DE102016202400A1 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen, wobei ein Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) in einer Schichtungsrichtung in mehrere Messschichten (1–10) unterteilt wird, wobei die Messdaten der Messschichten (1–10) jeweils durch eine der Messschicht (1–10) zugeordnete Messsequenz erfasst werden, wobei die Messsequenz jeweils wenigstens einen der Messschicht (1–10) zugeordneten Vorbereitungspuls umfasst, durch den eine Anregung im gesamten Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) erfolgt, wobei sich wenigstens zwei Messsequenzen bezüglich eines während des Vorbereitungspulses einer Feldkorrekturspule (25) des Magnetresonanztomographen (20) zur Reduzierung einer lokalen Inhomogenität eines Hauptmagnetfeldes zugeführten Spulenstroms und/oder bezüglich wenigstens eines Pulsparameters des Vorbereitungspulses unterscheiden, wobei der jeweilige Spulenstrom und/oder Pulsparameter in Abhängigkeit der Position der der jeweiligen Messsequenz zugeordneten Messschicht (1–10) in dem Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) bestimmt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen, wobei ein Messvolumen in einer Schichtungsrichtung in mehrere Messschichten unterteilt ist, wobei die Messdaten der Messschichten jeweils durch eine der Messschicht zugeordnete Messsequenz erfasst werden, wobei die Messsequenz jeweils wenigstens einen der Messschicht (110) zugeordneten Vorbereitungspuls umfasst, durch den eine Anregung im gesamten Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) erfolgt. Daneben betrifft die Erfindung einen Magnetresonanztomographen.
  • Im Rahmen der Magnetresonanztomographie soll häufig eine Bildgebung erfolgen, bei der ein Bildkontrast für bestimmte Molekülarten optimiert wird. Beispielsweise ist es im Rahmen der medizinischen Bildgebung üblich, durch verschiedene Bildgebungstechniken den Einfluss von Fettgewebe auf die Bildgebung zu reduzieren. Hierzu wird ausgenutzt, dass Wasser und Fettmoleküle, also insbesondere CH- und CHO-Gruppen, geringfügig andere Resonanzfrequenzen aufweisen. Die chemische Verschiebung liegt im Bereich von 3,5 ppm. Wird beispielsweise ein Hauptmagnetfeld von 1,5 T genutzt, so entspricht dies einer Frequenzverschiebung von 220 Hz.
  • Zur Reduzierung des Bildkontrastbeitrags von Fettmolekülen kann einerseits die kurze Relaxationszeit von Fettmolekülen genutzt werden. Beispielsweise werden bei der STIR-Technik die Fettmoleküle durch einen 180° Puls angeregt und die Messung erfolgt derart verzögert, dass sich das Fettsignal auf ungefähr Null reduziert. Nachteilig ist bei dieser Art der Messung, dass auch Signale von Gewebeanteilen gedämpft werden, die vermessen werden sollen.
  • Andere Ansätze basieren auf einer sogenannten Fett-Sättigung, bei der Fettmoleküle durch einen Hochfrequenzpuls, beispielsweise einen 90° Puls, angeregt werden und die vorhandene Transversalmagnetisierung durch einen Spoiler Gradienten vollständig dephasiert wird. Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte CHESS-Technik. Die beschriebenen Ansätze sind auch kombinierbar, wie es beispielsweise in der SPAIR-Technik erfolgt. Um eine chemische Selektivität zu erreichen, erfolgt eine Anregung durch einen chemisch selektiven Vorbereitungspuls im gesamten Messvolumen. Eine derartige chemisch selektive Anregung ist jedoch sehr empfindlich auf Feldinhomogenitäten des Hauptmagnetfelds, da diese lokal die Resonanzfrequenz der unterschiedlichen Molekülarten verstimmen.
  • Es ist bekannt, in Magnetresonanztomographen Inhomogenitäten des Hauptmagnetfelds zu ermitteln, womit entsprechende Inhomogenitäten lokal durch eine entsprechende Ansteuerung von Feldkorrekturspulen, auch Shim-Spulen genannt, und/oder eine Anpassung von Pulsfrequenzen eines Anregungspulses kompensiert werden können. Sollen jedoch größere Messvolumen untersucht werden, ist es häufig nicht möglich, entsprechende Inhomogenitäten im gesamten Messbereich auszugleichen, womit in den beschriebenen Sättigungstechniken keine optimale chemische Selektivität erreicht wird. Hierdurch wird die erreichbare Bildqualität verringert.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen anzugeben, durch das eine Sättigung der Magnetisierung bestimmter Molekülarten mit verbesserter chemischer Selektivität ermöglicht wird.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei sich wenigstens zwei Messsequenzen bezüglich eines während des Vorbereitungspulses einer Feldkorrekturspule des Magnetresonanztomographen zur Reduzierung einer lokalen Inhomogenität eines Hauptmagnetfeldes zugeführten Spulenstroms und/oder bezüglich wenigstens eines Pulsparameters des Vorbereitungspulses unterscheiden, wobei der jeweilige Spulenstrom und/oder Pulsparameter in Abhängigkeit der Position der der jeweiligen Messsequenz zugeordneten Messschicht in dem Messvolumen bestimmt wird.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei der Ausgabe des Vorbereitungspulses beziehungsweise bei dem Betrieb der Feldkorrekturspulen während des Aussendens des Vorbereitungspulses zu berücksichtigen, an welcher Position des Messvolumens sich die Messschicht befindet, für die unmittelbar nach der Aussendung des Vorbereitungspulses eine Messdatenerfassung erfolgen soll. Der Vorbereitungspuls ist vorzugsweise ein chemisch selektiver Vorbereitungspuls zur Verringerung von Signalbeiträgen wenigstens einer Molekülart in den Messdaten, durch den Moleküle der Molekülart im gesamten Messvolumen angeregt werden. Unter einer Messschicht ist ein im Rahmen der zugeordneten Messsequenz gemeinsam angeregtes Teilvolumen des Messvolumens zu verstehen. Dickere Messschichten, innerhalb derer insbesondere eine in die Schichtungsrichtung ortsaufgelöste Erfassung von Messdaten erfolgen kann, werden auch als „Slabs“ bezeichnet. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ausgenutzt, dass die Messdatenerfassung selbst schichtselektiv oder slab-selektiv erfolgt. Die Messsequenzen werden jeweils derart durchgeführt, dass im Wesentlichen ausschließlich Eigenschaften einer definierten Messschicht erfasst werden. Für den Einfluss einer bestimmten Molekülart, beispielsweise von Fettmolekülen, auf die Messdaten ist es somit wesentlich, inwieweit eine Unterdrückung dieser Molekülart, beispielsweise durch Sättigung, in dem Volumen der zu erfassenden Messschicht erreicht wurde. Eine chemisch selektive Anregung ist zwar auf das gesamte Messvolumen bezogen. Aufgrund der bekannten Lage der Messschicht kann die chemische Selektivität des Vorbereitungspulses jedoch lokal für die jeweils zu untersuchende Messschicht oder für ein Untervolumen des Messvolumens, das diese Messschicht umfasst, optimiert werden. Das Messvolumen kann vorzugsweise ein zusammenhängendes Messvolumen sein.
