzsystem, die zuvor definierte erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Ansteuerung dieser Teilsysteme.
Die hierzu in der Steuereinrichtung erforderlichen Komponenten, insbesondere die Markierungsermittlungseinheit und die Justagevolumenermittlungseinheit, können vorzugsweise in Form von Softwaremodulen auf einem Prozessor oder mehreren untereinander vernetzten Prozessoren der Steuereinrichtung realisiert sein. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch herkömmliche bildgebende Systeme in der erfindungsgemäßen Weise schnell und kostengünstig nachgerüstet werden können. Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung eines bildgebenden Systems ladbar ist und welches Programmcodeabschnitte aufweist, um alle Schritte des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Die abhängigen Ansprüche enthalten jeweils besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage auch analog zu den abhängigen Verfahrensansprüchen weitergebildet sein kann und umgekehrt.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahren solche Markierungen verwendet, die anatomisch signifikante Punkte und/oder Strukturen des Untersuchungsobjekts markieren. Diese sind besonders geeignet, um einzeln oder in ihrer Gesamtheit eine Lage und/oder Abmessung des Untersuchungsobjekts zu charakterisieren. Besonders bevorzugt handelt es sich zumindest bei einem Teil der Markierungen um so genannte anatomische Landmarken des Untersuchungsobjekts. Bei einem Herzen kann eine anatomische Landmarke z. B. ein bestimmter signifikanter Punkt an der Herzbasis, die Herzspitze oder auch ein anderer bestimmter Punkt oder eine Linie entlang der Herzwand oder eine bestimmte Position der Herzklappen sein. Weitere signifikante Punkte können insbesondere auch Mittelpunkte bzw. Schwerpunkte eines Organs oder eines Teils eines Organs bzw. einer bestimmten zu untersuchenden Struktur, insbesondere bestimmter Knochenstrukturen sein.
Für die Festlegung der Markierungen gibt es verschiedene Möglichkeiten. Bei einer besonders bevorzugten Variante wird zumindest ein Teil der Markierungen mittels einer Benutzerschnittstelle, d. h. als Bedienereingaben, erfasst, indem beispielsweise Übersichtsbilder angezeigt werden und der Bediener durch ein grafisches Bedienelement, z.B. eine Maus oder dergleichen, bestimmte Punkte wie die vorgenannten anatomischen Landmarken heraussucht und markiert. Die Markierungsermittlungseinheit ist in diesem Fall so aufgebaut, dass sie die Markierungen durch Zusammenwirken mit der Benutzerschnittstelle erfasst. Besonders einfach und schnell ist es, wenn nur einzelne, bevorzugt nur einige wenige, Markierungspunkte gesetzt werden.
Bei einem anderen bevorzugten Verfahren wird zumindest ein Teil der signifikanten Punkte und/oder Strukturen automatisch in den Bilddaten ermittelt und somit eine Markierung festgelegt. Dies ist insbesondere bei anatomischen Landmarken mit herkömmlichen Bilderkennungs- und -analysemethoden möglich. Ebenso ist es mit geeigneten bekannten Segmentierungsverfahren möglich, auch ein komplettes Organ innerhalb der Bilddaten zu segmentieren und den Mittelpunkt oder Schwerpunkt des Untersuchungsobjekts, d. h. des Organs bzw. der interessierenden Struktur, in bestimmten Übersichtsbilddaten zu ermitteln und somit die Markierungen zu setzen. Die Festlegung der Markierung kann in diesem Sinne auch mit der Ermittlung der signifikanten Punkte und/oder Strukturen und Speicherung ihrer Positionsdaten gleichgesetzt werden. Eine solche vollautomatische Ermittlung der Markierungen durch eine Segmentierung erfordert jedoch naturgemäß nicht unerhebliche Rechenzeit, daher kann dieses Verfahren dann gegenüber einer Markierungen mittels einer Benutzerschnittstelle bevorzugt sein, wenn ausreichend große und schnelle Rechenkapazitäten zur Verfügung stehen, andernfalls ist eine zumindest teilweise manuelle Markierung von Vorteil. Vorzugsweise können auch automatisch ermittelte Markierungen zunächst einem Benutzer zur Kontrolle mit den Bilddaten angezeigt werden, der diese dann akzeptieren oder verändern kann.
