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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines Parameters eines Parametersatzes für eine Magnetresonanz-Messung unter Überwachung einer Wechselwirkungskenngröße, eine Recheneinheit, eine Magnetresonanz-Anlage, ein Computerprogramm sowie einen computerlesbaren Datenträger
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Heutige Magnetresonanz-Messungen unterliegen zum Schutz der Patienten strengen Sicherheitsregeln. Beispielsweise darf eine Magnetresonanz-Messung, nur einen bestimmten Wert für eine spezifische Absorptionsrate (SAR) am Patienten verursachen. Zusätzlich darf eine Messung nur einen bestimmten Wert für eine Gewebestimulation (STIM) verursachen. Zulässige SAR- und STIM-Werte werden in der IEC 60601-2-33, „Medizinische elektrische Geräte - 2-33: Besondere Festlegungen für die Sicherheit von Magnetresonanzgeräten für die medizinische Diagnostik“ festgelegt. Als Folge dessen können heutzutage für jede Magnetresonanz-Messung die zugrunde liegenden Messparameter herangezogen werden, um vor der Durchführung der Messung eine durch die Messung verursachte spezifische Absorptionsrate und/oder eine Stimulation zu berechnen. Liegt die ermittelten Werte innerhalb zugelassener Grenzen, kann die Messung direkt gestartet werden. Falls jedoch einer der ermittelten Werte den gültigen Grenzwert überschreitet, muss der eingestellte Satz Messparameter so angepasst werden, dass der SAR- und/oder der STIM-Grenzwert eingehalten wird. Zu diesem Zweck ist es bekannt, dem Nutzer Vorschläge zur Änderung seines an der Magnetresonanz-Anlage entsprechend einem gewünschten Messprotokoll eingestellten Messparametersatz im Hinblick auf die Einhaltung der Grenzwerte zu berechnen und ihm diese zur Auswahl anzuzeigen. Der Nutzer kann dann einen Messparameter auswählen und entsprechend des Vorschlags anpassen. Die Messung erfolgt anschließend mit dem angepassten Parametersatz. Diese Vorgehensweise ist insofern problematisch, als die manuelle Auswahl eines der Vorschläge für die Parameteränderung den Nutzer in seinem Workflow hindert, da er die Messung eigentlich schon zum Start bei Eingabe des Messprotokolls freigegeben hat. Gerade bei Kontrastmitteluntersuchungen, in denen das exakte Timing zwischen Kontrastmittelgabe und Messung besonders wichtig ist, ist eine zeitliche Verzögerung der Messung durch einen zusätzlichen manuellen Auswahlschritt sehr hinderlich. Zudem setzt dieses Vorgehen voraus, dass der Nutzer über das nötige Wissen verfügt, um einschätzen zu können, welche weiteren Auswirkungen eine Änderung eines der vorgeschlagenen Parameter noch auf die Messung hat, um eine optimale Wahl des zu ändernden Parameters zu treffen. Dies ist leider nicht immer gewährleistet. Potentiell besteht also die Gefahr, dass sich der Nutzer vielleicht aus Unwissenheit für einen Vorschlag entscheidet, der für dieses Messprotokoll eine schlechtere Bildqualität liefert als andere Vorschläge.
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Zumindest für die Einhaltung der spezifischen Absorptionsrate ist bekannt, dass der Nutzer bei Einstellung eines Messprotokolls auch angeben kann, welcher Messparameter in welcher Form angepasst werden soll, falls der Wert für die spezifische Absorptionsrate mit dieser Messung überschritten wird (SAR Assistent). Mit dieser Lösung wird der Nutzer in seinem Workflow nicht gehindert, muss aber vor der Messung an die Parameterauswahl denken und alle Messprotokolle in einem zusätzlichen, manuellen Arbeitsschritt entsprechend parametrisieren. Es besteht die Gefahr, dass die Parametrisierung vergessen wird, was z.B. eine Kontrastmittelmessung fehlschlagen ließe. Zudem bleibt mit dem SAR Assistent das Problem bestehen, dass der Nutzer die im Hinblick auf ein gewünschtes Untersuchungsergebnis korrekte Auswahl für den zu modifizierenden Parameter treffen muss.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, alternative Mittel bereit zu stellen, die eine unterbrechungsfreie Durchführung bzw. einen unterbrechungsfreien Start einer Magnetresonanzmessung ermöglichen und auf ein zusätzliches, manuelles Eingreifen bei der Überwachung einer Wechselwirkungskenngröße, insbesondere einer STIM- und/oder SAR-Überwachung verzichten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Anpassen eines Parameters, entsprechende Recheneinheit und Magnetresonanz-Anlage, entsprechendes Computerprogramm und entsprechenden computerlesbaren Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte und/oder alternative, vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte Verfahren als auch in Bezug auf die beanspruchten Vorrichtungen beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können gegenständliche Ansprüche (die beispielsweise auf ein Verfahren gerichtet sind) auch mit Merkmalen, die in Zusammenhang mit einer der Vorrichtungen beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module oder Einheiten ausgebildet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines Parameters eines Parametersatzes für eine Magnetresonanz-Messung eines Untersuchungsobjektes. Das Verfahren umfasst eine Vielzahl von Schritten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zielt darauf ab, automatisch eine Wechselwirkungskenngröße für eine Magnetresonanz-Messung zu überwachen und unter Optimierung eines Qualitätsmaßes der Magnetresonanz-Messung auf einen zulässigen Wert einzustellen.
