DE102014224446A1

DE102014224446A1 - Verfahren zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts

Info

Publication number: DE102014224446A1
Application number: DE102014224446.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew Dewdney
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-29
Also published as: CN105652226B; KR20160065023A; KR101786556B1; US10197650B2; DE102014224446B4; US20160154076A1; CN105652226A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts, eine Berechnungseinheit, ein Computerprogrammprodukt, ein Magnetresonanzgerät und ein System. Um eine verbesserte Berechnung von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts, wobei die Basisshimeinstellungen eine räumliche Verteilung von mehreren Shimelementen umfassen, die folgenden Verfahrensschritte umfasst: – Aufstellen einer Optimierungsfunktion, welche mehrere Optimierungsparameter umfasst, wobei ein erster Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Homogenitätswert einer mittels der Basisshimeinstellungen eingestellten B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät umfasst und ein zweiter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft umfasst, – Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente derart, dass die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Optimierungsparameters und des zweiten Optimierungsparameters minimiert wird und – Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung der berechneten räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts, eine Berechnungseinheit, ein Computerprogrammprodukt, ein Magnetresonanzgerät und ein System.
In einem Magnetresonanzgerät, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper einer Untersuchungsperson, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenz-Pulse, insbesondere Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
Für eine bestimmte Messung ist daher eine bestimmte Magnetresonanz-Sequenz, auch Pulssequenz genannt, auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenz-Pulsen, insbesondere Anregungspulsen und Refokussierungspulsen, sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen in verschiedenen Gradientenachsen entlang verschiedener Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu werden Auslesefenster gesetzt, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten Magnetresonanz-Signale erfasst werden.
Bei der Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts ist die Homogenität eines Hauptmagnetfelds in einem Untersuchungsvolumen von großer Bedeutung. Bereits bei kleinen Abweichungen der Homogenität kann es zu großen Abweichungen in einer Frequenzverteilung der Kernspins kommen, so dass qualitativ minderwertige Magnetresonanz-Bilddaten aufgenommen werden.
Um die Homogenität im Untersuchungsvolumen zu verbessern, weist ein Magnetresonanzgerät typischerweise eine Shimeinheit auf. Diese Shimeinheit weist dann insbesondere mehrere Shimelemente auf. Wird ein Magnetresonanzgerät an seinen Bestimmungsort installiert, so können in der Umgebung vorhandene Felder die Homogenität des Hauptmagnetfelds, insbesondere um ein Isozentrum des Magnetresonanzgeräts herum, einschränken. Daher wird bei Installation und Inbetriebnahme eines Magnetresonanzgeräts, häufig im Zusammenhang mit Messungen, die Shimeinheit so eingestellt, dass eine möglichst optimale Homogenität hergestellt ist. Somit können für die Installation und Inbetriebnahme des Magnetresonanzgeräts Basisshimeinstellungen bestimmt werden. Die Basisshimeinstellungen umfassen dann insbesondere Einstellungen der Shimeinheit. Typischerweise werden die Basisshimeinstellungen dabei bei der Installation und Inbetriebnahme des Magnetresonanzgeräts festgelegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine auf ein gesamtes Magnetresonanzgerät optimierte Bestimmung von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts anzugeben. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts, wobei die Basisshimeinstellungen eine räumliche Verteilung von mehreren Shimelementen umfassen, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

– Aufstellen einer Optimierungsfunktion, welche mehrere Optimierungsparameter umfasst, wobei ein erster Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Homogenitätswert einer mittels der Basisshimeinstellungen eingestellten B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät umfasst und ein zweiter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft umfasst,
– Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente derart, dass die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Optimierungsparameters und des zweiten Optimierungsparameters minimiert wird und
– Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung der berechneten räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente.

Dass die Basisshimeinstellungen eine räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente umfassen, bedeutet insbesondere, dass die Basisshimeinstellungen festlegen, an welchen Orten im Magnetresonanzgerät, insbesondere in einer räumlichen Umgebung einer Gradientenspuleneinheit des Magnetresonanzgeräts, die mehreren Shimelemente positioniert werden. Die Basisshimeinstellungen können demnach Ortsinformationen für die mehreren Shimelemente umfassen. Die Ortsinformationen können in Form von räumlichen Koordinaten hinterlegt sein. Die räumlichen Koordinaten werden dann typischerweise in Bezug auf einen fixen Referenzpunkt des Magnetresonanzgeräts angegeben. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, dass das Magnetresonanzgerät mehrere mögliche räumlich verteilte Positionierungsstellen aufweist, in welchem die mehreren Shimelemente positioniert werden können. Die mehreren möglichen Positionierungsstellen können beispielsweise taschenförmig ausgebildet sein, so dass die mehreren Shimelemente besonders einfach in den taschenförmig ausgebildeten Positionierungsstellen angeordnet werden können. Diese taschenförmig ausgebildeten Positionierungsstellen werden insbesondere auch Shimtaschen genannt. Im Magnetresonanzgerät können mehrere Shimtaschen entlang einer Längsrichtung des Magnetresonanzgeräts in einem Shimfach, auch Shimtray genannt, gruppiert angeordnet sein. Die Ortsinformationen können dann angeben, in welche der mehreren möglichen Shimtaschen die mehreren Shimelemente positioniert werden. Die Ortsinformationen können auch angeben, wie viele der mehreren Shimelemente in einer Shimtasche der mehreren Shimtaschen positioniert werden. So können die Basisshimeinstellungen besonders vorteilhaft eine Verteilung der mehreren Shimelemente auf die mehreren Shimtaschen umfassen.
