DE102015221657B4

DE102015221657B4 - Device and method for generating excitation pulses in a magnetic resonance tomograph taking into account absorption rate conditions

Info

Publication number: DE102015221657B4
Application number: DE102015221657.8A
Authority: DE
Inventors: Kurt Majewski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2035-11-05
Also published as: DE102015221657A1

Abstract

Vorrichtung (10) zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen, wobei die Anregungspulse eine Magnetisierung in einem zu untersuchenden Objekt in dem Magnetresonanztomographen verändern, mit:einer Ermittlungseinheit (11) zum Ermitteln einer Mehrzahl S von Absorptionsratenbedingungen für die Anregungspulse, wobei jede der Mehrzahl S von Absorptionsbedingungen durch eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix Z(s), mit s = 1,...,S, definiert ist, wobei jede der Matrizen Z(s) für die korrespondierende Absorptionsbedingung ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(Z(s)) beschreibt,einer Bestimmungseinheit (12) zum Bestimmen einer K-dimensionalen, Hermiteschen, positiv definiten Matrix X, wobei ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(X) (4), das durch die Matrix X beschrieben ist, innerhalb der Ellipsoide (1, 2, 3, 5, 6, 7, 8) der Absorptionsratenbedingungen liegt, und wobei das Ellipsoid E(X) (4) eine Ersatzabsorptionsratenbedingung definiert, undeiner Berechnungseinheit (13) zum Berechnen eines Anregungspulses Pkfür jede der Mehrzahl K von Sendespulen, wobei jeder Anregungspuls Pkdie Ersatzabsorptionsratenbedingung erfüllt.Device (10) for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph, with:a determination unit (11) for determining a plurality S of absorption rate conditions for the excitation pulses , where each of the plurality S of absorption conditions is defined by a K-dimensional, Hermitian, positive definite matrix Z(s), with s = 1,...,S, where each of the matrices Z(s) for the corresponding absorption condition describes a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(Z(s)),a determination unit (12) for determining a K-dimensional, Hermitian, positive definite matrix X, where a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(X ) (4), described by the matrix X, lies within the ellipsoids (1, 2, 3, 5, 6, 7, 8) of the absorption rate constraints, and where the ellipsoid E(X) (4) defines an equivalent absorption rate condition, and a calculation unit (13) for calculating an excitation pulse Pk for each of the plurality K of transmission coils, each excitation pulse Pk satisfying the equivalent absorption rate condition.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen, wobei die Anregungspulse eine Magnetisierung in einem zu untersuchenden Objekt in dem Magnetresonanztomographen verändern. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Magnetresonanztomographen mit einer solchen Vorrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorgeschlagene Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen.The present invention relates to a device for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph. Furthermore, the present invention relates to a magnetic resonance tomograph with such a device. In addition, the proposed invention relates to a method for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph.

In der Kernspinresonanztomographie wird die Magnetisierung durch Radiopulse angeregt, um bildkodierende Antwortpulse zu erhalten. In modernen Kernspinresonanztomographen werden Anregungspulse über mehrere Sendespulen abgegeben. Diese elektromagnetischen Anregungspulse führen jedoch auch zu einer Erwärmung des zu untersuchenden Objekts, beispielsweise von Gewebe. Diese Form von Energieabsorption darf insbesondere im lebenden menschlichen Körper gewisse erlaubte Grenzen nicht überschreiten. Hierbei beziehen sich die vorgeschriebenen Grenzen auf eine große Anzahl von kleinen Volumenbereichen des zu untersuchenden Objekts, wobei für jeden Volumenbereich eine andere Grenze gelten kann. Diese Grenzen werden auch als „spezifische Absorptionsraten“-Bedingungen oder SAR-Bedingungen bezeichnet. Ohne die Gewährleistung der Einhaltung aller dieser SAR-Bedingungen darf der Kernspinresonanztomograph oder Magnetresonanztomograph nicht betrieben werden. Wenn während der Durchführung einer Tomographie eine SAR-Überschreitung detektiert wird, so wird die Anregung abgebrochen, wodurch nur unvollständige Bildinformationen erhalten werden.In magnetic resonance imaging, the magnetization is stimulated by radio pulses in order to obtain image-encoding response pulses. In modern nuclear magnetic resonance tomographs, excitation pulses are emitted via a number of transmission coils. However, these electromagnetic excitation pulses also lead to heating of the object to be examined, for example tissue. This form of energy absorption must not exceed certain permissible limits, particularly in the living human body. In this case, the prescribed limits relate to a large number of small volume areas of the object to be examined, it being possible for a different limit to apply for each volume area. These limits are also referred to as "Specific Absorption Rate" or SAR conditions. Without guaranteeing compliance with all of these SAR conditions, the magnetic resonance tomograph or magnetic resonance tomograph may not be operated. If a SAR exceedance is detected while a tomography is being performed, the excitation is terminated, which means that only incomplete image information is obtained.

