DE102012214660A1

DE102012214660A1 - Automatisierte spektrale Fettsättigung

Info

Publication number: DE102012214660A1
Application number: DE102012214660.1A
Authority: DE
Inventors: Dominik Paul; Benjamin Schmitt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2032-08-18
Also published as: CN103592609B; US9632159B2; CN103592609A; US20140049258A1; DE102012214660B4

Abstract

Das beanspruchte Verfahren basiert auf der Aufnahme eines MR-Spektrums in einem Schritt S mit Hilfe einer HF-Spule sowie eines MRT-Geräts, wobei im Aufnahmevolumen des MRT-Geräts ein statisches Magnetfeld B0 herrscht, sowie auf einer automatischen Analyse dieses MR-Spektrums in einem Schritt A durch eine Suche nach zwei Resonanzsignalen in Form eines Fett-Peaks sowie eines Wasser-Peaks und nach einem Minimum zwischen den beiden Peaks. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, eine solche automatische Analyse für eine automatische Entscheidung E, abhängig von einem vorgebbaren Kriterium, darüber zu nutzen, ob eine Serie, umfassend die Schritte J, S, A und E, oder Schritt P durchgeführt wird, wobei Schritt J eine Justage der Homogenität des statischen Magnetfeldes B0 mit Hilfe wenigstens einer Shim-Spule des MRT-Geräts umfasst, und wobei Schritt P die Berechnung eines HF-Pulses zur Fettsättigung abhängig von dem Ergebnis der Suche in Schritt A umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten spektralen Fettsättigung sowie ein Computerprogrammprodukt und ein System zur automatisierten spektralen Fettsättigung.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein bildgebendes Verfahren, das vor allem in der medizinischen Diagnostik eingesetzt wird. Für die MRT wird ein hohes sowie homogenes statisches Magnetfeld benötigt, auch als B₀-Feld bezeichnet. Bei der MRT werden die Relaxationszeiten von Kernspins als Reaktion auf einen hochfrequenten (HF) Anregungspuls beobachtet, insbesondere die sogenannte longitudinale Relaxationszeit T₁ sowie die transversale Relaxationszeit T₂. Dabei spielt die Messung von Relaxationszeiten des Wasserstoffkerns, also eines Protons, aufgrund seiner Häufigkeit im menschlichen Körper die größte Rolle. Eine Herausforderung in der MRT ist es einen guten Kontrast zwischen Fettgewebe und wässrigem Gewebe zu erzeugen und insbesondere störende Einflüsse von Fettsignalen in wässrigen Geweben zu minimieren. Eine Trennung der Signale von Fett- und Wassermoleküle ist aufgrund der unterschiedlichen chemischen Verschiebung beider Signale möglich. Unter chemischer Verschiebung versteht man eine Verschiebung der Resonanzfrequenz eines Kernes in Abhängigkeit von seiner elektrischen und chemischen Umgebung. Eine Methode zur Unterdrückung von Fettsignalen aufgrund der unterschiedlichen chemischen Verschiebung von Wasserstoffkernen in Fettgewebe sowie in wässrigem Gewebe ist als spektrale Fettsättigung bekannt. In einem Magnetresonanz(MR)-Spektrum zeigen sich die Resonanzen von Wasserstoffkernen in Fett- und Wassermolekülen als getrennte Signale in Form eines Fett- und Wasser-Peaks. Dann wird ein spektral selektiver HF-Anregungspuls ausgesendet, der nur die Wasserstoffkerne im Fettgewebe anregt, so dass die longitudinale Magnetisierung im Fett in eine transversale Magnetisierung konvertiert wird. Diese wird sofort durch einen Magnetfeldgradienten dephasiert, so dass das Fettgewebe durch die direkt folgenden Bildgebunssequenz nicht mehr dargestellt werden kann. Die spektrale Fettsättigung ist jedoch anfällig gegenüber Inhomogenitäten des B₀-Feldes und den jeweiligen transversalen Relaxationszeiten innerhalb des Messvolumens. Denn diese bestimmen die Position und die Breite des Fett-Peaks im MR-Spektrum. Diese Abhängigkeit bedingt somit, dass die Qualität der Fettsignalunterdrückung räumlich inhomogen verteilt sein kann. Eine Möglichkeit, die Homogenität des B₀-Feldes zu justieren, nennt man „Shimmen”. Es gibt daher bei den meisten MRT-Systemen sogenannte Shimspulen, die in der Lage sind, auch komplexere räumliche Verläufe von Magnetfeldern zu korrigieren.
Aus DE 10 2009 018 878 B4 ist ein Verfahren zur Bildgebung in der Magnetresonanztomographie mit spektraler Fett-Sättigung oder spektraler Wasser-Anregung in einem darzustellenden Gewebebereich eines zu untersuchenden Patienten bekannt, aufweisend die folgenden Schritte:

S1: Frequenzjustiermessung eines darzustellenden Bereiches eines Patienten mit einer ausgewählten ersten Teil-Spule des MRT-Systems,
S2: Exaktes Bestimmen der Resonanzfrequenz von Wasser anhand des in Schritt S1 gewonnenen die Resonanzfrequenzen von Fett und Wasser aufweisenden Spektrums,
S3: Wiederholen der Schritte S1 und S2 mit zumindest einer weiteren ausgewählten der ersten Teil-Spule benachbarten zweiten Teil-Spule des MRT Systems,
S4: Messen eines k-Raumdatensatzes mit einer Teil-Spule oder einer Teil-Spulenkombination auf Basis der diesen Teil-Spulen zugeordneten Wasser-Resonanzfrequenz,
S5: Wiederholen des Schrittes S4 mit anderen Teil-Spulen oder anderen Teil-Spulenkombinationen bis der gesamte darzustellende Gewebebereich vermessen worden ist,
S6: Kombinieren der in den Schritten S4 und S5 gewonnenen Messergebnisse, und
S7: Darstellen des in Schritt S6 gewonnenen Ergebnisses im Bildraum in Form eines Gesamtbildes des darzustellenden Gewebebereichs.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die spektrale Fettsättigung für ein bildgebendes MRT-Aufnahmeverfahren zu verbessern, insbesondere weniger anfällig gegenüber Inhomogenitäten des statischen B₀-Feldes zu machen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10 und durch ein System nach Anspruch 12.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte System als auch in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf ein System gerichtet sind) auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module ausgebildet.
Das beanspruchte Verfahren basiert auf der Aufnahme eines MR-Spektrums in einem Schritt S mit Hilfe einer HF-Spule sowie eines MRT-Geräts, wobei im Aufnahmevolumen des MRT-Geräts ein statisches Magnetfeld B₀ herrscht, sowie auf einer automatischen Analyse dieses MR-Spektrums in einem Schritt A durch eine Suche nach zwei Resonanzfrequenzen in Form eines Fett-Peaks sowie eines Wasser-Peaks und nach ein Minimum zwischen den beiden Peaks. Die Erfindung liegt die Idee zu Grunde eine solche automatische Analyse für eine automatische Entscheidung E, abhängig von einem vorgebbaren Kriterium, darüber zu nutzen, ob eine Serie, umfassend die Schritte J, S, A und E, oder Schritt P durchgeführt wird, wobei Schritt J eine Justage der Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ mit Hilfe wenigstens einer Shim-Spule des MRT-Geräts umfasst, und wobei Schritt P die Berechnung eines HF-Pulses zur Fettsättigung abhängig von dem Ergebnis der Suche in Schritt A umfasst. Die automatische Entscheidung E ermöglicht es, die Separation des Fett-Peaks und des Wasser-Peaks – und damit auch die Grundlage zur Berechnung des HF-Pulses zur Fettsättigung – durch eine erneute Justage der Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ zu verbessern. Denn eine erhöhte Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ bewirkt eine verbesserte Separation des Fett-Peaks und des Wasser-Peaks im MR-Spektrum. Die Serie aus den Verfahrensschritten J, S, A und E wird so lange iterativ wiederholt, bis ein Kriterium erfüllt und die Berechnung des HF-Pulses zur Fettsättigung eingeleitet wird. Eine anschließende Fettsättigung mit Hilfe des berechneten HF-Pulses für ein bildgebendes MRT-Aufnahmeverfahren wird also weniger anfällig gegenüber den ursprünglichen Inhomogenitäten des statischen B₀-Feldes.
In einer Ausführungsform besteht das Kriterium darin, ob ein charakteristischer, das MR-Spektrum beschreibender Wert einen Schwellwert über- oder unterschreitet, wodurch die Erfüllung des Kriteriums besonders einfach getestet werden kann.
Weiterhin hat die Aufnahme des MR-Spektrums mit Hilfe einer lokalen HF-Spule den Vorteil eines verbesserten Signal-zu-Rausch Verhältnisses im Verhältnis zu einer Aufnahme mit Hilfe einer Ganzkörper-HF-Spule.
Eine Anpassung einer mathematischen Funktion an das MR-Spektrum zum Zweck der automatischen Analyse des MR-Spektrums bietet den Vorteil, dass charakteristische Eigenschaften des MR-Spektrums wie die Position und Höhe von Resonanzen besonders einfach bestimmt werden können. Denn bei entsprechender Wahl der mathematischen Funktion gehen solche charakteristischen Eigenschaften direkt aus den freien Parametern der angepassten mathematischen Funktion hervor.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst Schritt A den Unterschritt AL: Erstellen einer Liste mit folgenden Informationen:

– spektrale Position des Wasser-Peaks und des Fett-Peaks sowie des Minimums zwischen den beiden Peaks,
– charakteristische Breite des Wasser-Peaks sowie des Fett-Peaks in dem MR-Spektrum,
– Amplitude des Wasser-Peaks und des Fett-Peaks in dem MR-Spektrum.

