DE102010015066A1

DE102010015066A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz und Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems

Info

Publication number: DE102010015066A1
Application number: DE102010015066A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ritter Dieter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: US20110254546A1; DE102010015066B4; US9651638B2

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz (AS) beschrieben, welche einen Mehrkanal-Pulszug (MP) mit mehreren individuellen, vom Magnetresonanzsystem (1) über ve1, ..., SN) parallel auszusendenden HF-Pulszügen umfasst. Dabei wird mit einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung (ZM) in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug (MP) berechnet, wobei g eines HF-Lokalbelastungswerts (SEDloc) von einem HF-Globalbelastungswert (SEDglob) erfolgt. 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 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 und mit 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.
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, ortsaufgelöst 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 mittels einer sogenannten „Ganzkörperspule” oder „Bodycoil” oder oft auch mit am Patienten oder Probanten anliegenden Lokalspulen. Ein typischer Aufbau einer Ganzkörperspule 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. Üblicherweise 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-Magnitudensignal 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. Unter der HF-Belastung wird dabei im Folgenden eine durch die HF-Einstrahlung induzierte physiologische Belastung und nicht die eingebrachte HF-Energie als solches verstanden. 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 oder HF-Belastung 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 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 Aussendung der einzelnen Pulse auch als „pTX-Puls” bezeichnet, kann beispielsweise 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 „Sende-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, d. h. durch jeweils passend zu den HF-Pulszügen koordiniert auszusendende Gradienten-Pulszüge (mit passenden x-, y- und z-Gradientenpulsen), 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-Energien deponiert werden.
Für die Planung der HF-Pulsfolge gibt der Anwender eine Ziel-Magnetisierung vor, beispielsweise eine gewünschte ortsaufgelöste Flipwinkelverteilung, die innerhalb der Ziel-Funktion als Soll-Wert eingesetzt wird. Im Optimierungsprogramm wird dann die passende HF-Pulsfolge für die einzelnen Kanäle berechnet, so dass die Ziel-Magnetisierung erreicht wird. 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, die zur jeweiligen Ansteuersequenz gehörenden Gradienten-Pulszüge 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 Planung der Mehrkanal-Pulszüge bereits darauf zu achten, dass einerseits die lokale Hochfrequenz-Belastung nicht zu stark ist, aber andererseits die gesamte HF-Sendeleistung nicht unnötig reduziert und die Bildqualität dadurch verschlechtert wird.
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 sicherere Kontrollierbarkeit der lokalen Hochfrequenz-Belastung des Patienten bereits bei der Entwicklung der Mehrkanal-Pulszüge ermöglichen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung nach Patentanspruch 15 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, wie eingangs beschrieben, auf Basis einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug berechnet. Erfindungsgemäß erfolgt dabei im HF-Puls-Optimierungsverfahren eine Optimierung hinsichtlich einer Soll-Abweichung eines HF-Lokalbelastungswerts von einem HF-Globalbelastungswert.
Bei dem HF-Globalbelastungswert kann es sich um einen auf übliche Weise während einer Messung bezüglich der Einhaltung eines Grenzwertes überwachbaren Wert, wie z. B. einen herkömmlichen SAR-Wert, handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Grenzwert um den eingangs bereits genannten Wert von 4 Watt/kg im „First Level” nach der IEC-Norm handeln. Verschiedene Verfahren, die globale HF-Belastung vor einer Messung bei der Planung zu berücksichtigen und während einer Messung zu überwachen, sind dem Fachmann hinreichend bekannt und brauchen daher hier nicht weiter erläutert zu werden. Ein Beispiel hierfür ist die Online-Überwachung mit einer als „RFSWD” (Radio Frequency Safety Watch Dog = Hochfrequenzsicherheits-Wachhund) bezeichneten Hochfrequenzleistungskontrolleinrichtung. Der HF-Lokalbelastungswert ist von der Ansteuersequenz abhängig und kann im Detail – wie später noch erläutert wird – auf verschiedene Art und Weise definiert sein. Dies hängt u. a. vom jeweils verwendeten Optimierungsverfahren ab. Wesentlich ist, dass der HF-Lokalbelastungswert die lokale Belastung an einzelnen Stellen im Untersuchungsobjekt, insbesondere den möglichen Hotspots, in geeigneter Weise repräsentiert. Unter einer lokalen HF-Belastung ist dabei nicht die an einem Ort oder in einer bestimmten Volumeneinheit auftretende HF-Amplitude zu verstehen, sondern die daraus resultierende Energiebelastung bzw. die durch die HF-Einstrahlung induzierte physiologische Belastung, beispielsweise in Form eines SED-Werts (SED = Specific Energy Dose; spezifische Energiedosis) oder eines SAR-Werts (SAR-Specific Absorption Rate; spezifische Absorptionsrate) in einem bestimmten lokalen Volumen, beispielsweise an einem oder mehreren Hotspots. Der HF-Lokalbelastungswert kann dabei beispielsweise auf einem oder mehreren lokalen SAR-Werten oder SED-Werten basieren, je nachdem, wie auch der HF-Globalbelastungswert definiert ist, da vorzugsweise für HF-Lokalbelastungswert und HF-Globalbelastungswert die gleichen Maßeinheiten verwendet werden sollten. Jedoch ist ein SAR-Wert bekanntermaßen in einen SED-Wert umrechenbar und umgekehrt.
