DE102014202649B4

DE102014202649B4 - Leise MR-Bildgebung durch eine variable Anzahl von Pulssequenzabschnitten zwischen zwei Vorpulsen

Info

Publication number: DE102014202649B4
Application number: DE102014202649.0A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-12-10
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: US20150241535A1; DE102014202649A1; US10254366B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz beschrieben, die eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitten und eine Mehrzahl von Vorpulsen aufweist. Bei dem Verfahren wird die Anzahl der aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen auf Basis eines Zufallsalgorithmus ermittelt. Ferner wird eine Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) zur Ermittlung einer Pulssequenz (S) für eine Magnetresonanzanlage (1) beschrieben. Die Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) weist eine Eingangs-Schnittstellenanordnung (21) zur Erfassung von Steuerprotokoll-Parameterwerten (SP), eine Pulssequenzermittlungseinheit (24) zur Ermittlung der Pulssequenz (S) auf Basis des erfassten Steuerprotokolls und eine Vorpulsanordnungseinheit (25) auf, welche die Position der Vorpulse zwischen den Pulssequenzabschnitten zufallsverteilt festlegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz, die eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitten und eine Mehrzahl von Vorpulsen aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage. Zudem betrifft die Erfindung eine Pulssequenz mit einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitten und einer Mehrzahl von Vorpulsen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Pulssequenzermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage mit einer Eingangs-Schnittstellenanordnung zur Erfassung von Steuerprotokoll-Parameterwerten und einer Pulssequenzermittlungseinheit zur Ermittlung der Pulssequenz mit einer Mehrzahl von Pulssequenzabschnitten auf Basis des erfassten Steuerprotokolls. Schließlich betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzanlage mit einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung, mit einem Gradientensystem und einer Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegeben Pulssequenz einen Hochfrequenz-Pulszug (HFS) auszusenden und dazu koordiniert über das Gradientensystem einen Gradienten-Pulszug auszusenden.
In dem MR-Scanner einer Magnetresonanzanlage, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundfeldmagnetsystems einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1, 3, 5 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 Pulssequenz unterteilt sich in Pulssequenzabschnitte, die jeweils einen Anregungs- und einen Auslesevorgang aufweisen, denen jeweils ein Anregungs-HF-Puls bzw. ein Auslesesignal zugeordnet ist und die jeweils eine Zeitdauer bzw. Periode aufweisen, die als Repetitionszeit TR 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.
MR-Sequenzen verursachen meist sehr starke Schwingungen der Apparatur, die auch mit lauten Geräuschen verbunden sind. Je nach Scanner- und Protokolltyp können schnell Geräuschpegel von deutlich über 100 dB(A) erreicht werden. Die Hauptursache für den Lärm ist das schnelle Schalten der Bildgebungsgradienten. Genauer gesagt werden die Magnetfelder der Bildgebungsgradienten in sehr kurzer Zeit auf einen Maximalwert hochgefahren. 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 von 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 Geräuscherscheinungen während des Schaltens der Gradienten bei. Wirbelströme mit anderen Komponenten des Magnetresonanztomographen, insbesondere dem Hochfrequenzschirm, sind ein Grund für diese Geräuschbelästigungen. Das sich zeitlich schnell ändernde Magnetfeld verursacht Wirbelströme in den Bauelementen der Apparatur, die zu Anziehungs- und Abstoßungskräften führen können. Dadurch kommt es zu minimalen Verzerrungen und Schwingungen der Gradientenspule, die sich auf das Gesamtsystem übertragen und als laute Geräusche hörbar sind.
Spezielle Sequenzen wie die PETRA Sequenz (Grodzki et al., Magn. Reson. Med. 67 (2012), S. 510–518) sind durch extrem langsames Schalten bzw. Slew-Rates der Gradientenpulse ausgezeichnet. Die entstehenden Verzerrungen und Schwingungen der Bauelemente, wie zum Beispiel der Spulen, sind so gering, dass sie zu keiner Geräuschentwicklung führen, und die Messung im Prinzip komplett lautlos sein kann. Allerdings kann der erzielte Bildkontrast weiter durch sogenannte Präparationspulse, auch Vorpulse genannt, gezielt verändert werden. Solche Präparationspulse sind zum Beispiel Präparationspulse zur Fett- und/oder Wasserunterdrückung oder T1- oder T2-Präparationspulse. Derartige Präparationspulse werden während der Aufnahme der Messdaten in den Sequenzen vor oder in Kombination mit den verwendeten HF-Anregungspulsen in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Wird beispielsweise in der PETRA-Sequenz ein Kontrast gefordert, der den Einsatz von Vorpulsen bzw. Präparationspulsen, wie zum Beispiel Fettsättigungspulsen, notwendig macht, dann ist die Sequenz nicht mehr lautlos. Das liegt daran, dass zum Ausspielen des Vorpulses, was zumeist alle n = 5–25 Repetitionen geschieht, die Gradienten heruntergefahren, Spoiler geschaltet und die Gradienten wieder hochgefahren werden müssen. Das heißt, dass bei PETRA-Protokollen mit Vorpulsen Gradienten mit höherer Slew Rate entstehen. Dies macht sich in einem sehr niederfrequenten Grummeln/Scheppern des Scanners bemerkbar, so dass die Messung nicht mehr lautlos ist. Bei einer Repetitionszeit von beispielsweise TR = 4 ms und einer Anzahl n = 20 von Repetitionen, nach denen ein Vorpuls erzeugt wird, beträgt die Frequenz der Geräusche beispielsweise 12,5 Hz. Das führt zu einem Vibrieren und Scheppern größerer Bauteile, da in diesem Frequenzbereich Geräusche durch Vibrationen überwiegen. Weitere Sequenzen mit geringer Gradientenbewegung, für die sich das oben genannte Problem stellt, sind beispielsweise die Silenz-Sequenzen aus der Gruppe der Zero-TE Sequenzen und die SWIFT-Sequenz (SWIFT = Sweep Imaging with Fourier Transform).
Diese tieffrequente und für den Patienten als Rütteln spürbare Vibration führt nicht nur zu einer Geräuschentwicklung, sondern kann auch zum Lockern bzw. Ablösen der betroffenen Bauteile des Scanners führen.
Aus der US 5 608 321 A ist ein Magnetresonanz-Verfahren bekannt, wobei zufällige oder pseudo-zufällige RF-Pulszüge erzeugt und zur Anregung einer Probe verwendet werden.
Aus der Schrift von James Welch, „VNMR Pulse Sequences, Programming and Hardware Aspects”, Pub No. 01-999014-00, Rev. A0398 (Varian International AG, Zug, 1996) ist eine Möglichkeit beschrieben, eine variable Anzahl an aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitten einer Pulssequenz zu realisieren.
Aus der Schrift von Ma et al., „Magnetic resonance fingerprinting”, Nature (2013), Vol 495, 187–192 ist das Magnetresonanz-Fingerprinting Verfahren bekannt, welches eine gleichzeitige Quantifizierung von mehreren Gewebeparametern basierend auf einer pseudo-zufälligen Aufnahmesequenz ermöglicht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage und eine hierfür geeignete Pulssequenzermittlungseinrichtung zu schaffen, welche eine Erzeugung von Pulssequenzen mit geringeren Schwingungen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Pulssequenzermittlungseinrichtung nach Patentanspruch 7 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Anzahl von aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitten zwischen zwei Vorpulsen auf Basis eines Zufallsalgorithmus ermittelt.
Die Vorpulse können beispielweise Fettsättigungspulse zur Fettunterdrückung oder allgemeiner Präparationspulse, wie zum Beispiel Präparationspulse zur Wasserunterdrückung, oder T1- oder T2-Präparationspulse sein.
Durch das genannte Verfahren gelingt es, den Frequenzbereich der Vibrationen zu verbreitern, indem der Abstand von n Pulssequenzabschnitten zwischen den Vorpulsen mit einer Zufallsverteilung überlagert wird. Dadurch kann das Entstehen von Resonanzeffekten verhindert werden und die Vibrations- und Geräuschbelastung für Patienten und den MR-Scanner reduziert werden
Die erfindungsgemäße Pulssequenzermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Pulssequenz für eine Magnetresonanzanlage weist eine Vorpulsanordnungseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, die Position der Vorpulse zwischen den Pulssequenzabschnitten zufallsverteilt festzulegen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage wird nach dem oben genannten Verfahren eine Pulssequenz ermittelt und dann die Magnetresonanzanlage unter Nutzung dieser Pulssequenz betrieben.
Die erfindungsgemäße Pulssequenz weist eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitten und eine Mehrzahl von Vorpulsen auf, welche zufallsgesteuert zwischen den Pulssequenzabschnitten angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage weist die genannte Pulssequenzermittlungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, eine Pulssequenz zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung zu übergeben.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Pulssequenzermittlungseinrichtung ladbar ist, weist Programmcodeabschnitte auf, um alle Schritte des genannten Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Pulssequenzermittlungseinrichtung ausgeführt wird.
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.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird vorab für das Ermitteln der Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen ein Mittelwert für die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen und eine maximale Abweichung davon festgelegt.
Beispielsweise kann die statistische Verteilung der ermittelten Anzahl der Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen eine Normalverteilung sein. Weiterhin kann die Verteilung auch eine beliebige andere Zufallsverteilung mit einem Maximum bei dem festgelegten Mittelwert sein.
Alternativ kann auch vorab für das Ermitteln der Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen ein Intervall festgelegt werden. Bevorzugt kann in diesem Fall die statistische Verteilung für die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen eine Gleichverteilung sein. Die statistische Verteilung kann jedoch auch eine beliebige andere Verteilung sein.
Durch den Benutzer kann also entweder ein Bereich für die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen oder ein mittlerer Wert mit einer erlaubten Abweichung vorgegeben werden. Nach jedem Sättigungspuls ermittelt ein Zufallsalgorithmus die Anzahl der Repetitionen bis zum nächsten Sättigungspuls. Dadurch wird beispielsweise im Fall der Festlegung eines mittleren Wertes n und einer maximalen Abweichung dn von den durch die Pulssequenz erzeugten Magnetfeldern bzw. Wirbelströmen nicht nur die Frequenz
sondern der Frequenzbereich
angeregt. Das Entstehen von Resonanzen oder das Aufschaukeln von Rütteln kann so unterbunden werden.
Typischerweise ist es notwendig, einen Vorpuls, beispielsweise einen Fettsättigungspuls, alle 5 bis 25 Repetitionen bzw. Pulssequenzabschnitte zu setzen. Beispielsweise kann der Mittelwert im Bereich von 10 bis 20 und die Abweichung im Bereich von 1 bis 8 liegen. Damit ist noch gewährleistet, dass die Vorpulse immer ausreichend oft gesetzt werden (im ungünstigsten Fall würden 28 Repetitionen zwischen zwei Vorpulsen liegen), und andererseits ist jedoch auch eine genügend große Bandbreite der Schwingungsfrequenzen gegeben.
Besonders bevorzugt ist, dass der Mittelwert 15 und die Abweichung 5 beträgt.
Wird ein Intervall für die Schwankungsbreite der Anzahl n der Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen vorgegeben, so ist es beispielsweise bevorzugt, wenn der untere Randwert des Intervalls zwischen 5 und 15 liegt und der obere Randwert des Intervalls zwischen 15 und 25 liegt. Besonders bevorzugt kann das Intervall einen Bereich von 10 bis 20 umfassen.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Mittelwert für das Abtasten des Bereichs um das k-Raumzentrum einen niedrigeren Wert als der Mittelwert für das Abtasten des Bereichs im k-Raumaußenbereich aufweisen. Weiterhin kann der obere Randwert des Intervalls für das Abtasten des Bereichs um das k-Raumzentrum einen niedrigeren Wert als der untere oder der obere Randwert des Intervalls für das Abtasten des Bereichs im k-Raumaußenbereich aufweisen.
Alternativ kann auch die Abweichung für das Abtasten des Bereichs um das k-Raumzentrum einen niedrigeren Wert als die Abweichung für das Abtasten des Bereichs im k-Raumaußenbereich aufweisen.
Die Verteilung der Zufallszahlen kann also für einen Bereich um das k-Raumzentrum enger gewählt werden. Dadurch wird das k-Raumzentrum entweder stärker oder sehr genau gesättigt. Das bedeutet, dass entweder dn oder n im k-Raumzentrum kleiner ist als im k-Raumaußenbereich. Da im k-Raumzentrum üblicherweise die Einzelheiten einer aufgenommenen Struktur kodiert sind, kann es sinnvoll sein, die Zeitabstände, in denen beispielsweise Fettsättigungspulse gesetzt werden, in diesem Bereich zu verringern oder zumindest zu gewährleisten, dass die Fettsättigungspulse in vergleichsweise regelmäßigen Abständen gesetzt werden, um eine besonders hohe Abbildungsqualität der feinen Strukturen bzw. einen besonders guten Kontrast zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann als Pulssequenz eine PETRA-Sequenz verwendet werden. Diese ist besonders geräuscharm. Allerdings tritt gerade bei dieser Pulssequenz bei der Verwendung von Vorpulsen das erwähnte Rütteln auf. Wird das beschriebene Verfahren angewandt, kann der für die PETRA-Sequenz typische niedrige Geräuschpegel erhalten werden. Beispielsweise kann als Pulssequenz auch eine Silenz-Sequenz aus der Gruppe der Zero-TE Sequenzen oder eine SWIFT-Sequenz oder eine andere besonders geräuscharme Sequenz verwendet werden.
Das hier vorgeschlagene Verfahren zeigte in ersten Versuchen keinen oder nur einen geringen Einfluss auf das Bild oder die Sättigung. Durch die zufällige Verteilung der Sättigungen im vorgegebenen Bereich kommt es zu keinen Symmetrien im k-Raum, die sich durch Artefakte im Bild erkennen ließen.
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. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Magnetresonanzanlage mit einer erfindungsgemäßen Pulssequenzermittlungseinrichtung,
2 ein Flussdiagramm, das ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht,
3 ein Flussdiagramm, das ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
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 von 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 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 eine 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 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 können 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 ist. 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 erreichende 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 vom 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 Pulssequenzermittlungseinrichtung 20 berechnet, die als Teil des Terminals 19 dargestellt ist.
Im Detail weist die Pulssequenzermittlungseinrichtung 20 eine Eingangs-Schnittstellenanordnung 21 auf, mit der beispielsweise Steuerprotokoll-Parameterwerte SP erfasst werden können. Eine Pulssequenzermittlungseinheit 24 ermittelt die Pulssequenz S auf Basis des erfassten Steuerprotokolls. Eine Vorpulsanordnungseinheit 25 legt schließlich die Position der Vorpulse zwischen den Pulssequenzabschnitten auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens fest. Die Pulssequenz S kann dann beispielsweise über eine Pulssequenz-Schnittstelle 26 ausgegeben werden.
Die Pulssequenzermittlungseinrichtung 20 kann eine Trajektorien-Stützpunkt-Ermittlungseinheit 23 zur Ermittlung von k-Raum-Trajektorien-Stützpunkten innerhalb des k-Raums auf Basis der Steuerprotokoll-Parameterwerte SP aufweisen. In diesem Fall ist die Pulssequenzermittlungseinheit 24 dazu eingerichtet, die Pulssequenz S auf Basis der k-Raum-Trajektorien-Stützpunkte zu ermitteln.
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.
In 2 ist ein Ablaufschema für einen möglichen Ablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz gezeigt.
Bei dem gezeigten Verfahren wird eine Pulssequenz erzeugt, die eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitten und eine Mehrzahl von Vorpulsen aufweist. Die erzeugte Pulssequenz kann beispielsweise eine besonders geräuscharme PETRA-Sequenz sein.
In einem ersten Schritt 2.I wird die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen auf Basis eines Zufallsalgorithmus ermittelt. In einem zweiten Schritt 2.II werden die Positionen der Vorpulse gemäß der ermittelten Zufallsverteilung zwischen den Pulssequenzabschnitten festgelegt. In einem dritten Schritt 2.III wird eine Pulssequenz mit Vorpulsen an den vorher festgelegten Positionen zwischen den Pulssequenzabschnitten erzeugt.
Mit dem beschriebenen Verfahren werden also die Nachteile der Verwendung von Sättigungspulsen hinsichtlich der Geräusch- und Schwingungsentwicklung einer Magnetresonanzanlage durch die Wahl eines zufälligen Abstands zwischen Sättigungspulsen in einem vorgegebenen Bereich bzw. mit einer vorgegebenen Abweichung um einen vorgegebenen Mittelwert kompensiert.
In 3 ist ein Flussdiagramm einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. In diesem Fall wird entweder die Verteilung oder der Abstand der Vorpulse bzw. Präparationspulse geringer gewählt. Das bedeutet, dass entweder dn oder n im k-Raumzentrum geringer ist als im k-Raum-Außenbereich. Dadurch wird das k-Raum-Zentrum entweder stärker oder sehr genau gesättigt. Da im k-Raum-Zentrum üblicherweise die Einzelheiten einer aufgenommenen Struktur kodiert sind, kann es sinnvoll sein, die Zeitabstände, in denen Vorpulse gesetzt werden, in diesem Bereich zu verringern oder zumindest zu gewährleisten, dass die Vorpulse in vergleichsweise regelmäßigen Abständen gesetzt werden, um eine besonders hohe Abbildungsqualität der feinen Strukturen bzw. einen besonders guten Kontrast zu erzielen.
Bei dem Verfahren wird in einem ersten Schritt 3.I die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen auf Basis eines Zufallsalgorithmus im k-Raumzentrum ermittelt. In einem zweiten Schritt 3.II wird die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen auf Basis eines Zufallsalgorithmus im k-Raumaußenbereich ermittelt. In einem dritten Schritt 3.III werden die Positionen der Vorpulse gemäß den ermittelten Zufallsverteilungen zwischen den Pulssequenzabschnitten festgelegt. In einem vierten Schritt 3.IV wird eine Pulssequenz mit Vorpulsen an den vorher festgelegten Positionen zwischen den Pulssequenzabschnitten erzeugt.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich die Vorteile, dass der tieffrequente Vibrationsfrequenzpeak aufgeweitet wird, die Resonanz gebrochen wird, die Sequenz für den Patienten angenehmer wird, da das Geräusch- und Rüttelspektrum aufgeweitet wird und die Komponenten des MR-Scanners weniger durch tieffrequentes Rütteln beansprucht werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale sämtlicher Ausführungsbeispiele oder in Figuren offenbarter Weiterbildungen in vielfältiger Kombination verwendet werden können.
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. So kann beispielsweise die Pulssequenzermittlungseinrichtung 20 anstelle auf dem Terminal auch als Teil der Steuereinrichtung 10 selber realisiert sein, insbesondere auch als Komponente der Messsteuereinheit 15. Ebenso könnte die Pulssequenzermittlungseinrichtung 20 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 zum Ermitteln einer Pulssequenz (S) für ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren, die eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitten und eine Mehrzahl von Vorpulsen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitten zwischen zwei Vorpulsen der Pulssequenz auf Basis eines Zufallsalgorithmus ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei vorab für das Ermitteln der Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen ein Intervall (I) für die Anzahl der aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitte zwischen zwei Vorpulsen festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Vorpulse Präparationspulse, vorzugsweise Sättigungspulse umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Pulssequenz eine PETRA-Sequenz verwendet wird.
Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzanlage (1), bei dem zunächst in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eine Pulssequenz (S) ermittelt und dann die Magnetresonanzanlage (1) unter Nutzung dieser Pulssequenz (S) betrieben wird.
Pulssequenz (S) zur Magnetresonanzbildgebung, aufweisend eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Pulssequenzabschnitten und eine Mehrzahl von Vorpulsen, wobei die Anzahl von aufeinanderfolgenden Pulssequenzabschnitten zwischen zwei Vorpulsen der Pulssequenz zufallsverteilt ist.
Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) zur Ermittlung einer Pulssequenz zur Magnetresonanzbildgebung (1), – mit einer Eingangs-Schnittstellenanordnung (21) zur Erfassung von Steuerprotokoll-Parameterwerten (SP), – einer Pulssequenzermittlungseinheit (24) zur Ermittlung der Pulssequenz (S) mit einer Mehrzahl von Pulssequenzabschnitten auf Basis des erfassten Steuerprotokolls, – einer Vorpulsanordnungseinheit (25), welche dazu eingerichtet ist, die Position der Vorpulse zwischen den Pulssequenzabschnitten zufallsverteilt festzulegen.
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, aufweisend eine Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) nach Anspruch 7, um eine Pulssequenz (S) zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung (15) zu übergeben.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wenn das Programm in der Pulssequenzermittlungseinrichtung (20) ausgeführt wird.