DE102013214356A1

DE102013214356A1 - Optimierung einer Pulssequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem

Info

Publication number: DE102013214356A1
Application number: DE102013214356.7A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN104337514B; CN104337514A; US20150032406A1; KR101932102B1; DE102013214356B4; KR20150011778A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung einer Pulssequenz (S) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem (1), wobei ein zeitlich zu einem Hochfrequenzpulszug (HF) zur Ansteuerung eines HF-Sendesystems des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) passend auszuspielender Plan-Gradientenpulszug (PZ) zur Ansteuerung eines Gradientensystems (4) des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) übernommen wird, der ermittelte Plan-Gradientenpulszug (PZ) einen Optimierungsabschnitt (EB), und für den Optimierungsabschnitt (EB) ein Plan-Gradientenmoment (PGM) ermittelt wird, für den Optimierungsabschnitt (EB) des ermittelten Plan-Gradientenpulszugs (PZ) ein tatsächlich ausspielbarer Real-Gradientenpulszug (RZ) ermittelt wird, für den Real-Gradientenpulszug (RZ) ein Real-Gradientenmoment (RGM) ermittelt wird, eine Fehl-Gradientenmomentdifferenz (DGM) zwischen Real-Gradientenmoment (RGM) und Plan-Gradientenmoment (PGM) ermittelt wird, der Real-Gradientenpulszug (RZ) so modifiziert wird, dass der Betrag der Gradientenmomentdifferenz (mDGM) zwischen Plan-Gradientenmoment (PGM) und dem Gradientenmoment des modifizierten Real-Gradientenpluszugs (mRZ) optimiert ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Pulssequenzoptimierungseinheit, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgebildet ist und ein Magnetresonanzbildgebungssystem, welches unter Nutzung einer solchen Pulssequenzoptimierungseinheit betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung einer Pulssequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems unter Nutzung einer solchen optimierten Pulssequenz sowie eine Pulsoptimierungseinheit und ein Magnetresonanzbildgebungssystem, welche unter Nutzung eines solchen Verfahrens betrieben werden.
In einer Magnetresonanzanlage, auch Magnetresonanztomographiesystem bzw. Magnetresonanzbildgebungssystem 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 damit eine bestimmte Pulssequenz auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenzpulsen, insbesondere Anregungspulsen und Refokussierungspulsen sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen in verschiedenen Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu müssen Auslesefenster gesetzt werden, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten Magnetresonanzsignale erfasst werden. Maßgeblich für die Bildgebung ist dabei insbesondere das Timing innerhalb der Sequenz, d. h. in welchen zeitlichen Abständen welche Pulse aufeinander folgen. Eine Vielzahl der Steuerparameter 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 Steuerparameter wie beispielsweise einen bestimmten Schichtabstand eines Stapels von auszumessenden Schichten, eine Schichtdicke etc. vorgeben kann. Auf Basis all dieser Steuerparameter wird dann eine Pulssequenz, die auch als Messsequenz bezeichnet wird, berechnet.
Die Gradientenpulse sind über ihre Gradientenamplitude, die Gradientenpulszeitdauer und über die Flankensteilheit bzw. die 1. Ableitung der Pulsform dG/dt der Gradientenpulse, üblicherweise auch als „Slew Rate“ bezeichnet, definiert. Eine weitere wichtige Gradientenpulsgröße ist das Gradientenpulsmoment (auch kurz „Moment“ genannt), das durch das Integral der Amplitude über die Zeit definiert ist.
Während einer Pulssequenz werden in einem Gradientensystem umfasste Gradientenspulen, über die die Gradientenpulse ausgesandt werden, häufig und schnell umgeschaltet. Da die Zeitvorgaben innerhalb einer Pulssequenz meist sehr strikt sind und zudem die Gesamtdauer einer Pulssequenz, die die Gesamtdauer einer MRT-Untersuchung bestimmt, möglichst gering gehalten werden muss, müssen z. T. Gradientenstärken um die 40 mT/m und Slew rates von bis zu 200 mT/m/ms erreicht werden. Insbesondere trägt eine derart hohe Flankensteilheit zu den bekannten Lärm-erscheinungen während des Schaltens der Gradienten bei. Wirbelströme mit anderen Komponenten des Magnetresonanztomographen, insbesondere dem Hochfrequenzschirm, sind ein Grund für diese Lärmbelästigungen. Daneben führen steile Flanken der Gradienten zu einem höheren Energieverbrauch und stellen zudem höhere Anforderungen an die Gradientenspulen und die weitere Hardware. Die sich schnell ändernden Gradientenfelder führen zu Verzerrungen und Schwingungen in den Gradientenspulen und zur Übertragung dieser Energien an das Gehäuse. Durch Erwärmung der Spulen und die weiteren Komponenten kann es zudem zu einem hohen Helium-Boil-Off kommen.
Insbesondere um die Geräuschbelästigung zu reduzieren, wurden bereits verschiedene Lösungen beim Aufbau der Hardware vorgeschlagen, wie z. B. ein Vergießen oder Vakuumversiegeln der Gradientenspulen.
Darüber hinaus sind auch Verfahren bekannt, die Gradientenparameter in einer Pulssequenz zur Reduzierung einer Geräuschbelastung optimieren. Dabei kann beispielswiese bezüglich einem zeitlichen Abschnitt einer Gradientenpulssequenz festgestellt werden, ob für diesen Abschnitt ein Gradientenparameter zur Lärmreduktion verändert werden darf. Meist beinhalten die optimierten Abschnitte dann eine Gradientenpulssequenz, welche die Systemgrenzen des Gradientensystems des Magnetresonanzbildgebungssystems bei weitem unterschreiten, sodass Ungenauigkeiten bei der Ansteuerung des Gradientensystems nur selten auftreten. Dennoch kann nicht ausgeschlossen werden, dass es auch bei solchermaßen optimierten Pulssequenzen immer wieder zu Abweichungen gegenüber einem erwarteten Gradientenmoment kommt.