Die Bilddaten können jeweils zuvor innerhalb der Magnetresonanzanlage, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Übersichtsmessungen, sog. Pre-Scans, erfasst werden.
Dabei ist es möglich, die Markierungen auch in dreidimensionalen Bilddaten zu setzen, was insbesondere bei einer vollautomatischen Ermittlung von signifikanten Punkten eines Organs und die darauf basierende automatische Markierung sinnvoll sein kann. Im Prinzip reicht es aber auch aus, einfache zweidimensionale Schnittbilder oder Ansichten (beispielsweise Projektionsbilder) zu verwenden und darin die Markierungen manuell mit Hilfe der Benutzerschnittstelle oder automatisch zu setzen. Dabei werden dann bevorzugt die Markierungen mit Hilfe von zumindest zwei das Untersuchungsobjekt in unterschiedlichen Ansichten oder Schnitten zeigenden Übersichtsbildern ermittelt, wobei diese besonders bevorzugt orthogonal zueinander stehen.
Wie bereits erwähnt, soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Justagevolumen möglichst gut an das Untersuchungsobjekt bzw. den Bereich des Untersuchungsobjekts angepasst werden, für den die Justagemessung wesentlich ist. Dabei können zum einen einfache geometrische Figuren verwendet werden, die in bestimmten Abmessungen möglichst gut an das Volumen angepasst sind. Beispielsweise bietet sich die Verwendung von zylinderförmigen Justagevolumen an, wenn es darum geht, ausgestreckte, aber in einem Querschnitt zur Erstreckungsrichtung eher rundliche Untersuchungsobjekte auszumessen.
Bei einer besonders bevorzugten Variante wird das Justagevolumen automatisch an Konturen des Untersuchungsobjekts angepasst. Dies ist möglich, indem z. B. mit geeigneten Bilderkennungs- und/oder -segmentierungsverfahren zunächst die Konturen des Untersuchungsobjekts in den Bilddaten festgelegt werden und dann eine Anpassung des Volumens an die ermittelte Kontur erfolgt. Dafür verwendbare Bildverarbeitungsverfahren sind z. B. das Region-Growing-Verfahren, ein einfaches Schwellenwertverfahren, oder auch modellbasierte Segmentierungsverfahren oder dergleichen. Vorzugsweise wird auf einen möglichst einfachen Algorithmus zurückgegriffen, um die Zeit zur Ermittlung des Justagevolumens so gering wie möglich zu halten.
Ganz besonders bevorzugt wird aber auf ein für das betreffende Untersuchungsobjekt bzw. die Untersuchungsobjekt-Art, d. h. eines bestimmten Organs wie Herz, Lunge, Leber oder einer bestimmten Struktur, wie bestimmte Knochen, zuvor definiertes und in einem Speicher hinterlegtes objektspezifisches Standardjustagevolumen zurückgegriffen, das dann auf Basis der gesetzten Markierungen bezüglich zumindest eines Standardjustagevolumenparameters an das individuelle Untersuchungsobjekt, insbesondere eine individuelle Kontur des Untersuchungsobjekts, angepasst wird. In diesem Fall ist trotz einer sehr genauen Anpassung des Justagevolumens an das individuelle Untersuchungsobjekt eine individuelle Segmentierung oder ein spezielles Bilderkennungsverfahren nicht erforderlich, so dass das Verfahren außerordentlich schnell arbeiten kann.
