DE102010013672A1

DE102010013672A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz und Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems

Info

Publication number: DE102010013672A1
Application number: DE102010013672A
Authority: DE
Inventors: Georg Mössnang; Dr. Ritter Dieter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: US20110241680A1; CN102210587B; US8542013B2; DE102010013672B4; CN102210587A

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz (AS), welche einen Mehrkanal-Pulszug (MP) mit mehreren individuellen, vom Magnetresonanzsystem (1) über verschiedene unabhängige Hochfrequenz-Sendekanäle (S1, ..., SN) parallel auszusendenden HF-Pulszügen umfasst. Dabei wird auf Basis einer vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) und einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung (ZM) in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug (MP) berechnet, wobei in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren die k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion zumindest hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts (O) optimiert wird. Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems (1) sowie ein Magnetresonanzsystem (1) mit einer solchen Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuersequenzermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz, welche einen Mehrkanal-Pulszug mit mehreren individuellen, vom Magnetresonanzsystem über verschiedene unabhängige Hochfrequenz-Sendekanäle parallel auszusendenden HF-Pulszügen umfasst, wobei auf Basis einer vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorie und einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug berechnet wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen unter Nutzung einer solchen Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz sowie ein Magnetresonanzsystem mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen, mit einem Gradientensystem und einer Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Ansteuersequenz einen Mehrkanal-Pulszug mit mehreren parallelen individuellen HF-Pulszügen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle auszusenden und dazu koordiniert über das Gradientensystem einen Gradienten-Pulszug auszusenden.
In einem Magnetresonanzsystem wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundfeldmagnetsystems einem relativ hohen Grundfeldmagnetfeld, beispielsweise von 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines Gradientensystems ein Magnetfeldgradient angelegt. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Anregungssignale (HF-Signale) ausgesendet, was dazu führen soll, dass die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Diese Hochfrequenzanregung bzw. die resultierende Flipwinkelverteilung wird im Folgenden auch als Kernmagnetisierung oder kurz „Magnetisierung” bezeichnet. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden. Die Aussendung der Hochfrequenzsignale zur Kernspin-Magnetisierung erfolgt meist mittels einer sogenannten „Ganzkörperspule” oder „Bodycoil”. Ein typischer Aufbau hierfür ist eine Käfigantenne (Birdcage-Antenne), welche aus mehreren Sendestäben besteht, die parallel zur Längsachse verlaufend um einen Patientenraum des Tomographen herum angeordnet sind, in dem sich ein Patient bei der Untersuchung befindet. Stirnseitig sind die Antennenstäbe jeweils ringförmig kapazitiv miteinander verbunden.
Bisher war es üblich, Ganzkörperantennen in einem „homogenen Modus”, beispielsweise einem „CP-Mode”, zu betreiben. Hierzu wird ein einziges zeitliches HF-Signal auf alle Komponenten der Sendeantenne gegeben, beispielsweise alle Sendestäbe einer Käfigantenne. Gegebenenfalls erfolgt dabei die Übergabe der Pulse an die einzelnen Komponenten phasenversetzt mit einer der Geometrie der Sendespule angepassten Verschiebung. Beispielsweise können bei einer Käfigantenne mit 16 Stäben die Stäbe jeweils mit dem gleichen HF-Signal mit 22,5° Phasenverschiebung versetzt angesteuert werden. Eine solche homogene Anregung führt zu einer globalen Hochfrequenz-Belastung des Patienten, die nach den üblichen Regeln begrenzt werden muss, da eine zu hohe Hochfrequenz-Belastung zu Schädigungen des Patienten führen könnte. Daher wird üblicherweise die Hochfrequenz-Belastung des Patienten zum einen vorab bei der Planung der auszugebenden Hochfrequenzpulse kalkuliert und die Hochfrequenzpulse werden so gewählt, dass eine bestimmte Grenze nicht erreicht wird. Ein typisches Maß für die Hochfrequenz-Belastung ist der so genannte SAR-Wert (SAR = Specific Absorption Rate), der in Watt/kg angibt, welche biologische Belastung auf den Patienten durch eine bestimmte Hochfrequenz-Pulsleistung wirkt. Für die globale SAR eines Patienten gilt beispielsweise eine genormte Begrenzung von 4 Watt/kg im „First Level” nach der IEC-Norm. Zusätzlich wird außer der Vorabplanung die SAR-Belastung des Patienten während der Untersuchung durch geeignete Sicherheitseinrichtungen am Magnetresonanzsystem laufend überwacht und eine Messung verändert oder abgebrochen, wenn der SAR-Wert über den vorgesehenen Normen liegt. Dennoch ist eine möglichst exakte Planung vorab sinnvoll, um einen solchen Abbruch einer Messung zu vermeiden, da dies eine neue Messung erforderlich machen würde.
Bei neueren Magnetresonanzsystemen ist es inzwischen möglich, die einzelnen Sendekanäle, beispielsweise die einzelnen Stäbe einer Käfigantenne, mit individuellen der Bildgebung angepassten HF-Signalen zu belegen. Hierzu wird ein Mehrkanal-Pulszug ausgesendet, der wie eingangs beschrieben aus mehreren individuellen Hochfrequenz-Pulszügen besteht, die parallel über die verschiedenen unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanäle ausgesendet werden können. Ein solcher Mehrkanal-Pulszug, wegen der parallelen Ausendung der einzelnen Pulse auch als „pTX-Puls” bezeichnet, kann als Anregungs-, Refokussierungs- und/oder Inversionspuls verwendet werden.