Die mehreren Shimelemente sind typischerweise aus einem magnetisierbaren Material, beispielsweise Eisen, ausgebildet. Die mehreren Shimelemente können eine plattenförmige Struktur aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die mehreren Shimelemente können auch unterschiedlich voneinander ausgebildet sind, beispielsweise unterschiedliche Größe, Masse, usw. aufweisen. Eine Shimeinheit des Magnetresonanzgeräts kann die mehreren Shimelemente umfassen. Die mehreren Shimelemente sind insbesondere innerhalb eines Gehäuses des Magnetresonanzgeräts angeordnet. Es ist vorteilhaft, dass die mehreren Shimelemente an einem Hauptfeldmagneten und/oder einer Gradientenspuleneinheit des Magnetresonanzgeräts angeordnet sind. Derart können die mehreren Shimtaschen, in welchem die mehreren Shimelemente positioniert werden können, an dem Hauptfeldmagneten und/oder der Gradientenspuleneinheit angeordnet sein.
Der erste Optimierungsparameter zielt insbesondere auf eine besonders hohe Homogenität der B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät, insbesondere in einem Zentralbereich und/oder einem Isozentrum des Magnetresonanzgeräts, ab. Die B0-Verteilung gibt dabei insbesondere eine Feldverteilung des Hauptmagnetfelds des Magnetresonanzgeräts an. So kann der Homogenitätswert des ersten Optimierungsparameters dann einen minimalen Wert haben, wenn eine besonders hohe Homogenität der B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät vorliegt. Dabei wird im ersten Optimierungsparameter insbesondere die mittels einer räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente eingestellte B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät berücksichtigt. Derart kann eine Berücksichtigung des ersten Optimierungsparameters bei der Minimierung der Optimierungsfunktion dazu führen, dass die mehreren Shimelemente derart besonders vorteilhaft im Magnetresonanzgerät angeordnet sind, dass das Hauptmagnetfeld besonders homogen ausgebildet ist.
Der zweite Optimierungsparameter zielt insbesondere auf eine besonders geringe auf die mehreren Shimelemente einwirkende Kraft ab. Im Magnetresonanzgerät vorliegende Magnetfelder üben typischerweise eine magnetische Kraft auf die magnetisierbaren Shimelemente aus. Insbesondere das hohe Hauptmagnetfeld des Magnetresonanzgeräts kann eine sehr hohe Kraft auf die mehreren Shimelemente ausüben. Der zweite Optimierungsparameter kann vorteilhafterweise zu einer besonders ausgewogenen räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente führen, so dass die auf die mehreren Shimelemente einwirkende axiale Gesamtkraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente minimiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Optimierungsparameter eine besonders kleine Anzahl an Shimelementen fordern. Vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Optimierungsparameters sind dabei in folgenden Abschnitten beschrieben.
Dass die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung der mehreren Optimierungsparameter, beispielsweise des ersten Optimierungsparameters und/oder zweiten Optimierungsparameters, minimiert wird, bedeutet insbesondere, dass die mehreren Optimierungsparameter jeweils einen Wert zur Optimierungsfunktion beitragen. Die mehreren Optimierungsparameter können dabei gewichtet in die Optimierungsfunktion eingehen. So kann die Optimierungsfunktion insbesondere dann einen minimalen Wert haben, wenn eine, insbesondere gewichtete, Summe der Werte der mehreren Optimierungsparameter minimal ist. Derart können die mehreren Optimierungsparameter besonders vorteilhaft gleichzeitig bei der Minimierung der Optimierungsfunktion berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine gegenseitige Wechselwirkung der mehreren Optimierungsparameter bei der Minimierung der Optimierungsfunktion besonders vorteilhaft berücksichtigt werden. Es kann so eine Situation vermieden werden, in welcher zwar ein Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen sehr kleinen Wert aufweist, dafür ein weiterer Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen großen Wert haben muss.
Das Bestimmen der Basiseinstellungen des Magnetresonanzgeräts erfolgt insbesondere derart, dass die berechnete räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente in den Basiseinstellungen hinterlegt wird. Das Bestimmen der Basiseinstellungen erfolgt insbesondere spezifisch für verschiedene Typen von Magnetresonanzgeräten. Vorteilhafterweise erfolgt das Bestimmen der Basiseinstellungen spezifisch für ein einzelnes Magnetresonanzgerät, welches in einer bestimmten Räumlichkeit installiert werden soll. Dann können die Basiseinstellungen nämlich besonders vorteilhaft auf die in der der bestimmten Räumlichkeit vorliegenden Umgebungsbedingungen abgestimmt werden. Das Bestimmen der Basiseinstellungen des Magnetresonanzgeräts erfolgt insbesondere einmalig für ein einzelnes Magnetresonanzgerät. Das Bestimmen der Basiseinstellungen erfolgt vorteilhafterweise vor der Installation des Magnetresonanzgeräts in der bestimmten Räumlichkeit. Das Magnetresonanzgerät kann dann insbesondere unter Verwendung der Basisshimeinstellungen installiert und/oder aufgebaut werden. Derart kann ein Magnetresonanzgerät eine Shimeinheit mit mehreren Shimelementen umfassen, wobei eine räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente im Magnetresonanzgerät anhand der bestimmten Basisshimeinstellungen festgelegt ist. Die Basisshimeinstellungen sind dabei insbesondere als passive Shimeinstellungen ausgebildet. Das kann bedeuten, dass die Basisshimeinstellungen nicht variabel auf verschiedene im Magnetresonanzgerät positionierte Untersuchungsobjekte angepasst werden können. In einer Nachjustierung kann es allerdings möglich sein, dass eine Anordnung der mehreren Shimelemente nachträglich nach einer Installation des Magnetresonanzgeräts verändert wird.