Die große Anzahl von SAR-Bedingungen (ca. 10 000 bis 1 000 0000) erschwert das Design von Anregungspulsen, deren Aufgabe unter anderem die gewünschte gleichmäßige Magnetisierung des Zielbereichs darstellt. Insbesondere erhöhen die Nebenbedingungen die Rechenzeit für individualisierte Anregungspulse und/oder verschlechtern ihre Qualität, da die Berechnung durch die Nebenbedingungen erschwert ist.The large number of SAR conditions (approx. 10,000 to 1,000,0000) complicates the design of excitation pulses, the task of which is, among other things, the desired uniform magnetization of the target area. In particular, the secondary conditions increase the computing time for individualized excitation pulses and/or degrade their quality, since the calculation is made more difficult by the secondary conditions.

Wenn es nur eine Sendespule gibt, so kann man alle SAR-Bedingungen erfüllen, indem man nur die SAR-Bedingung betrachtet, die zu dem Teilvolumen gehört, das die meiste Energie absorbiert. Diese einfache Reduktion auf eine Bedingung ist aber bei mehreren Sendespulen nicht anwendbar, da, je nach Sendestärke der einzelnen Spulen, unterschiedliche Volumenbereiche die meiste Energie aufnehmen.If there is only one transmitter coil, then one can meet all SAR conditions by only considering the SAR condition associated with the sub-volume that absorbs the most energy. However, this simple reduction to one condition cannot be used with several transmission coils, since, depending on the transmission strength of the individual coils, different volume areas absorb the most energy.

Eine Reduktion der SAR-Bedingungen bei mehreren Sendespulen wird in Eichfelder und Gebhard (MRI 2011) beschrieben: Hierbei werden durch iterierte Sortierungen und Dominanzabschätzungen „virtuelle SAR-Bedingungen“ erzeugt, die zusammen die Einhaltung aller ursprünglichen SAR-Bedingungen implizieren. Damit wird die Anzahl der Bedingungen auf ca. 10 bis 1000 verkleinert. Auf diese Art werden z.B. in Hoyos-Idrobo et al. (TMI 2014) die ca. 40 000 SAR-Bedingungen auf ca. 500 virtuelle SAR-Bedingungen reduziert, was das Pulsdesign vereinfacht. Dieses Verfahren benötigt allerdings selbst einigen Aufwand. Ferner ist die Anzahl der zu erfüllenden virtuellen SAR-Bedingungen immer noch relativ hoch und damit die Erfüllung ihrer Einhaltung weiterhin eine Belastung für das Pulsdesign.A reduction of the SAR conditions with several transmission coils is described in Eichfelder and Gebhard (MRI 2011): "Virtual SAR conditions" are generated through iterated sorting and dominance assessments, which together imply compliance with all original SAR conditions. This reduces the number of conditions to around 10 to 1000. In this way, for example, in Hoyos-Idrobo et al. (TMI 2014) reduced the approx. 40 000 SAR conditions to approx. 500 virtual SAR conditions, which simplifies the pulse design. However, this method itself requires some effort. Furthermore, the number of virtual SAR conditions to be met is still relatively high, and thus meeting them continues to be a burden on the pulse design.

Aus US 2015 / 0 273 230 A1 ist ein System und ein Verfahren zum Entwurf einer parallelen Radiofrequenz (RF) Übertragung für eine RF-Behandlung bekannt. Das Verfahren umfasst eine Auswahl einer Zielregion in einem Subjekt, wobei eine Mehrzahl an spezifischen Absorptionsraten (SAR)-Matrizen zur Schätzung des SAR-Wertes an Stellen innerhalb des Subjektes verwendet wird.Out of U.S. 2015/0 273 230 A1 a system and method for designing parallel radio frequency (RF) transmission for RF treatment is known. The method includes selecting a target region in a subject using a plurality of specific absorption rate (SAR) matrices to estimate the SAR value at locations within the subject.

