DE102012205864B4

DE102012205864B4 - Ermittlung einer Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem

Info

Publication number: DE102012205864B4
Application number: DE102012205864.8A
Authority: DE
Inventors: Björn Heismann; David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2032-04-12
Also published as: DE102012205864A1; US10054654B2; US20130271139A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuersequenz (AS) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem, um auf Basis der Ansteuersequenz (AS) echosignalbasierte Magnetresonanzrohdaten in einem k-Raum entlang einer oder mehreren Trajektorien (TT, TT', TT1'', TT2'') zu erfassen, wobei die Ansteuersequenz (AS) so optimiert wird, dass zur Ansteuerung eines Gradientenmagnetfeldes für zumindest einen vorgegebenen Anteil (OR) der Ansteuersequenz (AS) die Änderung des Gradientenmagnetfeldes in der Art beschränkt ist, – dass eine momentane Amplitudenänderungsrate (AR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Grenzwert (ARMax) unterschreitet und – dass eine momentane Richtungsänderungsrate (RR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Grenzwert (RRMax) unterschreitet. und/oder – dass eine auf einer Kombination der momentanen Amplitudenänderungsrate (AR) und der momentane Richtungsänderungsrate (RR) basierende momentane Gradientenänderungsrate (GR) des Gradientenmagnetfeldes (G) einen vorgegebenen Gradientenänderungsraten-Grenzwert (GRMax) unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystems, ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems, eine Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem, eine Steuersequenzermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem und ein Magnetresonanzbildgebungssystem mit einer Steuersequenzermittlungseinrichtung.
Magnetresonanzbildgebungsverfahren haben, beispielsweise für medizinische Anwendungen, aber auch zur zerstörungsfreien Material- und Strukturanalyse von Bauteilen und anderen Untersuchungsobjekten vielfache Anwendung gefunden. In einem Magnetresonanzbildgebungssystem wird üblicherweise zur Datenakquisition ein statisches Grundmagnetfeld mit einem gezielt räumlich differierenden Magnetfeld, dem sogenannten Gradientenmagnetfeld, überlagert. Das Grundmagnetfeld dient zur Anfangsausrichtung und Homogenisierung von magnetischen Dipolen, d. h. von Drehimpulsen, sogenannten „Spins”, zu untersuchender Kerne, während die Ortsauflösung des bildgebenden, gemessenen Magnetresonanzsignals zumindest teilweise über das Gradientenmagnetfeld erfolgt.
Je nach Betriebsart des Bildgebungssystems werden dabei unterschiedliche Schaltsequenzen und Magnetfeldstärken für das Gradientenmagnetfeld festgelegt, das mittels eines entsprechenden Gradientenspulensystems erzeugt und variiert werden kann. Diese Schaltsequenzen sind in einer Ansteuersequenz vorgegeben, die zeitlich koordiniert ebenfalls die Ansteuerung eines HF-Sendessystems des Bildgebungssystems zur Aussendung von Hochfrequenzpulsen vorgibt, um die magnetischen Dipole im Untersuchungsbereich aus der Grundausrichtung auszulenken. Das Gradientenspulensystem zur Erzeugung des Gradientenmagnetfeldes ist typischerweise ein schnell geschaltetes, elektrisch betriebenes Spulensystem mit mehreren Gradientenspulen, die in festgelegter Weise Magnetfelder z. B. in zueinander orthogonalen Raumrichtungen x, y und z mit Hilfe von Strömen erzeugen, die in einer Größenordnung von einigen 100 Ampere liegen.
Aufgrund von Wechselwirkungskräften (Lorentzkräften) dieser Ströme mit dem Grundmagnetfeld des Tomographensystems und der Wechselwirkung von magnetischen Streufeldern des Gradientenspulensystems (Wirbelstromkräfte) mit leitfähigen Bereichen des Tomographensystems treten starke mechanische Schwingungen des Gradientenspulensystems auf, die neben einer hohen Belastung des Tomographensystems in mechanischer Hinsicht auch zu einer nicht unerheblichen, stark wahrnehmbaren Lärmerzeugung führen.
In den Veröffentlichungen von F. Hennel, „Fast Spin Echo and Fast Gradient Echo MRI With Low Acoustic Noise”, Journal of Magnetic Resonance Imaging 13, 2001, S. 960 bis S. 966, und von P. Latta et al., „Single point imaging with suppressed sound pressure levels through gradient shape adjustment”, Journal of Magnetic resonance 170 (2004), S. 177 bis S. 183, sowie in der DE 198 14 950 A1 und der US 6 452 391 B1 werden jeweils Verfahren zur Optimierung einer Ansteuersequenz hinsichtlich der Lärmbelastung durch ein Magnetresonanztomographiesystem beschrieben. Dabei wird bei den letzten drei Dokumenten vorgeschlagen, die Rate der Amplitudenänderung zu optimieren.
Jedoch wäre es in vielen Fällen gut, wenn die mechanischen Schwingungen noch weiter reduziert werden könnten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten Probleme weiter abzumildern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Magnetresonanzbildgebungssystem-Ansteuersequenz nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems nach Anspruch 11, eine Steuersequenzermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 12, ein Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13 und eine Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 14 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem vorgeschlagen, um auf Basis der Ansteuersequenz echosignalbasierte Magnetresonanzrohdaten in einem k-Raum entlang einer oder mehrerer Trajektorien zu erfassen.
Unter „echosignalbasierten Magnetresonanzrohdaten” sind im Sinne der Erfindung Magnetresonanzrohdaten zu verstehen, die mit Hilfe einer Echosequenz wie z. B. EPI oder TSE akquiriert werden, im Gegensatz zu Rohdaten, die auf der Messung eines freien Zerfalls einer Magnetisierung (FID; Free Induction Decay) beruhen. D. h. erfindungsgemäß handelt sich um Ansteuersequenzen, mit Hilfe derer durch geeignete Schaltung von Hochfrequenzpulsen und Gradientenpulsen Magnetresonanz-Echo-Signale induziert werden, die dann zur Gewinnung von echosignalbasierten Magnetresonanzrohdaten erfasst bzw. gemessen werden.
Solche echosignalbasierten Verfahren bzw. Ansteuersequenzen weisen besondere Vorteile in der Kontrastgewinnung gegenüber FID-Ansteuersequenzen auf. Beispielsweise können sogenannte T2-Kontraste (Kontrastinformation, die über die Relaxation der magnetischen Dipole in einer Richtung quer zum Grundmagnetfeld erhalten wird) nur eingeschränkt über FID-basierte Magnetresonanzmessungen erhalten werden, und T1- bzw. PD-Kontrastinformationen (Relaxation der magnetischen Dipole in Richtung des Grundmagnetfeldes bzw. Relaxation von Protonen und daraus ermittelte Dichteinformation) von FID-basierten Messungen unterscheiden sich signifikant von echosignalbasiert akquirierten Magnetresonanzbilddaten. Deshalb basieren in sehr vielen Fällen bei klinisch genutzten Anwendungen Ansteuersequenzen auf echosignalbasierten Bildakquisitionsverfahren.
Die echosignalbasierten Ansteuersequenzen sind jedoch häufig mit intensiver Lärmerzeugung in einem Magnetresonanzbildgebungssystem verbunden. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass in Verfahren zur echosignalbasierten Magnetresonanzrohdatenakquise die Erzeugung und Erfassung des Echosignals in einer Vielzahl von zeitlichen Abständen auf die HF-Anregung der Magnetisierung des Untersuchungsobjekts erfolgt. Daraus resultierende schnelle Schaltsequenzen des Gradientenmagnetfeldes tragen u. A. dazu bei, dass die Lärmentwicklung mit diesen Ansteuersequenzen häufig besonders intensiv ist.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungssystem-Ansteuersequenz umfasst eine Anzahl von Hochfrequenzpulsen mit zeitlich dazu passend angeordneten Gradientenpulsen, d. h. variierenden Gradientenmagnetfeldern, die benötigt werden, um eine zweidimensionale Schicht oder einen Schichtstapel bzw. ein 3D-Volumen eines Untersuchungsobjekts bildlich zu erfassen. D. h. die Erfindung betrifft insbesondere auch Trajektorien, die nicht auf die Erfassung einer zweidimensionalen Schicht beschränkt sind, sondern in einem dreidimensionalen Volumen in dem k-Raum verlaufen.
Die Ansteuersequenz kann eine oder mehrere Trajektorien umfassen, die wiederum eine oder mehrere Teiltrajektorien aufweisen. Eine Trajektorie durch den k-Raum beschreibt den zeitlich zusammenhängenden Verlauf der Abtastung des k-Raums in einer bevorzugt zusammenhängenden Bahn im k-Raum zwischen einem Startpunkt der Trajektorie im k-Raum und einem zeitlich nachfolgend abgetasteten Endpunkt der Trajektorie im k-Raum. Zu jedem Zeitpunkt zwischen Startpunkt und Endpunkt kann der Trajektorie in ihrem Verlauf eine Richtung der Trajektorie zugeordnet werden, die durch die Richtung zu dem diesem Zeitpunkt zeitlich unmittelbar nachfolgend im k-Raum abgetasteten Punkt festgelegt ist.
Der Begriff „Teiltrajektorie” beschreibt im Rahmen der Erfindung einen zeitlich zusammenhängend erfassten Abschnitt der Trajektorie, wobei die zu einer Trajektorie gehörenden Teiltrajektorien sich zeitlich nicht überlappen.
Erfindungsgemäß wird die Ansteuersequenz, d. h. insbesondere werden die Trajektorien im k-Raum, im Hinblick auf die Vermeidung von Lärmerzeugung so optimiert, dass zur Ansteuerung eines Gradientenmagnetfeldes für zumindest einen vorgegebenen Anteil der Ansteuersequenz die Änderung des Gradientenmagnetfeldes in der Art beschränkt ist, dass eine momentane Amplitudenänderungsrate des Gradientenmagnetfelds einen vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Grenzwert unterschreitet und dass eine momentane Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds einen vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Grenzwert unterschreitet.
Der Begriff „momentan” bedeutet dabei – in Analogie zum allgemeinen Sprachgebrauch – dass die Amplitudenänderungsrate, die Richtungsänderungsrate bzw. eine nachfolgend genauer beschriebene Gradientenänderungsrate bezogen auf ein auf ein auf ein Minimum beschränktes Zeitintervall, quasi den „Moment”, ermittelt wird. D. h das Zeitintervall strebt Idealerweise gegen 0. In der Realität wird dieses Zeitintervall jedoch durch Schaltzeiten des eingangs erwähnten Gradientenspulensystems endlich vorgegeben. Somit beschreibt der Begriff „momentan” einen endlichen minimalen Zeitraum, der durch die Samplingrate bzw. die zeitliche Distanz der Samplingpunkte im k-Raum, bevorzugt durch die minimal mögliche Schaltzeiten des Gradientenspulensystems, bestimmt ist, und typischerweise in der Größenordnung von ca. einer halben Millisekunde liegt, also den minimalen Zeitraum, in dem eine reproduzierbare Variation des Gradientenspulenstroms erfolgen kann.