Die Soll-Abweichung, d. h. die erlaubte Abweichung, zwischen dem HF-Lokalbelastungswert und dem HF-Globalbelastungswert kann dabei im Prinzip beliebig gewählt sein. Beispielsweise kann es sich um eine vorgegebene Differenz handeln, die auch gleich Null gesetzt sein kann, d. h. es wird versucht, den HF-Lokalbelastungswert an den HF-Globalbelastungswert anzupassen. Besonders bevorzugt wird aber das Verhältnis zwischen dem HF-Lokalbelastungswert und dem HF-Globalbelastungswert auf einen vorgegeben Wert optimiert, z. B. auf einen vorgegebenen Faktor, um den der HF-Lokalbelastungswert größer als der HF-Globalbelastungswert sein darf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens werden also der Mehrkanal-Pulszug sowie gegebenenfalls weitere Parameter im Rahmen des Pulsdesigns nicht in irgendeiner Form auf einen relativ undefinierten HF-Lokalbelastungswert minimiert, bei dem zum Zeitpunkt der Berechnung der HF-Pulse noch nicht klar ist, ob die später in der Realität verwendete Sequenz (bei der gewünschten Sendeleistung und gegebenenfalls einem verwendeten Mehrschichtaufnahmeverfahren) tatsächlich die lokalen Grenzwerte verletzen würde oder nicht. Stattdessen wird mit einer Optimierung auf eine Soll-Abweichung vom HF-Globalbelastungswert, vorzugsweise ein feststehendes Verhältnis zwischen HF-Lokalbelastungswert und HF-Globalbelastungswert, dafür gesorgt, dass der Mechanismus zur Vorhersage der globalen HF-Belastung und der lokalen HF-Belastung sich nicht mehr unterscheidet. Die globale HF-Belastung ist aber mit den bisherigen Verfahren – wie oben erwähnt – relativ gut vorab berechenbar und insbesondere bei der Rohdatenakquisition auch online gut überwachbar.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass lokale Belastungswerte nicht unnötig reduziert werden, da eine Minimierung der lokalen HF-Belastung ja automatisch auch mit einer geringeren HF-Amplitude und folglich mit einer geringeren Performance bei der Datenakquisition verbunden ist. Insgesamt kann so bei verbesserter Bildqualität die lokale HF-Belastung genauer kontrolliert und die Einhaltung der Grenzwerte überwacht werden.
Dementsprechend muss eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung eine Eingangsschnittstelle zur Erfassung einer Zielmagnetisierung, eine HF-Puls-Optimierungseinheit, um auf Basis einer vorgegebenen Zielmagnetisierung in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren einen Mehrkanal-Pulszug zu berechnen, und eine Steuersequenzausgabe-Schnittstelle aufweisen, um die Steuersequenz zur Ansteuerung des Magnetresonanzsystems für die Datenakquisition an eine Steuereinrichtung zu übergeben oder hierfür in einem Speicher zu hinterlegen. Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung ist dabei erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie in dem HF-Puls-Optimierungsverfahren eine Optimierung hinsichtlich einer Soll-Abweichung eines HF-Lokalbelastungswerts von einem HF-Globalbelastungswert durchführt. Die Eingangs-Schnittstelle kann hierbei gegebenenfalls auch dazu dienen, einen Grenzwert für einen vorgegebenen HF-Globalbelastungswert und/oder eine vorgegebene Abweichung von einem HF-Globalbelastungswert, beispielsweise einen bestimmten Faktor, einzugeben.
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 – wie später noch erläutert – eine spezielle HF-Belastungs-Optimierungseinheit. Bei der Eingangs-Schnittstelle kann es sich beispielsweise um eine Benutzerschnittstelle zur manuellen Eingabe einer Ziel-Magnetisierung, insbesondere auch um eine grafische Benutzerschnittstelle handeln. Hierbei kann es sich auch um eine Schnittstelle handeln, um Daten (beispielsweise auch eine Definition zur Berechnung des HF-Lokalbelastungswert und/oder einen Grenzwert für einen vorgegebenen HF-Globalbelastungswert und/oder eine vorgegebene Abweichung des HF-Lokalbelastungswert von einem HF-Globalbelastungswert) 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 und/oder sicherer kontrollierbaren 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.
Wie bereits oben erläutert, ist die lokale HF-Belastung an verschiedenen Orten im Körper des Untersuchungsobjekts unterschiedlich, wobei zu erwarten ist, dass sich Hotspots ausbilden, an denen besonders hohe HF-Belastungen (d. h. HF-induzierte physiologische Belastungen) auftreten.
Vorzugsweise wird der HF-Lokalbelastungswert aus einer Kombination verschiedener lokaler HF-Belastungswerte in verschiedenen Volumeneinheiten mit spezifischen Gewebeeigenschaften gebildet. Bei den Volumeneinheiten kann es sich um einzelne Volumenelemente (z. B. die einzelnen Voxel) oder auch um größere Volumeneinheiten, beispielsweise Voxelgruppen, handeln. Bei einer bevorzugten Variante basiert der HF-Lokalbelastungswert auf einem HF-Lokalbelastungsvektor, der die lokalen HF-Belastungswerte umfasst. Besonders bevorzugt besteht der HF-Lokalbelastungsvektor aus einer definierten Anzahl von lokalen HF-Belastungswerten an besonders belasteten Positionen, d. h. an zuvor identifizierten möglichen Hotspots. Beispielsweise können zum Aufbau eines HF-Lokalbelastungsvektors die lokalen HF-Belastungswerte von einer bestimmten Anzahl der am stärksten belasteten Hotspots verwendet werden, z. B. der 30 stärksten Hotspots. Der HF-Lokalbelastungswert kann bevorzugt eine vorgegebene Norm eines HF-Lokalbelastungsvektors umfassen. Verschiedene mögliche Normen sind beispielsweise die Maximalnorm, eine Betragssummennorm (L-Norm) oder eine euklidische Norm (L₂-Norm).
