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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Satzes von B1-Feldkarten für unterschiedliche Sendekanäle einer Hochfrequenz-Sendespule einer Magnetresonanzeinrichtung.
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Die Magnetresonanzbildgebung und ihre Grundlagen sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Dabei wird ein zu untersuchendes Objekt in ein relativ hohes Grundmagnetfeld, das sogenannte B0-Feld, eingebracht. Um nun, beispielsweise in einer Schicht, Magnetresonanzdaten aufnehmen zu können, werden die Spins dieser Schicht angeregt und es wird beispielsweise der Zerfall dieser Anregung als Signal betrachtet. Mittels einer Gradientenspulenanordnung können Gradientenfelder erzeugt werden, während über eine Hochfrequenz-Sendespule hochfrequente Anregungspulse 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 sogenannten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt. Die angeregten Spins der Kerne strahlen dann Hochfrequenzsignale ab, die mittels geeigneter Empfangsantennen aufgenommen und weiterverarbeitet werden können, um so Magnetresonanz-Bilddaten rekonstruieren zu können.
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Herkömmliche Hochfrequenz-Sendespulen werden in einem sogenannten „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 sogenanntes 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 Parameterphase 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 verschiedenen Sendekanäle zusammengesetzt ist, wird häufig als „pTX-Puls“ (für „paralleles Senden“) bezeichnet. Neben der Erzeugung ortsselektiver Anregungen können dabei auch Feldinhomogenitäten ausgeglichen werden (beispielsweise im Rahmen des „RF-Shimming“).
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Zur Ermittlung eines Ansteuerungsparametersatzes einer Ansteuerungssequenz ist es notwendig, die Effekte der einzelnen Sendekanäle im Bildgebungsbereich, insbesondere dem Homogenitätsvolumen, zu kennen. Diese werden heutzutage im sogenannten „B1-Mapping“ ermittelt. Beim B1-Mapping werden B1-Feldkarten für jeden Sendekanal aufgenommen, das bedeutet, die B1-Feldkarten zeigen auf, wie stark das B1-Feld bei einer bestimmten Anregung, beispielsweise einer Einheitsanregung und/oder bei einer bestimmten Transmitterspannung, an einem bestimmten Ort im Bildgebungsbereich ist, das bedeutet, jedem Voxel (Bildpunkt) ist ein meist komplexer B1-Wert, mithin eine B1-Amplitude und eine B1-Phase, zugeordnet. Dabei sind die B1-Feldkarten insbesondere bei höheren Feldstärken des Grundmagnetfelds, insbesondere bei Feldstärken ≥ 3 T stark objektabhängig, so dass sie für jedes aufzunehmende Objekt individuell aufgenommen werden müssen. Dabei dauern B1-Mapping-Aufnahmen im Vergleich zu üblichen Bildgebungsverfahren typischerweise sehr lange.
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Bekannte B1-Mapping-Verfahren messen üblicherweise den Flipwinkel, den ein Hochfrequenzpuls verursacht, und eine Phase. Aus dem Flipwinkel kann auf einfache Weise die Amplitude des B1-Feldes ermittelt werden. Das Problem hierbei ist, dass alle B1-Mapping-Verfahren nur einen limitierten Sensitivitätsbereich haben, was den Flipwinkel als Messparameter angeht. Dabei wird der Sensitivitätsbereich meist als ein Bereich festgelegt, in dem der Messparameter, hier der Flipwinkel, verlässlich gemessen werden kann. Er setzt sich zusammen aus den Messverfahren bzw. der Aufnahmetechnik inhärent eigenen Einschränkungen, bei B1-Mapping-Verfahren üblicherweise die Tatsache, dass nur Flipwinkel zwischen 0° und 180° aufgelöst werden können, und Bereichen, in denen eine zu hohe Unsicherheit, mithin ein zu hoher Fehlerwert, vorliegt. Hohe Fehlerwerte entstehen beispielsweise durch Signalrauschen, so dass beispielsweise bei den beim B1-Mapping-Verfahren verwendeten Aufnahmetechniken sehr kleine Flipwinkel aufgrund des Signalrauschens oft nur sehr schwer detektiert werden können.
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So ist es beispielsweise bekannt, dass ein Signalrauschen zu einer systematischen Überschätzung sehr kleiner Flipwinkel führen kann.