Dabei ist es möglich, dass zur Ermittlung der Konturen der Untersuchungsobjekt-Art a-priori-Wissen, beispielsweise aus einem anatomischen Atlas, herangezogen wird und darauf basierend das objektspezifische Standardjustagevolumen für diese Untersuchungsobjekt-Art definiert wird. Zusätzlich oder alternativ können aber für die Erstellung des objektspezifischen Standardjustagevolumens auch Bilderkennungs- und/oder -segmentierungsverfahren eingesetzt werden, wie sie oben erläutert werden. Z. B. können für eine Vielzahl von entsprechenden Untersuchungsobjekten, beispielsweise Herzen von verschiedenen Patienten oder Probanden, mittels der Bilderkennungs- und/oder -segmentierungsverfahren jeweils individuelle Justagevolumen erstellt werden, die dann zu einem objektspezifischen Standardjustagevolumen kombiniert werden. Dabei ist es bevorzugt auch möglich, für bestimmte Personengruppen, z. B. Frauen, Männer, Kinder etc., verschiedene objektspezifische Standardjustagevolumen zu hinterlegen, sofern sich für diese Personengruppen die Konturen eines Organs signifikant unterscheiden.
Dabei kann das objektspezifische Standardjustagevolumen in allen Dimensionen die Konturen eines „Standard-Untersuchungsobjekts“ abbilden, d. h. beispielsweise die Form eines „Standard-Herzens“ aufweisen. Es kann sich aber auch um ein Standardjustagevolumen handeln, welches nur in einem oder mehreren Parametern, z. B. nur in einem Querschnitt, weitgehend an die Konturen angepasst ist. Beispielsweise kann ein im Wesentlichen zylinderförmiges Volumen mit einem ellipsoiden Querschnitt durch geeignete Positionierung bzw. Ausrichtung und Skalierung des betreffenden Justagevolumen-Querschnitts an einen bestimmten Querschnitt des Untersuchungsobjekts angepasst werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist für eine Nutzung oftmals mehr als eine Justagemessung notwendig. Für verschiedene Arten von Justagemessungen, beispielsweise Frequenzjustagen, Amplitudenjustagen, Shim-Messungen, sind dabei unter Umständen unterschiedliche Justagevolumina relevant.
Unterschiedliche Justagevolumina könnten durch verschiedene Markierungen festgelegt werden, wobei den Markierungen jeweils eine bestimmte Justage öder Justageart zugeordnet ist. Es können dann alle Markierungen, welche der gleichen Justage bzw. Justageart zugeordnet sind, verwendet werden, um für diese Justage bzw. Justageart das zugehörige Justagevolumen zu bestimmen.
Besonders bevorzugt werden die Lage und Ausdehnung unterschiedlicher Justagevolumina für verschiedene Justagemessungen zumindest z. T. auf Basis derselben Markierungen bestimmt. Das heißt, es werden ein und dieselben Markierungen zumindest teilweise weiterverwendet, um nicht nur ein erstes, sondern auch noch zumindest ein weiteres Justagevolumen zu bestimmen. So kann die Anzahl der Markierungen und die zum Setzen bzw. Ermitteln der Markierungen benötigte Zeit reduziert werden. Beispielsweise kann ein zweites Volumen auch mit Hilfe eines Skalierungsfaktors oder ggf. mit mehreren Skalierungsfaktoren für verschiedene Richtungen aus einem ersten Justagevolumen bestimmt werden.
Das Verfahren ist prinzipiell bei beliebigen Untersuchungsobjekten anwendbar. Besondere Vorteile bietet es jedoch bei dem bereits eingangs genannten Beispiel der Cardio-MRT-Untersuchung, bei der das Untersuchungsobjekt ein Herz bzw. einen Teil eines Herzens umfasst. In diesem Fall wird durch zumindest eine Markierung, beispielsweise eine Linie, oder durch zwei Punkte eine Längsachse eines Herzventrikels, beispielsweise des linken Herzventrikels, markiert. Eine weitere Markierung kann vorzugsweise einen Mittelpunkt eines Herzventrikels, z. B. des rechten Herzventrikels, markieren. Alleine diese Daten würden ausreichen, um ein bereits sehr gut optimiertes Justagevolumen zu ermitteln, welches sich entlang der Längsachse des einen Herzventrikels erstreckt und den gesamten Herzventrikel umfasst.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
2 eine Darstellung zweier Schnittbilder durch ein Herz sowie darin gesetzte Markierungen an signifikanten Punkten des Herzens,
3 die Abbildung gemäß 2, jedoch mit einem darin eingezeichneten, auf Basis der Markierungen gesetzten ersten Justagevolumen, welches den linken Ventrikel einschließt,
4 die Abbildung gemäß 2, jedoch mit einem darin eingezeichneten, auf Basis der Markierungen gesetzten zweiten Justagevolumen, welches innerhalb des linken Ventrikels liegt,
5 die Abbildung gemäß 2, jedoch mit einem darin eingezeichneten, auf Basis der Markierungen gesetzten dritten, zylinderartigen Justagevolumen mit einem elliptischen Querschnitt, welches den linken Ventrikel einschließt,
6 die Abbildung gemäß 2, jedoch mit einem darin eingezeichneten, auf Basis der Markierungen gesetzten vierten Justagevolumen, welches an die Außenkonturen des Herzens angepasst ist.

