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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Homogenisierung eines B1-Sendefeldes.
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Das zur Anregung der kernmagnetischen Resonanz erforderliche B1-Sendefeld (B1 +) weist stets eine gewisse Inhomogenität auf. Dies führt zu unterschiedlichem Kontrast in den gemessenen MRT Bildern, der die diagnostische Aussagekraft verringert. Die Inhomogenität des B1-Sendefeldes (B1 +) nimmt mit steigender Feldstärke des statischen Feldes eines MRT Gerätes auf Grund der damit einhergehenden Verkürzung der Wellenlänge zu.
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Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren bekannt um die Feldinhomogenität zu korrigieren.
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Aus der
US 20120032676A1 ist beispielsweise ein Bildverarbeitungsverfahren bekannt, welches die Feldinhomogenitäten berücksichtigt. Verfahren und Vorrichtungen zur Homogenisierung („shimming”) des B1-Sendefeldes (B
1 +) sind aus der
DE 11 2009 002 242 T5 und der
WO/2012/080898 A1 bekannt.
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Die Verfahren nach dem Stand der Technik weisen jedoch Nachteile auf. So treten unzureichende Inhomogenitätskorrekturen, insbesondere bei großen Inhomogenitäten des B1-Sendefeldes, wie sie beispielsweise in Hochfeld-Systemen anzutreffen sind, auf. Die Methoden funktionieren nur bei niedrigen statischen Feldstärken. Das betrifft insbesondere Verfahren, die vorab bestimmte Homogenisierungsparameter anwenden.
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Passive Shimmingeinrichtungen verringern den freien Platz für den Patienten in der Magnetbohrung. Andere Verfahren erfordern das Aufnehmen von Sensitivitätskarten für jeden Patienten, was die Untersuchungsdauer verlängert und dem Patienten oft nicht zugemutet werden kann.
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Bei einigen Verfahren wird das B1-Sendefeld (B1 +) ohne Rücksichtnahme auf die Charakteristik des Empfangsfeldes (B1 –) korrigiert.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung die bestehenden Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere sollen Aufnahmen von Sensitivitätskarten für jeden Patienten entfallen oder nicht notwendig werden und die physikalischen Eigenschaften wie Überlagerung bzw. Interferenz von Wellen des B1-Sendefeldes (B1 +) berücksichtigt werden. Vorteilhaft kann in einer Ausgestaltung der Erfindung die Charakteristik des Empfangsfeldes (B1 –) berücksichtigt werden. Unter Charakteristik des Empfangsfeldes (B1 –), im Sinne der Erfindung, ist die Abnahme der Sensitivität mit steigendem Abstand von der Empfangsspule zu verstehen. Es sollen auch im Hochfeld-System gute Ergebnisse erzielt werden.
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Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, bei der Homogenisierung des B1-Sendefeldes (B1 +) die physikalischen Eigenschaften des Sendefeldes (B1 +) zu berücksichtigen. Es werden neben den Niederfrequenzsystemen auch in Hochfeldsystemen gute Ergebnisse bei der Homogenisierung des B1-Sendefeldes (B1 +) erreicht. Als Hochfrequenzfeld im Sinne der Erfindung wird ein Feld von > 4 Tesla verstanden, was mit der gesetzlichen Definition identisch ist. Es müssen keine Sensitivitätskarten von jedem Patienten aufgenommen werden, so dass das Verfahren zeitsparend ist. Es können destruktive und konstruktive Überlagerungen von B1-Sendefeldern (B1 +) der Einzelkanäle der Sendespule sichtbar gemacht, und störende Interferenzen oder Überlagerungen gemindert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Charakteristik des Empfangsfeldes (B1 –) berücksichtigt.
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Im Folgenden soll die Erfindung in ihrer allgemeinen Form beschrieben werden.
