DE102020211727B3

DE102020211727B3 - Performance-Optimiertes Verfahren zur Bestimmung von gültigen Parameterdatensätzen

Info

Publication number: DE102020211727B3
Application number: DE102020211727.6A
Authority: DE
Inventors: Dominik Paul; Flavio Carinci; Mario Zeller
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2040-09-19
Also published as: US20220091209A1; US11662409B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls für eine MRT-Untersuchung einer Magnetresonanztomographieeinrichtung, umfassend:□ Eine Eingabeeinrichtung zum Einlesen einer Menge von Parametern, mit denen die MRT-Untersuchung ausgeführt werden soll, z.B. eine Anzahl von erforderlichen Spulenkanälen (R);U Eine Schnittstelle zum Erfassen zumindest eines Systemwertes, der eine Verfügbarkeit einer Systemressource für die MRT-Untersuchung repräsentiert, z.B. den verfügbaren Speicherplatzbedarf zur Rekonstruktion eines Bildes repräsentiert;U Einen Prozessor zum Berechnen von erforderlichen Systemressourcen zur Ausführung der MRT-Untersuchung mit den eingelesenen Parametern;U und zum Ausführen einer Prepare-Funktion, die prüft, ob die eingelesenen Parameter in Hinblick auf die erfassten Systemwerte bei der MRT-Untersuchung ausführbar ist und verneinendenfalls:U Zum Berechnen eines Veränderungsfunktion zur Veränderung der eingelesenen Parameter in Abhängigkeit von den aktuellen Systemwerten und den erforderlichen Systemressourcen, wobei auf Basis eines Ergebnisses der Prepare-Funktion, dynamisch eine lineare oder eine quadratische Veränderungsfunktion bestimmt wird,□ Zur schrittweisen Veränderung der eingelesenen Parameter gemäß der berechneten Veränderungsfunktion, insbesondere schrittweise Reduktion der Anzahl von Spulenkanälen bis zu einer vorkonfigurierbaren Grenze und wiederholte Ausführung der Prepare-Funktion zur Bestimmung des gültigen Parameterdatensatzes.

Description

Die Erfindung betrifft ein computer-implementiertes Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls im Vorfeld einer MRT-Untersuchung mittels einer Magnetresonanztomographieeinrichtung.
Bei einer Untersuchung per Magnetresonanztomographie (Tomographie von griechisch „Schnitt“) werden Schnittbilder z.B. von Gewebe im Innern eines menschlichen Körpers erzeugt. Grundlage dafür ist die Kombination von Magnetfeld und Hochfrequenz(HF)-Impuls zur Anregung der Atomkerne des zu untersuchenden Körpers. Atome richten sich im Magnetfeld eines Magneten aus. Sie werden dann durch elektromagnetische Hochfrequenzen in Schwingung versetzt. Nach Abschaltung kehren die Atome in ihre Ausgangsstellung zurück und geben dabei Energie frei. Diese Energie (auch „Kernresonanz“ genannt) wird von einer HF-Spule empfangen, die am Körper eines Patienten je nach zu untersuchender Region angeordnet ist.
Die HF-Spule besteht in der Regel aus mehreren Spulenkanälen. Ein Spulenkanal, auch Spulenelement genannt, einer Empfangsspule oder HF-Spule stellt typischerweise eine räumlich abgegrenzte Empfangseinheit der HF-Spule dar. Die Verwendung von mehreren Spulenkanälen kann den Vorteil bieten, dass mehrere Aufnahmesequenzen mit verschiedenen Spulenkanälen der HF-Spule gleichzeitig durchgeführt werden können, womit Zeitersparnis beim Erfassen der Magnetresonanz-Bilddaten erreicht werden kann.
Weiterhin liefert ein Gradientensystem Daten zum Ort der Erzeugung (räumliche Kodierung) der empfangenen Signale. Die insgesamt gewonnenen Rohdaten werden von einem Computer in zwei- oder drei-dimensionale Bilddaten umgerechnet, die zur Darstellung von z.B. Schnittbildern dienen.
