DE102011087210B4

DE102011087210B4 - Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuerungssequenz beim parallelen Senden

Info

Publication number: DE102011087210B4
Application number: DE102011087210.8A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Fautz
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: DE102011087210A1; US9400318B2; US20130134973A1; CN103135082B; CN103135082A

Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines für ein bestimmtes aufzunehmendes Objekt und einen bestimmten Bildgebungsbereich eine möglichst homogene Anregung erlaubenden Ansteuerungsparametersatzes einer Ansteuerungssequenz für eine Magnetresonanzeinrichtung (1), welche Ansteuerungssequenz parallel auszusendende Einzelpulse für mehrere individuell ansteuerbare Hochfrequenz-Sendekanäle umfasst, wobei der Ansteuerungsparametersatz aus einer Mehrzahl von Basisparametersätzen gewählt wird, indem: – für jeden Basisparametersatz unter Verwendung dieses Basisparametersatzes mittels eines ersten Messverfahrens ein mittlerer Flipwinkel in einem Bildgebungsbereich bei vorhandenem Objekt ermittelt wird, – für jeden Basisparametersatz die Signalstärke des durch ihn bei einem durch ein Signalmaximum oder ein Signalminimum ausgezeichneten Referenzflipwinkel eines zweiten Messverfahrens erzeugten Magnetresonanzsignals ermittelt wird und – als Ansteuerungsparametersatz der Basisparametersatz gewählt wird, dessen Signalstärke entsprechend der Wahl des Referenzflipwinkels extremal ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines für ein bestimmtes aufzunehmendes Objekt und einen bestimmten Bildgebungsbereich eine möglichst homogene Anregung erlaubenden Ansteuerungsparametersatzes einer Ansteuerungssequenz für eine Magnetresonanzeinrichtung, welche Ansteuerungssequenz parallel auszusendende Einzelpulse für mehrere individuell ansteuerbare Hochfrequenz-Sendekanäle umfasst. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung sowie eine Magnetresonanzeinrichtung.
Das Bildgebungsverfahren der Magnetresonanz ist im Stand der Technik bereits bekannt. Ein zu untersuchendes Objekt wird dabei zunächst in ein relativ hohes Grundmagnetfeld, das so genannte B₀-Feld, eingebracht. Um nun, beispielsweise in einer Schicht, Magnetresonanzdaten aufnehmen zu können, werden die Spins dieser Schicht angeregt und es wird beispielsweise der Verfall dieser Anregung als Signal beobachtet. Mittels einer Gradientenspulenanordnung können Gradientenfelder erzeugt werden, während über eine Hochfrequenz-Sendespule hochfrequente Anregungssignale ausgesendet werden, die häufig als Hochfrequenzpulse bezeichnet werden. Durch die Hochfrequenzpulse wird ein Hochfrequenzfeld erzeugt, das häufig als B₁-Feld bezeichnet wird und die Spins resonant angeregter Kerne, durch die Gradienten ortsaufgelöst, um einen so genannten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt. Relaxieren die Spins der Kerne dann wieder, werden Hochfrequenzsignale abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen aufgenommen und weiter verarbeitet werden, um so Magnetresonanz-Bilddaten rekonstruieren zu können.
Herkömmliche Hochfrequenz-Sendespulen werden in einem so genannten „homogenen Modus”, beispielsweise in einem „CP-Modus”, betrieben, wobei ein einziger Hochfrequenzpuls mit einer definierten festen Phase und Amplitude auf alle Komponenten der Sendespule gegeben wird, beispielsweise alle Sendestäbe einer Birdcage-Antenne. Zur Erhöhung der Flexibilität und zur Schaffung neuer Freiheitsgrade zur Verbesserung der Bildgebung wurde vorgeschlagen, auch ein so genanntes paralleles Senden zu ermöglichen, bei dem mehrere Sendekanäle jeweils mit Einzelpulsen, die voneinander abweichen können, beaufschlagt werden. Diese Gesamtheit der Einzelpulse, die beispielsweise über die Parameter Phase und Amplitude beschrieben werden können, ist dann insgesamt in einer Ansteuerungssequenz definiert, die durch einen entsprechenden Parametersatz beschrieben ist. Ein solcher Mehrkanal-Puls, der aus Einzelpulsen für die unterschiedlichen Sendekanäle zusammengesetzt ist, wird häufig als „pTX-Puls” (für „paralleles Senden”) bezeichnet.
Zur Ermittlung eines Ansteuerungsparametersatzes einer Ansteuerungssequenz für eine mehrere Sendekanäle aufweisende Sendeeinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung sind Berechnungsverfahren, häufig Optimierungsverfahren, bekannt. Hierbei ist es üblich, dass eine Zielmagnetisierung vorgegeben wird, die auch als Magnetresonanzanregungs-Qualitätsvorgabe bezeichnet werden kann. Beispielsweise kann eine gewünschte ortsaufgelöste Flipwinkelverteilung angegeben werden, die einer Zielmagnetisierung entspricht. Nun kann eine Zielfunktion definiert werden, wobei dann durch das Optimierungsverfahren, welches auch als Zielfunktion-Optimierer bezeichnet werden kann, eine geeignete Ansteuerungssequenz, insbesondere die Einzelpulse für die Kanäle, ermittelt wird. Rein beispielhaft sei für ein solches Verfahren zur Ermittlung von Ansteuerungssequenzen für parallele Anregungsverfahren auf den Artikel von W. Grissom et al., „Spatial Domain Method for the Design of RF Pulses in Multicoil Parallel Excitation”, Mag. Res. Med. 56, 620–629, 2006, verwiesen.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 023 251 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines für ein bestimmtes aufzunehmendes Objekt und einen bestimmten Bildgebungsbereich eine möglichst homogene Anregung erlaubenden Ansteuerungsparametersatzes einer Ansteuerungssequenz für eine Magnetresonanzeinrichtung bekannt, wobei die Ansteuerungssequenz parallel auszusendende Einzelpulse für mehrere individuell ansteuerbare Hochfrequenz-Sendekanäle umfasst.