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Bei der kernresonanztomographischen Untersuchung wird ein zu untersuchendes Objekt in einem statischen Magnetfeld angeordnet und mit einer Hochfrequenzspule angeregt. Diese Hochfrequenzspule kann auch als Empfangsspule dienen. In diesem Fall befindet sich die Hochfrequenzspule im statischen Magnetfeld und dient als Sende- und als Empfangsspule. Sende- und Empfangsspule können auch getrennt angeordnet sein. Dann befindet sich die Empfangsspule in dem statischen Magnetfeld an dem Ort, wo das zu untersuchende Objekt positioniert ist, beispielsweise als zylindrisches Spulenelement in den der Kopf eines Patienten gelegt wird. Die Sendespule kann sich an einem anderen Ort befinden, oder das Untersuchungsvolumen samt Empfangsspule umschließen. Die Sendespule erzeugt das B1-Sendefeld (B1 +). Das Empfangsfeld (B1 –) ist das dem Sendefeld (B1 +) entgegengesetzt rotierende magnetische Feld, das eine mit einem Einheitsstrom durchflossene Empfangsspule erzeugt.
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Das zu untersuchende Objekt, beispielsweise der Kopf eines Patienten oder ein anderes Körperteil, nimmt dann ein Volumenelement in der Versuchsanordnung ein, in dem ein möglichst homogenes B1-Sendefeld (B1 +) zur Anregung des Spinensembles vorliegen muss. Durch die Eigenschaften der Sendespule ergeben sich jedoch Störungen, die sich beispielsweise durch Interferenzen – also Überlagerungen – verschiedener B1-Sendefelder (B1 +) ergeben. Diese führen bereits ohne die im Versuchsvolumen befindliche Probe oder das zu untersuchende Objekt zu Inhomogenitäten des B1-Sendefeldes (B1 +), welche dann zu Verfälschungen der Anregung und damit zu Aufnahmen mit geringerem diagnostischem Wert führen.
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Diese störenden Effekte sind noch größer, wenn ein zu untersuchendes Objekt im B1-Sendefeld liegt.
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Erfindungsgemäß wird das B1-Sendefeld (B1 +) einer Sendespule in einem Schritt a) im Volumenelement, in dem das zu untersuchende Objekt platziert wird, dadurch homogenisiert, dass die erwartete Inhomogenität entweder durch ein Phantom im Volumenelement der Messung gemessen wird oder dass die Inhomogenität des B1-Sendefeldes (B1 +) durch eine Simulation ermittelt wird.
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Die so vorgegebenen Inhomogenitäten werden durch das erfindungsgemäße Korrekturverfahren (Shimmingverfahren) minimiert. Mit diesem Korrekturverfahren wird die Beladung der Sendespule durch das zu untersuchende Objekt berücksichtigt und die Homogenisierung des B1-Sendefeldes (B1 +) in vivo optimiert. Die durch Verwendung des Phantoms oder Simulation des Phantoms erhaltenen Ausgangsdaten können dann dem erfindungsgemäßen Korrekturverfahren (Shimmingverfahren) zugeführt werden um bessere Bilder des zu untersuchenden Objekts zu erhalten. Dazu werden die mittels des Korrekturverfahrens ermittelten Parameter für die folgenden Messungen im MRT System hinterlegt.
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Die einzelnen Schritte werden im Folgenden erläutert.
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Im Falle der Verwendung eines Phantoms wird das zu untersuchende Volumen durch einen Körper nachgebildet, der die dielektrischen Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts möglichst optimal nachbildet. Die Vorgehensweise ist dem Fachmann bekannt. Dazu kommen Füllflüssigkeiten in einen Behälter, der die Form des zu untersuchenden Objektes zumindest grob nachbildet und der selber kein MRT-Signal erzeugt. Der Körper wird mit Flüssigkeiten gefüllt und es werden Zusätze beispielsweise in Form von Salzen hineingegeben. Die Verwendung einer Füllung mit geeigneter Dielektrizitätskonstante bezüglich des hier beschriebenen Korrekturverfahrens hat zur Folge, dass das eingestrahlte B1-Sendefeld (B1 +) seine Wellenlänge derart verkürzt, so dass die geometrische Abmessung des Phantoms größer als eine Wellenlänge, typischerweise ca. 2 Wellenlängen, ist.