Aus A.Hoyos-Idrobo et al. „On Variant Strategies to Solve the Magnitude Least Square Optimization Problem in Parallel Transmission Pulse Design und Under Strick SAR and Power Constrains“, IEEE transactions on medical images, 2013, 33. Jg., Nr. 3, S. 739-748, ist eine parallele Übertragung bekannt, die unvermeidbare Radiofrequenz-Inhomogenitäten in Magnetresonanzbildern im ultrahohen Bereich vermindert.From A.Hoyos-Idrobo et al. "On Variant Strategies to Solve the Magnitude Least Square Optimization Problem in Parallel Transmission Pulse Design and Under Strick SAR and Power Constrains", IEEE transactions on medical images, 2013, vol. 33, no. 3, pp. 739-748 a parallel transmission is known that reduces unavoidable radio frequency inhomogeneities in magnetic resonance images in the ultra-high range.

Aus A. Thacenko, „Applications of Convex Optimization in Signal Processing and Communications, Lecture 17, California Institute of Technology (Caltech), EE/ACM 150, Veröff.datum: 29.05.2012, S.1,2, 17 bis 21 ist eine mathematische konvexe Optimierung in der Signalverarbeitung bekannt.From A. Thacenko, "Applications of Convex Optimization in Signal Processing and Communications, Lecture 17, California Institute of Technology (Caltech), EE/ACM 150, publ. date: 2012-05-29, pp.1,2, 17 to 21 a mathematical convex optimization in signal processing is known.

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Erzeugung von Anregungspulsen unter Einhaltung der Absorptionsratenbedingungen zu vereinfachen und damit die erforderlichen Zeit- und Rechenressourcen zu reduzieren.Against this background, one object of the present invention is to simplify the generation of excitation pulses while complying with the absorption rate conditions and thus to reduce the time and computing resources required.

Demgemäß wird eine Vorrichtung zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen vorgeschlagen, wobei die Anregungspulse eine Magnetisierung in einem zu untersuchenden Objekt in dem Magnetresonanztomographen verändern. Die Vorrichtung weist eine Ermittlungseinheit zum Ermitteln einer Mehrzahl S von Absorptionsratenbedingungen für die Anregungspulse, wobei jede der Mehrzahl S von Absorptionsbedingungen durch eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix Z(s), mit s = 1,...,S, definiert ist, wobei jede der Matrizen Z(s) für die korrespondierende Absorptionsbedingung ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(Z(s)) beschreibt, eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen einer K-dimensionalen, Hermiteschen, positiv definiten Matrix X, wobei ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(X), das durch die Matrix X beschrieben ist, innerhalb der Ellipsoide der Absorptionsratenbedingungen liegt, und wobei das Ellipsoid E(X) eine Ersatzabsorptionsratenbedingung definiert, und eine Berechnungseinheit zum Berechnen eines Anregungspulses P_k für jede der Mehrzahl K von Sendespulen auf, wobei jeder Anregungspuls P_k die Ersatzabsorptionsratenbedingung erfüllt.Accordingly, a device for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph is proposed, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph. The device has a determination unit for determining a plurality S of absorption rate conditions for the excitation pulses, each of the plurality S of absorption conditions being carried out a K-dimensional Hermitian positive definite matrix Z(s), with s = 1,...,S, is defined, where each of the matrices Z(s) for the corresponding absorption condition is a centered complex K-dimensional ellipsoid E(Z(s)) describes a determination unit for determining a K-dimensional Hermitian positive-definite matrix X, where a centered complex K-dimensional ellipsoid E(X), described by the matrix X, lies within the ellipsoids of the absorption rate conditions, and wherein the ellipsoid E(X) defines an equivalent absorption rate condition, and a calculation unit for calculating an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmission coils, each excitation pulse P _k satisfying the equivalent absorption rate condition.

Die jeweilige Einheit, zum Beispiel Bestimmungseinheit oder Berechnungseinheit, kann dabei hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.The respective unit, for example determination unit or calculation unit, can be implemented in terms of hardware and/or software. In the case of a hardware implementation, the respective unit can be embodied as a device or as part of a device, for example as a computer or as a microprocessor. In the case of a software implementation, the respective unit can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code or as an executable object.

Durch die vorgeschlagene Vorrichtung kann die Einhaltung aller Absorptionsratenbedingungen bzw. SAR-Bedingungen erreicht werden, indem nur eine abgeänderte Bedingung als Ersatzbedingung betrachtet wird, oder zumindest nur eine kleine Anzahl solcher Ersatzbedingungen. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Anregungspulsen vereinfacht und die oben beschriebenen Rechenzeit- oder Qualitätsprobleme reduziert.With the proposed device, compliance with all absorption rate conditions or SAR conditions can be achieved by considering only one modified condition as a substitute condition, or at least only a small number of such substitute conditions. In this way, the generation of excitation pulses is simplified and the computing time or quality problems described above are reduced.

Unter einer Absorptionsratenbedingung werden hier die Bedingungen für die spezifische Absorptionsrate für einen bestimmten Volumenbereich des zu untersuchenden Objekts verstanden.An absorption rate condition is understood here to mean the conditions for the specific absorption rate for a specific volume region of the object to be examined.

Die hierin verwendeten Matrizen sind K-dimensional, d.h. haben als Dimension die Anzahl der vorhandenen Sendespulen. Auf diese Weise ist das Prinzip auf eine beliebige Anzahl von Sendespulen anwendbar.The matrices used here are K-dimensional, i.e. their dimension is the number of transmitter coils present. In this way, the principle can be applied to any number of transmission coils.

Eine Hermitesche Matrix ist in der Mathematik eine komplexe quadratische Matrix, die gleich ihrer adjungierten Matrix ist. Die Einträge einer Hermiteschen Matrix oberhalb der Hauptdiagonale ergeben sich demnach durch Spiegelung der Einträge unterhalb der Diagonale und nachfolgender komplexer Konjugation. Die Einträge auf der Hauptdiagonale selbst sind alle reell. Positiv definite Matrizen sind eine Sonderform der Hermiteschen Matrizen, bei denen alle Eigenwerte positiv sind.A Hermitian matrix in mathematics is a complex square matrix that is equal to its adjoint matrix. The entries of a Hermitian matrix above the main diagonal result from mirroring the entries below the diagonal and subsequent complex conjugation. The entries on the main diagonal itself are all real. Positive definite matrices are a special form of Hermitian matrices in which all eigenvalues are positive.

Jede komplexe, K-dimensionale, Hermitesche und positive Matrix H ist invertierbar und beschreibt geometrisch durch E(H) ={x ∈ C^K:x*H^-1x≤1} ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid in C^k, wobei C die Menge der komplexen Zahlen bezeichnet. Das Volumen dieses Ellipsoids ist proportional zur Determinante von H.Every complex, K-dimensional, Hermitian and positive matrix H is invertible and geometrically describes a centered, complex, K-dimensional ellipsoid in C ^k by E(H) = {x ∈ C ^K :x*H ^-1 x≤1} , where C denotes the set of complex numbers. The volume of this ellipsoid is proportional to the determinant of H.

Die komplexe, K-dimensionale, Hermitesche und positiv definite Matrix X wird nun so bestimmt, dass ihr Ellipsoid E(X) innerhalb aller Ellipsoide E(Z(s)) für s =1, ... , S liegt. Wenn dann der Anregungspuls P derart berechnet wird, dass er diese Ersatzbedingung erfüllt, so sind alle S ursprünglichen SAR-Bedingungen auch erfüllt.The complex, K-dimensional, Hermitian and positive definite matrix X is now determined such that its ellipsoid E(X) lies within all ellipsoids E(Z(s)) for s = 1, ... , S. If the excitation pulse P is then calculated in such a way that it satisfies this replacement condition, then all S original SAR conditions are also met.

Jede der SAR-Bedingungen wird dabei durch eine Matrix Z(s) und das korrespondierende Ellipsoid E(Z(s)) dargestellt. Indem nun eine Matrix mit einem Ellipsoid, das die Schnittmenge aller Ellipsoide E(Z(s)) darstellt, als Ersatzbedingung gewählt wird, können auf einfache Weise Anregungspulse bestimmt werden, die alle SAR-Bedingungen erfüllen.Each of the SAR conditions is represented by a matrix Z(s) and the corresponding ellipsoid E(Z(s)). By now choosing a matrix with an ellipsoid, which represents the intersection of all ellipsoids E(Z(s)) as the replacement condition, excitation pulses that fulfill all SAR conditions can be determined in a simple manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu eingerichtet, die Matrix X so zu bestimmen, dass das Volumen des Ellipsoids E(X) maximal ist.According to a further embodiment, the determination unit is set up to determine the matrix X in such a way that the volume of the ellipsoid E(X) is at a maximum.

Indem das Volumen des Ellipsoids maximiert wird, kann sichergestellt werden, dass diese Ersatzabsorptionsratenbedingung die größtmögliche Freiheit für die Anregungspulse und somit das Pulsdesign bereitstellt.By maximizing the volume of the ellipsoid, it can be ensured that this equivalent absorption rate condition provides the greatest possible freedom for the excitation pulses and hence the pulse design.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu eingerichtet, die Matrix X anhand eines konvexen Optimierungsproblems zu bestimmen.According to a further embodiment, the determination unit is set up to determine the matrix X using a convex optimization problem.

Das Problem, eine Matrix X so zu bestimmen, dass E(X) maximales Volumen besitzt und für alle s = 1, ... , S Teilmenge von E(Z(s)) ist, kann als konvexes Optimierungsproblem dargestellt und somit durch Standardverfahren für diese Probleme gelöst werden. Die Lösung des konvexen Optimierungsproblems stellt dabei ein globales Optimum bereit.The problem of determining a matrix X such that E(X) has maximum volume and is a subset of E(Z(s)) for all s = 1, ... , S can be represented as a convex optimization problem and thus by standard methods for these problems to be resolved. The solution of the convex optimization problem provides a global optimum.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Berechnungseinheit dazu eingerichtet, jeden Anregungspuls P_k derart zu bestimmen, dass das Integral von P_k(t)* X P_k(t) von 0 bis T kleiner oder gleich 1 ist, wobei T die Dauer des Anregungspulses P_k ist, P_k(t) die Spannungsamplitude und Spannungsphase der k-ten Sendespule zur Zeit t ist und P_k(t)* der Hermitesch transponierte Vektor von P_k(t) ist.According to a further embodiment, the calculation unit is set up to determine each excitation pulse P _k in such a way that the integral of P _k (t)* XP _k (t) from 0 to T is less than or equal to 1, where T is the duration of the excitation pulse P _k , P _k (t) is the voltage amplitude and voltage phase of the kth transmit coil at time t, and P _k (t)* is the Hermitian transposed vector of P _k (t).

Die SAR-Bedingung s wird dabei von dem Anregungspuls P erfüllt, wenn das Integral des reellen Wertes P_k(t)* X P_k(t) von 0 bis T kleiner oder gleich 1 ist. Dabei stellt der komplette Term ein Vektor-Matrix-Vektor-Produkt dar.The SAR condition s is fulfilled by the excitation pulse P if the integral of the real value P _k (t)* XP _k (t) from 0 to T is less than or equal to 1. The complete term represents a vector-matrix-vector product.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bestimmungseinheit dazu eingerichtet, eine Mehrzahl von Bereichen des zu untersuchenden Objekts zu bestimmen, und für jeden dieser Bereiche eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix X zu bestimmen, wobei ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(X), das durch die Matrix X beschrieben ist, innerhalb der Ellipsoide der Absorptionsratenbedingungen des jeweiligen Bereichs liegt, und wobei das Ellipsoid E(X) eine Ersatzabsorptionsratenbedingung für den jeweiligen Bereich definiert.According to a further embodiment, the determination unit is set up to determine a plurality of areas of the object to be examined and to determine a K-dimensional, Hermitian, positive definite matrix X for each of these areas, with a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(X), described by the matrix X, lies within the ellipsoid of the respective region's absorption rate constraints, and wherein the ellipsoid E(X) defines a substitute absorption rate condition for the respective region.

Beispielsweise wenn das zu untersuchende Objekt in verschiedene Bereiche mit stark unterschiedlichen Gewebearten oder Empfangsstärken zerfällt, kann somit eine Ersatzabsorptionsratenbedingung für jeden dieser Bereiche berechnet und damit mehrere Ersatzbedingungen bestimmt werden.For example, if the object to be examined breaks up into different areas with very different types of tissue or reception strengths, a replacement absorption rate condition can thus be calculated for each of these areas and a number of replacement conditions can thus be determined.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Berechnungseinheit dazu eingerichtet, einen Anregungspuls P_k für jede der Mehrzahl K von Sendespulen zu berechnen, wobei jeder Anregungspuls P_k jede Ersatzabsorptionsratenbedingung erfüllt.According to a further embodiment, the calculation unit is set up to calculate an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmission coils, with each excitation pulse P _k fulfilling each replacement absorption rate condition.

Es werden hierbei für alle Sendespulen Anregungspulse berechnet, wobei jeder Anregungspuls alle Ersatzbedingungen erfüllt. Die SAR-Bedingungen werden somit über alle Bereiche hinweg erfüllt.In this case, excitation pulses are calculated for all transmission coils, with each excitation pulse fulfilling all equivalent conditions. The SAR conditions are thus met across all areas.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Magnetresonanztomograph mit einer Mehrzahl K von Sendespulen und einer wie oben beschriebenen Vorrichtung zum Erzeugen von Anregungspulsen mit der Mehrzahl K von Sendespulen vorgeschlagen, wobei die Anregungspulse eine Magnetisierung in einem zu untersuchenden Objekt in dem Magnetresonanztomographen verändern.According to a further aspect, a magnetic resonance tomograph with a plurality K of transmission coils and a device for generating excitation pulses with the plurality K of transmission coils as described above is proposed, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph.

Gemäß einer Ausführungsform ist K größer als oder gleich 2.According to one embodiment, K is greater than or equal to 2.

Die Anzahl K der Sendespulen kann somit gleich 2 sein, kann aber auch beliebig größer als 2 sein.The number K of transmission coils can thus be equal to 2, but can also be greater than 2 as desired.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen vorgeschlagen, wobei die Anregungspulse eine Magnetisierung in einem zu untersuchenden Objekt in dem Magnetresonanztomographen verändern. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Ermitteln einer Mehrzahl S von Absorptionsratenbedingungen für die Anregungspulse, wobei jede der Mehrzahl S von Absorptionsbedingungen durch eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix Z(s), mit s = 1,...,S, definiert ist, wobei jede der Matrizen Z(s) für die korrespondierende Absorptionsbedingung ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(Z(s)) beschreibt, Bestimmen einer K-dimensionalen, Hermiteschen, positiv definiten Matrix X, wobei ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(X), das durch die Matrix beschrieben ist, innerhalb der Ellipsoide der Absorptionsratenbedingungen liegt, und wobei das Ellipsoid E(X) eine Ersatzabsorptionsratenbedingung definiert, und Berechnen eines Anregungspulses P_k für jede der Mehrzahl K von Sendespulen, wobei jeder Anregungspuls P_k die Ersatzabsorptionsratenbedingung erfüllt.According to a further aspect, a method for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph is proposed, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph. The method comprises the following steps: determining a plurality S of absorption rate conditions for the excitation pulses, each of the plurality S of absorption conditions being represented by a K-dimensional Hermitian positive definite matrix Z(s), with s = 1,..., S, where each of the matrices Z(s) for the corresponding absorption condition describes a centered complex K-dimensional ellipsoid E(Z(s)), determining a K-dimensional Hermitian positive definite matrix X, where a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(X) described by the matrix, lying within the ellipsoids of absorption rate constraints, and wherein the ellipsoid E(X) defines a substitute absorption rate constraint, and computing an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmitter coils, each excitation pulse P _k fulfilling the equivalent absorption rate condition.

Die für die vorgeschlagene Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend.The embodiments and features described for the proposed device apply accordingly to the proposed method.

Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.Furthermore, a computer program product is proposed which causes the method explained above to be carried out on a program-controlled device.

Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm-Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.A computer program product, such as a computer program means, can be made available or supplied by a server in a network, for example, as a storage medium such as a memory card, USB stick, CD-ROM, DVD, or in the form of a downloadable file. This can be done, for example, in a wireless communication network by transferring a corresponding file with the computer program product or the computer program means.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Blockansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen von Anregungspulsen;
2 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels von Absorptionsratenbedingungen;
3 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels von Absorptionsratenbedingungen; und
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen von Anregungspulsen.

Further advantageous refinements and aspects of the invention are the subject matter of the dependent claims and of the exemplary embodiments of the invention described below. The invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the enclosed figures.

1 shows a schematic block view of a device for generating excitation pulses;
2 Figure 12 shows a schematic view of a first embodiment of absorption rate conditions;
3 Figure 12 shows a schematic view of a second embodiment of absorption rate conditions; and
4 shows a schematic flowchart of a method for generating excitation pulses.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.Elements that are the same or have the same function have been provided with the same reference symbols in the figures, unless otherwise stated.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen, wobei die Anregungspulse eine Magnetisierung in einem zu untersuchenden Objekt in dem Magnetresonanztomographen verändern. 1 shows a device 10 for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph.

Die Vorrichtung 10 weist eine Ermittlungseinheit 11, eine Bestimmungseinheit 12 und eine Berechnungseinheit 13 auf.The device 10 has a determination unit 11 , a determination unit 12 and a calculation unit 13 .

Die Ermittlungseinheit 11 ermittelt eine Mehrzahl S von Absorptionsratenbedingungen (SAR-Bedingungen) für die Anregungspulse. Jede der Mehrzahl S von Absorptionsbedingungen ist dabei durch eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix Z(s), mit s = 1,...,S, definiert. Geometrisch interpretiert stellt dabei jede der Matrizen Z(s) ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(Z(s)) dar.The determination unit 11 determines a plurality S of absorption rate conditions (SAR conditions) for the excitation pulses. Each of the plurality S of absorption conditions is defined by a K-dimensional, Hermitian, positive definite matrix Z(s), with s=1,...,S. Geometrically interpreted, each of the matrices Z(s) represents a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(Z(s)).

Die Bestimmungseinheit 12 bestimmt eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix X, wobei ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(X), das durch die Matrix X beschrieben ist, innerhalb der Ellipsoide der Absorptionsratenbedingungen liegt. Das Ellipsoid E(X) definiert eine Ersatzabsorptionsratenbedingung, die zur Berechnung der Anregungspulse verwendet werden kann.The determination unit 12 determines a K-dimensional Hermitian positive definite matrix X, where a centered complex K-dimensional ellipsoid E(X) described by the matrix X lies within the ellipsoid of the absorption rate constraints. The ellipsoid E(X) defines an equivalent absorption rate constraint that can be used to calculate the excitation pulses.

Die Berechnungseinheit 13 berechnet anschließend einen Anregungspuls P_k für jede der Mehrzahl K von Sendespulen, wobei jeder Anregungspuls P_k die Ersatzabsorptionsratenbedingung erfüllt.The calculation unit 13 then calculates an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmission coils, with each excitation pulse P _k fulfilling the equivalent absorption rate condition.

2 und 3 zeigen zwei Szenarien für Absorptionsratenbedingungen. Beide Szenarien stellen analoge, reelle, zweidimensionale Situationen dar. 2 and 3 show two scenarios for absorption rate conditions. Both scenarios represent analog, real, two-dimensional situations.

In 2 sind drei Ellipsoide E(Z(1)), E(Z(2)) und E(Z(3)) als Ellipsoide 1, 2, 3 gezeugt. Diese repräsentieren die gegebenen Absorptionsratenbedingungen (SAR-Bedingungen). Das Ellipsoid 4 in der Mitte stellt das eingeschriebene Ellipsoid E(X) mit maximalem Volumen dar, wie es durch die Bestimmungseinheit 12 bestimmt wird. Die in 1 beschriebene Vorrichtung 10 liefert mit dem Ellipsoid 4 also eine Ersatzbedingung.In 2 three ellipsoids E(Z(1)), E(Z(2)) and E(Z(3)) are generated as ellipsoids 1, 2, 3. These represent the given absorption rate (SAR) conditions. The ellipsoid 4 in the middle represents the inscribed ellipsoid E(X) with maximum volume as determined by the determination unit 12. In the 1 The device 10 described thus supplies an alternative condition with the ellipsoid 4 .

Man kann, z.B. wenn das Gebiet in verschiedene Bereiche mit stark unterschiedlichen Gewebearten oder Empfangsstärken zerfällt, eine Ersatzbedingung für jeden dieser Bereiche berechnen, und damit mehrere Ersatzbedingungen produzieren.For example, if the area is divided into different areas with very different types of tissue or reception strength, one substitute condition can be calculated for each of these areas, and thus produce several substitute conditions.

Bei dem Szenario in 3 sind die dargestellten Ellipsoide 5, 6, 7 und 8 sehr langgestreckt und stehen paarweise beinahe senkrecht zueinander. In dieser Situation ist es unter Umständen besser, für die beiden senkrechten 5, 6 und waagrechten 7, 8 Ellipsoide separate eingeschriebene Ellipsoide mit maximalem Volumen zu bestimmen, deren Schnitt dann die „eckige“ Schnittmenge 9 aller Ellipsoide besser ausfüllt.In the scenario in 3 the ellipsoids 5, 6, 7 and 8 shown are very elongated and are in pairs almost perpendicular to one another. In this situation, it may be better to determine separate inscribed ellipsoids with maximum volume for the two vertical 5, 6 and horizontal 7, 8 ellipsoids, the intersection of which then fills out the “angular” intersection 9 of all ellipsoids better.

4 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen von Anregungspulsen mit einer Mehrzahl K von Sendespulen in einem Magnetresonanztomographen. Das Verfahren weist die Schritte 401 bis 403 auf. 4 shows a method for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph. The method includes steps 401-403.

In Schritt 401 wird eine Mehrzahl S von Absorptionsratenbedingungen für die Anregungspulse ermittelt, wobei jede der Mehrzahl S von Absorptionsbedingungen durch eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix Z(s), mit s = 1,...,S, definiert ist. Dabei beschreibt jede der Matrizen Z(s) ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(Z(s)).In step 401, a plurality S of absorption rate conditions for the excitation pulses are determined, each of the plurality S of absorption conditions being defined by a K-dimensional Hermitian positive definite matrix Z(s), with s=1,...,S . Each of the matrices Z(s) describes a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(Z(s)).