Eine solche Liste stellt eine besonders ökonomische Darstellung des Analyseergebnisses dar und ermöglicht es auf einfache Art und Weise mehrere MR-Spektren miteinander zu vergleichen. Denn zum Vergleich verschiedener MR-Spektren müssen nur die korrespondierenden Einträge verschiedener Listen miteinander verglichen werden.
Das Kriterium, ob wenigstens eine Information in der Liste wenigstens einen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet, ist besonders einfach zu überprüfen und führt zu einem klaren Ergebnis. Weiterhin lässt sich ein solches Kriterium besonders leicht den konkreten Erfordernissen anpassen, indem einfach der Schwellwert geändert wird.
In einer weiteren Ausführungsform werden n Serien ausgeführt, wobei der Schritt A in der n-ten Serie folgenden Unterschritt umfasst:

– AV: Vergleich des MR-Spektrums in der n-ten Serie mit dem MR-Spektrum in der (n – 1)-ten Serie durch Berechnung wenigstens eines Vergleichswerts, der wenigstens eine Information in der Liste der n-ten Serie mit wenigstens einer Information in der Liste der (n – 1)-ten Serie miteinander in Beziehung setzt,

Das vorgebbare Kriterium, ob wenigstens ein Vergleichswert einen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet, bietet den Vorteil, dass er besonders einfach zu überprüfen ist und zu einem klaren Ergebnis führt. Weiterhin lässt sich ein solches Kriterium besonders leicht den konkreten Erfordernissen anpassen, indem einfach der Schwellwert geändert wird.
Die Berechnung des HF-Pulses zur Fettsättigung in Abhängigkeit eines Minimums zwischen dem Fett-Peak und dem Wasser-Peak im MR-Spektrum ermöglicht es, dass der HF-Puls bei einem anschließenden bildgebenden MRT-Aufnahmeverfahren das Fettsignal – und nahezu ausschließlich dieses – effektiv sättigt, selbst wenn aufgrund einer geringen räumlichen Homogenität eine zunehmende Überlagerung von Fett- und Wasser-Peak beobachtet wird.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, aufrufbar in den internen Speicher eines Computers, umfassend ein Computerprogramm zur Durchführung der Schritte des beanspruchten Verfahrens, so dass die Schritte des Verfahrens schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden können.
Die Erfindung umfasst ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt ausführbar gespeichert ist.
Außerdem können die angegebenen Verfahrensschritte der Erfindung von einem System ausgeführt werden, das zur Ausführung der jeweiligen Verfahrensschritte ausgelegt ist und auf folgendem System beruht: System zur automatisierten spektralen Fettsättigung, umfassend folgende Einheiten:

– ein MRT-Gerät sowie eine HF-Spule, die zur Aufnahme eines MR-Spektrums ausgelegt sind, wobei das MRT-Gerät dazu ausgelegt ist in einem Aufnahmevolumen ein statisches Magnetfeld B₀ aufzubauen,
– wenigstens eine Shim-Spule, ausgelegt zur Justage der Homogenität eines statischen Magnetfeldes B₀ im Aufnahmevolumen des MRT-Geräts,
– eine Steuerungseinheit, ausgelegt zur Steuerung des MRT-Geräts, der HF-Spule sowie wenigstens einer Shim-Spule,
– eine Analyseeinheit, ausgelegt zur automatischen Analyse des MR-Spektrums, umfassend eine Suche nach wenigstens zwei unterscheidbaren Resonanzfrequenzen in Form eines Fett-Peaks und eines Wasser-Peaks sowie nach einem Minimum zwischen den beiden Peaks,
– eine Entscheidungseinheit, ausgelegt zum Treffen einer Entscheidung abhängig von einem vorgebbaren Kriterium,
– eine Berechnungseinheit, ausgelegt zur Berechnung eines HF-Pulses, ausgelegt zur Berechnung eines HF-Pulses zur Fettsättigung abhängig von dem Ergebnis der Suche.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 ein Flussdiagram eines Verfahrens zur automatisierten spektralen Fettsättigung,
2 ein System zur automatisierten spektralen Fettsättigung,
3 ein erweitertes System zur automatisierten spektralen Fettsättigung, und
4 eine Ausgabe eines MR-Spektrums.
1 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zur automatisierten spektralen Fettsättigung. Ein solches Verfahren ist effektiv, wenn es vor jedem bildgebenden MRT-Aufnahmeverfahren erneut durchgeführt wird. Denn das Verfahren dient zur Berechnung eines spektral selektiven HF-Anregungspulses, durch den der Beitrag der in Fettgewebe gebunden Wasserstoffkerne zum Signal eines MRT-Bildes verringert werden soll.
Die spektrale Fettsättigung basiert auf der Unterscheidung eines Fett-Peaks 17 und eines Wasser-Peaks 16. Bei einem Fett-Peak 17 bzw. Wasser-Peak 16 handelt es sich jeweils um das Signal in einem MR-Spektrum 15, das bei der Resonanzfrequenz von Wasserstoffkernen in Fettgewebe bzw. wässrigem Gewebe entsteht. Unter einem MR-Spektrum 15 ist der Auftrag der durch eine HF-Spule 6 empfangenen Signalamplitude gegen die jeweilige Anregungsfrequenz für ein Spektrum von Anregungsfrequenzen im HF-Bereich bzw. Radiofrequenz-Bereich zu verstehen. Ein solches MR-Spektrum 15 wird in Schritt S zum Zweck der Bestimmung des Fett-Peaks 17 bzw. des Wasser-Peaks 16 aufgenommen während sich der Patient 5 bzw. der zu untersuchende Körperteil des Patienten 5 im Aufnahmevolumen 3 des MRT-Geräts 1 befindet. Dabei herrscht im Aufnahmevolumen 3 ein statisches Magnetfeld B₀ 7. Die Aufnahme eines solchen MR-Spektrums 15 ist in der Regel nicht ortsaufgelöst, es werden in der Regel also keine magnetischen Gradientenfelder verwendet. Es existiert lediglich die Beschränkung auf eine bestimmte Körperregion des Patienten 5, falls eine lokale HF-Spule 6 verwendet wird. Weiterhin spielt es prinzipiell keine Rolle, welcher Aufnahmemodus bei der Aufnahme des MR-Spektrums 15 verwendet wird, ob also beispielsweise eine T1- oder eine T2-gewichtete Messung durchgeführt wird. Die Messung eines solchen MR-Spektrums 15 erlaubt grundsätzlich den Wasser-Peak 16 und den Fett-Peak 17 zu identifizieren.
Zur Identifizierung des Wasser-Peaks 16 und des Fett-Peaks 17 wird im Schritt A das MR-Spektrum automatisch analysiert, indem zuerst im Schritt AS wenigstens zwei Resonanzfrequenzen in Form eines Fett-Peaks 17 und eines Wasser-Peaks 16 sowie eines Minimums zwischen den beiden Peaks gesucht wird. „Automatisch“ bedeutet hier, dass der Schritt des Verfahrens maschinell, typischer Weise mit Hilfe einer Datenverarbeitungseinheit 9 sowie einem entsprechenden Computerprogrammprodukt, ausgeführt werden, und zwar direkt in Anschluss an Schritt S ohne eine weitere Aktion einer Bedienperson (des MRT-Geräts 1 und/oder der Datenverarbeitungseinheit 9).
Die Suche nach den Resonanzfrequenzen und einem Minimum wird mit allgemein bekannten Algorithmen implementiert. In der Regel steht am Anfang der Analyse eine Filterung der Daten des MR-Spektrums 15, beispielsweise durch ein Gauss- oder Hamming-Fenster. In der hier beschriebenen Ausführungsform umfasst die Suche eine Anpassung wenigstens einer mathematischen Funktion an das MR-Spektrum 15, auch als „Fitting“ bekannt, wobei insbesondere eine Gauss-Funktion als anzupassende Fitting-Funktion Verwendung finden kann. Aus den Fitting-Parametern, also den (unter den gegebenen Randbedingungen) als optimal errechneten Werten für die freien Parameter der Fitting-Funktion, ergeben sich dann direkt folgende Werte, die im anschließenden Schritt AL benötigt werden:

– spektrale Position des Wasser-Peaks 16 und des Fett-Peaks 17 sowie eines Minimums zwischen den beiden Peaks in dem MR-Spektrum 15,
– charakteristische Breite des Wasser-Peaks 16 sowie des Fett-Peaks 17 in dem MR-Spektrum 15,
– Amplitude des Wasser-Peaks 16 und des Fett-Peaks 17 in dem MR-Spektrum 15 zwischen dem Wasser-Peak 16 und dem Fett-Peak 17, wobei diese Werte im Schritt AL in einer Liste gespeichert werden. Auch dieser Schritt wird automatisch ausgeführt.