Im Rahmen der Erfindung kann die Ansteuersequenz einen oder mehrere jeweils zeitlich zusammenhängende „Beschränkungsabschnitte” umfassen. Dies sind die Abschnitte der Ansteuersequenz, in denen die erfindungsgemäßen Beschränkungen eingehalten werden und die insgesamt den vorgegebenen Anteil der Ansteuersequenz bilden, in dem die Beschränkungen gelten. In dem bzw. den Beschränkungsabschnitten folgen bevorzugt jeweils wenigstens mehrere HF-Pulse bzw. Gradientenpulse zeitlich aufeinander. Jedoch ist nicht ausgeschlossen, dass der Beschränkungsabschnitt die gesamte Ansteuersequenz umfasst, d. h. der vorgegebene Anteil kann sich auf die gesamte Ansteuersequenz beziehen. Im Verlauf der erfindungsgemäßen Ansteuersequenz kann in dem Beschränkungsabschnitt, also einem dem vorgegebenen Anteil der Ansteuersequenz zuzurechnenden Abschnitt, insbesondere eine Richtungsänderung der Trajektorie, d. h. eine Richtungsänderung des Gradientenmagnetfelds, oder ein Übergang von einer ersten Trajektorie auf eine zweite Trajektorie erfolgen. Die momentane Richtungsänderungsrate und die momentane Amplitudenänderungsrate sind erfindungsgemäß in dem vorgegebenen Anteil gleichzeitig durch die vorgegebenen Grenzwerte beschränkt, bevorzugt dann, wenn eine Richtungsänderung des Gradientenmagnetfeldes vorliegt bzw. ein Wechsel zwischen zwei beispielsweise zeitlich unmittelbar nachfolgend erfassten Trajektorien in der Ansteuersequenz erfolgt, während in anderen Bereichen der Trajektorie bzw. Abschnitten der Ansteuersequenz die gleichzeitige Beschränkung der momentanen Richtungsänderungsrate und der momentanen Amplitudenänderungsrate durch die vorgegebenen Grenzwerte optional ist.
Eine gleichzeitige Beschränkung kann gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich durch eine Kombination der Beschränkungsbedingungen für die momentane Amplitudenänderungsrate und die momentane Richtungsänderungsrate erfolgen. D. h. die Beschränkung kann auch in der Art erfolgen, dass eine auf einer Kombination der momentanen Amplitudenänderungsrate und der momentanen Richtungsänderungsrate basierende momentane Gradientenänderungsrate des Gradientenmagnetfelds einen vorgegebenen Gradientenänderungsraten-Grenzwert unterschreitet.
Dadurch wird eine gegenseitige Abhängigkeit der gleichzeitigen Beschränkungsbedingungen in Form der Gradientenänderungsrate festgelegt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass der Richtungsänderungsraten-Grenzwert gleichzeitig abhängig von dem Amplitudenänderungsraten-Grenzwert skaliert wird. Ebenso kann auch eine gewichtete Zusammensetzung der momentanen Änderungsraten für unterschiedliche Raumrichtungen mit Hilfe des Gradientenänderungsraten-Grenzwerts beschrieben sein. D. h. die Skalierung der Änderungsraten kann für verschiedene Raumrichtungen unterschiedlich gewählt sein bzw. erfolgen, um beispielsweise ein bestimmtes Dämpfungsverhalten oder Modenspektrum mechanischer Schwingungen des Gradientenspulensystems in dem Gradientenänderungsraten-Grenzwert abzubilden.
Mit Hilfe der Erfindung ist es durch eine optimale Wahl des Verlaufs des Gradientenmagnetfelds möglich, Wirbelstromkräfte und die Änderung von Lorentzkräften, die radial auf die Gradientenspule wirken, in ihrem zeitlichen Verlauf so zu beschränken, dass die Ansteuersequenz das Gradientenspulensystem mit zeitlich beschränkter Kraftänderung nahezu ohne Lärmerzeugung ansteuert.
Die physikalischen Ursachen akustischen Lärms in der Magnetresonanzbildgebung sind komplex. Die Erfinder haben nun erkannt, dass die Schallerzeugung insbesondere von der zeitlichen Änderung der Auslenkung der Gradientenspule, also mathematisch der zeitlichen Ableitung der Auslenkung der Gradientenspule abhängt.
Diese kann durch Radialkräfte auf das Gradientenspulensystem beschrieben werden. Radialkräfte auf das Gradientenspulensystem im dem Magnetresonanzbildgebungssystem können im Wesentlichen durch zwei Beiträge modelliert werden.
Beide Beiträge werden maßgeblich durch ein axiales Magnetfeld B_z bestimmt. Dabei wird das axiale Magnetfeld B_z durch die Überlagerung des – üblicherweise in z-Richtung verlaufenden – homogenen Grundmagnetfeldes B₀ und der ortsabhängigen Projektion G_z zum Aufpunkt der Kraft (d. h. dem Skalarprodukt zum Ortsvektor des Aufpunkts der Kraft) gebildet, d. h. B_z = B₀ + G_z. (1)
Ferner kann ein Gradientenvektor G in zweidimensionaler Darstellung für axiale, d. h. senkrecht zur z-Richtung stehende, Schichten mit Hilfe eines Polarwinkels γ durch eine Amplitude G₀ und eine Richtung gegeben durch die Richtung vom Ursprung zu einem Punkt (cosγ, sinγ) eines Normkreises wie folgt beschrieben werden: G = G₀(cosγ, sinγ). (2)
Der erste der beiden Beiträge zu den Radialkräften auf das Gradientenspulensystem wird durch die eingangs erwähnten Wirbelstromkräfte F_rw gebildet. Diese können durch das Produkt des axialen Magnetfeldes B_z und dessen zeitlicher Änderung beschrieben werden F_rw = B_z d / dtB_z. (3)
Das axiale Magnetfeld B_z wird zwar im Wesentlichen von dem zeitinvarianten Grundmagnetfeld B₀ dominiert und stellt nahezu eine Konstante des Bildgebungssystems dar. Die für die Wirbelstromkräfte, d. h. für die Änderung der Auslenkung des Gradientenspulensystems und damit die Lärmerzeugung entscheidenden dynamischen Anteile resultieren jedoch maßgeblich aus der zeitlichen Änderung des Gradientenmagnetfelds, die durch die Änderung des Gradientenvektors G beschrieben werden kann. Wie anhand der obigen Gleichung (3) erkennbar ist, ist eine Möglichkeit, Wirbelstromkräfte zu minimieren, die Beschränkung der zeitlichen Änderung des axialen Magnetfelds B_z. D. h. zur Minimierung der Wirbelstromkräfte wird die Forderung aufgestellt, dass d/dt B_z möglichst klein sein sollte. Die zeitliche Änderung des axialen Magnetfelds B_z kann (unter Berücksichtigung von Gleichung (1)) in linearer Näherung als Summe der zeitlichen Änderung der Amplitude G₀ des Gradientenmagnetfeldes und der zeitlichen Änderung der Richtung des Gradientenmagnetfeldes (d. h. des Gradientenvektors G) beschrieben werden. Es gilt dann: d / dtB_z(r)= d / dt(B₀ + G_z) ~ d / dtG₀ + G₀ d / dtγ (4)
Der letzte Term in Gleichung (4) ergibt sich, da das B₀-Feld wie bereits erwähnt im Wesentlichen zeitinvariant ist. Entsprechende, die Änderung von B₀ als Faktor enthaltende Summanden entfallen daher bei der Bildung der zeitlichen Ableitung.
Die Wirbelstromkraft am Ort r, d. h. am Aufpunkt der Kraft auf das Gradientenspulensystem, kann in dieser linearen Näherung dann (unter Nutzung der Gleichungen (1) und (4)) mit Hilfe von Koeffizienten AP und RP beschrieben werden, die ortsabhängig (d. h. abhängig vom Polarwinkel des Aufpunkts der Kraft auf die Gradientenspule) die Proportionalität der Kraftwirkung der Änderung des axialen Magnetfeldes beschreiben. Daher gilt: F_rw ~ AP· d / dtG₀ + RP·G₀ d / dtγ. (5)
Die Wirbelstromkraft F_rw wird also durch die Änderung der Amplitude G₀ des Gradientenmagnetfelds und der Änderung des Winkels bzw. der Richtung des Gradientenmagnetfelds bestimmt. Bei typischen Werten für d/dt G₀ von ungefähr 100 mT/m/ms und für G₀ von 20 mT/m übersteigt die Wirkung der Winkeländerung des Gradientenmagnetfeldes und damit eine entsprechende Krümmung einer Gradiententrajektorie im k-Raum die Wirkung der Änderung der Amplitude (d. h. der Stärke) des Gradientenmagnetfeldes.
Einen zweiten Beitrag zu den Radialkräften liefern Lorentzkräfte F_rl. Die maßgeblichen Lorentzkräfte F_rl können durch das Produkt des axialen Magnetfeldes B_z mit einem Strom I durch das Gradientenspulensystem, der im Folgenden als Gradientenstrom I bezeichnet wird, beschrieben werden. D. h. es gilt F_rl = B_z·I. (6)
Die Änderung der Auslenkung der Spule durch diese Kraft kann dabei vor allem durch die Änderung der Lorentzkraft F_rl beschrieben werden. Die Änderung der Lorentzkraft F_rl ist die Ableitung der Funktion in Gleichung (6), die in linearer Näherung durch eine Summe über Summenkomponenten gebildet wird, welche die zeitliche Änderung des Gradientenspulenstroms I und die zeitliche Änderung des axialen Magnetfelds B_z berücksichtigen. Es gilt also: d / dtF_rl = I· d / dtB_z + B_z· d / dtI. (7)
Die Änderung der Kraft am Ort r kann wiederum durch die zeitliche Änderung von B_z beschrieben werden. Darüber hinaus muss die zeitliche Änderung des Gradientenstroms I berücksichtigt werden; diese entspricht wiederum der zeitlichen Änderung der Amplitude G₀ des Gradientenmagnetfelds. D. h. auch die Änderung der Lorentzkraft F_rl kann mit Hilfe der Beschränkung der zeitlichen Änderung der Amplitude Grund der Beschränkung der zeitlichen Änderung der Richtung des Gradientenmagnetfelds minimiert werden, sodass die Änderung der Auslenkung des Gradientenspulensystems vermindert wird.
Aus der Beschränkung der Wirbelstromkräfte und der zeitlichen Änderung der Lorentzkräfte resultiert die Forderung, dass sowohl die zeitliche Änderung des Gradientenstroms, d. h. sowohl die Amplitude des Gradientenmagnetfeldes, als auch die zeitliche Änderung des Winkels des Gradientenmagnetfelds B_z, möglichst klein sein sollten.
Diese Forderungen an die begrenzte zeitliche Änderung des Winkels und des Stromes I durch das Gradientenspulensystem lassen sich auf k-Raum-Trajektorien übertragen.
Analog zu einer Geschwindigkeit v im Ortsraum kann einem Gradientenvektor G im k-Raum die Rolle einer Momentangeschwindigkeit zugemessen werden. Die Analogie zwischen Geschwindigkeitsvektor v im Ortsraum und Gradientenvektor G beruht auf dem Vergleich der Koordinaten r im Ortsraum und k im k-Raum. Es gilt:
Dabei beschreiben t bzw. t' jeweils Zeitvariablen.
Gemäß dieser Überlegung kann die Erfindung in einem Analogiemodell so formuliert werden, dass für eine Trajektorie bezogen auf eine momentane Geschwindigkeit (v im Ortsraum, G im k-Raum) zu einem bestimmten Zeitpunkt eine beschränkte (Amplituden- bzw. Winkel-)Beschleunigung im k-Raum vorliegt. Auf diese Sichtweise wird bei der nachfolgenden Beschreibung wiederholt Bezug genommen.
Die erfindungsgemäße Ansteuersequenz wird gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt und weist die genannten Beschränkungen der momentanen Richtungsänderungsrate der momentanen Amplitudenänderungsrate bzw. der momentanen Gradientenänderungsrate auf.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems vorgeschlagen, bei dem zunächst die erfindungsgemäße Ansteuersequenz ermittelt wird und dann das Magnetresonanzbildgebungssystem unter Nutzung dieser Ansteuersequenz betrieben wird.