In Schritt 402 wird eine K-dimensionale, Hermitesche, positiv definite Matrix X bestimmt, wobei ein zentriertes, komplexes, K-dimensionales Ellipsoid E(X), das durch die Matrix beschrieben ist, innerhalb der Ellipsoide der Absorptionsratenbedingungen liegt, und wobei das Ellipsoid E(X) eine Ersatzabsorptionsratenbedingung definiert.In step 402, a K-dimensional Hermitian positive-definite matrix X is determined, where a centered complex K-dimensional ellipsoid E(X) described by the matrix lies within the ellipsoid of the absorption rate constraints, and where the ellipsoid E(X) defines a replacement absorption rate constraint.

Schließlich wird in Schritt 403 ein Anregungspuls P_k für jede der Mehrzahl K von Sendespulen berechnet, wobei jeder Anregungspuls P_k die Ersatzabsorptionsratenbedingung erfüllt.Finally, in step 403, an excitation pulse P _k is calculated for each of the plurality K of transmit coils, each excitation pulse P _k satisfying the equivalent absorption rate condition.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.Although the present invention has been described using exemplary embodiments, it can be modified in many ways.

Claims

Device (10) for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph, with: a determination unit (11) for determining a plurality S of absorption rate conditions for the excitation pulses , where each of the plurality S of absorption conditions is defined by a K-dimensional Hermitian positive definite matrix Z(s), with s = 1,...,S, where each of the matrices Z(s) for the corresponding absorption condition describes a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(Z(s)), a determination unit (12) for determining a K-dimensional, Hermitian, positive definite matrix X, where a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(X ) (4), described by the matrix X, lies within the ellipsoids (1, 2, 3, 5, 6, 7, 8) of the absorption rate constraints, and where the ellipsoid d E(X) (4) defines an equivalent absorption rate condition, and a calculation unit (13) for calculating an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmission coils, each excitation pulse P _k satisfying the equivalent absorption rate condition.

Device (10) after claim 1 , characterized in that the determination unit (12) is set up to determine the matrix X such that the volume of the ellipsoid E(X) (4) is at a maximum.

Device (10) after claim 1 or 2 , characterized in that the determination unit (12) is set up to determine the matrix X using a convex optimization problem.

Device (10) after claim 3 , characterized in that the determination unit (12) is set up to provide a global optimum as a solution to the convex optimization problem.

Device (10) according to one of Claims 1 - 4 , characterized in that the calculation unit (13) is set up to determine each excitation pulse P _k such that the integral of P _k (t) * XP _k (t) from 0 to T is less than or equal to 1, where T is the is the duration of the excitation pulse P _k , P _k (t) is the voltage amplitude and voltage phase of the k-th transmitting coil at time t and P _k (t)* is the Hermitian transposed vector of P _k (t).

Device (10) according to one of Claims 1 - 5 , characterized in that the determination unit (12) is set up to determine a plurality of areas of the object to be examined and to determine a K-dimensional, Hermitian, positive definite matrix X for each of these areas, with a centered, complex, K-dimensional ellipsoid E(X) (4), described by the matrix X, lies within the ellipsoids (1, 2, 3, 5, 6, 7, 8) of the absorption rate constraints of the respective region, and where the ellipsoid E (X) (4) defines a substitute absorption rate condition for the respective region.

Device (10) after claim 6 , characterized in that the calculation unit (13) is set up to calculate an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmission coils, each excitation pulse P _k fulfilling each equivalent absorption rate condition.

Magnetic resonance imaging with a plurality K of transmission coils and a device (10) according to one of Claims 1 - 7 for generating excitation pulses with the plurality K of transmission coils, the excitation pulses changing a magnetization of an object to be examined in the magnetic resonance tomograph.

magnetic resonance tomography claim 8 , characterized in that K is greater than or equal to 2.

Method for generating excitation pulses with a plurality K of transmission coils in a magnetic resonance tomograph, the excitation pulses changing a magnetization in an object to be examined in the magnetic resonance tomograph, with: determining (401) a plurality S of absorption rate conditions for the excitation pulses, each of the plurality S of absorption conditions is defined by a K-dimensional, Hermitian, positive-definite matrix Z(s), with s = 1,...,S, where each of the matrices Z(s) for the corresponding absorption condition is a centered, complex, K -dimensional ellipsoid E(Z(s)) describes determining (402) a K-dimensional Hermitian positive definite matrix X, where a centered complex K-dimensional ellipsoid E(X) (4) defined by the matrix is described lies within the ellipsoids (1, 2, 3, 5, 6, 7, 8) of the absorption rate constraints, and where the ellipsoid E(X) (4) defines a replacement absorption rate constraint, and Be calculating (403) an excitation pulse P _k for each of the plurality K of transmit coils, each excitation pulse P _k satisfying the equivalent absorption rate condition.

Computer program product, which is based on a program-controlled device follow-up of the procedure claim 10 prompted.