Dabei kann ein lokaler HF-Belastungswert bevorzugt auf einer spezifischen Energiedosis zumindest einer Volumeneinheit, beispielsweise einem einzelnen Voxel oder einer Voxelgruppe, basieren.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert der lokale HF-Belastungswert auf einer Korrelation, insbesondere einer Kreuzkorrelation, der einzelnen parallel auszusendenden HF-Pulszüge des Mehrkanal-Pulszugs. Weiterhin kann der lokale HF-Belastungswert bevorzugt auch auf einer gewebespezifischen Sensitivitätsmatrix basieren, die für verschiedene Volumeneinheiten des Untersuchungsobjekts die Abhängigkeit der HF-Belastung von einer aktuellen HF-Sendeamplitude in der jeweiligen Volumeneinheit repräsentiert. Diese Sensitivitätsmatrix kann beispielsweise für jeden einzelnen Voxel einen Sensitivitätswert enthalten, welcher multipliziert mit der Amplitude des Hochfrequenzfelds das E-Feld in dem jeweiligen Voxel angibt.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mehrere Verfahrensstufen, wobei in verschiedenen Verfahrensstufen mit unterschiedlichen Methoden eine Optimierung eines HF-Lokalbelastungswerts hinsichtlich der Soll-Abweichung von einem HF-Globalbelastungswert erfolgt. Vorzugsweise werden dabei in allen funktionalen Methoden des HF-Pulsdesigns die algorithmischen Möglichkeiten zur Optimierung genutzt. Vorzugsweise erfolgt dabei an Orten, an denen ein lokaler HF-Belastungswert unter einem vorgegebenen Sollwert liegt, eine Veränderung von HF-belastungsrelevanten Parametern derart, dass der lokale HF-Belastungswert erhöht wird. In Folge ermöglicht dies eine Reduzierung der lokalen HF-Belastung an zu stark belasteten Orten, ohne die gesamte HF-Leistung zu reduzieren. Der vorgegebene Sollwert der lokalen HF-Belastung kann dabei von der Soll-Abweichung vom HF-Globalbelastungswert abgeleitet sein. Bei den HF-belastungsrelevanten Parametern kann es sich um verschiedene, innerhalb des Pulsdesigns benötigte, Parameter handeln, wie z. B. eine vorgegebene Form einer Gradiententrajektorie, eine variable Abtastgeschwindigkeit auf der Gradiententrajektorie, eine zeitliche Länge eines HF-Pulses etc., die wie später noch erläutert eine Relevanz für die lokale HF-Belastung haben.
Insgesamt wird also versucht, nicht die Gesamt-HF-Sendeleistung zu reduzieren, sondern zunächst die Leistung so weit wie möglich lokal so zu verteilen und damit über die Hotspots zu mitteln, dass die lokale HF-Belastung den gewünschten Wert bzw. die gewünschte Abweichung zum HF-Globalbelastungswert erreicht.
Ein HF-Puls-Optimierungsverfahren arbeitet – wie jedes Optimierungsverfahren – mit einer vorgegebenen Ziel-Funktion. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher eine Zielfunktion derart vorgegeben, dass sie zumindest einen von der Ansteuersequenz (bzw. vom Mehrkanal-Pulszug) abhängigen HF-Lokalbelastungswert eines Untersuchungsobjekts umfasst. Da der HF-Lokalbelastungswert von der Ansteuersequenz abhängt, bildet er innerhalb der Zielfunktion einen „Lokalbelastungs-Funktionsterm”, so dass im Folgenden die Begriffe HF-Lokalbelastungswert und Lokalbelastungs-Funktionsterm synonym verwendet werden.
Verschiedene Möglichkeiten, einen Lokalbelastungs-Funktionsterm in die Zielfunktion aufzunehmen, werden später noch erläutert. Wesentlich ist dabei, dass bereits direkt in der Zielfunktion die HF-Belastung an einzelnen räumlichen Orten betrachtet wird und nicht nur eine globale HF-Belastung, wie dies bisher der Fall ist. Durch die Einbeziehung des HF-Lokalbelastungswerts in die Zielfunktion kann folglich auf besonders einfache Weise dafür gesorgt werden, dass bereits die Zielfunktion selbst von einer Abweichung eines HF-Lokalbelastungswerts von einem HF-Globalbelastungswert abhängt und so bei der Optimierung darauf geachtet werden kann, dass die lokale HF-Belastung die gewünschten Bedingungen erfüllt. Hierzu kann der HF-Lokalbelastungswert z. B. mit einem vorgegebenen Abweichungs-Faktor multipliziert werden und die Differenz des dabei erhaltenen Wertes zu dem vorgegebenen HF-Globalbelastungswert wird dann innerhalb der Zielfunktion im Rahmen des Optimierungsverfahrens minimiert.
Dementsprechend muss eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie in dem HF-Puls-Optimierungsverfahren eine Zielfunktion verwendet, die zumindest einen von der Ansteuersequenz abhängigen lokalen HF-Belastungswert eines Untersuchungsobjekts umfasst.
Bei einer besonders bevorzugten Variante wird die Zielfunktion so gewählt, dass im Optimierungsverfahren eine vorgegebene Kombination, beispielsweise eine Summe, von räumlich verschiedenen lokalen HF-Belastungswerten an die Soll-Abweichung vom HF-Globalbelastungswert angepasst wird. Dies lässt sich beispielsweise realisieren, indem eine Betragssummennorm oder eine euklidische Norm des HF-Lokalbelastungsvektors als HF-Lokalbelastungswert in der Zielfunktion genutzt wird. Diese Kombination der räumlich verschiedenen HF-Belastungswerte, z. B. die Betragssummennorm oder euklidische Norm des HF-Lokalbelastungsvektors, kann dann wie oben beschrieben mit einem vorgegebenen Abweichungs-Faktor multipliziert werden und die Differenz zu dem vorgegebenen HF-Globalbelastungswert im Rahmen des Optimierungsverfahrens minimiert werden.
In diesem Fall bildet der Lokalbelastungs-Funktionsterm folglich einen Lokalbelastungs-Ausgleichsterm, der dazu führt, dass bei der Optimierung der Zielfunktion die Mehrkanal-Pulszüge so berechnet werden, dass besonders kritische lokale HF-Belastungswerte soweit nötig reduziert werden und gleichzeitig nicht so kritische lokale HF-Belastungswerte gegebenenfalls erhöht werden. Wird z. B. für den Lokalbelastungs-Funktionsterm ein HF-Belastungsvektor aus den lokalen HF-Belastungswerten an den verschiedenen Hotspots gewählt, so wird auf diese Weise eine Art „Hotspot-Egalisierungsterm” in die Zielfunktion für das pTX-Pulsdesign eingeführt. Hierbei wird also – sofern dies zur Anpassung an den HF-Globalbelastungswert nötig ist – einem oder wenigen kritischen Hotspots im HF-Belastungsvektor HF-Energie entzogen und den anderen nicht so kritischen Hotspots entsprechend HF-Energie zugeführt.
