DE102015206053B4

DE102015206053B4 - MR-Frequenzjustage unter Anwendung eines Inversionspulses

Info

Publication number: DE102015206053B4
Application number: DE102015206053.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Niederlöhner; Günter Schnur
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-04-03
Also published as: US20160291108A1; DE102015206053A1

Abstract

Es wird ein Verfahren (300, 500) zum Ermitteln einer MR-Systemfrequenz (fw) für einen zu untersuchenden Bereich (VOI), welcher eine Mehrzahl von Materialien (W, F, Si) umfasst, beschrieben. Bei dem Verfahren (300, 500) wird ein erstes Frequenzspektrum (s1(f)) mit Hilfe einer ersten HF-Anregungssequenz (AS1), bevorzugt einer stimulierten Echosequenz (STEAM1), erfasst. Zusätzlich wird ein zweites Frequenzspektrum (s2(f)) für den zu untersuchenden Bereich (VOI) erfasst. Dabei werden ein HF-Inversionspuls (I-RF-PS) und eine zweite HF-Anregungssequenz, bevorzugt eine stimulierte Echosequenz (STEAM2) zu dem Zeitpunkt (TI), zu dem die Relaxationskurve (1, 2) eines der Materialien (W, F, Si) einen Nulldurchgang aufweist, ausgespielt. Anschließend werden die von der zweiten HF-Anregungssequenz angeregten Echosignale ausgelesen. Auf Basis der erfassten Echosignale wird ein Frequenzspektrum (s2(f)) ermittelt. Nachfolgend werden das erste Frequenzspektrum (s1(f)) und das zweite Frequenzspektrum (s2(f)) verglichen. Auf Basis des Vergleichs werden die Maxima (maxW, maxF, maxSi) des ersten Frequenzspektrums (s1(f)) verschiedenen Materialien (W, F, Si) zugeordnet. Schließlich wird die Systemfrequenz (fw) auf Basis der Zuordnung der Maxima (maxW, maxF, maxSi) ermittelt. Es wird zudem eine Ansteuersequenz (AS) beschrieben. Es wird ferner eine Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung (80) beschrieben. Überdies wird ein Magnetresonanzbildgebungssystem (61) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Systemfrequenz. Zudem betrifft die Erfindung eine Ansteuersequenz. Überdies betrifft die Erfindung auch eine Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magnetresonanzsystem.
Bei der Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen wird der zu untersuchende Körper einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 Tesla, 3 Tesla, oder bei neueren Hochmagnetfeldanlagen sogar von 7 Tesla, ausgesetzt. Es wird dann mit einer geeigneten Antenneneinrichtung ein hochfrequentes Anregungssignal ausgesendet, welches dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld in dem gegebenen Magnetfeld resonant angeregter Atome um einen bestimmten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Das bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlte Hochfrequenzsignal, das sog. Magnetresonanzsignal, wird dann mit geeigneten Antenneneinrichtungen, welche auch identisch mit der Sendeantenneneinrichtung sein können, aufgefangen. Die so akquirierten Rohdaten werden schließlich genutzt, um die gewünschten Bilddaten zu rekonstruieren. Zur Ortskodierung werden dem Grundmagnetfeld während des Sendens und des Auslesens bzw. Empfangens der Hochfrequenzsignale jeweils definierte Magnetfeldgradienten überlagert.
Vor der eigentlichen Bildaufnahme im Rahmen einer Untersuchung eines Patienten mit Hilfe der Magnetresonanzbildgebung muss eine Frequenz-Justage durchgeführt werden. Ziel der Frequenz-Justage vor einer MR-Bildaufnahme ist eine zuverlässige und präzise Bestimmung der Systemfrequenz, welche auch als Wasserfrequenz bezeichnet wird. Die sogenannte Wasserfrequenz entspricht der Frequenz der im Wasser gebundenen Protonen. Diese Bestimmung ist notwendig, da das Magnetfeld durch das eingebrachte zu untersuchende Objekt verändert sein kann und vom Ort der Messung im MR-System abhängt.
Um eine zuverlässige Frequenz-Justage zu gewährleisten, müssen Maxima einer erfassten Spektralverteilung von MR-Signalen analysiert, korrekt ermittelt und schließlich dem richtigen Stoff, wie zum Beispiel Fett, Wasser oder Silikon, zugeordnet werden.
Die Messung zur Bestimmung der Systemfrequenz wird mit Hilfe einer sogenannten STEAM-Sequenz (STEAM = Stimulated Echo Acquisition Method, auf deutsch: stimulierte Echosequenz) durchgeführt. Bei der STEAM-Sequenz wird ein stimuliertes Echo erzeugt, wobei für jede der drei Dimensionen ein HF-Puls als Anregungspuls erzeugt wird und zeitlich darauf abgestimmt jeweils ein Selektionsgradient zur Einschränkung des Messbereichs in der jeweiligen Dimension auf einen zu untersuchenden Bereich (VOI, volumen of interest) geschaltet wird. Mit Hilfe des Anregungssignals wird eine Magnetisierung in dem zu untersuchenden Bereich erzeugt, welche mit einem Echosignal verbunden ist, das mit Hilfe eines Antennensystems ausgelesen wird. Das Anregungssignal weist eine gewisse Frequenzbreite auf, so dass Protonen in verschiedenen Materialien und Konfigurationen und Positionen mit verschiedenen Frequenzen angeregt werden und auch mit verschiedenen Frequenzen zum Echosignal beitragen. Dieses Echosignal ist eine Art globale Antwort des in dem zu untersuchenden Bereich VOI vorhandenen Materials auf das beschriebene Anregungssignal. Die auf Basis der Echosignale erzeugten Rohdaten werden mit Hilfe einer Fourier-Transformation in Spektraldaten umgewandelt. Die aus den Spektraldaten abzulesende Systemfrequenz kann als eine Art mittlere Wasserfrequenz aufgefasst werden. D. h., bei der Auswertung der Spektraldaten wird ein Maximum gesucht, das der Frequenz der Echosignale der Protonen der Wassermoleküle entspricht.
Da das Grundmagnetfeld B₀ sowie auch das anregende Magnetfeld eine Inhomogenität aufweisen, sind jedoch die Echosignale von den Wassermolekülen auch ortsabhängig, so dass das Maximum, welches der Wasserfrequenz zugeordnet ist, unscharf sein kann bzw. auch entarten kann, d. h. in mehrere Maxima aufgespaltet sein kann. Weiterhin ist auch möglich, dass sich Maxima von verschiedenen Materialien in dem vorab erfassten Frequenzspektrum überschneiden. Eine eindeutige und präzise Bestimmung der Systemfrequenz anhand des vorab gemessenen Frequenzspektrums ist also häufig mit Schwierigkeiten verbunden.
Eine herkömmliche Methode zur Bestimmung der Systemfrequenz für die Frequenz-Justage beruht auf dem Ermitteln einer Kreuzkorrelation zwischen dem vorab erfassten Frequenzspektrum und einem Modell mit zwei Maxima (Wasser und Fett bei –3,4 ppm von Wasser). Diese Vorgehensweise funktioniert dann recht gut, wenn genau zwei Maxima im erfassten Spektrum vorhanden sind. Die Hauptbeiträge zum Frequenzspektrum werden dann von den Frequenzen der im Wasser und der im Fett gebundenen Protonen gestellt.