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Weiterhin können durch Zugabe von Zusatzstoffen in die Flüssigkeit die Relaxationszeiten (T1, T2*), sowie die elektrische Leitfähigkeit im Phantom verändert werden. Die Relaxationszeiten werden angepasst um Standard MR-Sequenzen zur Bildgebung verwenden zu können. Eine Anpassung der elektrischen Leitfähigkeit erfolgt, um die Beladung der Sendespule an übliche Untersuchungsbedingungen anzupassen. Die Verwendung von Phantomen und die damit einhergehende Auswahl der Materialien sind dem Fachmann bekannt. Die Dielektrizitätskonstanten von biologischen Geweben, welche durch das Phantom nachgebildet werden, können Tabellen von etablierten Werken entnommen werden.
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Im Falle der Simulation der Inhomogenität wird eine Matrix konstruiert, die die Inhomogenität des B1-Sendefeldes (B1 +) in dem Volumenelement, welches bei der tatsächlichen Messung das zu untersuchende Objekt enthält, widerspiegelt. Für die Simulation wird ein Modell von einem Phantom erstellt, welches die dielektrischen Eigenschaften des Phantoms beschreibt. Ebenso können durch die Simulation des Phantoms die Relaxationszeiten (T1, T2*) und die Leitfähigkeiten des Phantoms beschrieben werden. Die Simulationsmethoden sind dem Fachmann bekannt. Zur Bestimmung des B1-Sendefeldes (B1 +) werden Maxwellgleichungen gelöst. Beispielsweise aber nicht beschränkend können finite Integrationsmethoden genannt werden. Die Simulation der Bildgebung erfolgt durch Lösung der Blochgleichungen, insbesondere numerische Lösungen der Blochgleichung.
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Die Optimierung des B1-Sendefeldes (B1 +) beruht auf den gemessenen komplex wertigen Bildintensitäten des Phantoms oder den simulierten komplex wertigen Bildintensitäten des durch Datensätze simulierten Phantoms, welche für jedes Sendeelement der Sendespule aufgenommen oder berechnet wurde. Bei den simulierten Bildintensitäten des simulierten Phantoms werden 3D-Modelle von Phantom und Hochfrequenzspule in eine elektromagnetische Simulation gespeist und die berechneten Feldverteilungen zur Lösung der Blochgleichungen im 3D-Volumen benutzt. Das Ergebnis ist die Intensitätsverteilung des simulierten Phantombildes. Die Methoden sind dem Fachmann bekannt. Es können alle dem Fachmann bekannten Methoden eingesetzt werden.
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In einem aus zwei Schritten bestehenden Verfahren wird aus den Einzelbildern (Intensitätsverteilung der gemessenen oder simulierten Phantombilder) der einzelnen Sendekanäle ein kombiniertes Bild erstellt.
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Im ersten Schritt b) wird die Anregung in jedem Bildpunkt unter Berücksichtigung aller Sendekanäle der Sendespule aus den, mittels MRT Messungen aufgenommenen Bildintensitäten, berechnet. Genauso wird mit den simulierten Bildintensitäten verfahren. Dabei fließt die Anregungsphase und/oder die Amplitude jedes Sendeelements der Sendespule in die Rechnung ein. Dies geschieht, indem die komplex wertigen Bildintensitäten der pro Sendekanal aufgenommenen Bilder mit der Anregungsphase und/oder der Amplitude des jeweiligen Sendekanals multipliziert werden.
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Im zweiten Schritt c) werden die im ersten Schritt erhaltenen einzelnen komplex wertigen Bildintensitäten von jedem Bildpunkt zu einem Gesamtbildintensität addiert.
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Für den Fall, dass eine Empfangsspule verwendet wird, die mehr als ein Empfangselement hat, wird eine Rekombination der Empfangskanäle zu einem Gesamtbild vorgenommen. Die Methoden sind nach dem Stand der Technik bekannt. Beispielhaft aber nicht beschränkend können Sum-of-Squares-Rekombination oder optimale Signal-zu-Rauschleistung-Rekombination genannt werden. Diese Verfahren liefern reelle Bildintensitäten. Dieser Schritt kann bei der Verwendung einer Empfangsspule mit einem Empfangselement entfallen. In diesem Fall wird aus den komplex wertigen Bildintensitäten durch Betragbildung eine reelle Bindintensität bestimmt.