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Eine Wechselwirkungskenngröße im Sinne der vorliegenden Erfindung kennzeichnet ein Maß für eine Wechselwirkung des durch die Magnetresonanzmessung verursachten elektromagnetischen Feldes bzw. elektromagnetischer Strahlung mit Gewebe eines Untersuchungsobjektes. Die Wechselwirkungskenngröße kann ein Maß für eine Energiedeposition in dem Gewebe sein. Die Wechselwirkungskenngröße kann alternativ ein Maß für eine Anregung von Gewebe, z.B. Nervengewebe oder Muskelgewebe, durch die elektromagnetische Strahlung sein und kennzeichnet z.B. ein Maß für eine durch das Magnetfeld induzierte oder verstärkte Aktivität des Gewebes. Die Wechselwirkungskenngröße kann insbesondere die spezifische Absorptionsrate (SAR) von elektromagnetischer Strahlung in Gewebe des Untersuchungsobjektes oder die Stimulation bzw. Stimulationsrate (STIM) von Gewebe des Untersuchungsobjektes sein. Andere Ausgestaltungen der Wechselwirkungskenngröße sind ebenfalls denkbar.
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Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einem Patienten als Untersuchungsobjekt ausgegangen, wobei es sich meist um einen Menschen handelt. Grundsätzlich kann der Patient aber auch ein Tier sein. Im Folgenden werden daher die beiden Begriffe „Untersuchungsobjekt“ und „Patient“ auch synonym verwendet. Das Untersuchungsobjekt kann aber auch eine Pflanze oder ein nicht-lebender Gegenstand, z.B. ein historisches Artefakt oder dergleichen sein.
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Das Einstellen eines für die Magnetresonanz-Messung des Untersuchungsobjektes notwendigen Parametersatzes entspricht einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dem Parametersatz kann es sich um ein Messprotokoll handeln. Ein Parametersatz bzw. ein Messprotokoll umfasst eine Mehrzahl, jedoch wenigstens zwei Messparameter bzw. Parameter, die die Magnetresonanz-Messung definieren. Die Parametersätze und Werte der Parameter unterscheiden sich, je nachdem, welche Körperregion bei der Magnetresonanz-Messung untersuchtwerden soll, ob bestimmte Organe, z.B. Blutgefäße oder das Gehirn, abgebildet werden sollen oder ob eine funktionelle Untersuchung durchgeführt werden soll, die dazu dient, eine physiologische Funktion, z.B. Durchblutung bestimmter Arale oder die Herztätigkeit etc. Die Parameterwerte können sich auch in Abhängigkeit davon unterscheiden, welche medizinische Fragestellung zu der Magnetresonanzuntersuchung geführt hat und welche Bildqualität zur Beantwortung der Frage erforderlich ist.
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Bei einem Parameter kann es sich z.B. um die Anzahl der zu messenden Schichten, die Schichtdicke, die Repetitionszeit, den Flip-Winkel, die Gradient Rise Time, das Sichtfeld (Field of View) und vieles mehr handeln.
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Das Einstellen umfasst eine Übertragung des gewünschten Parametersatzes an eine Magnetresonanz-Anlage. Mit anderen Worten erfolgt in diesem Schritt die Konfiguration der Magnetresonanz-Anlage entsprechend der gewünschten Messung. Das Einstellen des Parametersatzes entspricht somit einem wesentlichen Aspekt zur Vorbereitung einer Magnetresonanz-Messung.
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Das Ermitteln wenigstens einer Wechselwirkungskenngröße maßgebend für eine Wechselwirkung zwischen magnetischer Strahlung mit einem Gewebe des Untersuchungsobjektes basierend auf dem eingestellten Parametersatz entspricht einem zweiten Schritt des vorliegenden Verfahrens. Bevorzugt werden mindestens zwei oder mehr Wechselwirkungskenngrößen parallel ermittelt. Die eingestellten Parameter dienen für diesen Schritt als Eingabe, um mittels einer hinterlegten Vorschrift eine Wechselwirkungskenngröße zu berechnen bzw. zu ermitteln. Die Vorschrift umfasst Rechenschritte, die die für das eingestellte Messprotokoll spezifische Parameter-Kombination in eine Wechselwirkungskenngröße überführen. Die Vorschrift kann Hersteller-abhängig und/oder Anlagen-abhängig sein.
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In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Vergleich der berechneten Wechselwirkungskenngröße mit einer vorab definierten Obergrenze für die Wechselwirkungskenngröße. Die Obergrenze entspricht einem Maximalwert für die Wechselwirkungskenngröße, der aus Sicht der Patientensicherheit noch zulässig ist. Die Obergrenze kann bspw. aus der IEC 60601-2-33, „Medizinische elektrische Geräte - 2-33: Besondere Festlegungen für die Sicherheit von Magnetresonanzgeräten für die medizinische Diagnostik“ entnommen werden oder, sofern entsprechend der IEC 60601-2-33 Herstellerseitig festgelegt werden. Der Wert für die Obergrenze kann in einem Speicher abrufbar hinterlegt sein. Liegt der berechnete Wert der Wechselwirkungskenngröße unterhalb der Obergrenze, wird die Magnetresonanz-Messung gestartet.
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Sofern der Vergleich ergibt, dass die Obergrenze für wenigstens eine der Wechselwirkungskenngrößen überschritten ist, erfolgt in einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ermitteln einer Gruppe von Parametern des Parametersatzes, die im Hinblick auf eine Einhaltung der Obergrenze der Wechselwirkungskenngröße anpassbar sind. Mit anderen Worten werden hier die vom Messprotokoll umfassten Parameter ermittelt, deren Werteanpassung zu einer Reduzierung der Wechselwirkungskenngröße im Hinblick auf ein Erreichen des Maximalwertes oder im Hinblick auf ein Unterschreiten desselben führen können. Die Gruppe kann eine Vielzahl von Parametern oder nur einen oder zwei Parameter umfassen. Dieser Schritt kann alle Parameter ermitteln, deren Änderung ein Erreichen oder Unterschreiten der Obergrenze für die Wechselwirkungskenngröße herbeiführen könnte. Es kann jedoch alternativ vorgesehen sein, dass schon bei diesem Schritt besondere Einstellungen bzw. Vorgaben des Messprotokolls berücksichtigt werden, welche bestimmte Parameter von einer Anpassung ausschließen. Umfasst das Protokoll bspw. spezielle Justagen, wie bspw. einen B1-Shim bzw. einen RF-Shim, kann vorgesehen sein, dass alle Parameter, die Einfluss auf die Geometrie der Messung haben, z.B. Anzahl der Schichten, Sichtfeld oder die Schichtdicke, etc. von vorn herein von einer Änderung bzw. Anpassung ausgeschlossen sind, um eine im Wesentlichen vollständige Neukonfiguration der Magnetresonanz-Anlage zu verhindern. Dies trägt insbesondere vorteilhaft einem reibungsfreien und zügigen Workflow Rechnung.
