DE102013219750B4

DE102013219750B4 - Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik

Info

Publication number: DE102013219750B4
Application number: DE102013219750.0A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki; Wilfried Landschütz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2033-10-01
Also published as: DE102013219750A1; US20150091566A1; US9915718B2

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik umfasst die Schritte: – Aufnehmen eines ersten Messdatensatzes eines Untersuchungsgebiets mittels einer ersten Empfangsspule, wobei ein aus dem ersten Messdatensatz rekonstruiertes Bild eine hohe Homogenität aufweist, – Aufnehmen eines zweiten Messdatensatzes des Untersuchungsgebiets mittels einer Lokalspule, – Bestimmen eines Senistivitätsprofils der verwendeten Lokalspule auf Basis des ersten Messdatensatzes und des zweiten Messdatensatzes, wobei der erste Messdatensatz und der zweite Messdatensatz mittels einer Pulssequenz mit ultrakurzen Echozeiten und verschachtelt aufgenommen werden, wobei jeder der zwei Messdatensätze in mindestens drei Teilmessungen aufgenommen wird und jede Teilmessung einen Teilbereich des zur Aufnahme von dem zu untersuchenden Untersuchungsgebiet abzudeckenden k-Raums abdeckt und die Teilmessungen in einer Reihenfolge derart nacheinander ausgeführt werden, dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen zu verschiedenen der zwei Messdatensätzen zugeordnet sind, und dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen jeweils nicht denselben Teilbereich messen. Durch die Aufnahme der Messdatensätze mit einer Pulssequenz mit ultrakurzen Echozeitenwerden bei der Bestimmung des Sensitivitätsprofils Fehler durch Dephasierungen vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft die Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B₀-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder auch Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z. B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
Die Messung der Kernspinresonanzen (des MR-Signals) erfolgt mittels mindestens einer Empfangsspule, wobei in der Regel eine „Body-Coil” genannte „Körperspule” in dem Magentresonanzgerät integriert ist. Diese „Körperspule” ist jedoch durch die Integration in dem Magnetresonanzgerät relativ weit von dem zu untersuchenden Objekt, beispielsweise einem Patienten, entfernt. Daher werden häufig auch kleinere, sogenannte Lokalspulen zum Empfang der Kernspinresonanzsignale eingesetzt, die direkt auf dem zu untersuchenden Objekt oder zumindest näher an diesem platziert werden können, um ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.
Derartige Lokalspulen haben oft eine hohe Anzahl an kleineren Empfangsspulen. Jedes Spulenelement besitzt dabei einen Kanal. Durch Ausnutzen der somit mehreren vorhandenen Empfangskanäle können fortgeschrittene Bildgebungsmethoden wie parallele Bildgebung ausgeführt werden. In der Bildrekonstruktion werden hierbei die Informationen der einzelnen Kanäle kombiniert und im MR-Bild dargestellt.
Je nach Ausrichtung und Abstand der Spulenelemente der Lokalspule zum gemessenen Objekt akquirieren die einzelnen Kanäle der Empfangspule unterschiedlich starke Signale. Im MR-Bild kann es beim Kombinieren der Kanäle daher zu Signalinhomogenitäten kommen, bei denen zum Beispiel näher an den Spulen liegende Bereiche deutlich heller dargestellt werden als weiter entfernt liegende Bereiche, z. B. im Inneren des Objektes.
Um diese Imhomogenitäten zu vermeiden, wird für jede MR-Untersuchung, meist in einer vorgeschalteten Messung, die (momentane) Sensitivitätsverteilung der Lokalspule gemessen. In dieser Messung werden ein Bild des gemessenen Objekts mit der Body-Coil und ein Bild mit der verwendeten Lokalspule akquiriert. Im Vergleich zu dem mit der Lokalspule aufgenommenen Bild besitzt das mit der Body-Coil akquirierte Bild eine hohe Homogenität. Durch Verarbeitung der beiden Bilder, welche unter anderem eine Division umfasst, lässt sich die Intensitätsverteilung des Lokalspulenbildes und damit seine Sensitivitätsverteilung berechnen. In den darauffolgenden, beispielsweise klinischen MR-Messungen können entstehende Signalinhomogenitäten anhand dieser Sensitivitätsverteilung der Lokalspule behoben und ein homogenes Bild erstellt werden.