Bevor eine Untersuchung per Magnetresonanztomographie (MRT, engl. magnetic resonance imaging MRI) durchgeführt werden kann, sind - je nach Untersuchungsziel - Parameter für verschiedene Sequenztypen durch einen Bediener an einer Eingabeeinheit einer Magnetresonanztomographieeinrichtung einzustellen. Grundsätzlich ist eine Einteilung in die Grundformen Gradientenechosequenz und Spinechosequenz möglich. Dazu existieren zahlreiche Variationen der Sequenzen z.B. nach zu untersuchendem Körperbereich, Sequenzabläufen und verwendeter Parameter.
Parameter sind dabei beispielsweise Repetitionszeit (TR), Echozeit (TE), Flipwinkel, Bandbreite des Hochfrequenzimpulses. Üblicherweise sind mehrere MRT-Sequenzen nötig, um eine vollständige Diagnose durchführen zu können. Eine bestimmte Zusammenstellung von Sequenzen zur Untersuchung eines spezifischen Gewebes und/oder Körperteils sowie bestimmter Krankheiten wird häufig als Protokoll bezeichnet.
Parameter beeinflussen sich normalerweise durch verschiedene Abhängigkeiten und Wechselwirkungen. Eine optimale Einstellung von Parametern bzw. eines Parameterdatensatzes kann zeitaufwendig sein und erfordert viel Erfahrung durch medizinisches Personal.
Begrenzte Systemressourcen einer bestimmten Magnetresonanztomographieeinrichtung können ebenfalls die Einstellung von Parametern erschweren. So ist z.B. nicht immer von vornherein bekannt, welche Einstellungen wie viele Systemressourcen (z.B. Speicherplatz, der mitunter zur Rekonstruktion der Bilder erforderlich ist) benötigen.
Weiterhin dürfen aus Sicherheitsgründen bestimmte Grenzwerte von Parametern (in Bezug auf den Patienten und/oder in Bezug auf die Komponenten des MR-Gerätes zum Schutz vor Verschleiß) während einer MRT-Untersuchung nicht überschritten werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 221 465 B4 ist eine dynamische Anpassung eines Signal-Kompressionsgrades für eine MRT-Bildverarbeitung bekannt. Dabei wird ein Verhältnis N/M der Anzahl N von aus mit mehreren Spulen empfangenen Signalen erzeugten N Empfangssignal-Datensätzen zu einer geringeren (M<N) Anzahl M von Moden-Datensätzen festgelegt.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 204 483 A1 ist ein Verfahren zur Generierung einer Vorschau-Abbildung bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass eine Anzahl an Spulenkanälen zur Akquisition eines ersten Teils von Magnetresonanzsignale gleich oder höher ist als zur Akquisition eines zweiten Teils der Magnetresonanzsignale.
Die technische Unterstützung zur Einstellung einer MRT-Sequenz ist z.B. aus DE 10 2016 200 549 A1 bekannt. Dabei werden mittels Simulation eines Sequenzverlaufs zulässige Parameterwertebereiche voreingestellter Parameter ermittelt.