In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dargestellt. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Untersuchungsraum 3 bzw. Patiententunnel. In diesen Patiententunnel 3 ist eine Liegeneinheit 9 in verschiedene Positionen hineinfahrbar, so dass ein darauf liegender Patient P oder Proband während einer Untersuchung an einer bestimmten Position innerhalb des Magnetresonanzscanners 2 relativ zu dem darin angeordneten Magnetsystem und Hochfrequenzsystem gelagert werden kann bzw. auch während einer Messung zwischen verschiedenen Positionen verfahrbar ist. Als Untersuchungsobjekt 0 ist hier das Herz des Patienten P schematisch eingezeichnet.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die genaue Bauart des Magnetresonanzscanners 2 nicht wesentlich ist. So kann beispielsweise ein zylindrisches System mit einem typischen Patiententunnel genutzt werden, aber auch ein C-bogenförmiges Magnetresonanzgerät, welches an einer Seite offen ist.
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 4, eine Anzahl von Shim-Spulen 5 und Magnetfeldgradientenspulen 6 sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 7. Der Empfang von im Untersuchungsobjekt O induzierten Magnetresonanzsignalen kann über die Ganzkörperspule 7 erfolgen, mit der in der Regel auch die Hochfrequenzsignale zur Induzierung der Magnetresonanzsignale ausgesendet werden. Es ist aber auch möglich, diese Signale beispielsweise mit auf oder unter den Patienten P gelegten Lokalspulen 8 zu empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der 1 nur grob schematisch dargestellt.
Angesteuert werden die einzelnen Komponenten von einer Steuereinrichtung 10. Hierbei kann es sich um einen Steuerrechner handeln, welcher auch aus einer Vielzahl von ggf. auch räumlich getrennten und über geeignete Kabel oder dergleichen untereinander verbundenen Einzelrechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 12 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 25 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann.
Diese Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Grundmagnetfeld-Steueranordnung 14, eine Shim-Spulen-Steueranordnung 15 und eine Gradientenspulen-Steueranordnung 16 auf. Über eine Hochfrequenzsende-/-empfangseinheit 17 wird die Ganzkörperspule 7 angesteuert und ausgelesen. Der Hochfrequenzsendeteil der Hochfrequenzsende-/-empfangseinheit 17 umfasst zum Beispiel einen Hochfrequenzpulsverstärker zur Verstärkung und Formung der Hochfrequenzpulse und einen NCO zur Festlegung der Frequenz. über eine weitere Hochfrequenzempfangseinheit 18 werden eventuelle Lokalspulen 8 ausgelesen. Diese Hochfrequenzempfangseinheit 18 kann zum Beispiel eine Spulenauswahleinheit umfassen, um jeweils aus mehreren zur Verfügung stehenden Lokalspulen die passende Lokalspule auszuwählen. Eine Patientenliegen-Steuereinheit 19 dient zum Ansteuern der Liegeneinheit 9.