  • Die Nutzung von chemisch selektiven Vorbereitungspulsen soll beispielhaft für die CHESS-Technik erläutert werden. In dieser erfolgt eine Fettsättigung derart, dass Fettmoleküle in dem Messvolumen durch einen chemisch selektiven Vorbereitungspuls mit einem Flipwinkel von beispielsweise 90° angeregt werden, wonach durch einen Spoiler-Gradienten, also ein lokal veränderliches Magnetfeld, die resultierende transversale Magnetisierung für Fettmoleküle dephasiert wird, so dass sie für zeitlich unmittelbar nachfolgende Messungen nicht bereitsteht. Durch Inhomogenitäten des Hauptmagnetfeldes kann der erreichte Flipwinkel jedoch lokal variieren und/oder es kann eine ungewollte Anregung von Wassermolekülen erfolgen, womit sich der Bildkontrast für Gewebearten, die abgebildet werden sollen, reduzieren kann. Durch die erfindungsgemäße lokale Optimierung der Feldkorrektur und/oder der Pulsparameter des Vorbereitungspulses können derartige Auswirkungen minimiert werden.
  • Wie bereits erläutert, ist es insbesondere möglich, Fettmoleküle durch Vorbereitungspulse zu sättigen, so dass im Wesentlichen Signale anderer Gewebearten aufgrund ihrer Wasseranteile verbleiben. Alternativ wäre es jedoch beispielsweise möglich, ausschließlich Wassermoleküle zu sättigen um zum Beispiel Fettgewebe oder Silikon abzubilden. Die Erfassung des Messvolumens kann derart erfolgen, dass für jede der Messschichten des Messvolumens genau eine Messsequenz durchgeführt wird. Durch Ausspielen dieser Messsequenzen kann das Messvolumen vollständig erfasst werden, wonach die Erfassung beispielsweise wiederholt werden kann, um ein zeitaufgelöstes Bild zu erhalten. Die erfindungsgemäße Nutzung von Vorbereitungspulsen kann mit beliebigen Messsequenzen kombiniert werden.
  • Der Magnetresonanztomograph wird vorzugsweise derart betrieben, dass vor der Erfassung der Messdaten einer Messschicht mehrere Vorbereitungspulse derart ausgegeben werden, dass die Ausgabe, wie vorangehend erläutert, auf diese Messschicht optimiert ist. Hierdurch kann ein Gleichgewichtszustand erreicht werden, in dem ein Abklingen der Magnetisierung der Molekülart und die Anregung im Gleichgewicht sind, womit zum Zeitpunkt der Messdatenerfassung eine im Wesentlichen zeitlich konstante Magnetisierung für die Molekülart erreicht wird. Im einfachsten Fall können die einzelnen Messsequenzen jeweils mehrere der Vorbereitungspulse umfassen. Vorzugsweise werden jedoch die Reihenfolge der Messdatenerfassung für die verschiedenen Messschichten und die jeweils zur Bestimmung des Spulenstroms und des Pulsparameters betrachteten Untervolumen des Messvolumens derart gewählt, dass Vorbereitungspulse vorangehender Messsequenzen zum Erreichen des Gleichgewichtszustands für eine in einer aktuellen Messsequenz zu erfassende Messschicht nutzbar sind. Hierfür sind verschiedene Ansätze denkbar, die im Folgenden erläutert werden.