Für die Parametersuche wird eine lückenlose und/oder Binärsuche verwendet. Nachteilig ist dabei eine mehrfache und damit zeitaufwändige Durchführung des Verfahrens zum Auffinden mehrerer optimaler Parameter für eine Sequenz. Zudem kann auch kein Vorwissen über die auszuführende Untersuchung bei der Bestimmung der Parameter genutzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt für eine verbesserte Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls im Vorfeld einer MRT-Untersuchung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung beschrieben.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein computer-implementiertes Verfahren zur Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes (also einer Menge von Parametern) eines Protokolls im Vorfeld einer MRT-Untersuchung mittels einer Magnetresonanztomographieeinrichtung, umfassend folgende Verfahrensschritte:

Als erstes erfolgt ein Einlesen von zumindest einem Parameter (eines Parameters oder einer Menge von Parametern) an einer Eingabeeinrichtung der Magnetresonanztomographieeinrichtung, mit dem/denen die MRT-Untersuchung ausgeführt werden soll. In diesem Schritt kann z.B. eine Vorgabe für die Anzahl von erforderlichen Spulenkanälen auch vom Anwender eingegeben werden. Üblicherweise werden die erforderlichen Systemressourcen
- - und damit vorzugsweise auch die Anzahl der erforderlichen Spulenkanäle - zur Ausführung der MRT-Untersuchung mit den eingelesenen Parametern automatisch mittels eines Algorithmus berechnet. Weiterhin wird eine Menge von aktuellen Systemwerten erfasst, die eine Verfügbarkeit einer Systemressource für die MRT-Untersuchung repräsentieren und insbesondere den verfügbaren Speicherplatzbedarf zur Rekonstruktion eines Bildes indiziert und/oder eine Spulenkanalzahl der Magnetresonanztomographieeinrichtung indiziert. Danach wird eine Prepare-Funktion ausgeführt, die prüft, ob die eingelesenen Parameter in Hinblick auf die erfassten aktuellen Systemwerte (also unter tatsächlich verfügbaren, aktuellen Systembedingungen oder mit dem aktuellen Systemzustand) bei der MRT-Untersuchung ausführbar bzw. umsetzbar sind und verneinendenfalls erfolgen die Schritte:
- - Dynamisches Berechnen einer Veränderungsfunktion zur Veränderung der Parameter in Abhängigkeit von den aktuellen Systemwerten und den erforderlichen Systemressourcen;
- - Schrittweise Veränderung der Parameter gemäß der berechneten Veränderungsfunktion, insbesondere schrittweise Reduktion der Anzahl von Spulenkanälen bis zu einer vorkonfigurierbaren Grenze und wiederholte Ausführung der Prepare-Funktion zur Bestimmung des gültigen Parameterdatensatzes.

Ziel des Verfahrens ist es, einen gültigen Parameterdatensatz mit z.B. einer (erforderlichen) Anzahl von Spulenkanälen bei begrenzter Systemressource (z.B. Speicherplatz) zu bestimmen, d.h. eine Anzahl von Spulenkanälen, die mindestens erforderlich ist, um gerade noch, trotz nicht genügend vorhandener Systemressource, z.B. eine Bildrekonstruktion ausführen zu können.
Der Begriff „gültiger“ Parameterdatensatz soll bedeuten, dass der Parameterdatensatz an die jeweils aktuell vorhandenen Ressourcen angepasst ist und zudem so ausgelegt ist, dass die erfassten Grenzwerte (oder Vorgaben, erfasste Systemwerte) eingehalten werden können. Die Grenzwerte können z.B. einen Grenzwert für die applizierte HF-Leistung (SAR), einen Grenzwert für die applizierte Gradienten-Schaltaktivität (watchdog für die Grandientenschaltaktivität), einen Grenzwert für die Gradientenleistung, insbesondere in Bezug auf die Gradientenachsen, zur Vermeidung von Verschleiß und Schäden an Komponenten der Magnetresonanztomographieeinrichtung (SeqBooster) umfassen.
Die aktuell vorhandenen Systemressourcen können vorzugsweise auf den aktuell verfügbaren Arbeitsspeicher zur Rekonstruktion eines Bildes auf Basis von akquirierten MRT-Rohdaten bezogen sein.
Die eingelesenen Parameter (auch: „Menge der eingelesenen Parameter“) können Parameter umfassen, die auch Teil des Parameterdatensatzes sind) unterscheidet sich von dem berechneten gültigen Parameterdatensatz dadurch, dass der berechnete gültige Parameterdatensatz an den jeweiligen Zustand der MRT-Systems (verfügbarer Arbeitsplatzspeicher, Einhaltung von Grenzwerten) angepasst ist. Die eingelesene Menge von Parametern ist somit nur eine Planungsvorgabe - mit diesen Parametern soll die intendierte MRT-Untersuchung durchgeführt werden. Die Suche nach einem gültigen Parameterdatensatz erfolgt somit nicht mehr für alle Systemzustände gleich, sondern spezifisch und in Abhängigkeit von den erfassten Gegebenheiten.
