DE102013202548A1

DE102013202548A1 - Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102013202548A1
Application number: DE102013202548.3A
Authority: DE
Inventors: Björn Heismann; David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-19
Also published as: DE102013202548B4; US20140232397A1; US9632160B2

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) zur Ermittlung einer Pulssequenz (S) für eine Magnetresonanzanlage (1) beschrieben. Dabei werden zunächst Steuerprotokoll-Parameterwerte (SP) erfasst. Es erfolgt dann eine Ermittlung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten (S1, S2, S3, ..., S7) innerhalb des k-Raums (Rk) auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte (SP). Die Ermittlung der Pulssequenz (S) erfolgt dann auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S1, S2, S3, ..., S7). Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage (1) unter Nutzung dieser Pulssequenz (S) sowie eine Magnetresonanzanlage (1) mit einer solchen Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage unter Nutzung einer solchen Pulssequenz sowie eine Magnetresonanzanlage mit einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung, mit einem Gradientensystem und einer Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Pulssequenz einen Hochfrequenz-Pulszug auszusenden und dazu koordiniert über das Gradientensystem einen Gradienten-Pulszug auszusenden.
In einer Magnetresonanzanlage, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundfeldmagnetsystems einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1, 5, 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines Gradientensystems ein Magnetfeldgradient angelegt. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Anregungssignale (HF-Signale) ausgesendet, was dazu führen soll, dass die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
Für eine bestimmte Messung ist eine Pulssequenz mit einem auszusendenden Hochfrequenz-Pulszug und einem dazu koordiniert zu schaltenden Gradienten-Pulszug (mit passenden Gradientenpulsen in Schichtselektionsrichtung, in Phasenkodierrichtung und in Ausleserichtung, häufig in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung) auszusenden. Für die Bildgebung ist dabei insbesondere das Timing innerhalb der Sequenz maßgeblich, d. h. in welchen zeitlichen Abständen welche Pulse aufeinander folgen. Eine Vielzahl der Steuerparameterwerte ist in der Regel in einem sogenannten Messprotokoll definiert, welches vorab erstellt wird und für eine bestimmte Messung beispielsweise aus einem Speicher abgerufen und ggf. vom Bediener vor Ort verändert werden kann, der zusätzliche Steuerparameterwerte wie beispielsweise einen bestimmten Schichtabstand eines Stapels von auszumessenden Schichten, eine Schichtdicke etc. vorgeben kann. Auf Basis all dieser Steuerparameterwerte wird dann eine Pulssequenz berechnet, die auch als Messsequenz, „MR-Sequenz“ (Magnetresonanz-Sequenz) oder kurz nur „Sequenz“ bezeichnet wird.
Die Auslesevorgänge der Magnetresonanzsignale, d.h. die Akquisition von Rohdaten, ist ebenso wie das Aussenden der Hochfrequenzsignale im sogenannten „k-Raum“ definiert. Durch entsprechendes Schalten der Gradienten in den verschiedenen Richtungen können beliebige Punkte im k-Raum angefahren werden. Der k-Raum ist der Ortsfrequenzraum und eine Trajektorie im k-Raum (im Folgenden auch „k-Raum-Trajektorie“ oder kurz „Trajektorie“ genannt) beschreibt, auf welchem Weg der k-Raum beim Aussenden eines HF-Pulses oder beim Auslesen durch entsprechendes Schalten der Gradientenpulse zeitlich durchlaufen wird. Während einer Magnetresonanzmessung wird durch Abfahren bestimmter k-Raum-Trajektorien während der Rohdatenakquisition der k-Raum mit Rohdaten gefüllt, und durch eine Fouriertransformation werden aus diesen Rohdaten dann die Bilddaten rekonstruiert.
Um den k-Raum aufzufüllen, können verschiedene Muster durchlaufen werden, beispielsweise kartesische Muster, wobei einzelne Strecken der k-Raum-Trajektorie z.B. zeilenweise abgefahren werden, aber auch speichenartige oder spiralförmige Muster. Dies hängt u. a. vom jeweiligen Sequenztyp ab.
Üblicherweise werden solche Pulssequenzen von speziellen Sequenzprogrammierern erstellt. Die Erstellung basiert dabei auf der genauen Definition bzw. Implementierung der einzelnen Gradientenverläufe, wobei vom Sequenzprogrammierer je nach Sequenztyp das genaue Timing und die Form und Stärke der einzelnen Gradientenpulse vorgegeben werden. Die Programmierung der Sequenz muss dabei bisher sehr hardwarenah erfolgen, d. h. sie ist abhängig vom jeweiligen Typ der Magnetresonanzanlage, auf der die MR-Sequenz laufen soll. Dieses Verfahren ist daher zum einen relativ aufwändig und erfordert zum anderen hochspezialisierte Programmierer und in der Regel geräteabhängige spezielle Programmiertools.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage und eine hierfür geeignete Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung zu schaffen, welche eine Erzeugung von Pulssequenzen mit geringerem Aufwand ermöglichen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung nach Patentanspruch 11 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Steuerprotokollparameterwerte erfasst. Hierbei handelt es sich z. B. um die Werte von Parametern, die üblicherweise in einem Steuerprotokoll definiert werden. Dazu zählen z.B. der Sequenztyp, d. h. ob es sich beispielsweise um eine EPI-Sequenz (EPI = Echo Planar Imaging), eine TSE-Sequenz (TSE = Turbo-Spin-Echo) handelt und ob es sich um eine kartesische Sequenz, eine radiale Sequenz oder um eine Spiralsequenz handelt. Weitere typische Steuerprotokoll-Parameter sind die Echozeit, die Repetitionszeit, die Auflösung und die Auslesebandbreite, die ja die Auslesegeschwindigkeit vorgibt. Ebenso können aber auch die Ziel-Magnetisierung etc. als Steuerprotokoll-Parameter übernommen werden.
Erfindungsgemäß werden dann auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (im Folgenden auch nur kurz Stützpunkte genannt) innerhalb des k-Raums ermittelt. Das heißt, es wird festgelegt, welche einzelnen Stützpunkte oder Fixpunkte innerhalb des k-Raums während des Aussendens der Pulssequenz nacheinander anzusteuern sind. Dabei können für jeden k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt die k-Raum-Koordinaten, beispielsweise in x-, y-, z-Richtung, sowie die Funktion des Stützpunktes festgelegt werden, z. B. ob es sich um einen Startpunkt oder Endpunkt einer Auslesestrecke handelt etc. Insofern entspricht die Angabe der Stützpunkte auch einer Definition der Auslesebereiche bzw. Auslesefenster. Es wird darauf hingewiesen, dass die Angabe bzw. Ermittlung der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte auch indirekt, durch eine Streckenfestlegung zwischen den Punkten erfolgen kann, d. h. dass z. B. nur ein erster Startpunkt angegeben wird und dann eine Länge und Richtung der von dort ausgehenden Strecke bis zum Endpunkt dieser Strecke, welcher dann der Startpunkt für die nächste Strecke ist. Anschließend erfolgt dann die Ermittlung der Pulssequenz auf Basis der festliegenden k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte.
Anders als bei den bisherigen Vorgehensweisen werden also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zunächst die Start-Zeitpunkte und die Dauer, d. h. das Timing, sowie die Form der einzelnen Pulse vorgegeben, sondern es erfolgt zuerst eine Definition der anzufahrenden Punkte im k-Raum und deren Funktion.
Hierbei kann eine automatische Ermittlung der k-Raum-Stützpunkte auf Basis der Steuerparameterwerte erfolgen, indem bestimmte Regeln herangezogen werden, die z. B. in einer Datenbank hinterlegt sind. Insbesondere ist es möglich, für jeden Sequenztyp spezielle sequenztypspezifische Regeln zu hinterlegen, wie z. B. die Abfolge von Inversionspulsen bei der TSE-Sequenz, oder die Abfolge der Spoiler bei der GRE-Sequenz (GRE = Gradientenecho).
Sind erst einmal die k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte festgelegt, so ist es relativ einfach, darauf basierend dann automatisch auch die Pulssequenz zu ermitteln bzw. zu berechnen, wie dies später noch anhand von Beispielen erläutert wird. Auch zur Berechnung der Pulssequenz können bestimmte Regeln herangezogen werden, die beispielsweise in einer Datenbank hinterlegt sein können. So kann beispielsweise auf einfache Weise direkt aus dem Abstand zweier im k-Raum in kartesischen Koordinaten angegebener Stützpunkte ermittelt werden, welches Gradientenmoment nötig ist, um von einem Stützpunkt zum nächsten zu gelangen. Wird dann, wie später erläutert, noch festgelegt, in welcher Zeit der Weg von einem Stützpunkt zum nächsten Stützpunkt zurückgelegt werden muss, lässt sich automatisch ein geeigneter Gradientenpuls berechnen, um diesen Weg wie gewünscht zurückzulegen. Daraus ergibt sich dann zwangsläufig auch das Timing für die einzelnen Pulse, ohne dass dieses vom Programmierer zuvor detailliert festgelegt werden muss. Die Gradientenpulse werden dabei wie üblich über ihre Gradientenamplitude, die Gradientenpulsdauer und über die Flankensteilheit dG/dt der Gradientenpulse, üblicherweise auch als „Slew Rate“ bezeichnet, definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert folglich die Sequenzprogrammierung, so dass diese nicht nur von hochspezialisierten Programmierern der Magnetresonanztomographieanlagenhersteller durchgeführt werden kann, sondern ggf. auch von Bedienern bei den Anwendern solcher Anlagen. Dies ermöglicht eine erhebliche Flexibilisierung der Anwendung.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Festlegung der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte einerseits sichergestellt ist, dass der k-Raum in der gewünschten Weise abgetastet wird, andererseits aber dadurch tatsächlich nur die absolut notwendigen Parameterwerte und Zeitvorgaben und nicht Gradientenpulse detailliert festgelegt werden. Stattdessen können die Gradientenpulse bzw. Gradientenverläufe mit geeigneten Optimierungsverfahren automatisch erzeugt und dabei z. B. hinsichtlich einer Geräuschreduzierung und möglichst geringer Wärmeabgabe optimiert werden. Es ist daher, anders als bei bisherigen Herstellungsverfahren, bei denen die Form und das genaue Timing der Gradientenpulse durch den Sequenzprogrammierer vorgegeben wird, nicht mehr erforderlich, z. B. in nachfolgenden Optimierungsverfahren die Gradientenpulse so zu modifizieren, dass die Geräusche und die Erwärmung reduziert werden.
Eine erfindungsgemäße Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung umfasst zum einen eine Eingangs-Schnittstellenanordnung zur Erfassung von Steuerprotokoll-Parameterwerten. Hierbei kann es sich um eine aus mehreren verschiedenen Schnittstellen bestehende Anordnung handeln oder auch nur um eine einzelne Schnittstelle, welche in der Lage ist, mehrere Datentypen zu übernehmen. Mit einem Erfassen der Steuerprotokoll-Parameterwerte ist dabei insbesondere auch eine Übernahme der betreffenden Daten von anderen Komponenten der Magnetresonanzanlage, beispielsweise durch eine Benutzerschnittstelle oder aus einer Speichereinheit mit einer Datenbank etc., zu verstehen.
Weiterhin benötigt die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung eine Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit, um wie oben beschrieben k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte innerhalb des k-Raums auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte zu ermitteln, sowie eine damit gekoppelte Pulssequenzermittlungseinheit, die dann die Pulssequenz auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte ermittelt bzw. berechnet.
Die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung weist darüber hinaus i.d.R. auch eine geeignete Pulssequenz-Ausgabeschnittstelle auf, um die Pulssequenz an andere Steuereinheiten der Magnetresonanztomographieanlage zu übergeben, z. B. um damit direkt die nachfolgende Messung zu steuern oder um die Pulssequenz über ein Netz zu versenden und/oder in einem Speicher zur späteren Nutzung zu hinterlegen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage wird nach dem zuvor beschriebenen Verfahren eine Pulssequenz ermittelt und dann die Magnetresonanzanlage unter Nutzung dieser Pulssequenz betrieben. Entsprechend weist eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage der eingangs genannten Art eine zuvor beschriebene Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung auf.
Wesentliche Teile der Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit und die Pulssequenzermittlungseinheit. Ebenso können die genannten Schnittstellen zumindest teilweise in Form von Software ausgebildet sein und eventuell auf Hardware-Schnittstellen eines vorhandenen Rechners zurückgreifen. Die Erfindung umfasst somit auch ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Abschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung ausgeführt wird. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch bisherige Einrichtungen, die zur Ermittlung von Pulssequenzen verwendet werden, durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um in der erfindungsgemäßen Weise schnell und robust optimierte Pulssequenzen zu ermitteln.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprüche einer Kategorie analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Wie bereits oben erläutert, besteht eine Pulssequenz nicht nur aus den Gradientenpulsen bzw. der Schaltung der Gradienten, die benötigt werden, um die verschiedenen Punkte im k-Raum anzufahren, sondern auch aus einer koordiniert dazu auszusendenden HF-Pulsfolge sowie passend zu setzenden Auslesefenstern, d. h. einem Einschalten bzw. Ausschalten von entsprechender Ausleseelektronik, beispielsweise von an den Spulen angeschlossenen ADCs (Analog-Digital-Konverter).
Bevorzugt sind daher zumindest einigen der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte definierte Ereignisse zugeordnet. Bei solchen Ereignissen kann es sich z. B. um Hochfrequenzpulsereignisse handeln, d.h. ob beispielsweise ein bestimmter Hochfrequenzpuls – beispielsweise ein Anregungspuls oder ein Refokussierungspuls – ausgesendet wird, wenn der zugeordnete k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt erreicht ist. Je nach Stützpunkt und Hochfrequenzpuls kann es dabei auch sein, dass die Aussendung eines Hochfrequenzpulses zu einer Änderung der Position im k-Raum führt, beispielsweise indem durch ein Umklappen der Spins um 180° das Vorzeichen einer Koordinate im k-Raum geändert wird. Dies wird später noch anhand von Beispielen erläutert.
Eine weitere Möglichkeit, k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte mit Ereignissen zu verbinden, ist eine Zuordnung von Ausleseereignissen, wobei hierunter beispielsweise das Empfangsbereitschalten von Ausleseelektronik während einer Strecke zwischen zwei k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten zu verstehen ist, wodurch dann festgelegt ist, dass auf dieser Strecke Rohdaten akquiriert werden.
Daneben kann es aber auch k-Raum-Stützpunkte geben, die nur auf dem Weg zu anderen k-Raum-Stützpunkten angefahren werden müssen, d. h. dass zu diesen Stützpunkten bzw. im Streckenverlauf zwischen diesen Stützpunkten keine weiteren Aktionen durchgeführt werden, sondern z.B. nur bestimmte Gradienten gesetzt werden, um den betreffenden Stützpunkt im k-Raum anzufahren bzw. um ein bestimmtes zusätzliches Gradientenmoment zu setzen, welches zum Durchführen der Pulssequenz benötigt wird. Das Gradientenpulsmoment, auch Gradientenmoment genannt, ist durch das Integral der Amplitude des Gradientenpulses über die Zeit definiert.
