DE102011005433A1

DE102011005433A1 - Verfahren und Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung zur Kontrolle einer Hochfrequenzsendeeinrichtung eines Magnetresonanztomographiesystems

Info

Publication number: DE102011005433A1
Application number: DE102011005433A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gebhardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2031-03-12
Also published as: JP5959239B2; CN102680929A; JP2012187406A; KR101624500B1; KR20120104126A; US9229072B2; US20120238861A1; CN102680929B; DE102011005433B4

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) zur Kontrolle einer Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) eines Magnetresonanztomographiesystems beschrieben. Dabei werden für mehrere Zeitpunkte oder Zeiträume Anregungsvektoren (U1, U2, U3, U4, U5) ermittelt, welche die Hochfrequenz-Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen (K1, K2, ..., Kn) repräsentieren. Gemäß vorgegebenen Kontrollregeln (KR) werden jeweils auf Basis der Anregungsvektoren (U1, U2, U3, U4, U5) im Untersuchungsobjekt (O) absorbierte Hochfrequenzbelastungswerte ermittelt, und die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) wird in ihrer Funktion eingeschränkt, wenn ein auf mindestens einem Hochfrequenzbelastungswert basierender Belastungskontrollwert (BKW1, BKW2, ..., BKWi, ...) einen vorgegebenen Grenz-Kontrollwert (GK) erreicht oder überschreitet. Die Kontrollregeln (KR) sind hierbei in Abhängigkeit von einem aktuellen Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) vorgegeben. Auf Basis der Anregungsvektoren (U1, U2, U3, U4, U5) wird jeweils der Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) überprüft, und bei einer detektierten Sendemodusänderung werden die Kontrollregeln (KR) geändert und/oder die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) wird in ihrer Funktion eingeschränkt. Darüber hinaus werden eine Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) mit einer derartigen Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) und ein Magnetresonanzsystem (1) mit einer solchen Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Hochfrequenzsendeeinrichtung eines Magnetresonanztomographiesystems mit einem Sendeantennensystem mit einer Mehrzahl von Sendekanälen bei einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts. Hierbei werden für mehrere Zeitpunkte oder Zeiträume Anregungsvektoren ermittelt, welche die Hochfrequenz-Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen repräsentieren. Es werden dann gemäß vorgegebener Kontrollregeln jeweils auf Basis der Anregungsvektoren im Untersuchungsobjekt absorbierte Hochfrequenzbelastungswerte ermittelt und die Hochfrequenzsendeeinrichtung wird in ihrer Funktion eingeschränkt, beispielsweise die ausgesendete Leistung reduziert oder die Hochfrequenzsendeeinrichtung ganz abgeschaltet, wenn ein auf mindestens einem Hochfrequenzbelastungswert basierender Belastungskontrollwert einen vorgegebenen Grenzkontrollwert erreicht oder überschreitet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine entsprechende Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung zur Durchführung eines solchen Kontrollverfahrens, eine Hochfrequenzsendeeinrichtung für ein Magnetresonanzsystem, welches eine solche Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung umfasst, sowie ein Magnetresonanztomographiesystem mit einer entsprechenden Hochfrequenzsendeeinrichtung.
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. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiter verarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden. Die Aussendung der Hochfrequenzsignale zur Kernspin-Magnetisierung erfolgt oft mittels einer sogenannten „Ganzkörperspule” oder „Bodycoil”, bei vielen Messungen aber 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, solche Ganzkörperantennen als „Volumenspulen”, meist in einem sogenannten „CP-Mode”, zu betreiben, bei dem ein zirkular polarisiertes Hochfrequenzsignal (HF-Signal) möglichst homogen in das gesamte von der Ganzkörperantenne eingeschlossene Volumen ausgesandt wird. Hierzu wird ein einziges zeitliches HF-Signal auf alle Komponenten der Sendeantenne, beispielsweise alle Sendestäbe einer Käfigantenne, gegeben. Üblicherweise erfolgt dabei die Übergabe der Pulse an die einzelnen Komponenten phasenversetzt mit einer der Geometrie der Sendespule angepassten Verschiebung. Zum Beispiel können bei einer Käfigantenne mit 16 Stäben die Stäbe jeweils mit dem gleichen Hochfrequenz-Magnitudensignal mit einer Phasenverschiebung von 22,5° versetzt angesteuert werden.
Eine solche homogene Anregung führt zu einer globalen Hochfrequenz-Belastung (HF-Belastung) des Patienten, die nach den üblichen Regeln begrenzt werden muss, da eine zu hohe Hochfrequenz-Belastung zu Schädigungen des Patienten führen könnte. Unter der HF-Belastung wird dabei nicht nur die eingebrachte HF-Energie als solche, sondern vor allem eine durch die HF-Einstrahlung induzierte physiologische Belastung 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 durch eine bestimmte Hochfrequenz-Pulsleistung auf den Patienten wirkt, oder der SED-Wert (SED = Specific Energy Dose; spezifische Energiedosis). Beide Werte sind ineinander umrechenbar. Für die globale Ganzkörper-SAR oder HF-Belastung eines Patienten gilt beispielsweise derzeit eine genormte Begrenzung von 4 Watt/kg im „First Level” nach der IEC-Norm. Demnach darf die vom Patienten insgesamt absorbierte Leistung in einem über sechs Minuten gemittelten Zeitfenster einen Wert von 4 W/kg nicht überschreiten. Um dies sicherzustellen, wird die Hochfrequenz-Belastung während jeder Messung durch geeignete Sicherheitseinrichtungen am Magnetresonanzsystem laufend überwacht und eine Messung verändert oder abgebrochen, wenn der SAR-Wert über den vorgesehenen Normen liegt.
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 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. Ein derartiges Sendeantennensystem, welches die parallele Aussendung von pTX-Pulsen über eine Mehrzahl von unabhängigen Sendekanälen erlaubt, wird auch als „Transmit-Array” bezeichnet, weshalb auch im Folgenden dieser Begriff gewählt wird (unabhängig davon, wie die Architektur des Sendeantennensystems im Detail aussieht).
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 berücksichtigt werden.
Die Überwachung der überlagerten elektrischen Felder über mehrere individuell ansteuerbare Antennenelemente ist insbesondere deshalb wichtig, weil sich die elektrischen Felder vektoriell linear addieren, die lokale Leistungsfreisetzung und somit die Belastung für den Patienten am jeweiligen Ort aber proportional zum Quadrat des resultierenden elektrischen Feldes ist.
Die lokale Hochfrequenzbelastung ist jedoch in der Regel nicht direkt messbar. Man ist daher darauf angewiesen, geeignete Körpermodelle mit einer (komplexen) Leitfähigkeitsverteilung zu erstellen und mit diesen Modellen die Felder zu berechnen, die durch die jeweiligen Antennenelemente an den einzelnen Stellen des Modells hervorgerufen werden. Derartige Rechnungen werden im Stand der Technik beispielsweise mit einem sogenannten FDTD-Verfahren (FDTD = Finite difference time domain) durchgeführt. Dabei wird das Untersuchungsobjekt in der Regel in eine Vielzahl von Voxeln aufgeteilt, und für jedes Voxel werden die elektrischen Feldstärken, die von den einzelnen Antennenelementen hervorgerufen werden, sowie deren Überlagerung ermittelt. Bei der Vielzahl der zu betrachtenden Voxel (bei manchen Modellen 50.000, bei anderen weit über 100.000 und im Extremfall sogar mehrere Millionen Voxel) und angesichts der Komplexität der vorzunehmenden Berechnungen ist bei einer derartigen Vorgehensweise eine Echtzeitüberwachung bzw. Onlinefähigkeit nicht realisierbar.
In der DE 10 2009 030 721 werden daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur SAR-Überwachung beschrieben, bei der jeweils für mehrere Zeitpunkte oder Zeiträume Kreuzkorrelationsmatrizen von Anregungsvektoren der einzelnen Antennenelemente ermittelt und diese dann über einen Summationszeitraum addiert werden. Die Summenmatrix wird anschließend mit einer Anzahl von Notspot-Sensitivitätsmatrizen multipliziert. Jede Notspot-Sensitivitätsmatrix repräsentiert die Sensitivitäten an einer Vielzahl von Punkten des Untersuchungsobjekts in Bezug auf die Ermittlung der maximalen lokalen Hochfrequenzbelastung, z. B. SAR. Es ist nämlich bereits bekannt, dass sich im Hochfrequenzfeld im Patienten typischerweise solche „Hotspots” ausbilden können, an denen die eingebrachte HF-Leistung und somit die physiologische Hochfrequenz-Belastung ein Vielfaches der bisher aus der homogenen Anregung bekannten Werte ausmachen kann. Um sicherzustellen, dass die lokale Hochfrequenz-Belastung nicht die Grenzwerte überschreitet, brauchen daher nur diese Hotspots überwacht werden. In der DE 10 2010 011 160 wird zudem ein Verfahren beschrieben, welches es erleichtert, die Hotspots anhand vorher durchgeführter elektromagnetischer Simulationen (z. B. FDTD) korrekt auszuwählen.