Der Grundfeldmagnet 4 bildet gemeinsam mit seiner Steueranordnung 14 das Grundmagnetfeldsystem 4, 14, die Shim-Spulen 5 mit der zugehörigen Steueranordnung 15 das Shim-System 5, 15, die Magnetfeldgradientenspulen 6 mit der zugehörigen Steueranordnung 16 das Gradientensystem 6, 16, die Hochfrequenzspule 7 gemeinsam mit ihrer Hochfrequenzsende-/-empfangseinheit 17 ein Hochfrequenzsende-/-empfangssystem 7, 17 und die Lokalspulen 8 gemeinsam mit ihrer Hochfrequenzempfangseinheit 18 ein weiteres Hochfrequenzempfangssystem 8, 18.
Sämtliche Steueranordnungen 14, 15, 16, 19 bzw. die Hochfrequenzsende- und/oder -empfangseinheiten 17, 18 werden koordiniert von einer Zentralsteuereinheit 20 angesteuert, so dass die für die Durchführung einer Messung erforderlichen Grundmagnetfelder, Gradientenfelder und Hochfrequenzpulse synchronisiert ausgegeben werden, die Shim-Spulen richtig eingestellt werden und auch die Liegeneinheit 7 an der richtigen Position steht. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Signale an den Lokalspulen 8 durch die Hochfrequenzempfangseinheit 18 bzw. eventuell Signale an der Ganzkörperspule 7 durch die Hochfrequenzsende-/- empfangseinheit 17 ausgelesen und entsprechend weiterverarbeitet werden.
Die so akquirierten Signale bzw. Rohdaten RD werden dann an eine Bildrekonstruktionseinheit 13 weitergegeben, in der die gewünschten Magnetresonanz-Bilddaten BD rekonstruiert werden, um sie dann beispielsweise auf dem Bildschirm des Terminals 25 auszugeben oder in einem Speicher 11 zu hinterlegen.
Es wird an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung 10 noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen oder aufweisen können, die hier nicht im Detail erläutert werden. Insbesondere kann beispielsweise die Anlage 1 auch über eine geeignete Schnittstelle mit einem Netzwerk, beispielsweise einem radiologischen Informationssystem (RIS), gekoppelt sein, um hierüber Steuerprotokolle zu empfangen, die an der Anlage 1 genutzt werden können, oder um beispielsweise von der Anlage 1 erzeugte Magnetresonanzbilddaten zu versenden, in externen Massenspeichern zu hinterlegen oder an Befundungsstationen oder Printer oder dergleichen zu übergeben.
Die Generierung der Steuersignale für die einzelnen Steueranordnungen 14, 15, 16, 17 und die Hochfrequenzsende- und/oder -empfangseinheiten 18, 19 durch die Zentralsteuereinheit 20 erfolgt in der Regel auf Basis eines sogenannten Steuerprotokolls SP. Ein solches Steuerprotokoll SP enthält sämtliche Steuerdaten, die für den reibungslosen Ablauf einer bestimmten Messsequenz notwendig sind. Der Bediener kann beispielsweise über eine geeignete Benutzerschnittstelle mittels des Terminals 25 ein Steuerprotokoll SP für eine durchzuführende Messung aus einem Datenspeicher 11 der Anlage 1 auswählen und dann die Messung anhand dieses Steuerprotokolls SP vollautomatisch durchführen lassen. Der Bediener kann auch ein Steuerprotokoll SP aufrufen und modifizieren, um beispielsweise spezielle Messungen durchzuführen. Ebenso ist es möglich, Steuerprotokolle SP über eine weitere (nicht dargestellte) Netzschnittstelle auf anderen Rechnern, insbesondere vom Hersteller der Magnetresonanzanlage oder von speziellen, sich mit der Entwicklung von Steuerprotokollen befassenden Dienstleistern zur Verfügung gestellten Steuerprotokollen, auszuwählen.
Erfindungsgemäß weist die Steuereinrichtung 10 eine Markierungsermittlungseinheit 21 und eine Justagevolumenermittlungseinheit 22 auf, welche beispielsweise in Form von Software innerhalb der Zentralsteuereinheit 20 auf einem geeigneten Prozessor realisiert sein können.