Die Ermittlung der erfindungsgemäßen Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem erfolgt mit einer erfindungsgemäßen Steuersequenzermittlungseinrichtung. Die Steuersequenzermittlungseinrichtung weist eine Eingangsschnittstelle zur Erfassung einer Zielmagnetisierung sowie eines k-Raum-Gradiententrajektorienparameters und/oder eines zugehörigen k-Raum-Gradiententrajektorienparameterwertes auf. Unter k-Raum-Gradiententrajektorienparametern bzw. entsprechenden Parameterwerten kann beispielsweise ein Trajektorientyp mit zugeordneten Parameterwerten wie beispielsweise „radial” oder „kartesisch” verstanden werden. Weitere k-Raum-Gradiententrajektorienparameter bzw. zugeordnete Parameterwerte, die in den k-Raum-Gradiententrajektorienparametern bzw. -werten ebenfalls umfasst sein können, werden im Rahmen von Weiterbildungen der Erfindung erläutert.
Darüber hinaus weist die Steuersequenzermittlungseinrichtung auch eine Ansteuersequenz-Optimierungseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die Ansteuersequenz so zu optimieren, dass zur Ansteuerung eines Gradientenmagnetfeldes für zumindest einen vorgegebenen Teil der Ansteuersequenz die Änderung des Gradientenmagnetfeldes erfindungsgemäß beschränkt ist. Über geeignete Schnittstellen können hierzu ein Amplitudenänderungsraten-Grenzwert, ein Richtungsänderungsraten-Grenzwert und/oder ein Gradientenänderungsraten-Grenzwert vorgegeben werden, z. B. über eine Benutzerschnittstelle vom Bediener oder durch Übernahme der Vorgaben aus anderen Dateien, beispielsweise einem Ansteuerprotokoll.
Weiterhin weist die Steuersequenzermittlungseinrichtung erfindungsgemäß eine Steuersequenzausgabe-Schnittstelle auf, welche die fertige Ansteuersequenz ganz oder teilweise zur weiteren Verwendung in dem Magnetresonanzbildgebungssystem oder zu einer Zwischenspeicherung zur Verfügung stellt.
Ferner ist gemäß der Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem mit einem Gradientenspulensystem und einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Ansteuersequenz das Gradientenspulensystem anzusteuern ausgebildet. Das Magnetresonanzbildgebungssystem weist dabei eine erfindungsgemäße Steuerungssequenzermittlungseinrichtung auf, um eine Ansteuersequenz zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung zu übergeben. Dabei kann eine Übergabe an die Steuereinrichtung der Ansteuersequenz ganz oder teilweise erfolgen, sodass beispielsweise ein Betrieb des Magnetresonanzbildgebungssystems auf Basis von Teilen der erfindungsgemäßen Ansteuersequenz erfolgen kann, während andere Teile der Ansteuersequenz noch durch die Ansteuersequenz-Optimierungseinheit optimiert werden.
Ein Großteil der zuvor genannten Komponenten der Steuersequenzermittlungseinrichtung, insbesondere die Ansteuersequenz-Optimierungseinheit, kann ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen in einem Prozessor einer entsprechenden Steuereinrichtung, einer Steuersequenzermittlungseinrichtung oder einem anderen Prozessor des Magnetresonanzbildgebungssystems realisiert werden.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung der Steuersequenzermittlungseinrichtung, vorzugsweise der Ansteuersequenz-Optimierungseinheit, hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Magnetresonanzbildgebungssysteme bzw. Steuerereinrichtungen o. Ä. auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches z. B. in einem transportablen Speicher hinterlegt und/oder über ein Netzwerk zur Übertragung bereitgestellt wird und so direkt in einen oder mehrere Speicher der Steuersequenzermittlungseinrichtung, der Steuereinrichtung bzw. des Magnetresonanzbildgebungssystems ladbar ist. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodeabschnitte, um alle Schritte eines Verfahrens zur Ermittlung einer Ansteuersequenz gemäß der Erfindung auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung oder der Steuersequenzermittlungseinrichtung bzw. dem Magnetresonanzbildgebungssystem ausgeführt wird.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Wie bereits erwähnt, umfasst der vorgegebene Anteil der Ansteuersequenz mehrere aufeinander folgende HF-Pulse. Bevorzugt umfasst der vorgegebene Anteil der Ansteuersequenz weiterhin wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 60%, besonders bevorzugt wenigstens 40% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 20% oder beispielsweise auch wenigstens 10% der gesamten Dauer der Ansteuersequenz bzw. der k-Raumkoordinaten, die im Verlauf der Ansteuersequenz angesteuert werden.
Dabei liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass beispielsweise einzelne Spoilerpulse, die mit starken Änderungen des Gradientenmagnetfelds einhergehen, aufgrund der üblicherweise hervorragenden mechanischen Dämpfung des Magnetresonanzbildgebungssystems bzw. Gradientenspulensystems noch keinen erheblichen Beitrag zur Lärmerzeugung leisten. Somit kann gemäß der Erfindung durchaus zulässig sein, dass die erfindungsgemäßen Beschränkungen in Restbereichen der Trajektorie, außerhalb der Beschränkungsabschnitte, überschritten werden, ohne dass daraus eine inakzeptable Lärmbelastung resultieren muss.
In einer Weiterbildung der Erfindung entspricht der vorgegebene Amplitudenänderungsraten-Grenzwert einem vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Bruchteil einer maximal bauartbedingt überhaupt möglichen Amplitudenänderungsrate des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems. Typischerweise liegt die maximal bauartbedingt mögliche Amplitudenänderungsrate bei heutigen Geräten im Bereich von 200 mT/m/ms.
Alternativ oder zusätzlich kann in diesem Fall der vorgegebene Richtungsänderungsraten-Grenzwert einem vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Bruchteil der maximal bauartbedingt überhaupt möglichen Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems entsprechen. In derzeit gängigen Magnetresonanzbildgebungssystemen ist die maximal bauartbedingt mögliche Richtungsänderungsrate typischerweise im Bereich von 180°/ms.
Ferner kann in diesem Fall, ebenfalls alternativ oder zusätzlich, der vorgegebene Gradientenänderungsraten-Grenzwert einem vorgegebenen Gradientenänderungsraten-Bruchteil einer maximal bauartbedingt möglichen Gradientenänderung entsprechen. Die maximal mögliche Gradientenänderungsrate ist dabei durch die maximal mögliche Richtungsänderungsrate und die maximal mögliche Amplitudenänderungsrate bestimmt. Der Bruchteil basiert dabei auf einer Kombination nach einer gegebenen Kombinationsvorschrift der maximal möglichen Amplitudenänderungsrate und der maximal möglichen Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems.
D. h. zumindest einer, vorzugsweise mehrere oder sogar alle der für die erfindungsgemäße Beschränkung vorgegebenen Grenzwerte (Amplitudenänderungsraten-Grenzwert, Richtungsänderungsraten-Grenzwert, Gradientenänderungsraten-Grenzwert) liegt unter dem entsprechenden, zugehörigen jeweils möglichen gerätespezifischen Maximalwert.
Typischerweise sind Dämpfungseinrichtungen des Magnetresonanzbildgebungsystems bezüglich möglicher Belastungsspitzenwerte optimiert und darüber hinaus auch an ein entsprechendes Spektrum von resultierenden mechanischen Schwingungen angepasst. Diese Überlegung kann bei der Festlegung der oben in Form von Bruchteilen des jeweils überhaupt möglichen Maximalwerts beschriebenen Grenzwerte genutzt werden. Die Optimierung des jeweiligen Magnetresonanzbildgebungssystems ist u. A. durch eine maximale Slew-Rate und eine maximale Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds bezogen auf das jeweilige Magnetresonanzbildgebungssystem bestimmt. Die maximale Slew-Rate ist durch die maximal mögliche Änderung des Gradientenstroms gegeben und betrifft die maximale Änderungsrate des Betrags des durch die Gradientenspulen erzeugten Magnetfelds, d. h. die maximal mögliche Amplitudenänderungsrate.
Die maximale Geschwindigkeit der Winkeländerung hängt wiederum von der vorliegenden Gradientenspulenanordnung und den Möglichkeiten des Magnetresonanzbildgebungssystems ab, Gradientenspulen unabhängig voneinander zu betreiben. Im einfachsten Fall ist die maximale Richtungsänderungsrate wiederum durch die Slew-Rate von unterschiedlich orientierten, unabhängig zu betreibenden Gradientenspulen des Gradientenspulensystems und deren Orientierung zueinander abhängig. Die maximal mögliche Geschwindigkeit der Winkeländerung ist somit auch wiederum eine individuelle, bauartbedingte, kennzeichnende Größe des Gradientenspulensystems.
Die gleichzeitige vorgegebene Beschränkung einer momentanen Richtungsänderungsrate und einer momentanen Amplitudenänderungsrate führt dazu, dass das Magnetresonanzbildgebungssystem in jedem Fall innerhalb seiner Belastungsgrenzen betrieben wird und ein Spielraum verbleibt, der bei Kombination von Belastungen resultierend aus einer Amplitudenänderung und einer gleichzeitigen Richtungsänderung des Gradientenmagnetfelds auch nicht überschritten wird. Hervorzuheben ist, dass dieser Spielraum individuell einem bestimmten Magnetresonanzbildgebungssystem oder einem Untersuchungsobjekt zugeordnet werden kann, also einstellbar ist. D. h. der Spielraum kann beispielweise für die Untersuchung eines Kindes anders gewählt werden als für die Untersuchung eines Erwachsenen, oder für die Untersuchung eines Bronchialsystems anders als für die Untersuchung des Kopfes. Beispielsweise kann der Amplitudenänderungsraten-Bruchteil maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40% und ganz besonders bevorzugt maximal 20% betragen.
Alternativ oder zusätzlich kann der Richtungsänderungsraten-Bruchteil maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40% und ganz besonders bevorzugt maximal 20% betragen.
Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich der Gradientenänderungsraten-Bruchteil maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40% und ganz besonders bevorzugt maximal 20% betragen.
Diese Änderungsratenbruchteile könnten beispielsweise jeweils als Parameter bzw. Parameterwerte an die Eingangsschnittstelle der Steuersequenzermittlungseinrichtung übermittelt werden und vorzugsweise in den k-Raum-Gradiententrajektorienparametern umfasst sein. Somit wird die Möglichkeit eröffnet, die maximal zulässigen Belastungsgrenzen vorzugeben, durch die sichergestellt wird, dass eine Lärmreduktion zuverlässig erreicht wird. Dies kann gradientenspulensystemspezifisch und insbesondere auch automatisch erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Datenbank, welche die benötigten Parameter bzw. die zugehörigen Parameterwerte automatisch zur Verfügung stellt, und zwar in Abhängigkeit des jeweiligen mit Hilfe der Ansteuersequenz betriebenen Magnetresonanzbildgebungssystems und/oder des Untersuchungsobjekts. In gleicher Weise ist jedoch auch denkbar, dass diese Einstellungen von einem Benutzer einer Ansteuersequenzermittlungseinrichtung oder auch eines Magnetresonanzbildgebungssystems vorgenommen werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Lärmerzeugung bei der echosignalbasierten Bildakquisition besonders intensiv. Beispielsweise trifft dies insbesondere für Ansteuersequenzen zu, mit Hilfe derer die Magnetresonanzrohdaten wenigstens teilweise basierend auf einem Gradientenechoverfahren (GRE), einem Spinechoverfahren (SE), einem Turbo-Spin-Echo-Verfahren (TSE) oder einem Echoplanar-Imaging-Verfahren (EPI) erfasst werden. Diesen Verfahren ist gemeinsam, dass ein hochfrequentes Schalten des Gradientenmagnetfeldes zur Datenakquisition erforderlich ist. Hinzu kommt, dass entsprechende Ansteuersequenzen zeitoptimiert – beispielsweise durch gezielte Dephasierung der magnetischen Dipole mit Hilfe sogenannter Spoilerpulse – gestaltet sind, so dass in vielen Fällen eine besonders starke Anregung des Gradientenspulensystems zu mechanischen Schwingungen sowie eine besonders starke Lärmentwicklung die Folge ist. Die erfindungsgemäße Beschränkung – und Vorgabe eines Lärmbegrenzungsoptimierungsziels in Form der Änderungsratenbruchteile – kann somit diese mit vielen Vorteilen bezüglich der Kontrastgewinnung einhergehenden Ansteuersequenzen für neue Anwendungsfälle erschließen.