Die vorgeschlagene Bestimmung der Basisshimeinstellungen kann eine Berechnung einer besonders vorteilhaften räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente im Magnetresonanzgerät umfassen. Die räumliche Verteilung wird bei der Optimierung der Optimierungsfunktion dabei besonders vorteilhaft unter Berücksichtigung von mehreren Optimierungsparametern bestimmt. Dabei hat sich als sinnvoll erwiesen, zumindest den ersten Optimierungsparameter, welcher die B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät berücksichtigt, und den zweiten Optimierungsparameter, welcher die auf die mehreren Shimelemente einwirkende Kraft berücksichtigt, bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zu berücksichtigen. Es ist allerdings auch denkbar und besonders vorteilhaft, weitere Optimierungsparameter bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zu berücksichtigen. Mögliche weitere Optimierungsparameter sind in folgenden Abschnitten beschrieben. Die Optimierungsfunktion kann dabei eine beliebige Kombination aus den beschriebenen Optimierungsparametern umfassen.
Das vorgeschlagene Vorgehen bietet den Vorteil, dass eine auf das gesamte Magnetresonanzgerät optimierte räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente unter der gleichzeitigen Berücksichtigung von mehreren Optimierungsparametern berechnet werden kann. Die ermittelte räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente kann somit ein Systemoptimum darstellen. Einzelne Optimierungsparameter werden bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der Shimelemente nicht isoliert voneinander betrachtet, sondern gehen kombiniert in die Optimierungsfunktion ein.
So kann beispielsweise die räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente derart berechnet werden, dass eine homogene B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät vorliegt und gleichzeitig eine möglichst geringe Kraft auf die mehreren Shimelemente wirkt. Durch die homogene B0-Verteilung kann eine Bildqualität von mittels des Magnetresonanzgeräts aufgenommenen Magnetresonanz-Bilddaten verbessert werden. Gleichzeitig kann die Reduzierung der auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft eine Sicherheit des Magnetresonanzgeräts verbessern und/oder eine Schädigung des Magnetresonanzgeräts aufgrund zu hoher mechanischer Kräfte vermeiden. Die Reduzierung der auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft kann ebenfalls sicher stellen, dass die mehreren Shimelemente stabil in ihrer Position verankert bleiben und nicht räumlich verschoben werden. Somit kann verhindert werden, dass die mehreren Shimelemente mechanisch mit anderen Strukturen im Magnetresonanzgerät wechselwirken, wodurch eine Beschädigung der anderen Strukturen verhindert werden kann. Beispielsweise kann so eine Beschädigung der Gradientenspule, insbesondere von Kabelverbindungen der Gradientenspule, durch eine Verschiebung der mehreren Shimelemente verhindert werden. Ein Magnetresonanzgerät, deren Basisshimeinstellungen mittels des vorgeschlagenen Verfahrens bestimmt worden sind, kann somit Magnetresonanz-Bilddaten mit hoher Bildqualität aufnehmen und ist gleichzeitig besonders stabil und/oder sicher, insbesondere bezüglich Beschädigungen, ausgebildet.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Optimierungsparameter einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden axialen Kraft umfasst, wobei die axiale Kraft in Richtung eines Hauptmagnetfelds des Magnetresonanzgeräts wirkt. Die axiale Kraft stellt dabei insbesondere die vom Hauptmagnetfeld auf die mehreren Shimelemente einwirkende magnetische Kraft dar. Die axiale Kraft ist insbesondere im Wesentlichen parallel zu einer Längachse und/oder entlang der Längsachse des Magnetresonanzgeräts ausgerichtet. Die Längsachse des Magnetresonanzgeräts ist dabei insbesondere durch einen Verlauf einer tunnelförmigen Öffnung des Magnetresonanzgeräts, in welcher ein Untersuchungsobjekt positioniert werden kann, vorgegeben. Es ist besonders vorteilhaft, eine auf die mehreren Shimelemente einwirkende axiale Kraft zu berücksichtigen, da diese Kraft typischerweise die größte auf die mehreren Shimelemente einwirkende magnetische Kraft darstellt. Gleichzeitig kann die axiale Kraft besonders einfach bei der Minimierung der Optimierungsfunktion berücksichtigt werden, da sie lediglich entlang einer einzelnen Raumrichtung wirkt. Es ist auch denkbar, dass, insbesondere zusätzlich zu der axialen Kraft, eine Kraft ein Optimierungsparameter eine radiale Kraft, welche in einer radialen Raumrichtung auf die mehreren Shimelemente einwirkt, berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn diese radiale Kraft relevant ist.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Optimierungsparameter eine Minimierung eines Werts einer axialen Gesamtkraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, welche auf alle Shimelemente des Magnetresonanzgeräts einwirkt. Der Wert der axialen Gesamtkraft kann dabei insbesondere durch eine Addition der Werte aller axialen Einzelkräfte, welche auf alle einzelnen Shimelemente wirken, ermittelt werden. Dabei können sich insbesondere entgegengesetzt gerichtete axiale Kräfte gegenseitig aufheben. Dies ist insbesondere für an entgegengesetzten Enden der tunnelförmigen Öffnung des Magnetresonanzgeräts positionierten Shimelementen der Fall. Daher ist es besonders vorteilhaft die axiale Gesamtkraft zu minimieren, da diese die effektiv auf die alle Shimelemente wirkende Kraft darstellt. Gleichzeitig kann die axiale Gesamtkraft als einzelner Wert besonders einfach in der Optimierungsfunktion berücksichtigt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein dritter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung einer Gesamtmasse aller Shimelemente des Magnetresonanzgeräts bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des dritten Optimierungsparameters minimiert wird. Der dritte Optimierungsparameter wird dann insbesondere bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zusätzlich zum ersten Optimierungsparameter und zweiten Optimierungsparameter berücksichtigt. Der dritte Optimierungsparameter kann bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente auch in Kombination mit im Folgenden erwähnten vierten, fünften oder sechsten Optimierungsparameter berücksichtigt werden. Der