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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswählen eines Optimierungsverfahrens und eine entsprechende Vorrichtung einer Magnetresonanzanlage.
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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 vorgegebenen Pulssequenz das Hochfrequenz-Sendesystem und das Gradientensystem anzusteuern, und mit einer Pulssequenz-Optimierungseinrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Insbesondere um die Geräuschbelästigung zu reduzieren, wurden bereits verschiedene Optimierungsverfahren vorgeschlagen. Beispielsweise 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, im Folgenden auch Optimierungsintervall genannt, bzw. einen Pulssequenzabschnitt, der hinsichtlich Geräuschentwicklung und/oder Energieverbrauch optimiert werden soll, 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 MR-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.
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Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, dass Gradientenverläufe durch lineare oder trapezförmige Gradientenverläufe ersetzt werden, wobei die Gradienten nicht abgerundet, aber die geringstmöglichen Slew-Rates (= dG/dt) erzielt werden.
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Vorteilhaft bei dem Spline-Optimierungsverfahren ist, dass durch das Abrunden der Gradienten Wirbelströme minimiert werden können, während bei der Optimierung mittels linearer oder trapezförmiger Gradientenverläufe geringere Slew-Rates ermöglicht und eine geringere Rechenzeit beansprucht werden. Auch in dem resultierenden akustischen Spektrum gibt es Unterschiede zwischen den beiden Optimierungsverfahren: Durch das Abrunden der Gradientenkanten bei dem Spline-Optimierungsverfahren wird das akustische Profil in Richtung tiefer Frequenzen verschoben. Dadurch werden die Geräusche dumpfer. Dagegen wird bei der Optimierung mittels linearer oder trapezförmiger Gradientenverläufe die Verteilung des Spektrums kaum geändert, dafür aber die Gesamtamplitude der Peaks reduziert.
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Je nach akustischer Übertragungsfunktion des MR-Scanners und verwendetem Protokoll bzw. verwendeter Sequenz kann es dabei sein, dass mit dem ersten oder dem zweiten Optimierungsverfahren bessere bzw. schlechtere Ergebnisse erzielt werden. Wenn zum Beispiel die Übertragungsfunktion eines MR-Scanners hohe Frequenzen besonders laut wiedergibt, ist ein Abrunden der Gradienten mittels des Spline-Optimierungsverfahrens von Vorteil, während es bei einem MR-Scanner, der tiefe Frequenzen besonders laut wiedergibt, so sein kann, dass das Verschieben der Frequenzen von hoch zu tief, wie es durch das Spline-Optimierungsverfahren ermöglicht wird, weniger vorteilhaft ist als der Einsatz des Optimierungsverfahrens mittels linearer oder trapezförmiger Gradientenverläufe.
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Es ist daher im Allgemeinen unklar, welches Verfahren für welchen MR-Scanner und welche Sequenz das Optimale ist. Somit ist es schwierig, das Optimierungsverfahren zu finden, mit dem die Geräuschbelastung des Patienten minimiert werden kann.
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Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Geräuschbelastung der Patienten zu minimieren. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10 und durch eine Magnetresonanzanlage nach Patentanspruch 11 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Frequenzspektren von einer Mehrzahl durch verschiedene Optimierungsverfahren erzeugten Pulssequenzabschnitten ermittelt. Die Frequenzspektren entsprechen den Pulssequenzen, die zur Ansteuerung der MR-Scanner erzeugt werden. Weiterhin wird ein Gesamtspektrum der jeweiligen durch verschiedene Optimierungsverfahren erzeugten Pulssequenzabschnitte in Abhängigkeit von den jeweiligen ermittelten Frequenzspektren und einer Übertragungsfunktion eines MR-Scanners ermittelt. Genauer gesagt, werden die ermittelten Frequenzspektren jeweils mit einer Übertragungsfunktion eines MR-Scanners multipliziert. Die Übertragungsfunktion gibt die Beziehung zwischen der Schallamplitude bzw. der Lautstärke und der Amplitude des Frequenzspektrums in Abhängigkeit von der Frequenz wieder. Das Gesamtspektrum kann als Schallpegel bzw. Schallamplitude bzw. Lautstärke in Abhängigkeit von der Frequenz aufgefasst werden. Die Übertragungsfunktion ist individuell für jeden MR-Scanner bauartbedingt verschieden und kann einmalig beispielsweise durch eine Messung vorab bestimmt werden. Diese Messung kann zum Beispiel dadurch realisiert sein, dass Gradienten mit einer konstanten Amplitude in einer Pulssequenz erzeugt werden und deren Frequenz variiert wird. Beispielsweise kann für jede Achse des Gradientensystems, d. h. für die jeweiligen Gradientenspulen in x-Richtung, in y-Richtung und in z-Richtung eine eigene Übertragungsfunktion ermittelt werden. Aus den drei Übertragungsfunktionen kann weiterhin eine gemittelte Übertragungsfunktion errechnet werden. Schließlich wird das Optimierungsverfahren mit dem bezüglich eines Kriteriums günstigsten zugeordneten Gesamtspektrum für den jeweiligen Pulssequenzabschnitt ausgewählt. Unter einem Optimierungsintervall ist das in