Bevorzugt werden wenigstens 50% der erfassten Magnetresonanzrohdaten mit Hilfe einer einzelnen Trajektorie akquiriert. Diese quasi durchgehende Trajektorie wird dabei im Rahmen der Erfindung vorzugsweise so optimiert, dass eine Richtungsumkehr bzgl. einer Koordinate des k-Raums mit einem weiten, insbesondere möglichst weiten Abstand im k-Raum bzgl. einer anderen Koordinate des k-Raums einhergeht. Dieser weite Abstand kann beispielsweise – wie im Späteren noch deutlich wird – durch Kreuzungspunkte der Trajektorie mit sich selbst erreicht werden.
Wie bereits erläutert, kann die Beschränkung der momentanen Amplitudenänderungsrate und der momentanen Richtungsänderungsrate bzw. der momentanen Gradientenänderungsrate insbesondere auch bei einem Übergang von einer ersten Trajektorie zu einer zeitlich unmittelbar nachfolgenden zweiten Trajektorie im k-Raum eingehalten werden.
Bevorzugt kann dies dadurch erfolgen, dass bei dem Übergang von der ersten Trajektorie auf die zweite Trajektorie das Gradientenmagnetfeld während eines ersten Schritts unter Beibehaltung der erfindungsgemäßen Beschränkungen schrittweise, d. h. mit mehreren Änderungen der momentanen Richtung und der momentanen Amplitude im Verlauf der ersten Trajektorie auf einen Endwert überführt wird, der einem Endpunkt der ersten Trajektorie im k-Raum entspricht. Das Gradientenmagnetfeld an diesem Endpunkt entspricht in mindestens einer Raumrichtung, d. h. vorzugsweise in Richtung einer Koordinate k_x, k_y, k_z, im Wesentlichen einem Gradientenmagnetfeld an einem Startpunkt der zeitlich unmittelbar nachfolgend abgetasteten zweiten Trajektorie im k-Raum. Der Startpunkt der zweiten Trajektorie im k-Raum und der Endpunkt der ersten Trajektorie sind jedoch im k-Raum nicht identisch; diese beiden Punkte weichen voneinander im k-Raum in mindestens einer k-Raum-Koordinate ab. Sofern der Endpunkt der ersten Trajektorie einem in einer k-Raum-Koordinate vorzeichengespiegelten Punkt im k-Raum entspricht, der im Wesentlichen den Startpunkt der zweiten Trajektorie bildet, kann der Übergang dadurch erreicht werden, dass mittels eines HF-Pulses eine geänderte Einstellung der Magnetisierung, insbesondere eine Inversion der Magnetisierung, gegenüber dem Grundmagnetfeld bzw. einer vorliegenden Einstellung der Magnetisierung erzeugt wird. Dies ist gleichbedeutend mit einer „Positionsänderung”.
In diesem Fall ändert sich das Gradientenmagnetfeld somit nicht bzw. nur im Rahmen der erfindungsgemäßen Beschränkungen, d. h. maximal mit vorgegebener momentaner Amplitudenänderungsrate und vorgegebener momentaner Richtungsänderungsrate, sodass damit auch die erfindungsgemäßen Vorteile bezüglich der Lärmreduzierung erreicht werden können.
Die Formulierung, dass sich die Gradientenmagnetfelder am Startpunkt und am Endpunkt in mindestens einer Raumrichtung im Wesentlichen entsprechen, schließt ein, dass zusätzlich kleine Änderungen des Gradientenmagnetfeldes im Rahmen der erfindungsgemäßen Beschränkungen erfolgen können und sich der Startpunkt und Endpunkt im k-Raum in allen Koordinaten unterscheiden kann. Dabei muss im Rahmen der Erfindung jedoch sichergestellt sein, dass die Beschränkungen bei dem Übergang zwischen Start- und Endpunkt ebenfalls eingehalten werden. D. h. insbesondere kann die momentane Amplitudenänderungsrate und momentane Richtungsänderungsrate während des Übergangs von Null abweichen.
Die mit Hilfe der Erfindung erzeugten Ansteuersequenzen zeichnen sich bevorzugt dadurch aus, dass im Verlauf einer Trajektorie, bevorzugt in den Begrenzungsabschnitten der Ansteuersequenz, eine Winkeländerung des Gradientenmagnetfeldes von wenigstens 90°, besonders bevorzugt von wenigstens 180° erfolgt. Somit können Trajektorien im k-Raum abgetastet werden, die in ihrem Verlauf ebenfalls ihre Richtung um mehr als 90 bzw. 180° ändern. Teiltrajektorien, in denen sich die Richtung der Trajektorie ändert, werden im Folgenden als „Winkeländerungsabschnitte” im k-Raum bezeichnet. Ferner wird der Ausschnitt der Ansteuersequenz, der zur Abtastung einer Teiltrajektorie ausgebildet ist, die eine Richtungsänderung von mehr als 90° aufweist, im Folgenden als „Wendesequenz” im k-Raum bezeichnet.
Dabei können die Trajektorie und die Ansteuersequenz wie erwähnt so ausgebildet sein, dass der k-Raum in einer einzelnen Trajektorie abgetastet werden kann.
Wie bereits angedeutet, bilden insbesondere in echobasierten Akquisitionsverfahren die Wendesequenzen eine starke Quelle der Lärmerzeugung. Mit Hilfe der Erfindung ist es somit möglich, den Verlauf einer einzelnen Trajektorie bzw. einer Teiltrajektorie so zu optimieren, dass speziell im Verlauf von entsprechenden Wendesequenzen, also in Winkeländerungsabschnitten im k-Raum, die Lärmerzeugung reduziert wird. Die Beschränkungen bringen häufig die Notwendigkeit mit sich, dass parallel im k-Raum angeordnete Teiltrajektorien der Trajektorie – wie bereits im Vorhergehenden angedeutet – im k-Raum „weit” voneinander beabstandet sind.
Der weite Abstand der Teiltrajektorien im k-Raum zeigt sich insbesondere darin, dass bevorzugt im Verlauf der Trajektorie in einem Winkeländerungsabschnitt ein Kreuzungspunkt der Trajektorie mit sich selbst und/oder einer weiteren Trajektorie der Ansteuersequenz liegt. Anschaulich bedeutet das Auftreten von Kreuzungspunkten, dass in einer Wendesequenz in der Abtastung des k-Raums zumindest eine (gerade) Teiltrajektorie bzw. „Nachbarspur” im k-Raum übersprungen wird. Somit ist es möglich, den k-Raum vollständig unter Einhaltung der genannten Beschränkungen mit geraden Teiltrajektorien abzutasten. Für gerade Teiltrajektorien bedingt eine gleichzeitige Beschränkung der momentanen Amplitudenänderungsrate und der momentanen Richtungsänderungsrate nicht notwendigerweise einen Vorteil in der Lärmerzeugung, d. h. die gleichzeitige Beschränkung der genannten (Amplituden-, Richtungs-, Gradienten-)Änderungsraten kann in geraden Teiltrajektorien aufgehoben sein, ohne die Lärmoptimierung zu beeinträchtigen
Besonders bevorzugt erfolgt eine Akquisition der Magnetresonanzrohdaten deshalb dann lediglich in den geraden Teiltrajektorien, da diese relativ schnell, d. h. beispielsweise ohne die Beschränkungen gemäß der Erfindung durchfahren werden können. Somit tritt nahezu kein Zeitverlust durch die erfindungsgemäße Beschränkung auf.
Bevorzugt wird der k-Raum auf Basis der Ansteuersequenz in einer Trajektorie abgetastet, die im k-Raum mehrere geradlinige und zueinander parallele Teiltrajektorien umfasst. In diesem Fall weist die Trajektorie im k-Raum wiederum bevorzugt wenigstens einen Kreuzungspunkt mit sich selbst auf. Insbesondere kann die Abtastung des k-Raums beispielsweise in einer mäanderförmigen Trajektorie quasi rasenmäherartig erfolgen. Diese Art der Trajektorie stellt somit eine Abwandlung einer üblichen kartesischen Abtastung des k-Raums dar.
Alternativ oder zusätzlich kann darüber hinaus auch der k-Raum auf Basis der Ansteuersequenz in einer Trajektorie abgetastet werden, die in einem zentralen Bereich des k-Raums einen Kreuzungspunkt mit sich selbst aufweist. Dieser Kreuzungspunkt wird im Verlauf der Trajektorie mehr als zweimal abgetastet. Somit weist eine entsprechende Trajektorie einen gewissen „radialen Anteil” auf, d. h. die Trajektorie verläuft ähnlich zu sogenannten radialen Sequenzen, die den k-Raum in mehreren Trajektorien mit einem zentralen Schnittpunkt aller Trajektorien abtasten.
Auch im beschriebenen Fall eines zentralen Kreuzungspunkts der Trajektorie mit sich selbst kann alternativ oder zusätzlich die Trajektorie in radial äußeren Bereichen des k-Raums in Winkeländerungsabschnitten, in denen insbesondere eine Winkeländerung des Gradientenmagnetfelds von wenigstens 180° erfolgt, einen oder mehrere weitere Kreuzungspunkte mit sich selbst aufweisen. Diese Trajektorie realisiert somit eine radiale Abtastung des k-Raums mit Endwendeschleifen, die es ermöglichen, die erfindungsgemäßen Parameterbeschränkungen einzuhalten, so dass eine wesentliche Lärmquelle in der Bildakquisition unterdrückt werden kann. Dabei kann wie bereits erwähnt auch vorgesehen sein, dass keine Akquisition von Magnetresonanzrohdaten während des Durchfahrens der Endwendeschleifen erfolgt, sodass die Endwendeschleifen mit dem Übergang zwischen zeitlich aufeinander folgend abgetasteten Teiltrajektorien, in denen dann jeweils eine Magnetresonanzrohdatenakquise erfolgt, gleichgesetzt werden können.
Der zuvor beschriebene Fall kann neben Teiltrajektorien somit auch mehrere Trajektorien betreffen, die in einem zentralen Bereich einen gemeinsamen Kreuzungspunkt aufweisen.
Aus dem vorhergehend Beschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung bevorzugt Ansteuersequenzen betrifft, die den k-Raum mit Hilfe einer oder mehrerer sogenannter kartesischer oder radialer Trajektorien abtasten, bevorzugt in einem dreidimensionalen Volumenbereich des Untersuchungsobjekts. Die Trajektorien weisen beispielsweise zusätzlich zu den Erfordernissen der echobasierten Bildgebung auch eine Vielzahl von Winkeländerungsabschnitten, besonders bevorzugt von Wendesequenzen oder Übergänge zwischen zeitlich unmittelbar nachfolgend erfassten Trajektorien, auf, für die es besonders notwendig ist, die Lärmerzeugung zu begrenzen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzbildgebungssystems,
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Ansteuersequenz,
3 eine schematische Darstellung der Beschränkung der Änderungsparameter einer Gradiententrajektorie,
4 eine kartesische Trajektorie durch den k-Raum, die auf einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuersequenz beruht,
5 eine radiale Trajektorie, die auf einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ansteuersequenz beruht, und
6 ein Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Übergang von einer ersten Trajektorie auf eine zweite Trajektorie.
In 1 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzbildgebungssystem 1 dargestellt. Das Bildgebungssystem 1 umfasst den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Messraum 8 bzw. Patiententunnel 8. Eine Liege 7 ist in diesen Patiententunnel 8 hineinfahrbar, so dass ein darauf liegender Patient O bzw. Proband während einer Untersuchung an einer bestimmten Position innerhalb des Magnetresonanzscanners 2 relativ zu dem darin angeordneten Gradientenspulensystem 4 und Hochfrequenzsystem gelagert werden kann bzw. auch während einer Messung zwischen verschiedenen Positionen verfahrbar ist.