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In einem fünften Schritt erfolgt ein Berechnen eines Änderungsvorschlags für eine Vielzahl von Parametern der Gruppe anpassbarer Parameter im Hinblick auf die Einhaltung der Obergrenze der Wechselwirkungskenngröße. Mit anderen Worten werden hier Werte für die Anpassung der in der Gruppe der anpassbaren Parameter befindlichen Parameter quantifiziert, mit denen eine Einhaltung der Obergrenze der Wechselwirkungskenngröße erreicht werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass für alle in der Gruppe der anpassbaren Parameter befindlichen, nur für einzelne daraus oder lediglich einen Parameter ein Änderungsvorschlag ermittelt wird. Auch in diesem Schritt kann vorgesehen sein, dass unter Einbeziehung von Vorgaben des Messprotokolls, z.B. eine fest definierte Messzeit, bestimmte Parameter von einer Vorschlagsberechnung ausgeschlossen werden.
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In einem sechsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Identifizieren eines Parameters aus der Gruppe von anpassbaren Parametern unter Optimierung eines Qualitätsmaßes der Magnetresonanz-Messung. In diesem Schritt wird also eine Auswahl desjenigen Parameters getroffen, der tatsächlich entsprechend dem berechneten Änderungsvorschlag angepasst wird. Dieser Auswahl bzw. Identifizierung liegt eine Auswahl-Heuristik zugrunde, die auf eine Optimierung eines Qualitätsmaßes zielt. Mit anderen Worten wird ein Parameter für die Anpassung ausgewählt, dessen Änderung ein Qualitätsmaß der Messung am wenigsten beeinflusst, beeinträchtigt bzw. in der Regel am wenigsten verringert. Das betrachtete Qualitätsmaß kann die mit der Messung erreichte Bildqualität, insbesondere die räumliche Auflösung in wenigstens einer Dimension oder der erzielte Bildkontrast der erzeugten Bildaufnahmen sein. Das Qualitätsmaß kann auch die Dauer der Messung bzw. die Messzeit sein. Das Qualitätsmaß kann auch das Ausmaß der durch die Anpassung des Parameters verursachten zusätzlichen Anpassungen/Änderungen im Hinblick auf die Einstellung des Messprotokolls an der Anlage sein. Andere Ausgestaltungen des Qualitätsmaßes sind ebenfalls möglich. Das betrachtete Qualitätsmaß kann auch durch eine Kombination von wenigstens zwei der oben genannten oder weiteren als Qualitätsmaß dienenden Einzelgrößen gebildet sein. Eine Kombination kann bspw. in Form eines Abwägens von Beeinträchtigungen verschiedener Größen durch die Auswahl eines bestimmten Parameters realisiert werden, so bspw. durch eine Kompromissbildung zwischen Ortsauflösung und Messzeit. Das Qualitätsmaß wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch und in Abhängigkeit des eingestellten Messprotokolls bestimmt. Dazu kann das Verfahren verschiedene Informationen bezüglich des eingestellten Messprotokolls, der verwendeten Magnetresonanz-Anlage, der zu untersuchenden Körperregion, etc. automatisch berücksichtigen bzw. auswerten.
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In einem letzten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Anpassen des identifizierten Parameters entsprechend seinem Änderungsvorschlag. Diese Anpassung erfolgt vorteilhaft automatisch und ohne Eingaben eines Nutzers. Mit anderen Worten wird die Einstellung des Messprotokolls an den neuen Wert des identifizierten Parameters angepasst, d.h. dieser Parameter wird bei der Konfiguration der Magnetresonanz-Anlage für die Magnetresonanz-Messung mit dem Wert entsprechend dem Änderungsvorschlag belegt. Von diesem Schritt kann auch die Anpassung weiterer Parameter oder Justagen des Messprotokolls umfasst sein, sofern diese durch die Anpassung des identifizierten Parameters erforderlich werden.