Wurden die Schritte S, AS und AL als Vorbereitung zur Berechnung eines spektral selektiven HF-Anregungspulses für ein bildgebendes MRT-Aufnahmeverfahren erst einmal durchgeführt, dann folgt Schritt E. Der Schritt E umfasst eine automatische Entscheidung darüber, ob eine Serie, umfassend die Schritte J, Justieren der Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ 7, sowie umfassend die Schritte S, A und E, durchgeführt wird, oder ob Schritt P, Berechnung eines HF-Pulses, durchgeführt wird, wobei die Entscheidung von einem vorgebbaren Kriterium abhängig ist. Das vorgebbare Kriterium besteht darin, dass ein charakteristischer, das MR-Spektrum 15 beschreibender Wert, insbesondere ein in Schritt AL berechneter und in einer Liste gespeicherter Wert, einen Schwellwert überschreitet. Beispielsweise kann in Schritt E automatisch entschieden werden, dass direkt Schritt P durchgeführt wird, weil die Differenz zwischen den spektralen Positionen von Fett-Peak 16 und Wasser-Peak 17 einen Schwellwert überschreiten. Das Kriterium kann beispielsweise auch das Verhältnis zwischen Amplitude und charakteristischer Breite sein. Weiterhin kann das Kriterium so formuliert werden, dass ein charakteristischer Wert unterschritten wird. Das Kriterium E kann entweder fest vorgegeben sein, oder er kann von der Bedienperson bei Start des Verfahrens gewählt werden, beispielsweise indirekt durch Auswahl eines Aufnahmemodus. Denn mit verschiedenen Aufnahmemodalitäten sind verschiedene zu erwartende Inhomogenitäten verknüpft. Auch weisen gewisse Körperregionen eines Patienten 5 größere Unterschiede in der magnetischen Suszeptibilität auf als andere Körperregionen und besitzen unterschiedliche Konzentrationsverhältnisse von Fett- zu Wasserprotonen.
Bei Schritt P handelt es sich um die Berechnung eines HF-Pulses zur Fettsättigung. Dieser Schritt ist direkt abhängig von Schritt E, da in ihm entschieden wird, ob Schritt P durchgeführt werden soll. Weiterhin ist Schritt P abhängig von Schritt A, da das Ergebnis der Analyse des MR-Spektrums 15 die Berechnung des HF-Pulses beeinflusst. Der HF-Puls soll so berechnet werden, dass er zwar den Fett-Peak 17 im MR-Spektrum 15 abdeckt, und damit zu dessen Sättigung ausgelegt ist. Weiterhin soll der HF-Puls aber eine ungewollte Sättigung des Wasser-Peaks 16 vermeiden. Anders als in üblichen Berechnungsmethoden wird der Berechnung des HF-Pulses also keine fixe Verschiebung der Sendefreqeunz des HF-Pulses zur Position des Wasser-Peaks 16 zu Grunde gelegt. Konkret kann beispielsweise ein sinc-Puls als HF-Puls benutzt werden, dessen erster, relativ zum zentralen Maximum zu höheren Frequenzen verschobener Nulldurchgang mit dem Minimum zwischen Fett-Peak 17 und Wasser-Peak 16 zusammenfällt. Die Berechnung ist nicht notwendiger Weise vollautomatisch. Es kann beispielsweise, wie in 4 gezeigt, auch das MR-Spektrum 15 auf der Ausgabeeinheit angezeigt werden, so dass die Bedienperson mit einem Schieberegler den zu sättigenden Bereich durch ein Auswahlfenster 18 um den Fett-Peak 17 herum auswählen kann.
Die alternative Entscheidung in Schritt E ist mit Schritt J fortzufahren, der Justage der Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ 7 mit Hilfe von Shim-Spulen 8 des MRT-Geräts 1.
Der Schritt J kann auch als Shim-Prozedur bezeichnet werden. Zum Durchführen der Shim-Prozedur wird zuerst das statische Magnetfeld B₀ 7 im Aufnahmevolumen 3 vermessen. Dann wird berechnet, welche Shim-Ströme die Shim-Spulen 8 aufweisen müssen, damit das statische Magnetfeld B₀ 7 homogen wird. Allerdings wird aufgrund physikalischer Abweichungen von Randbedingungen, die für die Berechnung der Shim-Ströme angenommen werden müssen, auch nach Durchführen einer Shim-Prozedur in der Regel kein vollständig homogenes statisches Magnetfeld B₀ 7 erreicht. Jedoch führt die justierte und damit verbesserte Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ 7 in der Regel zu einer verbesserten Separierbarkeit des Fett-Peaks 17 und des Wasser-Peaks 16, da Inhomogenitäten des statischen Magnetfeldes B₀ 7 in der Regel zu einer geringeren chemischen Verschiebung und/oder Verbreiterung und zunehmender Überlagerung der Peaks führen, so dass sich diese überlappen. Allerdings ist es nicht erstrebenswert bereits vor Aufnahme eines MR-Spektrums 15 mehrere Shim-Prozeduren durchzuführen, da diese durch die Vermessung des statischen Magnetfeldes B₀ 7 sehr rechenintensiv sind und daher viel Zeit in Anspruch nehmen. Durch das hier angegebene Verfahren wird ermöglicht, dass nur so viele Shim-Prozeduren durchgeführt werden wie nötig sind um eine effektive spektrale Fettsättigung für das bildgebende MRT-Aufnahmeverfahren zu ermöglichen.
Nach dem Justieren J folgt wiederum Schritt S, die Aufnahme eines MR-Spektrums 15, sowie Schritt A, die Analyse des MR-Spektrums, mit den Unterschritten AS und AL. Wurden die Schritte S, AS und AL als Vorbereitung zur Berechnung eines spektral selektiven HF-Anregungspulses für ein bildgebendes MRT-Aufnahmeverfahren bereits mehr als einmal durchgeführt, nämlich nmal, wobei n eine natürliche Zahl > 1 ist, dann folgt Schritt AV, nämlich der Vergleich des MR-Spektrums 15 in der n-ten Serie mit dem MR-Spektrum 15 in der (n – 1)-ten Serie durch Berechnung wenigstens eines Vergleichswerts, der wenigstens eine Information in der Liste der n-ten Serie mit wenigstens einer Information in der Liste der (n – 1)-ten Serie miteinander in Beziehung setzt. Der Vergleichswert besteht beispielsweise darin, dass die beiden Flächen der MR-Spektren 15 voneinander subtrahiert werden. Es können auch zwei Vergleichswerte berechnet werden, beispielsweise die jeweiligen Differenzen zwischen dem Verhältnis von Amplitude und Breite des Fett-Peaks 17 bzw. des Wasser-Peaks 16. Nun kommt zu dem bereits erwähnten Kriterium im Schritt E auf Basis eines einzelnen Spektrums noch ein zweites Kriterium auf Basis des Vergleiches zweier direkt nacheinander aufgenommener MR-Spektren 15 hinzu. Das zweite Kriterium besteht darin, dass wenigstens ein Vergleichswert einen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet. Das zweite Kriterium prüft also die Veränderung zwischen zwei Serien. Das Verfahren kann so implementiert werden, dass beide oder nur eins der Kriterien erfüllt sein muss. Es kann auch vor Start des Verfahrens ein Abbruchkriterium definiert werden, für den Fall, dass weder das erste noch das zweite Kriterium erfüllt werden, beispielsweise, dass das Verfahren nach n = 10 Serien nach dem Schritt E abgebrochen und direkt mit Schritt P fortgefahren werden soll.
2 zeigt ein System zur automatisierten spektralen Fettsättigung. Es umfasst eine Auswertungseinheit 11, umfassend eine Analyseeinheit 20, ausgelegt zur automatischen Analyse des MR-Spektrums 15 entsprechend Schritt A; eine Entscheidungseinheit 21, ausgelegt zum Treffen einer Entscheidung abhängig von einem vorgebbaren Kriterium entsprechend Schritt E; eine Berechnungseinheit 22, ausgelegt zur Berechnung eines HF-Pulses entsprechend Schritt P. Weiterhin umfasst das System eine Steuerungseinheit 19, ausgelegt zur Steuerung des MRT-Geräts 1, der HF-Spule 6 sowie den Shim-Spulen 8. Die Steuerungseinheit 19 ist notwendig zur Durchführung des Schrittes J, Justieren der Homogenität des statischen Magnetfelds B₀, sowie zur Durchführung des Schrittes S, Aufnehmen eines MR-Spektrums. Diese Einheiten können sowohl in Form von Soft- als auch von Hardware ausgebildet sein. So sind in der hier beschriebenen Ausführungsform die Analyseeinheit 20, die Entscheidungseinheit 21 und die Berechnungseinheit 22 zu einer Auswertungseinheit 11 zusammengefasst. Diese Auswertungseinheit 11 sowie die Steuerungseinheit 19 sind in eine Datenverarbeitungseinheit 19 integriert. Weiterhin sind Schnittstellen 23 notwendig um den jeweiligen Einheiten zu ermöglichen mit den einzelnen Elementen des MRT-Geräts 1, der HF-Spule 6 sowie den Shim-Spulen 8 zu kommunizieren (und vice versa). Bei den Schnittstellen 11 handelt es sich um allgemein bekannte Hard- oder Software-Schnittstellen, beispielsweise um die Hardware-Schnittstellen PCI-Bus, USB oder Firewire.