Zur richtigen Zuordnung der gefundenen Maxima kann alternativ oder zusätzlich zum Beispiel für den Fall, dass Fett dominiert, an dem MR-System vor der Aufnahme des Frequenzspektrums ein Schalter betätigt werden, dessen Betätigung die Annahme zugrunde liegt, dass das Fett die MR-Bildgebung dominiert. In diesem Fall wird das Hauptmaximum dem Stoff Fett zugeordnet.
Zusätzlich kann bei Brustuntersuchungen auch der Stoff Silikon auftreten, welcher in dem gemessenen Frequenzspektrum eine dritte Frequenzkomponente (bei einem relativen Abstand von –4,5 ppm von Wasser) mit sich bringt. Auch in diesem Fall kann herkömmlicherweise ein spezieller Modus aktiviert werden, bei dem Silikon in einem Modell mit zwei Maxima berücksichtigt wird, wobei Fett durch Silikon ersetzt wird. Im Fall einer unklaren Detektion eines einzelnen Maximums wird bei dieser Variante bestimmt, dass das Hauptmaximum dem Stoff Silikon zugeordnet wird.
Oft ist außerdem nicht bekannt, welche Materialien in einem zu untersuchenden Bereich enthalten sind, so dass eine richtige Zuordnung der Maxima zusätzlich erschwert ist.
Herkömmlich muss also vorab festgestellt werden, ob Silikon vorhanden ist oder nicht. Es wird daher eine Interaktion des Benutzers benötigt, der basierend auf Bilddaten entscheiden muss, ob in dem zu untersuchenden Bereich Silikon vorhanden ist oder nicht. Dies erfordert allerdings zusätzliche Arbeitsschritte, die auch eine gewisse Erfahrung des Bedienpersonals erfordern. Eine automatisierte Detektion von Silikon bei dieser herkömmlichen Methode ist dagegen nicht möglich.
Sind die äußeren Umstände schwierig, wenn zum Beispiel das Hauptmagnetfeld B₀ nicht sehr homogen ist, dann ist eine richtige Zuordnung der Maxima kaum möglich und es werden die Maxima teils falsch zugeordnet. Eine solche nicht korrekte Zuordnung kann zum Beispiel dazu führen, dass bei der nachfolgenden Bildaufnahme eines Untersuchungsbereichs VOI eines Patienten eine Fettsättigung nicht zufriedenstellend verläuft oder sogar das Wassersignal gesättigt wird. Eine solche falsche Sättigung kann zu verfälschten Bildaufnahmen führen, welche wiederum Fehldiagnosen nach sich ziehen können.
In US 2013/0 249 552 A1 wird ein multispektrales Magnetresonanzbildgebungsverfahren beschrieben, bei dem ein Frequenzspektrum einer ersten Substanz unterdrückt wird und ein Frequenzspektrum einer zweiten Substanz analysiert wird.
In DE 10 2011 078 868 A1 wird ein multispektrales Magnetresonanzbildgebungsverfahren mit einer sogenannten Multi-Echo-STEAM-Implementierung beschrieben.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effektiveres und verlässlicheres Verfahren zum Ermitteln einer Systemfrequenz bei der MR-Bildgebung zu entwickeln, welches insbesondere weniger zeitintensiv ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch eine Ansteuersequenz gemäß Patentanspruch 11, durch eine Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung gemäß Patentanspruch 12 und durch ein Magnetresonanzbildgebungssystem gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer MR-Systemfrequenz für einen zu untersuchenden Bereich, welcher eine Mehrzahl von Materialien umfasst, wird ein erstes Frequenzspektrum mit Hilfe einer ersten HF-Anregungssequenz, bevorzugt einer ersten stimulierten Echosequenz, für den zu untersuchenden Bereich erfasst. Diese Vorgehensweise entspricht der in der Einleitung beschriebenen Messung des Frequenzspektrums zur Bestimmung der Systemfrequenz vor der eigentlichen Bildaufnahme.
Unter einer HF-Anregungssequenz soll eine Pulsfolge mit mindestens einem HF-Anregungspuls verstanden werden. Die HF-Anregungssequenz kann jedoch auch mehrere zeitlich nacheinander geschaltete HF-Anregungspulse umfassen. Die HF-Anregungssequenz kann zusätzlich auch synchron mit den HF-Anregungspulsen geschaltete Gradienten aufweisen, um die Wirkung der HF-Anregungspulse auf einen vorbestimmten Messbereich einzuschränken. Die HF-Anregungssequenz kann auch eine stimulierte Echosequenz umfassen.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorgehensweise wird jedoch erfindungsgemäß ein zweites Frequenzspektrum für den zu untersuchenden Bereich gemessen. Bei dieser Messung wird zunächst ein HF-Inversionspuls ausgespielt. Dieser Inversionspuls dient dazu, die Magnetisierung in dem zu untersuchenden Bereich zu invertieren. Entsprechende Gradientenpulse, mit denen die Wirkung des Inversionspulses auf den zu untersuchenden Bereich beschränkt wird, können zusätzlich zeitgleich mit dem Inversionspuls geschaltet werden. Die invertierte Magnetisierung kehrt anschließend innerhalb einer Relaxationszeit in ihren Ausgangszustand vor der Inversion zurück. Dabei ist die Relaxationszeit jedoch materialabhängig, so dass die magnetischen Momente der einzelnen Materialien unterschiedlich schnell relaxieren.
Anschließend wird eine zweite HF-Anregungssequenz zu einem Zeitpunkt, dem ein Nulldurchgang der Relaxationskurve der Magnetisierung, besonders bevorzugt der Magnetisierung in z-Richtung, eines der Materialien zugeordnet ist, geschaltet bzw. ausgespielt. Als zweite Anregungssequenz wird bevorzugt eine sogenannte stimulierte Echosequenz (STEAM-Sequenz) verwendet. Die Wirkung der HF-Anregungspulse wird in einer solchen stimulierten Echosequenz mit Hilfe von zeitgleich geschalteten Gradienten auf den zu untersuchenden Bereich beschränkt. Da die Magnetisierung in z-Richtung eines der Materialien zu dem Anregungszeitpunkt jedoch den Wert 0 aufweist, werden nur die anderen Materialien, welche zu dem Anregungszeitpunkt keine Magnetisierung mit dem Wert 0 aufweisen, angeregt. Weiterhin wird zum Echozeitpunkt ein Echosignal erfasst und ausgelesen.
Auf Basis der erfassten Echosignale wird nachfolgend das zweite Frequenzspektrum ermittelt. Anschließend werden das erste Frequenzspektrum und das zweite Frequenzspektrum verglichen. D. h., es werden Unterschiede zwischen den beiden Frequenzspektren, insbesondere an den Positionen der Maxima des ersten Frequenzspektrums gesucht. Des Weiteren werden Maxima des ersten Frequenzspektrums verschiedenen Materialien auf Basis des Vergleichs zugeordnet. Schließlich wird die Systemfrequenz auf Basis der Zuordnung der Maxima ermittelt. Für die Ermittlung der Systemfrequenz kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem eine Analyse des ersten Frequenzspektrums unter Verwendung einer Modellfunktion unter zusätzlicher Verwendung der Informationen über die Identität der einzelnen Maxima durchgeführt wird. Wie bereits erwähnt, kann dabei eine Kreuzkorrelation zwischen dem vorab erfassten ersten Frequenzspektrum und der Modellfunktion durchgeführt werden und die Modellfunktion derart angepasst werden, dass sie mit dem erfassten ersten Frequenzspektrum optimal korreliert. Damit die Anpassung des Modells korrekt ausgeführt werden kann, ist es entscheidend, die Maxima des erfassten ersten Frequenzspektrums richtig zuordnen zu können.