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Die Erfinder haben zusammenfassend erkannt, dass unter Berücksichtigung eines Qualitätsmaßes eine automatische Auswahl eines anzupassenden Parameters zur Einhaltung einer Obergrenze einer Wechselwirkungskenngröße ohne Zutun eines Nutzers und unter Ausschluss der Gefahr einer Fehlentscheidung erreicht werden kann. Dadurch wird der Workflow einer Magnetresonanz-Messung verkürzt und fehlerhafter Nutzer-Input vermieden, und zwar unabhängig von der betrachteten Wechselwirkungskenngröße.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst, sofern die spezifische Absorptionsrate (SAR) die Wechselwirkungskenngröße ist, die Gruppe anpassbarer Parameter wenigstens die folgenden Parameter: Anzahl der Schichten, TR-Repetitionszeit und Flipwinkel, und, sofern die Stimulationsrate (STIM) die Wechselwirkungskenngröße ist, wenigstens die folgenden Parameter: Schichtdicke, Gradient Rise Time und Field of View. Mit anderen Worten werden bei Überwachung der spezifischen Absorptionsrate wenigstens die Anzahl der Schichten, die TR-Repetitionszeit und der Flipwinkel im Hinblick auf eine Anpassung und bei Überwachung der Stimulationsrate wenigstens die Schichtdicke, die Gradient Rise Time und das Field of View im Sinne der erfinderischen Auswahl-Heuristik betrachtet. Durch die Anpassung eines der jeweils zugeordneten Parameter kann vorteilhaft einfach eine Einhaltung der Obergrenze der Wechselwirkungskenngröße erzielt werden. Wie oben erläutert, kann bei Überwachung mehrerer Wechselwirkungskenngrößen auch die Summe aller einzelnen Wechselwirkungskenngrößen zugeordneter Parameter betrachtet werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung erfolgt das Identifizieren des Parameters unter Berücksichtigung weiterer Parameter des eingestellten Parametersatzes. Hierbei kann die Auswahl-Heuristik einerseits das Vorhandensein wenigstens eines anderen Parameters und/oder den eingestellten Wert des wenigstens einen Parameters berücksichtigen, Insbesondere kann die Heuristik alle anderen Parameter in die Auswahl mit einbeziehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren besondere Vorgaben des Protokolls berücksichtigt, da derart der Aufwand bei der Überarbeitung der Einstellung des Messprotokolls an der Anlage gering gehalten werden kann. Wie eingangs bereits erwähnt, kann derart bspw. eine vollständige Neu-Justage vermieden werden, sofern das Messprotokoll einen B1-Shim umfasst. Ein anderes Beispiel ist die Beschränkung einer Messdauer. Ist diese im Messprotokoll fest vorgegeben, so werden Parameter, deren Änderung sich auf die Messdauer auswirken würde, von der Auswahl-Heuristik vernachlässigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Identifizieren des Parameters als Auswahl desjenigen Parameters, dessen vorgeschlagene Änderung einer kleinsten Parameteränderung entspricht. Hierbei basiert die Auswahl-Heuristik auf einem Vergleich aller ermittelten Änderungsvorschläge der Parameter in der Gruppe der anpassbaren Parameter. Diese Vorgehensweise basiert auf der Überlegung, dass die kleinste aller möglichen Parameter-Änderungen einerseits auch das betrachtete Qualitätsmaß, z.B. die Bildqualität und/oder die Notwendigkeit weiterer Anpassungen bei der Einstellung des Messprotokolls, am wenigsten beeinflusst.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Identifizieren des Parameters unter Berücksichtigung der bei der Magnetresonanz-Messung abzubildenden Körperregion des Untersuchungsobjektes erfolgt. Hierbei wird, wie eingangs schon erwähnt der Tatsache Rechnung getragen, dass bei manchen Messungen schon allein die untersuchte Körperregion Aufschluss über ein zu betrachtendes Qualitätsmaß und/oder den zu erzielenden Wert dieses Qualitätsmaßes vorgeben kann. In diesem Fall schließt die Auswahl-Heuristik die Änderung bestimmter Parameter von vorn herein aus. Z.B. ist bei Kopf- bzw. Gehirn-Messungen in aller Regel die Bildqualität im Sinne einer hohen räumlichen Auflösung maßgeblich, im Gegensatz bspw. zu der benötigten Messzeit. Insofern wird, sofern keine weiteren Vorgaben des Protokolls dem widersprechen, bspw. bevorzugt die Repetitionszeit verlängert, was keinen Einfluss auf die Bildqualität hätte.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Identifizieren des Parameters unter Berücksichtigung von Systemkomponenten der für die Magnetresonanz-Messung verwendeten Magnetresonanz-Anlage. Mit anderen Worten kann die Auswahl bzw. das Identifizieren des anzupassenden Parameters von dem Vorhandensein bestimmter Hardware der Magnetresonanz-Anlage bestimmt sein. So kommen z.B. High End Anlagen aufgrund ihrer im Vergleich besseren Ausstattung in aller Regel für spezielle Untersuchungen zum Einsatz, bei denen die Bildqualität der erzeugten Bilder im Gegensatz zur Messzeit besonders wichtig ist. Hier wird die Auswahl-Heuristik in Abwesenheit anders lautender Angaben bevorzugt einen Parameter für eine Anpassung auswählen, dessen Änderung keinen negativen Einfluss auf die Bildqualität hat. Z.B. könnte die Heuristik in diesem Fall die Repetitionszeit anpassen, jedoch nicht den Flipwinkel ändern. Bei Low-End Geräten, die regelmäßig für routinemäßig durchgeführte Standarduntersuchungen eingesetzt werden, ist die Messzeit, sprich die Belegungsdauer der Anlage für eine Messung, kritisch. Hier könnte die Auswahl-Heuristik also bevorzugt vorsehen, den Flipwinkel anstelle der Repetitionszeit anzupassen.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt das Identifizieren des Parameters mittels eines trainierten Identifizierungsalgorithmus. Mit anderen Worten ist der Identifizierungsalgorithmus ausgebildet, einen für das eingestellte Messprotokoll geeigneten Qualitätsparameter auszuwählen und unter Einhaltung desselben einen anzupassenden Parameter auszuwählen. Der Identifizierungsalgorithmus ist dabei insbesondere ausgebildet, die oben beschriebenen Angaben aus bzw. über das eingestellte Messprotokoll zu analysieren. So ist der Identifizierungsalgorithmus insbesondere ausgebildet, einen Änderungsvorschlagsvergleich durchzuführen, weitere Vorgaben des Messprotokolls, bspw. bestimmte Justagen oder Vorgaben zur Messdauer, Angaben über die Körperregion, etc. automatisch zu berücksichtigen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert der Identifizierungsalgorithmus auf einem maschinellen Lernverfahren, einer statistischen Methode, einer Abbildungsvorschrift, mathematischen Funktionen oder einem künstlichen neuronalen Netz.
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Unter maschinellen Lernverfahren kann man die künstliche Generierung von Wissen aus Erfahrung bezeichnen. Ein künstliches System lernt aus Beispielen in einer Trainingsphase und kann nach Beendigung der Trainingsphase verallgemeinern. Damit kann der Identifizierungsalgorithmus bzw. die zugrunde liegende Auswahl-Heuristik kontinuierlich angepasst werden.
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Die Verwendung maschineller Lernverfahren kann ein Erkennen von Mustern und Gesetzmäßigkeiten in den Trainingsdaten umfassen. Nach der Trainingsphase kann der Identifizierungsalgorithmus beispielsweise auf bisher unbekannte Parametersätze angewendet werden und einen im Hinblick auf die Einhaltung eines zu einem Parametersatz gehörigen Qualitätsmaßes entsprechenden, anzupassenden Parameter identifizieren.
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Die statistische Methode kann beispielsweise Fuzzylogik, eine selbstorganisierende Karte, Stichprobenwiederholung (engl.: Resampling), Mustererkennung oder Support Vector Machine umfassen. Vorteilhaft kann auf der Basis der Erfahrungen des Identifizierungsalgorithmus von Mustern oder Gesetzmäßigkeiten eine Identifizierung eines anzupassenden Parameters durchgeführt werden.
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Der trainierte Identifizierungsalgorithmus kann eine Zuordnungsvorschrift, ein neuronales Netz, ein System, eine Lerntransfermethode oder einen auf einer Datenbank oder auf mathematischen Funktionen oder Gleichungen basierten Algorithmus umfassen. Der trainierte Identifizierungsalgorithmus kann auf Basis bekannter Daten von historischen Magnetresonanz-Messungen erstellt, verbessert oder angepasst werden. Als Input-Daten für das Training des Identifizierungsalgorithmus können bspw. Kombinationen der folgenden Informationen dienen: Messprotokolle alter Messungen, Informationen über die eingesetzte Magnetresonanz-Anlage, berechnete Änderungsvorschläge für Parameter der Gruppe der anzupassenden Parameter und/oder zu untersuchende Körperregion sowie die jeweils identifizierten anzupassenden Parameter. Diese Daten können bspw. aus Log-Dateien aller im Feld befindlichen Magnetresonanz-Anlagen gewonnen werden. Für den Fall, dass es sich bei dem Identifizierungsalgorithmus um ein neuronales Netz handelt, kann als Trainingsverfahren das Überwachte Lernen zum Einsatz kommen, da zu den alten Magnetresonanz-Messungen jeweils auch die identifizierten, anzupassenden Parameter als Input-Daten geliefert werden können. Ein identifizierter, anzupassender Parameter kann einer eindeutigen Relation oder einer über eine Wahrscheinlichkeit bedingten Relation entsprechen. Vorteilhaft können Muster oder Gesetzmäßigkeiten aus den historischen Trainingsdaten auf ein aktuelles Messprotokoll der Magnetresonanz-Messung angewendet werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Recheneinheit zum Anpassen eines Parameters eines Parametersatzes für eine Magnetresonanz-Messung eines Untersuchungsobjektes aufweisend Mittel zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Erfindung betrifft auch eine Magnetresonanz-Anlage mit einer erfindungsgemäßen Recheneinheit. Vorteilhaft ist die Recheneinheit in die Magnetresonanz-Anlage integriert. Alternativ kann die Recheneinheit auch entfernt bzw. abgelegen angeordnet sein. Die Recheneinheit kann ausgebildet sein, insbesondere den Schritt den Identifizierens eines anzupassenden Parameters, aber auch das gesamte erfindungsgemäße Verfahren, für eine Magnetresonanz-Anlage oder für eine Vielzahl von Anlagen zu identifizieren, z.B. in einem Radiologie-Zentrum oder Krankenhaus umfassend mehrere Magnetresonanz-Anlagen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit Programmcode, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung eines anzupassenden Parameters durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner einen computerlesbarer Datenträger mit Programmcode eines Computerprogramms, um das erfindungsgemäße Verfahren zur Anpassung eines Parameters durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Vorteilhaft kann das Identifizieren, insbesondere der trainierte Identifizierungsalgorithmus auf einem Computer, beispielsweise in einer Recheneinheit einer Magnetresonanz-Anlage, ausgeführt werden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Durch diese Beschreibung erfolgt keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele. In verschiedenen Figuren sind gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Magnetresonanz-Anlage in Form eines Tomographen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die in 1 gezeigte Magnetresonanz-Anlage in Form eines Magnetresonanztomographen 2 umfasst eine hohlzylinderförmige Basiseinheit 4, in deren Innerem, dem sogenannten Tunnel 6, im Betrieb ein elektromagnetisches Feld für eine Magnetresonanz-Messung bzw. Untersuchung eines Untersuchungsobjektes in Form eines Patienten 8 erzeugt wird. Weiter ist ein Patiententisch 14 mit einem verfahrbaren Liegebrett 16 vorgesehen. Der Patient 8 kann auf dem Liegebrett 16 bspw. wie abgebildet positioniert werden. Der Patiententisch 14 ist außerhalb der Basiseinheit 4 so positioniert, dass das Liegebrett 16 samt Patient 8 zumindest teilweise für die Untersuchung in den Tunnel 6 hineingefahren werden kann.
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Der Tomograph 2 verfügt über eine Recheneinheit in Form eines Computersystems 12, welches als Computer ausgebildet ist und mit einer Anzeigeeinheit 10, beispielsweise zur graphischen Anzeige von rekonstruierten Magnetresonanztomographie-Aufnahmen sowie einer Eingabeeinheit 16 verbunden ist. Bei der Anzeigeeinheit 10 kann es sich beispielsweise um einen LCD-, Plasma- oder OLED-Bildschirm handeln. Es kann sich weiterhin um einen berührungsempfindlichen Bildschirm handeln, welcher auch als Eingabeeinheit 16 ausgebildet ist. Ein solcher berührungsempfindlicher Bildschirm kann in das bildgebende Gerät integriert oder als Teil eines mobilen Geräts ausgebildet sein. Bei der Eingabeeinheit 10 handelt es sich beispielsweise um eine Tastatur, eine Maus, einen sogenannten „Touch-Screen“ oder auch um ein Mikrofon zur Spracheingabe. Die Eingabeeinheit 16 kann auch eingerichtet sein, um Bewegungen eines Benutzers zu erkennen und in entsprechende Befehle zu übersetzen.
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Das Computersystem 12 ist ausgebildet ein, erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wie es bspw. mit Bezug zu 2 näher beschrieben ist. Das Computersystem steht zu diesem Zweck mit der Basiseinheit 4 des Tomographen 2 zum Datenaustausch in Verbindung. Es können bspw. Steuersignale für den Tomographen 2 für die Magnetresonanz-Untersuchung vom Computersystem 12 an die Basiseinheit 4 übertragen werden. Dazu können bspw. verschiedene, jeweils auf eine Untersuchungsart abgestimmte Messprotokolle in einem Speicher 18 hinterlegt sein und durch einen Nutzer, bspw. einen Arzt oder medizinisch-technisch geschultes Personal, vor der Messung entsprechend einer medizinischen Fragestellung ausgewählt werden. Dazu können verschiedene Messprotokolle dem Nutzer über die Anzeigeeinheit 10 zur Auswahl ausgegeben werden und der Nutzer kann eines der Messprotokolle über die Eingabeeinheit 16 auswählen, bspw. per Maus-Click. Alternativ kann der Nutzer auch ein Messprotokoll {P1, P2, ..., Pn} in Form einer Summe individueller Messparameter P1, P2, ..., Pn wie Anzahl der Schichten, Schichtdicke, Field of View, Repetitionszeit, etc. über die Eingabeeinheit 16 eingeben. Alternativ kann das Messprotokoll {P1, P2, ..., Pn} auch über ein Intranet oder Internet von einer zentralen Vorgabeeinheit (nicht dargestellt) über entsprechende Datenverbindungen automatisch oder remote durch einen entfernten Nutzer an dem Tomographen 2 zur Verfügung gestellt werden. Anhand dieses vorgegebenen Messprotokolls {P1, P2, ..., Pn} wird der Tomograph 2 für die Untersuchung eingestellt. Die Ansteuerung der Basiseinheit 4 erfolgt entsprechend des gewählten Messprotokolls {P1, P2, ..., Pn}. Andererseits werden aufgenommene Messdaten für eine Weiterverarbeitung in einer nicht näher beschriebenen Rekonstruktionseinheit 20 erfasst. Die Verbindung 22 ist in bekannter Weise kabelgebunden oder kabellos über entsprechende Schnittstellen realisiert.
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Das Computersystem 12 umfasst eine Ermittlungseinheit 26. Diese ist eingerichtet, basierend auf dem ausgewählten Messprotokoll {P1, P2, ..., Pn} bzw. dem eingestellten Parametersatz {P1, P2, ..., Pn} wenigstens eine Wechselwirkungskenngröße W maßgebend für eine Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung mit einem Gewebe des Patienten 8 zu ermitteln. Dazu kann die Ermittlungseinheit 26 eine Rechenvorschrift verwenden, die die von dem Parametersatz {P1, P2, ..., Pn} umfassten Parameter P1, P2, ..., Pn in eine Wechselwirkungskenngröße W überführt. Die Wechselwirkungskenngröße W kann bspw. bevorzugt die spezifische Absorptionsrate (SAR) oder die Stimulation (STIM) sein. Hinterlegte Berechnungsvorschriften können insbesondere Hersteller-abhängig sein.
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Das Computersystem 12 umfasst ferner eine Vergleichseinheit 28, die dazu dient, die Wechselwirkungskenngröße W mit einer vorab definierten Obergrenze MAX(W)für die Wechselwirkungskenngröße zu vergleichen. Der Wert für die Obergrenze MAX(W) kann bspw. im Speicher 18 des Computersystems 12 für die Vergleichseinheit 28 abrufbar hinterlegt sein. Die Obergrenze MAX(W) entspricht dabei einem Wert für eine durch die Magnetresonanz-Messung bedingte Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung und Patientengewebe, von dem keine gesundheitliche Schädigung des Patienten zu erwarten ist. Die Vergleichseinheit 28 liefert als Ausgabe, ob die Obergrenze MAX(W) eingehalten wurde oder nicht und ggf. wie groß die Differenz zwischen berechneter Wechselwirkungskenngröße W und Obergrenze MAX(W) ist. Die Ausgabe erfolgt an die Ermittlungseinheit 26.
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Diese ist ferner eingerichtet, bei Überschreiten der Obergrenze MAX (W) eine Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) von Parametern des Parametersatzes {P1, P2, ..., Pn}, die im Hinblick auf eine Einhaltung der Obergrenze MAX(W) der Wechselwirkungskenngröße W anpassbar sind, zu ermitteln.
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Das Computersystem 12 umfasst auch eine Berechnungseinheit 30, die ausgebildet ist, einen Änderungsvorschlag Ä(PG1), Ä(PG2), ..., Ä(PGn) für eine Vielzahl von Parametern P1, P2, ..., Pn der Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) anpassbarer Parameter im Hinblick auf die Einhaltung der Obergrenze MAX(W)der Wechselwirkungskenngröße (W) zu berechnen. Die Berechnungseinheit 30 ist also eingerichtet, für anpassbare Parameter aus der Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) der anpassbaren Parameter mögliche Änderungen, die zu einer Einhaltung der Wechselwirkungskenngröße W führen würden, zu ermitteln bzw. zu quantifizieren.
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Das Computersystem 12 umfasst auch eine Identifizierungseinheit 32, die eingerichtet ist, einen Parameter P1, P2, ..., Pn aus der Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) von anpassbaren Parametern unter Optimierung eines Qualitätsparameters Q der Magnetresonanz-Messung als denjenigen, anzupassenden Parameter Pa zu identifizieren. Dazu greift die Identifizierungseinheit 32 bevorzugt auf einen trainierten Identifizierungsalgorithmus zurück, welcher die Auswahl des anzupassenden Parameters Pa derart trifft, dass ein Qualitätsparameter Q der Magnetresonanz-Messung optimiert wird. Ein Qualitätsparameter Q kann bspw. ein Maß für die Bildqualität oder die Messzeit sein.
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Vorliegend sind insbesondere die genannten Einheiten 26, 28, 30 und 32 als getrennte Module innerhalb des Computersystems 12 ausgestaltet, die, wo erforderlich, in Datenaustausch miteinander stehen. Alternativ können alle genannten Einheiten als eine Recheneinheit integriert sein, sei es in Form einer körperlichen oder funktionalen Integrität.
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Das Computersystem 12 kann mit einem computerlesbaren Datenträger 24 zusammenwirken, insbesondere um durch ein Computerprogramm mit Programmcode ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Weiterhin kann das Computerprogramm auf dem maschinenlesbaren Träger 24 abrufbar gespeichert sein. Insbesondere kann es sich bei dem maschinenlesbaren Träger 24 um eine CD, DVD, Blu-Ray Disc, einen Memory-Stick oder eine Festplatte handeln.
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Insbesondere die Einheiten 26, 28, 30 und 32 können in Form von Hard- oder in Form von Software ausgebildet sein. Beispielsweise sind die Einheiten als sogenannte FPGAs (Akronym für das englischsprachige „Field Programmable Gate Array“) ausgebildet oder umfassen eine arithmetische Logikeinheit.
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Auf dem Speicher 18 des Computersystems 12 kann wenigstens ein Computerprogramm gespeichert sein, welches alle Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm zur Ausführung der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Programmcode. Weiterhin kann das Computerprogramm als ausführbare Datei ausgebildet sein und/oder auf einem anderen Rechensystem als dem Computersystem 12 gespeichert sein. Beispielsweise kann der Magnetresonanz-Tomograph 2 so ausgelegt sein, dass das Computersystem 12 das Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens über ein Intranet oder über das Internet in seinen internen Arbeitsspeicher lädt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Computersystem 12 selbst Teil eines Internets oder Intranets, bspw. eines HIS (Hospital Information System) oder eines RIS (Radiology Information System) ist und Zugriff auf eingegebene, ausgewählte oder zentral hinterlegte Messprotokolle verschiedener MagnetresonanzTomographen der Einrichtung hat, um das erfindungsgemäße Verfahren zentral für verschiedene Tomographen auszuführen.
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2 zeigt ein Schema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anpassen eines Parameters eines Parametersatzes für eine Magnetresonanz-Messung eines Patienten 8. Dieses Verfahren dient dazu, automatisch, d.h. ohne die Notwendigkeit von Benutzer-Input, einen Parametersatz für eine Magnetresonanz-Messung derart anzupassen, dass von der Messung keine Gesundheitsgefährdung für den Patienten 8 mehr ausgeht. Entsprechend wird ein Messparameter Pa ermittelt, dessen Änderung zur Einhaltung wenigstens einer Wechselwirkungskenngröße W, bspw. der SAR und/oder der STIM führt. Bei der Auswahl des anzupassenden Messparameters Pa berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren zudem weitere Auswirkungen auf die Messung, die die Anpassung des Parameters Pa verursachen kann. So hängt die Auswahl des anzupassenden Parameters Pa von der Beeinflussung eines Qualitätsparameters Q der Magnetresonanz-Messung ab. Ein Qualitätsparameter Q kann bspw. ein gewünschter Kontrast oder eine Ortsauflösung in den mit der Messung erzeugten Bilddaten sein. Eine für das Messergebnis nachteilige falsche, manuelle Auswahl eines Messparameters wird derart verhindert.
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In Schritt S1 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Einstellen eines für die Magnetresonanz-Messung eines Untersuchungsobjektes 8 notwendigen Parametersatzes {P1, P2, ..., Pn}. Mit anderen Worten wird in diesem Schritt der Tomograph 2 für die Messung vorkonfiguriert bzw. voreingestellt. Dieser Schritt kann auch den Empfang, das Senden, das Übertragen, das unter Umständen manuelle Eingeben oder Auswählen eines Messprotokolls bzw. eines Parametersatzes {P1, P2, ..., Pn} an den bzw. dem Tomographen 2 umfassen. Bspw. unterscheiden sich die Parameter P1, P2, ..., Pn und ggf. die Parameterwerte maßgeblich, je nachdem, welche Körperregion abgebildet werden soll (bspw. Gehirn vs. Abdomen).
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In Schritt S2 erfolgt ein Ermitteln wenigstens einer Wechselwirkungskenngröße W maßgebend für eine Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung mit einem Gewebe des Untersuchungsobjektes 8 basierend auf dem eingestellten Parametersatz {P1, P2, ..., Pn}. Der eingestellte Parametersatz {P1, P2, ..., Pn} definiert, wie lange ein Patient 8 einem Magnetfeld bestimmter Stärke ausgesetzt ist und bestimmt gleichzeitig das Ausmaß einer Gewebe-Magnetfeld-Wechselwirkung. Dafür gibt es eine Reihe kritischer Grenzwerte, die bei einer Messung nicht überschritten werden dürfen, sprich mindestens eine Obergrenze MAX(W) für eine Wechselwirkungskenngröße. Schritt S2 ermittelt das Ausmaß der durch die geplante Messung verursachten Wechselwirkung W, indem anhand der eingestellten Parameter P1, P2, ..., Pn bspw. die verursachte spezifische Absorption (SAR) und/oder Stimulation (STIM) berechnet wird.
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In Schritt S3 erfolgt ein Vergleich der Wechselwirkungskenngröße W mit der Obergrenze MAX(W) für die Wechselwirkungskenngröße W. Diese Obergrenze MAX(W) ist vorab definiert und hinterlegt. Sie kann bspw. Geräte- bzw. Hersteller-spezifisch sein. Ergibt ein Vergleich, dass die geplante Messung die Grenze einhält (+), kann die Magnetresonanz-Messung in einem Schritt S8 ohne weitere Unterbrechungen sofort gestartet werden.
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Sofern die Obergrenze der Wechselwirkungskenngröße überschritten ist (-), erfolgt in Schritt S4 ein Ermitteln einer Gruppe G(P1, P2, ..., Pn)= {PG1, PG2, ..., PGn} von Parametern des Parametersatzes {P1, P2, ..., Pn}, die im Hinblick auf eine Einhaltung der Obergrenze MAX(W) der Wechselwirkungskenngröße W anpassbar sind. Mit anderen Worten werden in Schritt S4 alle Parameter PG1, PG2, ..., PGn identifiziert, die derart geändert werden könnten, dass die Obergrenze MAX(W) eingehalten würde.
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In Schritt S5 erfolgt ein Berechnen eines Änderungsvorschlags Ä(PG1), Ä(PG2), ..., Ä(PGn) für eine Vielzahl von Parametern PG1, PG2, ..., PGn der Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) anpassbarer Parameter im Hinblick auf die Einhaltung der Obergrenze MAX(W) der Wechselwirkungskenngröße W. Anders ausgedrückt, wird in Schritt S5 quantifiziert, wie groß eine Änderung eines bestimmten Parameters sein muss, um die Obergrenze MAX(W) einzuhalten. Aus der Anpassung eines Parameters aus der Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) kann neben der Einhaltung der Wechselwirkungskenngröße W auch ein Qualitätsparameter Q für die Messung verändert und insbesondere verringert werden, bspw. kann durch die Neueinstellung eines Parameters die erzielte Bildqualität verringert werden.
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Um dem vorzubeugen bzw. eine Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung eines Qualitätsparameters zu verhindern bzw. so gering wie möglich zu halten, erfolgt in Schritt S6 ein Identifizieren eines Parameters Pa aus der Gruppe G(P1, P2, ..., Pn) von anpassbaren Parametern unter Optimierung eines Qualitätsparameters Q der Magnetresonanz-Messung. Dieser Schritt berücksichtigt also, dass eine Änderung des Parameters Pa entsprechend seinem Änderungsvorschlag Ä(PGa) auch einen Qualitätsparameter Q der Magnetresonanz-Messung manipulieren bzw. beeinträchtigen könnte. Ein Qualitätsparameter Q kann bspw. die Bildqualität oder die Dauer der Messung sein, aber auch das Ausmaß von durch die Änderungen verursachten Anpassungen der Einstellung des Messprotokolls {P1, P2, ..., Pn}. Beim Identifizieren berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren also, welche Auswirkung eine mögliche Änderung eines der Parameter PG1, PG2, ..., PGn auf einen Qualitätsparameter Q hat. Dabei kann das erfindungsgemäße Identifizieren zunächst bei der Festlegung des zu betrachtenden Qualitätsparamters Q zusätzliche Informationen zum eingestellten Messprotokoll {P1, P2, ..., Pn} berücksichtigen, bspw. können Informationen über bei der Messung eingesetzte Hardware der Magnetresonanz-Anlage, das Vorhandensein bzw. Fehlen und/oder die Werte bestimmter Messparameter P1, P2, ..., Pn in dem eingestellten Messprotokoll {P1, P2, ..., Pn}, die zu untersuchende Körperregion, Änderungsvorschläge Ä(PG1), Ä(PG2), ..., Ä(PGn) zu anderen anpassbaren Parametern PG1, PG2, ..., PGn etc. berücksichtigt werden, um so einen anzupassenden Parameter Pa zu identifizieren, der für die geplante Messung am besten zur Anpassung geeignet ist. Das Identifizieren des Parameters Pa erfolgt erfindungsgemäß mittels Identifizierungsalgorithmus. Dieser ist besonders bevorzugt ein trainierbarer Algorithmus. Dieser Algorithmus, bspw. in Form eines neuronalen Netzes, ist ausgebildet basierend auf historischen Daten Vorschriften für die Auswahl eines anzupassenden Parameters Pa abzuleiten und anzupassen. Diese Vorgehensweise entspricht mathematisch einem Optimierungsproblem. Der Identifizierungsalgorithmus identifiziert derart auch denjenigen Parameter als anzupassenden Parameter, dessen Änderung gemäß Änderungsvorschlag Ä(Pa) einen zuvor festgelegten Qualitätsparameter Q am wenigsten negativ beeinflusst.
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In Schritt S7 erfolgt ein Anpassen des identifizierten, anzupassenden Parameters Pa entsprechend seinem Änderungsvorschlag Ä(Pa). Dieser Schritt kann auch ggf. durch die Anpassung notwendig gewordene Neu-Einstellungen anderer Messparamter umfassen.
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In Schritt S8, voraussetzend dass nun die Wechselwirkungskenngröße W eingehalten wird, wird unterbrechungsfrei die Messung gestartet. Alternativ kann zur Sicherheit eine Prüfschleife über Schritt S3 vorgesehen sein, bevor in Schritt S8 die Messung gestartet wird.
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Wo noch nicht explizit geschehen, jedoch sinnvoll und im Sinne der Erfindung, können einzelne Ausführungsbeispiele, einzelne ihrer Teilaspekte oder Merkmale mit einander kombiniert bzw. ausgetauscht werden, ohne den Rahmen der hiesigen Erfindung zu verlassen. Mit Bezug zu einem Ausführungsbeispiel beschriebene Vorteile der Erfindung treffen ohne explizite Nennung, wo übertragbar, auch auf andere Ausführungsbeispiele zu.