Nun erlaubt die Flexibilität bei der Anregung von Spin-Magnetisierungen mit Transmit-Arrays selbstverständlich auch, dass nach wie vor, wie bei den bisherigen Volumenspulen, ein homogenes Hochfrequenzsignal im gesamten Volumen ausgesendet wird. Das heißt, ein Transmit-Array kann auch in einem „Volumenspulenmodus” betrieben werden, was bei manchen Messungen bzw. Untersuchungen durchaus sinnvoll sein kann. Unter einem solchen „Volumenspulenmodus” oder „homogenen Modus” wird im Folgenden eine Betriebsart der Hochfrequenzsendeeinrichtung verstanden, bei der das Transmit-Array äquivalent zu einer Volumenspule betrieben wird, d. h. dass die Sendekanäle mit Hochfrequenzsignalen mit einer feststehenden Amplituden- und Phasenbeziehung betrieben werden.
Dementsprechend besagen die derzeitigen Vorschriften bzw. Normen über die Hochfrequenzbelastung auch, dass Transmit-Arrays Eigenschaften sowohl von Volumenspulen als auch von Lokalspulen aufweisen und die jeweils anzuwendenden Überwachungsregeln, insbesondere die Grenzwerte, davon abhängen, wie das Transmit-Array verwendet wird. Hierbei wird für eine Verwendung analog zu Lokalspulen explizit die Überwachung der lokalen SAR gefordert, und zwar mit relativ eng gesetzten, niedrigen Grenzwerten, während für die Verwendung als Volumenspule nur eine Ganzkörper- bzw. exponierte Teilkörper-SAR zu überwachen ist.
Um ein Transmit-Array als Volumenspule zu betreiben, könnte zwischen den Hochfrequenzverstärkern des Hochfrequenzsendesystems und den Antennenelementen eine sogenannte „Butler-Matrix” genutzt werden. Es könnten dann alle Sender, mit Ausnahme des für den Volumenmodus von der Butler-Matrix verwendeten Sendekanals, ausgeschaltet werden. Eine solche Butler-Matrix kommt einer elektrischen hardwaremäßigen Verschaltung des Transmit-Arrays als Volumenspule gleich. Allerdings hat eine derartige Hardware-Beschaltung den Nachteil, dass die ohnehin zur Verfügung stehenden Hochfrequenzverstärker der einzelnen Sendekanäle nur ungleich ausgenutzt werden. Während ein Verstärker eines Kanals die komplette Hochfrequenzleistung liefern muss, bleiben die der anderen Kanäle ungenutzt. Dies führt zugleich dazu, dass zumindest der für den Volumenspulenmodus verwendete Hochfrequenzverstärker und alle nachfolgenden Komponenten im Sendekanal für eine erheblich höhere Hochfrequenzspannung ausgelegt sein müssen. Dies macht das System relativ teuer.
Andererseits ist es technisch möglich, auch das Transmit-Array in einem Volumenspulenmodus zu betreiben, indem rein softwaremäßig die Hochfrequenzverstärker der einzelnen Sendekanäle derart angesteuert werden, dass die einzelnen Elemente des Transmit-Arrays mit entsprechend fest voreingestellten relativen Amplituden- und Phasenbeziehungen betrieben werden. Die Betriebsart des Transmit-Array unterscheidet sich daher von einer Betriebsart, bei der individuelle, nichthomogene Felder ausgesendet werden, nur dadurch, dass entsprechende Befehle an die Hochfrequenzverstärker ausgegeben werden, d. h. dass der pTX-Puls entsprechend gewählt wird. Von der Sendeseite aus wird das Transmit-Array also technisch wie eine Nutzung in Form von Lokalspulen zu bewerten sein, so dass eigentlich die viel zu niedrigen lokalen SAR-Grenzwerte anzuwenden wären, wie sie für lokale Sendespulen gefordert sind, obwohl es wegen des Betriebs im Volumenspulenmodus eigentlich ausreichen würde, nur die Ganzkörper-SAR-Grenzwerte zu berücksichtigen. Die für den Volumenspulenmodus viel zu niedrigen Lokal-SAR-Grenzwerte würden folglich den Betrieb der gewohnten Ein-Kanal-Volumenspulenapplikation nicht zulassen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine geeignete Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung zu schaffen, welche bei sicherer Überwachung der Hochfrequenzbelastung des Untersuchungsobjekts auch einen einfachen Betrieb eines Transmit-Arrays in einem Volumenspulenmodus erlauben.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung nach Patentanspruch 12 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden, wie eingangs beschrieben, für mehrere Zeitpunkte oder Zeiträume Anregungsvektoren ermittelt, die die Hochfrequenz-Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen zum jeweiligen Zeitpunkt oder Zeitraum repräsentieren. Diese Anregungsvektoren können beispielsweise einfach die aktuell auf den verschiedenen Sendekanälen zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Spannungsamplituden sein. Es kann sich hierbei aber auch um von diesen Spannungen abhängige Messwerte handeln, die beispielsweise mittels Richtkoppler oder anderer Sonden (z. B. Pickup-Spulen) ermittelt werden. Die Messwerte der einzelnen Kanäle zum jeweiligen Messzeitpunkt werden dann als Elemente des aktuellen Anregungsvektors behandelt. Außerdem werden wie üblich gemäß vorgegebener Kontrollregeln jeweils auf Basis der Anregungsvektoren im Untersuchungsobjekt global oder lokal, z. B. an den Notspots, vorliegende Hochfrequenzbelastungswerte ermittelt. Die Hochfrequenzsendeeinrichtung wird dann in ihrer Funktion eingeschränkt (beispielsweise die aktuelle Leistung wird reduziert oder die Hochfrequenzsendeeinrichtung ganz abschaltet, d. h. die Messung abgebrochen), wenn ein auf mindestens einem Hochfrequenzbelastungswert basierender Belastungskontrollwert einen vorgegebenen Grenzkontrollwert erreicht oder überschreitet. Dieser Belastungskontrollwert kann z. B. jeweils der aktuelle Hochfrequenzbelastungswert selber sein, wenn es sich bei den Hochfrequenzbelastungswerten beispielsweise bereits um globale SAR-Werte handelt. In vielen Fällen wird aber basierend auf mehreren Hochfrequenzbelastungswerten ein Belastungskontrollwert ermittelt. Beispielsweise können alle in einem bestimmten Zeitfenster ermittelten Hochfrequenzbelastungswerte aufintegriert oder ein Mittelwert hieraus gebildet werden, um den Belastungskontrollwert zu ermitteln. Ein Beispiel hierfür ist die bereits eingangs genannte Mittelung der globalen Ganzkörper-SAR-Begrenzung von 4 Watt/kg innerhalb eines sechs-Minuten-Zeitenfensters. Ebenso ist meist eine Umrechnung in eine physische Belastung – d. h. beispielsweise in SAR-Werte – sinnvoll, wenn die Hochfrequenzbelastungswerte zunächst so ermittelt werden, dass sie (nur) die eingestrahlte HF-Leistung repräsentieren. In diesem Fall kann die physiologische Auswirkung der HF-Leistung auf das Gewebe bei der Ermittlung der Belastungskontrollwert auf Basis der Hochfrequenzbelastungswerte berücksichtigt werden.
Hierbei sind die Kontrollregeln in Abhängigkeit von einem aktuellen Sendemodus der Hochfrequenzsendeeinrichtung vorgegeben, und es wird erfindungsgemäß auf Basis der Anregungsvektoren jeweils der Sendemodus der Hochfrequenzsendeeinrichtung überprüft und zwar unabhängig von der übrigen, üblichen Ansteuerung der Sendekanäle. Bei einer detektierten Sendemodusänderung werden die Kontrollregeln in geeigneter Weise geändert und/oder die Hochfrequenzsendeeinrichtung wird in ihrer Funktion eingeschränkt.
Durch die ständige Kontrolle des Sendemodus der Hochfrequenzsendeeinrichtung anhand der aktuell gemessenen Anregungsvektoren kann sichergestellt werden, dass jederzeit für den jeweiligen Sendemodus auch die richtigen Kontrollregeln, insbesondere die richtigen Grenzwerte, für die Hochfrequenz-Belastungskontrolle verwendet werden. Somit ist einerseits die Sicherheit des Patienten zu jedem Zeitpunkt gewährleistet und andererseits ein flexibler Einsatz des Transmit-Arrays in sämtlichen Betriebsarten möglich, ohne dass durch die falsche Wahl von Grenzwerten oder anderen Kontrollregeln eine Messung unnötigerweise abgebrochen wird, was letztlich – wenn die Messung wiederholt werden müsste – zu einer insgesamt höheren Belastung des Patienten führt.