Alternativ ist es auch denkbar, wenn zum Beispiel in dem zu untersuchenden Bereich drei verschiedene Materialien zum Echosignal beitragen, jedoch nur eine Modellfunktion für zwei Materialien zur Verfügung steht bzw. die Rechenkapazitäten oder die zur Verfügung stehende Untersuchungszeit für die Anpassung eines komplexeren Modells nicht ausreichen, die Anpassung dieser Modellfunktion durch Korrelation mit dem zweiten erfassten Frequenzspektrum durchzuführen, da dort ja der Einfluss eines der Materialien unterdrückt ist.
Die erfindungsgemäße Ansteuersequenz zum Ansteuern eines Magnetresonanzbildgebungssystems zum Ermitteln einer Systemfrequenz für einen zu untersuchenden Bereich, welcher eine Mehrzahl von Materialien umfasst, weist einen Inversionspuls auf und kann auch bevorzugt eine Mehrzahl von Gradientenpulsen aufweisen, welche zeitlich synchron mit dem HF-Inversionspuls gesetzt sind. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Ansteuersequenz eine HF-Anregungssequenz, bevorzugt eine stimulierte Echosequenz, die in einem zeitlichen Abstand bzw. zu einem Zeitpunkt nach dem HF-Inversionspuls gesetzt ist, dem ein Nulldurchgang einer Relaxationskurve der Magnetisierung eines der Materialien zugeordnet ist. Die stimulierte Echosequenz umfasst zum Beispiel eine Mehrzahl von HF-Anregungspulsen und eine Mehrzahl von Gradientenpulsen, welche zeitlich synchron mit dem Anregungs-puls gesetzt sind. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Ansteuersequenz ein Auslesefenster, welches zum Echozeitpunkt des Anregungspulses gesetzt ist.
Die erfindungsgemäße Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung weist eine Ansteuersequenz-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen einer ersten HF-Anregungssequenz, bevorzugt einer stimulierten Echosequenz, und zum Erzeugen der erfindungsgemäßen Ansteuersequenz für einen zu untersuchenden Bereich auf. Sie umfasst zudem eine Eingangsschnittstelle zum Erfassen eines ersten Frequenzspektrums nach dem Erzeugen der ersten HF-Anregungssequenz und zum Erfassen eines zweiten Frequenzspektrums nach dem Erzeugen der erfindungsgemäßen Ansteuersequenz. Überdies umfasst die erfindungsgemäße Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung eine Vergleichseinheit zum Vergleichen des ersten Frequenzspektrums und des zweiten Frequenzspektrums und eine Zuordnungseinheit zum Zuordnen von Maxima des ersten Frequenzspektrums zu verschiedenen Materialien bzw. Materialarten auf Basis des Vergleichs. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung eine Systemfrequenz-Ermittlungseinheit zum Ermitteln der Systemfrequenz auf Basis der Zuordnung der Maxima.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungssystem umfasst eine Steuereinrichtung, welche zur Steuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Dazu weist das erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungssystem vorzugsweise die erfindungsgemäße Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung auf.
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Vergleichseinheit, die Zuordnungseinheit und die Systemfrequenz-Ermittlungseinheit. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Insbesondere kann die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung Teil eines Benutzerterminals bzw. von einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanzbildgebungssystem sein.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanzbildgebungssystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hardware-Komponenten, wie z. B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen
Zum Transport zur Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann hierzu z. B. einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen. Die Rechnereinheit kann zum Beispiel Teil eines Terminals oder der Steuereinrichtung des Magnetresonanzbildgebungssystems sein.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung verschiedene Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich mindestens ein drittes Frequenzspektrum erfasst. Bei der Erfassung des dritten Frequenzspektrums wird eine dritte HF-Anregungssequenz ausgespielt und der Zeitpunkt des Ausspielens eines Anregungspulses derart gewählt, dass diesem Zeitpunkt ein Nulldurchgang einer Relaxationskurve der Magnetisierung eines anderen Materials als bei dem Erfassen des zweiten Frequenzspektrums zugeordnet ist. Anschließend wird das dritte Frequenzspektrum bei dem Vergleichsschritt berücksichtigt, d. h., das in dem dritten Frequenzspektrum eventuell fehlende Maximum dient der Identifizierung des entsprechenden Maximums in dem ersten Frequenzspektrum oder dem zweiten Frequenzspektrum.
Bevorzugt erfolgt bei dem Zuordnungsschritt die Zuordnung eines Maximums des ersten Frequenzspektrums zu einem bestimmten Material in Abhängigkeit davon, in welchem Frequenzspektrum das Maximum unterdrückt ist. Anders ausgedrückt, ist ja zu jedem der zusätzlichen Frequenzspektren bekannt, von welchem Material die Magnetresonanzsignale unterdrückt werden, so dass bei einem Vergleich des ersten Frequenzspektrums, bei dem alle Maxima vorhanden sind, mit den zusätzlichen Frequenzspektren eine Zuordnung der einzelnen Maxima des ersten Frequenzspektrums zu den jeweiligen, den zusätzlichen Frequenzspektren zugeordneten Materialien leicht möglich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Zuordnung eines Maximums des ersten Frequenzspektrums zu einem bestimmten Material auf Basis eines der weiteren Frequenzspektren in Abhängigkeit davon, zu welchem Zeitpunkt ein Anregungspuls bei der Erfassung des jeweiligen weiteren Frequenzspektrums ausgespielt wurde. Wie bereits erläutert, wird mit Hilfe der Festlegung des Zeitpunkts des Anregungspulses ein Material bestimmt, dessen Magnetresonanzsignale bei der Erfassung des jeweiligen Frequenzspektrums unterdrückt werden. Somit kann jedem der zusätzlichen Frequenzspektren ein Material zugordnet werden, dessen Resonanzfrequenz bzw. dessen zugeordnetes Maximum in dem jeweiligen Frequenzspektrum nicht auftritt. Mithin ist bei einem Vergleich des ersten Frequenzspektrums, bei dem alle Maxima vorhanden sind, mit den zusätzlichen Frequenzspektren eine Zuordnung der einzelnen Maxima des ersten Frequenzspektrums zu den jeweiligen den zusätzlichen Frequenzspektren zugeordneten Materialien leicht möglich.
Konkret wird zur Unterdrückung des Magnetresonanzsignals eines der Materialien der Zeitpunkt des Ausspielens eines Anregungspulses zum Erfassen des zweiten Frequenzspektrums besonders effektiv derart gewählt, dass dem Zeitpunkt der Anregung ein Nulldurchgang der Relaxationskurve der Magnetisierung, genauer gesagt, der Magnetisierung in z-Richtung, des gesuchten Materialszugeordnet ist. Die z-Richtung soll dabei die Richtung der Systemachse des Magnetresonanztomographen sein (siehe 6). Wenn im Folgenden von Magnetisierung gesprochen wird, soll dabei die Magnetisierung in z-Richtung gemeint sein. Bei dem Vergleichsschritt wird dann beispielsweise geprüft, ob und wie sich das erfasste zweite Frequenzspektrum von dem ersten Frequenzspektrum unterscheidet.