Bei einer alternativen Variante kann stattdessen im Optimierungsverfahren in ähnlicher Weise ein Maximalwert der lokalen HF-Belastung berücksichtigt werden, um die Abweichungen eines HF-Lokalbelastungswerts von einem HF-Globalbelastungswert in der Zielfunktion einzubauen. Enthält der Lokalbelastungs-Funktionsterm beispielsweise die Maximalnorm eines HF-Lokalbelastungsvektors, so wird automatisch das maximale Vektorelement des HF-Lokalbelastungsvektors an den HF-Globalbelastungswert angepasst. Dies ist beispielsweise der Hotspot, der die stärkste Belastung aufweist. Allerdings wird bei dieser einfachen Variante letztlich nur ein lokaler Hotspot und keine Kombination verschiedener lokaler HF-Belastungswerte in verschiedenen Volumeneinheiten berücksichtigt.
Bei einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren die k-Raum-Gradiententrajektorie unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion hinsichtlich des HF-Lokalbelastungswerts optimiert. Wie eingangs erwähnt, werden bisher die Mehrkanal-Pulszüge in dem Optimierungsverfahren in Abhängigkeit von einer festen „k-Raum-Gradiententrajektorie” ermittelt, die üblicherweise von einem Messprotokoll vorgegeben wird. Bei der Konstruktion der Gradiententrajektorie ist darauf zu achten, dass 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 inneren k-Raum-Bereich aus. Ein Protokollentwickler muss daher bei der Auswahl der k-Raum-Trajektorie bereits eine gewisse Erfahrung mitbringen, so dass damit die Zielmagnetisierung erreichbar ist.
Bei der bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass der Messprotokoll-Entwickler nach wie vor eine k-Raum-Gradiententrajektorie vorgibt, jedoch wird diese nur noch als initiale Grundform angesehen. D. h. die Gradiententrajektorie kann im Rahmen der vorgegebenen Grundform im Optimierungsverfahren so gewählt werden, dass die HF-Energie so weit 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.
Ein dementsprechendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung der eingangs genannten Art muss dann 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.
Besonders bevorzugt werden dabei (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-Planar-Imaging) und/oder Spoke-Positionen- und/oder Spiralgeometrien und/oder Radialgeometrien und/oder Freiformgeometrien umfassen.
Beispielsweise kann die Gradiententrajektorie als Spirale mit 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 mehreren Kreisen 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 dem oben beschrieben üblichen HF-Puls-Optimierungsverfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Zielfunktion 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 Anpassung der lokalen HF-Belastung variiert. Mit dieser neuen k-Raum-Gradiententrajektorie werden dann in weiteren Iterationsschritten die vorgenannten Schritte wiederholt. Dies erfolgt so lange, 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.
Vorzugsweise wird auch eine variable Abtastgeschwindigkeit der k-Raum-Gradiententrajektorie bei der Aussendung von HF-Pulsen so eingestellt, dass die Abtastgeschwindigkeit an den Stellen verringert wird, an denen eine höhere erwartete HF-Spannung vorliegt, wie z. B. in der Mitte des k-Raums. Umgekehrt wird die Abtastgeschwindigkeit an den Stellen erhöht, an denen eine geringere erwartete HF-Spannung vorliegt. Auf diese Weise wird die Durchlaufgeschwindigkeit durch den k-Raum angepasst, um den HF-Energieeintrag zeitlich zu verteilen und so den HF-Lokalbelastungswert noch besser an den HF-Globalbelastungswert anzupassen.
Bevorzugt erfolgt hierzu auch eine Dehnung oder Stauchung der Pulse durch Einstellung der maximal erlaubten Gradientenstärke und Slewrate (Anstiegsgeschwindigkeit der Gradientenpulse). So kann die eingebrachte HF-Energie ebenfalls optimal verteilt werden.
Eine weitere bevorzugte Anpassungmöglichkeit besteht darin, die HF-Pulse an Stellen mit einem erwarteten zu hohen lokalen HF-Belastungswert zeitlich zu dehnen und an Stellen mit einem erwarteten zu geringen lokalen HF-Belastungswert zeitlich zu stauchen. Hierzu kann ein sogenannter VERSE-Algorithmus (VERSE = Variable Rate Selective Excitation) genutzt werden. Dabei erfolgt zur Anpassung des HF-Lokalbelastungswerts an die Soll-Abweichung zum HF-Globalbelastungswert nicht nur – wie sonst in diesem Algorithmus üblich – eine lokale HF-Belastungs-Begrenzung, sondern auch eine lokale SAR-Anhebung (verbunden mit Pulszeitverkürzung und/oder einer Verbesserung der Sollmagnetisierung), wenn das HF-Belastungs-Limit noch nicht erreicht ist.
Besonders bevorzugt erfolgt die Berechnung des Mehrkanal-Pulszugs im Rahmen des erfindungsgemäßen HF-Puls-Optimierungsverfahrens zunächst für eine niedrigere Ziel-Magnetisierung. Der dabei ermittelte Mehrkanal-Pulszug wird anschließend auf eine endgültige 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 und stabiler. 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 auftretenden Fehler können anschließend im Rahmen einer (Bloch-)Simulation ermittelt und korrigiert werden.