Eine erfindungsgemäße Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung für eine Hochfrequenzsendeeinrichtung eines Magnetresonanztomographiesystems, welches solch ein Sendeantennensystem mit einer Mehrzahl von Sendekanälen aufweist, muss zum einen eine Messwert-Schnittstelle zur Erfassung von Anregungsvektoren für mehrere Zeitpunkte oder Zeiträume, die die Hochfrequenz-Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen repräsentieren, aufweisen. Bei einer solchen Messwert-Schnittstelle kann es sich beispielsweise um einen Messeingang zum Anschluss einer eigenständigen Messeinrichtung handeln. Es kann sich hierbei aber auch um die Messeinrichtung selbst mit verschiedenen Sonden oder dergleichen zum Messen der Hochfrequenz-Signalstärke auf den einzelnen Sendekanälen handeln, beispielsweise eine Anordnung von an bzw. in den einzelnen Sendekanälen angeordneten Richtkopplern, Pickup-Spulen oder dergleichen.
Zum anderen benötigt die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung eine Kontrollsignal-Schnittstelle zur Ausgabe von Kontrollsignalen. Beispielsweise kann über diese Kontrollsignal-Schnittstelle ein geeignetes Kontrollsignal ggf. erzeugt und an andere Komponenten der Hochfrequenzsendeeinrichtung, insbesondere die Hochfrequenzverstärker, übergeben werden, um eine Messung abzubrechen oder die Sendeleistung zu reduzieren. Ebenso kann es sich um Kontrollsignale handeln, mit denen wiederum aus einem Speicher oder dergleichen die aktuellen Kontrollregeln, insbesondere die aktuellen Grenzwerte, für die jeweilige Messung abgerufen werden.
Die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung muss zudem erfindungsgemäß derart ausgestaltet sein, dass gemäß vorgegebenen Kontrollregeln jeweils auf Basis der Anregungsvektoren im Untersuchungsobjekt absorbierte Hochfrequenzbelastungswerte ermittelt werden und die Hochfrequenzsendeeinrichtung – beispielsweise mittels der besagten Kontrollsignale – in ihrer Funktion eingeschränkt wird, wenn ein auf mindestens einem Hochfrequenzbelastungswert basierender Belastungskontrollwert einen vorgegebenen Grenzkontrollwert erreicht oder überschreitet, wobei die Kontrollregeln in Abhängigkeit von einem aktuellen Sendemodus der Hochfrequenzsendeeinrichtung vorgegeben sind. Hierzu kann die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung entsprechende Module, z. B. eine Belastungskontrolleinheit, aufweisen, um gemäß den vorgegebenen Regeln aus den Hochfrequenzbelastungswerten die Belastungskontrollwerte zu ermitteln.
Weiterhin ist die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass auf Basis der Anregungsvektoren jeweils der Sendemodus der Hochfrequenzeinrichtung überprüft wird und bei einer detektierten Sendemodusänderung die Kontrollregeln geändert werden und/oder zumindest ein Kontrollsignal erzeugt wird, um die Hochfrequenzsendeeinrichtung in ihrer Funktion einzuschränken. Hierfür kann die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung beispielsweise eine geeignete Moduskontrolleinheit aufweisen.
Wesentliche Teile der Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Belastungskontrolleinheit und die Moduskontrolleinheit. Bei der Messwertschnittstelle kann es sich beispielsweise auch um eine softwaremäßig realisierte Schnittstelle handeln, welche bereits von einer anderen Einheit aufgezeichnete und zu einem Vektor zusammengestellte Daten übernimmt. Ebenso kann es sich bei der Kontrollsignalschnittstelle z. B. um eine in Form von Software realisierte Schnittstelle handeln, die die Kontrollsignale rein softwaremäßig an eine andere Steuerkomponente der Hochfrequenzsendeeinrichtung übermittelt, die gegebenenfalls selber in Form von Software realisiert ist. Die Schnittstellen können aber auch nur 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 Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung ladbar ist, mit Programmcode, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung ausgeführt wird. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon existierende, mit geeigneten Programmierbaren Prozessoren und Speichern realisierte Hochfrequenz-Kontrolleinrichtungen durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um in der erfindungsgemäßen Weise zu arbeiten.
Die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung kann im Übrigen auch in Form von einzelnen Komponenten in die Hochfrequenzsendeeinrichtung integriert sein. Es ist aber ebenso möglich, dass die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung als eigenständige Einrichtung ausgebildet ist, welche die Messwert-Schnittstelle zur Erfassung von Anregungsvektoren, die Kontrollsignalschnittstelle sowie die weiteren oben genannten Komponenten aufweist. Mit einer solchen eigenständigen Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung können bereits bestehende Magnetresonanztomographiesysteme nachgerüstet werden.
Eine erfindungsgemäße Hochfrequenzsendeeinrichtung für ein Magnetresonanztomographiesystem benötigt neben einem Sendeantennensystem mit einer Mehrzahl von unabhängig anzusteuernden Sendekanälen sowie einer Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen über die Sendekanäle zumindest eine Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung, die in der oben beschriebenen Weise erfindungsgemäß aufgebaut ist.
Dementsprechend weist ein erfindungsgemäßes Magnetresonanztomographiesystem eine solche erfindungsgemäße Hochfrequenzsendeeinrichtung auf.
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.
Sinn der Erfindung ist die Überprüfung, ob eine Hochfrequenzsendeeinrichtung noch in dem angenommenen Sendemodus sendet, da die Kontrollregeln zur Kontrolle der Hochfrequenzbelastung des Patienten in Abhängigkeit vom aktuellen Sendemodus gewählt werden. Zu diesen Kontrollregeln gehören u. a. die Regeln zur Bestimmung der Hochfrequenzbelastungswerte, d. h. in welcher Weise Hochfrequenzbelastungswerte aus den Anregungsvektoren ermittelt werden, aber auch die Regeln zur Bestimmung der Belastungskontrollwerte, d. h. wie wiederum aus den Hochfrequenzbelastungswerten Kontrollwerte ermittelt werden, insbesondere über welchen Zeitraum ggf. Hochfrequenzbelastungswerte gemittelt und welchen Umrechnungen die Werte ggf. unterzogen werden, um einen Belastungskontrollwert zu gewinnen. Weiterhin gehört zu den Kontrollregeln aber auch die Festlegung der Grenzkontrollwerte, d. h. beispielsweise welche SAR-Grenzwerte für die aktuelle Messung zu verwenden sind. Diese Grenzwerte hängen wiederum davon ab, auf welche Weise, d. h. nach welchen Regeln, die Hochfrequenzbelastungswerte bzw. die Belastungskontrollwerte ermittelt wurden. Dementsprechend werden vorzugsweise in Abhängigkeit vom Sendemodus der Hochfrequenzsendeeinrichtung auch alle diese Regeln vorgegeben bzw. geändert, wobei es je nach konkretem Fall ausreichen kann, nur einige der Regeln, beispielsweise nur die Grenzkontrollwerte, zu ändern und die Regeln zur Bestimmung der Hochfrequenzbelastungswerte und/oder der Belastungskontrollwerte beizubehalten.
Eine Kontrolle des Sendemodus auf Basis der Anregungsvektoren ist auf verschiedene Weise möglich. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf Basis der Anregungsvektoren ein den Sendemodus jeweils charakterisierender Moduskontrollwert ermittelt und es wird dann eine Sendemodusänderung detektiert, d. h. die Kontrollregeln werden geändert und/oder die Hochfrequenzsendeeinrichtung in ihrer Funktion eingeschränkt, wenn dieser Moduskontrollwert um ein bestimmtes Maß von einem Modusreferenzwert abweicht. Hierzu kann zunächst festgelegt werden, wie der Moduskontrollwert aussehen müsste, wenn das Hochfrequenzsendesystem im aktuell gewünschten Sendemodus arbeiten würde. Dieser Wert ist dann der Modusreferenzwert. Anschließend wird dann weiterhin der Moduskontrollwert ermittelt und mit dem Modusreferenzwert verglichen. Der Modusreferenzwert kann grundsätzlich auch 0 sein, z. B. wenn der Moduskontrollwert eine Abweichung des tatsächlichen Ist-Modus von einem Soll-Modus repräsentiert.