3 zeigt ein erweitertes System zur automatisierten spektralen Fettsättigung im Querschnitt, umfassend ein MRT-Gerät 1, eine Steuerungseinheit 19, eine Auswertungseinheit 11, umfassend eine Analyseeinheit 20, eine Entscheidungseinheit 21 sowie eine Berechnungseinheit 22, und eine Datenverarbeitungseinheit 9 mit einer Eingabeeinheit 14 sowie einer Ausgabeeinheit 13.
Das MRT-Gerät 1 umfasst einen Kryostaten 2, in dem sich ein Magnet aus supraleitendem Material befindet. Typischerweise ist ein solcher Kryostat 2 mit flüssigem Helium gefüllt, um den Magneten unter die Sprungtemperatur abzukühlen und in den supraleitenden Zustand zu überführen. Ein supraleitender Magnet ist Vorraussetzung, um ein hohes statisches Magnetfeld B₀ 7 bis zu einer Stärke von mehreren Tesla in einem großen Aufnahmevolumen 3 zu erzeugen. Der Kryostat 2 sowie der Magnet sind typischerweise im Wesentlichen als hohler Zylinder ausgebildet, in dessen hohlem Inneren das statische Magnetfeld B₀ 7 erzeugt werden kann. Weiterhin weist das MRT-Gerät 1 Shim-Spulen 8 in unmittelbarer Nähe des Kryostaten 2 auf, die das Aufnahmevolumen 7 umgeben und die zur Homogenisierung des statischen Magnetfeldes B₀ 7 dienen.
Der Patient 5 wird zur Untersuchung mit dem MRT-Gerät 1 durch eine Patientenliege 4 in das Aufnahmevolumen 3 gefahren. Um ein tomographisches Bild mit dem MRT-Gerät 1 vom Patienten 5 aufzunehmen, ist wenigstens eine HF-Spule 6 notwendig. Es werden eine Sende- und eine Empfangsspule benötigt, und typischerweise wird eine einzige HF-Spule 6 zum Senden und Empfangen verwendet. In der hier gezeigten Ausführungsform handelt es sich bei der HF-Spule 6 um eine lokale Spule, die nur den abzubildenden Körperbereich umgibt. Es existieren verschieden lokale Spulen, beispielsweise Kopfspulen, Brustspulen, Fußspulen, etc.
Weiterhin weist das System eine Datenverarbeitungseinheit 9 in Form eines Computers sowie eine Ausgabeeinheit 12 und eine Eingabeeinheit 14 auf. Bei der Ausgabeeinheit 12 handelt es sich beispielsweise um einen (oder mehrere) LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm(e). Bei der Eingabeeinheit 14 handelt es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten Touchscreen oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe.
Die Auswertungseinheit 11 sowie die Steuerungseinheit 19 könne auch als Computerprogrammprodukt ausgebildet sein, das mit Hilfe eines computerlesbaren Mediums 10 in den Speicher der Datenverarbeitungseinheit 9 geladen werde kann. Bei dem computerlesbaren Medium 10 handelt es sich beispielsweise um eine DVD, einen USB-Stick, eine Festplatte oder eine Diskette. Das Computerprogrammprodukt umfasst ein Computerprogramm zum Ausführen des im Folgenden beschriebenen Verfahrens zur automatisierten spektralen Fettsättigung.
4 zeigt eine typische Ausgabe eines MR-Spektrums 15 mit Fett-Peak 17, Wasser-Peak 16 und einem Auswahlfenster 18. Ein solches Auswahlfenster 18 wird beispielsweise zu Anfang von Schritt P, der Berechnung eines HF-Pulses, auf der Ausgabeeinheit 12 angezeigt und ermöglicht der Bedienperson mit Hilfe einer Eingabeeinheit 14 sowie einer graphischen Benutzeroberfläche den Bereich auszuwählen, den der zu berechnende HF-Puls absättigen soll. Das Frequenzprofil des HF-Pulses soll im Idealfall möglichst rechteckig geformt sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele 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. Insbesondere können Verfahrensschritte in einer anderen als den angegebenen Reihenfolgen durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009018878 B4 [0003]