Aufgabe der Erfindung ist, diese Abweichungen zu minimieren.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens zur Optimierung einer Pulssequenz nach Anspruch 1, einer Pulssequenzoptimierungseinheit nach Anspruch 10 und einem Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 13 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Optimierung einer Pulssequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem vorgeschlagen. Dabei wird zunächst ein zeitlich zu einem Hochfrequenzpulszug zur Ansteuerung eines HF-Sendesystems des Magnetresonanzbildgebungssystems passend auszuspielender Plan-Gradientenpulszug zur Ansteuerung eines Gradientensystems des Magnetresonanzbildgebungssystems übernommen. Der übernommene Plan-Gradientenpulszug weist einen Optimierungsabschnitt auf, der die Basis für die nachfolgende Optimierung bilden soll. Für diesen Optimierungsabschnitt wird ein Plan-Gradientenmoment ermittelt, welches bei Ansteuerung des Gradientensystems ohne Abweichung von dem Plan-Gradientenpulszug gemäß dem Optimierungsabschnitt erzeugt werden würde. Ferner wird für den Optimierungsabschnitt des übernommenen Plan-Gradientenpulszugs ein tatsächlich ausspielbarer Real-Gradientenpulszug ermittelt.
Für den so bestimmten Real-Gradientenpulszug wird ferner ein Real-Gradientenmoment und nachfolgend eine Fehl-Gradientenmomentdifferenz zwischen Real-Gradientenmoment und Plan-Gradientenmoment ermittelt. Weiterhin wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Real-Gradientenpulszug so modifiziert, dass der Betrag der Gradientenmomentdifferenz zwischen Plan-Gradientenmoment und dem Gradientenmoment des modifizierten Real-Gradientenpulszugs optimiert wird. Unter einer Optimierung im Sinne der Erfindung ist dabei zu verstehen, dass wenigstens überprüft wird, ob die nach einer Regel modifizierte Gradientenmomentdifferenz die zuvor ermittelte Fehl-Gradientenmomentdifferenz unterschreitet. Als Modifikation kann daher auch ein Schritt betrachtet werden, in dem überprüft wird, ob eine Verkleinerung der Gradientenmoment-Differenz in dem Real-Gradientenpulszug-Abschnitt überhaupt nötig oder möglich ist.
Beispielsweise kann die Modifikation solange wiederholt werden, bis der Betrag der Gradientenmomentdifferenz zwischen Plan-Gradientenmoment und Gradientenmoment des modifizierten Real-Gradientenpulszugs kleiner als ein vorgegebener Differenz-Grenzwert ist und/oder bis eine maximale Anzahl von Wiederholungen erreicht wird. Die maximale Anzahl von Wiederholungen kann insbesondere gleich eins vorgegeben sein. Beispielsweise kann auch überprüft werden, ob eine Verbesserung, d. h. eine Verringerung der Gradientenmomentdifferenz zu einem vorangegangenen Durchlauf der Modifikation erreicht wird. Wird keine Verbesserung erzielt, kann das Verfahren abgebrochen werden. Insbesondere kann durch Vorgabe eines Differenzgrenzwerts erreicht werden, dass die Übereinstimmung des tatsächlich erzeugten Gradientenmoments, d.h. eines modifizierten Real-Gradientenmoments, mit einem Plan-Gradientenmoment in einer bestimmten Qualität sichergestellt ist.
Dies ist besonders wirkungsvoll, wenn der übernommene Plan-Gradientenpulszug zu einem sogenannten Eventblock korrespondiert, wie er in der Patentanmeldung DE 10 2013 202 559 beschrieben ist. Dort beschriebene Verfahren können als Basisoptimierung der Ansteuersequenz hinsichtlich einer Lärmoptimierung aufgefasst werden, und somit können die Ausgangsdaten dieser Verfahren, als Eingangsdaten der vorliegenden Erfindung genutzt werden.
Dadurch, dass die Abweichung eines tatsächlich erzeugten Real-Gradientenmoments innerhalb bestimmter Grenzen gehalten wird, kann insbesondere für jeden der Eventblöcke gemäß der möglichen Basisoptimierung eine bestimmte Funktionalität garantiert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Pulssequenzoptimierungseinheit zur Optimierung einer Pulssequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem. Die Pulssequenzoptimierungseinheit umfasst eine Planpuls-Schnittstelle zur Übernahme des Plan-Gradientenpulszugs. Der Plan-Gradientenpulszug kann dabei durch einen der erwähnten Eventblöcke gebildet sein. Ferner weist die erfindungsgemäße Pulssequenzoptimierungseinheit eine Plan-Momentermittlungseinheit auf, die zur Ermittlung des erwähnten Plan-Gradientenmoments für den Optimierungsabschnitt des ermittelten Plan-Gradientenpulszugs ausgebildet ist.
Beispielsweise kann die Ermittlung des erwähnten Real-Gradientenpulszugs so erfolgen, dass der Optimierungsabschnitt an eine Vorrichtung zur Ausspielung des Gradientenpulszugs bzw. eine software- und/oder hardwaretechnische Nachbildung dieser Vorrichtung gesandt wird und dann die Ansteuersignale, die real an die Gradientenspulen gesandt werden würden, ermittelt bzw. erfasst werden. D.h. die Ermittlung des Real-Gradientenpulszugs kann in einer Realpuls-Ermittlungseinheit erfolgen, die zur Ermittlung eines tatsächlich ausspielbaren Real-Gradientenpulszugs für den Optimierungsabschnitt des ermittelten Plan-Gradientenpulszugs ausgebildet ist.
Darüber hinaus umfasst die Pulssequenzoptimierungseinheit eine Realmoment-Ermittlungseinheit zur Ermittlung eines Real-Gradientenmoments für den Real-Gradientenpulszug.
Das ermittelte Plan-Gradientenmoment und das Real-Gradientenmoment kann in einer Gradientenmoment-Differenz-Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer Fehl-Gradientenmomentdifferenz zwischen Real-Gradientenmoment und Plan-Gradientenmoment genutzt werden, welche ebenfalls in der Pulssequenzoptimierungseinheit beinhaltet ist.
Basierend auf der Fehl-Gradientenmomentdifferenz arbeitet eine erfindungsgemäße Pulsmodifikationseinheit der Pulssequenzoptimierungseinheit, die zur Modifikation des Real-Gradientenpulszugs ausgebildet ist.
Wie erwähnt erfolgt die Modifikation nach einer vorgegebenen Regel insbesondere so, dass der Betrag der Gradientenmoment-Differenz zwischen Plan-Gradientenmoment und dem Gradientenmoment des zu modifizierenden Real-Gradientenpulszugs optimiert wird, d. h. vorzugsweise der Betrag der Gradientenmoment-Differenz den Betrag der ermittelten Fehl-Gradientenmomentdifferenz unterschreitet.
Ferner umfasst die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem mit einer solchen Pulssequenzoptimierungseinheit sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzbildgebungssystems wobei zunächst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Pulssequenz optimiert wird, und dann das Magnetresonanzbildgebungssystem unter Nutzung einer solchermaßen optimierten Pulssequenz betrieben wird.