Vorzugsweise werden hierzu innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch in Abhängigkeit von einem Sequenztyp innerhalb der Pulssequenz erforderliche Zusatz-Gradientenmomente ermittelt. Die weitere Ermittlung der Pulssequenz erfolgt dann unter Berücksichtigung dieser Zusatz-Gradientenmomente. So werden bei einer Vielzahl von in der klinischen Magnetresonanztomographie häufig verwendeten Pulssequenzen, beispielsweise bei Spin-Echo-Sequenzen (SE-Sequenzen) oder bei TSE-Sequenzen, zusätzlich zu den für eine Ortskodierung notwendigen Gradientenpulsen sogenannte Gradientenspoilerpulse, kurz Spoiler, ausgespielt. Gradientenspoilerpulse, die in einigen Fällen, insbesondere wenn sie paarweise auftreten, auch Gradientencrusherpulse, kurz Crusher, genannt werden, werden unmittelbar vor und/oder nach den eigentlichen zur Ortskodierung genutzten Gradientenpulsen von den gleichen Gradientenspulen ausgespielt und sorgen dafür, dass zum Beispiel ungewollte Free-Induction-Decay(FID)-Signale unterdrückt werden. Die Spoiler oder Crusher müssen, damit sie die FID-Signale sicher unterdrücken, ein bestimmtes Spoiler- oder Crushermoment aufweisen. Solche Spoiler oder Crusher sind ein typisches Beispiel für Zusatz-Gradientenmomente. Darüber hinaus gibt es aber auch bestimmte Zusatz-Gradientenmomente, die dafür sorgen, dass bestimmte Kontraste erreicht werden können, wie Diffusionsgradientenpulse, oder Flusskompensationsgradienten.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Anlagenspezifikations-Parameterwerte erfasst, beispielsweise aus einem Speicher, insbesondere einer Datenbank ausgelesen, in dem für verschiedene Anlagen oder für die konkrete Anlage, für welche die Pulssequenz erstellt werden soll, die Parameterwerte hinterlegt sind. Die Ermittlung der Pulssequenz erfolgt dann unter Berücksichtigung dieser Anlagenspezifikations-Parameterwerte. Bei diesen Parameterwerten handelt es sich beispielsweise um Grenzwerte, die an der jeweiligen Anlage nicht über- oder unterschritten werden sollten. Typische Werte hierfür sind z. B. eine maximal erlaubte Gradientenamplitude oder eine maximale Flankensteilheit.
Während einer Pulssequenz werden die magnetischen Gradientenspulen, über die die Gradientenpulse ausgesandt werden, zwangsläufig häufig umgeschaltet. Wirbelströme mit anderen Komponenten des Magnetresonanztomographen, insbesondere dem Hochfrequenzschirm, sind ein Grund für die bekannten Lärmerscheinungen während des Schaltens der Gradienten. Insbesondere trägt eine hohe Flankensteilheit zu der Lärmbelästigung bei. Die sich schnell ändernden Gradientenfelder führen zu Verzerrungen und Schwingungen in den Gradientenspulen und zur Übertragung dieser Energien an das Gehäuse. Daher führen steile Flanken auch zu einem höheren Energieverbrauch und stellen zudem höhere Anforderungen an die Hardware.
Aus diesem Grund ist bei den meisten Anlagen sowohl die Slew-Rate als auch die maximal erlaubte Amplitude begrenzt. Innerhalb eines Ermittlungsverfahrens bzw. Optimierungsverfahren, in dem die Pulssequenz so berechnet wird, dass die k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte jeweils erreicht werden, können die Anlagenspezifikations-Parameterwerte beispielsweise als Randbedingungen eingebracht werden. So werden keine Pulssequenzen erzeugt, die dann auf der jeweiligen Anlage nicht ausgesendet werden könnten, da die Anlagenspezifikations-Parameterwerte nicht eingehalten werden.
Vorzugsweise werden zur Ermittlung der Pulssequenz auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte folgende Schritte durchgeführt:
Es erfolgt zunächst eine Ermittlung von den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten zugeordneten Stützpunkt-Zeiten auf Basis zumindest einiger der Steuerprotokoll-Parameterwerte. Das heißt, es wird berechnet, wann genau welche Stützpunkte erreicht werden müssen. Dies hängt z.B. von der Auslesebandbreite, der Auflösung, der Echozeit bzw. dem Echoabstand und der Repetitionszeit ab. Bei den Stützpunkt-Zeiten handelt es sich um relative Zeitpunkte bezogen auf den Startzeitpunkt der Pulssequenz.
In einem weiteren Schritt erfolgt dann eine Ermittlung bzw. Berechnung der k-Raum-Trajektorien und der genauen Verläufe der Gradientenpulsfolgen in den verschiedenen Raumrichtungen, um diese k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte zu den zugeordneten Stützpunkt-Zeiten zu erreichen. Das heißt, es wird eine optimierte Gradientenpulsfolge auf Basis der Zeitpunkte und der k-Raum-Trajektorien berechnet, welche zwischen den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten verlaufen.
Beispielsweise können hierzu auf einer Zeitachse für den Gradientenverlauf die den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten zugeordneten Stützpunkt-Zeiten als zeitliche Fixpunkte angegeben werden. Für diese Fixpunkte kann dann auch die zu dem jeweiligen Zeitpunkt aktuelle Gradientenamplitude berechnet werden (wobei diese positiv, negativ oder auch Null sein kann). Ist zudem das erforderliche Gradientenmoment zwischen benachbarten k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten bzw. diesen zeitlichen Fixpunkten bekannt, können diese als Randbedingungen in einem Optimierungsverfahren genutzt werden, um die Gradientenform entlang der Zeitachse zu ermitteln. Beispielsweise bietet sich hierzu ein Spline-Optimierungsverfahren an, vorzugsweise ein Spline-Optimierungsverfahren 4. Ordnung.
Sind die Verläufe der Gradientenpulsfolgen bekannt, können zusätzlich zwischen den jeweiligen Zeitpunkten bzw. zu den jeweiligen Zeitpunkten auch die exakten Zeitvorgabeparameter für die parallel bzw. koordiniert zu setzenden Hochfrequenzpulse und die Auslesezeitbereiche festgelegt werden, in denen eine Empfangseinrichtung auslesebereit geschaltet werden muss.
Besonders bevorzugt wird das Verfahren so realisiert, dass ein Bediener noch Möglichkeiten hat, bestimmte Parameterwerte, insbesondere für die Steuerprotokoll-Parameter, für die jeweilige Untersuchung zu verändern. Um dies zu ermöglichen, werden vorzugsweise nach der Ermittlung der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte bei einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens zunächst folgende weitere Verfahrensschritte durchgeführt:

a) Es erfolgt zunächst eine Ermittlung bzw. Berechnung von möglichen minimalen Stützpunkt-Zeiten zum Erreichen der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte. Das heißt, es wird geprüft, wann welche Stützpunkte in welchem Zeitraum prinzipiell erreichbar sind. Diese Berechnung kann auf Basis der Abstände zwischen den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten und vorzugsweise unter Berücksichtigung der oben genannten Anlagenspezifikations-Parameterwerte erfolgen. Dabei kann z. B. einfach aufgrund der Strecke und des hierfür benötigten Gradientenmoments berechnet werden, über welchen Zeitraum welche Amplitude vorliegen muss, um einen k-Raum-Stützpunkt von einem vorherigen k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt zu erreichen, wenn beispielsweise die Gradientenamplitude und die Slew-Rates gerade unterhalb der erlaubten Grenzwerte liegen.
b) Dann erfolgt zunächst eine Ermittlung von einstellbaren bzw. erlaubten Parameterbereichen für zumindest einige Steuerprotokoll-Parameter. Zum Beispiel kann dabei berechnet werden, in welchem Bereich noch möglicherweise eine Echozeit oder eine Repetitionszeit verändert werden kann oder in welchen Bereichen die Auflösung oder die Auslesebandbreite vom Bediener noch eingestellt werden können.