Als Messsequenz für derartige vorgeschaltete Messungen zur Bestimmung der Sensitivitätsverteilung der Lokalspule wird meist eine Gradientenechosequenz (GRE) verwendet. Die verwendete Sequenz ist sehr laut. Es werden vor allem durch die zu schaltenden Gradienten Geräuschpegel von deutlich über 90 dB(A) erreicht.
Eine leisere Sequenz ist beispielsweise aus dem Artikel von Grodzki et al. „Ultrashort Echo Time Imaging Using Pointwise Encoding Time Reduction With Radial Acquisition (PETRA)”, Magn. Reson. Med. 67 (2012), S. 510–518, bekannt.
Verfahren zur Gewinnung von Spulensensitivitätsverteilungen sind beispielsweise aus der DE 10 2011 005 445 A1 oder auch dem Artikel von Rahmer et al. „3D ultrashort echo-time imaging using a 32 channel receive array”, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 13 (2005), S. 795, bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bestimmung von Sensitivitätsverteilungen von Lokalspulen ohne eine derartige Lärmbelastung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 8, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 9, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 10.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik umfasst die Schritte:

– Aufnehmen eines ersten Messdatensatzes eines Untersuchungsgebiets mittels einer ersten Empfangsspule, wobei ein aus dem ersten Messdatensatz rekonstruiertes Bild eine hohe Homogenität aufweist,
– Aufnehmen eines zweiten Messdatensatzes des Untersuchungsgebiets mittels einer Lokalspule,
– Bestimmen eines Sensitivitätsprofils der verwendeten Lokalspule auf Basis des ersten Messdatensatzes und des zweiten Messdatensatzes,

Durch die Aufnahme der Messdatensätze mit einer Pulssequenz mit ultrakurzen Echozeiten, d. h. insbesondere Echozeiten TE kleiner als 0,5 ms, werden bei der Bestimmung des Sensitivitätsprofils Fehler durch Dephasierungen bestmöglich vermieden, insbesondere sind bei diesen Echozeiten die Dephasierungen geringer als bei Gradientenecho(GRE)-basierten Pulssequenzen.
Bei der zur Aufnahme des ersten Messdatensatzes und des zweiten Messdatensatzes verwendeten Pulssequenz können weiterhin Anregungspulse erst eingestrahlt werden, wenn der zugehörige Bildgebungsgradient bereits seine volle Stärke erreicht hat. Auf diese Weise wird die Geräuschbelastung, insbesondere für den zu untersuchenden Patienten, aber auch für das die Messung betreuende Personal, deutlich reduziert, da derartige Pulssequenzen fast lautlos sind. Insbesondere kann die zur Aufnahme des ersten und des zweiten Messdatensatzes verwendete Pulssequenz eine PETRA- oder eine zTE-Pulssequenz sein.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik,
2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik. Dabei wird ein erster Messdatensatz MDS1 eines zu untersuchenden Untersuchungsgebiets mit einer ersten Empfangsspule 22 der Magnetresonanzanlage aufgenommen, die nur einen Kanal aufweist (Block 101). Die erste Empfangsspule ist hierbei beispielsweise eine bereits in die Magnetresonanzanlage integrierte Körperspule. Mit einer Lokalspule 27 der Magnetresonanzanlage wird ein zweiter Messdatensatz MDS2 desselben Untersuchungsgebiets aufgenommen (Block 103). Die Lokalspule 27 umfasst beispielsweise mindestens zwei Einzelspulen, z. B. bis zu 20 Einzelspulen oder auch mehr, welche jeweils einen eigenen Kanal besitzen und somit jeweils ein eigenes Signal an die Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage abgeben.
In einem Schritt 105 wird auf Basis des ersten Messdatensatzes MDS1 und des zweiten Messdatensatzes MDS2 ein Sensitivitätsprofil SP der verwendeten Lokalspule 27 bestimmt. Dies geschieht beispielsweise, indem aus dem ersten und dem zweiten Messdatensatz MDS1 und MDS2 je ein Bild rekonstruiert wird.
Das Bild der ersten Empfangsspule 22 weist eine hohe Homogenität auf. Je nach Abstand, Position und Lage des zu untersuchenden Untersuchungsgebietes zur Lokalspule 27 können, insbesondere an den verschiedenen Kanälen der Lokalspule 27, unterschiedliche Signalstärken vorliegen. Im Bild der Lokalspule 27 kommt es daher oft zu Inhomogenitäten.