Minimierung der Gesamtmasse aller Shimelemente des Magnetresonanzgeräts liegt die Überlegung zugrunde, dass eine auf alle Shimelemente des Magnetresonanzgeräts einwirkende Gesamtkraft typischerweise mit der Gesamtmasse der Shimelemente skaliert, sofern man von sich gegenseitig aufhebenden Kräften absieht. Durch die Minimierung der Gesamtmasse der Shimelemente kann somit indirekt eine gesamte auf alle Shimelemente einwirkende Kraft minimiert werden. Gleichzeitig kann die Minimierung der Gesamtmasse der Shimelemente zu einer Einsparung von Material und einer Verkürzung einer Installationszeit des Magnetresonanzgeräts führen. Weiterhin kann die Reduzierung der Gesamtmasse der Shimelemente zu einer Reduzierung von unerwünschten Drifteffekten der Shimelementen führen. Auch kann eine Auswirkung von mechanischen Toleranzen so verringert werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Basisshimeinstellungen einen Wert zumindest eines konstanten Shimstroms, welcher durch Gradientenspulen des Magnetresonanzgeräts fließt, umfassen, wobei ein vierter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung des Werts des zumindest einen Shimstroms bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des vierten Optimierungsparameters minimiert wird und das Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung des zumindest einen Shimstroms erfolgt. Der vierte Optimierungsparameter wird dann insbesondere bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zusätzlich zum ersten Optimierungsparameter und zweiten Optimierungsparameter berücksichtigt. Der vierte Optimierungsparameter kann bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente auch in Kombination mit dem dritten, fünften oder sechsten Optimierungsparameter berücksichtigt werden. Der Wert des zumindest einen konstanten Shimstroms wird dann insbesondere zusammen mit der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente in den Basisshimeinstellungen hinterlegt. Der zumindest eine Shimstrom wird insbesondere dann mit dem festgelegten Wert in den Gradientenspulen geschaltet, wenn Magnetresonanz-Bilddaten eines Untersuchungsobjekts mittels des Magnetresonanzgeräts aufgenommen werden. Der konstante Shimstrom, welcher durch die Gradientenspulen fließt, kann dann, insbesondere überlagert mit Shimspulen-Shimströmen, welche durch Shimspulen fließen, zu einer Erhöhung der Homogenität des Hauptmagnetfelds beitragen. Auch kann der konstante Shimstrom eine Reduzierung einer Anzahl von Shimelementen und/oder einer Gesamtmasse der Shimelemente ermöglichen. Die Gradientenströme, welche während der Gradientenschaltungen und/oder Gradientenpulsen einer Magnetresonanz-Sequenz durch die Gradientenspulen fließen, werden dann insbesondere überlagert zu dem zumindest einen konstanten Shimstrom geschaltet. Dies führt dazu, dass bei Magnetresonanz-Sequenzen mit einer hohen Beanspruchung der Gradientenspulen eine Belastungsgrenze der Gradientenspulen erreicht werden kann, sollte zusätzlich noch ein hoher konstanter Shimstrom durch die Gradientenspulen fließen. Dies berücksichtigt der vierte Optimierungsparameter, welcher sicher stellen soll, dass nur ein möglichst kleiner konstanter Shimstrom durch die Gradientenspulen fließen soll. Demzufolge weisen die Gradientenspulen eine höhere Kapazität für die Gradientenströme von Gradientenschaltungen und/oder Gradientenpulsen einer Magnetresonanz-Sequenz auf. Derart können mittels der Optimierung unter Berücksichtigung des vierten Optimierungsparameters Magnetresonanz-Sequenzen mit besonders hohen Leistungsanforderungen an die Gradientenspulen ausgeführt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein fünfter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung eines Gesamteffekts von Temperatureinflüssen auf die mehreren Shimelemente bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des fünften Optimierungsparameters minimiert wird. Der fünfte Optimierungsparameter wird dann insbesondere bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zusätzlich zum ersten Optimierungsparameter und zweiten Optimierungsparameter berücksichtigt. Der fünfte Optimierungsparameter kann bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente auch in Kombination mit dem dritten, vierten oder sechsten Optimierungsparameter berücksichtigt werden. Während des laufenden Betriebs des Magnetresonanzgeräts kann es zu einer Erhöhung der Temperatur der mehreren Shimelemente kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Magnetresonanz-Sequenzen mit besonders hohen Leistungsanforderungen an das Magnetresonanzgeräts, wie beispielsweise funktionelle Bildgebungssequenzen, vom Magnetresonanzgerät ausgeführt werden. Die Erwärmung der mehreren Shimelemente kann zu einer Veränderung der magnetischen Eigenschaften der mehreren Shimelemente führen. Der Temperatureinfluss auf die mehreren Shimelemente kann somit eine Änderung der Magnetisierung der mehreren Shimelemente bewirken. Eine mögliche Folge davon kann eine Veränderung einer Stärke des Hauptmagnetfelds sein, welche zu einer Veränderung einer Resonanzfrequenz von Kernspins, einem sogenannten Frequenz-Drift, führen kann. Daher ist es sinnvoll im fünften Optimierungsparameter einen Gesamteffekt der Temperatureinflüsse auf die mehreren Shimelemente bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zu berücksichtigen. Die Berücksichtigung des fünften Optimierungsparameters kann somit zu einer stabilen, insbesondere temperaturunabhängigen, Stärke des Hauptmagnetfelds des Magnetresonanzgeräts führen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Magnetresonanzgerät mehrere Shimtaschen aufweist, in welchen die mehreren Shimelemente angeordnet sind, wobei ein sechster Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung eines Werts einer auf die Shimelemente einer Shimtasche der mehreren Shimtaschen einwirkenden maximalen Kraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des sechsten Optimierungsparameters minimiert wird. Der sechste Optimierungsparameter wird dann insbesondere bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente zusätzlich zum ersten Optimierungsparameter und zweiten Optimierungsparameter berücksichtigt. Der sechste Optimierungsparameter kann bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente auch in Kombination mit dem dritten, vierten oder fünften Optimierungsparameter