DE102016207264A1

DE102016207264A1 - Einhalten von Grenzwerten beim Erfassen von Daten mittels einer Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102016207264A1
Application number: DE102016207264.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bielmeier; Gerhard Brinker; Swen Campagna; Nikolaus Demharter; Bernd Erbe; Matthias Gebhardt; Jürgen Nistler; Dominik Paul; Carsten Prinz; Gudrun Ruyters; Stephan Stöcker; Markus Vester
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02
Also published as: US20170315195A1; US10288710B2

Abstract

Die Erfindung betrifft das Erfassen von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5) mit folgenden Schritten: Erfassen einer Sequenz, mit welcher die MR-Daten erfasst werden sollen. Bestimmen einer maximalen HF-Leistung und einer maximalen Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz, indem das Ausführen der Sequenz simuliert oder analysiert wird. Überprüfen, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung vorbestimmte Grenzwerte verletzen. Ausführen der Sequenz, um die MR-Daten zu erfassen, nur dann, wenn das Überprüfen ergab, dass die Grenzwerte nicht verletzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Erfassen von MR-Daten eines lebenden Untersuchungsobjekts mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage, wobei dafür gesorgt wird, dass bestimmte Grenzwerte eingehalten werden.
Nach der Ergänzung (Amendment) 2 der dritten Edition des IEC-Standards 60601-2-33, welcher seit Frühling 2015 gilt, ist es möglich, Patienten mit bestimmten Implantaten (Herzschrittmachern, implantierten Defibrillatoren usw.) mit einer Magnetresonanzanlage zu untersuchen. In diesem Fall müssen bestimmte Grenzwerte bezüglich der HF-Pulse und der Gradientenfelder eingehalten werden, während MR-Daten dieser Patienten erfasst werden. Darüber hinaus müssen auch die Implantate den entsprechenden Standard erfüllen.
Damit ein Patient mit einem Implantat von einer Magnetresonanzanlage untersucht werden darf, existiert für diese Magnetresonanzanlage speziell für diesen Zweck eine bestimmte Option (FPO („Fixed Parameter Option“). Wenn diese Option bei der Magnetresonanzanlage gewählt oder eingestellt wird, ist garantiert, dass bestimmte Grenzwerte beim Erfassen der MR-Daten des Patienten durch die Magnetresonanzanlage nicht verletzt werden. Dazu müssen die Magnetresonanzanlagen mit der Option FPO:B (Basic), welche in der Ergänzung (Amendment) 2 der dritten Edition des IEC-Standards 60601-2-33 beschrieben ist, arbeiten.
Wenn eine Magnetresonanzanlage mit der Option FPO:B betrieben wird und wenn diese Magnetresonanzanlage beim Erfassen von MR-Daten des Patienten erkennt, dass die Grenzwerte verletzt werden, wird das Erfassen der MR-Daten abrupt automatisch von der Magnetresonanzanlage unterbrochen. Mit anderen Worten wurde von der Magnetresonanzanlage nur ein Teil der geplanten MR-Daten erfasst, so dass nur wenige oder auch keine MR-Bilder zur weiteren Untersuchung des Patienten von der Magnetresonanzanlage erstellt werden können.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Unterbrechung der Erfassung von MR-Daten auch dann zu vermeiden, wenn die Magnetresonanzanlage mit der Option FPO:B betrieben wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen von MR-Daten eines lebenden Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

• Erfassen einer Bildgebungssequenz, mit welcher die MR-Daten des Untersuchungsobjekts erfasst werden sollen. In diesem Schritt ermittelt die Magnetresonanzanlage bestimmte Parameter (z.B. Ausmaße des zu erfassenden Volumenabschnitts, Auflösung, Anzahl der Schichten, Art der Sequenz, usw.), um ausgehend von diesen Parametern die Bildgebungssequenz genau definieren zu können.
• Bestimmen einer maximalen HF-Leistung und einer maximalen Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage während der Ausführung der Bildgebungssequenz, indem das Ausführen der Sequenz zumindest teilweise simuliert wird. In diesem Schritt simuliert bzw. analysiert bzw. berechnet die Magnetresonanzanlage zumindest teilweise die vorher erfasste Bildgebungssequenz, um anhand dieser Simulation (bzw. Analyse oder Berechnung) die maximale HF-Leistung, die insbesondere beim Einstrahlen der HF-Anregungspulse auftritt, und die maximale Gradientenleistung, die insbesondere beim Schalten der Gradientenmomente auftritt, zu bestimmen.