Wesentliche Teile der Pulssequenzoptimierungseinheit können bevorzugt in Form von Software auf einer geeigneten programmierbaren Rechnereinheit, beispielsweise eines medizinischen Bildgebungssystems bzw. Magnetresonanzbildgebungssystems oder eines Terminals, mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Bei den Schnittstellen, insbesondere der Planpuls-Schnittstelle, kann es sich beispielsweise um Schnittstellen handeln, die Daten aus einem innerhalb des medizintechnischen Bildgebungssystems angeordneten oder über ein Netz damit verbundenen Datenspeicher – gegebenenfalls auch unter Nutzung einer Benutzerschnittstelle – ausgewählt bzw. übernommen werden können. Weiterhin können die Systeme jeweils Ausgangsschnittstellen aufweisen, um die erzeugten Daten an andere Einrichtungen zur Weiterverarbeitung, Darstellung, Speicherung etc. zu übergeben. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung, insbesondere der Pulssequenzoptimierungseinheit, hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Pulssequenzoptimierungseinheiten bzw. medizintechnischen Bildgebungssysteme o. Ä. auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten.
Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches z. B. in einem transportablen Speicher hinterlegt und/oder über ein Netzwerk zur Übertragung bereitgestellt wird und so direkt in einen oder mehrere Speicher des Magnetresonanzbildgebungssystems und/oder der Pulssequenzoptimierungseinheit ladbar ist. Das Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodeabschnitte, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der geeigneten programmierbaren Rechnereinheit ausgeführt wird. Die Rechnereinheit kann beispielsweise Bestandteil des Magnetresonanzbildgebungssystems und/oder der Pulssequenzoptimierungseinheit sein. Dabei kann das Computerprogrammprodukt insbesondere in einem Speicher kodiert sein, der nicht flüchtig ist.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Beispielsweise kann der Real-Gradientenpulszug durch eine Mehrzahl von Ansteuerabschnitten gebildet werden, wobei für jeden der Ansteuerabschnitte jeweils ein definierter Verlauf eines Gradientenmagnetfelds vorgegeben ist, der bei Nutzung des Ansteuerabschnitts in dem Gradientensystem erzeugt werden würde. D.h. der Ansteuerabschnitt stellt insbesondere ein real ausspielbares Ansteuersignal für das Gradientensystem zur Verfügung.
Beispielsweise kann der definierte Verlauf jeweils linear, insbesondere konstant sein. Vorteilhafter Weise ist das Ansteuersignal in der Gesamtbetrachtung der Ansteuerabschnitte abschnittsweise linear. D.h. es handelt sich insbesondere um ein leicht maschinell erzeugbares Ansteuersignal.
Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die Ansteuerabschnitte mit einem mit einem ganzzahligen Teiler (insbesondere größer als eins) geteilten Vielfachen(welches gleich eins sein kann) eines Grundtakts des Magnetresonanzbildgebungssystems übereinstimmen. Beispielsweise kann es sich dabei um einen (auf diese Weise erzeugten) Systemtakt zur Erzeugung eines Ansteuersignals für das Gradientensystem handeln und jeder der Ansteuerabschnitte kann ein konstantes Ansteuersignal, welches beispielsweise für ein bestimmtes Taktintervall vorgegeben ist, aufweisen.
Jedem der Ansteuerabschnitte kann so ein Gradientenmoment zugemessen werden, welches unter Nutzung des Ansteuerabschnitts in dem Gradientensystem erzeugt werden würde.
Vorzugsweise unterscheiden sich wenigstens zwei der Ansteuerabschnitte in einem Ansteuerparameter, der beispielsweise zu einem Stromwert zur Ansteuerung des Gradientensystems korrespondieren kann. D.h. die wenigstens zwei Ansteuerabschnitte unterscheiden sich in ihrem zugemessenen bzw. erzeugten Gradientenmoment.
Bevorzugt erfolgt die Optimierung bzw. Modifikation des Real-Gradientenpulszugs so, dass das Gradientenmoment, das unter Nutzung mehrerer der Ansteuerabschnitte erzeugt wird, modifiziert wird. Insbesondere kann die Modifikationsregel so sein, dass dabei wenigstens ein Ansteuerabschnitt um einen anderen Modifikationsbetrag eines Gradientenmoments verändert wird als ein anderer der modifizierten Ansteuerabschnitte. Dabei wird die Zeitdauer der Ansteuerabschnitte jeweils konstant gehalten.
Das heißt, es erfolgt bevorzugt keine gleichmäßige, sondern eine ungleichmäßige Korrektur der Fehl-Gradientenmomentdifferenz. Vorzugsweise erfolgt eine sogenannte „gewichtete Modifikation“ der zugeordneten, bzw. zugemessenen Gradientenmomente mehrerer der Ansteuerabschnitte. Dies kann vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, dass Sprünge bzw. Unstetigkeiten im Verlauf von Ansteuerparameteren des Gradientenmagnetfelds bzw. des Ansteuersignals des Gradientensystems vermieden werden können.
Dabei kann der jeweilige Modifikationsbetrag eines Ansteuerabschnitts durch Kombination der Fehl-Gradientenmomentdifferenz mit einer Aufteilungsfunktion ermittelt werden. Die Aufteilungsfunktion legt dabei insbesondere die Zuordnung des Modifikationsbetrags des Gradientenmoments zu einzelnen Ansteuerabschnitten durch Verteilung der ermittelten Fehl-Gradientenmomentdifferenz auf die einzelnen Ansteuerabschnitte fest. Zum Beispiel kann eine Gewichtung der Fehl-Gradientenmomentdifferenz mit einer Gauß-Funktion F(t) erfolgen, wobei die Variable t, welche die Aufteilung festlegt, zu einer Zeitvariablen korrespondiert, welche die zeitliche Folge der modifizierten Ansteuersequenzen wiedergibt. „Korrespondieren“ kann in diesem Fall bedeuten, dass die genannten Zeitvariablen ggf. gegenüber einander skaliert sind und/oder verschoben sind, sodass sie mit einer linearen Funktion ineinander überführbar sind.
Insbesondere kann die Aufteilungsfunktion so ausgebildet sein, dass in der zeitlichen Abfolge der Ansteuerabschnitte des Optimierungsabschnitts ein zeitlich mittlerer Ansteuerabschnitt um einen höheren Modifikationsbetrag des Gradientenmoments verändert wird als die zeitlich in einem Randbereich des Optimierungsabschnitts gelegenen Ansteuerabschnitte. Somit kann der erwähnte Vorteil der Vermeidung von Unstetigkeiten weiter verbessert werden.