berücksichtigt werden. Der sechste Optimierungsparameter kann dabei ein Berechnen der Werte der mehreren Shimtaschen-Kräfte umfassen, welche auf jede einzelne Shimtasche der mehreren Shimtaschen einwirken. Ein Wert einer Shimtaschen-Kraft einer bestimmten Shimtasche wird somit insbesondere durch eine Addition der Werte aller auf die Shimelemente der bestimmten Shimtasche einwirkenden Kräfte berechnet. Der Wert der maximalen Kraft ist dann insbesondere der Wert der derjenigen Shimtaschen-Kraft der mehreren Shimtaschen-Kräfte, welche den größten Wert aufweist. Diese maximale Kraft soll dann gemäß des sechsten Optimierungsparameters möglichst gering gehalten werden. Eine Optimierung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente gemäß des sechsten Optimierungsparameters kann somit zu einer weitgehenden Gleichverteilung der mehreren Shimelemente auf die mehreren Shimtaschen führen. Besonders vorteilhaft kann eine Berücksichtigung des sechsten Optimierungsparameters bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente verhindern, dass in einer einzelnen Shimtasche eine zu große Masse von Shimelementen positioniert wird. Somit kann verhindert werden, dass auf einzelne Shimtaschen eine unverhältnismäßig hohe Kraft wirkt. Derart kann eine mechanische Belastung und/oder Verschiebung von einzelnen Shimtaschen verhindert werden und somit eine Stabilität und/oder Sicherheit des Magnetresonanzgeräts weiter verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Shimeinstellungsbestimmungseinheit zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts umfasst eine Optimierungseinheit, eine Berechnungseinheit und eine Bestimmungseinheit, wobei die Shimeinstellungsbestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit ist somit zum Ausführen eines Verfahrens zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts ausgelegt, wobei die Basisshimeinstellungen eine räumliche Verteilung von mehreren Shimelementen umfassen. Die Optimierungseinheit ist zum Aufstellen einer Optimierungsfunktion ausgelegt, welche mehrere Optimierungsparameter umfasst, wobei ein erster Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Homogenitätswert einer mittels der Basisshimeinstellungen eingestellten B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät umfasst und ein zweiter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft umfasst. Die Berechnungseinheit und die Optimierungseinheit sind zum Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente derart ausgelegt, dass die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Optimierungsparameters und des zweiten Optimierungsparameters minimiert wird. Die Bestimmungseinheit ist zum Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung der berechneten räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente ausgelegt.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit einer Shimeinstellungsbestimmungseinheit ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit ausgeführt wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Recheneinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Recheneinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Recheneinheit geladen werden kann, der mit der Shimeinstellungsbestimmungseinheit direkt verbunden oder als Teil der Shimeinstellungsbestimmungseinheit ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung und/oder Recheneinheit der Shimeinstellungsbestimmungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten elektronisch lesbaren Datenträger ausgehen.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät, umfassend eine Shimeinheit mit mehreren Shimelementen, wobei eine räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente im Magnetresonanzgerät anhand von Basisshimeinstellungen festgelegt ist, welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt worden sind. Ein Magnetresonanzgerät, deren Basisshimeinstellungen mittels des vorgeschlagenen Verfahrens bestimmt worden sind, kann somit Magnetresonanz-Bilddaten mit hoher Bildqualität aufnehmen und ist gleichzeitig besonders stabil und/oder sicher, insbesondere bezüglich Beschädigungen, ausgebildet.
Das erfindungsgemäße System umfasst ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät und eine erfindungsgemäße Shimeinstellungsbestimmungseinheit. Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit kann somit eine räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente im Magnetresonanzgerät festlegen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Shimeinstellungsbestimmungseinheit, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes System, umfassend ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät und eine erfindungsgemäße Shimeinstellungsbestimmungseinheit in einer schematischen Darstellung,
2 eine Ausführungsform einer Shimeinheit eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts in einer schematischen Darstellung und
3 eine Ausführungsform eines Shimfachs (Shimtrays) einer Shimeinheit eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts in einer schematischen Darstellung.
4 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
1 stellt ein erfindungsgemäßes System schematisch dar. Das erfindungsgemäße System umfasst ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System eine erfindungsgemäße Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildeten Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Untersuchungsobjekts 15, im vorliegenden Fall eines Patienten 15, auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Liegentisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist. Die Magneteinheit 13 ist mittels einer Gehäuseverkleidung 31 des Magnetresonanzgeräts nach außen abgeschirmt.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 10 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanz-Sequenzen in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere aus dem Patienten 15, ausgebildet.
Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Recheneinheit 24 auf. Die Recheneinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanz-Bilder können auf einer Bereitstellungseinheit 25, im vorliegenden Fall einer Anzeigeeinheit 25, des Magnetresonanzgeräts 11 für einen Benutzer bereitgestellt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Recheneinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen.
Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst weiterhin eine Shimeinheit 100. Die Shimeinheit 100 umfasst dabei mehrere Shimelemente. Für eine Darstellung von einer möglichen Ausführungsform der Shimeinheit 100 sei auf 2 und 3 verwiesen.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts 11 umfasst eine Optimierungseinheit 91, eine Berechnungseinheit 92 und eine Bestimmungseinheit 93. Derart ist die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 ist im gezeigten Fall separat von dem Magnetresonanzgerät 11 installiert. Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 ist im gezeigten Fall mit dem Magnetresonanzgerät 11, insbesondere hinsichtlich eines Datenaustauschs, verbunden. Im gezeigten Fall ist die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 mit der Shimeinheit 100 des Magnetresonanzgeräts 11 verbunden. Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 kann auch mit der Recheneinheit 24 des Magnetresonanzgeräts 11 verbunden sein. Es ist auch denkbar, dass die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 mit mehreren Magnetresonanzgeräten 11 verbunden ist. Die Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 kann anders als in 1 dargestellt in das Magnetresonanzgerät 11, insbesondere in eine Recheneinheit 24 des Magnetresonanzgeräts 11, integriert sein.
Mittels der Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 können Basisshimeinstellungen bestimmt werden, welche an das Magnetresonanzgerät 11 übergeben werden können. Anhand der Basisshimeinstellungen kann die Shimeinheit 100 des Magnetresonanzgeräts 11 eingestellt und/oder konfiguriert werden. Insbesondere ist eine räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente der Shimeinheit 100 im Magnetresonanzgerät 11 anhand der Basisshimeinstellungen festgelegt.
2 zeigt eine Ausführungsform einer Shimeinheit 100 eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts 11 in einer schematischen Darstellung.
Insbesondere stellt 2 eine exemplarische räumliche Verteilung von mehreren Shimelementen 104 in der Shimeinheit 100 dar. Die räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente 104 kann mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 4 bestimmt worden sein. Selbstverständlich ist die in 2 dargestellte räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente 104 nur exemplarisch zu sehen und lediglich ein mögliches Ergebnis des Optimierungsalgorithmus, welches hier zur Veranschaulichung gezeigt wird. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Shimeinheit 100 des Magnetresonanzgeräts 11 anders als gezeigt ausgebildet ist.
Die in 2 gezeigte Shimeinheit 100 des Magnetresonanzgeräts 11 ist an der Gradientenspuleneinheit 19 angeordnet. Die Shimeinheit 100 ist in Form eines Zylindermantels um einen Patientenaufnahmebereich 14 des Magnetresonanzgeräts angeordnet. Die Symmetrieachse des Zylindermantels bildet hierbei die Längsachse 103 der Shimeinheit 100. Die Längsachse 103 ist gleichzeitig parallel zu einem Hauptmagnetfeld 18 des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet. In Richtung der Längsachse 103 wirkt dann insbesondere die axiale Kraft auf die mehreren Shimelemente 104.
Die Shimeinheit 100 umfasst mehrere Shimfächer (Shimtrays) 101. Die Shimfächer 101 erstrecken sich parallel zur Längsachse 103. In 2 sind drei Shimfächer 101 der Shimeinheit 100 dargestellt. Eine typische Shimeinheit 100 wird jedoch mehr Shimfächer 101, insbesondere mehr als zehn Shimfächer 101, umfassen. Die Shimfächer 101 sind im gezeigten Fall als Längslöcher auf dem Zylindermantel der Gradientenspule 19 ausgebildet. Jedes Shimfach 101 umfasst mehrere Shimtaschen 102, in welchen die Shimelemente 104 angeordnet sind. Die Shimtaschen 102 sind dabei zum Aufnehmen einer variablen Anzahl von Shimelementen 104 ausgebildet.
Eine mögliche Ausführungsform eines solchen Shimfachs 101 einer Shimeinheit 100 ist in 3 schematisch dargestellt.
Das in 3 dargestellte Shimfach 101 umfasst exemplarisch neun Shimtaschen 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h, 102i, welche parallel zu einer Längsrichtung 103 des Shimfachs 101 angeordnet sind. Im gezeigten Fall umfasst eine erste Shimtasche 102a drei Shimelemente 104, eine zweite Shimtasche 102b ein Shimelement 104, eine dritte Shimtasche 102c zwei Shimelemente, eine vierte Shimtasche 102d kein Shimelement, usw. Die Shimelemente 104 können gestapelt in die Shimtaschen 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h, 102i durch eine Öffnung eingeführt werden. Die gezeigte exemplarische Verteilung der mehreren Shimelemente 104 auf die Shimtaschen 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h, 102i ist hierbei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Minimierung der Optimierungsfunktion berechnet worden. In den so bestimmten Basisshimeinstellungen, welche die räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente 104 umfassen, kann eine Information hinterlegt sein, wie viele Shimelemente 104 in welchen Shimtaschen 102a, 102b, 102c, 102d, 102e, 102f, 102g, 102h, 102i bei der Installation des Magnetresonanzgeräts angeordnet werden sollen. So können beispielsweise die in 3 vorliegenden Basisshimeinstellungen vorgeben, dass in der sechsten Shimtasche 102f des dargestellten Shimfachs 101 ein Shimelement 104 anzuordnen ist.
Insgesamt kann die in den Basisshimeinstellungen hinterlegte räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente 104 beispielsweise zu einer in 2 dargestellten Anordnung der mehreren Shimelemente 104 führen. Die mehreren Shimelemente 104 sind dann vorteilhafterweise derart angeordnet, dass auf die mehreren Shimelemente 104 eine besonders geringe Kraft wirkt und dass gleichzeitig die mehreren Shimelemente 104 zu einer besonders hohen Homogenität des Hauptmagnetfelds 18 des Magnetresonanzgeräts 11 führen. Gleichzeitig kann die Anordnung der mehreren Shimelemente 104 weitere Optimierungsbedingungen berücksichtigen.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts. Die Basisshimeinstellungen umfassen dabei eine räumliche Verteilung von mehreren Shimelementen.
In einem ersten Verfahrensschritt 40 stellt die Optimierungseinheit 91 eine Optimierungsfunktion auf. Die Optimierungsfunktion umfasst mehrere Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6.