Auch in jedem dieser nachfolgenden Verfahrensschritte erfolgt vorzugsweise jeweils eine weitere Anpassung des HF-Lokalbelastungswerts an die Soll-Abweichung zum HF-Globalbelastungswert, sofern die in dem jeweiligen Schritt verwendeten Verfahren dies erlauben. Insbesondere weist eine in einem der nachfolgenden Schritte eventuell benutzte Zielfunktion vorzugsweise ebenfalls einen entsprechenden HE-Lokalbelastungswert des Untersuchungsobjekts (d. h. einen Lokalbelastungs-Funktionsterm) auf.
Zusätzlich können im Rahmen des HF-Belastungs-Optimierungsverfahrens auch weitere Parameter hinsichtlich einer Anpassung des HF-Lokalbelastungswerts an die Soll-Abweichung zum HF-Globalbelastungswert optimiert werden. Beispielsweise können die für die HF-Puls-Optimierung benutzten Parameter innerhalb der Thikonov-Regularisierung oder auch andere Systemparameter im Rahmen der Optimierung variiert werden, um so noch bessere Ergebnisse zu erzielen.
Üblicherweise wird zur Akquisition von Rohdaten in einer Bildgebungssequenz nicht nur ein Mehrkanal-Pulszug ausgesendet, sondern die Pulszüge werden mehrfach gemäß im Steuerprotokoll vorgegebenen Regeln, wie Repetitionszeit und -häufigkeit, wiederholt, um so die Daten im Empfangs-k-Raum zeilenweise zu erfassen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zur Aussendung von Repetitionspulsen eine Neuberechnung des Mehrkanal-Pulszugs. D. h. es erfolgt eine dynamische Änderung des pTX-Pulses innerhalb einer Bildgebungssequenz von Zeile zu Zeile, unter Beibehaltung der Zielmagnetisierung. Hierzu wird mit identischen Eingangsparametern für die Zielmagnetisierung aber gegebenenfalls geänderten Parametern für eine Amplituden- oder Phasenvariation (wie z. B. Startwerte, Design-Parameter, VERSE-Parameter, Regularisierungsparameter, Gewichtung innerhalb der Zielfunktionen etc.) das Optimierungsverfahren erneut durchgeführt, um so für die gleiche Zielmagnetisierung ein anderes lokales Minimum zu erhalten. Besonders bevorzugt werden hierbei nicht alle Stufen des mehrstufigen Verfahrens erneut durchgeführt, sondern nur die letzten Stufen, wie z. B. eine erneute Optimierung im High-Flip-Bereich basierend auf den identischen Ergebnissen aus der Low-Flip-Optimierung.
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 Graphen zweier möglicher Lokalbelastungs-Funktionsterme, die von einem Verhältnis eines HF-Lokalbelastungswerts zu einem HF-Globalbelastungswert abhängen.
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 8. 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_v, 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 Gradienten-Steuereinheit 11, die HF-Sende-/Empfangseinheit 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-Sende-/Empfangseinheit 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 P, beispielsweise von einem Hersteller des Magnetresonanzsystems 1, 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 10 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 bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens 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 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.
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 hier zunächst für einen sog. „Low-Flip-Bereich” mit Flipwinkeln unter 5°, da in diesem Bereich das Magnetisierungsverhalten noch linear abläuft. Angewendet wird hierbei meist 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 beispielsweise die quadratische mittlere Abweichung (Least-Mean-Square) zwischen der Ziel-Magnetisierung und der Ist-Magnetisierung minimiert wird. Das heißt, es wird folgende Lösung gesucht: b = arg_bmin(∥m_ist – m_Ziel∥²) = arg_bmin(∥A·b – mZiel∥²) (1)
Dabei ist m_ist = A·b die Ist-Magnetisierung, wobei A die sogenannte Design-Matrix und b der Vektor der parallel auszusenden HF-Kurven b_c(t) ist. m_Ziel ist die Ziel-Magnetisierung.
Ist die Lösung von Gleichung (1) gefunden, liegt als Ergebnis eine Funktion b_c(t) der Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit für alle vorhandenen Sendekanäle vor, d. h. man erhält N Funktionen (eine Funktion b_c(t) für jeden Kanal c = 1 bis N).
Bei vielen Verfahren wird als Erweiterung der Zielfunktion die sog. Thikonov-Regularisierung verwendet, mit der Lösungen für b_c(t) bevorzugt werden, die möglichst kleine HF-Amplitudenwerte beinhalten, da die Spannungen quadratisch in die Berechnung der Ausgangsleistung eingehen. Eine um die Thikonov-Regularisierung erweiterte Zielfunktion gemäß Gleichung (1) sieht dann wie folgt aus: b = arg_bmin(∥A·b – m_Ziel∥² + β²∥b∥²) (2)
Der Faktor β ist dabei der sog. Thikonov-Parameter, durch dessen Einstellung zwischen der Homogenität des Flipwinkels und einer großen SAR abgewogen werden kann.
Erfindungsgemäß wird jetzt eine Zielfunktion ZF mit einem Lokalbelastungs-Funktionsterm f(SED_loc, SED_glob) vorgegeben, der von einem HF-Lokalbelastungswert SED_loc und von einem HF-Globalbelastungswert SED_glob abhängt, um so dafür zu sorgen, dass der HF-Lokalbelastungswert SED_loc eine vorgebenen Soll-Abweichung von einem HF-Globalbelastungswert SED_glob hat: b = arg_bmin(∥A·b – m_Zielq∥² + γf(SED_loc‚ SED_glob)) (3)
Der Wert γ ist hier wieder ein Gewichtungsfaktor, um ein Optimum (bzw. um eine einstellbare Gewichtung) zwischen der erreichbaren Homogenität der Magnetisierung und der maximalen Abweichung zur Soll-Abweichung zwischen HF-Lokalbelastungswert SED_loc und HF-Globalbelastungswert SED_glob zu finden. SED_loc ist der Lokalbelastungsvektor der lokalen SED-Werte SED_loc,h (in [Ws/kg]). Diese lokalen SED-Werte SED_loc,h an einem Notspot h im Körper des Untersuchungsobjekts O können mit folgender Gleichung berechnet werden:
N ist die Anzahl der unabhängigen Sendekanäle. ρ_h ist die Dichte des Patienten am Hotspot h (in kg/m³) und j und k sind Laufvariablen, die von 1 bis N laufen. Die Werte ZZ_hjk sind die einzelnen Elemente einer sog. Sensitivitätsmatrix ZZ. In Gleichung (4) enthält diese Sensitivitätsmatrix ZZ für jeden Hotspot h einen Sensitivitätswert, der multipliziert mit der Amplitude des HF-Felds das E-Feld in dem betreffenden Hotspot repräsentiert und somit einen Umrechnungsfaktor von der Amplitude der Hochfrequenzkurve auf die tatsächliche energetische Belastung im Hotspot bildet. Das heißt, wenn 30 solcher Hotspots identifiziert wurden, so besteht der HF-Lokalbelastungsvektor SED_loc aus 30 Vektorelementen gemäß Gleichung (4).