In einer besonders praktikablen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, falls ermittelt wurde, dass sich das zweite Frequenzspektrum von dem ersten Frequenzspektrum nicht unterscheidet, festgestellt, dass das gesuchte Material nicht in dem Untersuchungsbereich vorliegt. Andererseits wird bei dieser Variante, falls ermittelt wird, dass sich das zweite Frequenzspektrum von dem ersten Frequenzspektrum, insbesondere in einem Bereich der Maxima des ersten Frequenzspektrums, unterscheidet, festgestellt, dass das gesuchte Material in dem Untersuchungsbereich vorliegt.
In einer sehr breit anwendbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Anregungszeitpunkt der Nulldurchgang der Relaxationskurve der Magnetisierung eines der Materialien Wasser, Fett und Silikon verwendet. Damit ist das Verfahren besonders gut geeignet, die bei der Erfassung des Frequenzspektrums eines zu untersuchenden Bereichs auftretenden Maxima der genannten Materialien Wasser, Fett und Silikon richtig zuzuordnen und somit auch auf Modellen basierte Verfahren zur Ermittlung der Systemfrequenz korrekt anzuwenden.
Bei dem Schritt zur Ermittlung der Systemfrequenz kann zum Beispiel eine Anpassung einer Modellfunktion an eines der erfassten Frequenzspektren vorgenommen werden. Üblicherweise umfasst eine Modellfunktion eine Mehrzahl von Parametern, die an das erfasste Frequenzspektrum angepasst werden.
In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Systemfrequenz mit Hilfe einer Anpassung einer Modellfunktion an das erste Frequenzspektrum ermittelt. Das erste Frequenzspektrum eignet sich dann besonders gut für eine Anpassung der Modellfunktion, wenn die Anzahl der Maxima in dem ersten Frequenzspektrum der Anzahl der Maxima der anzupassenden Modellfunktion entsprechen.
In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Anpassung der Modellfunktion an eines der erfassten Frequenzspektren unter Anwendung einer Kreuzkorrelation auf das erfasste Frequenzspektrum und die Modellfunktion.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Schaubild eines Frequenzspektrums eines zu untersuchenden Bereichs mit drei Maxima,
2 ein Schaubild einer Pulssequenz mit einem Inversionspuls, welche bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Einsatz kommt,
3 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer Systemfrequenz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
4 ein Flussdiagramm, welches den Schritt 3.II in dem Flussdiagramm der 3 im Detail veranschaulicht,
5 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Ermitteln einer Systemfrequenz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
6 eine schematische Darstellung eines Magnetresonanzbildgebungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 ist ein Frequenzspektrum s(f) mit drei Maxima gezeigt. Es ist die Amplitude A des Frequenzspektrums s(f) in willkürlichen Einheiten a. u. über der Frequenz f bzw. der Abweichung der Frequenz von der Systemfrequenz f_w aufgetragen. Zur Erfassung des Frequenzspektrums wird in einem Magnetresonanzsystem (siehe 6) eine sogenannte STEAM-Sequenz erzeugt und es werden die dabei stimulierten Magnetresonanzsignale, auch Echosignale genannt, ausgelesen. Das Frequenzspektrum s(f) wird üblicherweise durch Aufsummieren von einzelnen Spektralkurven gewonnen, welche jeweils auf Basis von Signalen von einzelnen Kanälen des Antennensystems des Magnetresonanzsystems ermittelt werden. Üblicherweise wird auf Basis des erfassten Gesamtfrequenzspektrums s(f) ein gefiltertes Frequenzspektrum s_f(f) erzeugt, wobei eine typische Filterbreite des Filters, mit dem das gefilterte Frequenzspektrum s_f(f) erzeugt wurde, zum Beispiel 1 ppm beträgt. Das gefilterte Frequenzspektrum s_f(f) wird als Grundlage der weiteren Auswertung des Frequenzspektrums verwendet, wobei zum Auffinden der Systemfrequenz f_w zum Beispiel eine Kreuzkorrelation zwischen einer Modellfunktion und dem gefilterten Frequenzspektrum s_f(f) vorgenommen wird.
In dem in 1 gezeigten Fall weist das Frequenzspektrum s(f) drei Maxima auf, welche beispielsweise den Materialien Wasser, Fett und Silikon bzw. den Resonanzfrequenzen der in diesen Materialien gebundenen Protonen entsprechen. Beispielsweise ist das Maximum max_W etwas oberhalb der Frequenz f = 0 Hz dem Material Wasser zugeordnet und ist das Maximum max_F bei der Frequenz –400 Hz dem Material Fett zugeordnet und ist das Maximum max_Si bei der Frequenz –650 Hz dem Material Si zugeordnet. Nicht immer ist eine Identifizierung und Zuordnung der Maxima eindeutig erkennbar, so dass es zu Verwechslungen der Maxima und somit zu einer falschen Ermittlung der Systemfrequenz kommen kann.
In 2 ist ein Schaubild gezeigt, mit dem das grundlegende Prinzip, auf dem das erfindungsgemäße Vorgehen beruht, anschaulich dargestellt wird. Auf der unteren Ebene des Schaubilds ist eine Pulssequenz mit einem Inversionspuls I-RF-PS sowie einem um ein Zeitintervall TI versetzten Anregungspuls RF-PS, der beispielsweise Teil einer stimulierten Echosequenz ist, gezeigt. In der oberen Ebene des Schaubilds ist der zeitliche Verlauf der Magnetisierung M_z bzw. M_z(t) der in einem zu untersuchenden Bereich befindlichen verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel Wasser und Fett, gezeigt. Die untere Magnetisierungskurve 1 soll dabei der Magnetisierung des Materials Wasser entsprechen und die oberen Magnetisierungskurve 2 soll in diesem Fall der Magnetisierung des Materials Fett entsprechen. Mit Hilfe des Inversionspulses I-RF-PS wird die z-Komponente der magnetischen Momente der den einzelnen Materialien zugeordneten Protonen invertiert. Daher ist die Magnetisierung M_z in z-Richtung zum Zeitpunkt der Invertierung negativ. Nach dem Ausspielen des Inversionspulses I-RF-PS ändern sich die magnetischen Momente der Protonen der einzelnen Materialien wieder in Richtung der Ausgangssituation, d. h. die mit der Ausrichtung der magnetischen Momente korrespondierende Magnetisierung ändert sich langsam zu der vor dem Ausspielen des Inversionspulses I-RF-PS vorhandenen positiven Magnetisierung M_z. Im Zusammenhang mit diesem Relaxationsprozess weisen jedoch unterschiedliche Materialien auch unterschiedliche Relaxationszeiten auf. Einhergehend mit den unterschiedlichen Relaxationszeiten ist auch der Zeitpunkt, bei dem die Magnetisierung eines der Materialien den Wert 0 annimmt, von Material zu Material unterschiedlich.