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Das so ermittelte Bild wird mittels einer Maske beispielhaft in drei Bereiche entsprechend 1 unterteilt. Jedoch können auch andere Unterteilungen in verschiedene Bereiche durchgeführt werden. Dabei kann sowohl die Anzahl der Bereiche, als auch deren Geometrie und Anordnung zueinander frei gewählt werden. Die Wahl orientiert sich dabei an der räumlichen Ausgestaltung des zu untersuchenden Objekts bzw. des physischen oder simulierten Phantoms. So können auch elliptische oder mehreckige Bereiche abgebildet werden.
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In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den inneren hellen Bereich, das Bezugszeichen 2, den mittleren dunklen Bereich und Bezugszeichen 3, den äußeren hellen Bereich des Phantombildes.
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Der Bereich 1 bezeichnet das Volumenelement, das untersucht werden soll und in dem sich das zu untersuchende Objekt befindet und kann auch als zentraler mittlerer Bereich bezeichnet werden. Der Bereich 1 kann durch das zu untersuchende Objekt vorzugsweise voll oder wenigstens teilweise ausgefüllt werden. Für kleine Untersuchungsvolumina kann der Bereich 1 größer sein als das zu untersuchende Volumen oder das zu untersuchende Objekt. Bereich 2 bezeichnet den an Bereich 1 angrenzendem Bereich, der durch geringe reelle Bildintensitäten gekennzeichnet ist. Bereich 3 bezeichnet das Übrige, nicht zu Bereich 1 und 2 zählende Volumenelement das durch das Phantom eingenommen wird.
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Für den inneren und mittleren Bereich
1 und
2 wird in Schritt d) ein Kennwert ermittelt, der jeweils einem Summanden in Formel 1 entspricht. Summand
1 entspricht dabei dem inneren Bereich und Summand
2 dem mittleren Bereich. Die Kennwerte werden gewichtet summiert woraus sich ein Maß für die Güte der Homogenisierung (C) des B1-Sendefeldes (B
1 +) ergibt. Es kann folgende Implementierung vorgenommen werden:
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Dabei sind λ1 und λ2 Gewichtungsparameter, std() bezeichnet die Standardabweichung der Bildintensität I und mean() den Mittelwert der Bildintensität I. „Region of Interest” (ROI1) bezeichnet den zentralen mittleren Bereich (1) und (ROI2) den konzentrischen dunklen Ring (2) der Bildintensitäten der 1.
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Die Gewichtungsparameter geben an, wie stark die Optimierung die verschiedenen Regionen berücksichtigt. Die Parameter sind je nach Untersuchungsinteresse der entsprechenden Region frei wählbar und können jeden Betrag annehmen. Für Untersuchungen an einem Kopf eines Patienten können in Formel 1 beispielsweise Parameter λ1 von 1 und λ2 von 0,25 eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann Formel 1 durch die Addition eines dritten Kennwertes ergänzt werden, der als Summand eingesetzt wird. Es resultiert dann für C Formel 2.
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In Formel 2 ist λ3 ein Gewichtungsparameter und max() der Maximalwert der Bildintensität I im äußeren hellen Ring der 1 welcher als ROI3 bezeichnet wird. Es gilt hier grundsätzlich das zu λ1 und λ2 gesagte. Für Untersuchungen an einem Kopf eines Patienten kann in Formel 2 beispielsweise ein Parameter λ3 von 0,05 eingesetzt werden.
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Die Summanden in der Gleichung nach Formel 1 und 2 beschreiben vorrangig die Homogenität des Mittleren Bereichs (Term 1), die Symmetrie der erzielten Anregung (Term 2), sowie Signalüberhöhungen im Randbereich der aufgenommen Bilder (Term 3). Signalüberhöhungen im Randbereich können sowohl durch starke Anregung nahe eines Sendespulenelements als auch durch hohe Sensitivität eines Empfangsspulenelements hervorgerufen werden. Summand 3 beinhaltet deshalb vorteilhaft auch die Integration der Empfangscharakteristik in das Optimierungsverfahren.
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In einem folgenden Schritt e) kann eine Minimierung der Funktion C nach Formel 1 oder vorzugsweise nach Formel 2 mittels bekannter Verfahren der Extremwertrechnung, wie beispielsweise aber nicht beschränkend simmulated annealing oder conjugate gradient, durchgeführt werden. Dadurch können die Inhomogenitäten des B1-Sendefeldes (B1 +), vorzugsweise unter Berücksichtigung des Empfangsfeldes (B1 –) nach Summand 3 minimiert werden. Als Ergebnis werden die optimalen Sendephasen und/oder Sendeamplituden erhalten.