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Insbesondere für Systeme mit mehreren lokalen Sendern ist die B1-Variation über das zu vermessende Objekt typischerweise sehr groß. Das bedeutet, dass die verwendete Transmitterspannung – ein üblicherweise bei Auswahl des Sensitivitätsbereichs eingesetzter Parameter – nicht notwendigerweise so gewählt werden kann, dass der erzeugte Flipwinkel über das aufzunehmende Objekt innerhalb des Sensitivitätsbereichs einer Aufnahme des B1-Mapping-Verfahrens liegt.
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Im Hinblick auf diese Problematik, wenn also der dynamische Bereich der B1-Feldverteilung über das aufzunehmende Objekt größer ist als der Sensitivitätsbereich des verwendeten B1-Mapping-Verfahrens, sind zwei grundsätzliche Lösungsansätze bekannt.
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Zum einen wurde vorgeschlagen, die dynamischen Bereiche aufzunehmender B1-Feldverteilungen zu reduzieren. Dies kann erreicht werden, indem nicht die Feldverteilungen der einzelnen Kanäle, mithin der Einzelspulenelemente, ausgemessen werden, sondern die Feldverteilungen von verschiedenen Kanal- und mithin Spulenelement-Kombinationen. Aus den Messergebnissen für diese Sendekanalkombinationen müssen die Feldverteilungen der einzelnen Kanäle eindeutig berechnet werden, idealerweise mit reduzierter Rauschempfindlichkeit im Vergleich zum Ausmessen der einzelnen Sendekanäle jeweils für sich. Es ergibt sich also eine komplexe Rückrechnung aus einer Vielzahl von Kombinationen, die naturgemäß recht fehleranfällig und rechenaufwendig ist. Zudem kann es notwendig sein, eine größere Anzahl an einzelnen B1-Feldverteilungen zu messen.
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In einer anderen Lösung wurde vorgeschlagen, den dynamischen Bereich der B1-Feldverteilungen sequentiell in mehreren Messungen abzudecken. Das bedeutet, es werden mehrere B1-Messungen für jeden Sendekanal wiederholt mit unterschiedlicher Transmitterspannung durchgeführt, wobei die unterschiedlichen Transmitterspannungen unterschiedlich starke B1-Felder erzeugen. Für jedes Untervolumen des Bildgebungsbereichs muss mindestens einmal ein B1-Feld erzeugt werden, das in den Sensitivitätsbereich des verwendeten B1-Mapping-Verfahrens fällt. Dabei werden also die Ergebnisse mehrerer Messungen mit derselben Aufnahmetechnik, aber unterschiedlichen Transmitterspannungen, kombiniert, um die B1-Feldkarten zu erhalten. Auch hier steigt offensichtlich der Mess- und Auswertungsaufwand deutlich an. Zudem kann die Transmitterspannung auch nur in gewissem Rahmen variiert werden, so dass am grundsätzlichen Problem, nämlich dem hohen Signalrauschen bei niedrigen Flipwinkeln, keine Verbesserung erzielt wird.
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Für die Aufnahmeplanung und die Ermittlung von Ansteuerungsparametersätzen für Ansteuerungssequenzen sind absolute Werte (bzw. auf einen bestimmten Transmitterspannungswert und eine bestimmte Anregung normierte absolute Werte) des B1-Feldes erforderlich. Entsprechend sind zwar Aufnahmetechniken bekannt, bei denen relative B1-Feldkarten erzeugt werden können, die jedoch den Nachteil haben, nicht unmittelbar das B1-Feld hinsichtlich der Amplitude anzugeben, sondern mit einer räumlichen Funktion gewichtet sind. Dabei bezieht sich der Ausdruck „relativ“ auf die genannte, im Rahmen dieser Messungen unbekannte Gewichtungsfunktion, die beispielsweise der Wurzel der Quadratsumme der Amplituden über alle Sendekanäle entsprechen kann. Das Grundprinzip solcher relativen Messverfahren wird beispielsweise in
DE 10 2005 049 229 B3 näher erläutert.
