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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz, eine Magnetresonanzvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt.
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In der Medizintechnik zeichnet sich die Bildgebung mittels Magnetresonanz (MR), auch Magnetresonanztomographie (MRT; engl. Magnetic Resonance Imaging, MRI) genannt, durch hohe Weichteilkontraste aus. Durch Ausspielen einer MR-Sequenz werden hochfrequente Anregungspulse (HF-Pulse) in ein Untersuchungsobjekt, z.B. einem Patienten, eingestrahlt, wodurch MR-Signale ausgelöst werden. Die MR-Signale werden bei der MR-Untersuchung durch die Magnetresonanzvorrichtung erfasst, beispielsweise mit Hilfe einer Lokalspule. Die MR-Sequenz umfasst üblicherweise zudem Gradientenpulse, um die MR-Signale mit einer Ortskodierung zu versehen. Aus den erfassten MR-Signalen können Abbildungen des Patienten rekonstruiert werden.
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Die bei der Einstrahlung der Anregungspulse pro Zeiteinheit und pro Kilogramm Körpergewicht absorbierte Energie der HF-Pulse wird üblicherweise als spezifische Absorptionsrate (SAR, engl. Specific Absorption Rate) bezeichnet. Die Absorption der HF-Energie kann zu einer Erwärmung des Körpergewebes des Patienten führen, so dass bei unzulässig hoher Konzentration von HF-Energie Verbrennungen auftreten können. Die Energieabsorption stellt also eine Belastung des Patienten während einer MR-Untersuchung dar, welche durch geeignete Kenngrößen, wie z.B. der SAR, beschrieben werden kann.
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Mit der Erfindung soll ein Verfahren bereitgestellt werden, eine optimierte MR-Sequenz bereitzustellen, ohne dass beim Ausspielen der MR-Sequenz der Patient zu stark belastet wird. Vorzugsweise soll zudem eine möglichst hohe Qualität der Abbildungen des Patienten und/oder eine möglichst kurze Untersuchungszeit erreicht werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Demnach wird ein Verfahren zur Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
- - Ermittlung einer Position einer Lokalspule, im Folgenden Spulenposition genannt, und eine Position eines Körperteils eines Patienten, im Folgenden Körperteilposition genannt,
- - Ermittlung eines Abstands zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition,
- - Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz, wobei anhand des ermittelten Abstands zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition überprüft wird, dass bei einer nachfolgenden MR-Untersuchung des Patienten ein vorgegebener Belastungsschwellwert, insbesondere ein SAR-Wert, nicht überschritten wird. Die Optimierung der MR-Sequenz geschieht also unter der Randbedingung, dass es zu keiner Überschreitung des Belastungsschwellwerts kommen wird.
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Vorzugsweise schließt sich an die Ermittlung der optimierten MR-Sequenz eine MR-Untersuchung an, bei der die optimierte MR-Sequenz verwendet wird. Die MR-Untersuchung umfasst vorzugsweise eine Rekonstruktion von MR-Abbildungen aus den MR-Signalen, die mit Hilfe der optimierten MR-Sequenz aufgenommen wurden.
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Die Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz kann beispielsweise eine Auswahl einer MR-Sequenz aus bestehenden MR-Sequenzen und/oder eine Anpassung einer bestehenden MR-Sequenz umfassen. Es kann aber auch eine völlig neue MR-Sequenz generiert werden.
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Die optimierte MR-Sequenz ist vorteilhafterweise hinsichtlich eine kurzen Messzeit und/oder hinsichtlich einer hohen Qualität von Abbildungen optimiert, die mit Hilfe der optimierten MR-Sequenz erzeugt werden können.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass in Abhängigkeit des Abstandes zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition besonders einfach und wirkungsvoll die auf den Patienten einwirkende Belastung bestimmt werden kann. Insbesondere kann ein Belastungsmodel erzeugt werden, das auf dem Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition basiert. Anhand dieses Belastungsmodels kann vorzugsweise die Leistung (engl. performance) der nachfolgenden MR-Untersuchung maximiert werden, wenn noch Belastungsreserven vorhanden sind, oder die Belastung reduzierten werden, wenn dies notwendig ist.
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Vorzugsweise ist die besagte Körperteilposition die Position des Kopfes des Patienten. Die Position des Kopfes ist oftmals besonders wichtig für die Belastungsabschätzung und damit auch für die Optimierung der MR-Sequenz. Vor allem dann, wenn die Position des Kopfes nicht durch bestimmte Umstände definiert ist (wie z.B. wenn der Kopf in einer Kopfspule positioniert ist, die sich an einer definierten Position der Patientenliege befindet), ist die Bestimmung des Abstands zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition vorteilhaft. Dies betrifft beispielsweise Untersuchungen, in denen der Patient mit den Füßen voran in die Magnetresonanzvorrichtung eingebracht wird oder in denen der Patient mit einem über den Kopf gestreckten Arm in der sogenannten „Superman-Position“ untersucht wird. Ohne eine genauere Belastungsüberprüfung müsste eine konservative MR-Sequenz benutzt werden, die möglicherweise lang dauern würde und/oder nur Abbildungen mit geringerer Qualität erzeugen würde.
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Vorzugsweise umfasst der Belastungsschwellwert einen lokalen Belastungsschwellwert für den Körperteil, z.B. den Kopf. Wenn davon ausgegangen wird, dass sich die Belastung während der MR-Untersuchung vor allem im Bereich der Spulenposition konzentriert, dann fällt üblicherweise die Belastung mit größerem Abstand zur Spulenposition ab. Mit anderen Worten ist die lokale Belastung des Körperteils bei einem ersten Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition kleiner als bei einem zweiten Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition, wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand. Umfasst der Belastungsschwellwert einen lokalen Belastungsschwellwert für den Körperteil, kann die Optimierung der MR-Sequenz noch genauer erfolgen.
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Bevorzugt befindet sich die Lokalspule bei der nachfolgenden MR-Untersuchung im Isozentrum einer Magnetresonanzvorrichtung. Im Isozentrum der Magnetresonanzvorrichtung ist die Homogenität des Magnetfeldes besonders hoch. Deshalb wird hier in der Regel die Untersuchungsregion positioniert, um bestmögliche Bildqualität zu erzielen. Die Lokalspule befindet sich üblicherweise möglichst nahe an der Untersuchungsregion, um ein möglichst hohes Signal-Rausch-Verhältnis (engl. signal-to-noise-ration, SNR) zu erreichen. In der Untersuchungsregion (also dort, wo üblicherweise auch die Lokalspule positioniert ist) tritt üblicherweise die stärkste Einstrahlung der HF-Pulse auf, so dass auch die potentielle Belastung dort am größten ist. Je größer ein besonders kritischer Körperteil, wie der Kopf, von der Lokalspule entfernt ist, desto geringer ist oftmals auch die dort auftretende Belastung. Somit eignet sich der ermittelte Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition besonders gut, um die MR-Sequenz hinsichtlich der Belastung zu optimieren.
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Vorzugsweise werden die Spulenposition und/oder die Körperteilposition mit einer optischen Erfassungseinheit ermittelt. Bevorzugt ist die optische Erfassungseinheit eine Kamera, insbesondere eine 3D-Kamera. Hiermit lässt sich die Körperteilposition besonders zuverlässig und genau ermitteln.
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Vorzugsweise erfasst die optische Erfassungseinheit den Körper des Patienten über seine gesamte Länge. Dies erleichtert die Position jedes Körperteils zu ermitteln. Ferner ist dann die Ermittlung der Körperteilposition unabhängig davon möglich, in welcher Orientierung sich der Patient befindet. Beispielsweise die Ermittlung der Körperteilposition unabhängig davon möglich, ob sich der Patient mit den Füßen oder dem Kopf voran auf einer Patientenliege der Magnetresonanzvorrichtung befindet. Vorzugsweise kann die optische Erfassungseinheit detektieren, wo sich der Körperteil, z.B. der Kopf, dessen Position ermittelt wird, egal wie der Patient ausgerichtet ist.
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Vorzugsweise wird die Spulenposition mit einem Magnetfeldsensor, insbesondere einem Hallsensor, ermittelt. Der Verlauf des Magnetfelds in der Magnetresonanzvorrichtung ist üblicherweise genau bestimmbar. Zusammen mit dieser Information kann aus dem Signal des Magnetfeldsensors dessen Position genau und einfach ermittelt werden. Ist die relative Lage des Magnetfeldsensors zur Lokalspule bekannt, kann auch die Spulenposition leicht ermittelt werden.