c) Nachfolgend können dann eine Ausgabe bzw. Anzeige der erlaubten Parameterwertebereiche bzw. deren Grenzen und eine Erfassung von Parameterwerte-Auswahlbefehlen erfolgen. Das heißt, dem Bediener wird angezeigt, dass er beispielsweise eine neue Echozeit zwischen einer minimalen und maximalen Echozeit auswählen kann. Er kann dann einen Parameterwerteänderungsbefehl zur Änderung von Steuerprotokoll-Parameterwerten eingeben, der über eine entsprechende Schnittstelle erfasst wird. Entsprechend werden dann die betreffenden Steuerprotokoll-Parameterwerte geändert.
d) In einem weiteren Schritt erfolgt dann eine Überprüfung der möglichen minimalen Stützpunkt-Zeiten, ob diese bei Veränderung der Parameterwerte noch haltbar sind, und in Abhängigkeit von einem Ergebnis dieser Überprüfung gibt es dann zwei Möglichkeiten: Entweder, wenn festgestellt wird, dass die möglichen minimalen Stützpunkt-Zeiten mit den neuen Parameterwerten nicht erreichbar sind, können neue k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte innerhalb des k-Raums auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte sowie der geänderter Parameterwerte ermittelt werden, und es können dann nachfolgend wieder die Schritte a) bis d) durchlaufen werden.

Andernfalls, wenn sich herausstellt, dass sich die minimalen Stützpunkt-Zeiten auch bei den geänderten Parameterwerten einhalten lassen, kann mit der Ermittlung bzw. Berechnung der Pulssequenz auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte fortgefahren werden, indem wie oben erläutert die k-Raum-Trajektorien und die Verläufe der Gradientenpulsform berechnet und anschließend die exakten Zeitvorgabeparameterwerte für die Hochfrequenzpulse und die Auslesezeitbereiche ermittelt werden.
Vorzugsweise ist es im Übrigen auch möglich, dass der Bediener nicht nur die Parameterwerte innerhalb der zulässigen Parameterbereiche mit Hilfe der Parameterwerte-Auswahlbefehle auswählt und die vom Steuerprotokoll vorgegebenen Steuerprotokoll-Parameterwerte in den zugelassenen Grenzen variiert, sondern dass der Benutzer auch selber k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte bzw. dadurch definierte Auslesebereiche im k-Raum unmittelbar festlegt. Hierzu muss die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung bzw. die Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit lediglich eine geeignete Benutzerschnittstelle aufweisen, um entsprechende k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte vom Benutzer zu erfassen.
Wie bereits oben erwähnt, ist es bisher üblich, dass die Sequenzen durch anlagenspezifische spezielle Programmiertools erstellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise die k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte und/oder die Pulssequenz, ggf. inklusive der Zusatzmomente, unter Nutzung einer geräteunabhängigen Programmiersprache ermittelt bzw. definiert. Besonders bevorzugt erfolgt die Ermittlung bzw. Definition der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte und/oder der Pulssequenz, ggf. einschließlich der Zusatzmomente, unter Nutzung einer Script-Sprache. Mit anderen Worten, die Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit und/oder die Pulssequenz-Ermittlungseinheit können durch eine geräteunabhängige Programmiersprache, insbesondere Script-Sprache, realisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass auch weniger erfahrene Programmierer, beispielsweise vor Ort in einer Klinik, das automatische Verfahren zur Ermittlung der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte bzw. zur Ermittlung der Pulssequenz noch modifizieren können, wobei keine anlagenspezifischen Kenntnisse erforderlich sind. Eine solche scriptgesteuerte Definition von k-Raum-Trajektorien mit z. B. vorgeschalteten Vorpulsen, Hochfrequenzsignalen und parallel bzw. nachgeschalteten Hochfrequenzauslesezyklen, Crushern etc. erleichtert die Sequenzprogrammierung also nicht nur intern bei den Anlagenherstellern, sondern auch bei deren Kunden bzw. späteren Benutzern der Anlagen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
2 ein Ablaufschema für einen möglichen Ablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Pulssequenz,
3 eine schematische Darstellung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten und k-Raum-Trajektorien für eine EPI-Sequenz,
4 eine schematische Darstellung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten und k-Raum-Trajektorien für eine kartesische TSE-Sequenz,
5 eine schematische Darstellung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten und k-Raum-Trajektorien für eine radiale TSE-Sequenz.
In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dargestellt. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Untersuchungsraum bzw. Patiententunnel 8. Eine Liege 7 ist in diesen Patiententunnel 8 hineinfahrbar, so dass ein darauf liegender Patient O oder Proband während einer Untersuchung an einer bestimmten Position innerhalb des Magnetresonanzscanners 2 relativ zu dem darin angeordneten Magnetsystem und Hochfrequenzsystem gelagert werden kann bzw. auch während einer Messung zwischen verschiedenen Positionen verfahrbar ist.
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 3, ein Gradientensystem 4 mit Magnetfeldgradientenspulen zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten in x-, y- und z-Richtung sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5. Die Magnetfeldgradientenspulen in x-, y- und z-Richtung sind unabhängig voneinander ansteuerbar, so dass durch eine vorgegebene Kombination Gradienten in beliebigen logischen Raumrichtungen, beispielsweise in Schichtselektionsrichtung, in Phasenkodierrichtung oder in Ausleserichtung angelegt werden können, wobei diese Richtungen i. d. R. von der gewählten Schichtorientierung abhängen. Der Empfang von im 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 diese Signale aber mit einer Lokalspulenanordnung 6 mit beispielsweise auf oder unter den Patienten O gelegten Lokalspulen (von denen hier nur eine dargestellt ist) empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der Figur 1 nur grob schematisch dargestellt.
Die Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind von einer Steuereinrichtung 10 ansteuerbar. Dabei kann es sich um einen Steuerrechner handeln, welcher auch aus einer Vielzahl von – gegebenenfalls auch räumlich getrennten und über geeignete Kabel oder dergleichen untereinander verbundenen – Einzelrechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 17 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 19 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall ist dieses Terminal 19 als Rechner mit Tastatur, einem oder mehreren Bildschirmen sowie weiteren Eingabegeräten wie beispielsweise Maus oder dergleichen ausgestattet, so dass dem Bediener eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
Die Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Gradienten-Steuereinheit 11 auf, die wiederum aus mehreren Teilkomponenten bestehen kann. Über diese Gradienten-Steuereinheit 11 werden die einzelnen Gradientenspulen gemäß einer Gradientenpulssequenz GS mit Steuersignalen beschaltet. Hierbei handelt es sich wie oben beschrieben um Gradientenpulse, die während einer Messung an genau vorgesehenen zeitlichen Positionen und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt werden.
Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem eine Hochfrequenz-Sendeeinheit 12 auf, um in die Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 jeweils Hochfrequenzpulse gemäß einer vorgegebenen Hochfrequenzpulssequenz HFS der Pulssequenz S einzuspeisen. Die Hochfrequenzpulssequenz HFS umfasst die oben erwähnten Anregungs- und Refokussierungspulse. Der Empfang der Magnetresonanzsignale geschieht dann mit Hilfe der Lokalspulenanordnung 6, und die davon empfangenen Rohdaten RD werden von einer HF-Empfangseinheit 13 ausgelesen und verarbeitet. Die Magnetresonanzsignale werden in digitaler Form als Rohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 14 übergeben, die daraus die Bilddaten BD rekonstruiert und diese in einem Speicher 16 hinterlegt und/oder über die Schnittstelle 17 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden. Alternativ kann auch eine Hochfrequenzpulssequenz über die Lokalspulenanordnung ausgesendet werden und/oder die Magnetresonanzsignale können von der Ganzkörper-Hochfrequenzspule empfangen werden (nicht dargestellt).