Insofern umfasst eine Weiterbildung auch eine Pulsmodifikationseinheit, die zur Nutzung der Aufteilungsfunktion zur Zuordnung eines Modifikationsbetrags des Fehl-Gradientenmoments zu einzelnen Ansteuerabschnitten des Real-Gradientenpulszugs ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Modifikation bzw. Optimierung des Real-Gradientenpulszugs auf Basis der ermittelten Fehl-Gradientenmomentdifferenz eine Anzahl von Ansteuerabschnitten ermittelt werden, deren jeweiliges Gradientenmoment modifiziert wird. Diese Anzahl von Ansteuerabschnitten muss vorzugsweise nicht mit der Gesamtanzahl von Ansteuerabschnitten des Real-Gradientenpulszugs übereinstimmen, die beispielsweise durch den Systemtakt in der erwähnten Weise vorgegeben sein können. Bei der Anzahl der modifizierten Ansteuerabschnitte kann es sich insbesondere um eine Mindestanzahl von modifizierten Ansteuerabschnitten oder auch um die Gesamtzahl der modifizierten Ansteuerabschnitte die dem Optimierungsabschnitt zugeordnet werden können.
Beispielsweise kann die Anzahl von Ansteuerabschnitten, deren jeweiliges Gradientenmoment modifiziert wird, unter Nutzung einer Kombination der Fehl-Gradientenmomentdifferenz mit einem vorgegebenen Moment-Änderungsgrenzwert ermittelt werden. Beispielsweise kann der Moment-Änderungsgrenzwert auf Basis der maximalen Slewrate bestimmt werden. Dazu kann insbesondere die maximale Slewrate mit der Dauer eines Ansteuerabschnitts multipliziert werden, um den Magnetänderungsgrenzwert zu ermitteln bzw. zu bilden. Die ermittelte Anzahl entspricht dann z. B. der Fehl-Gradientenmomentdifferenz dividiert durch den Momentänderungsgrenzwert. Die Anzahl entspricht dann einer minimalen Anzahl von Ansteuerabschnitten, deren jeweiliges zugeordnetes Gradientenmoment verändert werden soll, so dass mit Hilfe der Abschätzung der minimalen Anzahl beispielsweise überprüft werden kann, ob es möglich ist, innerhalb der vorgegebenen Systemparameter (d.h. der Gesamtzahl der Ansteuerabschnitte des Real-Gradientenpulszugs und der Slew-Rate) eine Optimierung überhaupt durchzuführen.
Der Moment-Änderungsgrenzwert kann jedoch auch so vorgegeben sein, dass die maximale Slew-Rate mit einem auf der Aufteilungsfunktion basierenden Skalierungsfaktor gewichtet wird.
Insofern kann die Pulsmodifikationseinheit auch zur Ermittlung einer Anzahl von Ansteuerabschnitten ausgebildet sein, deren jeweiliges Gradientenmoment modifiziert werden soll. Die Anzahl kann, wie erwähnt, insbesondere die minimale Anzahl von zu modifizierenden Ansteuerabschnitten sein, aber auch die Gesamtzahl von zu modifizierenden Ansteuerabschnitten des Real-Gradientenpulszugs.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzbildgebungssystems,
2 den zeitlichen Verlauf eines Plan-Gradientenpulszugs und eines für den Plan-Gradientenpulszug ermittelten Real-Gradientenpulszugs vor der erfindungsgemäßen Optimierung,
3 ein Ausführungsbeispiel für die Verteilung einer Fehl-Gradientenmomentdifferenz auf einzelne Ansteuerabschnitte des Real-Gradientenpulszugs,
4 ein Beispiel für einen gemäß der Erfindung optimierten, d.h. modifizierten Real-Gradientenpulszug, und
5 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens.
In 1 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzbildgebungssystems 1 dargestellt. Es umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Untersuchungsraum 8 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 Gradientenmagnetfelder bzw. 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. Ebenso können die logischen Raumrichtungen auch mit den x-, y- und z-Richtungen übereinstimmen, beispielsweise Schichtselektionsrichtung in z-Richtung, Phasenkodierrichtung in y-Richtung und Ausleserichtung in x-Richtung. 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 Patient O gelegten Lokalspulen (von denen hier nur eine dargestellt ist) empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der 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 30 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall ist dieses Terminal 30 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 bzw. Gradientenpulszüge, die während einer Messung an genau vorgesehenen zeitlichen Positionen und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt (ausgespielt) werden.
Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem eine Hochfrequenz-Sendeeinheit 12 auf, um in die Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 jeweils Hochfrequenzpulse gemäß einem vorgegebenen Hochfrequenzpulszug HF der Pulssequenz S einzuspeisen. Der Hochfrequenzpulspulzug HF 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 30 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 5 empfangen werden (nicht dargestellt), je nach aktueller Verschaltung der Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 und der Spulenanordnungen 6 mit der Hochfrequenz-Sendeeinheit 12 bzw. HF-Empfangseinheit 13.
Über eine weitere Schnittstelle 18 werden Steuerbefehle an andere Komponenten des Magnetresonanzscanners 2, wie z. B. die Liege 7 oder den Grundfeldmagnet 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 gewünschten Gradientenpulssequenzen GS und Hochfrequenzpulssequenzen HF 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. Ebenso steuert die Messsteuereinheit 15 die Schnittstelle 18 an. Die Messsteuereinheit 15 kann beispielsweise aus einem Prozessor oder mehreren zusammenwirkenden Prozessoren gebildet sein. Darauf kann, z.B. in Form geeigneter Softwarekomponenten, eine erfindungsgemäße Pulssequenzermittlungseinrichtung 100 implementiert sein, die später noch genauer erläutert wird.
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung (abgesehen von der Pulssequenzermittlungseinheit 100) 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 30 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 Steuerparameter SP für die jeweilige Messung. Zu diesen Steuerparametern SP zählen bestimmte Grundvorgaben für die gewünschte Pulssequenz, beispielsweise der Sequenztyp, d.h. ob es sich um eine Spinechosequenz, eine Turbo-Spinechosequenz etc. handelt. Weiterhin zählen hierzu Steuerparameter bezüglich der durch die einzelnen Hochfrequenzpulse zu erreichenden Magnetisierungen, Vorgaben über eine zur Aufnahme von Rohdaten abzufahrende k-Raum-Gradiententrajektorie sowie darüber hinaus Schichtdicken, Schichtabstände, Anzahl der Schichten, Auflösung, Repetitionszeiten, oder auch die Echozeiten in einer Spinechosequenz etc.