Durch Kombination des aus dem ersten Messdatensatz MDS1 und des aus dem zweiten Messdatensatz MDS2 rekonstruierten Bildes lässt sich die Homogenitätsverteilung ermitteln und daraus das Sensitivitätsprofil SP in bekannter Weise bestimmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden der erste Messdatensatz MDS1 und der zweite Messdatensatz MDS2 mittels einer Pulssequenz PS mit ultrakurzen Echozeiten aufgenommen. Auf diese Weise werden Fehler bei der Bestimmung des Sensitivitätsprofils SP durch Dephasierungen in den beiden Messdatensätzen MDS1 und MDS2 bestmöglich vermieden.
Insbesondere werden der erste Messdatensatz MDS1 und der zweite Messdatensatz MDS2 mittels einer Pulssequenz PS mit ultrakurzer Echozeit aufgenommen, die einen, zur Anregung (Anregungspuls A in Hochfrequenzzeile rf) bereits eingeschalteten, Bildgebungsgradienten BG (in Gradientenzeile g) verwendet. Beispielsweise kann zur Aufnahme des ersten Messdatensatzes MDS1 und des zweiten Messdatensatzes MDS2 eine zTE- oder eine PETRA-Pulssequenz verwendet werden. Vorteil dieser Pulssequenzen ist, dass sie (fast) lautlos sind – im Vergleich zu einem Geräuschpegel von über 90 dB(A) bei einer GRE-basierten Messung.
Das bestimmte Sensitivitätsprofil SP kann weiterhin bei einer Aufnahme weiterer Messdaten mittels der Lokalspule 27, welche zu einem Bilddatensatz BDS verarbeite werden, genutzt werden, um Inhomogenitäten in dem Bilddatensatz BDS zu korrigieren. Die Aufnahme weiterer Messdaten kann hierbei insbesondere die Durchführung von klinisch relevanten Messungen betreffen. Denn es kann die mit der Lokalspule 27 an den Spulenkanälen bei Aufnahme der weiteren Messdaten gemessene Intensität mit dem Sensitivitätsprofil SP kombiniert werden und so eine inhomogene Signalverteilung korrigiert werden.
Der erste Messdatensatz MDS1 und der zweite Messdatensatz MDS2 werden hierbei verschachtelt aufgenommen, um Fehler durch zwischenzeitliche Bewegungen etc. gering zu halten.
Hierbei wird jeder der zwei Messdatensätze MDS1 und MDS2 in mindestens drei Teilmessungen aufgenommen, wobei jede Teilmessung einen Teilbereich des zur Aufnahme von dem zu untersuchenden Untersuchungsgebiet abzudeckenden k-Raums abdeckt, und die Teilmessungen in einer Reihenfolge derart nacheinander ausgeführt werden, dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen zu verschiedenen der zwei Messdatensätzen zugeordnet sind, und dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen jeweils nicht denselben Teilbereich messen.
Durch die verschachtelte Aufnahme der zu den beiden Messdatensätzen MDS1 und MDS2 zugeordneten Teilmessungen wird die Bewegungsempfindlichkeit der Aufnahmen reduziert, wobei durch die Vermeidung von aufeinander folgenden Teilmessungen, welche denselben Teilbereich messen, auch ungewollte Refokussierungen und damit Artefakte, z. B. durch Echosignale von residualer Magnetisierung, vermieden werden.
Hierbei kann man derart vorgehen, dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen jeweils verschiedene Teilbereiche der ihnen zugehörigen Messdatensätze MDS1 und MDS2 messen, derart, dass die für die Messungen der verschiedenen Teilbereiche benötigten Sprünge in den für die aufeinander folgenden Teilmessungen zu schaltenden Gradienten einen Schwellwert nicht überschreiten. Hierbei kann der Schwellwert derart gewählt werden, dass die nötigen Sprünge in der Schaltung der Gradienten eine gewünschte maximale Lautstärke nicht überschreiten.
Weiter kann man hierbei die Teilmessungen derart aufeinander folgen lassen, dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen Teilbereiche messen, zwischen welchen maximal zwei weitere, nicht durch die aufeinander folgenden Teilmessungen gemessene Teilbereiche liegen. Die Teilmessungen sind damit immer um ein paar Repetitionen der Pulssequenz versetzt aufgenommen. Dadurch folgen gleiche Teilmessungen, welche denselben Teilbereich des dem zu untersuchenden Untersuchungsobjekt entsprechenden k-Raums abdecken, nicht direkt aufeinander, sondern werden untereinander verschachtelt. Dadurch ändern sich die zu schaltenden Gradienten zwischen den einzelnen gemessenen Teilmessungen immer. Somit kann eine ungewollte Refokussierung der residualen Magnetisierung der vorhergegangenen Teilmessungen verhindert werden. Wird weiterhin berücksichtigt, dass Gradientensprünge zwischen einzelnen Teilmessungen nicht zu groß werden, kann die Messung insgesamt leise gehalten werden.