Über eine weitere Schnittstelle 18 werden Steuerbefehle an andere Komponenten des Magnetresonanzscanners 2, wie z. B. die Liege 7 oder den Grundfeldmagneten 3 übermittelt, oder Messwerte bzw. andere Informationen übernommen.
Die Gradienten-Steuereinheit 11, die HF-Sendeeinheit 12 und die HF-Empfangseinheit 13 werden jeweils koordiniert durch eine Messsteuereinheit 15 angesteuert. Diese sorgt durch entsprechende Befehle dafür, dass die gewünschte Gradientenpulssequenz GS (d.h. die Folge der Gradientenpulse) und Hochfrequenzpulssequenz HFS der Pulssequenz ausgesendet werden. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Magnetresonanzsignale an den Lokalspulen der Lokalspulenanordnung 6 durch die HF-Empfangseinheit 13 ausgelesen und weiterverarbeitet werden, d.h. es müssen Auslesefenster gesetzt werden, indem z.B. die ADCs der HF-Empfangseinheit 13 auf Empfang geschaltet werden. Ebenso steuert die Messsteuereinheit 15 die Schnittstelle 18 an.
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 kann ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Magnetresonanzscanner 2 auch anders aufgebaut sein kann, beispielsweise mit einem seitlich offenen Patientenraum, oder als kleinerer Scanner, in dem nur ein Körperteil positioniert werden kann.
Um eine Messung zu starten, kann ein Bediener über das Terminal 19 üblicherweise ein für diese Messung vorgesehenes Steuerprotokoll P aus einem Speicher 16 auswählen, in dem eine Vielzahl von Steuerprotokollen P für verschiedene Messungen hinterlegt sind. Dieses Steuerprotokoll P enthält u. a. verschiedene Steuerprotokoll-Parameterwerte SP für die jeweilige Messung. Zu diesen Steuerprotokoll-Parameterwerten SP zählen z.B. der Sequenztyp, die durch die einzelnen Hochfrequenzpulse zu erreichenden Magnetisierung, Schichtdicken, Schichtabstände, Auflösung, Anzahl der Schichten, Echozeiten, Repetitionszeiten, etc.
Im Übrigen kann der Bediener anstatt aus dem Speicher 16 auch über ein Netzwerk NW Steuerprotokolle, beispielsweise von einem Hersteller der Magnetresonanzanlage, mit entsprechenden Steuerprotokoll-Parameterwerten SP abrufen und diese dann wie nachfolgend beschrieben nutzen.
Basierend auf den Steuerprotokoll-Parameterwerten SP einschließlich der gewählten Zeitparameter wird dann eine Pulssequenz S ermittelt, gemäß der schließlich die Ansteuerung der übrigen Komponenten durch die Messsteuereinheit 15 erfolgt. Die Pulssequenz S wird hier in einer Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung 20 berechnet, die als Teil des Terminals 19 dargestellt ist. Die genaue Funktionsweise der Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung 20 und ihrer einzelnen Komponenten wird im Folgenden unter Hinweis auf 2 weiter erläutert.
In einem ersten Schritt I werden zunächst die Steuerprotokoll-Parameterwerte SP eines ausgewählten Protokolls P geladen (welches in diesem Zusammenhang auch als Default-Protokoll für einen bestimmten Pulssequenztyp bzw. eine bestimmte Untersuchung angesehen werden kann). Diese Übernahme der Steuerprotokoll-Parameterwerte SP erfolgt beispielsweise über eine Eingangs-Schnittstellenanordnung 21.
In einem weiteren Schritt II werden dann die einzelnen k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte im k-Raum ausgerechnet. Die genaue Lage und Anzahl dieser Stützpunkte im k-Raum ergibt sich wie oben beschrieben aus dem gewählten Sequenztyp sowie die Echo- und Repetitionszeiten, die Auslese- und Pulsbandweiten, die Echozyklen sowie zusätzliche Gradientenmomente bzw. Vorpulse.
Typische Positionen von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten S1, S2, S3, ..., S7 im k-Raum R_k sind in den 3 bis 5 für verschiedene Pulssequenztypen dargestellt.
Bei der Pulssequenz in 3 handelt es sich um eine einfache EPI-Sequenz. Hierbei werden nacheinander die Stützpunkte S1, S2, S3, S4, S5, ... angefahren und jeweils zwischen den Stützpunkten S1, S2, und S3, S4, sowie S5, ... etc. die Rohdaten akquiriert, um den ganzen k-Raum R_k ausreichend dicht zeilenweise entlang der x-Richtung abzutasten.
In 4 handelt es sich um eine schematische Darstellung für eine Turbo-Spin-Echo-Sequenz, welche ebenfalls den k-Raum R_k zeilenweise in x-Richtung abtastet. Auch hier werden nacheinander die einzelnen Stützpunkte S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 angefahren. In ähnlicher Weise wird bei der radialen Turbo-Spin-Echo-Sequenz gemäß 5 gearbeitet. Nur dass hier keine kartesische Abtastung durchgeführt wird, sondern eine Abtastung entlang von radialen Speichen, welche durch das k-Raum-Zentrum verlaufen.
Es ist klar, dass zum Erreichen der einzelnen Stützpunkte S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, ... in der richtigen Reihenfolge die passenden Gradienten geschaltet werden müssen und zusätzlich weitere Ereignisse, beispielsweise Hochfrequenzpulse, erfolgen müssen, die jeweils mit den einzelnen Punkten bzw. Strecken verknüpft sind. Dies wird später noch genauer erläutert.
In einem Schritt III werden zunächst Anlagenspezifikations-Parameter AP eingelesen. Diese könnten beispielsweise in dem Speicher 16 der Anlage oder in einem Speicher 26 innerhalb des Terminals 19 hinterlegt sein. Wie oben erwähnt, handelt es sich hierbei vorzugsweise um Grenzwerte, die durch die Pulsfolge nicht überschritten werden dürfen, insbesondere um eine maximale Gradientenamplitude und eine maximale Slew-Rate.
In einem Schritt IV können dann Zusatz-Gradientenmomente M auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte, insbesondere des Sequenztyps, berechnet werden. Diese zusätzlichen Gradientenmomente M sind beispielsweise bei bestimmten Sequenzen Spoiler- oder Crusher-Gradienten.
Sofern im Steuerprotokoll vorgegebene Steuerprotokoll-Parameterwerte unverändert übernommen werden sollen, könnte dann sofort im Schritt IX das genaue Timing für die Stützpunkte berechnet werden, d. h. es könnten auf Basis der vorgegebenen Echo- und Repetitionszeiten Stützpunkt-Zeiten für die einzelnen Stützpunkte berechnet werden, die angeben, zu welchem Zeitpunkt genau welcher Stützpunkt zu erreichen ist.
Bevorzugt soll es aber für den Bediener möglich sein, bestimmte Parameterwerte, insbesondere Echozeit, Repetitionszeit, Auslösung, Bandbreite etc., noch zu verändern. Daher werden vor dem Schritt IX zunächst noch optional die Schritte V, VI, VII, VIII durchgeführt.
Im Schritt V erfolgt dabei zunächst eine Berechnung von möglichen minimalen Stützpunkt-Zeiten t1’, t2’, ..., t7’ für die k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte. Hierbei wird insbesondere unter Berücksichtigung der Anlagenspezifikations-Parameterwerte ermittelt, wann welche Stützpunkte im schnellstmöglichen Fall erreicht werden können. Es wird dabei in der Regel davon ausgegangen, dass maximal zulässige Slew-Rates und maximal zulässige Gradientenamplituden genutzt werden, um schnellstmöglich von einem Stützpunkt zum nächsten Stützpunkt im k-Raum zu gelangen.
Sind diese minimal möglichen Stützpunktzeiten bekannt, können daraus im Schritt VI die zugelassenen einstellbaren Parameterwertebereiche SPB für die einzelnen Steuerprotokoll-Parameter, also beispielsweise die möglichen Echozeiten, Repetitionszeiten etc., ermittelt werden.