Ein erster Optimierungsparameter O1 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 umfasst einen Homogenitätswert einer mittels der Basisshimeinstellungen eingestellten B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät. Die Optimierungsfunktion kann somit einen, insbesondere gewichteten, ersten Term umfassen, welcher den ersten Optimierungsparameter O1 bildet. Der erste Term kann insbesondere dann minimal sein, wenn eine besonders homogene B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät, insbesondere in einem Zentralbereich und/oder Isozentrum des Magnetresonanzgeräts, vorliegt. Der Homogenitätswert kann dabei in der Einheit ppm (parts per million) vorliegen. Weiterhin kann ein Mindest-Homogenitätswert vorgegeben werden, welche in der Optimierungsfunktion im ersten Optimierungsparameter O1 berücksichtigt werden kann. Der Mindest-Homogenitätswert darf dann bei einer Optimierung der Optimierungsfunktion nicht überschritten werden.
Ein zweiter Optimierungsparameter O2 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 umfasst einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft. Die Optimierungsfunktion kann somit einen, insbesondere gewichteten, zweiten Term umfassen, welcher den ersten Optimierungsparameter O2 bildet. Der zweite Term hat insbesondere dann einen minimalen Wert, wenn eine minimale Kraft auf die mehreren Shimelemente einwirkt. Es ist vorteilhaft, dass der zweite Optimierungsparameter O2 eine Minimierung eines Werts einer gesamten auf alle Shimelemente des Magnetresonanzgeräts einwirkenden Kraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst. Der zweite Optimierungsparameter O2 kann insbesondere einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden axiale Kraft umfassen. Die axiale Kraft wirkt insbesondere in Richtung eines Hauptmagnetfelds des Magnetresonanzgeräts. Derart kann eine axiale Gesamtkraft, welche auf die Shimelemente einwirkt, minimiert werden.
Während der erste Optimierungsparameter O1 und der zweite Optimierungsparameter O2 standardmäßig in die Optimierungsfunktion integriert sind, kann die Optimierungsfunktion optional noch weitere Optimierungsparameter umfassen. Die Optimierungsfunktion kann dabei eine beliebige Anzahl an weiteren Optimierungsparametern zusätzlich zum ersten Optimierungsparameter O1 und zweiten Optimierungsparameter O2 umfassen. In 4 ist der Fall dargestellt, dass die Optimierungsfunktion einen dritten Optimierungsparameter O3, einen vierten Optimierungsparameter O4, einen fünften Optimierungsparameter O5 und einen sechsten Optimierungsparameter O6 umfasst. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die Optimierungsfunktion neben dem ersten Optimierungsparameter O1 und zweiten Optimierungsparameter O2 nur eine Auswahl aus dem dritten Optimierungsparameter O3, vierten Optimierungsparameter O4, fünften Optimierungsparameter O5 und sechsten Optimierungsparameter O6 umfasst. Die Optimierungsfunktion kann dabei eine beliebige Kombination aus dem dritten Optimierungsparameter O3, vierten Optimierungsparameter O4, fünften Optimierungsparameter O5 und sechsten Optimierungsparameter O6 zusätzlich zum ersten Optimierungsparameter O1 und zweiten Optimierungsparameter O2 umfassen. Die Optimierungsfunktion kann neben dem ersten Optimierungsparameter O1 und zweiten Optimierungsparameter O2 auch keine weiteren Optimierungsparameter umfassen. Zusätzlich zum Homogenitätswert und zur einwirkenden Kraft können so auch weitere systemrelevante Eigenschaften des Magnetresonanzgeräts bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente berücksichtigt werden.
Der dritte Optimierungsparameter O3 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 umfasst, sofern er eingesetzt wird, eine Minimierung einer Gesamtmasse aller Shimelemente des Magnetresonanzgeräts bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente. So kann die Gesamtmasse aller Shimelemente als Term in die Optimierungsfunktion eingehen.
Wird der vierte Optimierungsparameter O4 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 eingesetzt, umfassen die Basisshimeinstellungen einen Wert zumindest eines konstanten Shimstroms, welcher durch Gradientenspulen des Magnetresonanzgeräts fließt. Der vierte Optimierungsparameter O4 umfasst dann eine Minimierung des Werts des zumindest einen Shimstroms bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente. Der konstante Shimstrom ist dabei insbesondere als Ausgangswert (Offset) der während einer Untersuchung mittels des Magnetresonanzgeräts durch die Gradientenspulen fließenden Ströme zu sehen. Die von der Magnetresonanz-Sequenz vorgesehenen Gradientenströme werden demnach insbesondere überlagert zu dem zumindest einen konstanten Shimstrom in die Gradientenspulen eingespeist.
Der fünfte Optimierungsparameter O5 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 umfasst, sofern er eingesetzt wird, eine Minimierung von einem Gesamteffekt von Temperatureinflüssen auf die mehreren Shimelemente bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente. Insbesondere kann dabei eine durch die Temperatureinflüsse bedingte Veränderung einer Magnetisierung der mehreren Shimelemente bei der Optimierung berücksichtigt werden. Derart kann ein Einfluss von Temperaturschwankungen auf eine Stärke des Hauptmagnetfelds 18 verringert werden.