Zur Bestimmung der maximalen HF-Leistung kann in der Regel ein beliebiger Teil der Bildgebungssequenz simuliert oder analysiert werden, da die HF-Leistung quasi gleichverteilt über die Dauer der Bildgebungssequenz ist. Dagegen ist die Gradientenleistung meist beim Abtasten der äußeren K-Raum-Punkte am größten, so dass es in diesem Fall ausreicht, den Teil der Bildgebungssequenz zu simulieren oder zu analysieren, während welchem die MR-Daten der äußeren K-Raum-Punkte erfasst werden, um die maximale Gradientenleistung zu bestimmen.

• Überprüfen, ob die vorab bestimmte maximale HF-Leistung und/oder die vorbestimmte maximale Gradientenleistung bestimmte Grenzwerte verletzen, welche der Magnetresonanzanlage vorgegeben werden. Bei diesen Grenzwerten handelt es sich insbesondere um die durch die Option FPO:B spezifizierten Grenzwerte.
• Ausführen der Bildgebungssequenz (d.h. Erfassen der MR-Daten mittels der Bildgebungssequenz) nur dann, wenn die vorherige Überprüfung ergab, dass die Grenzwerte bei der Simulation nicht verletzt wurden. Mit anderen Worten wird die Bildgebungssequenz nur dann ausgeführt, wenn die vorherige Simulation ergab, dass die Grenzwerte zu keiner Zeit während der Ausführung der Bildgebungssequenz verletzt werden.

Indem durch die Simulation der Bildgebungssequenz bereits vor der Ausführung der Bildgebungssequenz bekannt ist, ob bei der Ausführung der Bildgebungssequenz die vorbestimmten Grenzwerte eingehalten werden oder nicht und indem die Ausführung der Bildgebungssequenz nur dann durchgeführt wird, wenn bekannt ist, dass die Grenzwerte nicht verletzt werden, wird vorteilhafterweise ein Abbruch der Ausführung der Bildgebungssequenz aufgrund der Verletzung der Grenzwerte vermieden. Mit anderen Worten wird mit dem Erfassen der MR-Daten nur dann begonnen, wenn sicher ist, dass es zu keinem Abbruch aufgrund der Verletzung der Grenzwerte während der Erfassung der MR-Daten kommt.
Die Überprüfung, ob die maximalen HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung die vorbestimmten Grenzwerte verletzt bzw. verletzen, umfasst dabei insbesondere zumindest eine von folgenden Überprüfungen:

• Eine erste Überprüfung, ob ein Maximalwert der HF-Leistung (maximaler B1-Wert) der Magnetresonanzanlage während der Ausführung der Bildgebungssequenz größer als ein erster Grenzwert für die magnetische Flussdichte ist. Der erste Grenzwert könnte beispielsweise 30 μT bei betragen.
• Eine zweite Überprüfung, ob ein zeitlicher Mittelwert der HF-Leistung (maximaler mittlerer B1-Wert) der Magnetresonanzanlage während der Ausführung der Bildgebungssequenz größer als ein zweiter Grenzwert für die magnetische Flussdichte ist. Während bei der ersten Überprüfung überprüft wird, ob ein Maximum der HF-Leistung über dem ersten Grenzwert liegt, wird bei der zweiten Überprüfung überprüft, ob zu irgendeiner Zeitspanne (von z.B. 100 ms) der zeitliche Mittelwert der HF-Leistung über diese jeweilige Zeitspanne größer als der zweite Grenzwert ist. Eine Variante des zeitlichen Mittelwerts der HF-Leistung ist das quadratische Mittel der HF-Leistung, welches auch als RMS („Root Mean Square“) oder Effektivwert der HF-Leistung bekannt ist. Der zweite Grenzwert könnte beispielsweise 3,2 μT betragen, d.h. z.B. B1_RMS ≤ 3,2 μT.
• Eine dritte Überprüfung, ob ein Maximalwert eines Betrags einer zeitlichen Änderung der Gradientenleistung (Maximalwert von |^dB/_dt|) der Magnetresonanzanlage während der Ausführung der Bildgebungssequenz größer als ein erster Grenzwert für eine Änderung der magnetischen Flussdichte pro Zeiteinheit ist. Bei dieser dritten Überprüfung wird also quasi überprüft, ob der Maximalwert des Betrags der ersten Ableitung über der Zeit der Gradientenleistung über dem entsprechenden Grenzwert liegt. Der erste Grenzwert könnte beispielsweise 100 T/s betragen.
• Eine vierte Überprüfung, ob ein zeitlicher Mittelwert eines Betrags einer zeitlichen Änderung der Gradientenleistung (Maximalwert des Mittelwerts von |^dB/_dt|) der Magnetresonanzanlage während der Ausführung der Bildgebungssequenz größer als ein zweiter Grenzwert für eine Änderung der magnetischen Flussdichte pro Zeiteinheit ist. Bei dieser vierten Überprüfung wird also quasi überprüft, ob zu irgendeiner Zeitspanne (von z.B. 100 ms) der zeitliche Mittelwert des Betrags der zeitlichen Änderung der Gradientenleistung über dem entsprechenden Grenzwert liegt. Eine Variante dieses zeitlichen Mittelwerts ist das quadratische Mittel, welches auch als Effektivwert bekannt ist. Der zweite Grenzwert könnte beispielsweise 56 T/s betragen.