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Um die räumliche Gewichtsfunktion zu ermitteln, müssten verlässliche B1-Feldwerte am gleichen Bildpunkt sowohl für die absolute B1-Amplitude als auch für die relative B1-Amplitude vorliegen. Eine Möglichkeit, aus relativen B1-Werten die absoluten B1-Werte rückzurechnen, ist beispielsweise in dem Artikel „Calibration Tools for RF Shim at Very High Field with Multiple Element RF Coils: from Ultra Fast Local Relative Phase to Absolute Magnitude B1+ Mapping" von P.F. Van de Moortele et al., Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 15 (2007) 1676, beschrieben. Dort wird vorgeschlagen, eine weitere absolute B1-Messung bei Verwendung aller Sendekanäle durchzuführen, um dann ein lineares Gleichungssystem lösen zu können. Dabei werden allerdings Probleme der Sensitivitätsbereiche nicht angesprochen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Ermittlung von B1-Feldkarten bei einer mehrere Sendekanäle aufweisenden Hochfrequenz-Sendespule anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, bei dem
- – mittels einer ersten Aufnahmetechnik eine erste Teil-B1-Feldkarte mit absoluten B1-Amplituden für jeden Sendekanal ermittelt wird, wobei ein den B1-Amplituden der ersten Teil-B1-Feldkarte zugeordneter Fehlerwert in einem ersten Teilbereich des Messparameterraums einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet,
- – mittels einer mit einem einzigen Gradientenechobild arbeitenden Gradientenechotechnik eine relative Teil-B1-Feldkarte mit relativen B1-Amplituden für jeden Sendekanal ermittelt wird,
- – unter Berücksichtigung der ersten Teil-B1-Feldkarten und der relativen Teil-B1-Feldkarten aller Sendekanäle eine räumliche Gewichtungsfunktion zur Abbildung der relativen B1-Amplituden auf absolute B1-Amplituden ermittelt wird,
- – unter Verwendung der Gewichtungsfunktion zweite Teil-B1-Feldkarten aus den relativen Teil-B1-Feldkarten ermittelt werden, wobei ein den B1-Amplituden der zweiten Teil-B1-Feldkarte zugeordneter Fehlerwert in einem zweiten, bei niedrigeren Messparameterwerten als der erste Teilbereich liegenden Teilbereich des Messparameterraums den vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, wobei der erste und der zweite Teilbereich unmittelbar aneinander grenzen oder überlappen,
- – die B1-Feldkarte für jeden Sendekanal aus der ersten und der zweiten Teil-B1-Feldkarte für den jeweiligen Sendekanal unter Berücksichtigung der Teilbereiche und/oder der Fehlerwerte ermittelt wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es also, in den problematischen, niedrigen Flipwinkelbereichen – denn der Flipwinkel ist der Messparameter, mit dem die B1-Felder üblicherweise vermessen werden – aus relativen B1-Feldkarten angeleitete Informationen zu verwenden. Dabei ist es bekannt, dass bei mit der Gradientenechotechnik aufgenommenen relativen B1-Feldkarten besonders bei niedrigen Flipwinkeln bezüglich des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) genaue Messungen möglich sind, was komplementär zu den üblicherweise verwendeten Aufnahmetechniken bei B1-Mapping-Verfahren ist, mithin auch zu den Aufnahmetechniken, die hier für die ersten Teil-B1-Feldkarten eingesetzt werden. Dabei ergänzen die aus den Gradientenechobildern gewonnenen Messergebnisse mithin die letztlich zu erstellenden endgültigen B1-Feldkarten an den Stellen, an denen eine Messung mit der ersten Aufnahmetechnik zu ungenau wäre.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde insbesondere erkannt, dass bei Messungen an mehreren Sendekanälen für jeden Bildpunkt im Bildgebungsbereich mehrere Wertepaare mit jeweils einer relativen B1-Amplitude und einer absoluten B1-Amplitude vorliegen, so dass die räumliche Gewichtungsfunktion auch bei vorliegenden Ungenauigkeiten einer der Aufnahmetechniken noch hinreichend genau bestimmt werden kann, um die relativen B1-Amplituden auf absolute B1-Amplituden rückrechnen zu können und somit quantitative B1-Amplituden bei niedrigen Flipwinkeln liefern zu können. Dies geht deutlich über einen Ansatz hinaus, in dem beliebige, für bisherige B1-Mapping-Verfahren eingesetzte Aufnahmetechniken, die absolute B1-Amplituden liefern, kombiniert werden, insbesondere weil diese grundsätzliche Probleme bei niedrigen Flipwinkeln aufweisen.