T_sum,jk ist die Kreuzkorrelation der HF-Kurven des HF-Pulszugs:
Dabei ist Δt der Sampling-Abstand in s. Diese Kreuzkorrelation gibt also an, ob sich an einem bestimmten Ort die HF-Kurven des HF-Pulszugs bei der Überlagerung verstärken oder reduzieren.
Die Sensitivitätsmatrix ZZ und die Zielfunktion können beispielsweise in einem Speicher 26 der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 hinterlegt sein und dort bei Bedarf abgerufen werden. Die Sensitivitätsmatrix lässt sich z. B. vorab mittels Simulationen an Körpermodellen ermitteln. Eine Methode zur Ermittlung einer solchen Sensitivitätsmatrix und der lokalen SED-Werte SED_loc,h wird beispielsweise in der DE 10 2009 024 077 beschrieben, deren Inhalt hier insoweit voll inhaltlich inkorporiert wird. Dabei können für unterschiedliche Körpertypen, z. B. verschieden große Patienten, auch unterschiedliche Sensitivitätsmatrizen hinterlegt sein.
Der Lokalbelastungs-Funktionsterm f(SED_loc, SED_glob) in Gleichung (3) kann verschiedenartig ausgestaltet sein. Hier wird ein Lokalbelastungs-Funktionsterm f(SED_loc, SED_glob) gewählt, der darauf abzielt, dass das Verhältnis des HF-Lokalbelastungswerts im Verhältnis zu einem HF-Globalbelastungswert auf einen vorgegebenen Wert optimiert wird. Eine einfache Variante ist der Term: f(SED_loc, SED_glob) = |max_h(SED_loc,h) – η·SED_glob| (6)
Da die Zielfunktion gemäß Gleichung (3) bei der Optimierung minimiert wird, wird durch die Aufnahme des Funktionsterms nach Gleichung (6) automatisch dafür gesorgt, dass die Differenz zwischen dem η-fachen HF-Globalbelastungswert SED_glob zum Maximums des HF-Lokalbelastungsvektor SED_loc minimiert wird. D. h. es wird das Verhältnis eines HF-Lokalbelastungswerts, hier des Maximums des HF-Lokalbelastungsvektor SED_loc, zu einem HF-Globalbelastungswert SED_glob auf einen fixen Wert η optimiert. Der Faktor η kann z. B. vorgegeben werden.
Der HF-Globalbelastungswert SED_glob wird, wie oben bereits erwähnt, auf die übliche Weise definiert, d. h. es handelt sich um einen Wert, für den auch bereits Grenzwerte existieren oder der auf einfache Weise in einen entsprechenden Wert umrechenbar ist. Eine Umrechung zwischen einem globalen SAR-Wert und einem globalen SED-Wert kann beispielsweise über das Sequenztiming erfolgen.
3 zeigt die Graphen zweier möglicher Lokalbelastungs-Funktionsterme. Aufgetragen ist dort jeweils der Funktionswert f(SED_locc, SED_glob) (in willkürlichen Einheiten) über dem Verhältnis der beiden Werte SED_loc/SED_glob. Beide Funktionsterme sind so gewählt, dass ein Minimum erreicht wird, wenn das Verhältnis SED_loc/SED_glob bei einem Wert von 10 liegt. Dieser Wert ist hier jedoch lediglich als ein Beispiel gegeben. Ein geeigneter Wert für das feste Verhältnis hängt von den verschiedensten Bedingungen ab, u. a. auch von eventuell vorgegebenen Normwerten. Eine solche Funktion lässt sich beispielsweise auch durch zwei Teilfunktionen rechts und links von dem fix eingestellten Verhältnis oder durch die in Gleichung (6) gegebene Grundform definieren.
2 zeigt eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die durch den in einer iterativen Schleife mit dem Verfahrensschritt II verbunden Verfahrensschritt VI angedeutet ist. Hierbei erfolgt die Vorgabe der Gradiententrajektorie GT in Schritt I 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. Diese erweiterte Spirale ist durch folgende Funktion definiert:
Dabei ist r(t, n₁, n₂) der Radius der Spirale zur Zeit t und n₀ ist die Anzahl der Punkte auf der Spirale. Die beiden Variablen n₁ und n₂ sind 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 können die Variablen n₁ und n₂ beide z. B. gleich 0,33 gesetzt werden, das heißt, der Radius r nimmt linear zu, so dass es sich um eine Archimedes-Spirale handelt.
Innerhalb eines iterativen Verfahrens werden nun im Schritt VI nicht nur die HF-Pulse, sondern jeweils auch die Geometrieparameter der Gradiententrajektorie verändert. Beide gehen in die Ist-Magnetisierung m_ist in der Zielfunktion ein. Für jede Iterationsschleife wird dabei der HF-Pulszug b_c(t) wie oben beschrieben neu berechnet. Die zusätzliche iterative Anpassung der Gradientenparameter hat zur Folge, dass nicht nur die Zielfunktion minimiert wird und somit die optimalen HF-Pulsfolgen gefunden werden, sondern es wird gleichzeitig auch durch die Wahl der passenden Gradiententrajektorie im k-Raum die effektive Hochfrequenzleistung angepasst, um das Optimierungsziel zu erreichen.