Mit der Markierungsermittlungseinheit 21 werden Markierungen innerhalb von Bilddaten BD, beispielsweise von Übersichtsbildern des Untersuchungsobjekts, die in einer Vormessung, dem Pre-Scan, gemessen wurden, festgelegt. Dies kann mit Hilfe der Benutzerschnittstelle, d. h. über die Terminalschnittstelle 12 und das Terminal 25 sowie daran angeschlossene Bedienelemente wie Tastatur, Maus etc., geschehen, indem sich der Bediener bestimmte Übersichtsbilder anzeigen lassen kann und dann mit Hilfe einer Maus oder dergleichen die Markierungen setzt. Die Markierungsermittlungseinheit 21 kann aber auch geeignete Bildverarbeitungsmodule umfassen, um automatisch innerhalb der gegebenen Bilddaten signifikante Punkte wie anatomische Landmarken zu identifizieren und so die Markierungen selber zu bestimmen.
Eine nachgeschaltete Justagevolumenermittlungseinheit 22 nutzt dann die von der Markierungsermittlungseinheit 21 ermittelten Markierungen, um automatisch die Lage und Ausdehnung des Justagevolumens für eine nachfolgende Justagemessung zu bestimmen.
Ein Beispiel für ein Setzen von geeigneten Markierungen, die gemeinsam eine Lage und eine Abmessung des Untersuchungsobjekts, hier wieder eines Herzens, markieren, ist in 2 gezeigt. In den 3 bis 6 sind dann Beispiele gegeben, die auf Basis der so gesetzten Markierungen verschiedene Justagevolumen wählen können, die auf das Herz insgesamt oder bestimmte Bereiche dieses Herzens abgestimmt sind.
Auf der linken Seite der 2 bis 6 ist dabei jeweils ein Schnitt durch das Herz in Längsrichtung als erstes Übersichtsbild UB₁ dargestellt und auf der rechten Seite ein dazu orthogonaler Schnitt als zweites Übersichtsbild UB₂ .
In den Übersichtsbildern UB₁ , UB₂ werden vom Bediener hier drei Markierungen M₁ , M₂ , M₃ gesetzt. Die erste Markierung M₁ definiert die Herzbasis und die zweite Markierung M₂ die Herzspitze innerhalb des Längsschnitt-Übersichtsbilds UB₁ . Durch diese beiden Markierungen M₁ , M₂ ist somit die Längsachse A₁ des linken Ventrikels festgelegt, an der sich im Weiteren die Justagevolumen bezüglich ihrer Lage orientieren. Weiterhin wird eine dritte Markierung M₃ im Querschnitt-Übersichtsbild UB₂ gesetzt, und zwar genau im Schwerpunkt des rechten Ventrikels.
Auf Basis der Koordinaten dieser Markierungen M₁ , M₂ , M₃ kann nun mit einfachen geometrischen Algorithmen bereits ohne eine exakte Segmentierung des Herzens und ohne dass der Bediener einen zusätzlichen Planungsschritt durchführen müsste, ein sehr gut angepasstes Justagevolumen ermittelt werden.
3 zeigt, wie mit diesen Markierungen mit einem einfachen Quader, anders als bei dem bisherigen „Bounding-Box-Verfahren“, sehr schnell und exakt eine Anpassung eines ersten Justagevolumens JV₁ so ermöglicht ist, dass das gesamte linke Herzventrikel umfasst ist und dennoch der Anteil der Gewebeteile außerhalb des linken Herzventrikels möglichst gering ist. Hierzu wird einfach eine Mittellängsachse des Quaders parallel zu der durch die beiden ersten Markierungen M₁ , M₂ definierten Längsachse A₁ des linken Ventrikels gelegt. Bezüglich der Orientierung um diese Längsachse A₁ . sowie bezüglich der Ausdehnung im Querschnitt wird das quaderförmige Justagevolumen JV₁ so definiert, dass eine Halbdiagonale A₂ von der Längsachse A₁ des linken Ventrikels zu der im rechten Übersichtsbild UB₂ definierten Markierung M₃ des Schwerpunkts des rechten Ventrikels verläuft. Ein solches Justagevolumen JV₁ reicht beispielsweise bereits sehr gut aus, um eine Justage des Shim-Systems festzulegen.