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Bei einer dreidimensionalen Optimierung wird die Maske auf jede Schicht des Volumens angewendet. Für 3D-Aufnahmen wird die Güte der Homogenisierung C aus Formel 1 oder 2 für jede Schicht einzeln bestimmt und die Gesamtgüte der Homogenisirung durch Addition der Einzelschichtgüten errechnet.
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Die Addition der Einzelschichtgüten kann eine Gewichtung beinhalten, zum Beispiel wenn an die Homogenität des B1-Sendefeldes (B1 +) im Randbereich weniger Anforderungen gestellt werden.
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In einem letzten Schritt f) werden die ermittelten optimalen Sendereinstellungen, nämlich die Phasen- und/oder Amplituden dem MR Gerät zugeführt. Die ermittelten Sendephasen und/oder Sendeamplituden werden als Parameter für die Ansteuerung des B1-Sendefeldes (B1 +) eingestellt. Die Methoden sind dem Fachmann bekannt. Dies kann durch die Eingabe der erhaltenen Werte in eine Software für die Einstellung der Amplituden und/oder der Phasen durchgeführt werden. Alternativ können die Phasenverschiebungen und/oder Amplitudengewichtungen der Sendespulen des MRT-Systems mittels geeigneter Hardwarekomponenten eingestellt werden.
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Beispiel:
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Erfindungsgemäß wird eine B1-shimming Methode eingesetzt, die ohne Aufnahme von Sensitivitätskarten für jeden Patienten auskommt und sowohl das Sende- als auch das Empfangsfeld berücksichtigt. Trotz vorab bestimmter Parameter liefert es auch in Hochfeld-Systemen gute Ergebnisse. Die entwickelte Methode basiert auf einer Phantommessung oder alternativ auf der Simulation der Messung.
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B1-shimming verfolgt den Ansatz über die Optimierung der Phase oder der Phase und Amplitude jedes Sendekanals ein möglichst homogenes Anregungsprofil zu erreichen. Üblicherweise werden dazu Sensitivitätskarten jedes Sendekanals (meist pro Patient um Effekte unterschiedlicher Beladung der Sendespulen zu berücksichtigen) aufgenommen und die Phasen und Amplituden in einer simulierten Anregung mit allen Kanälen solange variiert, bis eine akzeptable Anregungshomogenität erzielt wird. Diese Vorgehensweise erlaubt jedoch keine direkte Berücksichtigung der zugrundeliegenden physikalischen Eigenschaften der Sendefelder, wie sie beispielsweise durch Überlagerung bzw. Interferenz entstehen. Durch Messung eines geeigneten Phantoms können destruktive und konstruktive Überlagerungen der Sendefelder der Einzelkanäle sichtbar gemacht werden. Dies geschieht durch die Wahl der Phantomfüllung, welche die Wellenlänge geeignet verkürzt. Für rotationssymmetrische Spulensysteme, wie sie meist aufgrund der Rotationssymmetrie der Magnetbohrung eingesetzt werden, ergibt sich bei optimaler Überlagerung der Sendefelder eine rotationssymmetrische Anordnung von Bildintensitäten bestehend aus einem zentralen hellen Bereich, einem abgedunkelten konzentrischen Ring um diesen herum und einen hellen zweiten Ring konzentrisch um den ersten Ring, wie es in 1 abgebildet ist. Ist die stoffliche Zusammensetzung des Phantoms so eingestellt, dass sich die eingestrahlte Wellenlänge des B1-Feldes auf geeignete Weise verkürzt, so sorgt die geringere Verkürzung der Wellenlänge im Gehirn dafür, dass das Untersuchungsvolumen vollständig im Inneren hellen Bereich des Phantombildes liegt und damit homogen angeregt wird. Der äußere helle Ring des Phantombildes kann zu einer Homogenisierung des Bildintensität genutzt werden. Durch unterschiedlichen Abstand des Messobjektes zu den Sendeelementen oder inhomogener Verteilung der Sendeleistung auf die einzelnen Kanäle treten häufig unterschiedlich starke Anregungen nahe den Spulenelementen auf. Auch die Verwendung von Oberflächenarrayspulen für den Empfang führt zu einer Erhöhung der Signalintensität im Randbereich des verwendeten Phantoms. Weist das Phantombild einen nahezu konstanten Intensitätsverlauf im äußeren Ring von 1 auf, so ist die diagnostische Aussagekraft des Bildes optimal. Eine homogene Intensität entlang des Umfangs im äußeren Ring stellt damit ein weiteres Optimierungskriterium der hier beschriebenen Methode dar.