Die so ermittelten möglichen Parameterwertebereiche SPB werden dann im Schritt VII auf einer Benutzerschnittstelle 30 des Terminals 19 ausgegeben, und es werden passende Parameterwert-Änderungsbefehle SPU des Benutzers an der Benutzerschnittstelle 30 eingelesen. Beispielsweise könnte die Benutzerschnittstelle 30 neben einem Monitor, auf dem die Parameterwertebereiche SPB angezeigt werden, auch eine grafische Benutzerschnittstelle mit einem Zeigegerät aufweisen, mit dem ein virtueller Schieberegler innerhalb der zulässigen Bereiche verstellt wird. Die Übermittlung der möglichen einstellbaren Parameterbereiche SPB sowie die Übernahme der Parameterwert-Änderungsbefehle SPU kann beispielsweise über eine Schnittstelle 22 der Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung 20 erfolgen, die hierzu die Benutzerschnittstelle 30 entsprechend ansteuert (siehe 1).
Wenn der Benutzer mittels eines Parameterwert-Änderungsbefehls SPU zumindest einen der Steuerprotokoll-Parameterwerte geändert hat, wird zunächst in einem Schritt VIII geprüft, ob damit verbunden auch eine Änderung der Stützpunkte erforderlich ist. Dies könnte beispielsweise der Fall sein, wenn der Benutzer eine höhere Auflösung verlangt, da dann die Stützpunkte sich weiter aus dem K-Raumzentrum nach außen verschieben, und im allgemeinen längere Zeiten zwischen den Punkten benötigt werden.
Ist eine Änderung der Stützpunkte erforderlich (Abzweig „j“), so erfolgt ein Rücksprung zum Schritt II und es werden neue Stützpunkte im k-Raum festgelegt bzw. einige der Stützpunkte geändert. Anschließend werden dann wieder die Schritte III, IV, V, VI, VII und VIII durchlaufen.
Ist keine Änderung der Stützpunkte erforderlich (Abzweig „n“), so kann dann im Schritt IX wie oben erläutert das genaue Timing der Trajektorien im k-Raum R_k berechnet werden, d. h. es können die einzelnen Stützpunkt-Zeiten t1, t2, ..., t7 ermittelt werden, zu denen die einzelnen k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte S1, S2, S3, ..., S7, unter den gegebenen Steuerprotokoll-Parameterwerten, insbesondere unter den gegebenen Echozeiten und Repetitionszeiten, erreicht werden müssen.
Die Berechnung dieser Stützpunkt-Zeiten erfolgt basierend auf bestimmten für die einzelnen Sequenztypen vorgegebenen Regeln, welche beispielsweise in einem Speicher 26 hinterlegt sein können. Insbesondere ergeben sich diese Zeiten aus der Auslesebandweite und der Auflösung.
Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass zwischen den einzelnen Stützpunkten Abhängigkeiten und Folgen bestehen, so dass sich z. B. ein nachfolgender Punkt auch durch einen vorgehenden Punkt und zusätzlich Angabe der Differenzwerte hinsichtlich der Stützpunkt-Zeit und hinsichtlich der räumlichen Anordnung im k-Raum, beispielsweise in x-, y-Koordinaten, definieren lässt. Dadurch kann sich auch die Anzahl der festzulegenden Stützpunkte minimieren lassen.
Im Schritt X können dann die genauen Trajektorien und Gradientenverläufe berechnet werden. Dies kann beispielsweise in einer Pulsermittlungseinheit 24 erfolgen, welche die von der Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit 23 zuvor bestimmten Stützpunkte übernimmt (siehe 1). Auch diese Pulsermittlungseinheit kann auf Regeln im Speicher 26 zurückgreifen, nach denen dann in Abhängigkeit von den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten und deren zugeordneten Stützpunkt-Zeiten die Gradientenverläufe berechnet werden. Die Pulsermittlungseinrichtung kann hierzu beispielsweise unter Berücksichtigung der Stützpunkte und ihrer Zeiten sowie der zwischen diesen Stützpunkten erforderlichen Gradientenmomente als Randbedingungen ein beliebiges Optimierungsverfahren, beispielsweise wie erwähnt ein Spline-Optimierungsverfahren, einsetzen, um möglichst glatte Gradientenpulse mit geringen Slew-Rates zu erzeugen. Anders als bei den bisherigen Sequenzermittlungsverfahren können damit unnötig steile Gradientenrampen oder die Aneinanderreihung verschiedener Gradienten aus verschiedenen Ereignissen vermieden werden. Dadurch wird nicht nur die Geräuschbelästigung reduziert, sondern auch ein geringerer Stromverbrauch, eine geringere Erwärmung und damit verringerter Helium-Boil-Off in den Gradientenspulen erreicht. Unter Umständen ist es dann sogar möglich, Gradientenspulen kosteneffektiver aufzubauen.
Wie bereits erläutert, werden die einzelnen k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte i.d.R. mit bestimmten Ereignissen verknüpft, beispielsweise dem Aussenden bestimmter Hochfrequenzpulse und/oder dem Freischalten von Empfangseinrichtungen, so dass Rohdaten entlang einer Trajektorie zwischen zwei Stützpunkten akquiriert werden. Dabei dienen einige Hochfrequenzpulse als reine Anregungspulse, um ein bestimmtes Volumen, beispielsweise eine oder mehrere Schichten, anzuregen, andere Hochfrequenzpulse wiederum als Refokussierungspulse, die auch mit einem Sprung im k-Raum verbunden sind. Diese Hochfrequenzpulse müssen in der Regel, sofern sie räumlich selektiv wirken sollen, auch mit gleichzeitig bzw. parallel geschalteten Gradientenamplituden (quer zur Schichtebene also z.B. in z-Richtung, wenn sich die Schichtebene in einer x/y-Ebene erstreckt) verknüpft sein. Die jeweilige Gradientenstärke bzw. jeweiligen Amplituden ergeben sich dabei aus der Bandbreite und der anzuregenden Schichtdicke.
Im Folgenden werden anhand der 3 bis 5 beispielhaft verschiedene Timing-Szenarien erläutert. Die 3 bis 5 zeigen dabei als grobe schematische Darstellung jeweils nur die ersten k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte innerhalb des Empfangs-k-Raums R_k. Normalerweise sitzen diese k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte viel dichter, z.B. wie durch die Nyquist-Bedingung vorgeschrieben. Durch entsprechende zusätzliche Bezugsziffern an den einzelnen Punkten und Strecken sowie durch die gestrichelten Linien sollen die parallel im Sende-k-Raum erfolgenden Ereignisse (wie die Aussendung von Hochfrequenzpulsen) dargestellt werden, so dass die einzelnen Funktionen und das Timing klarer werden. Gezeigt ist jeweils eine Schicht im k-Raum R_k, die sich in einer x/y-Ebene erstreckt. Bei allen dargestellten Pulssequenzen ist der Startpunkt jeweils das k-Raum-Zentrum, d. h. der erste k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt S0 befindet sich räumlich in der Mitte (bei den Koordinaten 0,0) des k-Raums R_k, und die zugehörige Stützpunkt-Zeit ist t = 0.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine ganz einfache EPI-Sequenz. Der erste k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt S0 ist hier mit einem Hochfrequenzpulsereignis H0 verbunden. Dieses Hochfrequenzpulsereignis H0 ist das Aussenden eines z. B. 90°-Hochfrequenzpulses unter gleichzeitigem Schalten eines Gradienten. Dieser Gradient verläuft hier in z-Richtung, d. h. senkrecht zur in den 3 bis 5 dargestellten Bildebene, da selektiv eine ganz bestimmte Schicht (nämlich die Schicht, für die der k-Raum dargestellt ist) mit einer bestimmten Breite angeregt werden soll. Das Auslesen der Magnetresonanzsignale aus dieser Schicht erfolgt dann zeilenweise, beginnend beim k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt S1, welcher zunächst angefahren wird (dargestellt durch den gestrichelten Pfeil). Anschließend wird durch ein entsprechendes Schalten des Gradienten in x-Richtung der k-Raum in x-Richtung bis zum k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt S2 durchlaufen, wobei diese Trajektorie mit einem Ausleseereignis A1 verknüpft ist, d. h. es wird parallel ein Auslesefenster geschaltet.