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 3 zur Erzeugung eines Grundmagnetfelds B₀, das Gradientenspulensystem 4 mit Gradientenspulen, um nahezu beliebige Gradientenmagnetfelder in x-, y- und z-Richtung anzulegen, sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5. Der Empfang von im Probanden O bzw. Untersuchungsobjekt O induzierten Magnetresonanzsignalen kann über die Ganzkörperspule 5 erfolgen, mit der in der Regel auch die Hochfrequenzsignale zur Induzierung der Magnetresonanzsignale ausgesendet werden. Üblicherweise werden die Magnetresonanzsignale aber mit beispielsweise auf oder unter dem Untersuchungsobjekt O angeordneten Lokalspulen 6 empfangen. Alternativ können auch mittels der Lokalspulen 6 Hochfrequenzsignale zur Auslenkung der Kernsüins ausgesendet werden. Diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der 1 nur grob schematisch dargestellt.
Die Ganzkörperhochfrequenzspule 5 ist hier in Form einer sogenannten Birdcage-Antenne aufgebaut. Diese ist von einer Steuereinrichtung 10 beispielsweise auch mit mehreren unabhängigen Sendekanälen ansteuerbar. Bei der Steuereinrichtung 10 kann es sich um einen Steuerrechner handeln, welcher auch aus einer Vielzahl von – ggf. auch räumlich getrennten und über geeignete Kabel oder andere Überträger untereinander verbundenen – Einzelrechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 17 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 20 verbunden, über das ein Bediener das gesamte Magnetresonanzbildgebungssystem 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall ist dieses Terminal 20 als Rechner mit Tastatur, einem oder mehreren Bildschirmen sowie weiteren Eingabegeräten wie beispielsweise Maus oder dergleichen ausgestattet, so dass dem Bediener eine graphische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
Die Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Gradientensteuereinheit 11 auf, die wiederum aus mehreren Teilkomponenten bestehen kann. Aber diese Gradientensteuereinheit 11 werden die einzelnen Gradientenspulen bzw. das Gradientenspulensystem 4 mit Steuersignalen beschaltet. Hierbei handelt es sich um Gradientenpulse, die während einer Messung an genau vorgesehenen Zeitpunkten und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt werden. Dies wird später noch genauer erläutert.
Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem eine Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 auf. Über diese Sende-/Empfangseinheit 12 können beispielsweise auch Magnetresonanzsignale empfangen werden. Üblicherweise geschieht dies aber mit Hilfe der Lokalspulen 6. Die mit diesen Lokalspulen 6 empfangenen Magnetresonanzdaten werden von einer Lokalspulen-Sende-/Empfangseinheit 13 ausgelesen und verarbeitet. Die hiervon oder von der Ganzkörperspule 5 oder der Lokalspule 6 mittels der HF-Sende-/Empfangseinheit 12 bzw. der Lokalspulen-Sende-Empfangseinheit 13 empfangenen Magnetresonanzsignale werden als Magnetresonanzrohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 14 übergeben, die daraus Bilddaten rekonstruiert und diese in einem Speicher 16 hinterlegt und über die Schnittstelle 17 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener die Bilddaten betrachten kann. Diese können auch über ein Netzwerk 18 anderen Speichern bzw. Weiterverarbeitungsmitteln, beispielsweise einem „Picture Archive System” (PACS) zur Verfügung gestellt, gespeichert, angezeigt bzw. ausgewertet werden.
Die Gradientensteuereinheit 11, die Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 und die Lokalspulen-Sende-/Empfangseinheit 13 für die Lokalspulen 6 werden jeweils koordiniert durch eine Messsteuereinheit 15 angesteuert. Diese sorgt durch entsprechende Befehle dafür, dass ein gewünschter Gradientenpulszug durch geeignete Gradientensteuersignale ausgesendet wird, und steuert parallel die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 so an, dass die passenden Hochfrequenzpulse auf der Ganzkörperspule 5 ausgegeben werden. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Magnetresonanzsignale an den Lokalspulen 6 durch die Lokalspulen-Sende-/Empfangseinheit 13 bzw. eventuelle Signale an der Ganzkörperspule 5 durch die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 ausgelesen und weiterverarbeitet werden. Die Messsteuereinheit 15 gibt die entsprechenden Signale an die Sende-/Empfangseinheiten 12 bzw. 13 und den Gradientenpulszug an die Gradientensteuereinheit 11 gemäß einem vorgegebenen Steuerprotokoll P vor. In diesem Steuerprotokoll P sind alle Steuerdaten hinterlegt, die während einer Messung eingestellt werden müssen.
Üblicherweise ist in einem Speicher 16 eine Vielzahl von Steuerprotokollen P für verschiedene Messungen hinterlegt. Diese können über das Terminal 20 vom Bediener ausgewählt und ggf. variiert werden, um dann ein passendes Steuerprotokoll P für die aktuell gewünschte Messung zur Verfügung zu haben, mit dem die Messsteuereinheit 15 arbeiten kann. Im Übrigen kann der Bediener auch über ein Netzwerk 18 Steuerprotokolle P, beispielsweise von einem Hersteller des Magnetresonanzsystems 1, abrufen und diese dann gegebenenfalls modifizieren und nutzen.
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung sind dem Fachmann aber bekannt, so dass sie hier im Detail nicht weiter besprochen werden. Im Übrigen können ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung 10 noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass der Magnetresonanzscanner 2 auch anders aufgebaut sein kann, beispielsweise mit einem seitlich offenen Patienten- bzw. Messraum 8, und dass im Prinzip die Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 nicht als Birdcage-Antenne aufgebaut sein muss.
In 1 ist hier außerdem eine erfindungsgemäße Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 schematisch dargestellt, die zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS dient. Die Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz wird im vorliegenden Fall als Teil des Messprotokolls P erstellt.
Die Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 ist in 1 als Teil des Terminals 20 dargestellt und kann in Form von Softwarekomponenten bzw. als Computerprogrammprodukt auf dem Rechner dieses Terminals 20 realisiert sein. Prinzipiell kann die Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 aber auch Teil der Steuereinrichtung 10 selbst sein oder auf einem separaten Rechensystem realisiert sein, und die fertigen Ansteuersequenzen werden ggf. auch im Rahmen eines kompletten Steuerprotokolls P über ein Netzwerk 18 an das Magnetresonanzbildgebungssystem 1 übermittelt.
Die Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 weist hier eine Eingangsschnittstelle 23 auf. über diese Eingangsschnittstelle 23 wird – wie genauer anhand der 2 ersichtlich ist – der Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 zum einen eine Zielmagnetisierung ZM (vgl. 2) übermittelt, welche vorgibt, wie die Flipwinkelverteilung, d. h. die (örtlich gegebenenfalls unterschiedliche) Auslenkung der Spins gegenüber dem Grundmagnetfeld B₀ bei der gewünschten Messung sein sollte (wobei der Flipwinkel jeweils am betreffenden Ort, z. B. in einem bestimmten Voxel, den statistisch mittleren Auslenkungswinkel der Spins angibt). Ferner werden über die Eingangsschnittstelle 23 k-Raum-Gradiententrajektorienparameter bzw. zugehörige k-Raum-Gradiententrajektorienparameterwerte an die Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 übermittelt. Die k-Raum Gradiententrajektorienparameter können den Trajektorientyp TY, den vorgegebenen Anteil OR der Ansteuersequenz AS, den Amplitudenänderungsraten-Bruchteil RF der maximal erreichbaren Slew-Rate des Gradientenspulensystems und/oder ein Richtungsänderungsraten-Bruchteil RF einer maximal erreichbaren Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds umfassen. In dem Ausführungsbeispiel sind diese Parameter sowie auch die zugehörigen Parameterwerte zu einem gemeinsamen Datensatz zusammengefasst und werden über die Eingangsschnittstelle 23 an die Steuersequenzermittlungseinheit 22 übermittelt. Der Einfluss dieser Parameter auf die Ansteuersequenz AS wird im Späteren noch genauer erläutert.
Die beschriebenen Vorgaben erfolgen beispielsweise durch einen Experten, welcher entsprechend ausgebildet ist, um Steuerprotokolle P für bestimmte Messungen zu entwickeln. Die an die Eingangsschnittstelle 23 übermittelten Daten werden an eine Ansteuersequenz-Optimierungseinheit 25 übergeben, die dann automatisch eine bestimmte Ansteuersequenz AS, basierend auf der Zielmagnetisierung ZM und den vorgegebenen k-Raum-Gradiententrajektorienparametern bzw. den Parameterwerten erstellt. Wie speziell nachfolgend erläutert wird, werden hierbei eine oder mehrere k-Raum-Gradiententrajektorien modifiziert bzw. optimiert. Die dabei erzeugte Ansteuersequenz AS wird dann über eine Steuersequenzausgabeschnittstelle 24 wieder ausgegeben und kann beispielsweise im Rahmen eines Steuerprotokolls P, in dem noch weitere Vorgaben zur Ansteuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems 1 angegeben werden, an die Steuereinrichtung 10 übergeben werden.
Der Ablauf eines solchen Verfahrens zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS wird im Folgenden genauer anhand von 2 erläutert.
In einem ersten Schritt OPT1 werden zunächst die Zielmagnetisierung ZM sowie die bezüglich 1 erwähnten k-Raum-Gradiententrajektorienparameter einer oder mehrerer Gradiententrajektorien vorgegeben. Die Gradiententrajektorienparameter umfassen durch die Vorgabe der Amplitudenänderungsraten-Bruchteile AF und Richtungsänderungsraten-Bruchteile RF implizit auch Amplitudenänderungsraten-Grenzwerte AR_Max und Richtungsänderungsraten-Grenzwerte RR_Max. Diese Änderungsraten-Grenzwerte sowie auch der Gradientenänderungsratengrenzwert GR_Max oder der Gradientenänderungsraten-Bruchteil GF können alternativ ebenfalls in den k-Raum-Gradiententrajektorienparametern bzw. den zugehörigen Werten umfasst sein und an die Eingangsschnittstelle übermittelt werden. Ferner wird ein Anteil OR der Ansteuersequenz AS vorgegeben, der gemäß der Erfindung beschränkt sein soll.
Die Vorgabe der Parameterwerte erfolgt so, dass die Geometrie der Gradiententrajektorie zur Optimierung noch veränderbar ist. Das heißt, es wird – wie bereits angedeutet – nur eine initiale Grundgeometrie, d. h. der Trajektorientyp TY, wie beispielsweise eine radiale Abtastung des k-Raums oder eine kartesische Abtastung des k-Raums, mit Hilfe der k-Raum-Gradiententrajektorienparameter vorgegeben.
In einem weiteren Schritt OPT2 wird eine Optimierung der Gradiententrajektorie TT unter Berücksichtigung der über die Eingangsschnittstelle empfangenen Parameter bzw. Parameterwerte und der erfindungsgemäßen Beschränkung vorgenommen, wie dies anhand von 3 genauer erläutert wird.
Die ermittelte, gemäß der Erfindung optimierte Gradiententrajektorie TT wird in einem nachfolgenden Schritt OPT4 dahingehend überprüft, ob der vorgegebene Anteil OR der Ansteuersequenz AS, in dem die Beschränkung gemäß der Erfindung eingehalten werden soll, erreicht ist.
Ist dies noch nicht der Fall (Abzweig „n”), wird unter Berücksichtigung des erreichten Anteils CR, in dem die Beschränkung eingehalten wird, die Optimierung gemäß Schritt OPT2 weiter fortgesetzt, und zwar so lange, bis der erreichte Anteil CR wenigstens dem vorgegebenen Anteil OR entspricht. Andernfalls (Abzweig „y”) kann die optimierte Trajektorie TT für das weitere Verfahren genutzt werden.