Das Maß, um welches der aktuelle Moduskontrollwert vom Modusreferenzwert abweichen darf, ohne dass dies als Sendemodusänderung gewertet wird, kann wiederum auf verschiedene Weise festgelegt sein. So kann zum einen ein absolutes Abweichungsmaß gewählt werden. Zum anderen kann das Abweichungsmaß aber auch proportional, beispielsweise zur Stärke der Anregungsvektoren, gewählt werden. Ebenso kann auch eine Kombination dieser Bewertungsregeln herangezogen werden. So ist es durchaus sinnvoll, bei kleinen Signalstärken für das Abweichungsmaß einen Absolutwert vorzugeben und bei großen Signalstärken eine relative Abweichung als Bewertungskriterium heranzuziehen, ob noch in dem gewünschten Sendemodus gearbeitet wird oder nicht.
Grundsätzlich kann auf die erfindungsgemäße Weise jeder beliebige Sendemodus überprüft werden, sofern dieser einmal definiert wurde und hierfür ein Modusreferenzwert beispielsweise ermittelt wurde. Vorzugsweise geht es jedoch darum, möglichst einen angepassten SAR-Grenzwert zu wählen, wobei ein globaler SAR-Grenzwert, der bei einem Betrieb in einem Volumenspulenmodus verwendet werden muss, geringer ist als ein lokaler SAR-Grenzwert, der vorgeschrieben ist, wenn das Transmit-Array individuelle inhomogene Anregungsmuster erzeugt. Daher wird bei der Überprüfung des Sendemodus vorzugsweise überprüft, ob die Hochfrequenzsendeeinrichtung bzw. das Sendeantennensystem in einem Volumenmodus betrieben wird. Meist erfolgt dabei eine Überprüfung, ob die Hochfrequenzsendeeinrichtung in einem CP-Mode betrieben wird, wie dies klassischerweise bei Birdcage-Ganzkörperspulen der Fall ist. Es wird aber an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung ebenso auch zur Kontrolle von anderen Sendemodi genutzt werden können, insbesondere auch von anderen Volumenspulenmodi, beispielsweise konstant elliptisch polarisierte Moden (EP-Mode), wie sie bei manchen Systemen applikationsabhängig in Verwendung sind. Da jedoch der CP-Mode der am häufigsten verwendete Volumenspulenmodus ist, wird im Folgenden – soweit nicht anders erwähnt – von einem zu überwachenden CP-Mode ausgegangen, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken.
Bei einer bevorzugten Variante werden zur Ermittlung einer Abweichung des Betriebs der Hochfrequenzsendeeinrichtung vom Volumenspulenmodus einfach quadratische Formen der jeweils aktuellen Anregungsvektoren (d. h. unter Bildung von Kreuzkorrelationen der Elemente der Anregungsvektoren) durch beidseitige Multiplikation mit einer speziellen Projektionsmatrix gebildet, wobei die Projektionsmatrix auf Basis von bei einem Betrieb im betreffenden Volumenspulenmodus auftretenden, normierten Anregungsvektoren gebildet wurde. Diese Projektionsmatrix ist so ausgebildet, dass sie das im Anregungsvektor enthaltene Gesamtsignal (die Elemente des Vektors repräsentieren ja die aktuellen Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen) auf eine zum gewünschten Signal orthogonale, unerwünschte Komponente projiziert, d. h. genau auf den Anteil, um den der aktuelle Anregungsvektor von dem idealen Anregungsvektor, den das System bei einer Betriebsweise im Volumenspulenmodus haben sollte, abweicht. Daher kann der Moduskontrollwert einfach auf Basis des bei dieser beidseitigen Multiplikation entstehenden Abweichungswerts ermittelt werden, wobei der Modusreferenzwert z. B. auf 0 gesetzt werden kann. Eine genauere Beschreibung des Verfahrens sowie der Bildung der Projektionsmatrix wird später noch anhand eines Ausführungsbeispiels für den CP-Mode beschrieben.
Besonders bevorzugt kann auch ein Moduskontrollwert auf Basis mehrerer, während eines Moduskontroll-Zeitabschnitts ermittelter, aufeinanderfolgender aktueller Moduskontroll-Teilwerte gebildet werden. Dabei können beispielsweise die Moduskontroll-Teilwerte jeweils durch beidseitige Multiplikation der Projektionsmatrix mit den Anregungsvektoren gebildet werden und innerhalb des Moduskontroll-Zeitabschnitts werden dann die Moduskontroll-Teilwerte aufaddiert bzw. aufintegriert oder ein Mittelwert gebildet.
Die zuvor mathematisch beschriebene Vorgehensweise wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel technisch besonders effektiv so realisiert, dass zunächst für mehrere Zeitpunkte innerhalb eines Moduskontroll-Zeitabschnitts durch eine dyadische Multiplikation (d. h. Bildung eines Tensorprodukts) des jeweils aktuellen Anregungsvektors mit seinem komplex konjugierten Vektor eine aktuelle Kreuzkorrelationsmatrix ermittelt wird und diese Kreuzkorrelationsmatrizen dann unter Bildung einer Summen-Kreuzkorrelationsmatrix aufaddiert werden. Anschließend kann die Summen-Kreuzkorrelationsmatrix elementweise mit der Projektionsmatrix multipliziert werden und die dabei entstehenden Produktwerte können zur Bildung des Moduskontrollwerts für den jeweiligen Moduskontroll-Zeitabschnitt herangezogen werden. Beispielsweise können die Produktwerte dann einfach aufaddiert oder integriert oder ein Mittelwert hiervon gebildet werden.
Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die in kurzen Zeitabständen, beispielsweise alle 10 μs, ermittelten Messdaten, d. h. die Anregungsvektoren, erst aufsummiert bzw. aufintegriert werden und dann nur einmal eine Multiplikation über den gesamten Moduskontroll-Zeitabschnitt erfolgen muss, anstatt bei jeder neuen Erfassung eines aktuellen Anregungsvektors entsprechend eine Vielzahl von Multiplikationen durchzuführen. Dies macht das gesamte Berechnungsverfahren erheblich effizienter.
Zudem kann bei diesem Verfahren vorzugsweise auch ein Belastungskontrollwert auf einer für einen Moduskontroll-Abschnitt ermittelten Summen-Kreuzkorrelationsmatrix, welche ja die aktuellen Anregungsvektoren in dem Moduskontrollabschnitt enthält, basieren. Beispielsweise kann diese Summen-Kreuzkorrelationsmatrix wie in dem in der bereits eingangs genannten DE 10 2009 030 721 beschriebenen Verfahren mit einer Sensitivitätsmatrix multipliziert werden, um einen Belastungskontrolliert zu erhalten. In diesem Fall können die Kreuzkorrelationsmatrizen jeweils als (zunächst nur die eingestrahlte HF-Leistung berücksichtigende) Hochfrequenzbelastungswerte angesehen werden, und bei der Ermittlung des Belastungskontrollwerts kann durch die Multiplikation mit der Sensitivitätsmatrix auch gleichzeitig die Umrechnung in eine physiologische (SAR-)Belastung erfolgen.
Es ist ohnehin besonders vorteilhaft, wenn ein Belastungskontrolliert auf einer Vielzahl von in einem Belastungskontroll-Zeitabschnitt ermittelten Hochfrequenzbelastungswerten basiert, wie dies eingangs erläutert ist. Wird dafür gesorgt, dass der Belastungskontroll-Zeitabschnitt mit einem Moduskontroll-Zeitabschnitt identisch ist, wird durch das zuvor beschriebene Verfahren der Ermittlung eines Belastungskontrollwerts auf Basis der für einen Moduskontroll-Zeitabschnitt ermittelten Summen-Kreuzkorrelationsmatrix diese Bedingung automatisch erfüllt.
Die Moduskontroll-Zeitabschnitte und/oder die Belastungskontroll-Zeitabschnitte werden vorzugsweise jeweils durch ein Zeitfenster vorgegeben, welches im Zeitbereich über die Anregungsvektoren gleitet. Das heißt, es wird ein im Zeitbereich gleitender Moduskontrollwert oder Belastungskontrollwert gebildet.
Besonders bevorzugt werden verschiedene Kontrollwerte über unterschiedlich lange gleitende Zeitfenster berücksichtigt, beispielsweise ein Kurzzeit-Kontrollwert über ein 10 s langes Fenster und ein Langzeit-Kontrollwert über ein 360 s langes Fenster. So kann sichergestellt werden, dass zum einen eine Spitzenbelastung des Patienten vermieden wird, zum anderen jedoch keine insgesamt zu hohe Strahlenbelastung auftritt, die aber immer knapp unter den Spitzengrenzwerten bleibt.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Übersicht über ein Magnetresonanzsystem mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochfrequenzsendeeinrichtung,
2 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kontrolle einer Hochfrequenzsendeeinrichtung.