Solche Mehrkanal-Pulszüge werden üblicherweise vorab für eine bestimmte geplante Messung generiert. Hierzu werden in einem Optimierungsverfahren die einzelnen HF-Pulszüge, d. h. die HF-Trajektorien, für die einzelnen Sendekanäle über der Zeit in Abhängigkeit von einer festen „k-Raum-Gradiententrajektorie” ermittelt, die üblicherweise von einem Messprotokoll vorgegeben wird. Bei der „Sende-k-Raum-Gradiententrajektorie” (im Folgenden kürzer nur „k-Raum-Gradiententrajektorie” oder „Gradiententrajektorie” genannt) handelt es sich um die Orte im k-Raum, die durch Einstellung der einzelnen Gradienten zu bestimmten Zeiten angefahren werden. Der k-Raum ist der Ortsfrequenzraum, und die Gradiententrajektorie im k-Raum beschreibt, auf welchem Weg der k-Raum bei Aussenden eines HF-Pulses bzw. der parallelen Pulse durch entsprechendes Schalten der Gradientenpulse zeitlich durchlaufen wird. Durch Einstellung der Gradiententrajektorie im k-Raum, d. h. durch Einstellung der passenden, parallel zu dem Mehrkanal-Pulszug applizierten Gradiententrajektorie, kann so bestimmt werden, an welchen Ortsfrequenzen bestimmte HF-Energiemengen deponiert werden.
Bei der Konstruktion der Gradiententrajektorie ist darauf zu achten, dass so die relevanten Bereiche im k-Raum auch durchlaufen werden. Beispielsweise muss, wenn ein im Ortsraum scharf abgegrenztes Gebiet, z. B. ein Rechteck oder Oval, angeregt werden soll, der k-Raum auch in seinem äußeren Grenzbereich gut abgedeckt sein. Ist dagegen nur eine unscharfe Begrenzung gewünscht, dann reicht eine Abdeckung im mittleren k-Raum-Bereich aus.
Außerdem gibt der Anwender für die Planung der HF-Pulsfolge eine Ziel-Magnetisierung, beispielsweise eine gewünschte Flipwinkelverteilung, vor.
Mit einem geeigneten Optimierungsprogramm wird dann die passende HF-Pulsfolge für die einzelnen Kanäle berechnet, so dass die Ziel-Magnetisierung erreicht wird. Der Protokollentwickler muss bei der Auswahl der k-Raum-Trajektorie bereits eine gewisse Erfahrung mitbringen, so dass damit die Zielmagnetisierung erreichbar ist. Ein Verfahren zur Entwicklung solcher Mehrkanal-Pulszüge in parallelen Anregungsverfahren wird beispielsweise in W. Grishom et al.: „Spatial Domain Method for the Design of RF Pulses in Multicoil Parallel Excitation", Mag. Res. Med. 56, 620–629, 2006, beschrieben.
Für eine bestimmte Messung sind die verschiedenen Mehrkanal-Pulszüge, der dazu koordiniert auszusendende Gradienten-Pulszug (mit passenden x-, y- und z-Gradientenpulsen) sowie weitere Steuervorgaben in einem sogenannten Messprotokoll definiert, welches vorab erstellt wird und für eine bestimmte Messung beispielsweise aus einem Speicher abgerufen und gegebenenfalls vom Bediener vor Ort verändert werden kann. Während der Messung erfolgt dann die Steuerung des Magnetresonanzsystems vollautomatisch auf Basis dieses Messprotokolls, wobei die Steuereinrichtung des Magnetresonanzsystems die Befehle aus dem Messprotokoll ausliest und abarbeitet.
Bei der Aussendung von Mehrkanal-Pulszügen kann im Messraum und folglich auch im Patienten die bisher homogene Anregung durch eine prinzipiell beliebig geformte Anregung ersetzt werden. Zur Abschätzung der maximalen Hochfrequenz-Belastung muss daher jede mögliche Hochfrequenz-Überlagerung untersucht werden. Dies kann z. B. an einem Patientenmodell unter Einbeziehung von gewebetypischen Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Dielektrizität, Dichte etc. in einer Simulation untersucht werden. Aus bisherigen Simulationen ist bereits bekannt, dass sich im Hochfrequenzfeld im Patienten typischerweise so genannte „Hotspots” ausbilden können, an denen die Hochfrequenz-Belastung ein Vielfaches der bisher aus der homogenen Anregung bekannten Werte ausmachen kann. Die daraus resultierenden Hochfrequenz-Limitierungen sind andererseits inakzeptabel für die Performance klinischer Bildgebung, da bei Berücksichtigung solcher Hotspots die Gesamtsendeleistung zu niedrig wäre, um akzeptable Bilder zu erzeugen. Daher ist es unbedingt notwendig, bei der Aussendung der Mehrkanal-Pulszüge eine Verringerung der Hochfrequenz-Belastung zu erreichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geeignetes Verfahren sowie eine entsprechende Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung von Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenzen zu schaffen, welche eine weitere Reduzierung der Hochfrequenz-Belastung des Patienten bereits bei der Entwicklung der Mehrkanal-Pulszüge für eine vorgegebene Ziel-Magnetisierung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung nach Patentanspruch 9 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie eingangs beschrieben, auf Basis einer vom Messprotokoll-Entwickler vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorie und einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug berechnet. Zusätzlich wird aber in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren die k-Raum-Gradiententrajektorie unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion zumindest hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts optimiert.
Bei dem Verfahren ist es also möglich, dass der Messprotokoll-Entwickler nach wie vor eine k-Raum-Gradiententrajektorie vorgibt, jedoch kann diese als initiale Grundform angesehen werden. D. h. die Gradiententrajektorie kann im Rahmen der vorgegebenen Grundform im Optimierungsverfahren so gewählt werden, dass die HF-Energie soweit wie möglich im k-Raum verteilt wird, um hohe HF-Spitzen zu vermeiden. Gerade die auftretenden HF-Spitzen erhöhen nämlich die effektive Gesamt-Hochfrequenzleistung erheblich, welche wiederum die SAR-Belastung des Patienten dominiert. In ersten Experimenten hat sich herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise die Hochfrequenz-Belastung für den Patienten bei gleicher Bildqualität um fast einen Faktor drei reduziert werden kann.
Eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung der eingangs genannten Art muss derart ausgebildet sein, dass sie in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren die k-Raum-Gradiententrajektorie unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion zumindest hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts optimiert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems wird nach dem zuvor beschriebenen Verfahren eine Ansteuersequenz ermittelt und dann das Magnetresonanzsystem unter Nutzung dieser Ansteuersequenz betrieben. Entsprechend weist ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzsystem der eingangs genannten Art eine zuvor beschriebene Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung auf.
Wesentliche Teile der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die HF-Puls-Optimierungseinheit und gegebenenfalls auch eine spezielle HF-Belastungs-Optimierungseinheit. Bei der Eingangs-Schnittstelle kann es sich beispielsweise um eine Benutzerschnittstelle zur manuellen Eingabe der k-Raum-Gradiententrajektorie und einer Ziel-Magnetisierung, insbesondere auch um eine grafische Benutzerschnittstelle handeln. Hierbei kann es sich auch um eine Schnittstelle handeln, um Daten aus einem innerhalb der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung angeordneten oder über ein Netz damit verbundenen Datenspeicher – gegebenenfalls auch unter Nutzung der Benutzerschnittstelle – auszuwählen und zu übernehmen. Bei der Steuersequenz-Ausgabe-Schnittstelle kann es sich z. B. um eine Schnittstelle handeln, die die Steuersequenz an eine Magnetresonanzsteuerung übermittelt, um damit direkt die Messung zu steuern, aber auch um eine Schnittstelle, die die Daten über ein Netz versendet und/oder in einem Speicher zur späteren Nutzung hinterlegt. Diese Schnittstellen können ebenfalls zumindest teilweise in Form von Software ausgebildet sein und eventuell auf Hardware-Schnittstellen eines vorhandenen Rechners zurückgreifen.
Die Erfindung umfasst somit auch ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Abschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung ausgeführt wird. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch bisherige Einrichtungen, die zur Ermittlung von Steuersequenzen verwendet werden (beispielsweise geeignete Rechner in Rechenzentren der Magnetresonanzsystem-Hersteller), durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um in der erfindungsgemäßen Weise Steuersequenzen zu ermitteln, die mit einer geringeren Hochfrequenz-Belastung verbunden sind.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprüche einer Kategorie analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Besonders bevorzugt werden innerhalb des HF-Belastungs-Optimierungsverfahrens Geometrieparameter der k-Raum-Gradiententrajektorie minimiert. Insbesondere bevorzugt könnten die Geometrieparameter dabei Parameter zur Bestimmung des Geometriedesigns von EPI-Trajektorien (EPI = Echo-Plannar-Imaging) und/oder Spoke-Positionen- und/oder Spiralgeometrien und/oder Radialgeometrien und/oder Freiformgeometrien umfassen.
Beispielsweise kann die Gradiententrajektorie als Spirale mit zwei variablen Parametern vorgegeben sein, wobei die bei einer Archimedes-Spirale originale lineare Vergrößerung des Radius durch eine Funktion, z. B. ein 2-Punkt-Spline, variabel eingestellt werden kann. Durch diese variablen Geometrieparameter können dann die Ausbreitung der Spirale in x-Richtung und in y-Richtung sowie der Abstand zweier benachbarter Spuren innerhalb der Spirale beeinflusst werden.
Bei einer Spoke-Geometrie im k-Raum werden nacheinander nur einzelne Punkte im k-Raum durch Einstellung von x- und y-Gradienten angefahren, z. B. zehn Punkte, die auf einer Spirale liegen. Um eine angefahrene x-/y-Position im k-Raum zu halten, werden jeweils der x-Gradient und der y-Gradient ausgestellt, d. h. in x-Gradienten- und y-Gradientenrichtung keine Pulse mehr appliziert. Stattdessen wird während der Aussendung der Hochfrequenzpulse ein z-Gradient geschaltet, um den betreffenden Ort im k-Raum schichtselektiv zu messen. Bei einem solchen Messverfahren können folglich durch geeignete Wahl der Geometrieparameter die x- und y-Positionen der „Spokes” im k-Raum festgelegt werden.
Unter Radialgeometrien sind z. B. Rosettengeometrien etc. zu verstehen und bei Freiformgeometrien handelt es sich um frei wählbare Geometrien.
Besonders bevorzugt ist das HF-Belastungs-Optimierungsverfahren mit dem HF-Puls-Optimierungsverfahren verknüpft, d. h. die Verfahren sind in irgendeiner Weise ineinander integriert, z. B. indem das HF-Belastungs-Optimierungsverfahren das HF-Puls-Optimierungsverfahren umfasst oder umgekehrt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird ein iteratives Verfahren durchgeführt, indem jeweils für eine gegebene k-Raum-Gradiententrajektorie mittels des HF-Puls-Optimierungsverfahrens ein Mehrkanal-Pulszug ermittelt wird. Dies kann beispielsweise mit einem üblichen HF-Puls-Optimierungsverfahren durchgeführt werden, z. B. indem mit einem Least-Mean-Square-Verfahren die Ist-Magnetisierung an eine Ziel- bzw. Soll-Magnetisierung unter Variation der auszusendenden HF-Pulszüge angepasst wird. In einem weiteren Schritt des iterativen Verfahrens wird dann auf Basis des ermittelten Mehrkanal-Pulszugs eine voraussichtliche HF-Belastung des Untersuchungsobjekts ermittelt. Das heißt, die innerhalb des Mehrkanal-Pulszugs vorgegebenen HF-Pulse und die vorgegebene Gradiententrajektorie (bzw. die dadurch definierten Gradientenpulse) werden in eine Simulation eingesetzt und so die HF-Belastung berechnet. Darauf basierend werden dann in einem weiteren Schritt nach einer vorgegebenen Optimierungsstrategie des HF-Belastungs-Optimierungsverfahrens die Geometrieparameter der k-Raum-Gradiententrajektorie zur Reduzierung der HF-Belastung variiert. Mit dieser neuen k-Raum-Gradiententrajektorie werden dann in weiteren Iterationsschritten die vorgenannten Schritte wiederholt. Dies erfolgt solange, bis ein Abbruchkriterium erreicht ist, beispielsweise bis eine maximale Anzahl von Iterationsschritten durchlaufen wurde oder die zu minimierende Zielfunktion das gewünschte Minimum erreicht hat bzw. unter einen vorgegebenen ε-Wert gefallen ist. Ein konkreteres Ausführungsbeispiel hierzu wird später noch erläutert.