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Es versteht sich hierbei, dass die verschiedenen Teil-B1-Feldkarten und auch die relativen und die absoluten B1-Amplituden auf die gleiche Signalform und die gleiche Transmitterspannung normiert bzw. kalibriert werden, das bedeutet, alle hier beschriebenen Feldkarten können beispielsweise in Einheiten B1/Transmitterspannung [T/V] vorliegen.
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Zunächst werden im erfindungsgemäßen Verfahren also erste Messdaten, insbesondere Flipwinkel, aufgenommen, wobei eine bei B1-Mapping-Verfahren übliche Aufnahmetechnik verwendet wird, so dass für jeden Sendekanal eine erste Teil-B1-Feldkarte mit absoluten B1-Amplituden gewonnen wird. Nicht alle B1-Amplituden dieser ersten Teil-B1-Feldkarte sind jedoch verlässlich, da es insbesondere durch das Signalrauschen bei kleinen Flipwinkeln, gegebenenfalls auch durch das Signalrauschen bei Flipwinkeln nahe 180°, zu Abweichungen kommen kann, die durch einen Fehlerwert beschrieben werden. Dieser Fehlerwert wird auch genutzt, um den ersten Teilbereich des Messparameterraums, mithin der Flipwinkel, anzugeben, in dem die Messwerte hinreichend verlässlich sind, indem ein vorbestimmter Grenzwert genutzt wird, den der Fehlerwert unterschreiten soll. Der erste Teilbereich entspricht mithin einem Sensitivitätsbereich für die erste Aufnahmetechnik.
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Sodann wird mittels der Gradientenechotechnik auf die grundsätzlich bekannte Art und Weise unter Verwendung eines einzigen Gradientenechobildes eine relative Teil-B1-Feldkarte ermittelt, ebenso für jeden Sendekanal. Auch wenn das Gradientenecho-Messverfahren eine höhere Sensitivität im Hinblick auf die SNR bei niedrigen Flipwinkeln aufweist, können die Werte aufgrund des relativen Charakters der B1-Amplituden, welche durch die räumliche Gewichtungsfunktion moduliert sind, die zunächst unbekannt ist, nicht unmittelbar genutzt werden, um die B1-Amplituden außerhalb des ersten Teilbereichs zu ergänzen.
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Mithin wird nun die räumliche Gewichtungsfunktion ermittelt, welche üblicherweise einen Proportionalitätsfaktor zwischen relativer B1-Amplitude und absoluter B1-Amplitude für jeden Bildpunkt, der in den Feldkarten betrachtet wird, umfasst. Dies ist möglich, weil nicht nur ein einziges, gegebenenfalls unverlässliches Wertepaar an jedem Bildpunkt vorliegt, sondern eines für jeden Kanal, so dass die räumliche Gewichtsfunktion unter Berücksichtigung der ersten Teil-B1-Feldkarten bestimmt werden kann, sich mithin unter Verwendung der Gewichtungsfunktion zweite Teil-B1-Feldkarten ergeben, die wiederum einen wie der erste Teilbereich definierten zweiten Teilbereich umfassen, der der Natur der Gradientenechoaufnahmen folgend insbesondere bei niedrigen Flipwinkeln liegt. Erneut werden also Fehlerwerte, die sich für die B1-Werte der zweiten Teil-B1-Feldkarte ergeben, mit dem vorbestimmten Grenzwert verglichen, um den zweiten Teilbereich zu bestimmen, wobei die Wahl der im Folgenden zu berücksichtigenden Daten im Wesentlichen so vonstatten gehen sollte, dass der erste und der zweite Teilbereich aneinander angrenzen oder gar überlappen, so dass eine Abdeckung des benötigten Sensitivitätsbereichs durch den ersten Teilbereich und den zweiten Teilbereich auch tatsächlich gegeben ist. Mithin wird also der durch den ersten Teilbereich beschriebene Sensitivitätsbereich der ersten Aufnahmetechnik erweitert, indem zusätzlich die Gradientenechotechnik herangezogen wird.
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Unter Kenntnis der Teilbereiche, in denen die B1-Amplituden der ersten und der zweiten Teil-B1-Feldkarten verlässlich sind, kann hieraus nun eine gesamte, endgültige B1-Feldkarte für jeden Sendekanal ermittelt werden.