Mit Hilfe des Terminals 30 kann der Bediener einen Teil dieser Steuerparameter SP verändern, um ein individuelles Steuerprotokoll P für eine aktuell gewünschte Messung zu erstellen. Hierzu werden veränderbare Steuerparameter SP beispielsweise auf einer grafischen Benutzeroberfläche des Terminals 30 zur Änderung angeboten.
Im Übrigen kann der Bediener auch über ein Netzwerk NW Steuerprotokolle, beispielsweise von einem Hersteller der Magnetresonanzanlage, abrufen und diese dann ggf. modifizieren und nutzen.
Basierend auf den Steuerparametern SP, wird dann eine Pulssequenz S oder Messsequenz ermittelt, mit der schließlich die eigentliche Ansteuerung der übrigen Komponenten durch die Messsteuereinheit 15 erfolgt. Die Pulssequenz S kann in einer Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung berechnet werden, die beispielsweise in Form von Softwarekomponenten auf dem Rechner des Terminals 30 realisiert sein kann. Prinzipiell kann die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung aber auch Teil der Steuereinrichtung 10 selber sein, insbesondere der Messsteuereinheit 15. Ebenso könnte die Pulssequenz-Ermittlungseinrichtung aber auch auf einem separaten Rechensystem realisiert sein, welches beispielsweise über das Netzwerk NW mit der Magnetresonanzanlage verbunden ist.
Beim Abarbeiten einer Pulssequenz S wird diese von der Messsteuereinheit 15, bevor sie über eine Pulssendeanordnung 19 der Messsteuereinheit 15 zugeführt wird, welche letztlich die Hochfrequenzpulssequenz HF an die HF-Sendeeinheit 12 und der Gradientenpulszug GS an die Gradienten-Steuereinheit 11 übergibt, zunächst in einer nicht dargestellten Eventblockoptimierungseinheit, welche beispielsweise gemäß einer Pulssequenz-Optimierungseinrichtung, die in der Anmeldeschrift der erwähnten Basisoptimierung bezüglich der Lärmbelastung beschrieben ist, arbeiten kann. Dabei wird unter Berücksichtigung der vier Randbedingungen Zeitdauer, Gradientenmoment, Start- und Endpunkt des Gradienten eine Splineinterpolation des Gradientenpulszugs ermittelt. Der Start- und Endzeitpunkt kann sich insbesondere auf sogenannte Eventblöcke beziehen, wie sie in der besagten Anmeldung beschrieben sind. Die dabei berücksichtigten Eventblöcke werden an eine erfindungsgemäße Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 100 übermittelt und in der erfindungsgemäßen Weise optimiert. Diese Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 100 enthält hierzu eine Planpuls-Schnittstelle 110, um die eigentlich fertige aussendebereite, aber erfindungsgemäß zu optimierende Pulssequenz S mit einem Plan-Gradientenpluszug zu übernehmen.
Zur Ausspielung des Plan-Gradientenpulszugs würde der interpolierte Spline des Plan-Gradientenpulszugs auf eine Rasterzeit (d.h. den Systemtakt) des Gradientensystems 4 (typischerweise 10µs) „gespeichert“, d.h. in Ansteuerabschnitte entsprechend dem Systemtakt eingeteilt. Dabei können Unterschiede zum beabsichtigten Gradientenmoment des Plan-Gradientenpulszugs, d.h. dem Plan-Gradientenmoment, im Prozentbereich entstehen. Die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 100 optimiert diese Ansteuerabschnitte gemäß der Erfindung so, dass diese Abweichungen weitgehend vermieden werden. Dementsprechend ist die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 100 bevorzugt wie dargestellt im „End-Tail“ bzw. „End of the Pipe“ des Systems zur Ausspielung von Gradientenpulszügen GS, d.h. als „letzte Optimierungseinrichtung“ vor der Pulssendeanordnung 19, angeordnet.
Zu Optimierung der Ansteuerabschnitte weist die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 100 eine Real-Pulsermittlungseinheit 120 auf, welche einen real mit Hilfe des Gradientensystems 4 ausspielbaren Real-Gradientenpluszug auf Basis eines Optimierungsabschnitts des Plan-Gradientenpulszugs ermittelt. Insbesondere wird der Plan-Gradientenpluszug in diesem Ausführungsbeispiel in Form der erwähnten Eventblöcke übernommen, denen jeweils eine dedizierte Funktionalität zugeordnet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel stimmt der Optimierungsabschnitt mit dem Gradientenpulszug eines der übernommenen Eventblöcke überein, sodass sichergestellt ist, dass das Gradientenmoment hinsichtlich einer bestimmten Funktionalität des Eventblocks optimiert wird. Dabei ist unerheblich, ob für den Eventblock bereits die erwähnte Basisoptimierung durchgeführt werden konnte. Es kann sich auch um einen Eventblock handeln, der mit dem erwähnten Verfahren der Basisoptimierung nicht optimierbar ist. Der Plan-Gradientenpulszug wird in diesem Ausführungsbeispiel als „Ground-Truth“ betrachtet, also als so zur Ausspielung beabsichtigt.
Ferner wird mit Hilfe einer Plan-Momentermittlungseinheit 115 ein Plan-Gradientenmoment für den Optimierungsabschnitt des Plan-Gradientenpluszugs ermittelt und darüber hinaus, nach Ermittlung des Real-Gradientenpluszug für den Real-Gradientenpluszug unter Nutzung einer Real-Momentermittlungseinheit 125 ein Real-Gradientenmoment berechnet. Das Real-Gradientenmoment wird insbesondere für den zum Optimierungsabschnitt des Plan-Gradientenpluszugs korrespondierenden Abschnitt des Real-Gradientenpluszug ermittelt.
In einer Gradientenmomentdifferenzermittlungseinheit 130 wird dann eine Fehl-Gradientenmomentdifferenz zwischen dem Real-Gradientenmoment und dem Plan-Gradientenmoment ermittelt.
Diese Fehl-Gradientenmomentdifferenz wird dann an eine Pulsmodifikationseinheit 140 vorzugsweise zusammen mit dem Real-Gradientenpluszug übermittelt. In der Pulsmodifikationseinheit wird dann festgestellt, ob eine weitere Optimierung des Real-Gradientenpluszug erfolgen kann oder muss. Dazu kann überprüft werden, ob der Betrag der Fehl-Gradientenmomentdifferenz kleiner als ein vorgegebener Differenz-Grenzwert ist.