Die oben in der ersten bis vierten Überprüfung angegebenen beispielhaften Grenzwerte beziehen sich auf eine Magnetresonanzanlage mit einer Leistung von 1,5 T.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Überprüfung, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung die vorbestimmten Grenzwerte verletzen, für den Fall, dass die Grenzwerte verletzt werden, die Bestimmung, welcher der Grenzwerte um welchen Prozentsatz verletzt wird.
Diese Ausführungsform kann beispielsweise für eine Vorausschau-Variante (Look-ahead-Funktion) eingesetzt werden, mit welcher beispielsweise überprüft werden kann, ob die Leistung der Magnetresonanzanlage beim geplanten Erfassen der MR-Daten die FPO:B-Spezifikationen erfüllt. Anhand der zusätzlichen Angabe im Verletzungsfall, welcher der Grenzwerte um welchen Prozentsatz verletzt wird, kann dann die geplante Bildgebungssequenz entsprechend angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird mindestens einer der Parameter der Bildgebungssequenz derart von der Magnetresonanzanlage auf einen Parameterwert eingestellt, dass die derart geänderte Bildgebungssequenz bei einer Ausführung die Grenzwerte nicht verletzt. Dabei versucht die Magnetresonanzanlage möglichst dicht bei dem ursprünglichen Parameterwert (d.h. demjenigen Werts des jeweiligen Parameters, welcher zuerst von der Magnetresonanzanlage erfasst wurde) zu bleiben.
Wenn die Magnetresonanzanlage bei dieser Ausführungsform anhand der Simulation erkennt, dass die Bildgebungssequenz die Grenzwerte verletzen würde, ändert die Magnetresonanzanlage einen oder mehrere Parameter der Bildgebungssequenz derart ab, dass ein Erfassen der MR-Daten mit der derart geänderten Bildgebungssequenz zu keiner Verletzung der Grenzwerte führt.
Die Bestimmung eines Parameterwerts eines oder mehrerer Parameter zur Vermeidung der Verletzung der Grenzwerte kann dabei anhand einer binären Suche durchgeführt werden. Diese binäre Suche wird dabei für jeden Grenzwert durchgeführt, der durch die aktuelle Sequenz verletzt wird. Dazu wird einer der Parameter bestimmt, um durch dessen Änderung die Verletzung des Grenzwerts auszuräumen. Der Wert des jeweiligen Parameters, den dieser Parameter vor dem ersten Durchlauf aufweist, wird dabei als ursprünglicher Wert bezeichnet. Dabei werden folgende Schritte durchgeführt:

• Beim ersten Durchlauf eines Schritts 1 wird ein noch möglicher Wertebereich für den jeweiligen Parameter bestimmt. Der noch mögliche Wertebereich ist dabei ein Wertebereich des Parameters, in dem Parameterwerte liegen, welche nach aktuellem Stand der Simulation oder Analyse zu keiner Verletzung des jeweiligen Grenzwerts führen würden. Bei jedem Durchlauf des Schritts 1 wird der jeweilige Parameter auf einen Wert in der Mitte des noch möglichen Wertebereichs gesetzt.
• In einem Schritt 2 wird anhand einer Simulation, Analyse oder Berechnung überprüft, ob mit der geänderten Sequenz der jeweilige Grenzwert verletzt wird. D.h. wenn der jeweilige Parameter die maximale HF-Leistung (Gradientenleistung) beeinflusst, wird überprüft, ob die geänderte Sequenz den Grenzwert für die maximale HF-Leistung (Gradientenleistung) überschreitet.
• In einem Schritt 3 wird der noch mögliche Wertebereich des jeweiligen Parameters halbiert. Wenn die Simulation im Schritt 2 ergab, dass die geänderte Sequenz den Grenzwert nach wie vor verletzt, wird diejenige Hälfte des noch möglichen Wertebereichs gewählt, welche weiter von dem ursprünglichen Parameterwert entfernt liegt, während sonst die andere Hälfte gewählt wird. Die binäre Suche wird abgebrochen, wenn ein Abbruchkriterium (beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl von Simulationen für den jeweiligen Parameter) erfüllt ist. Wenn bis dahin kein einziges Mal die Simulation im Schritt 2 ergab, dass die (geänderte) Sequenz den Grenzwert nicht mehr verletzt, wird die binäre Suche mit einem negativen Ergebnis abgebrochen. Im anderen Fall wird der Parameterwert auf den zuletzt während der binären Suche gefundenen Parameterwert eingestellt, bei welchem die Simulation im Schritt 2 ergab, dass die (geänderte) Sequenz den Grenzwert nicht mehr verletzt. Wenn das Abbruchkriterium nicht erfüllt ist, setzt die binäre Suche bei Schritt 1 fort.

Diese binäre Suche wird so oft für alle änderbaren Parameter und alle verletzten Grenzwerte wiederholt, bis entweder eine Sequenz gefunden wurde, bei der die Simulation ergab, dass keine Grenzwerte verletzt werden, oder bis die binäre Suche für einen verletzten Grenzwert für alle änderbaren Parameter ergebnislos durchgeführt wurde.
Diese iterative Vorgehensweise oder binäre Suche zur Bestimmung von Parametern der Bildgebungssequenz, welche zu keiner Verletzung der Grenzwerte führen, weist im Vergleich zu anderen Vorgehen den Vorteil auf, dass die Parameter mit einer vergleichsweise geringen Rechenzeit bestimmt werden können und die geänderten Parameterwerte dennoch möglichst dicht an den ursprünglichen Werten liegen.
Bezüglich der vorab beschriebenen binären Suche existieren folgende Varianten:
Gemäß einer bevorzugten Variante wird beim ersten Durchlauf des Schritts 1 der Parameter auf den Extremwert gesetzt, der innerhalb des möglichen Wertebereichs liegt und am weitesten vom ursprünglichen Wert des Parameters entfernt ist. Wenn (z.B. im Schritt 2) erkannt wird, dass mit diesem Extremwert der Grenzwert für die maximale HF-Leistung oder Gradientenleistung überschritten wird, kann die binäre Suche sofort mit einem negativen Ergebnis abgebrochen werden.
Für die Bestimmung des noch möglichen Wertebereichs beim ersten Durchlauf des Schritts 1 existieren zwei Varianten. Bei der ersten Variante handelt es sich um einen zusammenhängenden Wertebereich. Bei der zweiten Variante erfolgt die Bestimmung des noch möglichen Wertebereichs, indem eine Liste erstellt wird, in der alle noch möglichen Parameterwerte des jeweiligen Parameters in einer entsprechenden Reihenfolge gesammelt werden. Die Mitte des jeweils noch möglichen Wertebereichs entspricht bei dieser Variante der Mitte der Liste oder eines entsprechenden Teils der Liste. Eine Kombination der ersten und zweiten Variante mit der vorab beschriebenen bevorzugten Variante ist möglich.
Die Parameter der Bildgebungssequenz können einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen:

