DE102014203173A1

DE102014203173A1 - Kontrolle und Anpassung einer Pulsoptimierung einer Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102014203173A1
Application number: DE102014203173.7A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki; Stephan Stöcker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-22
Also published as: US20150241536A1; US10295634B2; DE102014203173B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (24) zum Anpassen einer Pulsoptimierung beschrieben, die eine Prüfeinheit (25) zum Überprüfen, ob die Optimierungszeit, die sich aus einer Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall (Io) bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und einer zugehörigen Umsetzungszeit ergibt, eine Echtzeit, die sich aus dem Zeitintervall (Io) und einer Pufferzeit ergibt, übersteigt, und eine Reduktionseinheit (26), welche dazu eingerichtet ist, die Gradientenrasterdichte für die Pulsoptimierung um einen Faktor f zu reduzieren, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt, aufweist. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Anpassen einer Pulsoptimierung beschrieben. Bei dem Verfahren wird überprüft, ob die Optimierungszeit, die sich aus einer Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall (Io) bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und einer zugehörigen Umsetzungszeit ergibt, eine Echtzeit, die sich aus dem Zeitintervall (Io) und einer Pufferzeit ergibt, übersteigt. Dann wird, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt, eine für die Pulsoptimierung vorgegebene Gradientenrasterdichte um einen Faktor f reduziert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kontrollieren und Anpassen einer Pulsoptimierung einer Magnetresonanzanlage und ein Verfahren zum Kontrollieren und Anpassen einer Pulsoptimierung einer Magnetresonanzanlage.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzanlage mit einem Hochfrequenz-Sendesystem, mit einem Gradientensystem und einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegeben Pulssequenz das Hochfrequenz-Sendesystem und das Gradientensystem anzusteuern, und mit einer Pulssequenz-Optimierungseinrichtung.
In 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 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 aufeinanderfolgen. 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 Gradientenamplitude über die Zeit definiert ist.
Während einer Pulssequenz werden die magnetischen 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 Lärmerscheinungen 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.
Daher wird in der DE 10 2013 202 559 ein Verfahren beschrieben, bei dem eine an sich fertige Pulssequenz, welche an den Scanner der Magnetresonanzanlage geschickt werden soll, analysiert wird, um ein hinsichtlich eines Gradientenverlaufs bzw. eines Gradientenpulses zu optimierendes Zeitintervall bzw. einen Pulssequenzabschnitt innerhalb der Pulssequenz zu bestimmen. Dabei werden in einem ersten Schritt alle ursprünglichen Befehle, die an den Scanner geschickt werden, abgefangen, dann in einem zweiten Schritt zunächst auf optimierbare Bereiche untersucht, in einem dritten Schritt diese Bereiche optimiert, und erst in einem vierten Schritt erfolgt dann die Weiterleitung der optimierten Pulssequenz an den Scanner. Die Optimierung erfolgt dort bevorzugt mit Hilfe einer Spline-Interpolation, die bestimmte Randbedingungen erfüllt, wie u. a. ein bestimmtes Gradientenmoment, eine bestimmte Amplitude an vorgegebenen Stützstellen, insbesondere zu einem Start-Zeitpunkt des jeweiligen Intervalls und zu einem End-Zeitpunkt des jeweiligen Intervalls. Durch die Spline-Interpolation wird ein möglichst glatter Gradientenverlauf mit abgerundeten Kanten erzeugt. Die Berechnung einer solchen Spline-Interpolation dauert jedoch vor allem bei längeren Gradientenintervallen relativ lange, so dass dies zum Messabbruch führen könnte, wenn nur wenig Zeit für die Optimierung zur Verfügung steht. Insbesondere bei Real-Time-Anwendungen kann dies problematisch sein.
Die ersten beiden genannten Schritte benötigen nur vernachlässigbar geringe Rechenzeit. Schritt III (der Optimierung) und Schritt IV (der Weilerleitung an den Scanner und der internen Umsetzung) können jedoch vergleichsweise lange Berechnungszeiten in Anspruch nehmen. Bei Echtzeitanwendungen oder gegebenenfalls auch bei Protokollen mit sehr kurzen Repetitionszeiten kann es daher dann zu Messabbrüchen kommen, wenn die Berechnungszeit der Optimierungseinheit und die benötigte, den oben genannten vierten Schritt betreffende Umsetzungszeit größer als die Echtzeit und ein geringer Puffer werden und die Befehle nicht zur benötigten realen Zeit bereitgestellt werden können.
Es besteht die Möglichkeit, die Berechnungszeit der optimierten Gradientenverläufe zu verringern, indem sichergestellt wird, dass jeder Verlauf nur einmal berechnet und von da an in jeder Repetition wiederverwendet wird. Auch kann ein linearer Verlauf anstatt eines Splines vierter Ordnung berechnet werden. Die Zeit, die im vierten oben beschriebenen Schritt für die Bereitstellung und die interne Umsetzung der Befehle benötigt wird, ändert sich durch die genannten Verfahren jedoch nicht. Diese Berechnungszeit hängt von der Größe der Objekte in den übermittelten Event-Blöcken ab. Aufgrund der hohen Abtastrate der Gradienten sind dabei die Gradientenbefehle entscheidend für die Zeitdauer für den vierten Schritt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Problem der Messabbrüche bei der Verwendung von Pulsoptimierungsverfahren als Echtzeitanwendungen zu lösen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Patentanspruch 7 und durch ein Verfahren nach Patentanspruch 8 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Prüfeinheit auf zum Überprüfen, ob die Optimierungszeit, die sich aus einer Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und der zugehörigen Umsetzungszeit ergibt, eine Echtzeit, die sich aus dem veränderbaren Zeitintervall und einer Pufferzeit ergibt, übersteigt.