  • Jede Messschicht kann wenigstens einer Untergruppe der Messschichten zugeordnet werden, die mehrere Messschichten umfasst und derart gewählt wird, dass alle Messschichten der Untergruppe innerhalb eines zusammenhängenden Untervolumens des Messvolumens liegen, wobei die Untervolumenausdehnung des Untervolumens in Schichtungsrichtung kleiner ist als die Messvolumenausdehnung des Messvolumens in Schichtungsrichtung, wobei die Messsequenzen der jeweiligen Untergruppe sequentiell hintereinander durchgeführt werden, wobei der der Feldkorrekturspule während eines Vorbereitungspulses zugeführte Spulenstrom und/oder der Pulsparameter zusätzlich von der Position jener Messschichten abhängt, die wenigstens einer gleichen Untergruppe angehören, wie die dem jeweiligen Vorbereitungspuls zugeordnete Messschicht, und deren zugeordnete Messsequenzen zeitlich nach dem jeweiligen Vorbereitungspuls durchgeführt werden. Für jede Untergruppe können alle den Messschichten der jeweiligen Untergruppe zugeordneten Messsequenzen in einem zugeordneten Zeitintervall durchgeführt werden, während dem ausschließlich Messsequenzen dieser Untergruppe durchgeführt werden. Ist eine Messschicht mehreren der Untergruppen zugeordnet, so können die den Untergruppen zugeordneten Zeitintervalle überlappen. Wie bereits erläutert ist es vorteilhaft, wenn Vorbereitungspulse vorangehend durchgeführter Messsequenzen eine gute chemische Selektivität für die aktuell zu messende Messschicht aufweisen, so dass diese zum Erreichen eines Gleichgewichtszustands nutzbar sind. Diese Nutzbarkeit von Vorbereitungspulsen vorangehender Messsequenzen wird durch die räumliche und zeitliche Gruppierung in Untergruppen verbessert.
  • Die Untergruppen können derart gewählt werden, dass sie jeweils wenigstens eine Mindestzahl von Messschichten umfassen, wobei die Mindestzahl in Abhängigkeit einer Längsrelaxationszeit T1 der Molekülart und/oder eine Wiederholungszeit Tr zwischen aufeinanderfolgenden Vorbereitungspulsen bestimmt wird. Die Größen T1 und Tr können vorgeben, wie viele Vorbereitungspulse jeweils erforderlich sind, um den vorangehend erläuterten Gleichgewichtszustand für die Magnetisierung der Molekülart zu erreichen. Die Mindestzahl kann beispielsweise durch eine zeitdiskrete Blochsimulation der Spinanregung oder unter Annahme eines festen Flipwinkels für die einzelnen Vorbereitungspulse berechnet werden. Es ist vorteilhaft, wenn zumindest für die Mindestzahl von vorangehend ausgegebenen Vorbereitungspulsen der Spulenstrom der Feldkorrekturspule und/oder der Pulsparameter derart gewählt sind, dass sie für die zu erfassende Messschicht angepasst sind. Erfolgt eine derartige Optimierung für das Untervolumen, das alle Messschichten der Untergruppe umfasst, so können für einzelne Messschichten in der Untergruppe die Vorbereitungspulse von zuvor erfassten Messschichten in der gleichen Untergruppe mitverwendet werden, um den Gleichgewichtszustand zu erreichen.
  • Es ist insbesondere möglich, dass jede der Messsequenzen nur genau einen Vorbereitungspuls umfasst. Vor dem Ausspielen der der ersten Messschicht der Untergruppe zugeordneten Messsequenz kann wenigstens ein zusätzlicher Vorbereitungspuls ausgegeben werden, um bereits für die Messschicht der Untergruppe, deren Messdaten zuerst erfasst werden, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen.
  • Jede Messschicht kann genau einer Untergruppe zugeordnet werden, wobei die Untergruppen derart gewählt werden, dass sie alle Messschichten eines jeweiligen zusammenhängenden Untervolumens des Messvolumens umfassen. Dies entspricht einer Aufteilung des Messvolumens in mehrere Untervolumen, die voneinander unterschiedliche Teile der Messschichten umfassen. Der Spulenstrom und/oder der Pulsparameter können in Abhängigkeit der Position des Untervolumens bestimmt werden, das heißt sie können derart gewählt werden, dass eine möglichst optimale chemische Selektivität in dem jeweiligen Untervolumen erreicht wird. Innerhalb der Untergruppe können somit für jede Messschicht zum Erreichen des Gleichgewichtszustandes Vorbereitungspulse aller vorangehend durchgeführten Messsequenzen für Messschichten der Untergruppe mitgenutzt werden. Die Untervolumen weisen eine geringere Ausdehnung in Schichtungsrichtung auf als das Messvolumen, so dass die chemische Selektivität der Vorbereitungspulse gegenüber einer Abstimmung auf das gesamte Messvolumen verbessert werden kann. Beispielsweise kann für alle Messschichten einer Untergruppe der gleiche Vorbereitungspuls ausgegeben und/oder der gleiche Spulenstrom zu der Feldkorrekturspule geführt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Untergruppen derart gewählt werden, dass, abgesehen von jenen Messschichten, deren zugeordnete Messsequenz zuerst und zuletzt durchgeführt werden, jede Messschicht einer ersten und einer zweiten Untergruppe angehört, wobei die der Messschicht zugeordnete Messsequenz zu einem vorgegebenen Durchführungszeitpunkt durchgeführt wird, wobei die erste Untergruppe wenigstens eine zweite Messschicht umfasst, deren zugeordnete zweite Messsequenz vor dem vorgegebenen Durchführungszeitpunkt durchgeführt wird, und wobei die zweite Untergruppe wenigstens eine dritte Messschicht umfasst, deren zugeordnete dritte Messsequenz nach dem vorgegebenen Durchführungszeitpunkt durchgeführt wird. Die Messschicht kann jeweils auch weiteren Untergruppen angehören. Durch die Zugehörigkeit zu mehreren Untergruppen mit den erläuterten Eigenschaften wird zur Erfassung des Messvolumens eine zusammenhängende Kette von Untergruppen gebildet, die jeweils mit der vorangehenden und nachfolgenden Gruppe überlappen. Der Spulenstrom und/oder der Pulsparameter können für den Vorbereitungspuls einer Messsequenz jeweils derart bestimmt werden, dass die chemische Selektivität des Vorbereitungspulses für das Untervolumen jener Untergruppe optimiert wird, in der die aktuelle Messsequenz die zeitlich zuerst durchgeführte Messsequenz bildet. Hierdurch wird erreicht, dass für jene Messschicht, deren Messsequenz in einer Untergruppe zeitlich zuletzt durchgeführt wird, bereits so viele Vorbereitungspulse ausgegeben wurden, deren chemische Selektivität bezüglich der jeweiligen Messschicht optimiert ist, wie die Untergruppe Messschichten umfasst.