Damit kann die Suche wesentlich schneller durchgeführt werden. Falls, sich bei der Berechnung z.B. ergibt, dass die Vorgaben und/oder bestimmte Grenzwerte nicht erfüllt oder eingehalten werden können, so kann mit der Veränderungsfunktion zumindest ein Parameter so geändert werden, dass er unter den aktuellen Systembedingungen (umfassend die anderen Parameter und die verfügbaren Systemressourcen) ausführbar ist.
Aus der Menge der eingelesenen (geplanten) Parameter kann mittels einer Funktion ermittelt werden, welche Systemressourcen für die Ausführung erforderlich sind, um dann in einem nachfolgenden Schritt zu prüfen, ob die aktuell verfügbaren Systemressourcen, wie z.B. der Arbeitsspeicher zur Bildrekonstruktion, ausreichend sind. Falls dies nicht der Fall ist, müssen die Parameter gezielt verändert werden, z.B. die Anzahl von Spulenkanälen verringert werden, bis die aktuell verfügbaren Systemressourcen ausreichend sind. Diese sukzessive Veränderung der Parameter erfolgt nun nicht mehr für alle Systemzustände gleich, sondern es werden mittels der Veränderungsfunktion unmittelbar die aktuellen Systemressourcen berücksichtigt. Der gültige Parameterdatensatz kennzeichnet sich somit zum einen durch eine Menge von konsistenten Parametern und zum anderen durch solche Parameter, die unter den (erfassten aktuellen) Systembedingungen (z.B. verfügbarer Speicherplatz und/oder Grenzwertvorgaben) auch ausführbar sind.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren ein Bestimmen eines Spulenkanalreduktionsfaktors r zur Anwendung bei der schrittweisen Reduktion der Spulenkanalzahl umfasst.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verfahren und insbesondere das Berechnen der Veränderungsfunktion und/oder die schrittweise Veränderung das Lösen eines linearen oder eines quadratischen Gleichungssystems, das einen linearen oder quadratischen Zusammenhang zwischen einer Spulenkanalanzahl, R, des erfassten Systemwertes, insbesondere einem benötigten Speicherplatzbedarfs, B, und einem verfügbaren Speicherplatzbedarf, V, kennzeichnet.
Der (aktuelle) Systemwert kann vorzugsweise einen verfügbaren Speicherplatzbedarf, insbesondere Arbeitsspeicherplatzbedarf zur Bildrekonstruktion, repräsentieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform zum Speicherplatzbedarf wird die Anzahl der Spulenkanäle um einen Spulenreduktionsfaktor reduziert, der für jeden Schritt der schrittweisen Veränderung jeweils neu berechnet wird.
Im Verfahren, bei dem die Anzahl der Spulenkanäle um einen Spulenreduktionsfaktor reduziert wird, wird dieser in Abhängigkeit von der benötigen und der verfügbaren Speichermenge und der erforderlichen Anzahl von Spulenkanälen bestimmt.
Nachdem in einem ersten Schritt die Anzahl der Spulenkanäle um einen ersten Spulenreduktionsfaktor reduziert wurde, wird vorzugsweise die Prepare-Funktion ausgeführt, um den nun erforderlichen zweiten Speicherplatzbedarf bei entsprechend reduzierter Kanalzahl zu ermitteln und bei dem - falls der zweite Speicherplatzbedarf ausreichend ist - dann geprüft wird, ob eine Erhöhung der Anzahl der Spulenkanäle möglich ist. Bejahendenfalls, wird die Kanalzahl erhöht bis zur vorkonfigurierten Grenze. Falls der zweite Speicherplatzbedarf nicht ausreichend ist, wird ein lineares Gleichungssystem gelöst, um die Anzahl der Spulenkanäle zu bestimmen.