Ein wesentlicher Teil des in 1 grob schematisch dargestellten Computertomographiesystems 1 ist der sogenannte Scanner oder Tomograph 2, mit dem die eigentlichen Messungen durchgeführt werden. In diesem Tomographen 2 befindet sich ein Messraum 3, meist Patiententunnel genannt, auf dem auf einer Patientenliege 4 ein Patient bzw. Untersuchungsobjekt O positioniert werden kann. Als ein Sendeantennensystem 15 weist der Tomograph 2 hier eine Ganzkörperspule 15 mit mehreren n separat ansteuerbaren Sendekanälen K₁, K₂, ..., K_n bzw. Antennenelementen auf, um beliebige Feldverteilungen im Messraum 3 ausbilden zu können. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine sogenannte Birdcage-Spule handeln, welche als Antennenelemente n unabhängig ansteuerbare Leiterstäbe aufweist, die parallel zueinander auf einer Zylinderoberfläche um den Messraum 3 herum angeordnet und untereinander gekoppelt sind. Die Erfindung ist aber nicht auf derartige Sendeantennensysteme 15 beschränkt, sondern es kann ein beliebiges Transmit-Array verwendet werden. Insbesondere ist es auch nicht nötig, dass das Sendeantennensystem eine Ganzkörperspule bildet, sondern es kann auch aus einer Vielzahl von geeignet angeordneten, sogenannten Lokalspulen bestehen, oder es kann sich um eine Kopfspule oder dgl. mit verschiedenen Sendekanälen handeln.
Im Tomographen 2 befindet sich darüber hinaus wie üblich ein Magnetsystem, welches einen Grundfeldmagneten aufweist, um ein starkes Grund-Magnetfeld im Messraum 3 anzulegen, sowie mehrere Gradientenspulen, um jeweils in den drei Raumrichtungen die gewünschten Magnetfeldgradienten anzulegen. Diese Komponenten sind aber der besseren Übersichtlichkeit hier in 1 nicht dargestellt.
Angesteuert wird der Tomograph 2 von einer Systemsteuerung 5, welche wiederum an ein Terminal 17 angeschlossen ist, über das das ganze Magnetresonanztomographiesystem 1 bedienbar ist. Die Kopplung des Tomographen 2 mit der Systemsteuerung 5 erfolgt über mehrere Schnittstellen.
Eine der Schnittstellen bildet hier eine Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung 11 der Hochfrequenzsendeeinrichtung 10, eine weitere Schnittstelle ist eine Empfangsschnittstelle 6. Über die Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung 11 werden für eine Messung die passenden Hochfrequenzpulssequenzen ausgesendet, und über die Empfangsschnittstelle 6 werden die empfangenen Magnetresonanz-Rohdaten übernommen. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform ist die Leistungsverstärkeranordnung 11 im Tomographen 2 integriert und die entsprechende Schnittstelle ist durch Steuerleitungen, Rückmeldungsleitungen und Spannungsversorgung ausgebildet.
Ein Schnittstellenblock 7 repräsentiert weitere Schnittstellen, die zur Ansteuerung weiterer Komponenten des Tomographen 2 notwendig sind, beispielsweise die Schnittstellen zur Ansteuerung der Gradientenspulen, des Vorschubs der Patientenliege etc.
Als weitere Komponenten sind in der Systemsteuerung 5 ein Messsteuermodul 9, welches vom Bediener über das Terminal 19 angesteuert werden kann, sowie ein Datenspeicher 18 dargestellt. Von dem Messsteuermodul 9 können auf Basis von Messprotokollen, welche beispielsweise im Datenspeicher 18 hinterlegt und vom Bediener modifizierbar sind, die Parameter vorgeben werden, so dass über die Schnittstellen geeignete Signale an den Tomographen 2 gegeben werden, um eine Messung mit einer ganz bestimmten Pulssequenz, d. h. einer Hochfrequenzpulssequenz und einer passenden Gradientenpulssequenz, durchzuführen.
Außerdem umfasst die Systemsteuerung 5 hier auch eine Rekonstruktionseinrichtung 8, welche aus den von der Empfangsschnittstelle 6 empfangenen Rohdaten die Magnetresonanzbilder rekonstruiert, die dann im Speicher 18 hinterlegt und/oder auf dem Display des Terminals 17 ausgegeben werden können.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass ein solches Magnetresonanztomographiesystem 1, insbesondere die Systemsteuerung 5, noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen kann, beispielsweise Schnittstellen zum Anschluss an ein Netzwerk, um die erzeugten Bilder auch an andere Stationen zu übergeben etc. Da der grundsätzliche Aufbau von Magnetresonanzsystemen dem Fachmann aber bekannt ist, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit darauf verzichtet, all diese Komponenten in 1 darzustellen und hier näher zu erläutern.
Um die einzelnen Antennenelemente, d. h. Leiterstäbe der Ganzkörperspule 15, getrennt ansteuern zu können, ist die Hochfrequenzsendeeinrichtung 10 durchgehend mit n separaten Sendekanälen K₁, K₂, ..., K_n ausgestattet. Das heißt, das eigentliche Hochfrequenzpulserzeugungssystem 16 umfasst n einzelne Sendemodule (nicht dargestellt), in denen beispielsweise die Hochfrequenzsignale in Form von Kleinsignalen für die einzelnen Kanäle erzeugt werden. Zur Verstärkung dieser Signale weist die Hochfrequenzsendeeinrichtung außerdem eine Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung 11 mit n separaten Hochfrequenzverstärkern auf, welche der Einfachheit halber hier als ein Block dargestellt sind. Über Leitungen werden von dort die Hochfrequenzsignale zu den einzelnen Antennenelementen der Ganzkörperspule 15 übermittelt. Dabei durchlaufen sie hier zum einen eine n-kanalige Sende-/Empfangsumschalteranordnung 13 sowie eine n-kanalige Richtkoppleranordnung 12. Die Sende-/Empfangsumschalteranordnung 13 ist so ausgebildet, dass in einem Sendebetriebszustand die Leitungen zu den einzelnen Antennenelementen mit der Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung 11 verbunden sind und in einem Empfangsbetriebszustand, d. h. zur Detektion von Magnetresonanzsignalen mit der Ganzkörperspule 15, eine Umschaltung erfolgt, so dass die Antennenelemente der Ganzkörperspule 15 mit den geeigneten Empfangskanälen der Empfangsschnittstelle 6 verbunden werden.
Die Richtkoppleranordnung 12 ist so ausgebildet, dass sie jeweils aus von den von den Hochfrequenzverstärkern der Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung 11 ausgesendeten Signalen einen Signalanteil auskoppeln, der proportional zur jeweiligen Signalstärke, d. h. zur Spannungsamplitude, auf dem jeweiligen Sendekanal K₁, K₂ ... K_n ist und eine bestimmte Phase aufweist, somit also komplexwertig ist. Diese zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Werte können beispielsweise bereits in der Richtkoppleranordnung 12 jeweils zu einem Anregungsvektor U₁, U₂, U₃, ... (der Index repräsentiert hier den Messzeitpunkt) zusammengestellt werden, welcher an eine Messwertschnittstelle 21 einer Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung 20 der Hochfrequenzsendeeinrichtung 10 übermittelt wird. Anstelle der Anregungsspannung können auch die Ströme als Messwerte für den Anregungsvektor ermittelt werden.
Diese Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung weist zum einen eine Belastungskontrolleinheit 23 auf, welche auf Basis der aktuellen Anregungsvektoren U₁, U₂, U₃, ... Kontrollwerte ermittelt und somit die Hochfrequenzbelastung im Untersuchungsobjekt O überwacht, und zum anderen eine Moduskontrolleinheit 24, die auf Basis der aktuellen Anregungsvektoren U₁, U₂, U₃, ... kontrolliert, ob die Hochfrequenzsendeeinrichtung 10 in dem aktuell vorgesehenen Sendemodus betrieben wird, für den die aktuell von der Belastungskontrolleinheit 23 genutzten Kontrollregeln zur Überwachung der Hochfrequenzbelastung verwendet werden. Die Moduskontrolleinheit 24 kann wie hier teil der Belastungskontrolleinheit 23 sein oder umgekehrt. Es kann sich aber auch um separate, miteinander kommunizierende Einheiten handeln.
Wird von der Belastungskontrolleinheit 23 festgestellt, dass die vorgegebenen Belastungsgrenzwerte nicht eingehalten werden, so wird über eine Kontrollsignalschnittstelle 22 ein Kontrollsignal KS ausgegeben, welches an einem Kontrollsignaleingang 14 vom HF-Pulserzeugungssystem 16 der Hochfrequenzsendeeinrichtung 10 übernommen wird und dort zu einer kompletten Unterbrechung der Messung oder zu einer Reduzierung der Signalstärke der ausgesendeten Hochfrequenzsignale führt. Insbesondere kann direkt vom Kontrollsignaleingang 14 ein Signal an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung 11 ausgegeben werden, um dort die Ausgangsleistung zu reduzieren oder das System ganz abzuschalten. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform sind die Belastungskontrolleinheit 23, die Moduskontrolleinheit 24 und die anderen zugehörigen Komponenten 21, 22 direkt im Tomographen 2 integriert. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn bereits die Verstärkeranordnung 11 im Tomographen 2 integriert ist.
Wird von der Moduskontrolleinheit 24 festgestellt, dass der vorgesehene Sendemodus nicht eingehalten wird, wird ebenfalls über die Kontrollsignalschnittstelle 22 ein Kontrollsignal KS an einen Kontrollsignaleingang des HF-Pulserzeugungssystems ausgegeben und/oder es wird die Belastungskontrolleinheit 23 hierüber informiert, so dass diese die weitere Belastungskontrolle auf Basis von anderen, geeigneteren Kontrollregeln, insbesondere Grenzwerten, durchführt.
Die genaue Arbeitsweise innerhalb der Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung 20 wird später anhand von 2 näher erläutert, wobei jedoch zunächst der theoretische Hintergrund des Verfahrens etwas näher erklärt werden soll.
Wie bereits oben ausgeführt, soll zur Ermittlung einer Abweichung des Betriebs der Hochfrequenzsendeeinrichtung von einem Volumenspulenmodus die quadratische Form der jeweils aktuellen Anregungsvektoren durch beidseitige Multiplikation mit einer speziellen Projektionsmatrix gebildet werden. Dies lässt sich mathematisch wie folgt schreiben: U^HS_projU (1)
Dabei ist U der aktuelle komplexwertige Anregungsvektor, der obere Index H bedeutet, dass der Vektor komplex konjugiert und transponiert ist. S_proj ist die spezielle Projektionsmatrix, die einem „Projektor und Detektor” für den unerwünschten Anteil des Anregungsvektors U entspricht, der nicht zu einem Volumenspulenmodus passt.
Eine solche Projektionsmatrix S_proj für die Detektion des unerwünschten Anteils kann wie nachfolgend beschrieben gewonnen werden. Dabei wird wieder davon ausgegangen, dass der gewünschte Anregungsvektor so ausgebildet ist, dass die Hochfrequenzsendeeinrichtung in einem klassischen CP-Mode betrieben wird. Es wird daher im Folgenden von einem komplexwertigen n-kanaligen Anregungsvektor U_CP ausgegangen, welcher auf 1 normiert ist (d. h. es gilt ||U_CP|| = 1) und welcher den idealen Anregungsvektor für einen CP-Mode beschreibt. Im Falle einer Birdcage-Spule bzw. Zylinderspule mit n gleichförmig über den Umfang verteilten Antennenstäben ließe sich dieser Vektor wie folgt schreiben:
Hierbei ist η ein Normierungsfaktor, um die gewünschte Normierung auf 1 zu gewährleisten, und der obere Index T am Ende des Vektors bedeutet, dass der Vektor transponiert ist. Bei einem solchen Anregungsvektor U_CP würde die Anregung die Antennenstruktur wie bei einem konventionellen Resonator im CP-Betrieb kreisförmig umlaufen und somit würde das B₁-Feld, d. h. das für die Messung gewünschte magnetische Hochfrequenzfeld, im Messbereich wie gewünscht rotieren (B₁ ⁺, siehe auch 1). Dabei ist auf den physikalisch korrekten Umlaufsinn zu achten.
Dennoch wird noch einmal darauf hingewiesen, dass das Verfahren im Grundsatz auch für alle anderen Sendemodi genutzt werden kann und nicht auf einen solchen CP-Mode beschränkt ist. Insbesondere nutzen die weiteren Überlegungen das gegebene Beispiel für eine CP-Anregung nicht aus und gelten ganz allgemein für Anregungsvektoren mit beliebigen, aber fest vorgegebenen Amplituden- und Phasenverhältnissen. Der Begriff CP-Mode oder die Bezeichnung U_CP ist also auch in den folgenden Überlegungen nur beispielhaft zu verstehen.
In einem synthetischen CP-Modebetrieb (der Begriff „synthetisch” wird hier gewählt, da der CP-Mode durch geeignete Anwahl der festen Phasen- und Amplitudenverhältnisse in einem eigentlich an sich flexiblen Transmit-Array vorgegeben ist und nicht, wie in einem klassischen Volumenspulenmodus, durch eine feste Verschaltung) kann somit die gewünschte zeitabhängige Anregung wie folgt dargestellt werden: U_CP(t) = A(t)·U_CP (3)
Das heißt, um den aktuellen Anregungsvektor im CP-Mode zu erhalten, braucht nur ein zeitabhängiger (im Allgemeinen komplexwertiger) Vorfaktor A(t) mit dem zeitlich konstanten normierten Anregungsvektor U_CP multipliziert zu werden.
Ein beliebiger Anregungsvektor U lässt sich immer in einen Anteil zerlegen, der bis auf einen komplexwertigen Faktor α proportional zu U_CP ist, und einen dazu linear unabhängigen und somit orthogonalen Anteil U_rest. Eine einfache Methode, den gesuchten Faktor α zu ermitteln, besteht darin, den beliebigen Anregungsvektor U mit Hilfe des Skalarprodukts mit U_CP zu projizieren. Liegt also in diesem Sinne ein aktueller Anregungsvektor U = αU_CP + U_rest (4) vor, so ergibt das Skalarprodukt U H / CP·U = U H / CP·(αU_CP + U_rest) = U H / CP·αU_CP + U H / CP·U_rest = α + 0 = α (5) den gesuchten Faktor α. Hierbei wurde die Normierung ||U_CP|| = U_CP ^H·U_CP = 1 sowie die Orthogonalität U_CP ^H·U_rest = 0 ausgenutzt.
Aus den Gleichungen (4) und (5) ergibt sich für die Abweichung U_rest des Anregungsvektors von der gewünschten CP-Anregung: U_rest =U – αU_CP = U – (U H / CP·U)·U_CP (6)
Die damit verbundene und für die thermischen Effekte, d. h. für die im Patienten verbleibende, die Hochfrequenzbelastung bewirkende Leistung, relevante leistungsartige Größe für diese Abweichung ist dann: ∥U_rest∥² = (U – (U H / CP·U)·U_cp)^H·(U – (U H / CP·U)·U_CP) = = U^H·U – (U H / CP·U)^H·U H / CP·U – U^H·U_CP·(U H / CP·U) + (U H / CP·U)^H·U H / CP·U_CP·(U H / CP·U) = = U^H·U – (U^H·U_CP)·(U H / CP·U) – (U^H·U_CP)·(U H / CP·U) + (U^H·U_CP)^H·(U H / CP·U_CP)·(U H / CP·U) = = U^H(I – U_CP ⊗ U H / CP – U_CP ⊗ U H / CP + U_CP·I ⊗ U H / CP)·U = = U^H(I – U_CP ⊗ U H / CP)·U (7)
Hierbei ist I die Einheitsmatrix (Identitätsmatrix) und der Teil U_CP ⊗ U H / CP das sogenannte dyadische Produkt oder Tensorprodukt, also eine n×n-Matrix, deren Elemente die elementweisen Produkte der Komponenten des Vektors U_CP sind. Wiederum wurde in Gleichung (7) die Normierung U_CP ^H·U_CP = 1 ausgenutzt.
Der Teil in der Klammer im letzten Gleichungsterm der Gleichung (7) ist die gesuchte Projektionsmatrix S_proj = I – U_CP ⊗ U H / CP (8)
Diese Matrix ist ebenfalls eine n×n-Projektionsmatrix, die für beliebige Anregungsvektoren U in der quadratischen Form U^H·S_proj·U ein Maß für das Quadrat der Abweichung des aktuellen Sendemodus von dem CP-Mode (bzw. bei Wahl eines beliebigen anderen Modus anstelle dem Anregungsvektor U_CP für den CP-Modus) ergibt und dessen Zeitintegral eine „leistungsartige” positive skalare Größe ist. Für eine ideale Anregung in einem CP-Mode mit einer Form gemäß Gleichung (3) sollte für das als Moduskontrollwert MKW verwendbare skalare Zeitintegral die Bedingung MKW = ∫U^H(t)·S_proj·U(t)dt = 0 (10) gegeben sein.
In der Praxis ist jedoch davon auszugehen, dass es immer kleinere Abweichungen von dem idealen CP-Mode gibt und dementsprechend sollte kontrolliert werden, ob der Moduskontrollwert MKW um ein bestimmtes Maß von 0 abweicht. Vorzugsweise sind hierzu für die Modusüberwachung Schwellenwerte ε über geeignete Zeitintervalle festzulegen, die der Wert MKW nicht überschreiten darf. Für die Festlegung dieser Schwellenwerte können unterschiedliche Kriterien herangezogen oder kombiniert werden.
Beispielsweise sollte dafür gesorgt werden, dass der Moduskontrollwert MKW, wenn er größer als 0 ist, dann zumindest deutlich kleiner als die eigentliche Pulsenergie ist, d. h. der Puls muss überwiegend zu einem CP-Modus führen und die Abweichung muss relativ zur Höhe des CP-artigen Pulses relativ klein sein. Zum anderen sollte dafür gesorgt werden, dass eventuelle lokale SAR-Effekte der Abweichung, selbst mit extrem konservativen Sicherheitsfaktoren abgeschätzt, gegenüber akzeptablen lokalen SAR-Werten für den CP-Mode absolut betrachtet vernachlässigbar klein sein sollten.
Die genaue Festlegung der erlaubten Abweichung des Abweichungsintegrals bzw. des Moduskontrollwerts vom Modusreferenzwert (hier dem Referenzwert 0) sollte ggf. in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung geeignet erfolgen. Dies ändert aber an der grundsätzlichen Art der Auswertung und Kontrolle des Sendemodus nichts.
Wie bereits oben erwähnt, wird in der Praxis alle 10 μs oder noch häufiger ein Anregungsvektor U gemessen. Es ist weiterhin klar, dass die Berechnung des Abweichungsintegrals MKW, so wie es in Gleichung (10) dargestellt ist, relativ rechenaufwändig ist, da ja zu jedem Zeitpunkt t die Projektionsmatrix S_proj beidseitig mit dem aktuellen Anregungsvektor U multipliziert wird und dann erst die Aufsummierung der Werte (d. h. die Integration) erfolgt. Um die technische Auswertung etwas effizienter auszugestalten, kann eine äquivalente Berechnung durchgeführt werden, indem zunächst die Kreuzkorrelationen der Elemente der einzelnen Anregungsvektoren U(t) berechnet werden und diese aufsummiert bzw. integriert werden. Die so ermittelte Summen-Kreuzkorrelationsmatrix SKM = ∫U(t) ⊗ U(t)dt, (11) bei der es sich ebenfalls um eine n×n-Matrix handelt, kann dann elementeweise mit der Projektionsmatrix S_proj multipliziert werden und die einzelnen Elemente können aufaddiert werden, um letztlich in äquivalenter Weise zu dem Wert MKW gemäß Gleichung (10) zu kommen. Dies hat den Vorteil, dass die Messdaten nur einmal über den ganzen Integralzeitraum, z. B. eine Sekunde, multipliziert werden müssen.
Abgesehen davon, kann die Summen-Kreuzkorrelationsmatrix SKM auch für die Berechnung der Belastungskontrollwerte genutzt werden, um z. B. das globale SAR innerhalb des Integralzeitraums zu berechnen.
Diese Variante wird im Folgenden anhand von 2 überblickartig dargestellt. Wie hier gezeigt ist, werden zunächst in einem ersten Verfahrensschritt I Kontrollregeln, beispielsweise Regeln ALR zur Bestimmung der Hochfrequenzbelastungswerte, Regeln BLR zur Bestimmung der Belastungskontrollwerte sowie Grenzkontrollwerte GK vorgegeben. Außerdem wird eine Projektionsmatrix S_pro für den zu überwachenden Sendemodus, beispielsweise einen CP-Modus, berechnet oder aus einer Anzahl von bereits vorab berechneten geeigneten Projektionsmatrizen ausgewählt. Weiterhin werden Sensitivitätsmatrizen S_sens ausgewählt, mit Hilfe derer, wie später erläutert wird, Belastungskontrollwerte BKW_i ermittelt werden können.
Während der Messzeit werden in zeitlichen Abständen jeweils Hochfrequenzpulse ausgesendet (nicht dargestellt). Außerdem werden in regelmäßigen zeitlichen Abständen während der Aussendung der Hochfrequenzpulse mit Hilfe der Richtkoppleranordnung 22 die Spannungsamplituden der Hochfrequenzsignale auf den einzelnen Sendekanälen K₁, K₂, ..., K_n ermittelt und daraus jeweils ein Anregungsvektor U₁, U₂, U₃, ... (hier also ein Sendeamplitudenvektor) zu den verschiedenen Zeitpunkten t bestimmt. Aus diese Anregungsvektoren U₁, U₂, U₃, ... werden dann durch Tensormultiplikationen KM = U(t) ⊗ U(t) (12) jeweils die aktuellen Kreuzkorrelationsmatrizen KM₁, KM₂, KM₃, ... bestimmt (siehe Schritt II in 2).
Diese Kreuzkorrelationsmatrizen KM₁, KM₂, KM₃, ... repräsentieren die im Untersuchungsobjekt eingestrahlte Hochfrequenzleistung und ermöglichen wie Eingangs beschrieben mithilfe der Sensitivitätsmatrizen die Überwachung der lokalen SAR unter Berücksichtigung der räumlichen Überlagerung der einzelnen Sendekanäle. Diese Kreuzkorrelationsmatrizen KM₁, KM₂, M₃, ... können somit als Hochfrequenzbelastungswerte gesehen werden. Aus diesen werden zeitabhängig Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... gebildet, indem jeweils alle in einem vorgegebenen Zeitfenster Δt liegenden Kreuzkorrelationsmatrizen KM₁, KM₂, KM₃, ... gemäß Gleichung (11) aufsummiert (bzw. integriert) werden. Dabei gleitet das Zeitfenster Δt mit der Zeit über die ermittelten Sendeamplitudenvektoren U₁, U₂, U₃, ... bzw. Kreuzkorrelationsmatrizen KM₁, KM₂, KM₃, ..., um so einen gleitenden Wert zu erhalten. Dabei ist es natürlich nicht (wie in 2 dargestellt) erforderlich, dass das Zeitfenster jeweils nur um einen gemessenen Sendeamplitudenvektor U₁, U₂, U₃, ... verschoben wird. Ebenso ist es auch nicht zwingend notwendig, dass sich die Zeitfenster zwei aufeinander folgender Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... überlappen.
Die Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... können dann auf zweifache Weise genutzt werden. Zum einen können auf Basis dieser Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... skalare Moduskontrollwerte MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ... gemäß Gleichung (10) ermittelt werden, indem die Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... jeweils elementeweise mit der gewünschten Projektionsmatrix S_proj multipliziert und die Werte aufaddiert werden (vgl. Schritt III in 2). Die so ermittelten Moduskontrollwerte MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ... werden dann mit einem Modusreferenzwert verglichen, bzw. im vorliegenden Fall wird einfach geprüft, ob der Moduskontrollwert MKW_i um mehr als ein festgelegtes Maß ε von 0 abweicht. Ist dies der Fall, wird ein Moduskontrollsignal MKS ausgesendet, welches beispielsweise dazu führen kann, dass andere Kontrollregeln vorgegeben werden, beispielsweise die Grenzwerte GK verschärft werden (siehe Schritt IV in 2).
Gleichzeitig können die Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... für die einzelnen Zeitfenster Δt auch genutzt werden, um daraus Belastungskontrollwerte BKW₁, BKW₂, ..., BKW_i, zu ermitteln. Hierzu können die Summen-Kreuzkorrelationsmatrizen SKM₁, SKM₂, ... jeweils mit den Sensitivitätsmatrizen S_sens multipliziert werden, welche die Überwachung der lokalen SAR ermöglichen (siehe Schritt V in 2).
Details über dieses Verfahren werden beispielsweise in der DE 10 2009 030 721.4 sowie in der DE 10 2010 011 160 beschrieben, auf die hier insoweit voll inhaltlich verwiesen wird.
Die so ermittelten Belastungskontrollwerte BKW₁, BKW₂, BKW_i, ... werden jeweils mit einem Grenzkontrollwert GK verglichen (siehe Schritt VI in 2). Wird festgestellt, dass ein Belastungskontrollwert BKW_i den Grenzkontrollwert GK erreicht oder überschreitet, wird – wie oben anhand von 1 bereits erläutert – ein Kontrollsignal KS ausgegeben, mit dem dafür gesorgt wird, dass die Ausgangsleistungen der Hochfrequenz-Leistungsverstärker reduziert werden.
Das heißt, auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden wie bei den bisherigen Überwachungsverfahren während der Messung die Anregungsspannungen durch z. B. Richtkoppler oder Pickup-Spulen gemessen. An einer zentralen, jedoch von der restlichen Software unabhängigen Stelle werden aus den Messgrößen effizient unter Verwendung der Kreuzkorrelationen der Messgrößen Zeitintegrale über quadratische Formen durch beidseitige Multiplikation der Anregungsvektoren mit einer Sensitivitätsmatrix berechnet, die dann stellvertretend für maximal auftretende lokale oder globale SAR-Werte sind. Entsprechend den SAR-Normen werden gemäß den jeweils ausgewählten und wegen der erfindungsgemäßen Moduskontrolle sicher korrekten Überwachungsregeln die ermittelten Werte mit maximal erlaubten Schwellenwerten verglichen und bei Überschreiten die Messung gestoppt oder geändert.