In einem weiteren Schritt OPT3, der, wie anhand der strichlinierten Darstellung angedeutet ist, entweder zeitgleich mit dem Schritt OPT2 bzw. auch diesem nachfolgend vor dem Schritt OPT4 erfolgen kann, wird passend zu der Gradiententrajektorie TT eine HF-Pulsfolge so generiert, dass die Zielmagnetisierung ZM erreicht wird. Die so optimierte Ansteuersequenz kann dann direkt zur Ansteuerung des Gradientenspulensystems und des HF-Systems verwendet werden.
Die Optimierung wird im Folgenden anhand der 3 weiter verdeutlicht. 3 zeigt ausschnittsweise eine Gradiententrajektorie TT durch den k-Raum. Der Verlauf der Trajektorie TT im k-Raum wird durch das zu den verschiedenen Zeitpunkten jeweils momentan anliegende Gradientenmagnetfeld bestimmt. Die Richtung und Amplitude bzw. Stärke des Gradientenmagnetfelds wird zusammengefasst in Form eines sog. Gradientenvektors G (vgl. Gleichung (2)) beschrieben. In einem in 3 mit PA bezeichneten ersten Abschnitt der Trajektorie TT weist der Gradientenvektor G einen Anfangsamplitudenwert A₁ und eine Anfangsrichtung R₁ auf. In einem endlichen Zeitabschnitt T erfolgt die Änderung des Gradientenvektors G zu einem Endamplitudenwert A₂ und einer Endrichtung R₂, sodass der Gradientenvektor G' in einem zeitlich unmittelbar nachfolgenden zweiten Abschnitt PB der Trajektorie TT diese Werte aufweist.
3 zeigt den Übergang der Amplitudenwerte in dem Zeitabschnitt T in der mit A bezeichneten Detaildarstellung genauer. Die Änderung der Amplitude erfolgt dabei in dem Zeitabschnitt T von einer Anfangsamplitude A₁ im ersten Abschnitt PA der Trajektorie zu einer Endamplitude A₂ im zweiten Abschnitt PB der Trajektorie TT. Die momentane Amplitudenänderungsrate AR entspricht dabei dem Grenzwert des Differenzbetrags der Anfangsamplitude A₁ und der Endamplitude A₂ gebildet für den minimalen endlichen Zeitabschnitt T, der beispielsweise hier 100 μs beträgt und den „Moment” bestimmt, geteilt durch den Zeitabschnitt T.
Zur Verdeutlichung der Darstellung wurde der Zeitabschnitt T in 3 so gewählt, dass der Differenzbetrag der Amplituden A₁ und A₂ gerade der momentanen Amplitudenänderungsrate AR im Zeitabschnitt T entspricht. Ein sprunghaftes Schalten der Amplituden von A₁ zu A₂ würde jedoch eine momentane Amplitudenänderungsrate AR bedingen, die weit höher als der Differenzbetrag der Amplituden A₁ und A₂ ist. Gemäß der Erfindung ist diese weit höhere momentane Amplitudenänderungsrate AR nunmehr als Optimierungsbedingung beschränkt, sodass ein sprunghaftes Schalten des Gradientenmagnetfeldes, wie es technisch in dem Bildgebungssystem möglich wäre, vermieden wird.
Eine weitere mit R bezeichnete Detaildarstellung der 2 verdeutlicht den Begriff der momentanen Richtungsänderungsrate RR. Wiederum im Zeitabschnitt T betrachtet, ergibt sich eine Richtungsänderung von einer Anfangsrichtung R₁ zu einer Endrichtung R₂ des Gradientenmagnetfeldes G. Die momentane Richtungsänderungsrate RR wird dann aus dem durch den Zeitraum T geteilten Differenzbetrag (d. h. Bildung eines Differenzenquotionen über die Zeit) der Anfangsrichtung R₁ zur Endrichtung R₂ ermittelt, wobei Anfangs- und Endrichtung beispielsweise jeweils durch einen Winkel im k-Raum beschrieben werden können. Der Zeitraum T wurde zur Verdeutlichung wiederum so gewählt, dass der Differenzwinkel gerade der Richtungsungsänderungsrate RR entspricht; d. h. bei sprunghaftem Schalten des Gradientenmagnetfeldes wäre die momentane Richtungsänderungsrate RR wiederum deutlich höher. Gemäß der Erfindung ist diese weit höhere momentane Richtungsänderungsrate RR nunmehr als Optimierungsbedingung ebenfalls beschränkt. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Richtungsänderungsrate im Falle von Ansteuersequenzen, die dreidimensional ein Untersuchungsobjekt abtasten, auch bezüglich der Tangentialbahn der Gradiententrajektorie gemäß der Erfindung beschränkt ist.
Mit anderen Worten, eine momentane Änderungsrate, die beispielsweise die Amplitude oder die Richtung des Gradientenmagnetfelds betrifft, ist eine momentane Änderungsrate, die eine auf einen kurzen, jedoch endlichen Zeitraum bezogene Veränderung der Amplitude bzw. der Richtung beschreibt. Sie kann mathematisch als Ergebnis eines Grenzprozesses der Veränderung der Amplitude bzw. der Richtung in diesem minimalen Zeitraum beschrieben werden, sodass über die Optimierungsbedingungen ein sprunghaftes Schalten von Gradientenmagnetfeldern unterdrückt wird. Die momentane Richtungsänderungsrate RR entspricht somit der Änderungsgeschwindigkeit des Winkels des Gradientenmagnetfelds und die momentane Amplitudenänderungsrate AR entspricht der momentanen Slew-Rate des Gradientenspulensystems. Beide Parameter sind durch technische Randbedingungen des Gradientenspulensystems beschränkt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können diese Randbedingungen explizit als Optimierungsbedingung für den Verlauf eine Gradiententrajektorie TT berücksichtigt werden und die momentane Amplitudenänderungsrate AR und die momentane Richtungsänderungsrate RR unter Berücksichtigung von vorgegebenen Änderungsraten-Grenzwerten, die durch die gewünschte Lautstärkereduktion bedingt sind, können so optimiert beschränkt werden. Der Amplitudenänderungsraten-Grenzwert ist hier so gewählt, dass er einem vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Bruchteil einer maximal möglichen Amplitudenänderungsrate des Gradientenmagnetfelds entspricht.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Amplitudenänderungsraten-Grenzwert 80% der maximalen Slewrate des Magnetresonanzbildgebungssystems bzw. des Gradientenspulensystems, die in etwa 170 T/ms entspricht, d. h. der Amplitudenänderungsraten-Grenzwert beträgt 136 T/ms und der Amplitudenänderungsraten-Bruchteil somit 80%.
Die momentane Richtungsänderungsrate RR ist in gleicher Weise so beschränkt, dass ein Richtungsänderungsraten-Grenzwert unterschritten wird, der geringer ist als die bauartbedingte maximale Geschwindigkeit der Winkeländerung des Magnetfelds dieses Gradientenspulensystems bzw. Magnetresonanzbildgebungssystems. Typischerweise beträgt die maximale Winkelgeschwindigkeit, also die bauartbedingte maximale Geschwindigkeit der Änderung des Winkels des Gradientenmagnetfeldes 45°/ms. Der Richtungsänderungsraten-Grenzwert kann wiederum mit Hilfe eines vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Bruchteils der maximal möglichen Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems beschrieben werden.
Im dargestellten Beispiel beträgt der Richtungsänderungsraten-Grenzwert 80% der maximalen Winkelgeschwindigkeit des Gradientenmagnetfelds in diesem Magnetresonanzbildgebungssystem also in etwa 36°/ms, d. h. der Richtungsänderungsraten-Bruchteil beträgt somit 80%.
In das Bild der Momentangeschwindigkeit übersetzt, beschreibt die Forderung, dass die momentane Amplitudenänderungsrate AR und die momentane Richtungsänderungsrate RR so beschränkt werden, dass die Trajektorien mit einer begrenzten Beschleunigung bzgl. der Amplitude und einer begrenzten Geschwindigkeit der Winkeländerung, d. h. Winkelgeschwindigkeit durch den k-Raum verlaufen.
Es ergibt sich somit beispielsweise eine Analogie zum Autorennen. Um zu einer optimalen Rundenzeit zu kommen, fährt man die langen Geraden möglichst mit Höchstgeschwindigkeit und um die Kurven wegen der Fliehkraft mit beschränkter Winkelgeschwindigkeitsänderung. Anschaulich gesprochen werden im Rahmen der Erfindung zu kleine „Kurven im k-Raum”, die mit zu großer Geschwindigkeit durchfahren werden und somit zu einer erhöhten Lärmentwicklung führen, gemieden.
Zur Verdeutlichung der zur Lärmreduktion optimalen Beschränkungen des Gradientenmagnetfeldes zeigt 4 eine EPI-Trajektorie TT, die auf einer Ansteuersequenz basiert, welche mit gleichzeitig beschränkter momentaner Amplitudenänderungsrate und momentaner Richtungsänderungsrate mit Hilfe der in 1 beschriebenen Ansteuerungssquenz-Optimierungseinheit ermittelt bzw. optimiert wurde.
Die Ansteuersequenz umfasst dabei, wie bereits erwähnt, eine Anzahl von Hochfrequenzpulsen sowie von Gradientenpulsen, die den Verlauf der Trajektorie TT im k-Raum festlegen. Der k-Raum wird in diesem Ausführungsbeispiel in einer im Wesentlichen kartesischen Trajektorie TT abgetastet. Mit Hilfe eines k-Raum-Gradiententrajektorienparameterwerts, der von der ebenfalls in 1 beschriebenen Eingangsschnittstelle erfasst wird, kann in diesem Fall ein kartesischer Trajektorientyp ausgewählt werden.
Die kartesische Abtastung erfolgt dabei durch parallel zueinander im k-Raum (hier in k_y-Richtung) verlaufende Teiltrajektorien TT₁, TT₂, ..., TT₉. Während dieses parallelen Verlaufs der Teiltrajektorien TT₁, TT₂, TT₉ werden jeweils Magnetresonanzrohdaten akquiriert, die, wie bezüglich 1 beschrieben, weiterverarbeitet werden. Insbesondere in einem Winkeländerungsabschnitt W, in dem eine Richtungsänderung des Gradientenmagnetfelds erfolgt, ist die Trajektorie TT darüber hinaus so optimiert, dass eine momentane Amplitudenänderungsrate AR des Gradientenmagnetfeldes einen Amplitudenänderungsraten-Grenzwert unterschreitet. Gleichzeitig ist in diesem Winkeländerungsabschnitt W die momentane Richtungsänderungsrate RR des Gradientenmagnetfelds so beschränkt, dass sie den Richtungsänderungsraten-Grenzwert unterschreitet.
Der Winkeländerungsabschnitt W betrifft insbesondere den Übergang bzw. die Übergänge zwischen parallel im k-Raum verlaufenden Teiltrajektorien TT₁, TT₂, TT₃, ..., TT₉ der Trajektorie TT, wobei in dem Ausführungsbeispiel in den Winkeländerungsabschnitten W keine Magnetresonanzrohdaten akquiriert werden. Diese Winkeländerungsabschnitte W liegen daher vorzugsweise in Winkeländerungsbereichen WI außerhalb des durch die Trajektorie TT eigentlich zu erfassenden k-Raums. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da so die Beschränkungen real nur wenig Messzeit „kosten”, d. h. die Messzeit verlängern, da gegenüber einer unbeschränkten Trajektorie, d. h. nicht gemäß der Erfindung optimierten Trajektorie, die Datenakquisition in den parallel verlaufenden Teiltrajektorien TT₁, TT₂, ..., TT₉ mit identischer Geschwindigkeit bzw. Zeitdauer quasi unverändert erfolgt.