• Den Flipwinkel eines HF-Pulses der Bildgebungssequenz. Um die HF-Leistung (sowohl den Maximalwert als auch den zeitlichen Mittelwert) zu reduzieren, sollte der Flipwinkel verkleinert werden.
• Den Typ eines HF-Pulses der Bildgebungssequenz. Als Typ existieren dabei beispielsweise ein schneller Typ (zeitlich geringe Einstrahlungsdauer des HF-Pulses, d.h. schmaler Puls) und ein Typ mit einer geringen SAR-Belastung (SAR = „Specific Absorption Rate“) für den Patienten, welcher eine längere Einstrahlungsdauer (d.h. einen breiteren Puls) aufweist. Um beispielsweise die maximale HF-Leistung zu reduzieren, kann der Typ von schnell auf den Typ mit der geringen SAR-Belastung verändert werden oder ein breiterer Puls gewählt werden.
• Die Repetitionszeit (TR), nach welcher die Bildgebungssequenz wiederholt wird. Um sowohl den zeitlichen Mittelwert der HF-Leistung als auch den zeitlichen Mittelwert des Betrags der zeitlichen Änderung der Gradientenleistung zu reduzieren, kann die Repetitionszeit erhöht werden.
• Die Anzahl der Schichten, in welchen die MR-Daten erfasst werden. Um beispielsweise den Mittelwert der HF-Leistung zu reduzieren, kann die Anzahl der Schichten reduziert werden.
• Die Schichtdicke. Um beispielsweise den zeitlichen Mittelwert des Betrags der zeitlichen Änderung der Gradientenleistung zu verringern, kann die Schichtdicke vergrößert werden.
• Der zeitliche Abstand zwischen bestimmten Elementen (z.B. HF-Pulsen oder Gradientenmomenten) der Bildgebungssequenz. Um beispielsweise den zeitlichen Mittelwert der HF-Leistung zu reduzieren, kann eine Wartezeit, z.B. zwischen dem Auslesemodul und dem folgenden HF-Anregungspuls, in die Bildgebungssequenz eingefügt werden, wodurch sich der zeitliche Abstand zwischen bestimmten Elementen der Bildgebungssequenz vergrößert.
• Die Anstiegsrate („slew rate“) eines Gradientenmoments. Um sowohl den Maximalwert des Betrags der zeitlichen Änderung der Gradientenleistung als auch den zeitlichen Mittelwert dieses Betrags zu reduzieren, kann die Anstiegsrate oder Anstiegsgeschwindigkeit reduziert werden, wodurch die Anstiegszeit („rise time“) vergrößert wird.
• Die Auflösung, mit welcher die MR-Daten erfasst werden. Um den zeitlichen Mittelwert des Betrags der zeitlichen Änderung der Gradientenleistung zu verringern, kann beispielsweise die Auflösung vergrößert werden.

Bei der vorab beschriebenen Darstellung verschiedener Parameter der Bildgebungssequenz sind jeweils Auswirkungen entsprechender Änderungen dieser Parameter auf die HF-Leistung und die Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage ausgeführt. Mit dieser Information kann die Magnetresonanzanlage die Parameter der Bildgebungssequenz automatisch derart ändern, dass die geänderte Bildgebungssequenz die vorbestimmten Grenzwerte nicht verletzt.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der zu ändernde Parameter oder werden die zu ändernden Parameter jeweils zusammen mit den automatisch von der Magnetresonanzanlage bestimmten Parametern einem Benutzer der Magnetresonanzanlage dargestellt. Die geänderte Sequenz wird dabei erst dann von der Magnetresonanzanlage ausgeführt, um die MR-Daten zu erfassen, wenn eine Bestätigung des Benutzers über die dargestellten Änderungen erfasst wird.
Gemäß dieser Ausführungsform werden Protokolländerungen (d.h. Änderungen der Parameter der Bildgebungssequenz) in einer Art Benutzerdialog einem Benutzer dargestellt. Erst wenn dieser Benutzer die von der Magnetresonanzanlage automatisch erstellten Änderungen akzeptiert, wird die geänderte Bildgebungssequenz von der Magnetresonanzanlage ausgeführt, um damit die MR-Daten zu erfassen.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann (z.B. von einem Benutzer) ein Wertebereich für einen oder für mehrere der Parameter vorgegeben werden. Dabei kann die Vorgabe eines Wertebereichs auch die Vorgabe einer (oberen und/oder unteren) Grenze für einen Parameter umfassen, die nicht überschritten werden darf. Bei der automatischen Bestimmung oder Änderung von Parametern zur Vermeidung der Überschreitung der vorbestimmten Grenzwerte berücksichtigt die Magnetresonanzanlage den jeweils vorgegebenen Wertebereich, indem nur Parameterwerte aus diesem jeweiligen Wertebereich gewählt werden.
Diese Ausführungsform ermöglicht, dass der Benutzer (nur) bestimmte Parameter für eine automatische Änderung dieser Parameter für den Fall, dass die ursprünglich gewählten Parameterwerte zu einer Verletzung der vorbestimmten Grenzwerte führen würden, freigibt. Indem nur für bestimmte Parameter entsprechende Wertebereiche angegeben werden, werden zum einen bei dieser automatischen Änderung nur diejenigen Parameter geändert, für welche ein entsprechender Wertebereich angegeben wurde, und zum anderen werden zur Änderung der jeweiligen Parameter nur Parameterwerte aus dem vorgegebenen Wertebereich automatisch von der Magnetresonanzanlage gewählt. Bei dieser Ausführungsform kann der Benutzer beispielsweise vorgeben, dass der Flipwinkel höchstens bis zu einem Wert X verringert werden darf.
Diese Ausführungsform ermöglicht vorteilhafterweise, dass die Parameter der Bildgebungssequenz für den Fall, dass die ursprünglich vom Benutzer vorgegebenen Parameterwerte zu einer Verletzung der Grenzwerte führen würden, nur in einer vom Benutzer vorgegebenen Weise verändert werden, so dass beispielsweise eine Abfrage seitens der Magnetresonanzanlage, ob der Benutzer mit der automatisch erstellten Änderung einverstanden ist, entfallen kann. Bei dieser Ausführungsform wird demnach der Arbeitsfluss vorteilhafterweise selbst dann nicht (z.B. durch eine Benutzerabfrage) unterbrochen, wenn die ursprünglichen Parameterwerte zu einer Verletzung der FPO:B-Spezifikationen führen würden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, mindestens eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der mindestens einen HF-Antenne und zum Empfang von von der oder den HF-Antennen aufgenommenen Messsignalen bzw. MR-Daten. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage

• eine Sequenz, mit welcher die MR-Daten erfasst werden sollen, erfasst,
• eine maximale HF-Leistung und eine maximale Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage während eines fiktiven Ausführens der Sequenz bestimmt, indem die Magnetresonanzanlage das Ausführen der Sequenz simuliert,
• eine Überprüfung durchführt, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung vorbestimmte Grenzwerte verletzt, und
• die Sequenz nur dann ausführt, um die MR-Daten zu erfassen, wenn die vorherige Überprüfung ergab, dass die Grenzwerte nicht verletzt werden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z.B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z.B. eine DVD, ein Magnetband, eine Festplatte oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass auch Patienten mit einem Implantat mittels einer Magnetresonanzanlage untersucht werden können, ohne dass die Untersuchung während des Erfassens der MR-Daten abgebrochen wird, da die FPO:B-Kriterien verletzt werden. Der Patient kann dabei beispielsweise eines oder mehrere von folgenden Implantaten besitzen:

• einen Herzschrittmacher,
• einen implantierten Defibrillator,
• eine implantierte automatische Verabreichungsvorrichtung für Arzneimittel,
• einen Gehirn-Stimulator (z.B. zum Eindämmen von Schmerzen oder Zittern),
• ein Rückenmarkimplantat.

Gemäß der FPO:B-Spezifikation müssen zwei unterschiedliche Aspekte, nämlich die maximale HF-Leistung und die maximale Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage, berücksichtigt werden. Das bedeutet, dass die automatische Bestimmung der Parameterwerte beide Aspekte und insbesondere die Kombination von beiden Aspekten berücksichtigen muss. Dabei ist zu beachten, dass die Auswirkungen der Änderung bestimmter Parameter der Bildgebungssequenz diese beiden Aspekte unabhängig voneinander beeinflusst, so dass erfindungsgemäß Änderungen von mehreren Parametern vorgenommen werden müssen, um in gewissen Fällen die Verletzung der vorbestimmten Grenzwerte zu vermeiden.
Beispielsweise sei angenommen, dass eine Bildgebungssequenz sowohl den Grenzwert bezüglich der maximalen HF-Leistung (B1-Spitzenwert) als auch den Grenzwert bezüglich der maximalen Gradientenleistung (Spitzenwert für dB/dt) verletzt. In diesem Fall kann die Anstiegsrate der Gradientenmomente reduziert werden, um die maximale Gradientenleistung zu reduzieren, und der Flipwinkel kann reduziert werden, um die maximale HF-Leistung zu reduzieren. Mit anderen Worten müssen zwei Parameter (die Anstiegsrate und der Flipwinkel) geändert werden, um die Grenzwerte hinsichtlich der maximalen HF-Leistung und der maximalen Gradientenleistung nicht zu verletzen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die maximale HF-Leistung und die maximale Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage durch eine Simulation der Ausführung der jeweils geänderten Sequenz bestimmt werden, wodurch auch Kombinationen von Parameterwertänderungen korrekt erfasst werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dargestellt.
2 stellt ein Flussablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem der zu untersuchende Volumenabschnitt des menschlichen Körpers angeordnet ist. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenfeldsystem bzw. Gradientenfeldsystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d.h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22, welches Teil einer Steuereinrichtung 10 der Magnetresonanzanlage 5 ist, umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert, im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und über den Ausgang 11 ausgegeben. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt über einen Ausgang 11 gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zum Erfassen von MR-Daten und zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z.B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