In 2 ist der Nulldurchgang der Kurve 2 der Magnetisierung M_z des Materials Fett zu dem Zeitpunkt TI eingezeichnet. Wird nun zu diesem Zeitpunkt TI ein Anregungspuls RF-PS geschaltet, so werden nur die magnetischen Momente der Protonen des Materials Wasser zur Präzession angeregt, während die magnetischen Momente des Materials Fett nicht zur Präzession angeregt werden, da die Magnetisierung des Materials Fett gerade den Wert 0 beträgt. Dies hat zur Folge, dass mit Hilfe des Anregungssignals RF-PS nur von dem Material Wasser ein Echosignal erzeugt wird, wohingegen das Material Fett nicht zum Aussenden eines Echosignals angeregt wird. Auf diese Weise lässt sich also durch Festlegen des Zeitintervalls TI, nach dem das Anregungssignal RF-PS erzeugt wird, der Beitrag einer bestimmten Materialart bei der Aufnahme eines Frequenzspektrums gezielt unterdrücken. Werden mehrere Frequenzspektren mit und ohne Unterdrückung des Beitrags vorbestimmter Materialien nachfolgend verglichen, so kann aufgrund des Fehlens der Maxima der jeweils unterdrückten Materialien eine Zuordnung der Maxima des Frequenzspektrums zu einem bestimmten Material vorgenommen werden.
In 3 ist ein Flussdiagramm gezeigt, mit dem ein Verfahren 300 zum Ermitteln einer MR-Systemfrequenz in einem zu untersuchenden Bereich gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist.
Bei dem Schritt 3.I wird zunächst eine erste stimulierte Echosequenz STEAM1 ausgespielt, d. h. das Magnetresonanzsystem wird mit einer entsprechenden Echosequenz STEAM angesteuert. Die von der Echosequenz STEAM1 angeregten Echosignale werden erfasst und in Rohdaten gewandelt. Mit Hilfe einer Fouriertransformation wird aus den Rohdaten ein Frequenzspektrum s₁(f) erzeugt, welches alle den einzelnen in dem zu untersuchenden Bereich vorhandenen Materialien entsprechenden Maxima umfasst. Bei dem Schritt 3.II wird eine Ansteuersequenz AS erzeugt, mit der ein zweites Frequenzspektrum s₂(f) für den zu untersuchenden Bereich erfasst wird. Dabei wird jedoch ein Echosignal von einem der in dem zu untersuchenden Bereich vorhandenen Materialien mit der im Zusammenhang mit der 2 beschriebenen Methode unterdrückt. Die genauen Details der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Aufnahme des zweiten Frequenzspektrums bei dem Schritt 3.II sind im Zusammenhang mit der 4 ausführlich beschrieben.
Bei dem Schritt 3.III findet ein Vergleich zwischen dem ersten Frequenzspektrum s₁(f) und dem zweiten Frequenzspektrum s₂(f) statt. Beispielsweise wird untersucht, ob bei dem zweiten Frequenzspektrum s₂(f) eines der Maxima des ersten Frequenzspektrums fehlt.
Bei dem Schritt 3.IV werden dann auf Basis des bei dem Schritt 3.III vorgenommenen Vergleichs die Maxima max_W, max_F, max_Si des ersten Frequenzspektrums s₁(f) zu den verschiedenen Materialien Wasser W, Fett F und Silikon Si zugeordnet. Wie bereits erwähnt, wird zum Beispiel, wenn bei dem Vergleich bei dem Schritt 3.II festgestellt wurde, dass ein Maximum in dem zweiten Frequenzspektrum s₂(f) fehlt, und unter der Kenntnis des bei der Erzeugung des zweiten Frequenzspektrums s₂(f) unterdrückten Echosignals eines ausgewählten Materials eine Zuordnung des in dem zweiten Frequenzspektrum fehlenden Maximums zu dem ausgewählten Material vorgenommen.
Schließlich wird bei dem Schritt 3.V die Systemfrequenz f_w auf Basis der bei dem Schritt 3.IV vorgenommenen Zuordnung der Maxima max_W, max_F, max_Si vorgenommen. Beispielsweise wird die Systemfrequenz mit Hilfe einer Kreuzkorrelation zwischen einer Modellfunktion und dem experimentell erfassten ersten Frequenzspektrum s₁(f) bzw. einem daraus erzeugten gefilterten Frequenzspektrum s_1f(f) ermittelt. Um die Modellfunktion mit dem Spektrum richtig zu korrelieren, muss jedoch die Zuordnung der Maxima zu den entsprechenden Materialien bekannt sein. Diese Information wird bei dem Schritt 3.IV zur Verfügung gestellt, so dass eine korrekte Ermittlung der Systemfrequenz f_w gewährleistet ist.
In 4 wird in dem Flussdiagramm 400 die Vorgehensweise bei dem Schritt 3.II des Verfahrens 300 im Detail veranschaulicht. Bei dem Schritt 4.I wird zunächst ein HF-Inversionspuls I-RF-PS mit einer gewissen Pulsbreite erzeugt. Synchron wird zur Lokalisierung des Inversionspulses ein Selektionsgradient ausgespielt, mit dem die Wirkung des HF-Inversionspulses auf den Untersuchungsbereich beschränkt wird. Anschließend wird bei dem Schritt 4.II nach der Zeit TI, welche dem Nulldurchgang der Magnetisierungskurve eines bestimmten Materials, z. B. Silikon, zugeordnet ist, eine zweite stimulierte Echosequenz STEAM2 mit mehreren HF-Anregungspulsen RF-PS ausgespielt, mit dem nun alle Materialien mit Ausnahme des ausgewählten Materials zum Aussenden eines Echosignals angeregt werden. Auch die HF-Anregungspulse werden zeitlich synchron von Gradientenpulsen begleitet, die diese auf den zu untersuchenden Bereich beschränken.
Bei dem Schritt 4.III erfolgt ein Auslesevorgang RD-O, d. h., es werden die zu dem Zeitpunkt, zu dem die magnetischen Momente aufgrund des stimulierten Echos der angeregten Materialien wieder in Phase sind, ausgesandten Echosignale ausgelesen. Anschließend wird bei dem Schritt 4.IV auf der Basis der erfassten Echosignale bzw. der daraus erzeugten Rohdaten das zweite Frequenzspektrum erzeugt.
In 5 ist ein Verfahren 500 zum Ermitteln einer MR-Systemfrequenz f_w für einen zu untersuchenden Bereich gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls in einem Flussdiagramm veranschaulicht. Der grundlegende Unterschied des Verfahrens 500 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Verfahren 300 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass eine Mehrzahl von Frequenzspektren mit unterschiedlichen Konfigurationen K_j, was die Anwendung eines Inversionspulses I-RF-PS und die Länge des Zeitintervalls TI betrifft, bei dem der Anregungspuls RF-PS geschaltet wird, erfasst werden und zur Ermittlung der Systemfrequenz f_w analysiert werden.
Bei dem Schritt 5.I wird zunächst ein Satz von Konfigurationen K_j zur Aufnahme jedes einzelnen Frequenzspektrums s_j(f) festgelegt, wobei j die Werte 1 bis j_max annehmen kann. In diesem Zusammenhang repräsentiert j_max den Wert der maximalen Anzahl der aufzunehmenden Spektren. Beispielsweise ist es sinnvoll, falls angenommen wird, dass drei unterschiedliche Materialien in einem zu untersuchenden Bereich vorhanden sind, insgesamt 4 Frequenzspektren aufzunehmen. In diesem Fall kann zum Beispiel das erste Frequenzspektrum s₁(f) wie bei dem Verfahren 300 ohne die Anwendung eines Inversionspulses I-RF-PS aufgenommen werden, während bei der Aufnahme der zweiten bis vierten Frequenzspektren s₂(f) bis s₄(f) das Echosignal von einem jeweils anderen Material durch Auswahl bzw. Änderung des entsprechenden Zeitintervalls TI, nach dem die HF-Anregungspulse geschaltet werden, unterdrückt wird.
Nach Festlegung der Konfigurationen K_j der einzelnen Spektralaufnahmen wird bei dem Schritt 5.II die Aufnahme des ersten Frequenzspektrums initialisiert, d. h. die Laufvariable j auf den Wert 1 gesetzt. Bei dem Schritt 5.III wird die Aufnahme des ersten Frequenzspektrums s₁(f) mit der Konfiguration K₁ durchgeführt. Anschließend wird bei dem Schritt 5.IV geprüft, ob bereits alle Frequenzspektren aufgenommen wurden. Ist das nicht der Fall, was in 5 mit „n” gekennzeichnet ist, so wird bei dem Schritt 5.V die Laufvariable j um den Wert 1 inkrementiert und zu dem Schritt 5.III zurückgekehrt, bei dem nun das nächste Frequenzspektrum, also in diesem Fall das zweite Frequenzspektrum s₂(f) mit der Konfiguration K₂ aufgenommen wird. Die Aufnahme des zweiten Frequenzspektrums s₂(f) entspricht der im Zusammenhang mit der 4 im Detail geschilderten Vorgehensweise. Anschließend wird bei dem Schritt 5.IV wiederum geprüft, ob bereits alle Frequenzspektren aufgenommen wurden. Ist das nicht der Fall, was in 5 mit „n” gekennzeichnet ist, so wird bei dem Schritt 5.V die Laufvariable j um den Wert 1 inkrementiert und zu dem Schritt 5.III zurückgekehrt, bei dem nun das nächste Frequenzspektrum, also in diesem Fall das dritte Frequenzspektrum s₃(f) mit der Konfiguration K₃ aufgenommen wird usw.
Wenn alle den bei dem Schritt 5.I vorbestimmten Konfigurationen K_j entsprechenden Frequenzspektren erfasst wurden, was in 5 mit „j” gekennzeichnet ist, so wird zu dem Schritt 5.VI übergegangen, bei dem ähnlich wie bei dem Schritt 3.III ein Vergleich V(s_j(f)) der erfassten Frequenzspektren s_j(f) durchgeführt wird. Wird eine der Anzahl j_max –1 der vorhandenen Materialien entsprechende Anzahl j_max von Frequenzspektren erfasst, so ist zu erwarten, dass jedes Maximum max_W, max_F, max_Si des ersten Frequenzspektrums s₁(f) mit Hilfe der weiteren Frequenzspektren s₂(f) bis s_jmax(f) eindeutig zu identifizieren ist. Bei dem Schritt 5.VII wird dann auf Basis des vorgenommenen Vergleichs eine Zuordnung der Maxima max_W, max_F und max_Si des ersten Frequenzspektrums s₁(f) zu den jeweiligen in dem zu untersuchenden Bereich VOI vorhandenen Materialien vorgenommen. Bei dem Schritt 5.VIII erfolgt das Ermitteln der Systemfrequenz f_w auf Basis der bei dem Schritt 5.VII vorgenommenen Zuordnung der Maxima max_W, max_F, max_Si zu den einzelnen im untersuchten Bereich vorhandenen Materialien. Wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel bereits erläutert, kann die Systemfrequenz mit Hilfe einer Kreuzkorrelation zwischen einer Modellfunktion und dem experimentell erfassten ersten Frequenzspektrum s₁(f) bzw. einem daraus erzeugten gefilterten Frequenzspektrum s_1f(f) ermittelt werden. Wie bereits erwähnt, muss, um die Modellfunktion mit dem Spektrum richtig zu korrelieren, jedoch die Zuordnung der Maxima max_W, max_F, max_Si zu den entsprechenden Materialien bekannt sein. Diese Information wird bei dem Schritt 5.VII zur Verfügung gestellt, so dass eine korrekte Ermittlung der Systemfrequenz f_w gewährleistet ist.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 61, welche in der Lage ist, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 300, 500 zu arbeiten. Kernstück dieser Magnetresonanzanlage 61 ist der Magnetresonanztomograph 62 selbst, in welchem ein Patient P auf einem Patientenlagerungstisch 64 (auch Liegenbrett 64 genannt) in einem ringförmigen Grundfeldmagneten 63, welcher den Messraum 65 umschließt, positioniert wird. Auf und ggf. auch unter dem Patienten befindet sich beispielsweise eine Vielzahl von Lokalspulen S, auch Magnetresonanzspulen genannt.
Das Liegenbrett 64 ist in Längsrichtung, d. h. entlang der Längsachse des Tomographen 62, verschiebbar. Diese Richtung wird in dem ebenfalls dargestellten Raumkoordinatensystem als z-Richtung bezeichnet. Innerhalb des Grundfeldmagneten befindet sich im Tomographen 62 eine nicht näher dargestellte Ganzkörperspule, mit der Hochfrequenzpulse ausgesendet und empfangen werden können. Außerdem weist der Tomograph 62 in üblicher, in der Figur nicht dargestellter Weise Gradientenspulen auf, um in jeder der Raumrichtungen x, y, z einen Magnetfeldgradienten anlegen zu können.
Angesteuert wird der Tomograph 62 von einer Steuereinrichtung 66, welche hier separat dargestellt ist. An die Steuereinrichtung 66 ist ein Terminal 74 angeschlossen. Dieses Terminal 74 weist einen Bildschirm 77, eine Tastatur 75 und ein Zeigegerät 76 für eine graphische Benutzeroberfläche, beispielsweise eine Maus 76 oder dergleichen auf. Das Terminal 74 dient u. a. als Benutzerschnittstelle, über die ein Bediener die Steuereinrichtung 66 und damit den Tomographen 62 bedient. Sowohl die Steuereinrichtung 66 als auch das Terminal 74 können auch integraler Bestandteil des Tomographen 62 sein.
Das Magnetresonanzsystem 61 kann darüber hinaus auch alle weiteren üblichen Komponenten bzw. Merkmale solcher Systeme aufweisen, wie z. B. Schnittstellen zum Anschluss eines Kommunikationsnetzes, beispielsweise eines Bildinformationssystems o. Ä. Alle diese Komponenten sind jedoch der besseren Übersichtlichkeit wegen in der 6 nicht dargestellt.
Über das Terminal 74 kann ein Bediener mit der Steuereinrichtung 66 kommunizieren und so für die Durchführung der gewünschten Messungen sorgen, indem beispielsweise der Tomograph 62 von der Steuereinrichtung 66 so angesteuert wird, dass die erforderlichen Hochfrequenzpulssequenzen durch die Hochfrequenz-Spulen ausgesendet werden und die Gradientenspulen in geeigneter Weise geschaltet werden. Über die Steuereinrichtung 66 werden auch die vom Tomographen kommenden, für die Bildgebung benötigten Rohdaten RD akquiriert. Hierzu weist die Steuereinrichtung 66 eine Rohdatenerzeugungseinheit 67 auf, in der von dem Tomographen 62 kommende Messsignale in Rohdaten RD gewandelt werden. Beispielsweise wird dies durch eine Digitalisierung der Messsignale erreicht. In einer Signalauswerteeinheit 68, bei der es sich z. B. um ein Modul der Steuereinrichtung 66 handeln kann, werden Rohdaten RD zu Bilddaten BD rekonstruiert. Die Bilddaten BD können beispielsweise auf dem Bildschirm 77 des Terminals 74 visualisiert werden und/oder in einem Speicher hinterlegt bzw. über ein Netzwerk versandt werden. Weiterhin weist die Steuereinrichtung 66 eine Ansteuersequenz-Erzeugungseinheit 69 auf, mit der eine Ansteuersequenz AS, AS1 entsprechend einem Protokoll, das zum Beispiel von dem Terminal 74 empfangen wird, erzeugt wird.
Beispielsweise empfängt die Ansteuersequenz-Erzeugungseinheit 69 von dem Terminal 74 Protokolldaten PR, welche vorbestimmte Parameterwerte einer zu ermittelnden Pulssequenz AS, AS1 aufweisen. Die Ansteuersequenz-Erzeugungseinheit 69 ist weiterhin dazu eingerichtet, eine Ansteuersequenz AS, AS1 auf dem Magnetresonanztomographen 62 auszuspielen, diese ist erfindungsgemäß zum Beispiel eine erste Anregungssequenz AS1 zum Erfassen eines ersten Frequenzspektrums s₁(f) oder die im Zusammenhang mit der 2 und den 3 bis 5 beschriebene Ansteuersequenz AS mit einem Inversionspuls.
Zusätzlich umfasst das in 6 gezeigte Magnetresonanzsystem 61 eine Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80. Die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80 ist dazu eingerichtet, eine einem zu untersuchenden Bereich VOI eines Patienten P zugeordnete Systemfrequenz f_w zu ermitteln. Je nach an einer bestimmten Position vorhandenen Materialien und dem dort herrschenden lokal leicht variablen Magnetfeld kann die Systemfrequenz auch örtlich variieren. Die Messung zur Bestimmung der Systemfrequenz umfasst bevorzugt das Ausspielen einer sogenannten STEAM-Sequenz mit drei RF-Pulsen, mit der ein stimuliertes Echo erzeugt wird, wobei jeder der drei RF-Pulse mit Selektionsgradienten in einer der drei Raumachsen zusammenfällt. Das Echo wird fouriertransformiert und die Signale aller Spulenelemente werden aufaddiert. Die Fouriertransformation und Addition kann zum Beispiel mit Hilfe einer Spektrum-Erzeugungseinheit 68a ausgeführt werden, welche bei der Messung erfasste Rohdaten von der Rohdatenerzeugungseinheit 67 erhält und Spektraldaten s₁(f) erzeugt. Ein erzeugtes erstes Frequenzspektrum s₁(f) wird dann beispielsweise weiter an die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung übermittelt. Die Ansteuersequenz-Erzeugungseinrichtung 69 ist auch dazu eingerichtet, eine zweite Ansteuersequenz AS zu erzeugen, welche dem erfindungsgemäßen Verfahren 300, 500 entsprechend mit Hilfe eines vorgeschalteten Inversionspulses einzelne Maxima bei der Aufnahme von zusätzlichen Frequenzspektren s₂(f)...s_jmax(f) unterdrückt. Nach dem Ausspielen der zweiten Ansteuersequenz AS und der Erfassung der entsprechen Rohdaten werden die genannten zusätzlichen Frequenzspektren s₂(f)...s_jmax(f) von der Spektrum-Erzeugungseinheit 68a erzeugt.
Die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80 umfasst eine Eingangsschnittstelle 81, welche dazu eingerichtet ist, die von der Spektrum-Erzeugungseinheit 68a erzeugten Spektraldaten s_j(f) zu empfangen und an eine Vergleichseinheit 82 weiterzuleiten. Die Vergleichseinheit 82 ermittelt auf Basis der erfassten Frequenzspektren s_j(f), welche Unterschiede zwischen den einzelnen Frequenzpektren bestehen und insbesondere, ob ein bei dem ersten Frequenzspektrum s₁(f) auftretendes Maximum bei einem der anderen Frequenzspektren s₂(f)...s_jmax(f) nicht mehr auftritt. Das Vergleichsergebnis VE wird an eine Zuordnungseinheit 83 weitergeleitet, welche auf Basis des Vergleichsergebnisses VE eine Zuordnung ZO der Maxima des ersten Frequenzspektrums s₁(f) zu verschiedenen Materialien vornimmt. Die Zuordnung ZO wird an eine Systemfrequenz-Ermittlungseinheit 84 weitergeleitet, welche auf Basis der Zuordnung ZO eine Systemfrequenz f_w ermittelt.
Die ermittelte Systemfrequenz f_w wird anschließend über eine Ausgangschnittstelle 85 an das Terminal 74 übermittelt. In dem Terminal 74 wird die Systemfrequenz f_w bei der Erstellung eines Protokolls PR berücksichtigt, welches nach Fertigstellung an die Steuerungseinrichtung 66 übermittelt wird. Wie bereits erwähnt, umfasst die Steuerungseinrichtung 66 eine Ansteuersequenz-Erzeugungseinheit 69, die von dem Terminal 74 die Protokolldaten PR empfängt, welche bereits vorbestimmte Parameterwerte einer zu ermittelnden Pulssequenz AS1 aufweisen. Mit Hilfe der Ansteuersequenz-Erzeugungseinheit 69 wird dann die erzeugte Ansteuersequenz AS1 auf dem Magnetresonanztomographen 62 ausgespielt und die eigentliche Bildaufnahme kann mit der an die ermittelte Systemfrequenz f_w angepassten Ansteuersequenz AS1 durchgeführt werden.
Die zur Umsetzung der Erfindung in einem Magnetresonanzsystem 61 erforderlichen Komponenten der Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80, wie zum Beispiel die Vergleichseinheit 82, die Zuordnungseinheit 83 und die Systemfrequenz-Ermittlungseinheit 84, können zumindest teilweise oder auch vollständig in Form von Softwarekomponenten erstellt werden. Beispielsweise kann die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80 auch Teil der Steuereinrichtung 66 sein und die Ansteuersequenz-Erzeugungseinrichtung 69 umfassen. Übliche Magnetresonanzsysteme weisen ohnehin programmierbare Steuereinrichtungen auf, so dass auf diese Weise die Erfindung bevorzugt mit Hilfe von geeigneter Steuersoftware realisierbar ist, d. h., es wird ein entsprechendes Computerprogramm direkt in den Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung 66 des betreffenden Magnetresonanzsystems 61 geladen, welches Computerprogramm Programmcode-Mittel aufweist, um das erfindungsgemäße Verfahren 300 durchzuführen. Auf diese Weise sind auch bereits existierende Magnetresonanzsysteme einfach und kostengünstig nachrüstbar.
Insbesondere ist es möglich, dass einige der Komponenten auch als Unterroutinen in bereits in der Steuereinrichtung 66 vorhandenen Komponenten realisiert sind bzw. dass vorhandene Komponenten für den erfindungsgemäßen Zweck mitverwendet werden. Dies betrifft beispielsweise die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung 80, die zum Beispiel in einer existierenden Steuereinrichtung 66 eventuell bereits vorhandenen Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung implementiert werden kann.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurden das Verfahren und die Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung in erster Linie anhand eines Magnetresonanzsystems zur Aufnahme von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf Magnetresonanzsysteme für die Aufnahme von Bildern für andere Zwecke, beispielsweise für die Materialprüfung oder dergleichen, angewandt werden. 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 schließen die Begriffe „Einheit” oder „Modul” nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren (300, 500) zum Ermitteln einer MR-Systemfrequenz (f_w) für einen zu untersuchenden Bereich (VOI), welcher eine Mehrzahl von Materialien (W, F, Si) umfasst, aufweisend die Schritte: – Erfassen eines ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) mit Hilfe einer ersten HF-Anregungssequenz (AS1), bevorzugt einer ersten stimulierten Echosequenz (STEAM1), – Erfassen eines zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)), aufweisend die Schritte: – Ausspielen einer zweiten HF-Anregungssequenz, bevorzugt einer zweiten stimulierten Echosequenz (STEAM2), zu einem Zeitpunkt (TI), dem ein Nulldurchgang einer Relaxationskurve (1, 2) der Magnetisierung (M_z) eines der Materialien (W, F, Si) zugeordnet ist, – Auslesen (RD-O) der zum Echozeitpunkt der zweiten HF-Anregungssequenz erfassten Magnetresonanzsignale, – Ermitteln des zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)) auf Basis der erfassten Magnetresonanzsignale, – Vergleichen des ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) und des zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)), – Zuordnen von Maxima (max_W, max_F, max_Si) des ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) zu verschiedenen Materialien (W, F, Si) auf Basis des Vergleichs, – Ermitteln der Systemfrequenz (f_w) auf Basis der Zuordnung der Maxima (max_W, max_F, max_Si)
Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei zusätzlich mindestens ein drittes Frequenzspektrum (s₃(f), s₄(f)) erfasst wird, wobei hierfür eine dritte HF-Anregungssequenz ausgespielt wird, und der Zeitpunkt (TI) des Ausspielens der dritten HF-Anregungssequenz, bevorzugt einer dritten stimulierten Echosequenz (STEAM3), derart gewählt wird, dass dem Zeitpunkt (TI) ein Nulldurchgang einer Relaxationskurve der Magnetisierung (M_z) eines anderen Materials (Si) als bei dem Erfassen des zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)) zugeordnet ist und das mindestens eine dritte Frequenzspektrum (s₃(f), s₄(f)) bei dem Vergleichsschritt berücksichtigt wird.
Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Zuordnung eines Maximums (max_W, max_F, max_Si) des ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) zu einem bestimmten Material in Abhängigkeit davon erfolgt, in welchem Frequenzspektrum (s₂(f), s₃(f), s₄(f)) das Maximum (max_W, max_F, max_Si) unterdrückt ist.
Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zuordnung eines Maximums (max_W, max_F, max_Si) des ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) zu einem bestimmten Material (W, F, Si) auf Basis eines der weiteren Frequenzspektren (s₂, s₃, s₄) in Abhängigkeit davon erfolgt, zu welchem Zeitpunkt eine HF-Anregungssequenz (STEAM2, STEMA3, STEAM4) bei der Erfassung des jeweiligen weiteren Frequenzspektrums (s₂, s₃, s₄) ausgespielt wurde.
Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ermittelt wird, ob ein Material (W, F, Si) in dem zu untersuchenden Bereich (VOI) vorhanden ist, indem der Zeitpunkt (TI) des Ausspielens der zweiten HF-Anregungssequenz (STEAM2) zum Erfassen des zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)) derart gewählt wird, dass dem Zeitpunkt (TI) der Anregung ein Nulldurchgang einer Relaxationskurve der Magnetisierung des gesuchten Materials (W, F, Si) zugeordnet ist, und geprüft wird, ob sich das erfasste zweite Frequenzspektrum (s₂(f)) von dem ersten Frequenzspektrum unterscheidet.
Verfahren (300, 500) nach Anspruch 5, wobei, falls ermittelt ist, dass sich das zweite Frequenzspektrum (s₂(f)) von dem ersten Frequenzspektrum (s₁(f)) nicht unterscheidet, festgestellt wird, dass das gesuchte Material (F, W, Si) nicht in dem Untersuchungsbereich (VOI) vorliegt, und falls ermittelt wird, dass sich das zweite Frequenzspektrum (s₂(f)) von dem ersten Frequenzspektrum (s₁(f)) unterscheidet, festgestellt wird, dass das gesuchte Material (W, F, Si) in dem Untersuchungsbereich (VOI) vorliegt.
Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Anregungszeitpunkt (TI) der Nulldurchgang der Relaxationskurve der Magnetisierung (M_z) eines der folgenden Materialien verwendet wird: – Wasser, – Fett, – Silikon.
Verfahren (300, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Systemfrequenz (f_w) mit Hilfe einer Anpassung einer Modellfunktion an eines der erfassten Frequenzspektren (s₁(f), s₂(f), s₃(f)) ermittelt wird.
Verfahren (300, 500) nach Anspruch 8, wobei die Systemfrequenz (f_w) mit Hilfe einer Anpassung einer Modellfunktion an das erste Frequenzspektrum (s₁(f)) ermittelt wird.
Verfahren (300, 500) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Anpassung der Modellfunktion an eines der erfassten Frequenzspektren (s₁(f), s₂(f), s₃(f)) unter Anwendung einer Kreuzkorrelation auf das erfasste Frequenzspektrums (s₁(f), s₂(f), s₃(f)) und die Modellfunktion durchgeführt wird.
Ansteuersequenz (AS) zum Ansteuern eines Magnetresonanzbildgebungssystems (61) zum Ermitteln einer Systemfrequenz (f_w) für einen zu untersuchenden Bereich (VOI), welcher eine Mehrzahl von Materialien (W, F, Si) umfasst, aufweisend: – einen HF-Inversionspuls (I-RF-PS), – eine HF-Anregungssequenz, bevorzugt eine stimulierte Echosequenz (STEAM2), die in einem zeitlichen Abstand (TI) nach dem HF-Inversionspuls (I-RF-PS) gesetzt ist, dem ein Nulldurchgang einer Relaxationskurve (1, 2) der Magnetisierung (M_z) eines der Materialien (W, F, Si) zugeordnet ist, – ein Auslesefenster, welches zum Echozeitpunkt (TE) der HF-Anregungssequenz (STEAM2) gesetzt ist.
Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung (80), aufweisend: – eine Ansteuersequenz-Erzeugungseinrichtung (69) zum Erzeugen einer ersten HF-Anregungssequenz (AS1), bevorzugt einer ersten stimulierten Echosequenz (STEAM1), und zum Erzeugen einer Ansteuersequenz (AS) nach Anspruch 11 für einen zu untersuchenden Bereich (VOI), – eine Eingangsschnittstelle (81) zum Erfassen eines ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) nach dem Erzeugen der ersten HF-Anregungssequenz (STEAM1) und zum Erfassen eines zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)) nach dem Erzeugen der Ansteuersequenz (AS) nach Anspruch 11, – eine Vergleichseinheit (82) zum Vergleichen des ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) und des zweiten Frequenzspektrums (s₂(f)), – eine Zuordnungseinheit (83) zum Zuordnen von Maxima (max_W, max_F, max_Si) des ersten Frequenzspektrums (s₁(f)) zu verschiedenen Materialien (W, F, Si) auf Basis des Vergleichs, – eine Systemfrequenz-Ermittlungseinheit (84) zum Ermitteln der Systemfrequenz (f_w) auf Basis der Zuordnung der Maxima (max_W, max_F, max_Si).
Magnetresonanzbildgebungssystem (61), umfassend eine Steuereinrichtung (66), welche zur Steuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems (61) unter Nutzung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, welches vorzugsweise eine Systemfrequenz-Ermittlungseinrichtung (80) nach Anspruch 12 umfasst.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung (66) eines Magnetresonanzbildgebungssystems (61) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung des Magnetresonanzbildgebungssystems (61) ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.