Betrachtet man den Winkeländerungsabschnitt W bei einem Übergang von einer ersten Teiltrajektorie TT₁ zu einer zweiten Teiltrajektorie TT₂, stellt man fest, dass, je kleiner die momentane Richtungsänderungsrate ist, desto größer die momentane Amplitudenänderungsrate des Gradientenmagnetfeldes sein kann. Im Bild des „Autorennens” bedeutet dies wiederum, je enger die Kurve ist, desto kleiner muss die Geschwindigkeit sein. Dazu ist ein Abbremsen bzw. Lenken des Autos notwendig, das im Analogbild der Erfindung nicht „schlagartig”, sondern mit beschränkter Änderungsrate erfolgt.
Da die Änderung der Lorentzkräfte bzw. die Wirbelstromkräfte in linearer Näherung aus der Kombination der momentanen Amplitudenänderungsrate und der momentanen Richtungsänderungsrate gebildet werden, ist es vorteilhaft, wenn die momentane Amplitudenänderungsrate und die momentane Richtungsänderungsrate nicht unabhängig voneinander beschränkt sind, um unter Berücksichtigung von Lärmreduktionsaspekten eine optimale Geschwindigkeit in der Abtastung des k-Raums zu ermöglichen.
In dem Ausführungsbeispiel ist deshalb eine auf einer Kombination der momentanen Amplitudenänderungsrate und der momentanen Richtungsänderungsrate basierende momentane Gradientenänderungsrate des Gradientenmagnetfeldes festgelegt. Ein Gradientenänderungsraten-Grenzwert GR_Max wird dabei durch einen Vektor basierend auf dem Amplitudenänderungsraten-Grenzwert AR_Max und dem Richtungsänderungsraten-Grenzwert RR_Max gebildet, d. h. GR_Max ~ (AR_Max, RR_Max). (10)
Die Grenzwerte AR_Max und RR_Max entsprechen in diesem Ausführungsbeispiel 90% der maximalen Slew-Rate bzw. der maximal möglichen Winkelgeschwindigkeitsänderung des Magnetresonanzbildgebungssystems.
Mit der zuvor beschriebenen kombinierten Beschränkungsbedingung mittels eines Gradientenänderungsraten-Grenzwerts GR_Max ist es möglich, die einzelnen Grenzwerte AR_Max und RR_Max relativ hoch, in diesem Fall höher als in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, zu wählen.
Zur konkreten Ermittlung der momentanen Gradientenänderungsrate GR kann die momentane Amplitudenänderungsrate AR und die momentane Richtungsänderungsrate zueinander in dynamische Abhängigkeit gesetzt werden. In einer einfachen Form kann dies beispielsweise durch eine Koeffizientenbeschreibung erfolgen, welche eine Skalierung des Amplitudenänderungs-Grenzwerts AR_Max zu höheren Werten zulässt, wenn eine Skalierung des momentanen Richtungsänderungs-Grenzwert RR_Max zu niedrigeren Werten erfolgt und umgekehrt.
In diesem Fall kann der momentane Gradientenänderungsraten-Grenzwert dann (als Sonderfall der allgemeineren Abhängigkeit nach Gleichung (10)) durch die Vektorgleichung GR_Max(AR_Max, RR_Max) = (C₁AR_Max, C₂RR_Max) (11) festgelegt werden. Dabei kann der Koeffizient C₂ eine in diesem Fall stetige Funktion f des Koeffizienten C₁ sein, d. h. C₂ = f(C₁), (12) wie beispielsweise C₂ = C₃ – C₁. (13)
Dabei ist C₃ eine zeitlich invariante Konstante, und C₁ kann sich dagegen beispielsweise zeitlich ändern. In jedem Fall werden die Koeffizienten so festgelegt, dass die einzelnen Grenzwerte AR_Max und RR_Max in einzelnen Beschränkungsabschnitten nicht überschritten werden.
Der Gradientenänderungsraten-Grenzwert GR_Max beschreibt eine Gesamtbeschränkung für die zeitliche Änderung der Lorentzkräfte bzw. für die Wirbelstromkräfte, wobei die momentanen Richtungungsänderungs-Grenzwerte RR_Max und momentanen Amplitudenänderungs-Grenzwerte AR_Max wie beschrieben jedoch zeitlich variabel zur Festlegung des Gradientenänderungsraten-Grenzwerts GR_Max skaliert werden.
Somit wird ein Übergang der Teiltrajektorie TT₁ zur Teiltrajektorie TT₂ möglich, wie er in 4 dargestellt ist, wobei mit zunehmender momentaner Richtungsänderungsrate die momentane Amplitudenänderungsrate immer geringer wird und umgekehrt. In der Darstellung der 4 wird die Amplitude des Gradientenmagnetfeldes beispielsweise durch die Länge der Pfeile und die Richtung des Gradientenmagnetfeldes durch die Orientierung der Pfeilspitze im Winkeländerungsabschnitt W angedeutet. Wie bereits beschrieben, erfolgt die Datenakquisition von Magnetresonanzrohdaten im Wesentlichen so, wie dies einer konventionellen kartesischen Abtastung des k-Raum mit mehreren Teiltrajektorien TT₁, TT₂, ..., TT₉ entspricht. Abweichend zum konventionellen Verfahren ist das Gradientenmagnetfeld im Winkeländerungsabschnitt W jedoch wie zuvor beschrieben beschränkt. Um die Beschränkungsbedingungen gut einhalten zu können, kann im Gegensatz zu konventionellen kartesischen Trajektorien die zeitliche Abtastung des k-Raums so erfolgen, dass im k-Raum nebeneinander liegende parallele Teiltrajektorien TT₁, TT₂, ..., TT₉ nicht unmittelbar zeitlich aufeinander folgend erfasst werden. Zwischen den im Wesentlichen in k_y-Richtung des k-Raums verlaufenden Teiltrajektorien TT₁ und TT₂ ist im k-Raum in der zur k_y-Richtung orthogonalen k_x-Richtung beispielsweise gemäß der Darstellung die Teiltrajektorie TT₈ angeordnet, die „zunächst übersprungen” wird, d. h. zeitlich später gegenüber der Teiltrajektorie TT₂ erfasst wird.
Insbesondere ist eine Folge dieses Überspringens von räumlich benachbart erfassten bzw. angeordneten Teiltrajektorien TT₁, TT₂, ..., TT₉, dass die Trajektorie TT nunmehr Kreuzungspunkte mit sich selbst aufweist. In der kartesischen Trajektorie TT sind diese Kreuzungspunkte im Winkeländerungsabschnitt W innerhalb einer Wendesequenz angeordnet. Betrachtet man beispielsweise den Übergang der Teiltrajektorie TT₁ zur Teiltrajektorie TT₂, so liegt in dem entsprechenden Winkeländerungsabschnitt W ein Kreuzungspunkt der Trajektorie TT mit sich selbst, der aus dem Übergang der Teiltrajektorie TT₇ zur Teiltrajektorie TT₈ resultiert. Eine Richtungsänderung des Gradientenmagnetfelds erfolgt bei einem Übergang von der ersten Teiltrajektorie TT₁ zu der zweiten Teiltrajektorie TT₂ so, dass sich die Richtung des Gradientenmagnetfelds und auch die Richtung der Trajektorie um 180° ändern. Die Abtastung in der auf die Teiltrajektorie TT₁ zeitlich folgenden Teiltrajektorie TT₂ erfolgt umgekehrt zur Richtung der Teiltrajektorie TT₁, insbesondere in umgekehrter k_y-Richtung.
Diese vollständige Richtungsumkehr der Trajektorie führt zu einer äquidistanten, mäanderartigen Abtastung des k-Raums mit Hilfe einer einzigen Trajektorie TT, welche die Lärmbelastung in Grenzen hält.
Auch die Trajektorie TT' der 5 greift diese Idee auf und ist nur geringfügig gegenüber konventionellen radialen Trajektorien durch den k-Raum modifiziert. Ein Trajektorientyp, der zur Optimierung dieser Trajektorie an die bzgl. 1 erwähnte Eingansgsschnittstelle übergeben wird, könnte dann beispielsweise „radial” sein, da die dargestellte Trajektorie TT' den k-Raum im Wesentlichen radial in einer einzelnen zusammenhängenden Trajektorie abtastet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Akquisition von Magnetresonanzrohdaten in mehreren Teiltrajektorien TT₁', TT₂', ..., TT₇', die einen gemeinsamen Kreuzungspunkt C im Zentrum des k-Raums aufweisen. Gemäß der dargestellten Trajektorie TT' wird dieser gemeinsame Kreuzungspunkt C mehrmals, in dem Ausführungsbeispiel genau sieben Mal, im Verlauf der Abtastung des k-Raums erfasst.
Die Magnetresonanzrohdatenakquise erfolgt auch hier ausschließlich während der Abtastung des k-Raums in gleich bleibender Geschwindigkeit mit mehreren geradlinigen, im k-Raum verlaufenden Teiltrajektorien TT₁', TT₂', ..., TT₇'. Der Übergang zwischen diesen Teiltrajektorien TT₁', TT₂', ..., TT₇' erfolgt wiederum so, dass die dazu notwendige Richtungsänderung des Gradientenmagnetfelds und die dazu notwendige Amplitudenänderung unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Beschränkungen erfolgt. Bei einem Übergang von einer ersten Teiltrajektorie TT₁' zu einer zweiten Teiltrajektorie TT₂' ist eine Richtungsänderung des Gradientenmagnetfelds bzw. der Trajektorie TT' von mehr als 180° erforderlich.
Die zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden Teiltrajektorien TT₁ und TT₂ schneiden sich im Zentrum C des k-Raums, wobei ihre Durchlaufrichtung im k-Raum in k_y-Richtung jeweils entgegengesetzt ist.
Im Gegensatz zur kartesischen Trajektorie der 4 schneiden sich die Übergangstrajektorien zwischen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend abgetasteten Teiltrajektorien TT_1', TT_2', ..., TT_7' nicht, obwohl die erfindungsgemäßen Beschränkungen eingehalten werden. In dem Ausführungsbeispiel sind der Amplitudenanderungsraten-Grenzwert AR_Max und der Richtungsänderungsraten-Grenzwert RR_Max jedoch geringer als bei der kartesischen Abtastung des k-Raums gemäß 4 gewählt. In dem Ausführungsbeispiel der radialen Trajektorie gemäß 5 sind beide vorgegebenen Änderungsratenbruchteile nur 60%.
Wie anhand der gestrichelten Übergangstrajektorien, beispielsweise zwischen der Teiltrajektorie TT₁' und der Teiltrajektorie TT₄', erkennbar ist, kann es je nach Beschränkung der Richtungsänderungsrate RR bzw. der Amplitudenänderungsrate AR sinnvoll sein, dennoch Kreuzungen im Übergangsbereich zwischen den Teiltrajektorien TT₁', TT₂', ..., TT₇' vorzusehen.
Insbesondere kann dadurch bei gleich bleibender Beschränkung die Dichte der Abtastung des k-Raums erhöht werden, bzw. alternativ kann die Beschränkung der Richtungsänderungsrate bzw. der Amplitudenänderungsrate geändert werden, sodass in dieser Hinsicht eine Optimierung bzgl. der Geschwindigkeit der Abtastung des k-Raums erfolgen kann.
Die Änderungsraten-Bruchteile könnten ebenfalls über die bzgl. 1 erwähnte Eingangsschnittstelle der Steuersequenzermittlungseinrichtung beispielsweise durch Eingabe der Daten von einem Benutzer zur Verfügung gestellt werden. In gleicher Weise ist auch denkbar, dass für ein bestimmtes Bildgebungssystem die Ansteuersequenzermittlungseinrichtung bzw. die Ansteuersequenz-Optimierungseinheit die Änderungsraten-Bruchteile zugewiesen erhält. Dies kann beispielsweise automatisch mit Hilfe einer Anfrage in einer Datenbank erfolgen, die Bestandteil der Steuersequenzermittlungseinrichtung 22 sein kann.