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Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor an der Lokalspule angeordnet. Insbesondere kann der Magnetfeldsensor in die Lokalspule integriert und/oder eingebaut sein. Dadurch kann Spulenposition leicht und genau ermittelt werden.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Spulenposition und die Körperteilposition in ein Koordinatensystem, insbesondere ein Gitterkoordinatensystem, eingetragen werden. Damit kann der Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition besonders einfach ermittelt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, die nachfolgende MR-Untersuchung mit einer Magnetresonanzvorrichtung durchzuführen, die einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich um eine Längsachse herum aufweist, wobei der Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperposition entlang der Längsachse ermittelt wird. Oftmals wird die Längsachse auch z-Achse bezeichnet. Gerade bei einer solchen Anordnung stellt der Abstand zwischen der Spulenposition und der Körperposition eine besonders nützliche Information zur Optimierung der MR-Sequenz dar.
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Ferner wird eine Magnetresonanzvorrichtung vorgeschlagen, die ausgebildet ist, ein vorab beschriebenes Verfahren auszuführen. Die Vorteile der vorgeschlagenen Magnetresonanzvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
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Vorzugsweise umfasst die Magnetresonanzvorrichtung eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer Spulenposition und einer Körperteilposition. Die Ermittlungseinheit kann beispielsweise eine optische Erfassungseinheit zur Ermittlung der Körperteilposition und/oder einen Magnetfeldsensor zur Ermittlung der Spulenposition umfassen.
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Vorzugsweise umfasst die Magnetresonanzvorrichtung eine Abstandsermittlungseinheit zur Ermittlung eines Abstands zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition und eine Optimierungseinheit zur Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz. Die Abstandsermittlungseinheit und/oder die Optimierungseinheit umfassen vorzugsweise eine Recheneinheit, die z.B. einen oder mehrere Prozessoren umfasst.
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Vorzugsweise weist die Magnetresonanzvorrichtung einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich um eine Längsachse herum aufweist. Mit einer solchen Magnetresonanzvorrichtung kann das Verfahren besonders einfach und genau durchgeführt werden.
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Ferner wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Systemsteuereinheit einer Magnetresonanzvorrichtung ladbar ist und Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, aufweist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Systemsteuereinheit der Magnetresonanzvorrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogrammprogrammprodukt kann dabei eine Software mit einen Quellcode, der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder einen ausführbaren Softwarecode umfassen, der zur Ausführung nur noch in die Systemsteuereinheit zu laden ist. Durch das Computerprogrammprodukt kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Systemsteuereinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Systemsteuereinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können.
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Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Systemsteuereinheit geladen werden kann, der mit der Magnetresonanzvorrichtung direkt verbunden oder als Teil der Magnetresonanzvorrichtung ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Systemsteuereinheit einer Magnetresonanzvorrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Systemsteuereinheit der Magnetresonanzvorrichtung gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten elektronisch lesbaren Datenträger ausgehen.
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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.
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Es zeigen:
- 1 eine Magnetresonanzvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
- 2 eine Draufsicht auf einen Patienten,
- 3 ein Blockdiagramm eines Verfahrens.
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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. Der Patientenaufnahmebereich 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist um eine Längsachse z herum 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.
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Die Magneteinheit 11 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 18 zu einer Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 18 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 19 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gesteuert. Die Magneteinheit 11 umfasst weiterhin eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als fest in die Magnetresonanzvorrichtung 10 integrierte Körperspule ausgebildet ist. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist zu einer Anregung von Atomkernen, die sich in dem von dem Hauptmagneten 12 erzeugten Hauptmagnetfeld 13 einstellt, ausgelegt. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von einer Hochfrequenzantennensteuereinheit 21 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gesteuert und strahlt hochfrequente MR-Sequenzen in einen Untersuchungsraum ein, der im Wesentlichen von einem Patientenaufnahmebereich 14 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gebildet ist. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist weiterhin zum Empfang von MR-Signalen ausgebildet.
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Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 12, der Gradientensteuereinheit 19 und zur Steuerung der Hochfrequenzantennensteuereinheit 21 weist die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine Systemsteuereinheit 22 auf. Die Systemsteuereinheit 22 steuert zentral die Magnetresonanzvorrichtung 10, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Zudem umfasst die Systemsteuereinheit 22 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zu einer Auswertung von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Des Weiteren umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine Benutzerschnittstelle 23, die mit der Systemsteuereinheit 22 verbunden ist. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 24, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, der Benutzerschnittstelle 23 für ein medizinisches Bedienpersonal angezeigt werden. Weiterhin weist die Benutzerschnittstelle 23 eine Eingabeeinheit 25 auf, mittels der Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von dem medizinischen Bedienpersonal eingegeben werden können.
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Die Magnetresonanzvorrichtung 10 umfasst ferner eine Lokalspule 27, die hier an der Untersuchungsregion des Patienten angeordnet ist. Lokalspulen sind meist Empfangsspulen für den Empfang von MR-Signalen. Sie können aber auch in der Lage sein, HF-Pulse zu senden. Zum Zeitpunkt der Erfassung der MR-Signale befindet sich die Untersuchungsregion, und damit auch die Lokalspule 27, im Isozentrum der Magnetresonanzvorrichtung, welches sich üblicherweise in der Mitte des Patientenaufnahmebereichs befindet.
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Außerdem umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine optische Erfassungseinheit 26 in Form einer 3D-Kamera, also einer Kamera, die in der Lage ist, ein dreidimensionales Bild zu erfassen. Die 3D-Kamera ist an einer vorgegebenen Stelle über der Patientenlagerungsvorrichtung 16 montiert und fähig, den Körper des Patienten 15 über seine gesamte Länge zu erfassen. Insbesondere kann die 3D-Kamera die Position des Kopfes in allen möglichen Patientenorientierungen erfassen und diese Information an eine Abstandsermittlungseinheit 29 weiterleiten.
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Zusätzlich ist an der Lokalspule 27 ein Magnetfeldsensor 28 in Form eines Hallsensors angeordnet. Der Magnetfeldsensor 28 liefert an die Abstandsermittlungseinheit 29 Informationen, die die Ermittlung der Position der Lokalspule 27 ermöglichen.
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In 2 ist eine Draufsicht auf den Patienten 15 dargestellt. Ferner ist ein Abstand d zwischen der Position der Lokalspule 27 und der Position des Kopfes des Patienten dargestellt.
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In 3 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer optimierten MR-Sequenz dargestellt. In 110 werden die Positionen der Lokalspule, im Folgenden Spulenposition genannt, und eine Position eines Körperteils eines Patienten, im Folgenden Körperteilposition genannt ermittelt. In 120 wird der Abstand d zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition ermittelt. In 120 wird eine optimierte MR-Sequenz ermittelt. Dabei wird anhand des ermittelten Abstands zwischen der Spulenposition und der Körperteilposition überprüft, dass bei einer nachfolgenden MR-Untersuchung des Patienten ein vorgegebener Belastungsschwellwert voraussichtlich nicht überschritten wird.
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Der besagte Körperteil ist im Beispiel, das in 1 und 2 illustriert wird, der Kopf des Patienten 15. Aus den Positionsdaten, die die 3D-Kamera 26 und der Hallsensor 28 liefert, kann die Abstandsermittlungseinheit 29 den Abstand d zwischen der Körperteilposition und der Spulenposition ermitteln. Insbesondere kann der Abstand entlang der Längsachse z ermittelt werden. Die Positionen können dazu in ein Gitterkoordinatensystem eingetragen werden. Die Gitterkoordinaten können verwendet werden, um ein distanzbasiertes SAR-Modell zu generieren, das die Leistung der MR-Untersuchung maximiert (falls dies in sicherer Weise möglich ist) oder die Sicherheit zu maximiert (falls dies notwendig ist). Dieses SAR-Modell kann insbesondere die Abhängigkeit umfassen, dass die Leistung der MR-Untersuchung mit größerem Abstand d erhöht werden kann.
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Wird beispielsweise eine Hüftuntersuchung durchgeführt, bei der der Kopf voran in den Patientenaufnahmebereich 14 gebracht wird, wird üblicherweise diese Information dem System bei der Registrierung mitgeteilt. Das System geht dann - auch ohne Durchführung der des erfindungsgemäßen Verfahrens - davon aus, dass sich der Kopf des Patienten 15 in einer definierten Lage befindet, die ein hoch-performantes SAR-Model ermöglicht, das die Bildqualität erhöht.
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Falls der derselbe Patient registriert wird für eine Untersuchung, bei der die Füße voran in den Patientenaufnahmebereich 14 gebracht wird, würde ohne Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein konservatives, niedrig-performantes SAR-Model gewählt werden, weil die Position des Kopfes ohne weitere Information weniger genau bekannt ist.
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Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden daher die Kopfposition und die Position der Spulen an der Hüfte des Patienten 15 detektiert. Die Hüftuntersuchung kann dann auch in der gleichen hoch-performanten Weise durchgeführt werden, da der Abstand zum Kopf nun ein bekannter Abstand ist, wobei es keine Rolle spielt, die wo sich der Kopf auf dem Patiententisch 17 befindet.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Erfassungsmustererzeugungseinheit und 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.