Zusammen mit weiteren Steuervorgaben, beispielsweise den zugehörigen Gradientenpulsen, bildet die Ansteuerungssequenz das so genannte Messprotokoll, welches eine automatische Steuerung der Magnetresonanzeinrichtung für eine Messung erlaubt.
Das parallele Senden erlaubt es also, die Anregung räumlich zu modulieren. Eine wichtige Klasse von Optimierungen hat das Ziel einer innerhalb eines bestimmten Volumens bzw. Bildgebungsbereiches möglichst homogenen Anregung, das bedeutet, sämtliche dort angeregten Kerne sollten idealerweise denselben Flipwinkel aufweisen. Auch zur Realisierung einer solchen homogenen Flipwinkelverteilung bzw. homogenen Anregung werden die verwendeten Einzelpulse, beschrieben durch den Ansteuerungsparametersatz, insbesondere aus einem Optimierungsverfahren berechnet, dem Daten über die B₁-Felder zugrunde gelegt werden. Dies erfordert eine patienten- und messvolumenspezifische Justagemessung, die die Grundlage zur Pulsberechnung bildet, wobei hierzu typischerweise so genannte B₁-Karten der einzelnen Spulenelemente bzw. Sendekanäle gemessen werden. Ein analytischer oder numerischer Optimierungs-Algorithmus berechnet dann aus einem prinzipiell unendlichen, mehrdimensionalen Lösungsraum für die homogene Anregung bei dem speziellen Objekt und dem speziellen Bildgebungsbereich optimale Parameter für die verschiedenen Freiheitsgrade der Hochfrequenz-Anregung, insbesondere die Hochfrequenz-Amplitude und die Hochfrequenz-Phase für jeden Zeitschritt und jeden Sendekanal sowie gegebenenfalls zusätzliche Gradienten für jeden Zeitschritt.
Diese Vorgehensweise weist mehrere Nachteile auf. Bei den bekannten Verfahren zur Messung der B₁-Karten der einzelnen Sendekanäle bzw. Spulenelemente ist meist eine sehr lange Aufnahmezeit im Vergleich zu den für die Bildgebung üblichen Aufnahmezeiten gegeben, das bedeutet, die Dauer für die Untersuchung verlängert sich deutlich. Als problematisch können sich weiterhin die Optimierungsalgorithmen erweisen, da dort numerische Unsicherheiten erforderlich sind und eine Überwachung, insbesondere hinsichtlich der SAR, sinnvoll ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Justageverfahren zur Ermittlung einer geeigneten, eine möglichst homogene Anregung liefernden Anregungssequenz, beschrieben durch einen Ansteuerungsparametersatz, für ein spezielles zu untersuchendes Objekt, insbesondere einen Patienten, und einen Bildgebungsbereich anzugeben, welches sich durch kürzere Messzeiten und eine robustere Ermittlung auszeichnet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Ansteuerungsparametersatz aus einer Mehrzahl von Basisparametersätzen gewählt wird, indem:

– für jeden Basisparametersatz unter Verwendung dieses Basisparametersatzes mittels eines ersten Messverfahrens ein mittlerer Flipwinkel in einem Bildgebungsbereich bei vorhandenem Objekt ermittelt wird,
– für jeden Basisparametersatz die Signalstärke des durch ihn bei einem durch ein Signalmaximum oder ein Signalminimum ausgezeichneten Referenzflipwinkel eines zweiten Messverfahrens erzeugten Magnetresonanzsignals ermittelt wird und
– als Ansteuerungsparametersatz der Basisparametersatz gewählt wird, dessen Signalstärke entsprechend der Wahl des Referenzflipwinkels extremal ist.

Es wird mithin eine Möglichkeit für eine patienten- und bildgebungsbereich- bzw. messvolumen-spezifische Justagemessung angegeben, bei der keine komplex zu vermessenden, räumlich hochaufgelösten B₁-Karten ermittelt werden müssen, sondern einfache, räumlich nicht aufgelöste Messschritte gegeben sind, aus denen praktisch unmittelbar ohne Einsatz komplexer Optimierer ein geeigneter Ansteuerungsparametersatz bestimmt werden kann. Zunächst wird mithin vorgeschlagen, den Lösungsraum auf endlich viele vordefinierte Parametereinstellungen, die Basisparametersätze, zu reduzieren, beispielsweise auf geeignete Hochfrequenz-Shim-Einstellungen. Dies ermöglicht es, interpretierbare Messschritte für jede der zur Auswahl zur Verfügung stehenden Basisparametersätze durchzuführen. Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, Messungen durchzuführen, die nicht räumlich aufgelöst messen, sondern eine Gesamtaussage liefern, beispielsweise einen mittleren Flipwinkel im Bildgebungsbereich. Derartige Messungen sind deutlich schneller auszuführen als beispielsweise Messungen für B₁-Karten. Entsprechend wird zunächst eine Art nicht räumlich aufgelöster Kalibration der Anregung in dem Bildgebungsbereich durchgeführt, indem der mittlere Flipwinkel in dem Bildgebungsbereich (der beispielsweise einem Zielvolumen entsprechen kann) bestimmt wird. Abgesehen von einem noch zu diskutierenden Spezialfall werden die Messparameter für das zweite Messverfahren dann so angepasst, dass bei dessen mittleren Flipwinkeln maximale oder minimale Signalintensitäten gemessen werden, so dass durch die erste Messung letztlich die Messparameter für das zweite Messverfahren kalibriert werden können. Im allgemeinen Fall wird also eine zweite Messung mittels des zweiten Messverfahrens durchgeführt werden, wobei dann gezielt ein mittlerer Flipwinkel (aufgrund der ersten Messung möglich) so gewählt wird, dass er dem ausgezeichneten Referenzflipwinkel für das zweite Messverfahren entspricht, bei dem ein Signalmaximum oder Signalminimum vorliegt. Es wird nun die Ansteuerungssequenz, beschrieben durch einen Basisparametersatz, die maximale bzw. minimale Signalintensität (Signalstärke) aufweisen, die die geringste räumliche Variation über den Bildgebungsbereich aufweist.
Die Idee der vorliegenden Erfindung ist so zu verstehen, dass ja letztlich jeder angeregte Kern im Bildgebungsbereich einen Signalbeitrag liefert, der zwangsläufig maximal bzw. minimal ist, wenn der Flipwinkel exakt dem Referenzflipwinkel entspricht. Je mehr maximale bzw. minimale Beiträge aber über den gesamten Bildgebungsbereich gesammelt werden, desto größer bzw. kleiner wird das resultierende Gesamtsignal, das bedeutet, die Signalstärke erhöht bzw. erniedrigt sich mit zunehmender Homogenität der Flipwinkelverteilung im Bildgebungsbereich.
Mithin wird schlussendlich als Ansteuerungsparametersatz der Basisparametersatz gewählt, dessen Signalstärke entsprechend der Wahl des Referenzwinkels extremal, also bei Orientierung an einem Signalmaximum maximal oder bei Orientierung an einem Signalminimum minimal, ist.
Somit bietet die vorliegende Erfindung ein schnelles Verfahren, um aus einer begrenzten Auswahl von Parametereinstellungen, den Basisparametersätzen, die für die Homogenisierung eines Bildgebungsbereichs optimale Einstellung zu finden. Dabei wird ausgenutzt, dass das erzeugte Magnetresonanzsignal für bestimmte Referenzflipwinkel ein Maximum oder Minimum der Signalstärke aufweist. Entspricht der mittlere Flipwinkel über ein Volumen einem solchen Referenzflipwinkel, ist die Intensität des integralen Magnetresonanzsignals über das Volumen ein direktes Maß für die räumliche Variation des Flipwinkels. Für eine perfekt homogene Flipwinkelverteilung erhält man das maximal/minimal mögliche Magnetresonanzsignal.
Abhängig von der Anzahl der möglichen Parametereinstellungen, das heißt der verschiedenen Basisparametersätze, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine schnellere Justage auf ein Objekt und einen Bildgebungsbereich als konventionelle Pulsberechnungsmethoden. Aufgrund des eingeschränkten Lösungsraumes reagiert das Verfahren weniger sensitiv auf Messfehler der Justagemessungen oder auf dynamische Effekte wie beispielsweise physiologische Bewegungen.
Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass der Bildgebungsbereich, für den justiert bzw. kalibriert wird, letztlich durch entsprechendes Setzen von Gradienten und dergleichen frei wählbar ist, es kann also selektiv für ein bestimmtes Zielvolumen gemessen werden, aber auch nicht-selektiv.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine zweite Messung mit dem zweiten Messverfahren erfolgt, wobei abhängig von dem gemessenen mittleren Flipwinkel wenigstens ein Messparameter des zweiten Messverfahrens so eingestellt wird, dass sich in der zweiten Messung als mittlerer Flipwinkel der ausgezeichnete Referenzflipwinkel ergibt. Dies wurde bereits in Bezug auf die grundsätzliche Idee der vorliegenden Erfindung ausführlich dargelegt, wobei eine Messung zur Ermittlung der Signalstärke der übliche Anwendungsfall zur Ermittlung der Signalstärke sein dürfte. Eine zweite Messung ist dann nicht nötig, wenn die Signalstärke aus der ersten Messung abgeleitet werden kann, wobei dieser Spezialfall noch näher erläutert werden wird. Dabei sei insbesondere darauf hingewiesen, dass auch die zweite Messung, die ja das integrale Signal betrifft, nicht ortsaufgelöst bzw. räumlich ausgewertet erfolgen muss, sodass auch hier einfache, schnelle Messungen durchgeführt werden können.
In diesem Zusammenhang kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass Ansteuerungssequenzen betrachtet werden, bei denen der Flipwinkel wenigstens lokal linear mit einer Sendespannung als Messparameter skaliert, insbesondere RF-Shimming-Ansteuerungssequenzen, und als Messparameter die Sendespannung entsprechend dem ausgezeichneten Referenzflipwinkel gewählt wird. Insbesondere bei üblichen, zum Hochfrequenz-Shimming (RF-Shimming) eingesetzten Ansteuerungssequenzen ist es bekannt, dass der mittlere Flipwinkel linear mit der Sendespannung (Transmitterspannung) skaliert, sodass durch Anpassung der Sendespannung für die zweite Messung der mittlere Flipwinkel auf den Referenzflipwinkel gesetzt werden kann. Wurde beispielsweise bei der ersten Messung 45° als mittlerer Flipwinkel gemessen, so kann für die zweite Messung dann, wenn der Referenzflipwinkel 90° beträgt, die Sendespannung verdoppelt werden. Ein Sonderfall ist gegeben, wenn die Sendespannung nur lokal linear mit dem Flipwinkel skaliert. Dann kann vorgesehen sein, dass die Messparameter bei der ersten Messung so gewählt werden, dass ein im Bereich des Referenzflipwinkels liegender mittlerer Flipwinkel erwartet wird. Es wird also für die erste Messung, die Flipwinkelmessung, eine Sendespannung ausgewählt, die erwartungsgemäß einen Flipwinkel erzeugt, der nahe an dem Referenzflipwinkel für maximale/minimale Signalintensität liegt. Hierzu können beispielsweise in Look-Up-Tabellen vorliegende Erfahrungs- bzw. Kalibrierungswerte vorliegen und/oder ein insbesondere heuristischer mathematischer Zusammenhang verwendet werden und dergleichen.
Im allgemeinen Fall kann auch eine nicht lineare Skalierung und eine Abhängigkeit von weiteren Messparametern vorliegen. Hier kann dann vorgesehen sein, dass eine basisparametersatzspezifische, gemessene mittlere Flipwinkel zu Messparametern zur Erzeugung des Referenzflipwinkels zuordnende Look-Up-Tabelle verwendet wird. Die Skalierung der Einzelpulse der Ansteuerungssequenz vom gemessenen mittleren Flipwinkel auf den Referenzflipwinkel kann also über Look-Up-Tabellen realisiert werden.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass als das erste und das zweite Messverfahren insoweit vergleichbare, insbesondere wenigstens teilweise übereinstimmende, Messverfahren verwendet werden, so dass sich, falls der gemessene mittlere Flipwinkel, insbesondere innerhalb einer Toleranzbereiches, mit dem Referenzflipwinkel übereinstimmt, die Signalstärke aus den Ergebnissen der ersten Messung herleiten lässt. In diesem Spezialfall ist es mithin nicht notwendig, eine zweite Messung durchzuführen, nachdem das gewünschte Ergebnis – die Signalstärke bei dem Referenzflipwinkel als mittlerer Flipwinkel – bereits aus der ersten Messung bekannt oder zumindest ableitbar ist. Beispielsweise kann dann, wenn die Messsequenz zwei zur Ermittlung des mittleren Flipwinkels zu vergleichende Magnetresonanzsignale enthält, ein auf die Anregung durch den Basisparameterdatensatz bezogenes Magnetresonanzsignal auch im Hinblick auf seine Signalstärke vermessen werden, denn diese kann dann, wenn der mittlere Flipwinkel der ersten Messung ohnehin (gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs) dem Referenzflipwinkel entspricht, verwendet werden und es kann somit ein Messvorgang eingespart werden.
Die Basisparametersätze können vorbestimmt sein und/oder patientenspezifisch, insbesondere in Abhängigkeit einer vorangegangenen Untersuchung, ausgewählt werden. Vorzugsweise kann zur Auswahl der Basisparametersätze ein Übersichtsbild des Objekts, insbesondere eines Patienten, aufgenommen werden, woraufhin abhängig von in dem Übersichtsbild ausgewerteten Merkmalen eine (Vor-)Auswahl von Basisparametersätzen erfolgt. Alle diese Ansätze zur Auswahl der auf Eignung zu überprüfenden Basisparametersätze beruhen letztlich auf gesammelter Erfahrung bzw. Hintergrundwissen, sodass beispielsweise eine grundsätzliche Auswahl aufgrund applikationsspezifischer Erfahrung erfolgen kann. Wenn Voruntersuchungen existieren, kann auch eine patientenspezifische Auswahl zur Verfügung gestellt werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, ein Übersichtsbild des Patienten aufzunehmen, welches auch in Form von mehreren Projektionen durchgeführt werden kann. Aufgrund bestimmter Bildmerkmale können dann eine Reihe möglicher Basisparametersätze ausgewählt werden. So kann beispielsweise die Lage und Form des aufzunehmenden Bildgebungsbereichs, insbesondere also des Zielvolumens, analysiert werden und es können für derartige Bereiche, Positionen und Formen besonders geeignete Basisparametersätze hergenommen werden, was beispielsweise aufgrund von Erfahrungen in Voruntersuchungen, Testmessungen und dergleichen hergeleitet werden kann.
Als erstes Messverfahren kann, wie bereits angedeutet, ein eine Ermittlung des mittleren Flipwinkels durch Vergleich zweier Messsignale erlaubendes Messverfahren verwendet werden, insbesondere ein zwei Refokussierungspulse verwendendes Spinecho-Messverfahren. Derartige Messverfahren, durch die ein mittlerer Flipwinkel bestimmt werden kann, sind grundsätzlich bereits bekannt, insbesondere im Hinblick auf andere Justagevorgänge. Letztlich wird dabei ein Magnetresonanzsignal bei einer Anregung gemäß dem Basisparametersatz verglichen mit einem Magnetresonanzsignal ohne eine derartige Anregung.
Als zweites Messverfahren kann ein ein Gradientenecho nach einem einzelnen Anregungspuls erzeugendes Messverfahren oder ein ein Steady-State-Signal nach mehreren Anregungspulsen aufnehmendes Messverfahren oder ein Spinecho-Messverfahren mit einem Anregungspuls und wenigstens einem Refokussierungspuls oder ein ein Auslesemodul nach einem Präparationspuls umfassendes Messverfahren verwendet werden. Letztlich schließt also die Signalgenerierung, die für einen bestimmten Flipwinkel zu einem Signalmaximum/Signalminimum führt, jede in der Magnetresonanz bekannte Methode ein. Im Beispiel einer einfachen Gradientenecho-Anregung, wenn also ein einfacher Anregungspuls mit einem einzigen Magnetresonanzsignal vermessen wird, ergibt sich ein sinusförmiger Verlauf der Signalstärke gegen den Flipwinkel, sodass das Maximum hier bei 90° als Referenzflipwinkel liegt.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Volumina als Bildgebungsbereiche vermessen werden. Insbesondere ist beispielsweise eine sequentielle Vermessung mit einer Verknüpfung der Ergebnisse möglich. Vorteilhafterweise kann hier vorgesehen werden, dass auch Linearkombinationen von insbesondere unterschiedlichen Volumina zugeordneten Basisparametersätzen als mögliche Ansteuerungsparametersätze verwendet werden. Auch Linearkombinationen der vordefinierten Einzelpulse können mithin in Betracht gezogen werden, insbesondere dann, wenn die Auswahl an Basisparametersätzen auf bestimmte Zielvolumina bzw. Bildgebungsbereiche abgestellt war.
Wie bereits erwähnt wurde, kann ebenso vorgesehen sein, dass die Parametersätze auch wenigstens einen einen Gradientenpuls beschreibenden Parameter umfassen. Häufig wird durch Gradientenpulse der Vorgang des HF-Shimmings noch gestützt. Auch diesbezügliche Parameter können in den Basisparametersätzen und mithin auch dem ermittelten Ansteuerungsparametersatz enthalten sein.
Neben dem Ermittlungsverfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung mit einer mehrere, zum parallelen Senden ausgebildete Sendekanäle aufweisenden Hochfrequenz-Sendespule, wobei eine Ansteuerungssequenz mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ermittelt wird und die Magnetresonanzeinrichtung gemäß der ermittelten Ansteuerungssequenz betrieben wird. Die am besten geeignete Ansteuerungssequenz kann mithin auch vollautomatisch zum Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung beim Aufnehmen von Magnetresonanzbilddaten eingesetzt werden. Dabei sei an dieser Stelle noch hervorgehoben, dass selbstverständlich das erfindungsgemäße Verfahren vollständig automatisch beispielsweise auf einer Steuereinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung abläuft. Sämtliche Ausführungen bezüglich des Ermittlungsverfahrens lassen sich analog auf das Betriebsverfahren anwenden.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, umfassend eine mehrere, zum parallelen Senden ausgebildete Sendekanäle aufweisende Hochfrequenz-Sendespule und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Auch hier lassen sich sämtliche vorangehenden Ausführungen zu den erfindungsgemäßen Verfahren übertragen, sodass auch mit der erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung,
2 ein Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
3 eine die Signalstärke gegen den Flipwinkel zeigende Kurve für ein zweites Messverfahren.
1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 1. Diese umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 2 mit einer darin befindlichen Patientenaufnahme 3. Eine Patientenliege 4 kann in die Patientenaufnahme 3 hineingefahren werden, sodass ein Patient 5 als Objekt an einer bestimmten Position innerhalb der Patientenaufnahme 3 gelagert werden kann.
Die Hauptmagneteinheit 2 umfasst, wie ebenso grundsätzlich bekannt, einen Grundfeldmagneten 6, eine Gradientenspulenanordnung 7 mit Magnetfeldgradientenspulen und eine Ganzkörper-Sendespule 8. Die Ganzkörper-Sendespule 8 kann dabei auch zum Empfang von Magnetresonanzsignalen ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, zum Empfangen der Magnetresonanzsignale nahe dem Patienten 5 anzuordnende Lokalspulen vorzusehen.
Die Sendespule 8 ist zum parallelen Senden ausgebildet, das bedeutet, sie ist über mehrere Sendekanäle ansteuerbar, über die parallel Einzelpulse einer Ansteuerungssequenz gegeben werden können. Die zugehörigen Ansteuerungsparameter, insbesondere also die Frequenz und die Phase der Einzelpulse für jeden Zeitschritt, sind in einem Parametersatz zusammengefasst.
Die Sendespule 8 kann beispielsweise als eine Birdcage-Antenne aufgebaut sein, die eine Anzahl von parallel verlaufenden Antennenstäben aufweist, die äquidistant angeordnet in Längsrichtung der Patientenaufnahme 3 verlaufen. Endseitig sind die einzelnen Antennenstäbe durch einen Endring kapazitiv verbunden. Die Antennenstäbe können nun einzeln ansteuerbar sein und jeweils einem Sendekanal zugeordnet sein.
Um Magnetresonanzaufnahmen tätigen zu können, werden die Gradientenspulen der Gradientenspulenanordnung 7 und die Sendespule 8 anhand eines Messprotokolls angesteuert, das Gradientenpulse und Hochfrequenzpulse enthält, im vorliegenden Fall Einzelpulse für die einzelnen Sendekanäle der Sendespule 8, die mithin ein paralleles Senden (pTX) realisieren. Die Gesamtheit dieser Einzelpulse für die verschiedenen Sendekanäle wird als Ansteuerungssequenz für die Sendespule 8 bezeichnet und ihre Parameter sind in einem Ansteuerungsparametersatz enthalten.
Die Möglichkeit des parallelen Sendens wird häufig zur Homogenisierung der Anregung, mithin der Flipwinkelverteilung, im Bildgebungsbereich, beispielsweise einem Zielvolumen, eingesetzt. Der wohl bekannteste Ausdruck für ein derartiges Vorgehen ist das so genannte Hochfrequenz-Shimming (HF-Shimming oder RF-Shimming). Um hierbei eine optimale Homogenität der Anregung zu erreichen, muss bei jeder neuen Untersuchung mit einem neuen Patienten 5 als zu untersuchendes Objekt und einem bestimmten Zielvolumen als Bildgebungsbereich eine neue Justage der Magnetresonanzeinrichtung 1 im Sinne der Ermittlung eines geeigneten Ansteuerungsparametersatzes, mithin einer geeigneten Ansteuerungssequenz, erfolgen. Vorliegend erfolgt dies automatisch durch eine Steuereinrichtung 9 der Magnetresonanzeinrichtung 1, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, welches auch das erfindungsgemäße Ermittlungsverfahren enthält, ausgebildet ist. Das bedeutet, die Steuereinrichtung 9 ist nicht nur dazu ausgebildet, gemäß eines in einem Speicher der Steuereinrichtung 9 vorliegenden Messprotokolls eine Ansteuerung der Magnetresonanzeinrichtung 1 zur Bilddatenaufnahme zu bewirken, sondern auch dieses Messprotokoll, insbesondere die Ansteuerungssequenzen, selbst zu ermitteln, wobei beispielsweise als Teil der Steuereinrichtung 9 eine Sequenzermittlungseinrichtung vorgesehen werden kann.
In einem Speicher der Steuereinrichtung 9 sind mithin mehrere Basisparametersätze abgelegt, für welche messtechnisch eine Signalstärke bestimmt wird, anhand derer einer der Basisparametersätze als Ansteuerungsparametersatz ausgewählt werden kann. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun im Hinblick auf 2 näher erläutert.
Nachdem der Patient 5 geeignet platziert wurde, wird zunächst in einem Schritt 10 ein Übersichtsbild angefertigt, welches den gesamten Patienten 5 oder auch nur den Bereich um das Zielvolumen herum zeigen kann. In einem Schritt 11 werden aus diesen Übersichtsbildmerkmale extrahiert, die es ermöglichen, aus einer Datenbank 12 möglicher Basisparametersätze solche Basisparametersätze 13 auszuwählen, aus denen später der am besten geeignete Ansteuerungsparametersatz 14 ausgewählt werden soll. Beispielsweise kann die Lage, Form und/oder Ausdehnung des Zielvolumens, aber auch dessen Zusammensetzung und dergleichen herangezogen werden, um entsprechende Kandidaten aus der Datenbank 12 zu ermitteln.
Die Basisparametersätze 13 können jedoch auch völlig vordefiniert sein oder aufgrund von Voruntersuchungen des Patienten 5 patientenspezifisch gewählt werden.
Spätestens nun wird der Patient 5 so positioniert, dass sich das Zielvolumen, welches auch den Bildgebungsbereich bildet, im Homogenitätsvolumen der Magnetresonanzeinrichtung 1 befindet.
In einem Schritt 15 wird dann für jeden Basisparametersatz 13 eine erste Messung nach einem ersten Messverfahren durchgeführt, indem die Ansteuerungssequenz durch den jeweiligen Basisparametersatz 13 bestimmt wird, die üblichen Messparameter jedoch zunächst beliebig sind. Gemessen werden im Schritt 15 für jeden Basisparametersatz 13 mittlere Flipwinkel 16, in 2 durch α _i bezeichnet. Das i deutet dabei an, dass n mittlere Flipwinkel 16 gemessen werden, wo n der Zahl der Basisparametersätze 13 entspricht und i von 1 bis n läuft.
Die Messung wird dabei so vorgenommen, dass als erstes Messverfahren ein einen Vergleich zweier Messsignale zur Ermittlung des mittleren Flipwinkels erlaubendes Messverfahren hergenommen wird, beispielsweise ein zwei Refokussierungspulse verwendendes Spinecho-Messverfahren.