Claims

Verfahren zur automatisierten spektralen Fettsättigung, umfassend folgende Schritte: – S: Aufnehmen eines MR-Spektrums (15) mit Hilfe einer HF-Spule (6) sowie dem MRT-Gerät (1), wobei im Aufnahmevolumen (3) des MRT-Geräts (1) ein statisches Magnetfeld B₀ (7) herrscht, – A: automatisches Analysieren des MR-Spektrums (15), umfassend folgenden Unterschritt: – AS: Suchen nach wenigstens zwei Resonanzfrequenzen in Form eines Fett-Peaks (17) und eines Wasser-Peaks (16) sowie nach einem Minimum zwischen den beiden Peaks, – E: automatische Entscheidung darüber, ob eine Serie, umfassend die Schritte J, S, A und E, durchgeführt wird, oder ob Schritt P durchgeführt wird, wobei die Entscheidung von einem vorgebbaren Kriterium abhängig ist, – J: Justieren der Homogenität des statischen Magnetfeldes B₀ (7) mit Hilfe wenigstens einer Shim-Spule (8) des MRT-Geräts (1), – P: Berechnen eines HF-Pulses zur Fettsättigung abhängig von dem Ergebnis der Suche in Schritt A.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vorgebbare Kriterium darin besteht, ob ein charakteristischer, das MR-Spektrum (15) beschreibender Wert einen Schwellwert über- oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, wobei das MR-Spektrum (15) mit Hilfe einer lokalen HF-Spule (6) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei der Schritt AS eine Anpassung einer mathematischen Funktion an das MR-Spektrum (15) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei der Schritt A folgenden Unterschritt umfasst: – AL: Erstellen einer Liste folgender Informationen: – spektrale Position des Wasser-Peaks (16) und des Fett-Peaks (17) sowie des Minimums zwischen den beiden Peaks, – charakteristische Breite des Wasser-Peaks (16) sowie des Fett-Peaks (17) in dem MR-Spektrum (15), – Amplitude des Wasser-Peaks (16) und des Fett-Peaks (17) in dem MR-Spektrum (15).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein vorgebbare Kriterium darin besteht, ob wenigstens eine Information in der Liste wenigstens einen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5 bis 6, wobei n Serien ausgeführt werden, und wobei der Schritt A in der n-ten Serie folgenden Unterschritt umfasst: – AV: Vergleichen des MR-Spektrums (15) in der n-ten Serie mit dem MR-Spektrum (15) in der (n – 1)-ten Serie durch Berechnung wenigstens eines Vergleichswerts, der wenigstens eine Information in der Liste der n-ten Serie mit wenigstens einer Information in der Liste der (n – 1)-ten Serie miteinander in Beziehung setzt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein vorgebbares Kriterium darin besteht, ob wenigstens ein Vergleichswert einen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei der HF-Puls zur Fettsättigung in Abhängigkeit eines Minimums zwischen dem Fett-Peak (17) und dem Wasser-Peak (16) im MR-Spektrum (15) berechnet wird.
Computerprogrammprodukt, aufrufbar in den internen Speicher eines Computers (9), umfassend ein Computerprogramm zur Durchführung der Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9.
Computerlesbares Medium (10), auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10 ausführbar gespeichert ist.
System zur automatisierten spektralen Fettsättigung, umfassend folgende Einheiten: – ein MRT-Gerät (1) sowie eine HF-Spule (6), die zur Aufnahme eines MR-Spektrums (15) ausgelegt sind, wobei das MRT-Gerät (1) dazu ausgelegt ist in einem Aufnahmevolumen (3) ein statisches Magnetfeld B₀ (7) aufzubauen, – wenigstens eine Shim-Spule (8), ausgelegt zur Justage der Homogenität eines statischen Magnetfeldes B₀ (7) im Aufnahmevolumen (3) des MRT-Geräts (1), – eine Steuerungseinheit (19), ausgelegt zur Steuerung des MRT-Geräts (1), der HF-Spule (6) sowie der Shim-Spule (8). – eine Analyseeinheit (20), ausgelegt zur automatischen Analyse des MR-Spektrums (15), umfassend eine Suche nach wenigstens zwei unterscheidbaren Resonanzfrequenzen in Form eines Fett-Peaks (17) und eines Wasser-Peaks (16) sowie nach einem Minimum zwischen den beiden Peaks, – eine Entscheidungseinheit (21), ausgelegt zum Treffen einer Entscheidung abhängig von einem vorgebbaren Kriterium, – eine Berechnungseinheit (22), ausgelegt zur Berechnung eines HF-Pulses zur Fettsättigung abhängig von dem Ergebnis der Suche.
System nach Anspruch 12, das zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9 ausgebildet ist.