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Die Erfindung kann in vier Schritten dargestellt werden.
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1.
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Es muss zunächst ein geeignetes Phantom erstellt werden. Dieses muss für die jeweilige Feldstärke des statischen Magnetfeldes und das gewünschte Untersuchungsvolumen optimiert werden. Insbesondere sollten die Eigenschaften wie typische Beladung der Spule, wie die elektrische Leitfähigkeit sigma, Relaxationszeiten (T1, T2*) und die dielektrischen Eigenschaften zur Reduzierung der Wellenlänge im Phantom (epsilon_r) vorteilhafter Weise angepasst werden.
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Für die jeweilige Feldstärke des betrachteten MRT Gerätes muss ein geeignetes Phantom erstellt werden. Als zweckmäßig hat sich, wie allgemein üblich, die Verwendung flüssigkeitsgefüllter Phantome in einem Plastikbehälter, welcher selbst kein MRT Signal liefert, erwiesen. Die Abmessungen des Phantoms entsprechen zweckmäßig annähernd der Größe des später untersuchten Körperteils, z. B. Kugel oder Zylinder in Kopfgröße für die Homogenisierung des Anregungsfeldes einer Kopfspule. Die Phantomflüssigkeit besteht aus einem „Lösungsmittel” (z. B. Wasser oder Öl) mit chemischen Zusätzen, welche die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit im MRT beeinflussen. Durch den Zusatz von Ionen (z. B. NaCl in Wasser) wird die Leitfähigkeit der Flüssigkeit so eingestellt, dass die Beladung der MRT Spule in ungefähr der Beladung durch einen Probanden/Patienten entspricht. Für den menschlichen Kopf kann z. B. die mittlere Leitfähigkeit tabellierten Werten entnommen werden und die Leitfähigkeit der Phantomflüssigkeit durch Zugabe einer entsprechenden Menge an NaCl eingestellt werden. Die Relaxationszeiten T1 und T2 * des Phantoms können ebenfalls durch die Zugabe von Chemikalien beeinflusst werden. Dazu kann MnCl2 verwendet werden. Schließlich sollte das verwendete Lösungsmittel die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle im Phantom so beeinflussen, dass die 3 Bereiche in dem Phantom sichtbar werden. Die im Phantom verwendet Wellenlänge entspricht beispielsweise ca. 10 cm im Medium. Die Wellenlänge im Phantom wird durch die relative Dielektrizitätskonstante der Füllung beeinflusst. Sie kann in einem Phantom bei einem 9.4T System ca. 80 betragen.
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2.
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Mittels eines MRT Gerätes und der gewählten Spule oder Spulenkombination müssen Phantombilder für jeden Sendekanal einzeln akquiriert werden. Dazu können alle bekannten MRT Sequenzen verwendet werden. Alternativ kann eine Simulation des Experiments mittels einer Kombination aus 3D EM Simulator und MRI Simulator durchgeführt werden. Das Phantom wird zusammen mit der zu homogenisierende Mehrkanal-Anregungsspule in das MRT Gerät gelegt. Es werden Bilder derart aufgenommen, dass jeweils nur mittels eines Sendekanals angeregt wird. Aufgenommen wird je nach verwendeter Spulenanordnung entweder ebenfalls mit der Sendespule oder mit einer dedizierten Empfangsspule/Empfangsspulenarray. Zur Bildaufnahme können alle üblichen MRT Sequenzen eingesetzt werden, solange sich das Spinsystem annährend linear verhält – also zumeist bei der Wahl kleiner Flipwinkel. Es können entweder Bilder einer Schicht (2D) oder eines Volumens (3D) für die nach gelagerte Optimierung der Amplituden und Phasen der Anregungspulse verwendet werden.