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Letztlich wird also eine erweiterte Sensitivität aus einem beliebigen Satz von ersten Teil-B1-Feldkarten und einem Satz von Gradientenechobildern gewonnen. Relative B1-Feldkarten haben bezüglich des Rauschens eine besonders hohe Sensitivität für kleine Flipwinkel, während die Sensitivität für die größeren Flipwinkel begrenzt ist, so dass die Methode komplementär zu den meisten bekannten B1-Mapping-Verfahren ist, die typischerweise einen großen Sensitivitätsbereich zwischen 20° und 160° Flipwinkel haben, während die Sensitivität zu kleinen Flipwinkeln begrenzt ist. Relative B1-Feldkarten können sehr schnell und robust gegen Artefakte aufgenommen werden.
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In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der B1-Feldkarte jeweils die B1-Amplituden der Teil-B1-Feldkarte herangezogen werden, in deren Teilbereich sie liegen. Letztlich bestimmt also die Tatsache, ob die B1-Amplitude aus einem Sensitivitätsbereich einer Aufnahmetechnik stammt, ob er Eingang in die endgültige B1-Feldkarte erhält. Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass bei überlappendem ersten und zweiten Teilbereich im Überlappungsgebiet zur Ermittlung der B1-Feldkarte die B1-Amplitude mit besserem zugeordnetem Fehlerwert verwendet wird, wobei alternativ vorgesehen sein kann, dass ein insbesondere aufgrund der Fehlerwerte gewichteter Mittelwert gebildet wird. Die finale B1-Feldkarte wird aus den vorliegenden Teil-B1-Feldkarten mithin so bestimmt, dass jedem Bildpunkt der Wert aus derjenigen Teil-B1-Feldkarte zugewiesen wird, deren Sensitivitätsbereich (Teilbereich) den Wert abdeckt. Wenn die Teilbereiche überlappen, kann der bessere Wert herangezogen werden oder es kann auch die finale B1-Amplitude als gewichteter Mittelwert aus verschiedenen Teil-B1-Feldkarten gebildet werden.
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Wie bereits angedeutet wurde, kann konkret vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der räumlichen Gewichtungsfunktion für jeden Bildpunkt der relativen Teil-B1-Karten und der ersten Teil-B1-Karten Wertepaare für alle Sendekanäle ermittelt werden, wobei aus den Wertepaaren ein die relativen B1-Amplitude mit der absoluten B1-Amplitude an dem Bildpunkt verknüpfender Proportionalitätsfaktor ermittelt wird. Die Gewichtungsfunktion beschreibt sich mithin als Bildpunkten zugeordnete Proportionalitätsfaktoren, denn die räumliche Gewichtungsfunktion ist für alle Sendekanäle identisch, so dass die Informationen verschiedener Sendekanäle genutzt werden können, um den Proportionalitätsfaktor möglichst genau zu bestimmen.
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Dabei kann in konkreter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Proportionalitätsfaktors ein Fit und/oder ein Mittelwert gebildet werden, insbesondere unter Berücksichtigung von Fehlerwerten der jeweiligen B1-Amplituden der Wertepaare. Auch hier ist es also denkbar, alle Amplituden entsprechend ihrer Fehlerwerte zu berücksichtigen, insbesondere zu gewichten, was auch in einen Fit einer durch 0 verlaufenden Gerade einfließen kann.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass, insbesondere bei einer nicht phasensensitiven ersten Aufnahmetechnik, eine den B1-Amplituden der B1-Karte zugeordnete Phaseninformation aus den den relativen Teil-B1-Karten zugrunde liegenden Gradientenechobildern ermittelt wird. Es sind eine Vielzahl von B1-Mapping-Verfahren bekannt, bei denen die verwendete erste Aufnahmetechnik nur die Amplitude der B1-Felder liefert, jedoch keine Phase, die jedoch fast immer benötigt wird. Gradientenechobilder, die relative B1-Amplituden liefernm liefern jedoch auch die Phase der B1-Felder, so dass die entsprechende Phaseninformation aus ihnen abgeleitet werden kann und mithin in den endgültigen B1-Karten komplexe B1-Werte, umfassend die Phase und die Amplitude, vorliegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Gradientenechotechnik also nicht nur eingesetzt, um Phaseninformationen zu B1-Werten zu gewinnen, sondern zusätzlich, um die B1-Amplituden der ersten Aufnahmetechnik durch weitere, einen geringeren Fehler aufweisende B1-Amplituden bei niedrigen Flipwinkeln zu ergänzen. In Fällen, in denen mithin Gradientenechobilder bereits aufgenommen werden, um die Phaseninformation zu erhalten, ist unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein zusätzlicher Messaufwand notwendig, um den Sensitivitätsbereich ausgehend von der ersten Aufnahmetechnik zu erweitern und mithin die Gesamtqualität der B1-Feldkarten, die für die verschiedenen Sendekanäle ermittelt werden, zu erweitern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei in einer Magnetresonanzeinrichtung realisiert werden. Beispielsweise kann eine Magnetresonanzeinrichtung eine Steuereinrichtung aufweisen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, so dass unmittelbar an der Magnetresonanzeinrichtung selber auch automatisiert die verbesserte B1-Feldkartenermittlung durchgeführt werden kann.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine beispielhafte B1-Feldverteilung für einen Sendekanal einer Hochfrequenz-Sendespule im Bildgebungsbereich,
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2 einen abzudeckenden Sensitivitätsbereich und Teilbereiche für im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Aufnahmetechniken,
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3 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 die Kombination von Teil-B1-Feldkarten zu einer endgültigen B1-Feldkarte, und
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5 eine Magnetresonanzeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt schematisch eine B1-Feldverteilung in einem Bildgebungsbereich 1 für einen einzigen Sendekanal einer über mehrere Sendekanäle ansprechbaren Hochfrequenz-Sendespule einer Magnetresonanzeinrichtung. Dabei entsprechen die dort dargestellten Schraffuren gewissen Bereichen, innerhalb derer die Amplitude des B1-Feldes bei einer Anregung liegt. Der Bereich 2 stellt dabei einen Bereich höchster B1-Amplituden dar, woraufhin zu niedrigen Amplituden die Bereiche 3, 4 und 5 folgen.
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Will man eine sogenannte B1-Feldkarte im Bildgebungsbereich 1, der üblicherweise dreidimensional ist und für die Zwecke der B1-Feldkarte in Bildpunkte (Voxel) aufgeteilt wird, bestimmen, ist eine möglichst genaue Messung der aus dem Flipwinkel als Messparameter ableitbaren B1-Amplituden notwendig, das bedeutet, idealerweise liegen nach dem B1-Mapping Messwerte für den Flipwinkel und mithin die B1-Amplituden vor, deren zugeordneter Fehlerwert einen vorgegebenen Grenzwert (Toleranzwert) unterschreitet. Die ermittelten B1-Feldkarten sollen also möglichst verlässlich sein.
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2 stellt nun das Problem heute bekannter B1-Mapping-Verfahren dar und illustriert die erfindungsgemäße Lösung. In einem Graphen 6 ist im oberen Teil der 2 der Fehlerwert F gegen den gemessenen Flipwinkel φ aufgetragen. Ersichtlich liegt aufgrund des Signalrauschens im Bereich kleiner Flipwinkel eine hohe Unsicherheit vor, das bedeutet, in einem Teilbereich 7 ist der Grenzwert 8 für den Fehlerwert überschritten. Daraus ergibt sich ein bestimmter Sensitivitätsbereich dieses B1-Mapping-Verfahrens, der als erster Teilbereich 9 unterhalb des Graphen 6 dargestellt ist. Im hier dargestellten illustrativen Beispiel ergibt sich jedoch ein gewünschter Sensitivitätsbereich 10, beispielsweise aufgrund der deutlich unterschiedlichen B1-Amplituden gemäß 1, der auch zu den kleinen Flipwinkeln hin reicht, so dass der erste Teilbereich 9 deutlich kleiner als der idealerweise gewünschte Sensitivitätsbereich 10 ist.
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Daher wird erfindungsgemäß grundsätzlich vorgeschlagen, eine weitere Aufnahmetechnik zu verwenden, bei der, vgl. Graph 11, eine höhere Genauigkeit im Hinblick auf das Rauschen bei niedrigen Flipwinkeln gegeben ist, das bedeutet, die zweite Aufnahmetechnik weist als Sensitivitätsbereich im Hinblick auf die ableitbaren B1-Amplituden einen zweiten Teilbereich 12 auf, der sich ersichtlich überlappend mit dem ersten Teilbereich 9 so ergänzt, dass der gesamte gewünschte Sensitivitätsbereich 10 (der üblicherweise dem dynamischen Bereich der B1-Werte entspricht) durch Daten abgedeckt wird.