  • Je geringer die Untervolumenausdehnung des Untervolumens in Schichtungsrichtung ist, desto besser kann eine chemische Selektivität des Vorbereitungspulses für alle Messschichten der Untergruppe gemeinsam optimiert werden. Es ist daher vorteilhaft, die Untervolumenausdehnung zu minimieren. Daher kann eine Zuordnung der Messschichten zu den Untergruppen ermittelt werden, indem eine Minimierungsgröße minimiert wird, die für die jeweilige Zuordnung die Untervolumenausdehnung jener Untergruppe in Schichtungsrichtung beschreibt, deren Untervolumenausdehnung größer oder gleich ist als die Untervolumenausdehnung aller anderen Untergruppen. Hierdurch wird erreicht, dass die maximale Untervolumenausdehnung der Untergruppen minimal ist. Die Optimierung kann unter den bereits vorangehend und im Folgenden erläuterten Randbedingungen erfolgen.
  • Die zeitliche Abfolge der Messsequenz kann derart gewählt werden, dass durch zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende Messsequenzen stets Messdaten von Messschichten erfasst werden, zwischen denen wenigstens eine andere der Messschichten liegt. Um eine schnelle Messung der Magnetresonanztomographie zu ermöglichen soll nach dem Messen der Messdaten einer Messschicht nicht gewartet werden, bis alle angeregten Kernspins in den Gleichgewichtszustand abgeklungen sind. Wird nun unmittelbar nachfolgend eine benachbarte Messschicht gemessen, so könnte die Anregung zur Messung der vorangehenden Messschicht einen Einfluss auf diese folgende Messung ausüben. Es ist daher vorteilhaft, zeitlich aufeinanderfolgend Messschichten zu messen, die voneinander beabstandet sind.
  • Abgesehen von der zeitlich zuerst durchgeführten Messsequenz kann jede der Messsequenzen genau einen Vorbereitungspuls umfassen. Wie vorangehend erläutert ist es möglich, Vorbereitungspulse von zuvor durchgeführten Messsequenzen zum Erreichen eines Gleichgewichtszustandes für folgende Messungen mit zu verwenden, wenn diese so gewählt sind, dass sie auch für Messschichten optimiert sind, deren Messsequenz nachfolgend durchgeführt wird. Durch die Verwendung nur eines Vorbereitungspulses pro Messsequenz, kann eine Messzeit gesenkt werden.
  • Der wenigstens eine Pulsparameter kann eine Pulsfrequenz und/oder eine spektrale Zusammensetzung und/oder eine Pulsamplitude des Vorbereitungspulses und/oder eine relative Sendeamplitude für verschiedene Antennen, über die der Vorbereitungspuls abgestrahlt wird, sein. Die Pulsfrequenz beschreibt die Frequenz, an der die Spektralverteilung des Vorbereitungspulses ihr Maximum aufweist. Durch eine Anpassung der spektralen Zusammensetzung und/oder der Pulsfrequenz können insbesondere Verstimmungen der Resonanzfrequenz der anzuregenden Molekülart aufgrund von Inhomogenitäten des Hauptmagnetfeldes ausgeglichen werden. Neben Inhomogenitäten des Hauptmagnetfeldes ist es jedoch auch möglich, dass das Hochfrequenzfeld, das zur Aussendung des Vorbereitungspulses genutzt wird, im Messvolumen nicht homogen ist. Es ist daher möglich, je nach Position der Messschicht eine Pulsamplitude anzupassen, beispielsweise um einen vorgegebenen Flipwinkel des Vorbereitungspulses zu erreichen, oder relative Sendeamplituden für verschiedene Antennen anzupassen, um eine örtliche Verteilung der Feldstärke auf die jeweils zu erfassende Messschicht zu optimieren.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung einen Magnetresonanztomographen, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Der Magnetresonanztomograph kann eine Steuereinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, im Rahmen der Messdatenerfassung eine Hochfrequenz-Anregungseinrichtung, die vorzugsweise wenigstens eine Antenne zur Einstrahlung von Hochfrequenzpulsen in ein Untersuchungsvolumen umfasst, sowie wenigstens eine Gradientenspule zur Erzeugung von Gradientenfeldern anzusteuern. Zudem kann der Magnetresonanztomograph eine Erfassungseinrichtung zum Empfang hochfrequenter, von einem Untersuchungsobjekt abgestrahlter, elektromagnetischer Felder aufweisen, wobei durch die Steuereinrichtung oder eine Verarbeitungseinrichtung die erfassten elektromagnetischen Felder verarbeitet werden, um Messdaten, insbesondere Bilddaten, bereitzustellen. Der grundsätzliche technische Aufbau eines Magnetresonanztomographen ist im Stand der Technik bekannt und soll nicht detailliert erläutert werden.
  • Der Magnetresonanztomograph kann insbesondere wenigstens eine Feldkorrekturspule zur Reduzierung einer lokalen Inhomogenität eines Hauptmagnetfeldes in dem Messvolumen umfassen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, den der Feldkorrekturspule zugefügten Spulenstrom und/oder einen Pulsparameter eines Vorbereitungspulses eine Messsequenz zur Verringerung von Signalanteilen wenigstens einer Molekülart in Abhängigkeit einer Position einer Messschicht zu bestimmen, deren Messdaten in einer jeweiligen Messsequenz erfasst werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm und ist beispielsweise direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanztomographen ladbar, mit Programm-Mitteln, um die Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung des Magnetresonanztomograhen ausgeführt wird.
  • Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein genanntes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei einer Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanztomographen ein hierin beschriebenes Verfahren ausführen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
  • 1 ein Messvolumen, in dem Messdaten erfasst werden sollen,
  • 2 eine Tabelle, die die zeitliche Abfolge der Messung der Messschichten in 1 und deren Gruppierung in Untergruppen in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,
  • 3 ein Ablaufdiagramm dieses Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 und 5 Beispiele zur Aufteilung von Messschichten in Untergruppen in weiteren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 6 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen.
  • 1 zeigt ein zusammenhängendes Messvolumen 11, das in mehrere Messschichten 110 unterteilt ist. Jede dieser Messschichten 110 soll durch eine Messsequenz erfasst werden, die jeweils einen chemisch selektiven Vorbereitungspuls zur Verringerung von Signalbeiträgen wenigstens einer Molekülart, beispielsweise von Fettgewebe, in den Messdaten umfasst. Die Einstrahlung der Vorbereitungspulse erfolgt dabei derart, dass die Molekülart in dem gesamten Messvolumen angeregt wird. Da bei Magnetresonanzromographen das Hauptmagnetfeld und das Hochfrequenzfeld zur Einstrahlung von Anregungspulsen jedoch nicht perfekt homogen sind, führt dies zu lokal unterschiedlich starken Unterdrückungen des Signalanteils der Molekülart.
  • Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass im Rahmen der einzelnen Messsequenzen ein einer Feldkorrekturspule zur Reduzierung einer lokalen Inhomogenität eines Hauptmagnetfeldes zugeführter Spulenstrom und/oder wenigstens ein Pulsparameter des Vorbereitungspulses in Abhängigkeit der Position der der jeweiligen Messsequenz zugeordneten Messschicht 110 bestimmt wird. Im einfachsten Fall könnte hierzu der Spulenstrom und/oder der Pulsparameter für jede der Messschichten 110 separat derart vorgegeben werden, dass die chemische Selektivität des Vorbereitungspulses für genau diese Messschicht 110 optimiert wird. Eine Optimierung kann gemäß der bekannten Verfahren zur Optimierung einer chemischen Selektivität in einem Messvolumen bei bekannter Feldinhomogenität erfolgen.
  • Nachteilig an einer derartigen separaten Optimierung ist jedoch, dass zum Erreichen eines Gleichgewichtszustands der Magnetisierung der Molekülart eine Mindestzahl von Vorbereitungspulsen erforderlich sein kann, die von einer Längsrelaxationszeit T1 der Molekülart und/oder von einer Wiederholungszeit Tr zwischen aufeinanderfolgenden Vorbereitungspulsen abhängt. Daher wird vor der Erfassung von Messdaten für eine Messschicht 110 eine vorgegebene Anzahl von Vorbereitungspulsen, deren chemische Selektivität für ein Untervolumen optimiert ist, das diese Messschicht umfasst, ausgegeben. Würde die chemische Selektivität jeweils für eine einzelne der Messschichten 110 optimiert, müsste somit jede der Messsequenzen die Mindestzahl von Vorbereitungspulsen umfassen, was zu einer Erhöhung der Messzeit führen würde.
  • Um eine derartig Verlängerung der Messzeit zu vermeiden, werden mehrere Untergruppen der Messschichten 110 ausgewählt, wobei die Optimierung der chemischen Selektivität des Vorbereitungspulses durch Wahl eines entsprechenden Spulenstroms und/oder Pulsparameters jeweils zu Untervolumen erfolgt, die die Volumen aller Messschichten 110 der jeweiligen Untergruppe umfassen. Ein Beispiel für eine derartige Untergruppenbildung ist in der in 2 gezeigten Tabelle dargestellt. Die als Zeilen- beziehungsweise Spaltenüberschriften dargestellten Ziffern entsprechen jeweils einer der in 1 dargestellten Messschichten 110. Die Reihenfolge der Ziffern ist so gewählt, dass sie der zeitlichen Reihenfolge der Messdatenerfassung für die Messschichten 110 entspricht. Die Messdaten der Messschichten werden somit in der Reihenfolge 1, 3, 5, 2, 4, 6, 8, 10, 7, 9 erfasst. Die mit „X“ markierten Spalten geben für jede Zeile, das heißt für jede Messschicht 110, an, welche der Messschichten 110 bei der Optimierung der chemischen Selektivität des Vorbereitungspulses jeweils berücksichtigt werden.
  • Im gezeigten Beispiel ist die Mindestzahl der Vorbereitungspulse zur Erreichung eines Gleichgewichtszustandes drei. Es soll zudem erreicht werden, dass abgesehen von der zeitlich zuerst durchgeführten Messsequenz jede der Messsequenzen genau einen Vorbereitungspuls umfasst. Zur Bestimmung des Spulenstroms und/oder des Pulsparameters werden somit neben der aktuellen Messschicht 110 die zwei zeitlich darauf folgend erfassten Messschichten 110 berücksichtigt. Die drei Vorbereitungspulse, die vor dem Messen von Messschicht 5 erforderlich sind, werden beispielsweise durch die Vorbereitungspulse, die zu den Messschichten 1, 3, 5 abgestrahlt werden, bereitgestellt.