Die Lärmentwicklung des Gradientenspulensystems kann somit individuell angepasst werden, so dass eine Anpassung der Beschränkung auf Basis des verwendeten Magnetresonanzbildgebungssystems und/oder auf Basis der Art des Untersuchungsobjektes ermöglicht wird.
Den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 ist jeweils gemeinsam, dass eine im Wesentlichen zusammenhängende Trajektorie TT bzw. TT' den k-Raum vollständig durchgehend abtastet. Die lärmkritischen Abschnitte dieser Trajektorie, in denen eine Änderung des Gradientenmagnetfeldes erfolgt, werden dabei erfindungsgemäß optimiert, d. h. in Winkeländerungsabschnitten wird der Gradientenvektor G stetig gedreht.
Neben der beschriebenen Art der Richtungsänderung und Amplitudenänderung kann die Beschränkung der Richtungsänderungsrate und Amplitudenänderungsrate auch eine spezielle Art und Weise betreffen, wie zeitlich einander nachfolgend abgetastete Trajektorien mit jeweils einem Start- bzw. Endpunkt ineinander überführt werden. Dies wird mit Hilfe von 6 verdeutlicht, die einen Ausschnitt aus einer leisen TSE-Ansteuersequenz zeigt.
Im Verlauf einer ersten Trajektorie, die in 6 mit TT₁'' bezeichnet wird und am Startpunkt S₁ beginnt, wird diese unter Beachtung der erfindungsgemäßen Beschränkung auf einen Endpunkt E₁ im k-Raum gefahren.
Der Endpunkt E₁ der ersten Trajektorie TT₁'' entspricht in k_y-Richtung den k-Raum Koordinaten eines Startpunkts S₂ einer zweiten Trajektorie TT₂''. Jedoch unterscheidet sich der Endpunkt E₁ der ersten Trajektorie TT₁'' gegenüber einem Startpunkt S₂ einer unmittelbar nachfolgend erfassten zweiten Trajektorie TT₂ in seinen k-Raumkoordinaten in k_x-Richtung. Die k_x-Koordinate des Endpunkts E₁ der ersten Trajektorie TT₁'' entspricht im k-Raum einer vorzeicheninvertierten k_x-Koordinate des Startpunkts S₂ der zweiten Trajektorie TT₂''. Die k_x-Koordinate des Endpunkts E₁ kann aber in die k_x-Koordinate des Startpunkts S₂ durch Vorzeichenspiegelung überführt werden. Um diese Koordinatenänderung im k-Raum vornehmen zu können, ist keine Änderung des eigentlichen Gradientenmagnetfelds notwendig.
Stattdessen kann dies durch Umkehr der Magnetisierung des Untersuchungsobjekts erreicht werden, wobei gleichzeitig eine Spiegelung der k-Raum-Koordinate bezüglich des Ursprungs, also zu -k, erfolgt. Eine solche Ummagnetisierung ist beispielsweise mit einem 180° Inversionspuls bzw. Refokussierungspuls möglich. Die erfindungsgemäßen Beschränkungen der momentanen Gradientenänderungsrate GR, insbesondere der momentanen Amplitudenänderungsrate AR und der momentanen Richtungsänderungsrate RR, werden durch diesen Übergang somit weiterhin erfüllt, da die zugrunde liegenden Gradientenmagnetfelder nicht geschaltet bzw. verändert werden.
Somit besteht alternativ zu den Darstellungen der 4 und 5 auch die Möglichkeit, einen Übergang zwischen Teiltrajektorien dadurch zu erreichen, dass jeweils an einem Endpunkt der Teiltrajektorie das Gradientenmagnetfeld im Wesentlichen mit einem Gradientenmagnetfeld des Startpunkts der unmittelbar nachfolgend erfassten zweiten Teiltrajektorie übereinstimmt. Die Koordinate des Startpunkts der nachfolgenden zweiten Teiltrajektorie im k-Raum kann dann beispielsweise durch Spiegelung an einer Achse durch das k-Raumzentrum senkrecht zur jeweiligen Teiltrajektorie verlaufenden Achse mit Hilfe einer Modifikation der Magnetisierung eingestellt werden.
Aus dem zuvor Beschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung wirkungsvoll Möglichkeiten bereitstellt, um die Lärmerzeugung in einem Magnetresonanzbildgebungssystem zu vermindern. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale sämtlicher Ausführungsbeispiele oder in Figuren offenbarter Weiterbildungen in beliebiger Kombination, beispielsweise für kartesische TSE-, kartesische GRE-, kartesische EPI-, radiale TSE- bzw. radiale EPI-Ansteuersequenzen verwendet werden können. Es wird abschließend ebenfalls darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorher detailliert beschriebenen Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuersequenz, Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems, bei der Steuersequenzermittlungseinrichtung, bei dem Magnetresonanzbildgebungssystem, bei der Ansteuersequenz bzw. bei dem Computerprogrammprodukt lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuersequenz (AS) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem, um auf Basis der Ansteuersequenz (AS) echosignalbasierte Magnetresonanzrohdaten in einem k-Raum entlang einer oder mehreren Trajektorien (TT, TT', TT₁'', TT₂'') zu erfassen, wobei die Ansteuersequenz (AS) so optimiert wird, dass zur Ansteuerung eines Gradientenmagnetfeldes für zumindest einen vorgegebenen Anteil (OR) der Ansteuersequenz (AS) die Änderung des Gradientenmagnetfeldes in der Art beschränkt ist, – dass eine momentane Amplitudenänderungsrate (AR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Grenzwert (AR_Max) unterschreitet und – dass eine momentane Richtungsänderungsrate (RR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Grenzwert (RR_Max) unterschreitet. und/oder – dass eine auf einer Kombination der momentanen Amplitudenänderungsrate (AR) und der momentane Richtungsänderungsrate (RR) basierende momentane Gradientenänderungsrate (GR) des Gradientenmagnetfeldes (G) einen vorgegebenen Gradientenänderungsraten-Grenzwert (GR_Max) unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplitudenänderungsraten-Grenzwert (AR_Max) einem vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Bruchteil (AF) einer maximal möglichen Amplitudenänderungsrate des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) entspricht und/oder der Richtungsänderungsraten-Grenzwert (RR_Max) einem vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Bruchteil (RF) der maximal möglichen Richtungsänderungsrate des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) entspricht und/oder der Gradientenänderungsraten-Grenzwert (GR_Max) einem vorgegebenen Gradientenänderungsraten-Bruchteil (GF) einer maximal möglichen Gradientenänderung entspricht, der auf einer Kombination der maximal möglichen Amplitudenänderungsrate (AR) und der maximal möglichen Richtungsänderungsrate (RR) des Gradientenmagnetfelds des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) basiert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Amplitudenänderungsraten-Bruchteil (AF) maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40%, ganz besonders bevorzugt maximal 20% beträgt und/oder dass der Richtungsänderungsraten-Bruchteil (RF) maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40%, ganz besonders bevorzugt maximal 20% beträgt und/oder der Gradientenänderungsraten-Bruchteil (GF) maximal 80%, bevorzugt maximal 60%, besonders bevorzugt maximal 40%, ganz besonders bevorzugt maximal 20% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vorgegebenen Anteil (OR) der Ansteuersequenz (AS) wenigstens eine Richtungsänderung und/oder Amplitudenänderung des Gradientenmagnetfelds erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersequenz (AS) so zur Ansteuerung ausgebildet ist, dass die Magnetresonanz-Rohdaten (RD) wenigstens teilweise mit Hilfe eines Gradientenechoverfahrens, eines Spin-Echo-Verfahrens, eines Turbo-Spin-Echo-Verfahrens oder eines Echo-Planar-Imaging-Verfahrens erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 50% der erfassten Magnetresonanzrohdaten (RD) mit Hilfe einer einzelnen Trajektorie (TT, TT') erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschränkung der momentanen Amplitudenänderungsrate (AR) und der momentane Richtungsänderungsrate (RR) und/oder der momentane Gradientenänderungsrate (GR) auch bei einem Übergang von einer ersten Trajektorie (TT₁'') zu einer zeitlich unmittelbar nachfolgenden zweiten Trajektorie (TT₂'') im k-Raum eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Übergang von der ersten Trajektorie (TT₁'') auf die zweite Trajektorie (TT₂'') das Gradientenmagnetfeld im Verlauf der Trajektorie (TT₁'') auf einen Endwert überführt wird, der einem Endpunkt (E₁) der ersten Trajektorie im k-Raum entspricht, wobei das Gradientenmagnetfeld an diesem Endpunkt (E₁) in mindestens einer Raumrichtung einem Gradientenmagnetfeld an einem Startpunkt (S₂) der zweiten Trajektorie (TT₂'') im k-Raum im Wesentlichen entspricht, wobei der Endpunkt (E₁) im k-Raum von dem Startpunkt (S₂) im k-Raum abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf einer Trajektorie (TT, TT', TT₁'', TT₂'') in der Ansteuersequenz (AS) eine Winkeländerung des Gradientenmagnetfeldes von wenigsten 90°, vorzugsweise wenigstens 180° erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Trajektorie (TT, TT') in einem Winkeländerungsabschnitt (W) ein Kreuzungspunkt der Trajektorie (TT, TT') mit sich selbst und/oder einer weiteren Trajektorie (TT, TT') der Ansteuersequenz (AS) liegt.
Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems (1), bei dem zunächst in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eine Ansteuersequenz (AS) ermittelt und dann das Magnetresonanzsystem (1) unter Nutzung dieser Ansteuersequenz (AS) betrieben wird.
Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) zur Ermittlung einer Ansteuersequenz (AS) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem, wobei die Ansteuersequenz (AS) so ausgebildet ist, dass damit echosignalbasierte Magnetresonanzrohdaten in einem k-Raum entlang einer oder mehreren Trajektorien (TT, TT', TT₁'', TT₂'') erfassbar sind, wobei die Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) – eine Eingangs-Schnittstelle (23) zur Erfassung eines k-Raum-Gradiententrajektorienparameterwertes und einer Ziel-Magnetisierung (ZM), – eine Ansteuersequenz-Optimierungseinheit (25) umfasst, die so ausgebildet ist, dass die Ansteuersequenz (AS) so optimiert wird, dass zur Ansteuerung eines Gradientenmagnetfeldes für zumindest einen vorgegebenen Anteil (OR) der Ansteuersequenz (AS) die Änderung des Gradientenmagnetfeldes in der Art beschränkt ist, – dass eine momentane Amplitudenänderungsrate (AR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Amplitudenänderungsraten-Grenzwert (AR_Max) unterschreitet und – dass eine momentane Richtungsänderungsrate (RR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Richtungsänderungsraten-Grenzwert (RR_Max) unterschreitet und/oder – dass eine auf einer Kombination der momentanen Amplitudenänderungsrate (AR) und der momentane Richtungsänderungsrate (RR) basierende momentane Gradientenänderungsrate (GR) des Gradientenmagnetfeldes einen vorgegebenen Gradientenänderungsraten-Grenzwert (GR_Max) unterschreitet, – und eine Steuersequenzausgabeschnittstelle (24) aufweist.
Magnetresonanzbildgebungssystem (1) mit einem Gradientenspulensystem (4) und einer Steuereinrichtung (10), welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Ansteuersequenz (AS) das Gradientenspulensystem (4) anzusteuern, gekennzeichnet durch eine Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) nach Anspruch 12, um eine Ansteuersequenz (AS) zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung (10) zu übergeben.
Ansteuersequenz (AS) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem, die mit Hilfe einer Steuereinrichtung (10) zur Steuerung eines Gradientenmagnetfeldes eines Magnetresonanzbildgebungssystems (1) ausführbar ist und in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelt wurde.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuersequenzermittlungseinrichtung (22) ausgeführt wird.