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Als zweite Aufnahmetechnik wird dabei eine nur ein Gradientenechobild verwendende Gradientenechotechnik verwendet, die allerdings bekannterweise zunächst nur relative B1-Feldkarten liefert, mithin relative B1-Amplituden, die über eine grundsätzlich zunächst unbekannte räumliche Gewichtungsfunktion mit absoluten B1-Amplituden zusammenhängen. Dieses Problem wird im erfindungsgemäßen Verfahren jedoch gelöst, welches eine Möglichkeit aufzeigt, aus den relativen Teil-B1-Feldkarten, die mit der Gradientenechotechnik gewonnen wurden, Teil-B1-Feldkarten zu ermitteln, die absolute B1-Werte für die B1-Amplitude enthalten.
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Dies wird durch den Ablaufplan in 3 näher erläutert. Demnach werden zunächst wie in einem üblicherweise verwendeten B1-Mapping-Verfahren in einem Schritt 13 in einer ersten Aufnahmetechnik Messdaten bezüglich des Flipwinkels aufgenommen, und zwar für jeden Sendekanal, aus denen erste Teil-B1-Feldkarten 14 auf bekannte Art und Weise ermittelt werden können. Diese ersten Teil-B1-Feldkarten 14 werden nun jedoch nicht, wie üblich, bereits als endgültige Feldkarten verwendet, bei denen dann im Bereich niedriger Flipwinkel, mithin niedriger B1-Amplituden, Ungenauigkeiten gegeben wären, sondern es werden weitere Daten genutzt, um über den gesamten gewünschten Sensitivitätsbereich 10 verlässliche B1-Amplituden zu erhalten. Dafür werden in einem Schritt 15 mit der Gradientenechotechnik ebenso Messdaten aufgenommen und auf bekannte Art und Weise relative Teil-B1-Feldkarten 16 für alle Sendekanäle ermittelt. In einem Schritt 17 soll sodann unter Mitnutzung der ersten Teil-B1-Feldkarten 14 die räumliche Gewichtungsfunktion bestimmt werden, die es ermöglicht, aus den relativen Teil-B1-Feldkarten 16 zweite Teil-B1-Feldkarten 18 zu bestimmen, die dann absolute B1-Amplituden enthalten, die denselben Anregungen und Transmitterspannungen wie die B1-Amplituden der ersten Teil-B1-Feldkarten 14 entsprechen, so dass dann eine Zusammenführung in einem Schritt 19 erfolgen kann.
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Das Ermitteln der räumlichen Gewichtsfunktion in Schritt 17 ist auf eine verlässlichere Art möglich, nachdem zu jedem Sendekanal ein Wertepaar aus relativer B1-Amplitude und absoluter B1-Amplitude (aus den ersten Teil-B1-Feldkarten 14) für jeden Bildpunkt besteht. Dabei liegen die entsprechenden B1-Amplituden in unterschiedlichsten Wertebereichen, nachdem mehrkanalige Hochfrequenz-Sendeantennen meist so ausgelegt werden, dass die Sendekanäle ihre stärksten Anregungen an unterschiedlichen Orten im Bildgebungsbereich 1 aufweisen. Mithin ergibt sich üblicherweise nicht nur eine der Zahl der Sendekanäle entsprechende Zahl an Wertepaaren, sondern diese sind auch aus den verschiedensten Bereichen gemessen.
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Nachdem nun bekannt ist, dass die relative und die absolute B1-Amplitude über einen Proportionalitätsfaktor zusammenhängen, der zwar für jeden Bildpunkt unterschiedlich, aber unabhängig von den Sendekanälen ist, lässt sich nun durch einen Fit oder auch durch eine insbesondere gewichtete Mittelwertbildung ein Wert für diesen Proportionalitätsfaktor ermitteln, wobei zusätzlich, insbesondere bei der Gewichtung, die den B1-Amplituden jeweils zugeordneten Fehlerwerte, die letztlich den Messfehler beschreiben, berücksichtigt werden können.
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Ist die räumliche Gewichtsfunktion auf diese Weise bestimmt, werden in Schritt 17 auch gleich die zweiten Teil-B1-Feldkarten 18 ermittelt.