DE 10 2013 202 559 definierte Optimierungsintervall zu verstehen, also ein Pulssequenzabschnitt, der sich für die Optimierung durch eines der genannten Optimierungsverfahren eignet. Das Gesamtspektrum repräsentiert das akustische Spektrum der Magnetresonanzanlage, welches sowohl von der Übertragungsfunktion des MR-Scanners als auch von der verwendeten Pulssequenz abhängt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Frequenzspektrum-Ermittlungseinheit, die dazu eingerichtet ist, das Frequenzspektrum von einer Mehrzahl durch verschiedene Optimierungsverfahren erzeugten Pulssequenzabschnitten zu ermitteln. Zudem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gesamtspektrum-Ermittlungseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die Gesamtspektren der jeweiligen durch verschiedene Optimierungsverfahren erzeugten Pulssequenzabschnitte in Abhängigkeit von den jeweiligen ermittelten Frequenzspektren und einer Übertragungsfunktion eines MR-Scanners zu ermitteln. Schließlich weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Auswahleinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das Optimierungsverfahrens mit dem bezüglich eines Kriteriums günstigsten zugeordneten Gesamtspektrum für den jeweiligen Pulssequenzabschnitt auszuwählen.
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Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auf.
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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 optimieren, was zum Beispiel mit den oben genannten Vorteilen verbunden ist.
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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.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Pulssequenzabschnitt ein Optimierungsintervall einer Pulssequenz sein. Unter einem Optimierungsintervall ist, wie bereits erwähnt, ein hinsichtlich eines Gradientenverlaufs optimierbares Zeitintervall einer Pulssequenz zu verstehen.
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Alternativ kann der Pulssequenzabschnitt eine Mehrzahl von Optimierungsintervallen einer Pulssequenz umfassen. Die Wahl der Länge des Pulssequenzabschnitts kann beispielsweise von der Rechengeschwindigkeit der einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung abhängen.
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Der Pulssequenzabschnitt kann auch eine gesamte zu erzeugende Pulssequenz umfassen.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Kriterium den Schalldruck und/oder die Lautstärke und/oder die Rauheit und/oder die Schärfe des Gesamtspektrums des Pulssequenzabschnitts umfassen.
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Genauer gesagt, kann das Kriterium die Auswahl des Optimierungsverfahrens mit dem Gesamtspektrum mit dem niedrigsten Schalldruck und/oder der niedrigsten Lautstärke und/oder der niedrigsten Rauheit und/oder der niedrigsten Schärfe umfassen. Während der Schalldruck eine rein physikalische Größe ist, beinhalten Lautstärke, Rauheit und Schärfe auch die menschliche Wahrnehmung des genannten physikalischen Phänomens, d. h. es handelt sich um sogenannte psychoakustische Größen. Bei der Lautstärke wird insbesondere die frequenzabhängige Empfindlichkeit des Gehörs berücksichtigt. Bei der Schärfe wird die Klangfarbenwahrnehmung berücksichtigt. Sie wird durch die Umhüllende des Spektrums akustisch charakterisiert. Dabei ist es unerheblich, ob das Spektrum geräuschhaft kontinuierlich ist oder aus diskreten, also beispielsweise harmonischen Komponenten besteht. Bei einem schmalbandigen Klangspektrum steigt die Schärfe mit der Mittenfrequenz des Frequenzspektrums an; bei einer nur einseitigen Bandbegrenzung steigt die Schärfe mit der unteren Grenzfrequenz und – wesentlich stärker – mit der oberen Grenzfrequenz an. Außer den Grenzfrequenzen hat die Form der Umhüllenden einen Einfluss auf die Klangschärfe. Die Rauigkeit oder Rauheit wird besonders bei frequenz- und amplitudenmodulierten Schallen wahrgenommen.
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Als Optimierungsverfahren können bevorzugt Gradientenoptimierungsverfahren eingesetzt werden.
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In einer speziellen Ausgestaltung können die Optimierungsverfahren ein Spline-Erzeugungsverfahren und ein Verfahren zum Optimieren eines Gradientenpulses durch einen linearen oder trapezförmigen Gradientenpulsverlauf umfassen.