  • Die „X“-Markierungen in jeder Zeile kennzeichnen somit die Spalten jener Messschichten 110, die einer jeweiligen Untergruppe zugeordnet sind. Diese Messschichten liegen jeweils sämtliche in einem der Untergruppe zugeordneten Untervolumen des Messvolumens, wobei die Untervolumenausdehnung in Schichtungsrichtung kleiner ist als die Messvolumenausdehnung in Schichtungsrichtung. Beispielsweise umfasst die der ersten Zeile zugeordnete Untergruppe ein Untervolumen, das sich von der Messschicht 1 bis zu der Messschicht 5 erstreckt und die der zweiten Zeile zugeordnete Untergruppe ein Untervolumen, das sich von der Messschicht 2 bis zu der Messschicht 5 erstreckt. Die chemische Selektivität des Vorbereitungspulses wird jeweils auf dieses Untervolumen hin optimiert, wobei die Optimierung durch eine entsprechende Wahl des Spulenstroms und/oder des Pulsparameters erfolgt.
  • Das Ausspielen der Messsequenzen erfolgt gemäß einer vorgegebenen Reihenfolge, die der Zeilen- beziehungsweise Spaltenüberschrift zu entnehmen ist, sequentiell hintereinander. Die Optimierung der chemischen Selektivität, das heißt die Anpassung des Spulenstroms und/oder des Pulsparameters, erfolgt jeweils zusätzlich in Abhängigkeit der Position von jenen Messschichten, die wenigstens einer gleichen Untergruppe angehören und deren zugeordnete Messsequenzen zeitlich nachfolgend durchgeführt werden. Beispielsweise hängt die Parametrisierung während des für die erste Messschicht 1 ausgespielten Vorbereitungspulses, wie der Zeile 1 zu entnehmen ist, zusätzlich von den Positionen der Messschichten 3 und 5 ab, die der gleichen Untergruppe angehören und deren zugeordnete Messsequenzen nachfolgend durchgeführt werden.
  • Die Untergruppen sind derart gewählt, dass sie jeweils um zwei Messschichten überlappen. Beispielsweise umfasst die erste Untergruppe die Messschichten 1, 3, 5 und die zweite Untergruppe die Messschichten 3, 5, 2. Hierdurch wird erreicht, dass nicht nur der für die aktuelle Messschicht 110 ausgegebene Vorbereitungspuls für die jeweilige Messschicht eine gute chemische Selektivität aufweist, sondern auch die beiden vorangehend für andere Messschichten ausgegebenen Vorbereitungspulse. Da die ausgewählten Untergruppen jedoch in zusammenhängenden Untervolumen liegen, die eine geringere Abmessung aufweisen als das Messvolumen, kann dennoch eine Verbesserung der chemischen Selektivität gegenüber einer Abstimmung auf das gesamte Messvolumen erreicht werden.
  • Eine Gruppierung der Messschichten und eine Ermittlung der entsprechenden Messreihenfolge, wie sie in 2 dargestellt ist, kann bestimmt werden, indem die Zuordnung der Messschichten zu den Untergruppen variiert wird und eine Minimierungsgröße minimiert wird, die für die jeweilige Zuordnung die Untervolumenausdehnung jener Untergruppe in Schichtungsrichtung beschreibt, deren Untervolumenausdehnung in der jeweiligen Zuordnung maximal ist.
  • 3 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen, wobei zur Unterdrückung von Signalbeiträgen wenigstens einer Molekülart Vorbereitungspulse genutzt werden, wie sie mit Bezug auf 1 und 2 erläutert wurden. Hierzu werden in Schritt S1 durch einen Nutzer Messparameter vorgegeben, die eine mit dem Magnetresonanztomographen durchzuführende Messung beschreiben, bei der ein Signal einer Molekülart, insbesondere ein Fettsignal, unterdrückt werden soll. Die Messparameter definieren das Messvolumen. Sie können auch eine Unterteilung des Messvolumens in Messschichten vorgeben, wobei eine Aufteilung in eine beliebige Anzahl von Messschichten möglich ist. Alternativ kann eine Aufteilung in Messschichten automatisch durch einen Steuereinrichtung des Magnetresonanztomographen bestimmt werden. Als Messparameter kann auch einer von verschiedenen Messtypen vorgegeben werden, beispielsweise ob eine T1- oder T2-gewichtete Messung durchgeführt werden soll oder ob eine funktionale Bildgebung erfolgen soll.
  • In Schritt S2 wird jede der Messschichten, wie zu 1 und 2 erläutert, wenigstens einer Untergruppe zugeordnet, wodurch einerseits eine Reihenfolge definiert wird, in der die den Messschichten zugeordneten Messsequenzen durchgeführt werden, und andererseits definiert wird, die Positionen welcher Messschichten jeweils zur Bestimmung des Spulenstroms beziehungsweise der Pulsparameter herangezogen werden. Die entsprechenden Parameter werden in Schritt S3 bestimmt. Als Pulsparameter kann eine Pulsfrequenz, also ein Maximum einer Spektralverteilung des Vorbereitungspulses, eine Pulsamplitude und/oder eine relative Sendeamplitude für verschiedene Antennen, über die der Vorbereitungspuls abgestrahlt wird, bestimmt werden. Eine Bestimmung entsprechender Parameter für ein definiertes Messvolumen ist im Stand der Technik bekannt. Die Bestimmung im erläuterten Verfahren erfolgt ebenso, wobei jedoch statt des gesamten Messvolumens ein zusammenhängendes Untervolumen berücksichtigt wird, das die vorangehend bestimmten berücksichtigten Messschichten umfasst.
  • Um die Magnetisierung der ausgewählten Molekülart bereits für die erste gemessene Messschicht in einen Gleichgewichtszustand zu überführen, werden in Schritt S4 mehrere chemisch selektive Vorbereitungspulse eingestrahlt. Vorzugsweise sind diese Vorbereitungspulse sowie ein der Feldkorrekturspule zugeführter Spulenstrom identisch zu dem Vorbereitungspuls beziehungsweise dem Spulenstrom, die für den im Rahmen der Messung der ersten Messschicht abgestrahlten Vorbereitungspuls genutzt werden.