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Aus den ersten und zweiten Teil-B1-Feldkarten 14, 18 für jeden Sendekanal werden nun die endgültigen B1-Feldkarten 20 in dem Schritt 19 ermittelt. Dies geschieht anhand der Teilbereiche 9 und 12. Liegt eine B1-Amplitude (bzw. deren zugeordneter Flipwinkel) im Teilbereich 9, nicht jedoch im Teilbereich 12, so wird die B1-Amplitude der ersten Teil-B1-Feldkarte 14 für die endgültige B1-Feldkarte 19 verwendet. Entsprechendes gilt, wenn eine B1-Amplitude im Teilbereich 12, nicht aber im Teilbereich 9 liegt. Im Überlappungsbereich (bzw. auch dann, wenn die jeweiligen B1-Amplituden in den jeweiligen Teilbereichen liegen, denn diese können grundsätzlich unterschiedlich vermessen worden sein) wird ein gewichteter Mittelwert gebildet, wobei jeweils der Fehlerwert in die Gewichtung eingeht. Ein so gebildeter gewichteter Mittelwert wird dann am entsprechenden Bildpunkt in der endgültigen B1-Feldkarte 20 verwendet.
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Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel können mit der in Schritt 13 verwendeten ersten Aufnahmetechnik keine Phaseninformationen aufgenommen werden, das bedeutet, es liegen zunächst nur Informationen zur Amplitude des B1-Feldes vor. Jedoch erlaubt es die Gradientenechotechnik, neben den relativen B1-Amplituden auch Phaseninformationen aufzunehmen, so dass die den B1-Amplituden zugeordnete Phaseninformation ebenso aus den mit der Gradientenechotechnik aufgenommenen Gradientenechobildern schlussgefolgert werden kann, vgl. den Pfeil 21 und die Phaseninformationen 22.
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Die in Schritt 19 stattfindende Kombination der Teil-B1-Feldkarten 14, 18 ist in 4 nochmals schematisch dargestellt. Betrachtet man wiederum den Bildgebungsbereich 1, so kann man letztlich (den Überlappungsbereich der Einfachheit halber nicht darstellend) sagen, dass in der endgültigen B1-Feldkarte 20 ein erster Bereich 23 durch die B1-Amplituden der ersten Teil-B1-Feldkarten 14 befüllt wird, ein zweiter Bereich 24 durch die B1-Amplituden der zweiten Teil-B1-Feldkarten 18. Mithin enthalten die endgültigen B1-Feldkarten 20 die Amplitude und die Phase umfassende B1-Werte.
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5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer Magnetresonanzeinrichtung 25, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Wie grundsätzlich bekannt weist die Magnetresonanzeinrichtung 25 eine Patientenaufnahme 26 auf, die umgebend vorliegend eine mehrkanalige, beispielsweise acht Sendekanäle aufweisende Hochfrequenz-Sendespule 27 vorgesehen ist, beispielsweise eine Birdcage-Spule.
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Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 25 wird durch eine Steuereinrichtung 28 gesteuert, welche auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, mithin für ein bestimmtes aufzunehmendes Objekt die B1-Feldkarten für die verschiedenen Sendekanäle bestimmen kann und diese dann zur Ermittlung geeigneter Ansteuerungsparameter weiterverwerten kann.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bildgebungsbereich
- 2
- Bereich
- 3
- Bereich
- 4
- Bereich
- 5
- Bereich
- 6
- Graph
- 7
- Teilbereich
- 8
- Grenzwert
- 9
- Teilbereich
- 10
- Sensitivitätsbereich
- 11
- Graph
- 12
- Teilbereich
- 13
- Schritt
- 14
- erste Teil-B1-Feldkarten
- 15
- Schritt
- 16
- relative Teil-B1-Feldkarten
- 17
- Schritt
- 18
- zweite Teil-B1-Feldkarten
- 19
- Schritt
- 20
- B1-Feldkarten
- 21
- Pfeil
- 22
- Phaseninformation
- 23
- Bereich
- 24
- Bereich
- 25
- Magnetresonanzeinrichtung
- 26
- Patientenaufnahme
- 27
- Hochfrequenz-Sendespule
- 28
- Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005049229 B3 [0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Calibration Tools for RF Shim at Very High Field with Multiple Element RF Coils: from Ultra Fast Local Relative Phase to Absolute Magnitude B1+ Mapping“ von P.F. Van de Moortele et al., Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 15 (2007) 1676 [0012]