Nachdem in einem zweiten Schritt die Anzahl der Spulenkanäle um einen zweiten Spulenreduktionsfaktor reduziert wurde, wird die Prepare-Funktion erneut ausgeführt, um den nun erforderlichen dritten Speicherplatzbedarf zu ermitteln und bei dem - falls der dritte Speicherplatzbedarf ausreichend ist - dann geprüft wird, ob eine Erhöhung der Anzahl der Spulenkanäle möglich ist. Bejahendenfalls, wird die Kanalzahl erhöht bis zur vorkonfigurierten Grenze. Falls der dritte Speicherplatzbedarf nicht ausreichend ist, wird ein quadratisches Gleichungssystem gelöst, um die Anzahl der Spulenkanäle zu bestimmen.
Ein Systemwert im genannten Verfahren kann in einer Ausführungsform einen Sollwert (oder Grenzwert) zur Überwachung einer applizierten HF-Leistung bzw. zu vorgegeben Grenzwerten für die HF-Leistung repräsentieren. In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann der Systemwert einen Sollwert oder Grenzwert zur Überwachung einer applizierten Gradienten-Schaltaktivität repräsentieren. Damit wird es möglich, Muskelstimulationen des Patienten während der MRT-Untersuchung zu vermeiden.
Das Verfahren kann in einer weiteren Ausführung einen Systemwert beinhalten, der einen Sollwert zur Überwachung einer applizierten Gradienten-Schaltaktivität zur Vermeidung von Schäden an den Komponenten der Magnetresonanztomographieeinrichtung repräsentiert.
Vorstehend wurde die Lösung der Aufgabe anhand des Verfahrens beschrieben. Dabei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können auch die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf eine Vorrichtung oder auf ein Computerprogrammprodukt gerichtet sind) mit den Merkmalen weitergebildet sein, die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module oder Mikroprozessor-Module, des Systems bzw. des Produktes ausgebildet und umgekehrt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls für eine MRT-Untersuchung einer Magnetresonanztomographieeinrichtung, mit:

- Einer Eingabeeinrichtung zum Einlesen von Parametern an einer Eingabeeinrichtung der Magnetresonanztomographieeinrichtung, mit denen die MRT-Untersuchung ausgeführt werden soll, umfassend eine Vorgabe einer Anzahl von erforderlichen Spulenkanälen, R;
- Einer Schnittstelle zum Erfassen zumindest eines (aktuellen) Systemwertes, der eine Verfügbarkeit einer Systemressource für die MRT-Untersuchung repräsentiert und insbesondere den verfügbaren Speicherplatzbedarf zur Rekonstruktion eines Bildes indiziert und/oder eine Spulenkanalzahl der Magnetresonanztomographieeinrichtung indiziert;
- Einem Prozessor zum Berechnen von erforderlichen Systemressourcen zur Ausführung der MRT-Untersuchung mit den eingelesenen Parametern; wobei der Prozessor weiterhin ausgebildet ist zum:
- - Ausführen einer Prepare-Funktion, die prüft, ob die eingelesenen Parameter in Hinblick auf die erfassten Systemwerte bei der MRT-Untersuchung ausführbar sind und verneinendenfalls:
- - Zum Berechnen einer Veränderungsfunktion zur Veränderung der Parameter in Abhängigkeit von den aktuellen Systemwerten und den erforderlichen Systemressourcen,
- - Zur schrittweisen Veränderung der Parameter gemäß der berechneten Veränderungsfunktion, insbesondere schrittweise Reduktion der Anzahl von Spulenkanälen bis zu einer vorkonfigurierbaren Grenze und wiederholte Ausführung der Prepare-Funktion zur Bestimmung des gültigen Parameterdatensatzes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorteilhafterweise in einer Magnetresonanztomographieeinrichtung eingesetzt.
Bei der Eingabeeinrichtung kann es sich um einen Teil einer Ein-/Ausgabeeinheit handeln, die mitunter als Benutzerschnittstelle, z.B. GUI (grafisch) und/oder mit einer Tastatur und einem Bildschirm ausgebildet sein kann. Der bestimmte gültige Parameterdatensatz kann auf der Ein-/Ausgabeeinheit ausgegeben werden oder an einen Systemcontroller der Magnetresonanztomographieeinrichtung übermittelt werden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogrammprodukt bereit, welches ausführbaren Code umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt ausgeführt wird.