Wenn der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkt S2 erreicht ist, ist dieses Auslesefenster beendet, d. h. die ADCs werden vorübergehend deaktiviert. Dann erfolgt das Schalten eines y-Gradienten, um in y-Richtung den Stützpunkt S3 zu erreichen. Ist Stützpunkt S3 erreicht, erfolgt wieder durch Schalten entsprechender x-Gradienten ein Verfahren durch den k-Raum R_k in x-Richtung zum Stützpunkt S4, wobei die dazwischenliegende k-Raum-Trajektorie wieder mit einem Ausleseereignis A2 verbunden ist, d. h. es wird ein neues Auslesefenster zwischen den Stützpunkten S3 und S4 geschaltet. Am Stützpunkt S4 wird dann wieder das Auslesefenster beendet und es erfolgt ein Durchlaufen des k-Raums in y-Richtung zum nächsten Stützpunkt S5 u.s.w.
4 zeigt eine TSE-Sequenz, bei der ebenfalls zeilenweise ausgelesen wird. Auch hier wird zunächst am Stützpunkt S0 im k-Raum-Zentrum (also mit ausgeschalteten x- und y-Gradienten) ein Hochfrequenzpulsereignis H0 in Form eines 90°-Anregungspulses unter gleichzeitigem Schalten eines z-Gradienten ausgesendet, um eine bestimmte Schicht mit einer bestimmten Breite in z-Richtung anzuregen.
Anschließend erfolgt dann ein Übergang zum nächsten Stützpunkt S1, welches wieder durch den gestrichelten Pfeil dargestellt ist, ohne dass eine weitere Aktion passiert. Der Stützpunkt S1 ist zunächst mit einem weiteren Hochfrequenzpulsereignis H1 verknüpft. Dabei handelt es sich um die Aussendung eines, ggf. auch durch Schaltung eines entsprechenden z-Gradienten schichtselektiven, 180°-Refokussierungspulses. Dies führt dazu, dass die Spins in x-Richtung umklappen, was im k-Raum mit einem Vorzeichenwechsel in x-Richtung verbunden ist. Dies ist durch den mit dem Bezugszeichen H1 verknüpften, gestrichelten Pfeil zum nächsten Stützpunkt S2 symbolisiert. Es erfolgt dann ein Schalten von Gradienten in x-Richtung, so dass die Trajektorie zwischen dem Stützpunkt S2 und dem Stützpunkt S3 durchlaufen wird. Dabei soll der Stützpunkt S3 räumlich auf dem gleichen Punkt liegen wie der Stützpunkt S1. In 4 ist dies durch ein enges Aneinanderliegen dieser beiden Stützpunkte S1, S3 symbolisiert. Auf der Strecke zwischen dem Stützpunkt S2 und dem Stützpunkt S3 wird gleichzeitig ein Auslesefenster geschaltet, d. h. diese Trajektorie ist mit einem Ausleseereignis A1 verknüpft. Ist der Stützpunkt S3 erreicht, so wurde die entsprechende Zeile im k-Raum in x-Richtung ausgelesen.
Der Stützpunkt S3 ist, mit einem Hochfrequenzpulsereignis H2 verknüpft, nämlich genau wie der Stützpunkt S1 mit einem Refokussierungspuls von 180°. Dies führt erneut zu einem Vorzeichenwechsel, d. h. einem Rücksprung zum Stützpunkt S2 im k-Raum R_k. Allerdings wird nun gleichzeitig oder unmittelbar danach ein Gradient in y-Richtung geschaltet, so dass insgesamt der Stützpunkt S4 erreicht wird.
Zwischen dem Stützpunkt S4 und dem nachfolgenden Stützpunkt S5, welcher durch entsprechendes Schalten von Gradienten in x-Richtung entlang der Trajektorie zwischen S4 und S5 erreicht wird, wird wiederum ein Auslesefenster geschaltet, so dass diese Trajektorie mit einem Ausleseereignis A2 verknüpft ist und entsprechend Rohdaten entlang dieser Strecke im k-Raum akquiriert werden.
Der Stützpunkt S5 ist mit einem weiteren Hochfrequenzereignis H3 verknüpft, wobei es sich wieder um einen 180°-Refokussierungspuls handelt (der durch Schalten eines parallelen z-Gradienten schichtselektiv wirkt), und einem gleichzeitigen oder unmittelbar folgenden Schalten eines y-Gradienten, so dass ein Rücksprung zum Stützpunkt S4 und ein, ggf. gleichzeitiges, Verfahren zum nächsten Stützpunkt S6 erfolgt. Ausgehend von S6 erfolgt dann die nächste Trajektorie in x-Richtung, die mit einem weiteren Ausleseereignis A3 verbunden ist usw.
Auf diese Weise wird auch hier der k-Raum zeilenweise in x-Richtung abgetastet.
5 zeigt eine weitere TSE-Sequenz, welche ähnlich wie die TSE-Sequenz in 4 funktioniert, jedoch mit dem Unterschied, dass nun das Auslesen entlang von radialen Trajektorien durch das k-Raum-Zentrum erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass das k-Raum-Zentrum, welches die wesentlichsten Informationen enthält, mehrfach ausgelesen wird. Allerdings ist die nachfolgende Auswertung der Daten bzw. Rekonstruktion der Bilddaten etwas aufwändiger, da die akquirierten Rohdaten i.d.R. erst umsortiert werden müssen.
Auch diese Sequenz beginnt wieder mit einem Hochfrequenzpulsereignis H0, welches mit dem Start-Stützpunkt S0 im k-Raum-Zentrum verbunden ist, wobei schichtselektiv in z-Richtung eine bestimmte Schicht mit einer bestimmten Breite angeregt wird. Hierbei kann es sich prinzipiell um den gleichen Puls handeln wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4. Ebenso erfolgt dann ein Übergang zum Stützpunkt S1, an dem wieder als damit verknüpftem Hochfrequenzpulsereignis H1 ein schichtselektiver Refokussierungspuls von 180° ausgesendet wird, was zu einem Umklappen der Spins in x-Richtung und somit zu einem Übergang zum nächsten Stützpunkt S2 führt.
Durch Schalten eines x-Gradienten wird dann wieder die Trajektorie zwischen dem Stützpunkt S2 und dem nachfolgenden Stützpunkt S3 abgefahren, welcher bezüglich der räumlichen Koordinaten mit dem Stützpunkt S1 identisch ist und sich nur bezüglich der Stützpunkt-Zeit unterscheidet. Entlang dieser Trajektorie wird wieder ein Auslesefenster geschaltet, d. h. die Trajektorie ist mit einem Ausleseereignis A1 verknüpft.
Auch der Stützpunkt S3 ist wieder mit einem Hochfrequenzpulsereignis H2 in Form eines schichtselektiven Refokussierungspulses verknüpft, so dass erneut ein Rücksprung zum Stützpunkt S2 erfolgt, wobei aber gleichzeitig oder direkt darauffolgend Gradienten in x- und y-Richtung geschaltet werden, so dass der Stützpunkt S4 erreicht wird. Das Schalten der Gradienten in x- und y-Richtung erfolgt dabei so, dass die Trajektorie zwischen den Stützpunkten S2 und S4 einer Kreisbahn folgt.