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. Auch wenn die Erfindung vorstehend anhand eines Magnetresonanztomographiesystems im medizinischen Bereich beschrieben wurde, ist die Erfindung auch in wissenschaftlichen und/oder industriell genutzten Magnetresonanztomographiesystemen einsetzbar. 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: Computertomographiesystem
2: Tomograph
3: Messraum
4: Patientenliege
5: Systemsteuerung
6: Empfangsschnittstelle
7: Schnittstellenblock
8: Rekonstruktionseinrichtung
9: Messsteuermodul
10: Hochfrequenzsendeeinrichtung
11: Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung
12: Richtkoppleranordnung
13: Sende-/Empfangsumschalteranordnung
14: Kontrollsignaleingang
15: Sendeantennensystem/Ganzkörperspule
16: Hochfrequenzpulserzeugungssystem
17: Terminal
18: Datenspeicher
20: Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung
21: Messwertschnittstelle
22: Kontrollsignalschnittstelle
23: Belastungskontrolleinheit
24: Moduskontrolleinheit
O: Patient/Untersuchungsobjekt
K₁, K₂, ..., K_n: Sendekanal
CP: Sendemodus
KS: Kontrollsignal
MKS: Moduskontrollsignal
Δt: Zeitfenster
KR: Kontrollregel
HLR: Regeln zur Bestimmung der Hochfrequenzbelastungswerte
BLR: Regeln zur Bestimmung der Belastungskontrollwerte
GK: Grenz-Kontrollwert
MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ...: Moduskontrollwert
BKW₁, BKW₂, ..., BKW_i, ...: Belastungskontrollwert
KM₁, KM₂, KM₃, KM₄, KM₅, ...: Kreuzkorrelationsmatrix
SKM₁, SKM₂, ...: Summen-Kreuzkorrelationsmatrix
U₁, U₂, U₃, U₄, U₅, ...: Sendeamplitudenvektor
S_proj: Projektionsmatrix
S_sens: Sensitivitätsmatrix

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 102009030721 [0009, 0037, 0081]
DE 102010011160 [0009, 0081]

Claims

Verfahren zur Kontrolle einer Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) eines Magnetresonanztomographiesystems (1) mit einem Sendeantennensystem (15) mit einer Mehrzahl von Sendekanälen (K₁, K₂, ..., K_n) bei einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts (O), – bei dem für mehrere Zeitpunkte oder Zeiträume Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) ermittelt werden, welche die Hochfrequenz-Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen (K₁, K₂, ..., K_n) repräsentieren, – bei dem gemäß vorgegebenen Kontrollregeln (KR) jeweils auf Basis der Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) im Untersuchungsobjekt (O) absorbierte Hochfrequenzbelastungswerte ermittelt werden, und die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) in ihrer Funktion eingeschränkt wird, wenn ein auf mindestens einem Hochfrequenzbelastungswert basierender Belastungskontrollwert (BKW₁, BKW₂, ..., BKW_i, ...) einen vorgegebenen Grenz-Kontrollwert (GK) erreicht oder überschreitet, wobei die Kontrollregeln (KR) in Abhängigkeit von einem aktuellen Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) vorgegeben sind, – und bei dem auf Basis der Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) jeweils der Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) überprüft wird und bei einer detektierten Sendemodusänderung die Kontrollregeln (KR) geändert werden und/oder die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) in ihrer Funktion eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Regeln (HLR) zur Bestimmung der Hochfrequenzbelastungswerte und/oder Regeln (BLR) zur Bestimmung der Belastungskontrollwerte und/oder der Grenz-Kontrollwert (GK) in Abhängigkeit vom Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) ein den Sendemodus (CP) charakterisierender Moduskontrollwert (MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ...) ermittelt wird und eine Sendemodusänderung detektiert wird, wenn der Moduskontrollwert (MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ...) um ein bestimmtes Maß von einem Modusreferenzwert abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung des Sendemodus (CP) überprüft wird, ob die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) in einem Volumenspulenmodus (CP) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenspulenmodus (CP) einen CP-Mode (CP) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung einer Abweichung des Betriebs der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) vom Volumenspulenmodus (CP) quadratische Formen der jeweils aktuellen Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) durch beidseitige Multiplikation mit einer Projektionsmatrix (S_proj) gebildet werden, wobei die Projektionsmatrix (S_proj) auf Basis von bei einem Betrieb im Volumenspulenmodus auftretenden Anregungsvektoren gebildet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Moduskontrollwert (MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ...) auf Basis mehrerer während eines Moduskontroll-Zeitabschnitts ermittelter Moduskontroll-Teilwerte gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Zeitpunkte innerhalb eines Moduskontroll-Zeitabschnitts zunächst durch eine dyadische Multiplikation des jeweils aktuellen Anregungsvektors (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) mit seinem komplex konjugierten Vektor eine aktuelle Kreuzkorrelationsmatrix (KM₁, KM₂, KM₃, KM₄, KM₅, ...) ermittelt wird und diese Kreuzkorrelationsmatrizen (KM₁, KM₂, KM₃, KM₄, KM₅, ...) unter Bildung einer Summen-Kreuzkorrelationsmatrix (SKM₁, SKM₂, ...) aufaddiert werden und dann die Summen-Kreuzkorrelationsmatrix (SKM₁, SKM₂, ...) elementweise mit der Projektionsmatrix (S_proj) multipliziert und die dabei entstehenden Produktwerte zur Bildung des Moduskontrollwerts (MKW₁, MKW₂, ..., MKW_i, ...) für den jeweiligen Moduskontroll-Zeitabschnitt herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Belastungskontrollwert (BKW₁, BKW₂, ..., BKW_i, ...) auf einer für einen Moduskontroll-Zeitabschnitt ermittelten Summen-Kreuzkorrelationsmatrix (SKM₁, SKM₂, ...) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Belastungskontrollwert auf einer Vielzahl in einem Belastungskontroll-Zeitabschnitt ermittelten Hochfrequenzbelastungswerten basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Moduskontroll-Zeitabschnitte und/oder die Belastungskontroll-Zeitabschnitte jeweils durch ein Zeitfenster (Δt) vorgegeben werden, das im Zeitbereich über die Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) gleitet.
Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) zur Kontrolle einer Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) eines Magnetresonanztomographiesystems (1) mit einem Sendeantennensystem (15) mit einer Mehrzahl von Sendekanälen (K₁, K₂, ..., K_i), wobei die Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) zumindest – eine Messwertschnittstelle (21) zur Erfassung von Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅), welche die Hochfrequenz-Signalstärken auf den einzelnen Sendekanälen (K₁, K₂, ..., K_i) repräsentieren, – und eine Kontrollsignalschnittstelle (22) zur Ausgabe von Kontrollsignalen (KS) aufweist und derart ausgestaltet ist, – dass gemäß vorgegebenen Kontrollregeln (KR) jeweils auf Basis der Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) im Untersuchungsobjekt (O) absorbierte Hochfrequenzbelastungswerte ermittelt werden und die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) in ihrer Funktion eingeschränkt wird, wenn ein auf mindestens einem Hochfrequenzbelastungswert basierender Belastungskontrollwert (BKW₁, BKW₂, ..., BKW_i, ...) einen vorgegebenen Grenz-Kontrollwert (GK) erreicht oder überschreitet, wobei die Kontrollregeln (KR) in Abhängigkeit von einem aktuellen Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) vorgegeben sind, – und dass auf Basis der Anregungsvektoren (U₁, U₂, U₃, U₄, U₅) jeweils der Sendemodus (CP) der Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) überprüft wird und bei einer detektierten Sendemodusänderung die Kontrollregeln (KR) geändert werden und/oder zumindest ein Kontrollsignal (KS) erzeugt wird, um die Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) in ihrer Funktion einzuschränken.
Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) für ein Magnetresonanztomographiesystem (1), – mit einem Sendeantennensystem (15) mit einer Mehrzahl von Sendekanälen (K₁, K₂, ..., K_i), – mit einer Hochfrequenz-Leistungsverstärkeranordnung (13) zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen über die Sendekanäle (K₁, K₂, ..., K_i), – und mit einer Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) gemäß Anspruch 12.
Magnetresonanztomographiesystem (1) mit einer Hochfrequenzsendeeinrichtung (10) nach Anspruch 13.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Hochfrequenz-Kontrolleinrichtung (20) ausgeführt wird.