2 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 23. Diese umfasst wie grundsätzlich bekannt eine Hauptmagneteinheit 24, die eine Patientenaufnahme 25 definiert, bei der umgebend eine Hochfrequenzspulenanordnung, insbesondere eine Körperspule 22, und eine Gradientenspulenanordnung vorgesehen sein können. Weiterhin kann die Magnetresonanzanlage 23 mindestens eine transportable, in der Patientenaufnahme variabel einbringbare weitere Hochfrequenzspulenanordnung, eine Lokalspule 27, umfassen. Die Lokalspule 27 kann beispielsweise mindestens zwei Einzelspulen mit je einem Empfangskanal umfassen. Gesteuert wird der Betrieb der Magnetresonanzanlage 23 durch eine Steuereinrichtung 26, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, insbesondere also zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen, wie beschrieben wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise durch ein erfindungsgemäßes Computerprogramm auf einer Steuereinrichtung 26 der Magnetresonanzanlage 23 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 26 ausgeführt wird. Die Steuereinrichtung 26 ist daher dazu ausgebildet ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen zu können. Dazu kann beispielsweise ein elektronisch lesbarer Datenträger 21 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein solches Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 21 in einer Steuereinrichtung 26 einer Magnetresonanzanlage 23 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen wie beschrieben durchführen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Sensitivitätsprofilen von Lokalspulen in der Magnetresonanztechnik umfassend die Schritte: – Aufnehmen eines ersten Messdatensatzes eines Untersuchungsgebiets mittels einer ersten Empfangsspule, wobei ein aus dem ersten Messdatensatz rekonstruiertes Bild eine hohe Homogenität aufweist, – Aufnehmen eines zweiten Messdatensatzes des Untersuchungsgebiets mittels einer Lokalspule, – Bestimmen eines Sensitivitätsprofils der verwendeten Lokalspule auf Basis des ersten Messdatensatzes und des zweiten Messdatensatzes, wobei der erste Messdatensatz und der zweite Messdatensatz mittels einer Pulssequenz mit ultrakurzen Echozeiten und verschachtelt aufgenommen werden, wobei jeder der zwei Messdatensätze in mindestens drei Teilmessungen aufgenommen wird und jede Teilmessung einen Teilbereich des zur Aufnahme von dem zu untersuchenden Untersuchungsgebiet abzudeckenden k-Raums abdeckt und die Teilmessungen in einer Reihenfolge derart nacheinander ausgeführt werden, dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen zu verschiedenen der zwei Messdatensätzen zugeordnet sind, und dass zwei aufeinander folgende Teilmessungen jeweils nicht denselben Teilbereich messen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der zur Aufnahme des ersten Messdatensatzes und des zweiten Messdatensatzes verwendeten Pulssequenz ein Anregungspuls erst eingestrahlt wird, wenn der zugehörige Bildgebungsgradient bereits seine volle Stärke erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zur Aufnahme des ersten Messdatensatzes und des zweiten Messdatensatzes verwendete Pulssequenz eine PETRA- oder eine zTE-Pulssequenz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lokalspule mindestens zwei Einzelspulen mit je einem Empfangskanal umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei aufeinander folgende Teilmessungen jeweils verschiedene Teilbereiche der ihnen zugehörigen Messdatensätze messen, derart, dass die für die Messungen der verschiedenen Teilbereiche benötigten Sprünge in den für die aufeinander folgenden Teilmessungen zu schaltenden Gradienten einen Schwellwert nicht überschreiten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei aufeinander folgende Teilmessungen Teilbereiche messen, zwischen welchen maximal zwei weitere, nicht durch die aufeinander folgenden Teilmessungen gemessene Teilbereiche liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weitere Messdaten mittels der Lokalspule aufgenommen werden und bei einer Rekonstruktion von Bilddaten aus den weiteren Messdaten das bestimmte Sensitivitätsprofil der Lokalspule zur Korrektur von Inhomogenitäten mit berücksichtigt wird.
Magnetresonanzanlage (23), umfassend eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (26).
Computerprogramm, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf einer Steuereinrichtung (26) implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung (26) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 9 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (26) einer Magnetresonanzanlage (23) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführen.