DE102016225793B3

DE102016225793B3 - Kalibrierung einer Magnetresonanzvorrichtung

Info

Publication number: DE102016225793B3
Application number: DE102016225793.5A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: US20180172792A1; US10429481B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung sowie eine entsprechende Magnetresonanzvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt. Dabei umfasst der zumindest eine Betriebsparameter einen konstanten Anteil und einen variablen Anteil. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Nach einem Start zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung wird der variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters ermittelt. Zudem wird der konstante Anteil des zumindest einen Betriebsparameters bereitgestellt. Anhand des konstanten Anteils und des variablen Anteils wird der zumindest eine Betriebsparameter kalibriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung sowie eine entsprechende Magnetresonanzvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt.
Die Magnetresonanztomographie (MRT; engl. Magnetic Resonance Imaging, MRI) ist eine bekannte Technik zum Erzeugen von Magnetresonanzabbildungen eines Körperinneren eines Patienten, die auf dem physikalischen Phänomen der Magnetresonanz (MR) beruht.
Üblicherweise umfasst eine Magnetresonanzvorrichtung eine fest installierte Körperspule (engl. body coil, BC), die als Sende- und Empfangsspule betrieben werden kann. Körperspulen sind beispielhaft in den Druckschriften US 6842003 B2 , US 7518367 B2 und US 8013605 B2 beschrieben. Als Sendespule strahlt eine Körperspule hochfrequente Anregungssignale ab, wodurch Atomkerne im Körper des Patienten angeregt werden. Die angeregten Atomkerne senden wiederum Magnetresonanzsignale aus, die von der Körperspule, oder auch einer Lokalspule (engl. local coil), als Empfangsspule empfangen werden können. Eine Empfangsspule kann mehrere, z. B. 2, 4, 8, 16, 32, 64, etc., Antennen umfassen, die zusammen ein Antennenarray bilden. Die Antennen können jeweils unabhängig voneinander Magnetresonanzsignale empfangen und auf einem jeweiligen Empfangskanal zur weiteren Verarbeitung weiterleiten.
Bei einer ersten Einrichtung (engl. tune-up) einer Magnetresonanzvorrichtung findet in der Regel auch eine Kalibrierung der Magnetresonanzvorrichtung statt. Insbesondere bestimmt ein Servicetechniker mit Hilfe eines Phantoms eine Phasenbeziehung zwischen den mehreren unabhängigen Empfangskanälen der Körperspule. Dies erlaubt es, Bildkombinationsverfahren zu nutzen, die auf phasengewichteter Kombination, einem sogenannten „BC Combine”, von Einzelbildern beruhen und welche zur Verbesserung der Bildqualität, insbesondere der Homogenität, beitragen.
Die Druckschrift DE 10 2013 206 570 B3 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer zur unabhängigen Ansteuerung mehrerer Spulenelemente ausgebildeten Sendeeinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung. Die Druckschrift DE 10 2013 214 867 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung einer Magnetresonanz-Ansteuersequenz mit konzentrischen, kreisförmigen Sendetrajektorien.
Als Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, die Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere einer Körperspule, zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Demnach wird ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere einer Körperspule, vorgeschlagen, wobei der zumindest eine Betriebsparameter einen konstanten Anteil und einen variablen Anteil umfasst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Nach einem Starten zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung wird der variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters ermittelt. Zudem wird der konstante Anteil des zumindest einen Betriebsparameters bereitgestellt. Anhand des konstanten Anteils und des variablen Anteils wird der zumindest eine Betriebsparameter kalibriert.
Bei dem Starten müssen nicht notwendigerweise alle Bestandteile der Magnetresonanzvorrichtung gestartet werden. Der zumindest eine Teil der Magnetresonanzvorrichtung, der gestartet wird, umfasst vorzugsweise Teile, deren Start zu einer Veränderung des zumindest einen Betriebsparameters, insbesondere zu einer Veränderung des variablen Anteils des Betriebsparameters führt. Dies kann beispielsweise eine Komponente sein, die ein Taktsignal erzeugt und/oder verarbeitet. Im Folgenden ist also ein Start einer Magnetresonanzvorrichtung so zu verstehen, dass auch nur ein Teil der Magnetresonanzvorrichtung davon betroffen sein kann.
Ein Taktsignal, manchmal auch Systemtakt oder auch nur kurz Takt genannt, ist üblicherweise ein Signal zur Koordination und/oder Synchronisation von Aktionen mehrerer Schaltkreise innerhalb digitaler und/oder analoger Systeme. Je nach Anwendung kann das Taktsignal sich mit einer definierten Frequenz (Taktfrequenz genannt) wiederholen oder auch aperiodisch sein.
Dabei verändert sich der zumindest eine Betriebsparameter, insbesondere der variable Anteil des Betriebsparameters, vorzugsweise im Vergleich zu einem früheren Betrieb der Magnetresonanzvorrichtung vor dem (nochmaligen) Start der Magnetresonanzvorrichtung. Mit anderen Worten verändert sich der zumindest eine Betriebsparameter, insbesondere der variable Anteil des Betriebsparameters, insbesondere durch Aus- und Einschalten der Magnetresonanzvorrichtung.
Durch die Unterteilung in einen konstanten und einen variablen Anteil des zumindest einen Betriebsparameters kann auf eine Ermittlung des konstanten Anteils nach dem Starten der Magnetresonanzvorrichtung verzichtet und so die Kalibrierung vereinfacht werden. Es braucht nur noch der variable Anteil ermittelt werden.
Der konstante Anteil wird vorzugsweise vorab einmalig ermittelt, beispielsweise bei einer Einstellung (engl. tune-up) der Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere bei der Einrichtung und/oder Installation und/oder Inbetriebnahme der Magnetresonanzvorrichtung. Hierbei kann vorzugsweise der zumindest Betriebsparameter insgesamt, z. B. eine Kombination aus konstanten und variablen Anteil, und der variable Anteil ermittelt werden. Aus der ermittelten Kombination aus konstanten und variablen Anteil sowie aus dem ermittelten variablen Anteil kann dann der konstante Anteil abgeleitet werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Bereitstellung des konstanten Anteils des zumindest einem Betriebsparameters aus einem persistenten Speicher, in den der konstanten Anteils nach seiner Ermittlung abgespeichert wird. Vorteilhafterweise behält der persistente Speicher seine Informationen nach bei einer Unterbrechung einer Stromversorgung.
Vorzugsweise umfasst die Magnetresonanzvorrichtung eine erste Messeinheit, die ausgebildet sind, den variablen Anteil zu ermitteln.
Die erste Messeinheit kann beispielsweise einen Taktgeber und/oder einen Testsignalgenerator und/oder eine Signalerfassungseinheit, z. B. eine analoge und/oder Empfangseinheit, umfassen. Der Taktgeber triggert vorteilhafterweise den Testsignalgenerator und die Signalerfassungseinheit, d. h. der Taktgeber übermittelt ein Triggersignal an den Testsignalgenerator und an die Signalerfassungseinheit. Dabei erzeugt der Testsignalgenerator ein durch den Taktgeber getriggertes Testsignal, das in einen Signalpfad eines Abschnitts der Magnetresonanzvorrichtung eingekoppelt wird, der den variablen Anteil des zumindest einen Betriebsparameters bestimmt. Vorzugsweise umfasst dieser besagte Abschnitt also eine Übertragungsstrecke, das Testsignal durchläuft. Das über den Signalpfad dieses besagten Abschnitts übertragene Testsignal wird vorzugsweise mit dem Triggersignal, das direkt vom Taktgeber an die Signalerfassungseinheit übermittelt wurde, verglichen, um den variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters, z. B. eine Signalphase, zu ermitteln. Dabei kann beispielsweise die Signalerfassungseinheit als eine digitale Erfassungseinheit ausgebildet sein. Der Vergleich von Triggersignal und Testsignal kann beispielsweise durch ein Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystem (engl. Measurement Acquistion and Reconstruction System, MARS) erfolgen. Das Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystem umfasst vorzugsweise einen Computer mit einer Steuer-Hardware.
Der konstante Anteil und/oder die Kombination aus konstanten und variablen Anteil kann mit einer weiteren Messeinheit der Magnetresonanzvorrichtung und/oder mit einer externen Messeinheit ermittelt werden. Die externe Messeinheit kann beispielsweise ein Servicetechniker bei der Einstellung der Magnetresonanzvorrichtung, insbesondere nur vorübergehend, verwenden.
Die weitere Messeinheit kann insbesondere zumindest einen Teil der ersten Messeinheit umfassen. Beispielsweise kann ein Magnetresonanzsignal, das z. B. in einem Phantom und/oder einen Patienten erzeugt wird, über einen Signalpfad eines erweiterten Abschnitts der Magnetresonanzvorrichtung eingekoppelt wird, der den variablen und den konstanten Anteil, also eine Kombination aus konstanten und variablen Anteil, des zumindest einen Betriebsparameters bestimmt. Vorzugsweise umfasst dieser besagte erweiterte Abschnitt also eine Übertragungsstrecke, das Magnetresonanzsignal durchläuft. Das über den Signalpfad dieses besagten erweiterten Abschnitts übertragene Magnetresonanzsignal kann von der Signalerfassungseinheit erfasst und mittels des ein Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystems ausgewertet werden. Insbesondere ist es möglich, dass aus dem variablen Anteil und der Kombination aus konstanten und variablen Anteil der konstante Anteil des zumindest einen Betriebsparameters ermittelt wird.
Es ist auch denkbar, dass die erste Messeinheit und/oder weitere Messeinheit und/oder externe Messeinheit Messmittel umfasst, beispielsweise einen oder mehrere Netzwerkanalysatoren, die ausgebildet sind, insbesondere Transmissions- und/oder Reflexionsmessungen nach Betrag und Phase durchzuführen. Dabei sind vorzugsweise etwaige Leitungen und/oder Schalter in geeigneter Weise verbunden. Ferner umfasst die Magnetresonanzvorrichtung vorzugsweise eine Kalibriereinheit, mit der der zumindest einen Betriebsparameters anhand des konstanten Anteils und des variablen Anteils kalibriert werden kann. Die Kalibriereinheit kann beispielsweise vom Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystem umfasst werden.
Vorzugsweise umfasst das Starten ein Hochfahren (engl. boot up), insbesondere ein neuerliches Hochfahren (engl. reboot), zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung und/oder ein, insbesondere neuerliches, Einschalten zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung und/oder eine Wiederherstellung einer Stromversorgung, etwa nach einem Stromausfall, zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung. Insbesondere weist dieser zumindest eine Teil der Magnetresonanzvorrichtung eine oder mehrere Komponenten auf, die nach einem erneuten Starten der Magnetresonanzvorrichtung eine Veränderung des variablen Anteils des zumindest einen Betriebsparameters verursachen. Durch die Ermittlung des variablen Anteils kann diese Veränderung wieder kompensiert werden.
Vorzugsweise wird das, z. B. durch einen Stromausfall verursachte, Starten der Magnetresonanzvorrichtung von der Magnetresonanzvorrichtung erkannt, worauf die Ermittlung des variablen Anteils, die Bereitstellung des konstanten Anteils und die darauf basierende Kalibrierung des zumindest einen Betriebsparameters, möglicherweise zum wiederholten Mal, durchgeführt wird.
Die Magnetresonanzvorrichtung wird also vorzugsweise rekalibriert, sobald sie neu gestartet wurde. Durch eine solche, insbesondere automatische, Erkennung des Starts kann sichergestellt werden, dass der zumindest eine Betriebsparameter immer korrekt kalibriert ist.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass der zumindest eine Betriebsparameter eine Signalphase zwischen zumindest zwei Signalkanälen der Magnetresonanzvorrichtung umfasst. Insbesondere besteht der zumindest eine Betriebsparameter aus zumindest einer Signalphase. Unter Signalphase kann hierbei eine Phasenbeziehung und/oder Phasenlage und/oder Phasenrelation und/oder Phasenverschiebung und/oder Phasendifferenz und/oder Phasenlage zwischen zwei oder mehr Signalen verstanden werden, die jeweils auf einem Signalkanal geleitet werden.
Diesem Aspekt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kalibrierung der Signalphase in zwei Anteile zerlegt werden kann. Dabei ist ein Anteil zwischen zwei Startvorgängen konstant in der Phasenrelation, während sich ein weiterer Anteil diesbezüglich ändert. Diese Aufteilung und die Möglichkeit, den letzteren Anteil ohne Eingreifen eines Bedieners automatisch nach einem Startvorgang rekalibrieren zu können, ermöglicht die Lösung etwaiger Phasenrelationsprobleme.
Vorzugsweise umfassen die zumindest zwei Signalkanäle Sendekanäle, insbesondere zur Erzeugung von Magnetresonanzsignalen, und/oder Empfangskanäle, insbesondere zum Empfang von Magnetresonanzsignalen. Unter einem Signalkanal kann insbesondere ein Übertragungsweg eines elektrischen Signals verstanden werden.
Somit kann insbesondere eine Phasenkalibrierung der Körperspulen-Empfangskette durchgeführt werden, die eine Phasenstarrheit auch nach einem Systemreboot sicherstellt.
Unter einem Sendekanal kann ein Signalkanal verstanden werden, auf dem Sendesignale zu einer Sendespule, insbesondere einer Sendeantenne der Sendespule, auf einem Sendepfad elektrisch geleitet wird. Die Sendeantenne kann mit Hilfe der Sendesignale elektromagnetische Anregungssignale erzeugen, die wie oben bereits beschrieben zur Anregung von Atomkernen und damit zur Erzeugung von Magnetresonanzsignalen dienen können.
Unter einem Empfangskanal kann ein Signalkanal verstanden werden, der von einer Empfangsspule, insbesondere von einer Empfangsantenne der Empfangsspule, empfangene Magnetresonanzsignale auf einem Empfangspfad elektrisch leitet.
Es ist denkbar, dass der Sendepfad und der Empfangspfad gleiche Komponenten aufweist. So ist es denkbar, dass eine Empfangsantenne auch als Sendeantenne verwendet wird, beispielsweise durch Umschalten von einem Empfangsmodus in einen Sendemodus und umgekehrt.
Eine korrekte Kalibrierung der Signalphase zwischen zwei oder mehr Empfangskanälen ist insbesondere bei komplexwertigen Bildkombinationsverfahren wichtig, die auf phasengewichteter Kombination beruhen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die zumindest zwei Signalkanäle jeweils einen Signalpfad mit einem ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der konstante Anteil des zumindest einen Betriebsparameters durch den ersten Abschnitt und der variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters durch den zweiten Abschnitt bestimmt sind.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die zumindest zwei Signalkanäle jeweils einen Signalpfad mit einem ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der konstante Anteil des zumindest einen Betriebsparameters anhand des ersten Abschnitts und der variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters anhand des zweiten Abschnitts ermittelt werden.
Vorzugsweise kann ein Signalpfad eines Signalkanals in zumindest zwei Abschnitte aufgeteilt werden. Vorzugsweise umfasst dann der zweite Abschnitt eine oder mehrere Komponenten, die nach einem Starten der Magnetresonanzvorrichtung eine Veränderung des variablen Anteils des zumindest einen Betriebsparameters verursachen. Durch die Ermittlung des variablen Anteils kann diese Veränderung wieder kompensiert werden. Dagegen umfasst der erste Abschnitt vorzugsweise eine oder mehrere Komponenten, die keine Veränderung des variablen Anteils des zumindest einen Betriebsparameters verursachen.
Durch die Teilung der Signalpfade in zumindest zwei Abschnitte können der konstante und/oder der variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters gezielt ermittelt werden.
Vorzugsweise umfasst der zweite Abschnitt zumindest eine Komponente, die ein Taktsignal (engl. clock) erzeugt und/oder verarbeitet. Insbesondere umfasst der zweite Abschnitt keine Komponente, die ein Taktsignal (engl. clock) erzeugt und/oder verarbeitet.
Üblicherweise tragen besonders Taktsignal erzeugende und/oder verarbeitende Komponenten zu Phasenrelationsproblemen bei, so dass bei einem erneuten Startvorgang in konventionellen Systemen die Phasenstarrheit der Signalkanäle nicht mehr gegeben ist. So sind derartige Komponenten beim Herunterfahren (engl. boot down) üblicherweise ohne Strom, so dass nach einem erneuten Hochfahren die Phasenbeziehungen der Signalkanäle nicht mehr zu denen vor dem Herunterfahren passen. Durch die Kalibrierung des zumindest einen Betriebsparameters, insbesondere des Signalphase, kann dies wieder korrigiert werden.
Beispielsweise kann es zwischen zwei Hochfahrvorgängen der Magnetresonanzvorrichtung durch Änderung der Phasen eines Taktgebers, der das Taktsignal erzeugt, an verschiedenen Baugruppen einer Empfangskette dazu kommen, dass sich die Signalphase verändert, so dass sie beispielsweise nicht mehr zu der Signalphase passt, wie sie möglicherweise bei der Inbetriebnahme der Magnetresonanzvorrichtung ermittelt wurde. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann auf eine aufwändige abermalige Kalibrierung der gesamten Empfangskette durch einen speziell ausgebildeten Servicetechniker, bei der üblicherweise wieder ein Phantom positioniert werden muss, verzichtet werden.
Vorzugsweise umfasst der erste Abschnitt eine eine Übertragungsstrecke eines angeregten Atomkerns zu einer Empfangsantenne und/oder eine Übertragungsstrecke von der Empfangsantenne zu einem Körperspulenkanalselektor (engl. body coil channel selector, BCCS), insbesondere zu einer Schaltmatrix des Körperspulenkanalselektors. Ferner kann der erste Abschnitt eine Übertragungsstrecke von einer Sendeantenne zu einem anzuregenden Atomkern und/oder eine Übertragungsstrecke von einem Körperspulenkanalselektor, insbesondere von einer Schaltmatrix des Körperspulenkanalselektors, zu der Sendeantenne umfassen.
Vorzugsweise ist der Körperspulenkanalselektor ausgebildet, die Magnetresonanzvorrichtung zwischen einem Sendemodus in einem Empfangsmodus zu schalten und umgekehrt. Der Körperspulenkanalselektor kann z. B. im Sendemodus die Körperspule mit einem Hochfrequenzleistungsverstärker (engl. radio frequency power amplifier, RFPA) verbinden. Der Körperspulenkanalselektor kann insbesondere eine oder mehrere Schaltmatrizen und/oder einen oder mehrere Verstärker, insbesondere rauscharme Wandler (engl. low noise converter, LNC) und/oder einen oder mehrere Richtkoppler umfassen.
Vorzugsweise umfasst der zweite Abschnitt eine Übertragungsstrecke von dem Körperspulenkanalselektor, insbesondere von der Schaltmatrix des Körperspulenkanalselektors, zu einem Empfangsspulenkanalselektor (engl. receive coil channel selector, RCCS) und/oder eine Übertragungsstrecke von dem Empfangsspulenkanalselektor zu einer analogen Empfangseinheit und/oder eine Übertragungsstrecke von der analogen Empfangseinheit zu einer digitalen Empfangseinheit, insbesondere zu einem Ausgang der digitalen Empfangseinheit, der die digitale Empfangseinheit mit einem Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystem verbindet.
Der Empfangsspulenkanalselektor ist vorzugsweise ausgebildet, eine oder mehrere Empfangsspulen auf einen oder mehrere Empfänger zu schalten. Die analoge Empfangseinheit ist insbesondere ausgebildet, ein Signal zu digitalisieren und/oder zu verarbeiten, z. B. um einen Frequenzgang auszugleichen (engl. equalizing). Die digitale Empfangseinheit ist insbesondere ausgebildet, eine Datenrate zu verändern, insbesondere zu reduzieren.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass zur Ermittlung des variablen Anteils des zumindest einen Betriebsparameters die zumindest zwei Sendekanälen gleichzeitig und/oder seriell mit einem Testsignal beaufschlagt werden. Das Testsignal kann zur Bestimmung der Phasenrelationen genutzt werden.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Magnetresonanzvorrichtung mehr als zwei Signalkanäle umfasst. Hierbei kann das Testsignal, das beispielsweise durch einen Testsignalgenerator erzeugt wird, über einen Signalverteiler auf mehrere Signalkanäle, insbesondere Empfangskanäle gleichzeitig und/oder seriell zugeschaltet werden, die dann untereinander kalibriert werden können.
Ferner wird eine Magnetresonanzvorrichtung vorgeschlagen, die ausgebildet ist ein vorab beschriebenes Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters der Magnetresonanzvorrichtung durchzuführen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die Magnetresonanzvorrichtung übertragen werden und umgekehrt.
Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
Insbesondere wird eine Magnetresonanzvorrichtung vorgeschlagen, die zumindest einen Taktgeber umfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Magnetresonanzvorrichtung eine Messeinheit, die ausgebildet sind, einen variablen Anteil zumindest eines Betriebsparameters zu ermitteln und/oder eine eine Kalibriereinheit, die ausgebildet sind, anhand eines konstanten Anteils und eines variablen Anteils zumindest eines Betriebsparameters den zumindest einen Betriebsparameter zu kalibrieren.
Zudem wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit einer Kalibriereinheit einer Magnetresonanzvorrichtung ladbar ist und Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, aufweist, um ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Kalibriereinheit ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann dabei eine Software mit einem Quellcode, der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder einen ausführbaren Softwarecode umfassen, der zur Ausführung nur noch in die Kalibriereinheit zu laden ist. Durch das Computerprogrammprodukt kann das Verfahren, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Kalibriereinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Vorteilhafterweise weist die Kalibriereinheit dabei die Voraussetzungen, wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher oder eine entsprechende Logikeinheit, auf, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
3 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren Ausführungsform,
4 eine erste Variante eines Blockschaltbildes eines Empfangspfads,
5 eine weitere Variante eines Blockschaltbildes eines Empfangspfads.
In 1 ist eine Magnetresonanzvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzvorrichtung 10 umfasst eine Magneteinheit 11, die einen Hauptmagneten 12 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere zeitlich konstanten Hauptmagnetfelds 13 aufweist. Zudem umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 einen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Patienten 15. Bei einer Kalibrierung der Magnetresonanzvorrichtung 10 kann anstatt des Patienten auch ein Phantom im Patientenaufnahmebereich 14 angeordnet sein.
Der Patientenaufnahmebereich 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet und in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 11 zylinderförmig umgeben. Grundsätzlich ist jedoch eine davon abweichende Ausbildung des Patientenaufnahmebereichs 14 jederzeit denkbar. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 der Magnetresonanzvorrichtung 10 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen innerhalb des Patientenaufnahmebereichs 14 bewegbar ausgestalteten Patiententisch 17 auf.
Die Magneteinheit 11 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 18 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Magnetresonanzvorrichtung 10 umfasst eine Systemsteuereinheit 20, die zentral die Magnetresonanzvorrichtung 10 steuert, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Pulssequenz. Die Systemsteuereinheit 20 umfasst insbesondere eine Gradientensteuereinheit 21 zur Steuerung der Gradientenspuleneinheit 18.
Die Magneteinheit 11 umfasst weiterhin eine Hochfrequenzantenneneinheit 19, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als fest in die Magnetresonanzvorrichtung 10 integrierte Körperspule ausgebildet ist. Die Hochfrequenzantenneneinheit 19 ist zu einem Senden hochfrequenter Anregungssignale zur Anregung von Atomkernen, die sich in dem von dem Hauptmagneten 12 erzeugten Hauptmagnetfeld 13 einstellt, und zu einem Empfangen aus der Anregung resultierender Magnetresonanzsignale ausgelegt. Zum einem korrekten Betrieb der Magnetresonanzvorrichtung 10, insbesondere der Hochfrequenzantenneneinheit 19, können Betriebsparameter eingestellt, insbesondere kalibriert, werden.
Die Hochfrequenzantenneneinheit 19 kann mehrere Antennen mit insbesondere jeweils einem Signalkanal aufweisen, auf denen etwaige Signale zu der Antenne zugeführt und/oder von der Antenne weggeführt werden können. Je nachdem, ob die Hochfrequenzantenneneinheit 19 Signale sendet oder empfängt, handelt es sich dabei um Sende- oder Empfangskanäle.
Die Signalkanäle weisen hier jeweils einen Signalpfad auf. Der Signalpfad kann in einen ersten Abschnitt, der die Hochfrequenzantenneneinheit 19 und einen Teilabschnitt 22 umfasst, und einem zweiten Abschnitt 23 unterteilt werden. Dabei beeinflusst der erste Abschnitt einen konstanten Anteil eines Betriebsparameters und der zweite Abschnitt einen variablen Anteil des Betriebsparameters, wie beispielsweise eine Signalphase zwischen zwei Signalkanälen. Der variable Anteil kann sich nach jedem Startvorgang der Magnetresonanzvorrichtung ändern, während der konstante Anteil davon nicht berührt wird.
Der zweite Abschnitt 23 umfasst einen Taktgeber 24, der ein Taktsignal erzeugt und das Taktsignal insbesondere weiteren Komponenten des zweiten Abschnitts bereitstellt, die das Taktsignal verarbeiten. Durch eine Unterbrechung der Stromversorgung, beispielsweise durch ein gewolltes Herunterfahren der Magnetresonanzvorrichtung 10 oder durch einen ungewollten Stromausfall, kann sich der variable Anteil des Betriebsparameters verändern. Die Systemsteuereinheit 20 umfasst eine erste Messeinheit 25, die ausgebildet sind, den variablen Anteil zu ermitteln.
Optional umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine weitere Messeinheit 26, mit der der konstante Anteil des Betriebsparameters und/oder oder eine Kombination aus konstanten und variablen Anteil des Betriebsparameters ermittelt werden kann. Vorzugsweise kann aus dem variablen Anteil und der Kombination aus konstanten und variablen Anteil auch der konstante Anteil abgeleitet werden.
Die erste Messeinheit 25 und die weitere Messeinheit 26 können auch gemeinsame Bestandteile umfassen, wie beispielsweise eine in 1 nicht gezeigte Auswerteeinheit, die z. B. einen einen oder mehrere Prozessoren und einen Speicher umfasst, wobei möglicherweise an die Auswerteeinheit Messsignale übermittelt werden, aus denen der Betriebsparameter, insbesondere der variable und/oder konstante Anteil des Betriebsparameters ermittelt werden.
Der variablen Anteil und die Kombination aus konstanten und variablen Anteil kann möglicherweise aber auch mit einer externen Messeinheit ermittelt werden, die beispielsweise ein Servicetechniker bei der Inbetriebnahme der Magnetresonanzvorrichtung 10 benutzt, aber nicht ständig an der Magnetresonanzvorrichtung 10 verbleibt, d. h. es ist nicht notwendig, dass die Magnetresonanzvorrichtung 10 die weitere Messeinheit 26 umfasst.
Die Systemsteuereinheit 20 umfasst einen persistenten Speicher 27, in dem der konstante Anteil abgelegt werden kann. Ferner umfasst die Systemsteuereinheit 20 eine Kalibriereinheit 28, der der konstante Anteil aus dem persistenten Speicher 27 und der variable Anteil durch die durch die erste Messeinheit 25 bereitgestellt werden kann. Die Kalibriereinheit 28 ist ausgebildet, anhand des konstanten Anteils und des variablen Anteils den Betriebsparameter zu kalibrieren. Dazu umfasst die Kalibriereinheit 28 vorzugsweise einen oder mehrere Prozessoren und einen Speicher. In den Speicher kann Programm eines Computerprogrammprodukts geladen werden mit Programmmitteln, um ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung auszuführen, wenn das Programm in der Kalibriereinheit der Magnetresonanzvorrichtung ausgeführt wird.
Es denkbar, dass die erste Messeinheit 25 und/oder die weitere Messeinheit 26 und/oder die Kalibriereinheit 28 gemeinsame Bestandteile umfassen, indem sie beispielsweise einen oder mehrere gemeinsame Prozessoren und/oder einen gemeinsamen Speicher verwenden.
Zudem umfasst die Systemsteuereinheit 20 eine nicht näher dargestellte Rekonstruktionseinheit zu einer Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Des Weiteren umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine Benutzerschnittstelle 30, die mit der Systemsteuereinheit 20 verbunden ist. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 31, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, der Benutzerschnittstelle 30 für ein medizinisches Bedienpersonal angezeigt werden. Weiterhin weist die Benutzerschnittstelle 30 eine Eingabeeinheit 32 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von dem medizinischen Bedienpersonal eingegeben werden können.
In 2 wird ein Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters, der einen konstanten Anteil und einen variablen Anteil umfasst, schematisch dargestellt. In 110 wird die Magnetresonanzvorrichtung gestartet. Das Starten kann ein Hochfahren und/oder ein Einschalten und/oder eine Wiederherstellung einer Stromversorgung zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung umfassen. Vorzugsweise wird das Starten der Magnetresonanzvorrichtung in 110 von der Magnetresonanzvorrichtung 10 erkannt, worauf die folgenden Schritte 120 und 130 ausgeführt werden. Zur Erkennung des Startens umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 beispielsweise eine in 1 nicht gezeigte Erkennungseinheit, die z. B. elektrische Schaltungen umfasst, die eine Stromunterbrechung registrieren.
In 120 wird der variable Anteil des Betriebsparameters ermittelt, beispielsweise durch die erste Messeinheit 25. Ferner wird in 120 der konstante Anteil des Betriebsparameters bereitgestellt, beispielsweise aus dem persistenten Speicher 27. Der konstante Anteil kann beispielsweise vorab einmalig ermittelt worden sein, insbesondere mit Hilfe der weiteren Messeinheit 26 oder einer externen Messeinheit durch einen Servicetechniker.
In Schritt 130 erfolgt eine Kalibrierung des zumindest einen Betriebsparameters anhand des konstanten Anteils und des variablen Anteils. Die Kalibrierung kann eine Einstellung des zumindest einen Betriebsparameters umfassen, d. h. der zumindest eine Betriebsparameters wird rekalibriert.
Die 3 und 4 illustrieren beispielhaft weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzvorrichtung 10. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Empfangspfads mit zwei Empfangskanälen 0° und 90° einer Hochfrequenzantenneneinheit 19, in der sich bei einer ersten Einrichtung der Magnetresonanzvorrichtung 10 zur Kalibrierung ein Phantom 50 befindet.
Der Empfangspfad umfasst einen Körperspulenkanalselektor 55 mit einer Schaltmatrix 52, die mit einem Hochfrequenzleistungsverstärker 51 verbunden ist, und einen rauscharmen Wandler 53. Die Schaltmatrix 52 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Hochfrequenzantenneneinheit 19 von einem Empfangsmodus in einen Sendemodus zu schalten und umgekehrt. Ferner umfasst der Empfangspfad einen Empfangsspulenkanalselektor 57, an den auch etwaige Lokalspulen 56 angeschlossen werden können. Der Empfangsspulenkanalselektor 57 dient als Schaltmatrix, welche die Empfangskanäle auf die vorhandenen Empfänger verteilt.
Zudem umfasst der Empfangspfad eine analoge Empfangseinheit 58, in der die Empfangssignale digitalisiert werden, und eine digitale Empfangseinheit 59 auf, in der die Datenrate der digitalisierten Signale reduziert werden kann. Die digitalisierten und reduzierten Empfangssignale werden in ein Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystem 60 weiter verarbeitet. Das Messdatenerfassungs- und Rekonstruktionssystem umfasst vorzugsweise einen Computer mit einer dezidierten Steuer-Hardware der Magnetresonanzvorrichtung 10. Eine Steuereinheit 61 steuert zuvor genannten Komponenten des Empfangspfads.
Ein Zeitgeber 24 erzeugt ein Zeitsignal, das verschiedenen Baugruppen des Empfangspfads, insbesondere der analogen Empfangseinheit 59 und der digitalen Empfangseinheit 59 bereitgestellt wird. Zwischen zwei Hochfahrvorgängen der Magnetresonanzvorrichtung 10 kann es durch eine Änderung der Phasen des Zeitsignals an den verschiedenen Komponenten, insbesondere Baugruppen, des Empfangspfads zu einer Änderung der Signalphase zwischen den beiden Empfangskanälen 0° und 90° kommen.
Die das Zeitsignal erzeugenden und/oder verarbeitenden Komponenten liegen dabei in einem Abschnitt B–C des gesamten Empfangspfads A–C. Der Empfangspfad lässt damit in einen ersten Abschnitt A–B und einen zweiten Abschnitt B–C unterteilen, wobei ein konstanter Anteil der Signalphase anhand des ersten Abschnitts A–B und der variable Anteil der Signalphase anhand des zweiten Abschnitts B–C ermittelt werden kann. Dies wird im Weiteren mit Hilfe der 3 erläutert.
In Schritt 100' wird bei einer ersten Einrichtung einer Magnetresonanzvorrichtung 10 neben einem gesamten Empfangspfad A–C, der eine Kombination aus konstanten und variablen Anteil der Signalphase repräsentiert, auch der Abschnitt B–C, der den variablen Anteil der Signalphase repräsentiert, bezüglich seiner Amplituden und Phaseneigenschaften ausgemessen. Dabei wird vorzugsweise ein Phantom 50 eingesetzt, das nach Anregung Magnetresonanzsignale aussendet. Für den gesamten Empfangspfad A–C erhält man die Phase Φ_Ac,tuneup und für den Abschnitt B–C erhält man die Phase Φ_BC,tuneup. Diese Daten werden in einen persistenten Speicher 27 als Teil der Kalibrierung abgelegt. Zur Rekonstruktion von Magnetresonanzabbildungen kann die Signalphase Φ_AC,recon = Φ_AC,tuneup genutzt werden.
Nach einem Starten, insbesondere Hochfahren, der Magnetresonanzvorrichtung 10 in 110' wird in 120' die Phasenlage für den Abschnitt B–C durch eine kurze Messung bestimmt, so dass man Φ_BC,reboot erhält. Dabei kann auf die Verwendung eines Phantoms 50 verzichtet werden.
Die Variation der Signalphase zwischen zwei Hochfahrvorgängen kann somit bestimmt werden, da nur der Anschnitt B–C davon betroffen ist, der ohne Phantom 50 rekalibriert werden kann. Bei Kalibrierung der Signalphase ergeben sich als Korrekturphase Φ_BC,cor = Φ_BC,reboot – Φ_BC,tuneup, mit der die Signalphase zur Rekonstruktion Φ_AC,recon = Φ_AC,tuneup + Φ_BC,cor neu bestimmt werden kann.
Umformuliert kann die Signalphase für die Rekonstruktion als Φ_AC,recon = Φ_AC,tuneup – Φ_BC,tuneup + Φ_BC,reboot = Φ_AB,tuneup + Φ_BC,reboot geschrieben werden, d. h. die Signalphase Φ_AC,recon für den gesamten Empfangspfads A–C umfasst den konstanten Anteil Φ_AB,tuneup für den Abschnitt A–B und den variablen Anteil Φ_BC,reboot für den Abschnitt B–C.
Damit erhält man einen neuen Wert für die Phasengewichtung etwaiger Bildkombinationen, der den Einfluss von Effekten, die zwischen mehrmaligen Startvorgängen nicht konstant sind, beispielsweise verursacht durch den Taktgeber 24, kompensiert.
Das in 4 gezeigte Beispiel weist nur zwei Signalkanäle auf. Das Prinzip kann jedoch ohne weiteres auch auf mehr als zwei Signalkanäle ausgeweitet werden. Vorteilhafterweise wird für mehr als zwei Signalkanäle ein Testsignal, insbesondere ein TTX-Signal, das hier durch den Testsignalgenerator 54 erzeugt wird, über den Körperspulenkanalselektor 55, insbesondere die Schaltmatrix 52, oder einen anderen Signalverteiler mehreren Empfangskanälen gleichzeitig und/oder seriell zugeschaltet, die dann untereinander kalibriert werden können. Mit anderen Worten kann durch die Zuschaltung des TTX-Signals ein Referenzpfad zur Kalibrierung bereitgestellt werden.
In 5 ist eine weitere Variante eines Blockschaltbildes eines Empfangspfads dargestellt. Darin umfasst der Körperspulenkanalselektor 55 einen Richtkoppler (engl. directional coupler) 62, der über einen Schalter S1 mit dem Testsignalgenerator 54 verbunden ist. Der Richtkoppler 62 wird konventionell genutzt, um vorwärts und rückwärts laufende Wellen des Hochfrequenzleistungsverstärkers 51 zu messen, die insbesondere durch Reflexion an der Hochfrequenzantenneneinheit 19 verursacht werden.
Über den Richtkoppler 62 kann jedoch auch über den Schalter S1 ein Testsignal des Testsignalgenerators 54 eingespeist werden. Insbesondere kann dort, wo bisher ein Vorwärtssignal ausgeleitet wird, der Schalter S1 angeordnet werden und darüber das Testsignal einspeisen, von wo aus es bis zur digitalen Empfangseinheit 59 im Abschnitt B–C übertragen wird.
Vereinfachend ist in 5 nur ein Richtkoppler 62 dargestellt. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Körperspulenkanalselektor 55 zwei oder mehr Richtkoppler 62 umfasst, die insbesondere in Serie zwischen der Hochfrequenzantenneneinheit 19 und der Schaltmatrix 52 geschalten sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden ein Hochfahren oder ein Stromausfall auf allen Komponenten der Empfangskette, die ein Zeitsignal erzeugen und/oder verarbeiten, erkannt und davon ausgehend eine automatische Rekalibrierung der Empfangskette vorgenommen. Der Kalibrationsvorgang kann in ca. 10 bis 1000 ms durchgeführt werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Magnetresonanzvorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit” nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zur Kalibrierung zumindest eines Betriebsparameters einer Magnetresonanzvorrichtung, wobei der zumindest eine Betriebsparameter einen konstanten Anteil und einen variablen Anteil umfasst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Starten zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung, b) Ermittlung des variablen Anteils des zumindest einen Betriebsparameters und Bereitstellung des konstanten Anteils des zumindest einen Betriebsparameters, c) Kalibrierung des zumindest einen Betriebsparameters anhand des konstanten Anteils und des variablen Anteils.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Starten ein Hochfahren und/oder ein Einschalten und/oder eine Wiederherstellung einer Stromversorgung zumindest eines Teils der Magnetresonanzvorrichtung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Starten in Schritt a) von der Magnetresonanzvorrichtung erkannt wird, worauf die Schritte b) und c) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Betriebsparameter eine Signalphase zwischen zumindest zwei Signalkanälen der Magnetresonanzvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die zumindest zwei Signalkanäle Sendekanäle und/oder Empfangskanäle umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die zumindest zwei Signalkanäle jeweils einen Signalpfad mit einem ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen, wobei der konstante Anteil des zumindest einen Betriebsparameters durch den ersten Abschnitt und der variable Anteil des zumindest einen Betriebsparameters durch den zweiten Abschnitt bestimmt sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Abschnitt zumindest eine Komponente umfasst, die ein Taktsignal erzeugt und/oder verarbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der erste Abschnitt eine Übertragungsstrecke eines angeregten Atomkerns zu einer Empfangsantenne und/oder eine Übertragungsstrecke von der Empfangsantenne zu einem Körperspulenkanalselektor und/oder eine Übertragungsstrecke von einer Sendeantenne zu einem anzuregenden Atomkern und/oder eine Übertragungsstrecke von einem Körperspulenkanalselektor zu der Sendeantenne umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der zweite Abschnitt eine Übertragungsstrecke von einem Körperspulenkanalselektor zu einem Empfangsspulenkanalselektor und/oder eine Übertragungsstrecke von dem Empfangsspulenkanalselektor zu einer analogen Empfangseinheit und/oder eine Übertragungsstrecke von der analogen Empfangseinheit zu einer digitalen Empfangseinheit umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei zur Ermittlung des variablen Anteils des zumindest einen Betriebsparameters den zumindest zwei Sendekanälen ein Testsignal gleichzeitig und/oder seriell zugeschaltet wird.
Magnetresonanzvorrichtung, die ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Magnetresonanzvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Magnetresonanzvorrichtung zumindest zwei Signalkanäle umfasst.
Magnetresonanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Magnetresonanzvorrichtung zumindest einen Taktgeber umfasst.
Magnetresonanzvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Magnetresonanzvorrichtung eine Messeinheit, die ausgebildet sind, einen variablen Anteil zumindest eines Betriebsparameters zu ermitteln und/oder eine eine Kalibriereinheit, die ausgebildet sind, anhand eines konstanten Anteils und eines variablen Anteils zumindest eines Betriebsparameters den zumindest einen Betriebsparameter zu kalibrieren.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Kalibriereinheit einer Magnetresonanzvorrichtung ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Kalibriereinheit der Magnetresonanzvorrichtung ausgeführt wird.