Im Rahmen der Iteration verändert sich die Geometrie der Gradiententrajektorie im k-Raum. Die Gradiententrajektorie weist dann beispielsweise immer noch die Grundform einer Spirale auf. Jedoch weisen die Geometrieparameter der Spirale nun andere Werte auf, z. B. n₁ = 0,097 und n₂ = 0,302. In diesem Fall deckt die Spirale in etwa den gleichen Bereich wie vor der Optimierung ab, so dass sich die Bildqualität nicht wesentlich geändert hat, deponiert die HF-Energie aber an anderen Stellen. Letztlich wurde also lediglich nur ein Geometrieparameter in der Optimierung automatisch stark variiert, wogegen der zweite Geometrieparameter nahezu gleich geblieben ist. Im Rahmen der Erfindung ist aber durch die Optimierung der Gradiententrajektorie nicht nur eine Reduzierung der lokalen HF-Belastung möglich, sondern insbesondere auch eine Anhebung, wenn das HF-Belastungs-Limit noch nicht erreicht ist, um so eine möglichst gute Anpassung des HF-Lokalbelastungswert SED_loc an die Soll-Abweichung zum Globalbelastungswert SED_glob zu erreichen.
Die gewünschte Anpassung des HF-Lokalbelastungswerts SED_loc an die Soll-Abweichung zum Globalbelastungswerts SED_glob lässt sich unterstützen, indem auch noch weitere innerhalb der Zielfunktion relevante Parameter entsprechend dem Optimierungsziel optimiert werden. Wie bereits oben im Zusammenhang mit Gleichung (3) erläutert, ist es z. B. möglich, zusätzlich in die Zielfunktion noch die Thikonov-Regularisierung aufzunehmen. Auf diese Weise erfolgt bevorzugt eine Berechnung von HF-Pulsen mit niedrigen Spannungen bzw. Amplituden. Dabei kann im Rahmen der Optimierung automatisch eine Bestimmung des optimalen Regularisierungsfaktors so erfolgen, dass das gewünschte Verhältnis zwischen HF-Globalbelastungswert SED_glob und HF-Lokalbelastungswert SED_loc erreicht wird Weiterhin kann, wie bereits erwähnt, eine Parametrisierung der Abtastgeschwindigkeit der k-Raum-Trajektorien und/oder eine Dehnung oder Stauchung der HF-Pulse durch Reduzierung bzw. Erhöhung der maximal erlaubten Gradientenstärke und Slewrate erfolgen.
Nach Durchführung des Schritts II liegt am Ende des Optimierungsverfahrens eine für den Low-Flip-Bereich gewonnene Mehrkanal-Pulsfolge MP_L sowie eine optimierte 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 oder mehr geht. Dies erfolgt einfach durch Multiplikation der Amplituden der einzelnen Pulse mit dem gewünschten Skalierungsfaktor.
In einem Schritt IV wird dann der Fehler, der beim Hochskalieren auftreten kann, durch eine Bloch-Simulation korrigiert. Dies kann auch mit einer partiellen Bloch-Simulation erfolgen, die nur an einzelnen Zeitpunkten innerhalb der Pulsfolge durchgeführt wird. Hierbei werden unter Anwendung der Bloch-Gleichungen die Daten für den jeweiligen HF-Zeitpunkt, für den die Anpassung stattfinden soll, in einem Simulator mit Anwendung der Bloch-Gleichungen getestet und so die erreichte Magnetisierung berechnet. Es können dann Verbesserungen zu den Vorgaben der Ziel-Magnetisierung entdeckt werden, und es können entsprechende kleinere Korrekturen durch Änderung der Hochfrequenz-Pulsfolgen vorgenommen werden. Im Prinzip erfolgt auch bei dieser Simulation eine Iteration wie in Schritt II, jedoch nun mit einer exakten Berechnung der Bloch-Gleichungen, wobei die Werte aus Schritt III als Startwerte genutzt werden. Auch die Berechnungen aus Schritt VI können hier noch einmal durchgeführt werden, z. B. unter Verwendung der hier analytisch berechenbaren Ableitungen der Zielfunktion, z. B. der Jacobimatrizen oder der Hessematrizen.
Zum Abschluss erfolgt dann im Schritt V noch einmal eine finale Anpassung der HF-Belastung. Hierzu kann der oben erwähnte VERSE-Algorithmus für multidimensionale Gradienten- und HF-Trajektorien eingesetzt werden, wobei nicht nur ein Optimierer zur Begrenzung der lokalen HF-Belastung genutzt wird, sondern auch eine lokale Anhebung der lokalen HF-Belastung, um so eine optimale Anpassung des HF-Lokalbelastungswert SED_loc an die Soll-Abweichung zum Globalbelastungswert SED_glob zu erreichen.
Sowohl in Schritt IV als auch im Schritt V können hierin genutzte Zielfunktionen ebenfalls wieder einen Lokalbelastungs-Funktionsterm wie im Schritt II aufweisen, d. h. es kann die gleiche Zielfunktion wie in Schritt II genutzt werden.