Besonders bevorzugt erfolgt die Berechnung des Mehrkanal-Pulszugs im Rahmen des mit dem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren verknüpften HF-Puls-Optimierungsverfahrens zunächst für eine niedrigere Ziel-Magnetisierung. Der dabei ermittelte Mehrkanal-Pulszug wird anschließend auf eine entgültige Ziel-Magnetisierung hochskaliert und ggf. noch einmal nachkorrigiert. Für diese Vorgehensweise wird ausgenutzt, dass für kleine Magnetisierungen, d. h. für geringe Flipwinkel (im so genannten „Low-Flip-Bereich”), z. B. zwischen 0 und 5°, das Magnetisierungsverhalten noch linear ist. Daher ist in diesem Bereich eine Berechnung mit einem Optimierungsverfahren erheblich einfacher. Ist für diesen Bereich der optimale Mehrkanal-Pulszug gefunden, so ist in einem nachfolgenden Schritt ohne weiteres eine Hochskalierung möglich. Wenn z. B. die Berechnung im Low-Flip-Bereich für einen Flipwinkel von maximal α = 5° erfolgt und die eigentliche Magnetisierung mit einem Flipwinkel α von maximal 90° erfolgen soll, können entsprechend dem Verhältnis der Flipwinkel die Amplitudenwerte der HF-Pulse mit einem Faktor 18 multipliziert werden. Die dabei eventuell auftretenden Fehler können anschließend im Rahmen einer Simulation ermittelt und korrigiert werden.
Zusätzlich können im Rahmen des HF-Belastungs-Optimierungsverfahrens neben den Parametern zur Optimierung der k-Raum-Gradiententrajektorie auch weitere Parameter hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts optimiert werden. Beispielsweise können die für die HF-Puls-Optimierung benutzten Parameter innerhalb der Tikhonov-Regularisierung oder auch andere Systemparameter wie z. B. die maximale Gradientenstärke oder die sog. „Slew Rate” (die Anstiegszeit der Gradientenpulse) im Rahmen der Optimierung variiert werden, um so noch bessere Ergebnisse zu erzielen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
2 ein Ablaufschema für einen möglichen Ablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Darstellung der initialen Geometrie einer spiralförmigen Gradiententrajektorie vor einer Optimierung,
4 eine Darstellung der initialen Geometrie einer spiralförmigen Gradiententrajektorie nach einer Optimierung,
5 eine Darstellung eines Fehlerwerts zwischen der Ist-Magnetisierung und der Soll-Magnetisierung in Abhängigkeit von der Anzahl der Iterationsschritte innerhalb des Optimierungsverfahrens,
6 eine Darstellung der effektiven Hochfrequenzleistung in Abhängigkeit von der Anzahl der Iterationsschritte,
7 eine Darstellung der Ergebnisse einer Bloch-Simulation der mit einem optimierten Gradienten erreichten Ist-Magnetisierung (rechts) im Vergleich zur Soll-Magnetisierung (links).
In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dargestellt. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Untersuchungsraum 8 bzw. Patiententunnel. Eine Liege 7 ist in diesen Patiententunnel 8 hineinfahrbar, so dass ein darauf liegender Patient O 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.
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 3, ein Gradientensystem 4 mit Magnetfeldgradientenspulen, um beliebige Magnetfeldgradienten in x-, y- und z-Richtung anzulegen, sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5. Der Empfang von im Untersuchungsobjekt O induzierten Magnetresonanzsignalen kann über die Ganzkörperspule 5 erfolgen, mit der in der Regel auch die Hochfrequenzsignale zur Induzierung der Magnetresonanzsignale ausgesendet werden. Üblicherweise werden diese Signale aber mit beispielsweise auf oder unter den Untersuchungsobjekt O gelegten Lokalspulen 6 empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der 1 nur grob schematisch dargestellt.
Die Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 ist hier in Form einer so genannten Birdcage-Antenne aufgebaut und weist eine Anzahl N von einzelnen Antennenstäben auf, die parallel zum Patiententunnel 8 verlaufen und auf einem Umfang um den Patiententunnel 8 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Endseitig sind die einzelnen Antennenstäbe jeweils kapazitiv ringförmig verbunden.
Die einzelnen Antennenstäbe sind hier als einzelne Sendekanäle S₁, ..., S_N separat von einer Steuereinrichtung 10 ansteuerbar. Dabei kann es sich um einen Steuerrechner handeln, welcher auch aus einer Vielzahl von – gegebenenfalls auch räumlich getrennten und über geeignete Kabel oder dergleichen untereinander verbundenen – Einzelrechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 17 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 20 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall ist dieses Terminal 20 als Rechner mit Tastatur, einem oder mehreren Bildschirmen sowie weiteren Eingabegeräten wie beispielsweise Maus oder dergleichen ausgestattet, so dass dem Bediener eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
Die Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Gradienten-Steuereinheit 11 auf, die wiederum aus mehreren Teilkomponenten bestehen kann. Über diese Gradienten-Steuereinheit 11 werden die einzelnen Gradientenspulen mit Steuersignalen SG_x, SG_y, SG_z beschaltet. Hierbei handelt es sich um Gradientenpulse, die während einer Messung an genau vorgesehenen zeitlichen Positionen und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt werden.
Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem eine Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 auf. Diese HF-Sende-/Empfangseinheit 12 besteht ebenfalls aus mehreren Teilkomponenten, um jeweils separat und parallel auf die einzelnen Sendekanäle S₁, ... S_N, d. h. auf die einzeln ansteuerbaren Antennenstäbe der Bodycoil, Hochfrequenzpulse aufzugeben. Über die Sende-/Empfangseinheit 12 können auch Magnetresonanzsignale empfangen werden. Üblicherweise geschieht dies aber mit Hilfe der Lokalspulen 6. Die mit diesen Lokalspulen 6 empfangenen Rohdaten RD werden von einer HF-Empfangseinheit 13 ausgelesen und verarbeitet. Die hiervon oder von der Ganzkörperspule mittels der HF-Sende-/Empfangseinheit 12 empfangenen Magnetresonanzsignale werden als Rohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 14 übergeben, die daraus die Bilddaten BD rekonstruiert und diese in einem Speicher 16 hinterlegt und/oder über die Schnittstelle 17 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden.
Die Gradientensteuerung 11, die HF-Steuereinheit 12 und die Empfangseinheit 13 für die Lokalspulen 6 werden jeweils koordiniert durch eine Messsteuereinheit 15 angesteuert. Diese sorgt durch entsprechende Befehle dafür, dass ein gewünschter Gradienten-Pulszug GP durch geeignete Gradientensteuersignale SG_x, SG_y, SG_z ausgesendet wird, und steuert parallel die HF-Steuereinheit 12 so an, dass ein Mehrkanal-Pulszug MP ausgesendet wird, d. h. dass auf den einzelnen Sendekanälen S₁, ... S_N parallel die passenden Hochfrequenzpulse auf die einzelnen Sendestäbe der Ganzkörperspule 5 gegeben werden. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Magnetresonanzignale an den Lokalspulen 6 durch die HF-Empfangseinheit 13 bzw. eventuelle Signale an der Ganzkörperspule 5 durch die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 ausgelesen und weiterverarbeitet werden. Die Messsteuereinheit 15 gibt die entsprechenden Signale, insbesondere den Mehrkanal-Pulszug MP an die Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 und den Gradienten-Pulszug GP an die Gradienten-Steuereinheit 11, gemäß einem vorgegebenen Steuerprotokoll P vor. In diesem Steuerprotokoll P sind alle Steuerdaten hinterlegt, die während einer Messung eingestellt werden müssen.
Üblicherweise sind in einem Speicher 16 eine Vielzahl von Steuerprotokollen P für verschiedene Messungen hinterlegt. Diese könnten über das Terminal 20 vom Bediener ausgewählt und gegebenenfalls variiert werden, um dann ein passendes Steuerprotokoll P für die aktuell gewünschte Messung zur Verfügung zu haben, mit dem die Messsteuereinheit 15 arbeiten kann. Im Übrigen kann der Bediener auch über ein Netzwerk NW Steuerprotokolle, beispielsweise von einem Hersteller des Magnetresonanzsystems, abrufen und diese dann gegebenenfalls modifizieren und nutzen.
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung sind dem Fachmann aber bekannt, so dass sie hier im Detail nicht weiter besprochen werden. Im Übrigen kann ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Magnetresonanzscanner 2 auch anders aufgebaut sein kann, beispielsweise mit einem seitlich offenen Patientenraum, und dass im Prinzip die Hochfrequenz-Ganzkörperspule nicht als Birdcage-Antenne aufgebaut sein muss. Wesentlich ist lediglich, dass sie mehrere separat ansteuerbare Sendekanäle S₁, ..., S_N aufweist und dass dementsprechend in der Steuereinrichtung 10 auch durch die Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinrichtung eine entsprechende Anzahl von Kanalsteuerungen zur Verfügung steht, um die einzelnen Sendekanäle S₁, ..., S_N separat ansteuern zu können.
In 1 ist hier außerdem eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 schematisch dargestellt, die zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS dient. Diese Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS enthält u. a. für eine bestimmte Messung einen vordefinierten Mehrkanal-Pulszug MP zur Ansteuerung der einzelnen Sendekanäle S₁, ..., S_N. Die Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS wird im vorliegenden Fall als Teil des Messprotokolls P erstellt.
Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 ist hier als Teil des Terminals 20 dargestellt und kann in Form von Softwarekomponenten auf dem Rechner dieses Terminals 21 realisiert sein. Prinzipiell kann die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 aber auch Teil der Steuereinrichtung 10 selber sein oder auf einem separaten Rechensystem realisiert sein, und die fertigen Ansteuersequenzen AS werden, gegebenenfalls auch im Rahmen eines kompletten Steuerprotokolls P, über ein Netzwerk NW an das Magnetresonanzsystem 1 übermittelt.
Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 weist hier eine Eingangsschnittstelle 23 auf. Über diese Eingangsschnittstelle 23 erhält die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 zum einen eine Ziel-Magnetisierung ZM, welche vorgibt, wie die Flipwinkelverteilung bei der gewünschten Messung sein sollte. Außerdem wird eine k-Raum-Gradiententrajektorie GT vorgegeben.