Die Gradientenrasterdichte soll im Folgenden nicht nur die Stützstellendichte, also die Rasterdichte, mit der die optimierten Pulssequenzabschnitte errechnet werden, sondern auch die Rasterdichte, mit der die Pulssequenzabschnitte in einem vierten Schritt an den MR-Scanner weitergeleitet werden, umfassen.
Ein Pulssequenzabschnitt umfasst beispielsweise einen oder mehrere Pulse, beispielsweise Gradientenpulse.
Ein veränderbares Zeitintervall ist ein Abschnitt einer Pulssequenz bzw. ein Pulssequenzabschnitt, der für das oben beschriebene Spline-Verfahren oder ein anderes Modifikationsverfahren in Frage kommt.
Zudem weist die Vorrichtung eine Reduktionseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, die Gradientenrasterdichte für die Pulsoptimierung um einen Faktor f zu reduzieren, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird überprüft, ob die sich aus der Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und der zugehörigen Umsetzungszeit ergebende Optimierungszeit eine sich aus dem Zeitintervall und einer Pufferzeit ergebende Echtzeit übersteigt.
Zudem wird die für die Pulsoptimierung vorgegebene Gradientenrasterdichte um einen Faktor f in Abhängigkeit von dem Prüfergebnis, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt, reduziert.
Die Erfindung umfasst auch ein Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher der erfindungsgemäßen Vorrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Abschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt wird. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass bisherige Steuereinrichtungen von Magnetresonanzanlagen durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um in der erfindungsgemäßen Weise Pulssequenzen zu kontrollieren und anzupassen, was z. B. mit den oben genannten Vorteilen verbunden ist.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprüche einer Kategorie analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung dazu eingerichtet sein, dass, wenn das Reduzieren der Gradientenrasterdichte nicht zu einer ausreichenden Reduktion der Berechnungszeit führt, die Pulssequenz nicht an eine Pulsform-Optimierungseinheit, sondern direkt an eine Pulssendeanordnung übermittelt wird.
In diesem Fall wird also, falls die für die Pulsoptimierung zur Verfügung stehende Zeit nicht ausreicht, der Schritt der Pulsoptimierung übergangen. Die Pulssequenzoptimierungseinrichtung bzw. die Pulsform-Optimierungseinheit kann also, wenn eine Reduktion der Gradientenrasterdichte nicht die benötigte Rechenzeitersparnis liefert, „passiv“ geschaltet werden. In diesem Fall werden alle Befehle direkt an den MR-Scanner weitergeleitet, ohne von der Pulsform-Optimierungseinheit optimiert oder verändert zu werden. Dadurch sinkt die Rechenzeit der Pulssequenzoptimierungseinheit auf den Wert Null, so dass ein Messabbruch verhindert werden kann.
Die genannten Varianten der Pulsoptimierung werden erfindungsgemäß flexibel in Abhängigkeit von der Optimierungszeit und der zur Verfügung stehenden Echtzeit gehandhabt.
Weiterhin kann die Reduktionseinheit dazu eingerichtet sein, die Gradientenrasterdichte um einen Faktor f in Abhängigkeit von einer vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte zu reduzieren.
Gemäß diesem Aspekt kann der Benutzer Einfluss auf die „Stärke“ bzw. „Güte“ der Pulssequenzoptimierung Einfluss nehmen. Beispielsweise kann der Benutzer den Prozentsatz wählen, der die Genauigkeit oder Dichte der Rasterpunkte vorgibt. In diesem Fall würde es nur zu einem Messabbruch kommen, wenn der gewählte Prozentsatz zu hoch für eine ausreichende Rechenzeitminimierung wäre. Somit beeinflusst der Benutzer die „Güte“ der Pulsoptimierung als auch das Risiko eines Messabbruchs.
Die Gradientenrasterdichte kann alternativ auch nur die Rasterdichte umfassen, mit der die Pulssequenzabschnitte in einem vierten Schritt an den MR-Scanner weitergeleitet werden.
Also kann beispielsweise die Berechnung der optimierten Gradientenpulse bzw. Pulssequenzabschnitte mit einer unveränderten Rasterdichte durchgeführt werden, während die Rasterdichte, mit der die Pulssequenzabschnitte in einem vierten Schritt an den MR-Scanner weitergeleitet werden, in dieser Ausgestaltung mit reduziert wird, um die Zeit, die für den vierten Schritt, d. h. für das Weiterleiten der optimierten Pulssequenzabschnitte an den MR-Scanner, benötigt wird, zu reduzieren.
Für den Fall, dass die benötigte Zeit zur Pulsoptimierung mit der vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte länger als die Echtzeit der Anwendung ist, kann auch ein Messabbruch durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein, einen Messabbruch durchzuführen, falls die benötigte Zeit zur Pulsoptimierung mit der vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte die Echtzeit der Anwendung übersteigt.
Insbesondere kann die Reduktionseinheit dazu eingerichtet sein, die Gradientpulse linear zu interpolieren.
Alternativ kann die Reduktionseinheit dazu eingerichtet sein, die Gradientpulse nichtlinear zu interpolieren.
Wie bereits in der DE 10 2013 202 559 beschrieben, können prinzipiell für die optimierbaren Zeitintervalle auch beliebige Optimierungskriterien vorgegeben werden. Allerdings benötigen wie erwähnt solche Optimierungsverfahren in der Regel etwas mehr Rechenzeit. Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt zunächst für ein bestimmtes (aktuell) zu veränderndes Zeitintervall eine für die Definition des Gradientenverlaufs zur Verfügung stehende Optimierungszeit ermittelt. In Abhängigkeit davon wird dann zunächst entschieden, ob eine Definition des Gradientenverlaufs in dem veränderbaren Zeitintervall mit der erfindungsgemäßen Methode erfolgt, indem eine Spline-Interpolationsverfahren mit einer bestimmten Rasterdichte durchgeführt wird, oder ob der Gradientenverlauf unverändert bleiben soll. Bevorzugt handelt es sich bei dem Spline-Interpolationsverfahren um ein Interpolationsverfahren 4. oder 5. Ordnung. Entsprechend dieser Entscheidung wird dann eine Veränderung des Gradientenverlaufs durchgeführt, d. h. es erfolgt entweder eine Optimierung gemäß dem vorgegebenen Optimierungskriterium, beispielsweise mit dem Spline-Interpolationsverfahren, oder, wenn die zur Verfügung stehende Optimierungszeit zu kurz ist, beispielsweise unter einem Grenzwert liegt, wird keine Optimierung durchgeführt.
Sofern die Optimierungszeit ausreicht, können prinzipiell beliebige Optimierungskriterien vorgegeben werden. Es wird in diesem Zusammenhang wieder auf die DE 10 2013 202 559 verwiesen, deren Inhalt bezüglich der verschiedenen Optimierungskriterien und Optimierungsverfahren, insbesondere die Spline-Interpolation hiermit vollumfänglich inkorporiert wird
Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jeweils die Pulsverläufe in den einzelnen Gradientenrichtungen separat optimiert, d. h. es wird in jeder Gradientenrichtung, beispielsweise x-, y-, z-Richtung bzw. Schichtselektionsrichtung, Phasenkodierrichtung und Ausleserichtung, die Pulsform bzw. der Gradientenverlauf separat betrachtet und optimiert.
Ebenso ist auch bei der vorliegenden Erfindung, wie in der DE 10 2013 202 559 , die Möglichkeit der pulsübergreifenden Optimierung gegeben.
Werden aus irgendwelchen Gründen die Systemspezifikationsparameter nicht eingehalten, beispielsweise die maximal zulässige Gradientenamplitude und/oder die maximal zulässige Slew-Rate überschritten, so kann die optimierte Pulsform nicht verwendet werden. In diesem Fall wird vorzugsweise die Pulsform in dem Zeitintervall wieder durch die ursprüngliche Pulsform ersetzt.
In einer weiter bevorzugten Variante kann zur Beschleunigung des Verfahrens auch zunächst vor einer Optimierung eines Zeitintervalls geprüft werden, ob der benötigte Gradientenverlauf bereits schon einmal berechnet wurde. In vielen Sequenzen ist eine relativ hohe Anzahl an Repetitionen gleicher Sequenzabschnitte erforderlich. In diesem Fall kommen benötigte Gradientenverläufe immer wieder vor. In diesen Fällen kann auf eine Neuberechnung verzichtet werden, indem einfach die optimierten Gradientenverläufe mit entsprechenden Identifizierungsmöglichkeiten hinterlegt werden und auf diese dann wieder zurückgegriffen werden. Beispielsweise können für bestimmte Randbedingungen fertig berechnete Gradientenverläufe wieder verwendet werden, wenn es darum geht, einen optimierten Gradientenverlauf für die gleichen Randbedingungen wieder zu erzeugen. Ein solches Verfahren wird beispielsweise in der DE 10 2013 213 255 beschrieben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann nun neben den Vorteilen der Verfahren der genannten Schriften zusätzlich der Vorteil einer an die jeweiligen Zeitvorgaben angepasste Berechnung eines neuen Kurvenverlaufs erreicht werden. Insbesondere wird durch die schnellere Berechnung und Umsetzung der Pulssequenzen eine Real-Time-Anwendung erleichtert.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 einen schematischen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines Optimierungsverfahrens unter Nutzung der Erfindung,
3 eine beispielhafte Pulssequenz, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden kann, unterteilt in eingehende Eventblöcke,
4 die Pulssequenz gemäß 3, unterteilt in ausgehende unveränderbare Eventblöcke, welche einen Fixpunkt-Zeitbereich enthalten, und optimierbare Eventblöcke, welche ein veränderbares Zeitintervall enthalten,
5 die Pulssequenz gemäß 4 nach einer Optimierung der optimierbaren Eventblöcke mittels Spline-Interpolation,
6 einen schematischen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, z. B. zur Nutzung in dem Verfahren gemäß 2.
Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel einer Implementierung in die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung bzw. Verwendung innerhalb des Optimierungsverfahrens beschrieben, wie sie als Ausführungsbeispiel in der DE 10 2013 202 559 detailliert erläutert werden. Es wird aber an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch in anderer Form eingesetzt werden kann, beispielsweise unmittelbar beim Pulsdesign bzw. der ursprünglichen Berechnung oder Präparation der Pulssequenz.
In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäß eingerichtete Magnetresonanzanlage 1 dargestellt. Sie 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 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, der 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 einer Tastatur, einem oder mehreren Bildschirmen sowie weiteren Eingabegeräten wie beispielsweise einer 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 (ausgespielt) 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 MS einzuspeisen. Die Hochfrequenzpulssequenz HFS umfasst die oben erwähnten Anregungs- und Refokussierungspulse. Der Empfang der Magnetresonanzsignale geschieht dann mit Hilfe der Lokalspulenanordnung 6, und die davon empfangenen Rohdaten RD werden von einer HF-Empfangseinheit 13 ausgelesen und verarbeitet. Die Magnetresonanzsignale werden in digitaler Form als Rohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 14 übergeben, die daraus die Bilddaten BD rekonstruiert und diese in einem Speicher 16 hinterlegt und/oder über die Schnittstelle 17 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden. Alternativ kann auch eine Hochfrequenzpulssequenz über die Lokalspulenanordnung ausgesendet werden und/oder die Magnetresonanzsignale können von der Ganzkörper-Hochfrequenzspule empfangen werden (nicht dargestellt), 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 HFS 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 Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20 implementiert sein, die später noch genauer erläutert wird.
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung (abgesehen von der hier speziell ausgebildeten Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20) 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, die Echozeiten in einer Spinechosequenz etc.
Mit Hilfe des Terminals 30 kann der Bediener einen Teil dieser Steuerparameter verändern, um ein individuelles Steuerprotokoll für eine aktuell gewünschte Messung zu erstellen. Hierzu werden veränderbare Steuerparameter 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 bzw. designed 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 HS an die HF-Sendeeinheit 12 und die Gradientenpulssequenz GS an die Gradienten-Steuereinheit 11 übergibt, zunächst in einer Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20 in der erfindungsgemäßen Weise optimiert. Diese Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20 enthält hierzu eine Eingangsschnittstelle 21, um die eigentlich fertige aussendebereite, aber zu optimierende Pulssequenz S zu übernehmen und an eine Analyseeinheit 22 zu übergeben, welche die Analyse der Pulssequenz zur Identifizierung von Fixpunkt-Zeitbereichen und von veränderbaren Zeitintervallen, die optimiert werden dürfen, durchführt. Diese Analyseeinheit 22 bildet beispielsweise die Zeitintervallbestimmungseinheit 22 zur Bestimmung eines hinsichtlich des Gradientenverlaufs zu optimierenden Zeitintervalls.
In einer Pulsform-Optimierungseinheit 23 wird dann die Pulsform von Gradientenpulsen in den veränderbaren Zeitintervallen optimiert. Dies kann wie in der DE 10 2013 202 559 prinzipiell hinsichtlich eines beliebigen vorgegeben Optimierungskriteriums erfolgen, insbesondere beispielsweise hinsichtlich der 1. Ableitung des Gradientenverlaufs, um eine Geräuschreduzierung zu erreichen. Diverse Optimierungskriterien können beispielsweise durch einen Bediener über das Terminal 30 vorgegeben werden und/oder in einem Speicher hinterlegt sein. Im vorliegenden Fall umfasst die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20 erfindungsgemäß zusätzlich noch eine Anpass- und Kontrolleinheit 24. Die Anpass- und Kontrolleinheit umfasst eine Prüfeinheit 25 zum Überprüfen, ob die Optimierungszeit, die sich aus der Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall I₀ bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und der zugehörigen Umsetzungszeit ergibt, eine Echtzeit, die sich aus dem Zeitintervall (I₀) und einer Pufferzeit ergibt, übersteigt. Weiterhin umfasst die Anpass- und Kontrolleinheit 24 eine Reduktionseinheit 26, welche dazu eingerichtet ist, die Gradientenrasterdichte für die Pulsoptimierung um einen Faktor f zu reduzieren, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann alternativ auch Teil der Pulsform-Optimierungseinheit 23 sein.
Die genaue Funktionsweise dieser Komponenten wird im Folgenden anhand der 2 bis 6 am Beispiel einer Erzeugung und weiteren Verarbeitung einer Pulssequenz S dargestellt.
Das in 2 dargestellte Verfahren zur Erzeugung und Optimierung von Pulssequenzen entspricht dabei im Wesentlichen dem in der DE 10 2013 202 559 bevorzugt genutzten Verfahren, mit der Ausnahme, dass im Schritt IVb nun zusätzliche Prüf- und Anpassschritte durchgeführt werden, wie dies später noch erläutert wird.
Wie in 2 dargestellt ist, beginnt das Verfahren im Schritt I zunächst in üblicher Weise mit der Präparation der Pulssequenz S. Das heißt, es wird u. a. der Sequenztyp festgelegt bzw. ein entsprechendes Protokoll ausgesucht, in dem ein bestimmter Sequenztyp definiert ist. Es erfolgt dabei die Übernahme der erforderlichen Parameter bzw. ggf. auch Veränderungen dieser Parameter durch den Benutzer. In einem Schritt II werden dann das genaue Timing und der Ablauf der Pulssequenz mit den vorgegebenen definierten Sequenzparametern berechnet. Im Schritt III erfolgt die Weitergabe der absendebereiten, aber noch nicht optimierten Pulssequenz in Form von Eventblöcken. Ohne Anwendung einer Optimierung der Pulssequenzen sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte im Schritt III eine unmittelbare Weitergabe der Eventblöcke an die Pulssendeanordnung 19 erfolgen, die dann im Schritt V die Eventblöcke ausspielt und so dafür sorgt, dass die gesamte Pulssequenz S abgearbeitet wird. Zur Pulsoptimierung erfolgt aber vor der Weitergabe der Eventblöcke eine Bearbeitung der einzelnen Eventblöcke im Schritt IV. Da die Abarbeitung der Pulssequenz S in den Schritten II, III, IV und V sequenziell in Form von einzelnen Eventblöcken erfolgt, können diese Schritte dementsprechend zeitlich parallel erfolgen, d. h. dass sich spätere Eventblöcke noch im Schritt II befinden, während frühere Eventblöcke schon im Schritt V an die Pulssendeanordnung 19 übergeben werden.
In 3 ist als Beispiel ein Pulsdiagramm des ersten Teils einer sehr vereinfachten Gradientenechosequenz dargestellt, die in Eventblöcke EBI₁, EBI₂, EBI₃, EBI₄ unterteilt ist (in 3 sind nur die ersten drei Eventblöcke vollständig und der vierte fast vollständig dargestellt). In diesem Pulsdiagramm sind in üblicher Weise auf verschiedenen, übereinanderliegenden Zeitachsen jeweils die Auslesefenster W, die auszusendenden Hochfrequenzpulse HF₁, HF₂, HF₃ sowie die Gradientenpulse in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Dabei ist auf der obersten Auslese-Zeitachse ADC das Auslesefenster W dargestellt und auf der zweitobersten Hochfrequenzpuls-Zeitachse HF sind die Amplituden der auszusendenden Hochfrequenzpulse HF₁, HF₂, HF₃ dargestellt. Auf der darunter liegenden Gradientenpuls-Zeitachse Gx sind die Gradientenpulse Gx₁, Gx₂, Gx₃, Gx₄, Gx₅, Gx₆ dargestellt. Diese sind die Gradientenpulse in Ausleserichtung. Auf der zweituntersten Gradientenpuls-Zeitachse Gy sind die Gradientenpulse Gy₁, Gy₂, Gy₃, Gy₄, Gy₅, Gy₆ dargestellt, welche in Phasenkodierrichtung geschaltet werden, und auf der untersten Gradientenpuls-Zeitachse Gz die Gradientenpulse Gz₁, Gz₂, Gz₃, Gz₄, Gz₅, Gz₆ in Schichtselektionsrichtung. Die Lage der Zeitachse gibt jeweils die Nulllinie an, d. h. bei den Gradienten können die Pulse negative oder positive Gradientenpulse sein, je nachdem, ob sich ihre Amplituden nach unten oder nach oben von der Gradientenpuls-Zeitachse Gx, Gy, Gz erstrecken. In allen Pulsdiagrammen erfolgt zur Vereinfachung die Skalierung in Zeitrichtung und in Amplitudenrichtung nur in willkürlichen Einheiten, da für das Verständnis des Erfindungsprinzips in erster Linie nur der Vergleich der Pulsverläufe bzw. Formen vor und nach der Optimierung relevant ist.
Bei dem ersten Eventblock EBI₁ dieser Pulssequenz S handelt es sich um einen Eventblock EBI₁, welcher eine Fettsättigung hervorrufen soll. Daher wird zunächst ein relativ starker Hochfrequenzpuls HF₁ ausgesendet, währenddessen kein Gradientenpuls ausgespielt wird, so dass der Hochfrequenzpuls HF₁ nicht schichtselektiv wirkt. Unmittelbar nach Beendigung dieses Hochfrequenzpulses HF₁ folgen aber drei Gradientenpulse Gx₁, Gy₁, Gz₁ in allen drei Raumachsen, welche dazu dienen, ungewollt durch die Fettsättigung erzeugte transversale Magnetisierung zu dephasieren.
Der nächste Eventblock EBI₂ dient als Vorspoiler. In diesem Eventblock EBI₂ werden zwei negative Gradientenpulse Gy₂, Gz₂ in y- und z-Richtung geschaltet. Diese Pulse dienen auch dazu, eventuell vorhandene transversale Restmagnetisierung, die durch vorhergegangene Anregungen oder Gradienten erzeugt bzw. refokussiert worden sein könnte, effektiv zu dephasieren.
Der dritte Eventblock EBI₃ enthält eine Gradientenechosequenz, bei der in einem bestimmten Volumen bzw. einer bestimmten Schicht Magnetresonanzsignale akquiriert werden, indem das Volumen durch einen Hochfrequenzpuls HF₂ unter gleichzeitigem Ausspielen eines definierten Gradienten Gz₃ in Schichtselektionsrichtung Gz angeregt wird und anschließend dann unter Schalten eines bestimmten Gradienten Gx₃ in Ausleserichtung Gx ein Auslesefenster W gesetzt wird, d. h. der ADC auf Empfang geschaltet wird. In diesem Eventblock EBI₃ gibt es weitere Gradientenpulse Gz₄, Gx₂, Gy₃, Gx₄, Gy₄, welche dazu dienen, durch den Anregungspuls erzeugte transversale Magnetisierung zu dephasieren, um in den darauffolgenden Eventblöcken keine ungewollten Echos zu generieren.
An diesen Gradientenecho-Eventblock EBI₃ schließt sich dann ein weiterer Fettsättigungs-Eventblock EBI₄ an, welcher zunächst damit beginnt, dass parallel drei Gradientenpulse Gx₅, Gy₅, Gz₅ in x-, y- und z-Richtung geschaltet werden, dann ein nicht schichtselektiver Hochfrequenzpuls HF₃ ausgesendet wird, wobei alle Gradienten auf Null gesetzt sind und anschließend wieder in allen drei Raumrichtungen weitere Gradientenpulse Gx₆, Gy₆, Gz₆ ausgesendet werden. Anschließend können sich dann weitere Eventblöcke anschließen, beispielsweise ein neuer Vorspoiler, eine weitere Repetition, ein Gradientenecho-Eventblock usw.
Jeder dieser Eventblöcke EBI₁, EBI₂, EBI₃, EBI₄ enthält – wie leicht erkennbar ist – zeitliche Bereiche, die prinzipiell optimierbar wären. Dies sind hier die Zeitbereiche, die nicht unter die oben beschriebenen Kriterien fallen, dass es sich beispielsweise um Gradienten handelt, die parallel zu einem der HF₁, HF₂, HF₃ Hochfrequenzpulse oder dem Auslesefenster W ausgesendet werden. Bestimmte überwiegend nicht veränderbare Gradientenpulse wie Flusskompensations-Gradientenpulse, Fusions-Gradientenpulse oder Anklopf-Gradientenpulse sind in der hier dargestellten vereinfachten Sequenz nicht enthalten.
Andererseits enthalten, abgesehen von dem Vorspoiler-Eventblock EBI₂, alle anderen Eventblöcke EBI₁, EBI₃, EBI₄ auch Fixpunkt-Zeitbereiche, in denen keine Veränderung der Gradientenamplitudenwerte erlaubt ist und die somit von einer Optimierung auszuschließen sind. Daher werden, wie in 2 dargestellt, innerhalb des Verfahrensschritts IV zunächst in einem ersten Teil-Verfahrensschritt IVa die eingehenden Eventblöcke EBI daraufhin geprüft, wo die nicht veränderbaren Fixpunkt-Zeitbereiche liegen und wo die veränderbaren bzw. optimierbaren Zeitintervalle liegen. In diesem Schritt IVa erfolgt auch eine Neuaufteilung der Pulssequenz S in ausgehende Eventblöcke EBA_F, EBA_O.
Dies ist in 4 für die Pulssequenz S aus 3 dargestellt. Hier sind die nicht optimierbaren Fixpunkt-Zeitbereiche I_F jeweils durch ein quergestreiftes Muster abgedeckt und die optimierbaren Zeitintervalle I₀ sind nicht abgedeckt. Dadurch ergeben sich automatisch neue ausgehende Eventblöcke EBA₁, EBA₂, ..., EBA₈, wobei diese ausgehenden Eventblöcke EBA₁, EBA₂, ..., EBA₈ entweder genau einen Fixpunkt-Zeitbereich I_F oder ein optimierbares Zeitintervall I_O enthalten. Als nicht optimierbare Zeitbereiche I_F sind hier genau die Zeitbereiche identifiziert worden, in denen parallel die Hochfrequenzpulse HF₁, HF₂, HF₃ ausgesendet werden oder das Auslesefenster W geschaltet ist. In diesen Bereichen müssen die Gradienten auf den exakt vorgegebenen Amplitudenwerten bleiben. In den dazwischen liegenden Bereichen dürfen die Pulsformen bzw. der Gradientenverlauf unter bestimmten Randbedingungen, z. B. dass an den Grenzpunkten zu den angrenzenden Eventblöcken die Amplitudenwerte beibehalten werden, dass die Länge des Zeitintervalls I₀ unverändert bleibt und dass das Gesamtmoment der Gradientenpulse in den jeweiligen optimierbaren Zeitbereichen I_O vor und nach der Optimierung gleich ist, beliebig variiert werden. Die optimierbaren Eventblöcke EBA₂, EBA₄, EBA₆, EBA₈ werden dann in einem weiteren Schritt IVb unter den eben genannten Randbedingungen optimiert (in 2 werden diese optimierbaren Eventblöcke pauschal durch die Bezugsziffer EBA_O bezeichnet).
Die Optimierung im Schritt IVb erfolgt dann gegebenenfalls unter Verwendung des bereits in der DE 10 2013 202 559 erläuterten Spline-Interpolationsverfahrens, wobei die Start- und Endwerte an den Grenzen des jeweiligen Zeitintervalls I₀ jeweils als Fixpunkte FP angesehen werden und eine Spline unter vorgegebenen Randbedingungen (Erreichen der Fixpunkte, Aufrechterhalten des Integrals unter der Kurve, Beibehaltung der Länge des Zeitintervalls I₀, und zusätzlich Setzen der 1. Ableitung an den Fixpunkten = 0) zu einer gewünschten glatten Pulsform in den jeweiligen optimierbaren Zeitbereichen I_O führt. Die Berechnung der Splines wird mit einer vorgegebenen Rasterung, d. h. einer bestimmten Schrittweite durchgeführt, wobei die Splines zwischen den Rasterpunkten interpoliert werden. Wie nachfolgend noch anhand von 6 erläutert wird, werden im Schritt IVb jedoch noch zusätzliche Prüf- und gegebenenfalls zusätzliche Berechnungsschritte durchgeführt, bei denen die Spline-Interpolation gegebenenfalls mit einer niedrigeren Rasterdichte durchgeführt wird oder vollständig weggelassen wird. Würde sich bei diesen zusätzlichen Prüfschritten ergeben, dass in sämtlichen Zeitintervallen I₀ der Pulssequenz aus 4 eine Spline-Interpolation zur Optimierung durchgeführt werden kann, würde als Ergebnis nach der Optimierung die Pulssequenz gemäß 5 vorliegen. In dieser Figur ist insbesondere sehr schön zu sehen, wie aneinandergrenzende relativ eckige Pulse mit steilen Flanken in Gradientenpulse Gx₁‘, Gx₂‘, Gx₃‘, Gx₄‘, Gx₅‘, Gy₁‘, Gy₂‘, Gy₃‘, Gy₄‘, Gz₁‘, Gz₂‘, Gz₃‘, Gz₄‘, Gz₅‘, Gz₆‘ mit zum Teil in einander übergehende gemeinsame Pulsformen umgewandelt wurden, die relativ glatt sind und daher erheblich weniger Belastungen für die Gradientenspulen mit sich bringen und somit die Geräuschbelästigung erheblich reduzieren.
Wie erwähnt, hat die Spline-Interpolation jedoch den Nachteil, dass sie relativ viel Rechenzeit benötigt. Aus diesem Grund werden nun im Schritt IVb die zusätzlichen Verfahrensschritte 6.II bis 6.V durchgeführt, wie sie nachfolgend anhand von 6 erläutert werden. In 6 wird dabei noch einmal der gesamte Verfahrensablauf beschrieben, beginnend mit einem Schritt 6.I, in dem zunächst ein optimierbares Zeitintervall I₀ innerhalb der Pulssequenz bestimmt wird. Dies entspricht im Wesentlichen dem Schritt IVa in 2. Innerhalb des Schritts IVb in 2 wird dann im Schritt 6.II gemäß 6 zunächst die Zeitdauer des Zeitintervalls I₀ bestimmt. Außerdem wird in diesem Schritt geprüft, ob genügend Optimierungszeit zur Verfügung steht, um eine Spline-Interpolation mit der vorgegebenen Optimierungszeit durchführen zu können.
Ist dies der Fall (Abzweig „y“), so wird im Schritt 6.III in herkömmlicher Weise der Spline-Verlauf mit der vorgegebenen Rasterdichte berechnet, wobei als zusätzliche Randbedingungen die ersten Ableitungen an den Randwerten gleich Null gesetzt werden. Dieses Verfahren verläuft also wie in der DE 10 2013 202 559 . In einem nachfolgenden Schritt 6.IV wird der berechnete Spline-Verlauf zunächst daraufhin geprüft, ob bestimmte systemspezifische Parameter SSP eingehalten werden. Insbesondere wird hierbei geprüft, ob die maximal zulässige Gradientenamplitude und die maximal zulässige Slew-Rate eingehalten werden. Ist dies der Fall (Abzweig „y“), kann im Schritt 6.VII direkt eine Weitergabe des optimierten Verlaufs an den Scanner erfolgen, d. h. der Eventblock EBA₀ übergeben werden. Dies entspricht bereits dem Verfahrensschritt V in 2. Der Verfahrensschritt IVc in 2 erübrigt sich in diesem Fall.
Wird im Schritt 6.II festgestellt, dass die Optimierungszeit nicht ausreicht, um einen Spline-Verlauf mit der vorgegebenen Rasterdichte zu berechnen (Abzweig „n“ ausgehend vom Schritt 6.II), so wird in dem Schritt 6.V die Gradientenrasterdichte für die Pulsoptimierung um einen Faktor f reduziert, so dass die Optimierungszeit des Eventblocks die dem Eventblock zugeordnete Echtzeit nicht mehr übersteigt. Dann wird mit der geänderten Rasterdichte der Spline-Verlauf berechnet. Dabei ändert sich durch eine beispielsweise um eine Größenordnung verringerte Rasterdichte die Gestalt des Gradienten kaum. Die Amplitude und die Slew-Rate bleiben erhalten.
In einem weiteren Schritt 6.VI kann dann der Gradientenverlauf in dem Zeitintervall I₀, d. h. der fertige optimierte Eventblock EBA₀, noch einmal daraufhin geprüft werden, ob die systemspezifischen Parameter SSP auch wirklich eingehalten sind. Dies entspricht im Grunde dem Schritt IVc in 2.
Ist dies nicht der Fall (Abzweig „n“ von Schritt 6.VI), so wird der optimierte Eventblock EBA_O’ wieder durch den ursprünglichen Eventblock EBA_O ersetzt, wie das in 2 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist und wie dies in Figur sechs durch den Schritt 6.VIII dargestellt ist. Üblicherweise ist aber davon auszugehen, dass die optimierten Eventblöcke EBA_O‘ diese Bedingungen einhalten (Abzweig „y“ von Schritt 6.VI). Dann wird im Schritt 6.VII eine Weitergabe des optimierten Verlaufs an den Scanner erfolgen, d. h. der Eventblock EBA₀ übergeben werden. Dies entspricht bereits dem Verfahrensschritt V in 2.
Der optimierte Eventblock EBA_O‘ (oder im Einzelfall der nicht optimierte Eventblock EBA_O‘) wird dann im Schritt V in 2 (entspricht Schritt 6.VII in 6) an die Pulssendeanordnung 19 übergeben und ausgespielt, wobei die Pulssendeanordnung 19 dafür sorgt, dass auch in der passenden Reihenfolge die nicht optimierbaren Eventblöcke EBA_F ausgespielt werden. Hierzu werden der Pulssendeanordnung 19 die einzelnen optimierten EBA_O’ bzw. optimierbaren EBA_O und die nicht optimierbaren Eventblöcke EBA_F in passender zeitlicher Reihenfolge übergeben. Dabei können beispielsweise die nicht optimierbaren Eventblöcke EBA_F in einem Verzögerungsschritt IVd verzögert werden, so dass sie erst zum passenden Zeitpunkt übergegeben werden.