In 2 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Vorgehens zum Erfassen von MR-Daten eines (insbesondere lebenden) Untersuchungsobjekts mit einer Magnetresonanzanlage dargestellt.
In einem Schritt S1 wird eine Bildgebungssequenz, mit welcher die MR-Daten des Untersuchungsobjekts abgetastet werden, von der Magnetresonanzanlage erfasst. In einem Schritt S2 werden für bestimmte Parameter dieser Bildgebungssequenz Wertebereiche bestimmt. Mit diesen Wertebereichen gibt der Benutzer zum einen vor, welche Parameter der Bildgebungssequenz von der Magnetresonanzanlage automatisch geändert werden dürfen. Parameter, für welche der Benutzer im Schritt S2 keinen Wertebereich vorgibt, dürfen von der Magnetresonanzanlage nicht automatisch geändert werden.
Im Schritt S3 wird im ersten Durchlauf die in Schritt S1 erfasste Bildgebungssequenz simuliert, um anhand der Simulation die maximale HF-Leistung und die maximale Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage zu bestimmen. Im Schritt S4 wird anschließend überprüft, ob die im Schritt S3 bestimmte maximale HF-Leistung und die im Schritt S3 bestimmte maximale Gradientenleistung vorbestimmte Grenzwerte (insbesondere die FPO:B-Spezifikation) verletzen. Wenn dies nicht der Fall ist verzweigt das Verfahren zum Schritt S6, in welchem die Sequenz mit Hilfe der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird, um die MR-Daten des Untersuchungsobjekts zu erfassen. Nach diesem Schritt S6 endet das Verfahren.
Wenn dagegen im Schritt S4 erkannt wird, dass die durch die Simulation bestimmte maximale HF-Leistung und die maximale Gradientenleistung die vorbestimmten Grenzwerte verletzen, wird einer oder werden mehrere der Parameter der Bildgebungssequenz im folgenden Schritt S5 geändert. Bei dieser automatisch von der Magnetresonanzanlage durchgeführten Änderung werden die im Schritt S2 vorgegebenen Wertebereiche berücksichtigt. Das heißt, zum einen werden nur diejenigen Parameter geändert, für welche im Schritt S2 Wertebereiche bestimmt wurden. Zum anderen werden die Parameter derart geändert, dass der geänderte Parameterwert innerhalb des im Schritt S2 vorgegebenen Wertebereichs des jeweiligen Parameters liegt. Anschließend wird im Schritt S3 die derart geänderte Sequenz nochmals simuliert, um die maximale HF-Leistung und die maximale Gradientenleistung der geänderten Sequenz zu bestimmen. Anschließend wird wiederum im Schritt S4 überprüft, ob die maximale HF-Leistung und die maximale Gradientenleistung noch immer die Grenzwerte verletzen. Wenn dies nicht mehr der Fall ist, wird der Schritt S6 durchgeführt und das Verfahren beendet. Wenn dies dagegen immer noch der Fall ist, werden die Schritte S5, S3 und S4 wiederholt durchgeführt, bis entweder eine Sequenz gefunden wurde, welche weder die Grenzwerte für die maximale HF-Leistung noch die Grenzwerte für die maximale Gradientenleistung verletzt, oder bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist, so dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Durchführung des Schritts S6 beendet wird (diese Variante ist in 2 nicht dargestellt).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC-Standards 60601-2-33, welcher seit Frühling 2015 [0002]
IEC-Standards 60601-2-33 [0003]