In 4 ist dann dargestellt, wie auf Basis der gleichen Markierungen ein zweites, kleineres Justagevolumen JV₂ definiert wird, welches möglichst einen Bereich innerhalb des linken Ventrikels umfasst. Dies erfolgt hier einfach durch eine Skalierung des ersten Justagevolumens JV₁ auf die Hälfte. Das heißt, sowohl die Länge der Längsachse A₁ des ersten Justagevolumens JV₁ als auch die Länge der Halbdiagonale A₂ im Querschnittbild UB₂ werden durch den Faktor zwei geteilt. Der Mittelpunkt dieses kleineren Justagevolumens JV₂ ist identisch mit dem Mittelpunkt des zuvor gewählten ersten Justagevolumens JV₁ . Ein solches Justagevolumen JV₂ kann beispielsweise sehr gut für eine Frequenzjustage eingesetzt werden.
Die in den 2 und 3 dargestellten Justagevolumen JV₁ , JV₂ sind aufgrund ihrer Quaderform jedoch nicht für alle Justagesequenzen optimal. So sind sie durchaus ausreichend für Justagesequenzen mit einer sog. STEAM-Präparation.
Bei anderen Justagesequenzen kann es aber sinnvoll sein, ein noch stärker angepasstes Justagevolumen zu verwenden. Ein Beispiel hierfür ist in 5 gezeigt. Auch dieses Justagevolumen JV₃ basiert auf den zuvor gesetzten drei Markierungen M₁ , M₂ , M₃ . Wieder wird eine geometrische Figur mit einer Längsachse gewählt, die sich koaxial zu der durch die Markierungen M₁ , M₂ definierte Längsachse A₁ des linken Ventrikels erstreckt. Jedoch wird jetzt ein in etwa zylinderförmiges Justagevolumen gewählt, dessen Querschnitt leicht ellipsoid ist, wie dies aus dem zweiten Übersichtsbild UB₂ erkennbar ist. Die Ellipsenform kann beispielsweise automatisch auf Basis von Vorwissen über den prinzipiellen Aufbau eines Herzens und auf Basis der durch die zusätzlich zur Längsachse A₁ im linken Ventrikel gegebenen Markierung M₃ des Schwerpunkts im rechten Ventrikel in der passenden Größe gewählt werden. Denkbar ist aber auch, dass mit einem einfachen Bilderkennungsverfahren hier die deutlich erkennbare Begrenzung der Innenwand oder der Außenwand des linken Ventrikels identifiziert wird und darauf basierend eine weitere Markierung sowie auf den gesetzten Markierungen basierend die Ellipsenform passend positioniert werden kann.