Beide Vorgaben erfolgen beispielsweise durch einen Experten, welcher entsprechend ausgebildet ist, um Steuerprotokolle für bestimmte Messungen zu entwickeln. Die so erhaltenen Daten werden dann an eine HF-Puls-Optimierungseinheit 25 übergeben, welche automatisch eine bestimmte Ansteuersequenz AS mit einem optimalen Mehrkanal-Pulszug MP zur Erreichung der gewünschten Ziel-Magnetisierung ZM erstellt. Wie nachfolgend noch erläutert wird, wird hierbei erfindungsgemäß auch die k-Raum-Gradiententrajektorie GT (im Folgenden kurz Gradiententrajektorie genannt) modifiziert, d. h. es wird eine veränderte Gradiententrajektorie GT' erzeugt. Diese Daten werden dann über eine Steuersequenz-Ausgabeschnittstelle 24 wieder ausgegeben und können dann beispielsweise im Rahmen eines Steuerprotokolls P, in dem noch weitere Vorgaben zur Ansteuerung des Magnetresonanzsystems 1 angegeben werden (beispielsweise Parameter zur Rekonstruktion der Bilder aus den Rohdaten etc.), an die Steuereinrichtung 10 übergeben werden. Der Ablauf eines solchen Verfahrens zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS wird im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms gemäß 2 an einem sehr einfachen Beispiel erläutert.
Im Schritt I werden zunächst die Ziel-Magnetisierung ZM sowie eine Gradiententrajektorie GT vorgegeben. Das heißt, es wird eine zum Abfahren dieser Gradiententrajektorie GT benötigte Gradientenpulsfolge definiert. Dabei erfolgt die Vorgabe der Gradiententrajektorie GT in einer Form, sodass deren Geometrie noch veränderbar ist, d. h. es wird nur eine initiale Grundgeometrie vorgegeben.
Als einfaches Beispiel wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die initial vorgegebene Gradiententrajektorie GT eine Spirale im k-Raum in einer x-/y-Ebene ist. Dies ist in 3 auf der linken Seite dargestellt. 3 zeigt dabei die initiale Geometrie der Gradiententrajektorie vor der Optimierung. Die Koordinaten im k-Raum in x- und y-Richtung sind jeweils in der Einheit cm^–1 angegeben. Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt den Verlauf des x-Gradienten im k-Raum k_x und des y-Gradienten im k-Raum k_y über der Zeit t (in s). Die durchgezogene Kurve ist der x-Gradientenvektor k_x, die feingepunktete Kurve der y-Gradientenvektor k_y und die gestrichelte Gerade entspricht dem Betrag des sich aus der x- und y-Richtung zusammengesetzten Gradientenvektors im k-Raum. Diese Gerade gibt somit den sich mit jeder Umdrehung erweiternden Radius der Spirale wider.
Diese erweiterte Spirale ist durch folgende Funktion definiert: k = r(t, n₁, n₂)·e^{(–2πitn₀)} (1) wobei r(t, n₁, n₂) der Radius der Spirale zur Zeit t ist und n₀ die Anzahl der Punkte auf der Spirale. k_x ist dann der Realteil und k_y der Imaginärteil von k. Die beiden Variablen n₁ und n₂ sind dabei die Parameter, die im Rahmen des Optimierungsverfahrens variiert werden können, um die Gradiententrajektorie ebenfalls hinsichtlich einer Minimierung der HF-Belastung für den Patienten optimieren zu können. Bei der anfänglichen Geometrie gemäß 3 ist die Variable n₁ = 0,33 und n₂ = 0,33, d. h. der Radius r nimmt linear zu, so dass es sich um eine Archimedes-Spirale handelt.
In Schritt II erfolgt dann automatisch das Design des Mehrkanal-Pulszugs. Hierbei werden die einzelnen HF-Pulsfolgen für die unterschiedlichen Sendekanäle entwickelt, das heißt, es wird genau berechnet, welche HF-Pulsform auf welchem Kanal gesendet werden muss. Dies erfolgt zunächst für einen sog. „Low-Flip-Bereich” mit Flipwinkeln unter 5°, da in diesem Bereich das Magnetisierungsverhalten noch linear abläuft. Angewendet wird hierbei eine iterative Optimierungsmethode, da diese sich als besonders geeignet herausgestellt hat. Konkret wird hier die so genannte Finite-Differenzen-Methode verwendet. Prinzipiell sind aber auch andere Optimierungsverfahren, auch nicht iterative, einsetzbar.
Bei dem bisher bekannten Verfahren erfolgt dabei die Optimierungsmethode so, dass die quadratische mittlere Abweichung (Least-Mean-Square) zwischen der Ziel-Magnetisierung und der Ist-Magnetisierung minimiert wird. Das heißt, es wird folgende Lösung gesucht: min(∥m_ist – m_Ziel∥² + R(b)) (2)
Dabei ist m_ist die Ist-Magnetisierung, m_Ziel die Ziel-Magnetisierung und R(b) ist der Tikhonov-Regularisierungsterm, der zur Gewichtung der Hochfrequenzfunktion (Amplitude und/oder Phase) genutzt wird. Ist die Lösung von Gleichung (2) gefunden, liegt als Ergebnis eine Funktion der Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit für alle vorhandenen Sendekanäle vor, d. h. man erhält N Funktionen b_c(t) (eine Funktion für jeden Kanal c = 1 bis N). Für jede Iterationsschleife wird dabei der HF-Pulszug b_c(t) durch eine Least-Square-Optimierung neu berechnet.
Hierbei wird jedoch nach dem Stand der Technik nicht die Hochfrequenz-Belastung für den Patienten berücksichtigt. Erfindungsgemäß erfolgt daher nun die Optimierung durch Finden der Lösung folgender Gleichung: min(∥m_ist – m_Ziel∥² + R(b) + γP_eff) (2a)
Hierbei ist γ ein konstanter Parameter, der so zu wählen ist, dass die Größenordnung innerhalb Gleichung (2a) passt, und P_eff die effektive Leistung gemäß Gleichung
In Gleichung (3) ist P_eff die effektive Hochfrequenzleistung in Watt, b_c(t) ist die Hochfrequenzspannung für jeden einzelnen Kanal (gemessen in Volt) über der Zeit t (in s), T ist die Pulslänge (in s) und n ist die Anzahl der Stützstellen der HF-Funktion (da ja die HF-Pulse in digitaler Form kombiniert werden), wobei n über alle Kanäle c summiert ist. R_a ist der Abschlusswiderstand des Hochfrequenz-Leistungsverstärkers (in der Regel 50 Ω).
Innerhalb des iterativen Verfahrens werden nun im Schritt VI jeweils auch die Geometrieparameter der Gradiententrajektorie verändert, nicht nur die HF-Pulse. Beide gehen in Gleichung (2a) in die Ist-Magnetisierung m_ist ein. Diese zusätzliche iterative Anpassung der Gradientenparameter hat zur Folge, dass nicht nur die Gesamtfunktion, wie in Gleichung (2a) angegeben, minimiert wird und somit die optimalen HF-Pulsfolgen gefunden werden, sondern es wird gleichzeitig auch die effektive Hochfrequenzleistung reduziert, wie sie gemäß Gleichung (3) gegeben ist.
Dies wird in den 5 und 6 gezeigt. 5 zeigt den Fehler, d. h. die Abweichung zwischen m_ist und m_Ziel in Abhängigkeit von den Iterationsschritten IS. Bei dem Verfahren wird also eine effektive Näherung an die Ist-Magnetisierung erreicht. 6 zeigt für die gleichen Iterationsschritte IS die jeweils aktuell vorliegende effektive Leistung gemäß Gleichung 3. Es zeigt sich deutlich, dass die Leistung in nur fünf Iterationsschritten von einem Wert von 3 W etwas über 1 W reduziert werden kann, d. h. es wird fast ein Faktor drei an Leistung eingespart. Bei der Interpretation der 6 ist zu beachten, dass die effektive Leistung hier noch für den Low-Flip-Bereich berechnet wurde. Allerdings bleibt auch bei einem späteren Hochskalieren der eingesparte Faktor bezüglich der HF-Belastung bestehen.
4 zeigt im Vergleich zu 3, wie sich im Rahmen der Iteration nach fünf Iterationsschritten die Geometrie der Gradiententrajektorie im k-Raum verändert hat. Dies wird insbesondere auf der linken Seite innerhalb der k_x-/k_y-Ebene deutlich. Die Gradiententrajektorie weist immer noch die Grundform einer Spirale auf und deckt in etwa auch den gleichen Bereich wie vor der Optimierung ab, so dass sich die Bildqualität nicht wesentlich geändert hat. Jedoch enthält sie insgesamt weniger Umläufe, was zeigt, dass insgesamt auch weniger Hochfrequenzenergie im Ortsfrequenzraum deponiert wurde, was sich in der geringeren Hochfrequenz-Belastung des Patienten auswirkt. Die Geometrieparameter der Spirale betragen nun n₁ = 0,097 und n₂ = 0,302. Letztlich wurde also lediglich nur ein Geometrieparameter in der Optimierung automatisch stark variiert, wogegen der zweiten Geometrieparameter nahezu gleich geblieben ist.
Am Ende des Optimierungsverfahrens liegt eine für den Low-Flip-Bereich gewonnene Mehrkanal-Pulsfolge MP_L und eine Gradiententrajektorie GT' vor. Die Mehrkanal-Pulsfolge MP_L muss dann im Schritt III hochskaliert werden, um die eigentlich gewünschte Ziel-Magnetisierung zu erreichen, die ja normalerweise nicht in einem Flipwinkel-Bereich von 5° liegt, sondern bis zu einem 90° Flipwinkel geht. Dies erfolgt einfach durch Multiplikation der Amplituden der einzelnen Pulse mit dem gewünschten Skalierungsfaktor.
Im Schritt IV wird der Fehler, der beim Hochskalieren auftreten kann, durch eine partielle Bloch-Simulation korrigiert. Eine solche partielle Bloch-Simulation wird nur an einzelnen Zeitpunkten innerhalb der Pulsfolge durchgeführt. Hierbei werden unter Anwendung der Bloch-Gleichungen die Daten für den jeweiligen Zeitpunkt, für den die Überprüfung stattfinden soll, in einem Simulator mit Anwendung der Bloch-Gleichungen getestet und so die erreichte Magnetisierung berechnet. Es können dann Abweichungen von den Vorgaben der Ziel-Magnetisierung entdeckt werden, und es können entsprechende kleinere Korrekturen durch Änderung der Hochfrequenz-Pulsfolgen vorgenommen werden.
Zum Abschluss erfolgt dann im Schritt V noch einmal der Test aller gefundenen Parameter durch eine zeitlich vollständige Bloch-Simulation. Hierin wird geprüft, ob die Magnetisierung, die mit den Parametern erreicht wird, tatsächlich der Ziel-Magnetisierung entspricht.
7 zeigt das Ergebnis einer Bloch-Simulation für eine Aussendung des Mehrkanal-Pulszugs MP und der optimierten Gradiententrajektorie GT' für eine gewünschte Ziel-Magnetisierung in einer „L”-Form. Dabei wird die Ziel-Magnetisierung (linke Seite) mit der Ist-Magnetisierung (rechte Seite) verglichen. Dargestellt ist jeweils eine Schicht durch ein ovales Phantom im Patienten-Koordinatensystem, wobei die untere Seite der Bilder der Rückenseite des Patienten entspricht und auf der linken Seite sich jeweils die rechte Patientenseite befindet. Die Skalen sind jeweils die Pixelnummern. Die Bilder zeigen deutlich, wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewünschte Ziel-Magnetisierung sehr gut erreicht wird.
Das obige Beispiel zeigt, wie mit ganz einfachen Mitteln durch das erfindungsgemäße Verfahren bereits eine Reduzierung der Hochfrequenz-Belastung des Patienten um fast einen Faktor 3 erreicht werden kann. Dabei ist zu erwarten, dass eventuell noch eine größere Reduzierung möglich ist, indem beispielsweise auch noch weitere Parameter, die innerhalb von Gleichung (2a) relevant sein können, wie z. B. die innerhalb der Regularisierungsfunktion oder der Faktor γ, variiert werden können.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Aufbauten 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. „einev 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.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanzanlage
2: Magnetresonanzscanner
3: Grundfeldmagnet
4: Gradientensystem
5: Ganzkörper-Hochfrequenzspule
6: Lokalspule
7: Liege
8: Untersuchungsraum
10: Steuereinrichtung
11: Gradienten-Steuereinheit
12: Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit
13: HF-Empfangseinheit
14: Rekonstruktionseinheit
15: Messsteuereinheit
16: Speicher
17: Terminalschnittstelle
20: Terminal
22: Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung
23: Eingangsschnittstelle
24: Steuersequenz-Ausgabeschnittstelle
GP: Gradienten-Pulszug
IS: Iterationsschritte
MP, MP_L: Mehrkanal-Pulszug
NW: Netzwerk
BD: Bilddaten
RD: Rohdaten
SG_x, SG_y, SG_z: Steuersignal
S₁, ..., S_N: Sendekanal
O: Patient/Untersuchungsobjekt
AS: Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz
GT, GT': k-Raum-Gradiententrajektorie
ZM: Ziel-Magnetisierung
P: Steuerprotokoll

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

W. Grishom et al.: „Spatial Domain Method for the Design of RF Pulses in Multicoil Parallel Excitation”, Mag. Res. Med. 56, 620–629, 2006 [0008]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz (AS), welche einen Mehrkanal-Pulszug (MP) mit mehreren individuellen, vom Magnetresonanzsystem (1) über verschiedene unabhängige Hochfrequenz-Sendekanäle (S₁, ..., S_N) parallel auszusendenden HF-Pulszügen umfasst, wobei auf Basis einer vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) und einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung (ZM) in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug (MP) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren die k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion zumindest hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts (O) optimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im HF-Belastungs-Optimierungsverfahren Geometrieparameter der k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrieparameter Parameter zur Bestimmung des Geometriedesigns von EPI-Trajektorien und/oder Spoke-Positionen und/oder Spiralgeometrien und/oder Radialgeometrien und/oder Freiformgeometrien umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das HF-Belastungs-Optimierungsverfahren mit dem HF-Puls-Optimierungsverfahren verknüpft ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem iterativen Verfahren bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums a) für eine jeweils gegebene k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) mittels des HF-Puls-Optimierungsverfahrens ein Mehrkanal-Pulszug ermittelt wird, b) auf Basis des ermittelten Mehrkanal-Pulszugs eine voraussichtliche HF-Belastung des Untersuchungsobjekts (O) ermittelt wird, c) darauf basierend nach einer vorgegebenen Optimierungsstrategie des HF-Belastungs-Optimierungsverfahrens die Geometrieparameter der k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) zur Reduzierung der HE-Belastung variiert werden d) und mit der neuen k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) in einem weiteren Iterationsschritt die Schritte a) bis c) wiederholt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des HF-Belastung-Optimierungsverfahrens neben Parametern zur Optimierung der k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) zusätzlich weitere Parameter hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts (O) optimiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Mehrkanal-Pulszug (MP) im Rahmen des mit dem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren verknüpften HF-Puls-Optimierungsverfahrens für eine niedrigere Ziel-Magnetisierung erfolgt und der dabei ermittelte Mehrkanal-Pulszug (MP_L) anschließend auf ein endgültige Ziel-Magnetisierung hochskaliert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems (1) mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen (S₁, ..., S_N), bei dem zunächst in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eine Ansteuersequenz (AS) ermittelt und dann das Magnetresonanzsystem (1) unter Nutzung dieser Ansteuersequenz (AS) betrieben wird.
Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz (AS), welche einen Mehrkanal-Pulszug (MP) mit mehreren individuellen, vom Magnetresonanzsystem (1) über verschiedene unabhängige Hochfrequenz-Sendekanäle (S₁, ..., S_N) parallel auszusendenden HF-Pulszüge umfasst, mit einer Eingangs-Schnittstelle (23) zur Erfassung einer k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) und einer Ziel-Magnetisierung (ZM), einer HF-Puls-Optimierungseinheit (25), die so ausgebildet ist, dass sie auf Basis einer vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) und einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung (ZM) in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren einen Mehrkanal-Pulszug (MP) berechnet, und einer Steuersequenzausgabe-Schnittstelle (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) derart ausgebildet ist, dass sie in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren die k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion zumindest hinsichtlich eines HF-Belastungswerts eines Untersuchungsobjekts (O) optimiert.
Magnetresonanzsystem (1) mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen (S₁, ..., S_N), mit einem Gradientensystem (4) und einer Steuereinrichtung (15), welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegeben Ansteuersequenz (AS) einen Mehrkanal-Pulszug (MP) mit mehreren parallelen individuellen HF-Pulszügen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle (S₁, ..., S_N) auszusendenden und dazu koordiniert über das Gradientensystem einen Gradienten-Pulszug (GP) auszusenden, gekennzeichnet durch, eine Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) nach Anspruch 9, um eine Ansteuersequenz zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung (15) zu übergeben.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuersequenzermittlungseinrichtung (22 ) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Programm in der Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) ausgeführt wird.