Wird der sechste Optimierungsparameter O6 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 eingesetzt, so weist das Magnetresonanzgerät mehrere Shimtaschen auf, in welchen die mehreren Shimelemente angeordnet sind (siehe 2 und 3). Der sechste Optimierungsparameter O6 umfasst dann eine Minimierung eines Werts einer auf die Shimelemente einer Shimtasche der mehreren Shimtaschen einwirkenden maximalen Kraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente. Derart kann gezielt eine Shimtaschen, auf welche eine besonders hohe Kraft wirkt, ermittelt werden. Die Beladung dieser Shimtasche kann dann reduziert werden. Selbstverständlich kann das Magnetresonanzgerät, insbesondere die Shimeinheit des Magnetresonanzgeräts, die mehreren Shimtaschen auch unabhängig vom Einsatz des sechsten Optimierungsparameters O6 aufweisen
In einem weiteren Verfahrensschritt 41 berechnet die Berechnungseinheit 92 der Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 die räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente derart, dass die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Optimierungsparameters O1 und des zweiten Optimierungsparameters O2 minimiert wird. Umfasst die Optimierungsfunktion den dritten Optimierungsparameter O3, so wird bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des dritten Optimierungsparameters O3 minimiert. Umfasst die Optimierungsfunktion den vierten Optimierungsparameter O4, so wird bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des vierten Optimierungsparameters O4 minimiert. Umfasst die Optimierungsfunktion den fünften Optimierungsparameter O5, so wird bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des fünften Optimierungsparameters O5 minimiert. Umfasst die Optimierungsfunktion den sechsten Optimierungsparameter O6, so wird bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des sechsten Optimierungsparameters O6 minimiert.
Die räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente wird demnach unter Berücksichtigung von zumindest zwei Optimierungsparametern, vorteilhafterweise unter Berücksichtigung von mehr als zwei Optimierungsparametern, berechnet. Derart kann eine besonders vorteilhafte räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente berechnet werden, welche mehrere Randbedingungen gleichzeitig berücksichtigt. Es ist demnach möglich eine auf das Gesamtsystem optimierte räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente zu berechnen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 42 bestimmt die Bestimmungseinheit 93 der Shimeinstellungsbestimmungseinheit 90 die Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung der berechneten räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente. Anhand der so bestimmten Basisshimeinstellungen kann dann, insbesondere in einem weiteren nicht dargestellten Verfahrensschritt, die Shimeinheit des Magnetresonanzgeräts konfiguriert werden. Eine exemplarische so konfigurierte Shimeinheit ist in 2 und 3 dargestellt. Wird der vierte Optimierungsparameter O4 der mehreren Optimierungsparameter O1, O2, O3, O4, O5, O6 eingesetzt, so erfolgt das Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung des zumindest einen Shimstroms.
Die in 4 dargestellten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von einem Rechenmodul der Shimeinstellungsbestimmungseinheit 32 ausgeführt. Hierzu umfasst das Rechenmodul erforderliche Software und/oder Computerprogramme, die in einer Speichereinheit des Rechenmoduls gespeichert sind. Die Software und/oder Computerprogramme umfassen Programmmittel, die dazu ausgelegt sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm und/oder die Software in dem Rechenmodul mittels einer Prozessoreinheit des Rechenmoduls ausgeführt wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts, wobei die Basisshimeinstellungen eine räumliche Verteilung von mehreren Shimelementen umfassen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Aufstellen einer Optimierungsfunktion, welche mehrere Optimierungsparameter umfasst, wobei ein erster Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Homogenitätswert einer mittels der Basisshimeinstellungen eingestellten B0-Verteilung im Magnetresonanzgerät umfasst und ein zweiter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden Kraft umfasst, – Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente derart, dass die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des ersten Optimierungsparameters und des zweiten Optimierungsparameters minimiert wird und – Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung der berechneten räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Optimierungsparameter einen Wert einer auf die mehreren Shimelemente einwirkenden axialen Kraft umfasst, wobei die axiale Kraft in Richtung eines Hauptmagnetfelds des Magnetresonanzgeräts wirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Optimierungsparameter eine Minimierung eines Werts einer axialen Gesamtkraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, welche auf alle Shimelemente des Magnetresonanzgeräts einwirkt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein dritter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung einer Gesamtmasse aller Shimelemente des Magnetresonanzgeräts bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des dritten Optimierungsparameters minimiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basisshimeinstellungen einen Wert zumindest eines konstanten Shimstroms, welcher durch Gradientenspulen des Magnetresonanzgeräts fließt, umfassen, wobei ein vierter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung des Werts des zumindest einen Shimstroms bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des vierten Optimierungsparameters minimiert wird und das Bestimmen der Basisshimeinstellungen des Magnetresonanzgeräts unter Verwendung des zumindest einen Shimstroms erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei ein fünfter Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung eines Gesamteffekts von Temperatureinflüssen auf die mehreren Shimelemente bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des fünften Optimierungsparameters minimiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Magnetresonanzgerät mehrere Shimtaschen aufweist, in welchen die mehreren Shimelemente angeordnet sind, wobei ein sechster Optimierungsparameter der mehreren Optimierungsparameter eine Minimierung eines Werts einer auf die Shimelemente einer Shimtasche der mehreren Shimtaschen einwirkenden maximalen Kraft bei der Berechnung der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente umfasst, wobei bei dem Berechnen der räumlichen Verteilung der mehreren Shimelemente die Optimierungsfunktion unter Berücksichtigung des sechsten Optimierungsparameters minimiert wird.
Shimeinstellungsbestimmungseinheit zum Bestimmen von Basisshimeinstellungen eines Magnetresonanzgeräts, wobei die Shimeinstellungsbestimmungseinheit eine Optimierungseinheit, eine Berechnungseinheit und eine Bestimmungseinheit umfasst, wobei die Shimeinstellungsbestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher eines programmierbaren Rechenmoduls einer Shimeinstellungsbestimmungseinheit ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in dem Rechenmodul ausgeführt wird.
Magnetresonanzgerät, umfassend eine Shimeinheit mit mehreren Shimelementen, wobei eine räumliche Verteilung der mehreren Shimelemente im Magnetresonanzgerät anhand von Basisshimeinstellungen festgelegt ist, welche mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 bestimmt worden sind.
System, umfassend ein Magnetresonanzgerät nach Anspruch 10 und eine Shimeinstellungsbestimmungseinheit nach Anspruch 8.