Anschließend werden weiterhin Gradienten koordiniert in x- und y-Richtung geschaltet, so dass eine gerade radiale Trajektorie (eine Speiche) durch das k-Raum-Zentrum zum nächsten Stützpunkt S5 durchlaufen wird. Diese Trajektorie ist mit einem weiteren Ausleseereignis A2, nämlich dem Schalten eines weiteren Auslesefensters, verknüpft, so dass Rohdaten entlang dieser radialen Trajektorie akquiriert werden.
Der Stützpunkt S5 ist wiederum mit einem weiteren Hochfrequenzpulsereignis H3 in Form eines in z-Richtung selektiven Refokussierungspulses von 180° verknüpft, so dass auch hier ein Umklappen der Spins in der x-/y-Ebene zurück auf den Stützpunkt S4 erfolgt, wobei parallel oder direkt nachfolgend weiter x- und y-Gradienten geschaltet werden, so dass letztlich der Stützpunkt S6 erreicht wird. Vom Stützpunkt S6 aus werden weiter Gradienten in x- und y-Richtung so geschaltet, dass die nächste radiale Trajektorie durch das k-Raum-Zentrum zum Stützpunkt S7 durchlaufen wird, welche mit einem weiteren Ausleseereignis A3, d. h. dem Schalten eines weiteren Auslesefensters, verknüpft ist usw.
Das gesamte Ausrechnen des hierzu erforderlichen Anregungs- und ADC-Timings, d. h. das Ausrechnen, welche Hochfrequenzpulse parallel zu welchem z-Gradienten und welche Auslesefenster zu welchen Zeitpunkten genau geschaltet werden müssen, erfolgt im Schritt XI (siehe 2).
Sobald diese Berechnungen erfolgt sind, ist die komplette Pulssequenz S erstellt und kann dann beispielsweise im Schritt XII über eine Pulssequenz-Schnittstelle 25 wieder ausgegeben werden und beispielsweise in dem in 1 dargestellten Fall über die Terminalschnittstelle 17 an die Messsteuereinheit 15 übergeben werden, so dass dann vollautomatisch die Messung abläuft. Alternativ kann diese Pulssequenz natürlich in einem Speicher zwischengespeichert und später verwendet werden.
Wie ebenfalls bereits oben erwähnt, kann die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung 20 bevorzugt in Form von Softwarekomponenten auf einem geeigneten Mikroprozessor oder mehreren verknüpften Mikroprozessoren des Terminals 19 realisiert werden. Besonders bevorzugt erfolgt diese Realisierung in Form einer Skriptsprache. Das heißt, die Schnittstellen 21, 22, 25, aber insbesondere die Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit 23 und die Pulsermittlungseinheit 24 werden in Form von Skriptsprache-Modulen erstellt und in geeigneter Weise in einem Skript verknüpft, so dass ein Bediener dieses Skript nicht nur mit Hilfe der Benutzerschnittstelle 30 des Terminals anschauen, sondern ggf. auch manuell verändern kann. Er hat dann nicht nur die Möglichkeit, einzelne Parameterwerte zu ändern, sondern er kann direkt manuell einzelne Stützpunkte im k-Raum selber setzen oder sogar Berechnungsverfahren ändern, um so auf einfache Weise die für die aktuell anstehende Aufgabe optimale Pulssequenz nachfolgend automatisch erstellen zu lassen.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Aufbauten um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So kann beispielsweise die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung 20 anstelle auf dem Terminal auch als Teil der Steuereinrichtung 10 selber realisiert sein, insbesondere auch als Komponente der Messsteuereinheit 15. Ebenso könnte die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung auch auf einem separaten Rechensystem realisiert sein, welches beispielsweise über das Netzwerk NW mit der Magnetresonanzanlage 1 verbunden ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage (1) mit folgenden Schritten: – Erfassung von Steuerprotokoll-Parameterwerten (SP), – Ermittlung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten (S0, S1, S2, S3, ..., S7) innerhalb des k-Raums (R_k) auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte (SP), – Ermittlung der Pulssequenz (S) auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest einigen der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7) definierte Ereignisse (H0, H1, H2, H3, A1, A2, A3, ..., A6) zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Anlagenspezifikations-Parameterwerte (AP) erfasst werden und die Ermittlung der Pulssequenz (S) unter Berücksichtigung dieser Anlagenspezifikations-Parameterwerte (AP) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von einem Sequenztyp erforderliche Zusatz-Gradientenmomente (M) innerhalb der Pulssequenz (S) ermittelt werden und die Ermittlung der Pulssequenz (S) unter Berücksichtigung dieser Zusatz-Gradientenmomente (M) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ermittlung der Pulssequenz (S) auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7) folgende Schritte durchgeführt werden: – Ermittlung von den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten (S0, S1, S2, S3, ..., S7) zugeordneten Stützpunkt-Zeiten (t1, t2, ..., t7) auf Basis zumindest einiger der Steuerprotokoll-Parameterwerte (SP), – Ermittlung von k-Raum-Trajektorien und der Verläufe von Gradientenpulsfolgen zum Erreichen der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7) zu den zugeordneten Stützpunkt-Zeiten (t1, t2, ..., t7), – Ermittlung von exakten Zeitvorgabeparameterwerten für Hochfrequenzpulse und Auslesezeitbereichen unter Berücksichtigung der k-Raum-Trajektorien.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Ermittlung der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S1, S2, S3, ..., S7) zunächst folgende weiteren Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Ermittlung von den k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten (S0, S1, S2, S3, ..., S7) zugeordneten möglichen minimalen Stützpunkt-Zeiten (t1’, t2’,..., t7’), b) Ermittlung von einstellbaren Parameterwertbereichen (SPB) für zumindest einige Steuerprotokoll-Parameter (SP), c) Ausgabe der einstellbaren Parameterwertbereiche (SPB) und Erfassung von Parameterwertänderungsbefehlen (SPU) zur Änderung von Steuerprotokoll-Parameterwerten (SP), d) Überprüfung der möglichen minimalen Stützpunkt-Zeiten (t1’, t2’,..., t7’) und in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Überprüfung entweder erneutes Ermitteln von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten (S0, S1, S2, S3, ..., S7) innerhalb des k-Raums (R_k) unter Berücksichtigung von geänderten Steuerprotokoll-Parameterwerten (SP) und nachfolgender erneuter Durchlauf der Schritte a) bis d) oder Fortfahren mit der Ermittlung der Pulssequenz (S) auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7) von einer Benutzerschnittstelle erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7) und/oder die Pulssequenz (S) unter Nutzung einer geräteunabhängigen Programmiersprache ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7) und/oder die Pulssequenz (S) unter Nutzung einer Script-Sprache ermittelt werden.
Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage (1), bei dem zunächst in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eine Pulssequenz (S) ermittelt und dann die Magnetresonanzanlage (1) unter Nutzung dieser Pulssequenz (S) betrieben wird.
Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage (1), – mit einer Eingangs-Schnittstellenanordnung (21) zur Erfassung von Steuerprotokoll-Parameterwerten (SP), – einer Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit (23) zur Ermittlung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten (S0, S1, S2, S3, ..., S7) innerhalb des k-Raums (R_k) auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte (SP), – einer Pulssequenzermittlungseinheit (24) zur Ermittlung der Pulssequenz (S) auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte (S0, S1, S2, S3, ..., S7).
Magnetresonanzanlage (1) mit einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung (6), mit einem Gradientensystem (4) und einer Steuereinrichtung (15), welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegeben Pulssequenz (S) einen Hochfrequenz-Pulszug (HFS) auszusenden und dazu koordiniert über das Gradientensystem (4) einen Gradienten-Pulszug (GS) auszusenden, gekennzeichnet durch, eine Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) nach Anspruch 11, um eine Pulssequenz (S) zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung (15) zu übergeben.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Programm in der Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) ausgeführt wird.