Claims

Verfahren zum Erfassen von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen einer Sequenz, mit welcher die MR-Daten erfasst werden sollen, Bestimmen einer maximalen HF-Leistung und einer maximalen Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz, indem das Ausführen der Sequenz zumindest teilweise simuliert oder analysiert wird, Überprüfen, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung vorbestimmte Grenzwerte verletzen, und Ausführen der Sequenz, um die MR-Daten zu erfassen, nur dann, wenn das Überprüfen ergab, dass die Grenzwerte nicht verletzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überprüfen, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung die vorbestimmten Grenzwerte verletzen, zumindest eine von folgenden Überprüfungen umfasst: eine Überprüfung, ob ein Maximalwert der HF-Leistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz größer als ein erster Grenzwert für die magnetische Flussdichte ist, eine Überprüfung, ob ein zeitlicher Mittelwert der HF-Leistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz größer als ein zweiter Grenzwert für die magnetische Flussdichte ist, eine Überprüfung, ob ein Maximalwert eines Betrags einer zeitlichen Änderung der Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz größer als ein erster Grenzwert für eine Änderung der magnetischen Flussdichte pro Zeiteinheit ist, und eine Überprüfung, ob ein zeitlicher Mittelwert eines Betrags einer zeitlichen Änderung der Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz größer als ein zweiter Grenzwert für eine Änderung der magnetischen Flussdichte pro Zeiteinheit ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überprüfen, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung die vorbestimmten Grenzwerte verletzen, für den Fall, dass die Grenzwerte verletzt werden, ein Bestimmen umfasst, welcher der Grenzwerte um welchen Prozentsatz verletzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Bestimmen von mindestens einem Parameter der Sequenz und einem Parameterwert pro Parameter derart, dass die derart geänderte Sequenz, bei welcher der mindestens eine Parameter den jeweiligen bestimmten Parameterwert aufweist, die Grenzwerte nicht verletzt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des mindestens einen Parameters und des Parameterwerts pro Parameter mittels einer binären Suche durchgeführt wird, welche umfasst: Schritt 1: Setzen des mindestens einen Parameters auf einen Wert in der Mitte eines noch möglichen Wertebereichs und weiter zu Schritt 2, Schritt 2: Simulieren oder Analysieren, ob mit der geänderten Sequenz der dem geänderten Parameter entsprechende Grenzwert verletzt wird, und weiter bei Schritt 3, Schritt 3: Einschränken des noch möglichen Wertebereichs auf eine Hälfte des noch möglichen Wertebereichs abhängig von dem Ergebnis aus Schritt 2 und weiter bei Schritt 1, wobei die binäre Suche abgebrochen wird, wenn ein vorbestimmtes Abbruchkriterium erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter einen oder mehrere der folgenden Parameter umfasst: einen Flipwinkel eines HF-Pulses der Sequenz, einen Typ eines HF-Pulses der Sequenz, eine Repetitionszeit, nach welcher die Sequenz wiederholt wird, eine Anzahl der Schichten, in welchen die MR-Daten erfasst werden, eine Dicke einer Schicht, in welcher die MR-Daten erfasst werden, ein zeitlicher Abstand zwischen bestimmten Elementen der Sequenz, eine Anstiegsrate eines Gradientenmoments, und eine Auflösung, mit welcher die MR-Daten erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Parameter mit dem jeweils bestimmten Parameterwert dargestellt wird, dass die Sequenz, welche anhand des mindestens einen Parameters mit dem jeweils bestimmten Parameterwert geändert wird, nur dann ausgeführt wird, um die MR-Daten zu erfassen, wenn eine Bestätigung eines Benutzers erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Bestimmen eines Wertebereichs für jeden des mindestens einen Parameters umfasst, und dass das Bestimmen des mindestens einen Parameters und des Parameterwerts pro Parameter, um die Grenzwerte nicht zu verletzen, den Parameterwert des jeweiligen Parameters nur aus dem vorher bestimmten Wertebereich des jeweiligen Parameters bestimmt.
Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts (O), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang von von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen MR-Daten umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) eine Sequenz, mit welcher die MR-Daten erfasst werden sollen, erfasst, eine maximale HF-Leistung und eine maximale Gradientenleistung der Magnetresonanzanlage (5) während des Ausführens der Sequenz bestimmt, indem die Magnetresonanzanlage (5) das Ausführen der Sequenz zumindest teilweise simuliert oder analysiert, überprüft, ob die maximale HF-Leistung und/oder die maximale Gradientenleistung vorbestimmte Grenzwerte verletzt, und die Sequenz nur dann ausführt, um die MR-Daten zu erfassen, wenn das Überprüfen ergab, dass die Grenzwerte nicht verletzt werden.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.