  • In den Schritten S5 bis S9 werden die Messsequenzen für die einzelnen Messschichten ausgespielt. Hierzu wird in Schritt S5 der für die jeweilige Messschicht bestimmte Spulenstrom für die Feldkorrekturspule vorgegeben, in Schritt S6 wird in Abhängigkeit der vorangehend ermittelten Pulsparameter ein Vorbereitungspuls ermittelt und in Schritt S7 wird dieser Vorbereitungspuls eingestrahlt. Optional kann in Schritt S7 ein Spoiler-Gradient geschaltet werden, um eine transversale Magnetisierung der angeregten Molekülart zu dephasieren. In Schritt S8 erfolgt eine Messdatenerfassung mit einer von der gewählten Messmethode abhängigen weiteren Messsequenz. In Schritt S9 wird anschließend überprüft, ob eine Messdatenerfassung bereits für alle Messschichten erfolgt ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren ab Schritt S5 wiederholt. Anderenfalls wird das Verfahren mit Schritt S10 fortgesetzt, in dem die Messdaten ausgewertet werden, das heißt beispielsweise ein Rekonstruktionsbild erstellt und für einen Nutzer bereitgestellt wird oder ähnliches.
  • Die zur 1 und 2 erläuterte Bestimmung der Untergruppen durch Lösen eines Optimierungsproblems kann für große Schichtzahlen rechenaufwendig sein. In einer alternativen Ausbildung des Verfahrens ist es möglich, dass jede Messschicht genau einer Untergruppe zugeordnet wird, wobei die Untergruppen derart gewählt werden, dass sie alle Messschichten eines jeweils zusammenhängenden Untervolumens des Messvolumens umfassen. Beispiele hierfür sind in der 4 und 5 dargestellt.
  • 4 zeigt die Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjekts 12 im Untersuchungsvolumen 13. Die Messdatenerfassung wird hierbei in drei Atemanhaltezyklen durchgeführt, in denen das Untersuchungsobjekt 12 jeweils den Atem anhält. Im Ersten Atemanhaltezyklus wird das Messvolumen 14 erfasst, im Zweiten das Messvolumen 15 und im Dritten das Messvolumen 16. Um die chemische Selektivität der Vorbereitungspulse trotz möglicher Inhomogenitäten im Magnetfeld des Magnetresonanztomographen zu verbessern, sind die Messvolumen 1416 jeweils in zwei Untervolumen 17 unterteilt. Der Spulenstrom und/oder der Pulsparameter werden hierbei jeweils in Abhängigkeit der Position und der Ausdehnung des jeweiligen Untervolumens 17 bestimmt. Die Untervolumen 17 umfassen jeweils eine Untergruppe der nicht gezeigten Messschichten. Für alle Messschichten einer der Untergruppen wird jeweils der gleiche Vorbereitungspuls ausgegeben und der gleiche Spulenstrom zu der Feldkorrekturspule geführt.
  • Alternativ könnte die zu 4 erläuterte Messung auch derart durchgeführt werden, dass keine Untervolumen 17 definiert werden, sondern für alle Messschichten in einem jeweiligen in einem Atemanhaltezyklus erfassten Messvolumen 1416 jeweils der gleiche Vorbereitungspuls ausgegeben und der gleiche Spulenstrom zu der Feldkorrekturspule geführt wird. Der Spulenstrom und/oder der Pulsparameter werden hierbei jeweils in Abhängigkeit der Position und der Ausdehnung des jeweiligen Messvolumens 1416 bestimmt. Die Messvolumen 1416 bilden somit Untervolumen des Untersuchungsvolumens 13. Die Messvolumen 1416 umfassen jeweils eine Untergruppe der nicht gezeigten Messschichten.
  • 5 zeigt eine Messung im Messvolumen 18 des Untersuchungsobjekts 12, wobei die gesamte Messung in einem einzelnen Atemanhaltezyklus durchgeführt wird. Da das Messvolumen 18 größer ist als die Messvolumen 1416, erfolgt in diesem Fall eine Unterteilung in drei Untervolumen 19, die jeweils Untergruppen der nicht gezeigten Messschichten umfassen. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5 werden somit drei unterschiedliche Vorbereitungspulse beziehungsweise Spulenströme für die drei unterschiedlichen Untervolumen 19 genutzt.
  • 6 zeigt schematisch einen Magnetresonanztomographen. Hierbei sind ausschließlich die Funktionskomponenten gezeigt. Die geometrische Anordnung der einzelnen Komponenten ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Der Magnetresonanztomograph 20 weist eine Steuereinrichtung 21 auf, die die weiteren Komponenten des Magnetresonanztomographen 20 zur Durchführung der vorangehend erläuterten Verfahren ansteuern kann. Diese Steuereinrichtung steuert eine Hochfrequenz-Anregungseinrichtung 22 zur Einstrahlung der Vorbereitungspulse sowie weitere Anregungspulse für den Messbetrieb in das Messvolumen. Um eine schichtselektive Anregung im Messvolumen beziehungsweise das Schalten von Spoiler-Gradienten zu ermöglichen, weist der Magnetresonanztomograph 20 zudem Gradientenspulen 23 auf. Das Hauptmagnetfeld des Magnetresonanztomographen 20 wird durch einen Hauptmagneten 24 bereitgestellt. Inhomogenitäten im Hauptmagnetfeld können durch eine Bestromung von Feldkorrekturspulen 25 korrigiert werden. Die Steuereinrichtung 21 gibt entsprechende Spulenströme für die Feldkorrekturspulen 25 vor. Eine Datenerfassung ist über die Erfassungseinrichtung 26 möglich, die von einem Untersuchungsobjekt abgestrahlte Hochfrequenzstrahlung erfasst, wandelt und an die Steuereinrichtung 21 zur Weiterverarbeitung bereitstellt.
  • Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in der Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, das das Verfahren auf einer Steuereinrichtung 21 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 21 ausgeführt wird. Ebenso kann ein nicht dargestellter elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung 21 eines Magnetresonanztomographen 20 ein beschriebenes Verfahren durchführen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen, wobei ein Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) in einer Schichtungsrichtung in mehrere Messschichten (110) unterteilt wird, wobei die Messdaten der Messschichten (110) jeweils durch eine der Messschicht (110) zugeordnete Messsequenz erfasst werden, wobei die Messsequenz jeweils wenigstens einen der Messschicht (110) zugeordneten Vorbereitungspuls umfasst, durch den eine Anregung im gesamten Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens zwei Messsequenzen bezüglich eines während des Vorbereitungspulses einer Feldkorrekturspule (25) des Magnetresonanztomographen (20) zur Reduzierung einer lokalen Inhomogenität eines Hauptmagnetfeldes zugeführten Spulenstroms und/oder bezüglich wenigstens eines Pulsparameters des Vorbereitungspulses unterscheiden, wobei der jeweilige Spulenstrom und/oder Pulsparameter in Abhängigkeit der Position der der jeweiligen Messsequenz zugeordneten Messschicht (110) in dem Messvolumen (11, 14, 15, 16, 18) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messschicht (110) wenigstens einer Untergruppe zugeordnet wird, die mehrere Messschichten (110) umfasst und derart gewählt wird, dass alle Messschichten (110) der Untergruppe innerhalb eines zusammenhängenden Untervolumens (17, 19) des Messvolumens (11, 14, 15, 16, 18) liegen, wobei die Untervolumenausdehnung des Untervolumens (17, 19) in Schichtungsrichtung kleiner ist als die Messvolumenausdehnung des Messvolumens (11, 14, 15, 16, 18) in Schichtungsrichtung, wobei die Messsequenzen der jeweiligen Untergruppe sequentiell hintereinander durchgeführt werden, wobei der der Feldkorrekturspule (25) während eines Vorbereitungspulses zugeführte Spulenstrom und/oder der Pulsparameter des Vorbereitungspulses zusätzlich von der Position jener Messschichten (110) abhängt, die wenigstens einer gleichen Untergruppe angehören, wie die dem jeweiligen Vorbereitungspuls zugeordnete Messschicht (110), und deren zugeordnete Messsequenzen zeitlich nach dem jeweiligen Vorbereitungspuls durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppen derart gewählt werden, dass sie jeweils wenigstens eine Mindestzahl von Messschichten (110) umfassen, wobei die Mindestzahl in Abhängigkeit einer Längsrelaxationszeit T1 der Molekülart und/oder einer Wiederholungszeit Tr zwischen aufeinanderfolgenden Vorbereitungspulsen bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messschicht (110) genau einer Untergruppe zugeordnet wird, wobei die Untergruppen derart gewählt werden, dass sie alle Messschichten (110) eines jeweiligen zusammenhängenden Untervolumens (17, 19) des Messvolumens (11, 14, 15, 16, 18) umfassen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Messschichten (110) einer Untergruppe der gleiche Vorbereitungspuls ausgegeben und/oder der gleiche Spulenstrom zu der Feldkorrekturspule geführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppen derart gewählt werden, dass, abgesehen von jenen Messschichten (1, 9), deren zugeordnete Messsequenzen zuerst und zuletzt durchgeführt werden, jede Messschicht (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10) einer ersten und einer zweiten Untergruppe angehört, wobei die der Messschicht (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10) zugeordnete Messsequenz zu einem vorgegebenen Durchführungszeitpunkt durchgeführt wird, wobei die erste Untergruppe wenigstens eine zweite Messschicht (110) umfasst, deren zugeordnete zweite Messsequenz vor dem vorgegebenen Durchführungszeitpunkt durchgeführt wird, und wobei die zweite Untergruppe wenigstens eine dritte Messschicht (110) umfasst, deren zugeordnete dritte Messsequenz nach dem vorgegebenen Durchführungszeitpunkt durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung der Messschichten (110) zu den Untergruppen ermittelt wird, indem eine Minimierungsgröße minimiert wird, die für die jeweilige Zuordnung die Untervolumenausdehnung jener Untergruppe in Schichtungsrichtung beschreibt, deren Untervolumenausdehnung größer oder gleich ist als die Untervolumenausdehnung aller anderen Untergruppen.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Abfolge der Messsequenzen derart gewählt wird, dass durch zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende Messsequenzen stets Messdaten von Messschichten (110) erfasst werden, zwischen denen wenigstens eine andere der Messschichten (110) liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abgesehen von der zeitlich zuerst durchgeführten Messsequenz jede der Messsequenzen genau einen Vorbereitungspuls umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Pulsparameter eine Pulsfrequenz und/oder eine spektrale Zusammensetzung und/oder eine Pulsamplitude des Vorbereitungspulses und/oder eine relative Sendeamplitude für verschiedene Antennen, über die der Vorbereitungspuls abgestrahlt wird, ist.
  11. Magnetresonanztomograph, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  12. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (21) eines Magnetresonanztomographen (20) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (21) des Magnetresonanztomographen (20) ausgeführt wird.
  13. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung (21) eines Magnetresonanztomographen (20) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durführen.
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