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Während sich das Spline-Verfahren insbesondere bei MR-Scannern mit einer Übertragungsfunktion mit niedrigen Werten für tiefe Frequenzen eignet, kann das Verfahren zum Optimieren eines Gradientenpulses durch einen linearen oder trapezförmigen Gradientenpulsverlauf eher bei MR-Scannern mit einer Übertragungsfunktion mit höheren Werten bei tiefen Frequenzen zum Einsatz kommen. Allerdings hängt die Verwendung der unterschiedlichen Optimierungsverfahren auch von dem Frequenzspektrum der Pulssequenzen ab, so dass eine einfache Abschätzung nicht zuverlässig wäre und das erfindungsgemäße Verfahren in diesem Fall bessere Ergebnisse hinsichtlich der Geräuschoptimierung erwarten lässt.
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Vorteilhaft kann das Verfahren für jeden Pulssequenzabschnitt einer Pulssequenz erneut ausgeführt werden. Somit kann für jeden der Pulssequenzabschnitte das individuell günstigste Optimierungsverfahren ermittelt und ausgewählt werden, wodurch die Geräuschbelastung besonders effektiv reduziert werden kann.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Gradientenoptimierung so geschehen, dass das Gesamtspektrum im Mittel auf der dB(A) oder Sone-Scala einen möglichst geringen Wert erreicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 eine graphische Darstellung einer Übertragungsfunktion eines ersten Magnetresonanzscanners,
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4 eine graphische Darstellung einer Übertragungsfunktion eines zweiten Magnetresonanzscanners.
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In 1 ist grob schematisch eine erfindungsgemäß eingerichtete Magnetresonanzanlage 1 dargestellt. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner (MR-Scanner) 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.
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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.
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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.
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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.
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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 30 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden. Alternativ kann auch eine Hochfrequenzpulssequenz über die Lokalspulenanordnung ausgesendet werden und/oder die Magnetresonanzsignale können von der Ganzkörper-Hochfrequenzspule 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.
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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.
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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 können, z.B. in Form geeigneter Softwarekomponenten, eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20 und eine erfindungsgemäß Vorrichtung 24 zum Auswählen eines Optimierungsverfahrens implementiert sein, die später noch genauer erläutert werden.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 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.
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In einer Pulsform-Optimierungseinheit 23 wird dann die Pulsform von Gradientenpulsen in den veränderbaren Zeitintervallen optimiert. Dabei können jedoch unterschiedliche Optimierungsverfahren zum Einsatz kommen. Je nach Pulsform oder Art des MR-Scanners können hinsichtlich der Geräuschentwicklung unterschiedliche Optimierungsverfahren besser geeignet sein. Zur Entscheidung, welches Optimierungsverfahren das individuell geeignetere ist, umfasst im vorliegenden Fall die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 20 erfindungsgemäß zusätzlich noch eine Vorrichtung 24 zum Auswählen eines Optimierungsverfahrens. Die Vorrichtung 24 umfasst eine Frequenzspektrums-Ermittlungseinheit 25, die dazu eingerichtet ist, das Frequenzspektrum von einer Mehrzahl durch verschiedene Optimierungsverfahren erzeugten Pulssequenzabschnitten zu ermitteln. Beispielsweise kann die Ermittlung der Frequenzspektren durch eine Fouriertransformation realisiert werden. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 24 eine Gesamtspektrums-Ermittlungseinheit 26, die dazu eingerichtet ist, die Gesamtspektren der jeweiligen durch verschiedene Optimierungsverfahren erzeugten Pulssequenzabschnitte in Abhängigkeit von den jeweiligen ermittelten Frequenzspektren und einer Übertragungsfunktion eines MR-Scanners zu ermitteln. Das Gesamtspektrum kann als Schallpegel in Abhängigkeit von der Frequenz aufgefasst werden. Der Schallpegel kann als Mittelung bzw. Gewichtung des Gesamtspektrums bzw. gewichtete Integration des Gesamtspektrums über die Frequenz aufgefasst werden.
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Eine Auswahleinheit 27 ist dazu eingerichtet, das Optimierungsverfahrens mit dem bezüglich eines Kriteriums günstigsten zugeordneten Gesamtspektrum für den jeweiligen Pulssequenzabschnitt auszuwählen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 24 kann alternativ auch Teil der Pulsform-Optimierungseinheit 23 sein.
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In 2 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Mit Hilfe des Verfahrens wird für das zu messende Protokoll bzw. die zu erstellende Sequenz abhängig vom Scannertyp das passende Gradientenoptimierungsverfahren bestimmt. In einem ersten Schritt 2.I werden dabei die Spektren des zu messenden Protokolls für mindestens zwei verschiedene Optimierungsverfahren berechnet. Diese werden dann in einem zweiten Schritt 2.II mit der Übertragungsfunktion des MR-Scanners verrechnet. Dies kann beispielsweise durch eine Multiplikation der Spektren mit der Übertragungsfunktion realisiert sein. Somit wird das zu erwartende Gesamtspektrum der Messung für die mindestens zwei verschiedenen Optimierungsverfahren ermittelt. In einem dritten Schritt 2.III wird das Optimierungsverfahren ausgewählt, vom dem eine größere Geräuschreduzierung zu erwarten ist. Diese Berechnung wird gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens einmalig zu Beginn der Optimierung durchgeführt und dann für das gesamte Protokoll beibehalten.
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Alternativ kann während der Optimierung des Protokolls das oben beschriebene Verfahren für jedes Optimierungsintervall erneut durchgeführt werden, sodass während der Optimierung eines Protokolls verschiedene Gradientenoptimierungen angewandt werden können.
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Mit dem beschriebenen Verfahren ist eine automatische Berechnung eines bevorzugten Gradientenoptimierungsverfahrens realisiert. Das Ergebnis ist dabei abhängig vom zu messenden Protokoll und der akustischen Übertragungsfunktion des verwendeten MR-Scanners.
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Wie bereits erwähnt, können die Schritte einmal, bevorzugt zu Beginn der Optimierung, durchgeführt werden oder alternativ für jedes optimierbare Intervall einzeln durchgeführt werden.
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Es ist auch denkbar, die beiden alternativen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zu kombinieren, d.h. beispielsweise für aus mehreren Optimierungsintervallen bestehende Pulssequenzabschnitte das Verfahren jeweils nur einmal anzuwenden, also blockweise ein Optimierungsverfahren festzulegen. Dabei können in unterschiedlichen Pulssequenzabschnitten unterschiedliche Optimierungsverfahren angewandt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Gradientenoptimierung auf bevorzugte Weise an die jeweilige Übertragungsfunktion des MR-Scannertyps angepasst und eine optimale Verteilung der Frequenzpeaks für das zu messende Protokoll erreicht.
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Je nach Aufbau und verwendeter Hardware des MR-Scanners wird abhängig von der Frequenz eine unterschiedliche Lautstärke verursacht. Definiert wird dieses Verhalten durch die bereits erwähnte Übertragungsfunktion. Die 3 und 4 zeigen unterschiedliche Übertragungsfunktionen von zwei verschiedenen MR-Scannern. Es wird die Lautstärke L in Dezibel in Abhängigkeit von der Frequenz f in Herz angegeben.
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Während der MR-Scanner in 3 vor allem tiefe Frequenzen lauter wiedergibt, gibt der MR-Scanner in 4 hohe Frequenzen > 2000 Hz besonders laut wieder. Jede MR-Messung hat abhängig von ihren spezifischen Einstellungen wie dem Sequenztyp, der Echozeit, der Repetitionszeit TR etc., ein spezielles Klangmuster, das sich durch das akustische Spektrum darstellen lässt. Dabei entstehen bei verschiedenen Frequenzen sogenannte Peaks, wie z.B. bei der Frequenz 1/TR und den Harmonischen der genannten Frequenz. Diese Frequenzverteilung wird entsprechend der Übertragungsfunktion des MR-Scanners wiedergegeben und ist als mehr oder weniger lautes Geräusch zu hören.
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Durch die verschiedenen Optimierungsverfahren wird eine unterschiedliche Frequenzverteilung der Messung erzielt. Wie bereits beschrieben, verschiebt das Spline-Optimierungsverfahren das Frequenzspektrum in Richtung tiefer Frequenzen, während das Verfahren zum Optimieren eines Gradientenpulses durch einen linearen oder trapezförmigen Gradientenpulsverlauf im Allgemeinen alle Peaks gleich stark reduziert. Für den durch das Schaubild in 3 charakterisierten MR-Scanner wäre eine Verschiebung von hohen zu tiefen Frequenzen vorteilhaft, da diese von dem MR-Scanner in 3 besonders leise wiedergegeben werden. Genau andersherum verhält es sich für den durch das Schaubild in 4 charakterisierten MR-Scanner. Dort werden tiefe Frequenzen lauter wiedergegeben. Somit wäre das Verfahren zum Optimieren eines Gradientenpulses durch einen linearen oder trapezförmigen Gradientenverlauf in diesem Fall vorteilhaft. Abhängig vom zu messenden Protokoll kann dieses Ergebnis jedoch variieren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit für jeden Mess- und MR-Scannertyp ein vorteilhaftes Optimierungsverfahren ermittelt.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013202559 [0007, 0014]
- DE 102013225415 [0009]