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3.
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Mittels eines Optimierungsalgorithmus müssen die Phasen oder Phasen und Amplituden bestimmt werden, die die weiter oben beschriebenen Kriterien optimieren. Die Optimierung kann sowohl anhand eines 2D Schnittes als auch für 3D Aufnahmen, zum Beispiel durch mehrere gestapelte Schnittbilder, durchgeführt werden.
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Ein Optimierungsalgorithmus bestimmt die optimalen Phasen oder Phasen und Amplituden zur Homogenisierung des Anregungsfelds. Dabei kann folgendermaßen vorgegangen werden: Die drei Teilbereiche werden segmentiert und für jeden Teilbereich ein einzelner Gütewerte ermittelt. Die gewichtet Summe der drei Gütewerte ergibt die Gesamtgüte, die durch bekannte Optimierungsstrategien optimiert wird. Gegenwärtig wird dafür der MATLAB Code „fminsearch” eingesetzt. Es können jedoch andere Omptimierungsstrategien (z. B. simulated annealing, genetische Algorithmen, ... ) eingesetzt werden. Beispielhafte Gütekriterien sind für den mittleren Bereich „Standardabweichung aller Pixel im Bereich/Mittelwert aller Pixel im Bereich”, für den Ring „Mittelwert der Pixel im Bereich/Mittelwert der Pixel im inneren Bereich” und im äußeren Bereich „Maximalwert der Pixel im Bereich/Mittelwert der Pixel im inneren Bereich”. Andere Einzel- und Gesamtgüten sind denkbar. Für 3D Aufnahmen wird die Güte für jede Schicht einzeln bestimmt und die Gesamtgüte durch Addition der Schichtgüten bestimmt. Bei einer beispielhaften Implementierung bringt die 3D Optimierung für Arrayspulen ohne signifikante Änderungen der Geometrie entlang der Magnetachse jedoch keinen deutlichen Vorteil gegenüber einer 2D schichtselektiven Optimierung.
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4.
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Die ermittelten Phasen und/oder Amplituden sind für die nachfolgenden MRT Messungen einzustellen. Dies kann entweder per Software oder durch eine Modifikation der Hardware des MRT Systems – vorzugsweise der verwendeten Sendespule – geschehen. Die optimierten Phasen oder Phasen und Amplituden werden zur Bildgebung in einem Softwareinterface des MRT Systems eingestellt. Mit diesen Einstellungen erfolgen Probandenmessungen am 9.4T System des INM-4. Amplituden und/oder Phasen können in einer alternativen Implementierung auch mittels Hardware eingestellt werden.
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Für die simulative Bestimmung der optimierten und Phasen- und Amplitudenwerte kann folgendermaßen vorgegangen werden:
- 1. Das Phantom wird nicht physikalisch erstellt, sondern in Form eines Computermodells. Dieses wird zusammen mit der verwendeten MRT Spule in einem EM-Feldsimulator beschrieben. Für eine bekannte Speisung jeder einzelnen Spule wird die elektromagnetische Feldverteilung im Phantom berechnet und daraus das Sendefeld extrahiert.
- 2. Das extrahierte Sendefeld dient der Erzeugung simulativer MRT Bilder in einem zweiten Simulator. Bei diesem handelt es sich in einer exemplarischen Ausführung um das Softwarepaket JEMRIS, welches am Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde. Analog der Vorgehensweise in der messtechnischen Ausführung wird die Anregung des Phantoms mit jedem einzelnen Sendekanal simuliert und die berechneten Bilder dienen als Eingangsgrößen zur Optimierung von Phasen und/oder Amplituden.
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Die weiteren Punkte entsprechen dem oben beschriebenen Vorgehen.
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Mit der erfindungsgemäßen Methode werden sehr gute Bildqualitäten erzielt. Geringfügige Verbesserungen sind durch eine weitere Optimierung pro Proband/Patient möglich, verlängern jedoch die Untersuchungsdauer. In diesem Fall können die mit der hier beschriebenen Methode erzielten Phasen- und Amplitudenwerte zweckmäßig als Startwerte für weitere Optimierungen genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20120032676 A1 [0004]
- DE 112009002242 T5 [0004]
- WO 2012/080898 A1 [0004]