In einem Schritt 17 wird nun überprüft, ob einer oder mehrere der mittleren Flipwinkel 16 einem Referenzflipwinkel für ein zweites Messverfahren bereits entsprechen. Der Referenzflipwinkel gibt an, dass bei ihm im zweiten Messverfahren ein maximales Magnetresonanzsignal erhalten wird, was durch 3 näher erläutert wird, in der die Signalstärke (Intensität I) gegen den Flipwinkel α aufgetragen ist, hier für den Fall einer einfachen Gradientenecho-Messung. Dann entspricht die Kurve 18 einem Sinus, der sein Maximum 19 bei einem Referenzflipwinkel 20 von 90° aufweist.
Entspricht der mittlere Flipwinkel 16, der in der als Kalibrierungsmessung vorgesehenen ersten Messung bestimmt wurde, für einen Basisparametersatz 13 nicht dem Referenzflipwinkel 20, so werden Messparameter für das zweite Messverfahren so gewählt, dass in der im Schritt 21 durchgeführten zweiten Messung mit dem zweiten Messverfahren als neuer mittlerer Flipwinkel der Referenzflipwinkel 20 erhalten wird. Nachdem vorliegend Ansteuerungssequenzen des Hochfrequenz-Shimmings verwendet werden, bei denen bekannt ist, dass der mittlere Flipwinkel mit der Sendespannung skaliert, wird die Sendespannung als Messparameter so skaliert, dass der Referenzflipwinkel 20 erhalten wird, im dargestellten Beispiel also bei einem gemessenen mittleren Flipwinkel 16 von 45° eine Verdoppelung der Sendespannung für die zweite Messung in Schritt 21 vorgenommen wird. Als Messergebnis der zweiten Messung in Schritt 21 werden Signalstärken 22, in 2 mit I_i bezeichnet, erhalten.
Hat sich herausgestellt, dass der mittlere Flipwinkel 16, der in der ersten Messung in Schritt 15 gemessen wurde, bereits dem Referenzflipwinkel 20 entspricht, so wird in einem Schritt 23 aus den Ergebnissen der ersten Messung in Schritt 15 die entsprechende Signalstärke 22 bestimmt, nachdem das erste Messverfahren und das zweite Messverfahren so gewählt wurden, dass sie teilweise übereinstimmen und somit die Ergebnisse des ersten Messverfahrens auf das zweite Messverfahren übertragbar sind. Eine zweite Messung in Schritt 21 ist in diesem Spezialfall mithin nicht nötig.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass auch bei einem nicht einfachen linearen Skalieren von Messparametern mit dem mittleren Flipwinkel bei den Ansteuerungssequenzen eine Anpassung von Messparametern möglich ist. Besteht nur eine lokale lineare Abhängigkeit von einem Messparameter, beispielsweise der Sendespannung, so kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Messparameter für die erste Messung bereits so gewählt werden, dass erwartungsgemäß ein zumindest im Bereich des Referenzflipwinkels 20, insbesondere in einem hinreichende Linearität bis zum Referenzflipwinkel zusichernden Bereich, liegender mittlerer Flipwinkel 16 gemessen wird, so dass die lokale Linearität genutzt werden kann. In anderen Fällen, bei denen komplexere Zusammenhänge zwischen den mittleren Flipwinkeln und den Messparametern bestehen, können beispielsweise geeignete in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung 9 abgelegte Look-Up-Tabellen verwendet werden.
Es liegen also nach Durchführung der beiden Messungen in den Schritten 15 und 21 Signalstärken 22 für jeden Basisparametersatz 13 vor. In einem Schritt 24 wird nun überprüft, welche dieser Signalstärken 22 die größte ist, mithin das Maximum der I_i bestimmt, wobei der entsprechende Basisparametersatz 13 dann als zu verwendender Ansteuerungsparametersatz 14 erhalten wird.
Dies basiert auf der Überlegung, dass dann, wenn der mittlere Flipwinkel über den Bildgebungsbereich dem Referenzflipwinkel 20 entspricht, die Signalstärke des integralen Magnetresonanzsignals über den Bildgebungsbereich ein direktes Maß für die räumliche Variation des Flipwinkels darstellt. Es wird ausgenutzt, dass das erzeugte Magnetresonanzsignal, vgl. 3, für den Referenzflipwinkel 20 ein Intensitätsmaximum oder -minimum erreicht. Für eine perfekt homogene Signalanregung erhielte man die maximal/minimal mögliche Signalstärke, während es bei Abweichungen des tatsächlich vorliegenden Flipwinkels von dem Referenzflipwinkel 20 in der zweiten Messung entsprechenden mittleren Flipwinkel zu einer Reduzierung der Gesamtsignalstärke kommt.
In einem Schritt 25 erfolgt dann die Bilddatenaufnahme mit der Magnetresonanzeinrichtung 1, wobei die Ansteuerungsparameter des Ansteuerungsparametersatzes 14 entsprechend verwendet werden, mithin als Teil eines Messprotokolls eingesetzt werden.
Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass in den Basisparametersätzen bzw. Ansteuerungsparametersätzen durchaus auch Gradientenpulse betreffende Parameter enthalten sein können, nachdem häufig auch eine Anpassung der Gradientenansteuerung im Rahmen der Homogenisierung der Flipwinkelverteilung sinnvoll sein kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanzeinrichtung
2: Hauptmagneteinheit
3: Patientenaufnahme
4: Patientenliege
5: Patient
6: Grundfeldmagnet
7: Gradientenspulenanordnung
8: Ganzkörper-Sendespule
9: Steuereinrichtung
10: Schritt
11: Schritt
12: Datenbank
13: Basisparametersatz
14: Ansteuerungsparametersatz
15: Schritt
16: Flipwinkel
17: Schritt
18: Kurve
19: Maximum
20: Referenzflipwinkel
21: Schritt
22: Signalstärke
23: Schritt
24: Schritt
25: Schritt
I_i: Signalstärke
α _i: mittlerer Flipwinkel

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines für ein bestimmtes aufzunehmendes Objekt und einen bestimmten Bildgebungsbereich eine möglichst homogene Anregung erlaubenden Ansteuerungsparametersatzes einer Ansteuerungssequenz für eine Magnetresonanzeinrichtung (1), welche Ansteuerungssequenz parallel auszusendende Einzelpulse für mehrere individuell ansteuerbare Hochfrequenz-Sendekanäle umfasst, wobei der Ansteuerungsparametersatz aus einer Mehrzahl von Basisparametersätzen gewählt wird, indem: – für jeden Basisparametersatz unter Verwendung dieses Basisparametersatzes mittels eines ersten Messverfahrens ein mittlerer Flipwinkel in einem Bildgebungsbereich bei vorhandenem Objekt ermittelt wird, – für jeden Basisparametersatz die Signalstärke des durch ihn bei einem durch ein Signalmaximum oder ein Signalminimum ausgezeichneten Referenzflipwinkel eines zweiten Messverfahrens erzeugten Magnetresonanzsignals ermittelt wird und – als Ansteuerungsparametersatz der Basisparametersatz gewählt wird, dessen Signalstärke entsprechend der Wahl des Referenzflipwinkels extremal ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Messung mit dem zweiten Messverfahren erfolgt, wobei abhängig von dem gemessenen mittleren Flipwinkel wenigstens ein Messparameter des zweiten Messverfahrens so eingestellt wird, dass sich in der zweiten Messung als mittlerer Flipwinkel der ausgezeichnete Referenzflipwinkel ergibt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Ansteuerungssequenzen betrachtet werden, bei denen der Flipwinkel wenigstens lokal linear mit der einer Sendespannung skaliert, insbesondere RF-Shimming-Ansteuerungssequenzen, und als Messparameter die Sendespannung entsprechend dem ausgezeichneten Referenzflipwinkel gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nur lokal linear mit dem Flipwinkel skalierenden Sendespannung die Messparameter bei der ersten Messung so gewählt werden, dass ein im Bereich des Referenzflipwinkels liegender mittlerer Flipwinkel erwartet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine basisparametersatzspezifische, gemessene mittlere Flipwinkel zu Messparametern zur Erzeugung des Referenzflipwinkels zuordnende Look-Up-Tabelle verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das erste und das zweite Messverfahren insoweit vergleichbare, insbesondere wenigstens teilweise übereinstimmende, Messverfahren verwendet werden, dass sich, falls der gemessene mittlere Flipwinkel, insbesondere innerhalb eines Toleranzbereiches, mit dem Referenzflipwinkel übereinstimmt, die Signalstärke aus den Ergebnissen der ersten Messung herleiten lässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisparametersätze vorbestimmt sind und/oder patientenspezifisch, insbesondere in Abhängigkeit einer vorangegangenen Untersuchung, ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswahl der Basisparametersätze ein Übersichtsbild des Objekts, insbesondere eines Patienten (5), aufgenommen wird, woraufhin abhängig von in dem Übersichtsbild ausgewerteten Merkmalen eine Auswahl von Basisparametersätzen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Messverfahren ein eine Ermittlung des mittleren Flipwinkels durch Vergleich zweier Messsignale erlaubendes Messverfahren verwendet wird, insbesondere ein zwei Refokussierungspulse verwendendes Spinecho-Messverfahren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Messverfahren ein ein Gradientenecho nach einem einzelnen Anregungspuls erzeugendes Messverfahren oder ein ein Steady-State-Signal nach mehreren Anregungspulsen aufnehmendes Messverfahren oder ein Spinecho-Messverfahren mit einem Anregungspuls und wenigstens einem Refokussierungspuls oder ein ein Auslesemodul nach einem Präparationspuls umfassendes Messverfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Volumina als Bildgebungsbereiche vermessen werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auch Linearkombinationen von insbesondere unterschiedlichen Volumina zugeordneten Basisparametersätzen als mögliche Ansteuerungsparametersätze verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametersätze auch wenigstens einen einen Gradientenpuls umfassenden Parameter umfassen.
Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung (1) mit einer mehrere, zum parallelen Senden ausgebildete Sendekanäle aufweisenden Hochfrequenz-Sendespule (8), wobei eine Ansteuerungssequenz mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ermittelt wird und die Magnetresonanzeinrichtung (1) gemäß der ermittelten Ansteuerungssequenz betrieben wird.
Magnetresonanzeinrichtung (1), umfassend eine mehrere, zum parallelen Senden ausgebildete Sendekanäle aufweisende Hochfrequenz-Sendespule (8) und eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (9).