Optional bietet Schritt VII die Möglichkeit, bei einer Pulsrepetition innerhalb einer Bildgebungssequenz von Zeile zu Zeile den pTX-Puls unter Beibehaltung der Zielmagnetisierung dynamisch zu ändern. Dabei können in den Schritten II, III, IV, V, und VI genutzte Parameter zur Amplituden- oder Phasenvariation, wie z. B. Startwerte, Design-Parameter, VERSE-Parameter, Regularisierungsparameter, eine Gewichtung innerhalb der Zielfunktionen etc. geändert werden. Das Ergebnis ist dann eine etwas geänderte Ansteuersequenz mit der gleichen Zielmagnetisierung, aber anders gewichteten Hotspots. Durch die räumlich bessere Verteilung der Hotspots zwischen den Repetitions-pTX-Pulsen wird die lokale HF-Belastung im zeitlichen Mittel reduziert. Dieses Verfahren bietet sich also vor allem dann an, wenn eine Gesamtreduzierung HF-Lokalbelastungswerts SED_loc nötig ist, um den HF-Lokalbelastungswert SED_loc an die Soll-Abweichung zum Globalbelastungswert SED_glob anzupassen. Vorzugsweise erfolgt – zur Einsparung von Rechenzeit – nicht ein komplette Neuberechnung des Repetitions-pTX-Pulses von Anfang an (d. h. ab Schritt II des Verfahrens), sondern es wird nur ein Rücksprung zum Beispiel zwischen die Schritte IV und V oder zwischen die Schritte II und IV durchgeführt und mit den dort vorliegenden Eingangswerten wird ein neuer Repetitions-pTX-Puls berechnet. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der DE 10 2009 020 398 beschrieben, auf die hier insoweit verwiesen wird.
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. Insbesondere kann selbstverständlich in dem erfindungsgemäßen Verfahren auch dafür gesorgt werden, dass bei der Optimierung der HF-Globalbelastungswert SED_glob (und somit auch der HF-Lokalbelastungswert SED_loc) minimiert wird, um die HF-Belastung insgesamt zu reduzieren, soweit dies nötig und im Hinblick auf die gewünschte Bildqualität sinnvoll 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.
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
25: HF-Puls-Optimierungseinheit
26: Speicher
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
ZZ: Sensitivitätsmatrix
ZF: Zielfunktion
P Steuerprotokoll
η Faktor

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 Patentliteratur

DE 102009024077 [0079]
DE 102009020398 [0093]

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 [0006]

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 Ziel-Magnetisierung (ZM) in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug (MP) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass im HF-Puls-Optimierungsverfahren eine Optimierung hinsichtlich einer Soll-Abweichung eines HF-Lokalbelastungswerts (SED_loc) von einem HF-Globalbelastungswert (SED_glob) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des HF-Lokalbelastungswerts (SED_loc) zum HF-Globalbelastungswert (SED_glob) auf einen vorgegeben Wert (BF) optimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Lokalbelastungswert (SED_loc) auf einer Kombination verschiedener lokaler HF-Belastungswerte in verschiedenen Volumeneinheiten basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein lokaler HF-Belastungswert (SED_loc,h) auf einer Korrelation der einzelnen parallel auszusendenden HF-Pulszüge des Mehrkanal-Pulszugs (MP) und/oder auf einer Sensitivitätsmatrix (ZZ), die für verschiedene Volumeneinheiten des Untersuchungsobjekts (O) die Abhängigkeit der HF-Belastung von einer aktuellen HF-Sendeamplitude in der jeweiligen Volumeneinheit repräsentiert, basiert.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Lokalbelastungswert (SED_loc) eine vorgegebene Norm eines HF-Lokalbelastungsvektors (SED_loc) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mehrere Verfahrensstufen umfasst, wobei in verschiedenen Verfahrensstufen mit unterschiedlichen Methoden eine Optimierung eines HF-Lokalbelastungswerts (SED_loc) hinsichtlich der Soll-Abweichung von einem HF-Globalbelastungswert (SED_glob) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an Orten, an denen ein lokaler HF-Belastungswert (SED_loc,h) unter einem vorgegebenen Sollwert liegt, eine Veränderung von HF-belastungsrelevanten Parametern derart erfolgt, dass der lokale HF-Belastungswert (SED_loc,h) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine innerhalb des HF-Puls-Optimierungsverfahrens verwendete Zielfunktion (ZF, ZF₁, ZF₂) derart vorgegeben wird, dass sie zumindest einen von der Ansteuersequenz (AS) abhängigen HF-Lokalbelastungswert (SED_loc) eines Untersuchungsobjekts (O) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfunktion von einer Abweichung eines HF-Lokalbelastungswerts (SED_loc) von einem HF-Globalbelastungswert (SED_glob) abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrkanal-Pulszug (MP) auf Basis einer vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) berechnet wird, welche in einem HF-Belastungs-Optimierungsverfahren unter Nutzung einer parametrisierbaren Funktion hinsichtlich des HF-Lokalbelastungswert (SED_loc) optimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtastgeschwindigkeit der k-Raum-Gradiententrajektorie (GT) bei der Aussendung von HF-Pulsen so eingestellt wird, dass die Abtastgeschwindigkeit an den Stellen verringert wird, an denen eine höhere erwartete HF-Spannung vorliegt, und an den Stellen erhöht wird, an denen eine geringere erwartete HF-Spannung vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Pulsform so variiert wird, dass die HF-Pulse an Stellen mit einem erwarteten zu hohen lokalen HF-Belastungswert (SED_loc,h) zeitlich gedehnt werden und an Stellen mit einem erwarteten zu geringen lokalen HF-Belastungswert (SED_loc,h) zeitlich gestaucht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aussendung von Repetitionspulsen eine Neuberechnung des Mehrkanal-Pulszugs (MP) erfolgt.
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 13 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 Ziel-Magnetisierung (ZM) einer HF-Puls-Optimierungseinheit (25), die so ausgebildet ist, dass sie auf Basis einer vorgegebenen Ziel-Magnetisierung (ZM) in einem HF-Puls-Optimierungsverfahren ein Mehrkanal-Pulszug (MP) berechnet, und einer Steuersequenzausgabe-Schnittstelle (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) derart ausgebildet ist, dass sie in dem HF-Puls-Optimierungsverfahren eine Optimierung hinsichtlich einer Soll-Abweichung eines HF-Lokalbelastungswerts (SED_loc) von einem HF-Globalbelastungswert (SED_glob) durchführt.
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, gekennzeichnet durch eine Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) nach Anspruch 15, um eine Ansteuersequenz (AS) 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 13 auszuführen, wenn das Programm in der Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) ausgeführt wird.