Der Schritt IVa lässt sich auch so erläutern, dass die Pulssequenz S in ihrem Zeitverlauf zunächst in zwei unterschiedliche Kategorien unterteilt wird, d. h. in die optimierbaren Eventblöcke und die nicht optimierbaren Eventblöcke. Wenn z. B. ein Hochfrequenzpuls oder ein Auslesefenster anliegt, ist das zugehörige Zeitintervall einer Kategorie 0 = „nicht optimierbar“ zugeordnet, die dazwischenliegenden Intervalle der Pulssequenz S, ohne solche Hochfrequenzpulse oder Auslesefenster, werden dagegen der Kategorie 1 = „optimierbar“ zugeordnet. Es entstehen dann Zeitintervalle (die optimierbaren und nicht optimierbaren Eventblöcke) [0, t₁], [t₁, t₂], [t₂, t₃] usw. mit alternierenden Kategorien 0 und 1. Die Zeitintervalle der Kategorie 1 werden dann anschließend in der genannten Weise beispielsweise mittels des Spline-Interpolationsverfahrens abschnittsweise linearen Funktion optimiert. Der berechnete Gradientenverlauf ersetzt dann den ursprünglichen Verlauf aller Pulse in diesem Intervall, so dass das Moment des Gradientenverlaufs und damit der Einfluss auf die Spin-Phase konstant sind.
Aus dem vorbeschriebenen Beispiel wird deutlich, wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf effektive Weise jede Pulssequenz sehr schnell noch unmittelbar vor dem Ausspielen hinsichtlich der Geräuschbelästigung und Belastung der Gradientenspulen auch bei Echtzeitanwendungen optimiert werden kann, ohne dass irgendeine Veränderung des Timings erforderlich ist und folglich auch keinerlei Änderungen der Bildqualität damit einhergehen.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Aufbauten um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren bei beliebigen Pulssequenzen anwenden lässt. 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“ oder „Modul“ nicht aus, dass diese(s) aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202559 [0008, 0034, 0035, 0037, 0048, 0062, 0065, 0075, 0077]
DE 102013213255 [0039]

Claims

Vorrichtung (24) zum Kontrollieren und Anpassen einer Pulsoptimierung, aufweisend eine Prüfeinheit (25) zum Überprüfen, ob die Optimierungszeit, die sich aus einer Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall (I_o) bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und einer zugehörigen Umsetzungszeit ergibt, eine Echtzeit, die sich aus dem Zeitintervall (I_o) und einer Pufferzeit ergibt, übersteigt, und eine Reduktionseinheit (26), welche dazu eingerichtet ist, eine Gradientenrasterdichte für die Pulsoptimierung um einen Faktor f zu reduzieren, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt.
Vorrichtung (24) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (24) dazu eingerichtet ist, dass, wenn das Reduzieren der Gradientenrasterdichte nicht zu einer ausreichenden Reduktion der Optimierungszeit führt, die Pulssequenz nicht an eine Pulsform-Optimierungseinheit (23), sondern direkt an eine Pulssendeanordnung (19) übermittelt werden kann.
Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinheit dazu eingerichtet ist, die Gradientenrasterdichte um einen Faktor f in Abhängigkeit von einer vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte zu reduzieren.
Vorrichtung (24) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, einen Messabbruch durchzuführen, falls die benötigte Zeit zur Pulsoptimierung mit der vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte die Echtzeit der Anwendung übersteigt.
Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinheit dazu eingerichtet ist, die Gradientpulse linear zu interpolieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinheit (26) dazu eingerichtet ist, die Gradientpulse nichtlinear zu interpolieren.
Magnetresonanzanlage (1) mit einem Hochfrequenz-Sendesystem (3), mit einem Gradientensystem (4) und einer Steuereinrichtung (15), welche dazu ausgebildet ist, zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Pulssequenz (S) das Hochfrequenz-Sendesystem (3) und das Gradientensystem (4) anzusteuern, mit einer Pulssequenz-Optimierungseinrichtung (20) und mit einer Vorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zum Kontrollieren und Anpassen einer Pulsoptimierung, aufweisend die folgenden Schritte: – Überprüfen, ob die Optimierungszeit, die sich aus einer Berechnungszeit für die Pulsoptimierung eines Pulssequenzabschnitts für ein veränderbares Zeitintervall (I_o) bei einer vorgegebenen Gradientenrasterdichte und einer zugehörigen Umsetzungszeit ergibt, eine Echtzeit, die sich aus dem Zeitintervall (I_o) und einer Pufferzeit ergibt, übersteigt und – Reduzieren der für die Pulsoptimierung vorgegebenen Gradientenrasterdichte um einen Faktor f in Abhängigkeit von dem Prüfergebnis, falls die Optimierungszeit die Echtzeit übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn das Reduzieren der Gradientenrasterdichte nicht zu einer ausreichenden Reduktion der Optimierungszeit führt, die Pulssequenz nicht an eine Pulsform-Optimierungseinheit (23), sondern direkt an eine Pulssendeanordnung (19) übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Reduzieren der für die Pulsoptimierung vorgegeben Gradientenrasterdichte um einen Faktor f in Abhängigkeit von einer vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Messabbruch durchgeführt wird, falls die benötigte Zeit zur Pulsoptimierung mit der vorbestimmten minimalen Gradientenrasterdichte länger als die Echtzeit der Anwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Gradientenpulse zwischen den Rasterpunkten linear interpoliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Gradientenpulse zwischen den Rasterpunkten nichtlinear interpoliert werden.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher der Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 13 auszuführen.