Die genaue Funktionsweise dieser Komponenten wird im Folgenden anhand der 2 bis 5 am Beispiel einer Erzeugung und weiteren Verarbeitung einer Pulssequenz S bis zum Ausspielen (Aussenden der Hochfrequenzpulse und Anlegen der Gradienten sowie Freischalten der Empfangseinrichtungen) durch die Pulssendeanordnung 19 dargestellt.
Einen Überblick über das den Verfahrensablauf gibt insbesondere ein in 5 gezeigtes Flussdiagramm.
2 zeigt den Gradientenpulszug eines Eventblocks, der einen Optimierungsabschnitt EB eines Plan-Gradientenpulszugs PZ bildet. Dieser Eventblock könnte beispielsweise dem in der Beschreibung der Basisoptimierung mit EBA₆ bezeichneten Eventblock entsprechen und der Optimierungsabschnitt EB könnte insbesondere durch einen Gradientenpulszug für ein Gradientenmagnetfeld (Gz) in z-Richtung gebildet werden. Zur Ausspielung wird dieser Plan-Gradientenpulszug PZ, wie erwähnt, Form eines Real-Gradientenpulszugs RZ an die Pulssendeanordnung bzw. das Gradientensystem übermittelt.
Der zur Ausspielung ermittelte Real-Gradientenpulszug RZ weist Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N auf, die jeweils einen digitalisierten Ansteuerwert, z.B. einen Stromwert, für das Gradientensystem repräsentieren, der in einem Systemtakt des Magnetresonanzbildgebungssystems an das Gradientensystem bzw. die Pulssendeanordnung 19 übermittelt wird. Die Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N, d.h. die Stützstellen der Digitalisierung, jeweils zwischen einem ersten Zeitpunkt t₁, t₂, t₃, t4, ..., t_N und einem zweiten Zeitpunkt t₂, t₃, t₄, ..., t_N, t_N+1, sind in dieser und weiteren Figuren nur schematisch dargestellt; in der Realität liegt der Systemtakt für das Gradientensystem so, dass einen viel höhere Anzahl von Ansteuerabschnitten PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N zur Ausspielung des gezeigten Optimierungsabschnitts EB ermittelt werden würde (der Systemtakt liegt meist bei ca. 100kHz und der Optierungsabschnitt EB weist meist eine Zeitdauer von einigen Millisekunden auf).
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist die Ermittlung des Real-Gradientenpulszugs RZ in einem ersten Schritt I des Optimierungsverfahrens umfasst. Neben dem Plan-Gradientenpulszug PZ mit dem Optimierungsabschnitt EB, der bevorzugt als Spline-Pulszug nach erfolgter Basisoptimierung übernommen wird, wird für das Optimierungsverfahren eine Reihe von Optimierungsparametern zur Verfügung gestellt, die in jedem Schritt des Optimierungsverfahrens genutzt werden können. Auf die Darstellung der Weitergabe dieser Optimierungsparameter in den relevanten Verfahrensschritten I, II, III, IV, V der 5 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Insbesondere handelt es sich bei den Optimierungsparametern um eine sogenannte Aufteilungsfunktion F, einen Differenz-Grenzwert TGM und einen Momentänderungsgrenzwert TDGM deren Verwendung in den jeweiligen relevanten Verfahrensschritten noch genauer erläutert wird.
Wie insbesondere der in 2 dargestellte Verlauf des Real-Gradientenpulszugs RZ deutlich macht, kann dieser insbesondere als Ansteuersignal für einen Strom, der durch die Gradientenspulen des Gradientensystems fließt, dienen. Die Gradientenspulen erzeugen dann ein proportional zu diesem Ansteuersignal verlaufendes Gradientenmagnetfeld G.
In 2 ist die zeitliche Folge der Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N in einem Diagramm dargestellt, welches auf der Hochachse das Gradientenmagnetfeld G in willkürlichen Einheiten (a. u.) und auf der Querachse die Zeit t in willkürlichen Einheiten zeigt.
Jeder der Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N entspricht dabei einem Zeitintervall mit konstanter Länge von etwa 10µs und jedem der Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N ist dabei ein lineares konstantes Ansteuersignal, für das Gradientensystem zugeordnet. Die Ansteuersignale der Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N bilden in Kombination den Real-Gradientenpulszug RZ der dem Optimierungsabschnitt EB des Plan-Gradientenpulszug PZ zugeordnet ist.
Der Real-Gradientenpulszug RZ erzeugt ein Gradientenmoment RGM für den Zeitbereich des Optimierungsabschnitts EB, welches gemäß der Darstellung zumindest proportional zur Fläche zwischen Querachse (t) und Real-Gradientenpulszug RZ ist (Gradientenmoment erster Ordnung). Dabei soll das Real-Gradientenmoment einem Plan-Gradientenmoment PGM (in der Darstellung schraffiert, Gradientenmoment erster Ordnung) möglichst gleichkommen, welches ebenfalls für den Zeitbereich des Optimierungsabschnitts EB ermittelt wird.
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel des Optimierungsverfahrens, werden dieses Real-Gradientenmoment RGM und das zugeordnete Plan-Gradientenmoment PGM in Verfahrensschritt I ermittelt.
Wie aus dem schrittweisen Verlauf in 2 des Real-Gradientenpulszugs RZ entnehmbar ist, ist bei dieser Art der Ansteuerung nicht garantiert, dass das erzeugte Real-Gradientenmoment RGM mit einem Plan-Gradientenmoment PGM des Plan-Gradientenpulszugs PZ übereinstimmt.
Hier schafft das erfindungsgemäße Verfahren Verbesserung.
In Schritt II (5) des dargestellten Ausführungsbeispiels wird eine Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM, d. h. die Differenz zwischen Plan-Gradientenmoment PGM und Real-Gradientenmoment RGM ermittelt. Ist das Plan-Gradientenmoment PGM größer oder gleich dem Real-Gradientenmoment RGM so ist der Differenzwert positiv, sonst negativ. D. h. die auf diese Weise ermittelte Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM kann direkt als Korrekturwert für das Real-Gradientenmoment RGM genutzt werden.
Anhand dieses Korrekturwerts, d.h. der Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM, kann beispielsweise bereits abgeschätzt werden ob eine Modifikation des Real-Gradientenpulszugs RZ, d.h. eine Optimierung, durchgeführt werden kann. Insbesondere sollte bei der Ansteuerung des Gradientensystems eine zulässige Slew-Rate, d.h. der Anstieg pro Zeit des Stroms durch die Gradientenspulen nicht überschritten werden. Der erwähnte Momentänderungsgrenzwert TDGM kann dazu beispielsweise durch das Produkt aus Slew-Rate und Zeit pro Ansteuerabschnitt PS₁, PS₂, PS₃ ... PS_N gebildet werden.
Mit Hilfe eines so gebildeten Momentänderungsgrenzwerts TDGM kann eine Anzahl von wenigstens zu modifizierenden Ansteuerabschnitten N_Mod dadurch ermittelt werden, dass der Betrag der Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM durch den Betrag des Momentänderungsgrenzwerts TDGM dividiert wird. Dies erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Schritt III.
Unterschreitet die Anzahl der wenigstens zu modifizierenden Ansteuerabschnitte N_Mod die Gesamtzahl N der Ansteuerabschnitte PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N des Real-Gradientenpulszugs RZ so ist zu erwarten, dass eine Optimierung des Real-Gradientenpulszugs durchgeführt werden kann. Andernfalls kann die Güte der Optimierung fraglich sein, und optional kann das Verfahren bereits an dieser Stelle abgebrochen werden. Der Real-Gradientenpulszug RZ wird dann an die Pulssendeanordnung übermittelt.
3 zeigt eine Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM die zwischen dem Plan-Gradientenmoment PGM und dem Real-Gradientenmoment RGM für den in 2 dargestellten Optimierungsabschnitt EB auftreten kann. Die Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM wird dabei mit Hilfe einer Aufteilungsfunktion F auf eine Anzahl N_Mod von modifizierten Ansteuerabschnitten verteilt, so dass über den Verlauf der modifizierten Ansteuerabschnitte in Summe, zusätzlich, im Wesentlichen die Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM zum ursprünglichen Real-Gradientenmoment RGM erzeugt wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Aufteilungsfunktion, die den zeitlichen Verlauf der Aufteilung der Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM auf Ansteuerabschnitte festlegt, in etwa einer Dreiecksfunktion (gleichschenkelig), die einem im Zeitbereich aller modifizierten Ansteuerabschnitte des Real-Gradientenpulszugs gesehen, einem zeitlich mittleren Abschnitt einen höheren Anteil an der Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM zuordnet, als beispielsweise früher, d.h. am Anfang, bzw. später, d.h. Ende, gelegenen Ansteuerabschnitten. Somit kann sichergestellt werden, dass keine zu starken Sprünge im Ansteuersignal der Gradientenspulen auftreten, und dadurch der erzielte Vorteil hinsichtlich des erzeugten Gradientenmoments durch andere Nachteile, wie beispielsweise eine zu große Lärmbelastung in Frage gestellt wird. Die Anzahl der modifizierten Ansteuerabschnitte N_Mod wird im Schritt IV (5) des Verfahrens abweichend zu Schritt III auf Basis der Aufteilungsfunktion F in des Momentänderungsgrenzwerts ermittelt.
Beispielsweise kann der Momentänderungsgrenzwert TDGM dazu mit einem Skalierungsfaktor, der für die Aufteilungsfunktion F vorgegeben wird, modifiziert werden. Wie in 3 ebenfalls erkennbar ist, muss die Anzahl N_Mod der modifizierten Ansteuerabschnitte nicht notwendigerweise mit der Gesamtzahl N der Ansteuerabschnitte des Real-Gradientenpulszugs übereinstimmen. N_Mod kann beispielsweise geringer sein als N.
Im Schritt IV (gemäß 5) wird dann ein modifizierter Real-Gradientenpulszug mRZ auf Basis der ermittelten Aufteilung der Fehl-Gradientenmomentdifferent DGM ermittelt.
Dies ist in 4 im Detail gezeigt. Zu dem Ansteuersignal gemäß den Ansteuerabschnitten PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N des Real-Gradientenpulszugs RZ wird ein Ansteuersignal gemäß der in 3 gezeigten Aufteilung der Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM hinzuaddiert, so dass der modifizierte Real-Gradientenpulszugs mRZ ein um die Fehl-Gradientenmomentdifferenz DGM gegenüber dem Real-Gradientenmoment unterschiedliches, modifiziertes Real-Gradientenmoment mRGM (5) erzeugt.
Im Idealfall kann so eine Übereinstimmung des modifizierten Real-Gradientenmoments mRGM mit dem Plan-Gradientenmoment PGM erzielt werden. In der Realität, kann aber die Schrittweite (d.h. mögliche Rundungen, die insbesondere aufgrund einer Digitalisierung entstehen) der erzeugbaren Ansteuersignale eine erneute Abweichung der erwähnten Gradientenmomente zur Folge haben. In einem Schritt V des in 5 gezeigten Verfahrens kann überprüft werden ob der Betrag der Abweichung des modifizierten Real-Gradientenmoments mRGM zu dem Plan-Gradientenmoment PGM unterhalb des als Optimierungsparameter festgelegten Differenz-Grenzwerts TGM liegt, sodass eine gewünschte Qualität hinsichtlich des erzeugten Real-Gradientenmoments RGM sichergestellt ist. In diesem Fall kann der modifizierte Real-Gradientenpulszug mRZ zur Ausspielung übergeben werden. Andernfalls können der modifizierte Real-Gradientenpulszugs mRZ und das modifizierte Real-Gradientenmoment mRGM als Eingangsparameter für Schritt II des Verfahrens gemäß 5 dienen. Mit diesen Eingangsparametern kann ein erneuter Durchlauf des Verfahrens beginnend mit Schritt II gestartet werden. Um Endlosschleifen zu vermeiden, kann dabei in Schritt V ebenfalls überprüft werden, ob bereits eine maximale Anzahl n_Max von Wiederholungen erreicht ist, und vor Überschreiten dieser Anzahl der modifizierte Real-Gradientenpulszug mRZ ebenfalls der Ausspielung zugeführt werden.
Aus dem zuvor Beschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung eine Reihe von Möglichkeiten bereitstellt, die Abweichungen gegenüber einem bei der Ausspielung eines Gradientenpulszugs erwarteten Gradientenmoment zu minimieren, d.h. zu optimieren.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale sämtlicher Ausführungsbeispiele oder in Figuren offenbarter Weiterbildungen in beliebiger Kombination verwendet werden können. Es wird abschließend ebenfalls darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen Pulssequenzoptimierungseinheit, dem Magnetresonanzbildgebungssystem, sowie dem Verfahren zur Optimierung einer Pulssequenz lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ bzw. „Modul“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202559 [0013]

Claims

Verfahren zur Optimierung einer Pulssequenz (S) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem (1), wobei – ein zeitlich zu einem Hochfrequenzpulszug (HF) zur Ansteuerung eines HF-Sendesystems des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) passend auszuspielender Plan-Gradientenpulszug (PZ) zur Ansteuerung eines Gradientensystems (4) des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) übernommen wird, – der ermittelte Plan-Gradientenpulszug (PZ) einen Optimierungsabschnitt (EB), und für den Optimierungsabschnitt (EB) ein Plan-Gradientenmoment (PGM) ermittelt wird, – für den Abschnitt (EB) des ermittelten Plan-Gradientenpulszugs (PZ) ein tatsächlich ausspielbarer Real-Gradientenpulszug (RZ) ermittelt wird, a) für den Real-Gradientenpulszug (RZ) ein Real-Gradientenmoment (RGM) ermittelt wird, b) eine Fehl-Gradientenmomentdifferenz (DGM) zwischen Real-Gradientenmoment (RGM) und Plan-Gradientenmoment (PGM) ermittelt wird, c) der Real-Gradientenpulszug (RZ) so modifiziert wird, dass der Betrag der Gradientenmomentdifferenz (mDGM) zwischen Plan-Gradientenmoment (PGM) und dem Gradientenmoment des modifizierten Real-Gradientenpluszugs (mRZ) optimiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte a) bis c) solange wiederholt werden, bis der Betrag der modifizierten Gradientenmomentdifferenz (mDGM) zwischen Plan-Gradientenmoment (PGM) und Gradientenmoment des modifizierten Real-Gradientenpluszugs (mRZ) kleiner als ein vorgegebener Differenz-Grenzwert(TGM) ist und/oder bis eine maximale Anzahl (n_Max) von Wiederholungen erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Real-Gradientenpulszug (RZ) durch eine Mehrzahl von Ansteuerabschnitten (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) gebildet wird, und für jeden der Ansteuerabschnitte (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) jeweils ein definierter Verlauf eines Gradientenmagnetfeldes (G) vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der definierte Verlauf jeweils linear, vorzugsweise konstant, ist und insbesondere die Ansteuerabschnitte (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) mit einem vorzugsweise ganzzahligen Vielfachen eines Grundtakts des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das jeweilige Gradientenmoment mehrerer der Ansteuerabschnitte (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) modifiziert wird, und bevorzugt wenigstens ein Ansteuerabschnitt (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) um einen anderen Modifikationsbetrag eines Gradientenmoments verändert wird, als ein anderer der modifizierten Ansteuerabschnitte.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der jeweilige Modifikationsbetrag durch Kombination der Gradientenmomentdifferenz (DGM) mit einer Aufteilungsfunktion (F) ermittelt wird, die insbesondere die Zuordnung des Modifikationsbetrags des Gradientenmoments zu einzelnen Ansteuerabschnitten (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N), durch Verteilung der ermittelten Gradientenmomentdifferenz (DGM) auf die einzelnen Ansteuerabschnitte (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N), festlegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Aufteilungsfunktion so ausgebildet ist, das in der zeitlichen Abfolge der Ansteuerabschnitte (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) des Optimierungsabschnitts (EB) ein zeitlich mittlerer Ansteuerabschnitt (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) um einen höheren Modifikationsbetrag des Gradientenmoments verändert wird, als die zeitlich in einem Randbereich (d.h. Anfang und/oder Ende des Optimierungsabschnitts) gelegenen Ansteuerabschnitte (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Modifikation des Real-Gradientenpulszugs (RZ) auf Basis der ermittelten Gradientenmomentdifferenz (DGM) eine Anzahl (N_Mod) von Ansteuerabschnitten (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) ermittelt wird, deren jeweiliges Gradientenmoment modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Anzahl (N_Mod) von Ansteuerabschnitten (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) unter Nutzung einer Kombination der Gradientenmomentdifferenz mit einem vorgegebenen Momentänderunggrenzwert (TDGM) ermittelt wird.
Pulssequenzoptimierungseinheit (100) zur Ermittlung einer Pulssequenz (S) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem (1), mit – einer Plan-Pulsschnittstelle (110) zur Übernahme eines zeitlich zu einem Hochfrequenzpulszugs (HF) zur Ansteuerung eines HF-Sendesystems des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) passend auszuspielenden Plan-Gradientenpulszugs (PZ) zur Ansteuerung eines Gradientensystems (4) des Magnetresonanzbildgebungssystems (1), – einer Plan-Momentermittlungseinheit (115) zur Ermittlung eines Plan-Gradientenmoments (PGM) für einen Abschnitt (EB) des ermittelten Plan-Gradientenpulszugs (PZ), – einer Real-Pulsermittlungseinheit (120) zur Ermittlung eines tatsächlich ausspielbaren Real-Gradientenpulszugs (RZ) für den Abschnitt (EB) des ermittelten Plan-Gradientenpulszugs (PZ), – einer Real-Momentermittlungseinheit (125) zur Ermittlung eines Real-Gradientenmoments (RGM) für den Real-Gradientenpulszug (RZ) – einer Gradientenmomentdifferenzermittlungseinheit (130) zur Ermittlung einer Fehl-Gradientenmomentdifferenz (DGM) zwischen Real-Gradientenmoment (RGM) und Plan-Gradientenmoment (PGM), – einer Pulsmodifikationseinheit (140), die zur Modifikation des Real-Gradientenpulszugs (RZ) ausgebildet ist, so, dass der Betrag der Gradientenmomentdifferenz (mDGM) zwischen Plan-Gradientenmoment (PGM) und dem Gradientenmoment (mRGM) des modifizierten Real-Gradientenpluszugs (mRZ) die ermittelte Fehl-Gradientenmomentdifferenz (DGM) unterschreitet.
Pulssequenzoptimierungseinheit (100) nach Anspruch 10, wobei die Pulsmodifikationseinheit (140) zur Nutzung einer Aufteilungsfunktion (F) zur Zuordnung eines Modifikationsbetrags des Gradientenmoments zu einzelnen Ansteuerabschnitten (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) des Real-Gradientenpulszugs (RZ) ausgebildet ist.
Pulssequenzoptimierungseinheit (100) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Pulsmodifikationseinheit (140) zur Ermittlung einer Anzahl (N_Mod) von Ansteuerabschnitten (PS₁, PS₂, PS₃, ..., PS_N) ausgebildet ist, deren jeweiliges Gradientenmoment modifiziert wird.
Magnetresonanzbildgebungssystem (1), mit einer Pulssequenzoptimierungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Pulssequenzermittlungseinheit (100) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in der Pulssequenzermittlungseinheit (100) ausgeführt wird.