Anhand von 6 wird schließlich noch ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Justagevolumen JV₄ an die Außenkonturen eines Untersuchungsobjekts O des gesamten Herzens angepasst ist. Bei diesem Verfahren wurde aus einer Datenbank im Speicher 11 (siehe 1) ein Standardjustagevolumen SJ für ein Herz ausgewählt, welches dann auf Basis der gesetzten Markierungen von der Lage und Größe her an das individuelle Herz, wie es in den Übersichtsbildern UB₁ , UB₂ wiedergegeben ist, angepasst wurde. D. h. es ist keinerlei Segmentierung oder spezielles Bilderkennungsverfahren notwendig, so dass das Verfahren trotz der individuellen Anpassung außerordentlich schnell arbeiten kann.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen Aufbauten lediglich um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage (1) zur Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten (BD) eines Untersuchungsobjekts (O), welche Magnetresonanzanlage (1) eine Anzahl von Teilsystemen (4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18) und eine Steuereinrichtung (10) aufweist, wobei mit Hilfe der Steuereinrichtung (10) für eine Nutzmessung eine Anzahl von Justagemessungen zur Justage zumindest eines Teilsystems (4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18) durchgeführt werden, bei denen jeweils ein der betreffenden Justagemessung zugeordnetes Justagevolumen (JV_1, JV₂, JV₃, JV₄) berücksichtigt wird, das zumindest einen Teilbereich eines das Untersuchungsobjekt (O) enthaltenden Körpers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuereinrichtung (10) innerhalb von Bilddaten (UB_1, UB₂) des Untersuchungsobjekts (O) festgelegte, eine Lage und/oder eine Abmessung des Untersuchungsobjekts (O) charakterisierende Markierungen (M₁, M₂, M₃) ermittelt werden und darauf basierend von der Steuereinrichtung (10) automatisch die Lage und Ausdehnung eines Justagevolumens (JV_1, JV₂, JV₃, JV₄) für eine Justagemessung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (M₁, M₂, M₃) anatomisch signifikante Punkte und/oder Strukturen des Untersuchungsobjekts (O) markieren.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Markierungen (M₁, M₂) anatomische Landmarken markieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Markierungen (M₁, M₂, M₃) mittels einer Benutzerschnittstelle erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der signifikanten Punkte und/oder Strukturen automatisch in den Bilddaten ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (M₁, M₂, M₃) mit Hilfe von das Untersuchungsobjekt (O) umfassenden Übersichtsbildern (UB₁, UB₂) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen (M₁, M₂, M₃) mit Hilfe von zumindest zwei das Untersuchungsobjekt (O) in unterschiedlichen Ansichten oder Schnitten zeigenden Übersichtsbildern (UB₁, UB₂) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Justagevolumen (JV₃, JV₄) an Konturen des Untersuchungsobjekts (0) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der gesetzten Markierungen (M₁, M₂, M₃) ein für das Untersuchungsobjekt (O) zuvor definiertes objektspezifisches Standardjustagevolumen (SJ) bezüglich zumindest eines Standardjustagevolumenparameters an das individuelle Untersuchungsobjekt (0) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und Ausdehnung unterschiedlicher Justagevolumina (JV_1, JV₂) für verschiedene Justagemessungen zumindest zum Teil auf Basis derselben Markierungen (M₁, M₂, M₃) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsobjekt (O) ein Herz oder einen Teil eines Herzens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch zumindest eine Markierung (M₁, M₂) eine Längsachse (A₁) eines Herzventrikels markiert wird und/oder dass zumindest eine Markierung (M₃) einen Mittelpunkt eines Herzventrikels markiert.
Steuereinrichtung für eine Magnetresonanzanlage (1) zur Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten (BD) eines Untersuchungsobjekts (O) mit einer Anzahl von Teilsystemen (4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18) und einer Steuereinrichtung (10), wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, um eine Anzahl von Justagemessungen zur Justage zumindest eines Teilsystems (4, 5, 6, 7, 8, 14, 15, 16, 17, 18) durchzuführen, bei denen jeweils ein der betreffenden Justagemessung zugeordnetes Justagevolumen (JV₁, JV₂, JV₃, JV₄) berücksichtigt wird, das einen Teilbereich eines das Untersuchungsobjekt (O) enthaltenden Körpers umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) - eine Markierungsermittlungseinheit (21), um innerhalb von Bilddaten (UB₁, UB₂) des Untersuchungsobjekts (O) festgelegte, eine Lage und/oder eine Abmessung des Untersuchungsobjekts (O) charakterisierende Markierungen (M₁, M₂, M₃) zu ermitteln, - und eine Justagevolumenermittlungseinheit (22), um basierend auf von der Markierungsermittlungseinheit (21) ermittelten Markierungen (M₁, M₂, M₃) automatisch die Lage und Ausdehnung eines Justagevolumens (JV₁, JV₂, JV₃, JV₄) für eine Justagemessung zu bestimmen, aufweist.
Magnetresonanzanlage (1) zur Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts (O) mit einem Magnetfeldsystem (4, 5, 6, 14, 15, 16), einem Hochfrequenzsystem (7, 8, 17, 18) und einer Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) ausgeführt wird.