Eine weitere Aufgabenlösung sieht ein Computerprogramm vor, mit Computerprogrammcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte des oben näher beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Dabei ist es auch möglich, dass das Computerprogramm auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2. ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE gezeigt. Dabei werden nur die Teile gezeigt und beschrieben, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE besteht hier aus einem Prozessor P, einer Ein-/Ausgabeeinheit EA, einer Systemressource SR, Spulenkanälen R sowie einer Schnittstelle IF zum Erfassen zumindest eines Systemwertes, der eine Verfügbarkeit einer Systemressource SR für die MRT-Untersuchung repräsentiert.
Ein Prozessor P erhält Eingabedaten von der Ein-/AusgabeEinheit EA. Die Eingabedaten können Protokolle und/oder auch einzelne Sequenzen mit den dazugehörigen Parametern sein, die von einem Bediener, z.B. einem Radiologen ausgewählt wurden.
Nach Abschluss des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gültige Parameterdatensatz für ein bestimmtes Protokoll an der Ein-/Ausgabeeinheit EA ausgegeben.
Der Prozessor P, der die Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE steuert, steuert insbesondere den Ablauf der Sequenzen sowie den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, das vor der eigentlichen MRT-Untersuchung ausgeführt wird. Ebenso steuert er die Erstellung der Bilddaten aus den Rohdaten und die Darstellung der Bilddaten auf dem Ein-/Ausgabegerät EA sowie die Ausgabe des gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls im Vorfeld der MRT-Untersuchung.
Die Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE besteht neben einem hier nicht gezeigten Magneten aus mehreren Spulen, die je nach Protokoll über Spulenkanäle R Rohdaten an den Prozessor P liefern. Die Spulen empfangen die MagnetresonanzSignale vom Körper des Patienten.
Die Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE umfasst weiterhin Systemressourcen SR, beispielsweise einen Speicher. Der Speicher ist normalerweise für die Rekonstruktion der Bilddaten aus den Rohdaten vorgesehen. Die Menge des zur Verfügung stehenden Speichers ist prinzipiell proportional abhängig zur Spulenkanal-Zahl des Systems (~ 1GB/Kanal).
Über eine Schnittstelle IF zum Erfassen eines Systemwertes erhält der Prozessor Daten über die Verfügbarkeit von Systemressourcen für eine MRT-Untersuchung. So kann z.B. der verfügbare Speicherplatz für eine Bildrekonstruktion dem Prozessor mitgeteilt werden. Je nach Art der Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE kann der verfügbare Speicherplatz variieren. Eine Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE z.B. vom Typ Lumina mit 16 Spulenkanälen hat entsprechend weniger Speicherplatz als eine vom Typ Vida mit 64 oder gar 128 Spulenkanälen. Es kann daher vorkommen, dass der Speicherplatz für die Ausführung bestimmter Protokolle, die auf speicherintensiven Rekonstruktionsverfahren (z.B. Compressed Sensing) basieren, nicht immer ausreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat daher das Ziel, eine schnellere Suche nach gültigen Parametersätzen zu ermöglichen. Dies wird möglich, da Vorwissen bzw. Kontextwissen über das MRT System bei der Suche berücksichtigt werden kann, insbesondere in Form von Systemwerten und/oder der auszuführenden Sequenz. Infolgedessen wird vorteilhafterweise auch die Wartezeit für Patienten und Bedienpersonal verkürzt.
2 zeigt die Schritte des Verfahrens anhand des Beispiels zur Ermittlung der notwendigen Anzahl von Spulenelementen für ein Protokoll, wenn der verfügbare Speicherplatz geringer ist als der erforderliche Speicherplatz.
Das Verfahren wird vor der eigentlichen MRT-Untersuchung ausgeführt, damit ein gültiger Parameterdatensatz für ein Protokoll erhalten wird.
„Gültiger“ Parameterdatensatz heißt hier, dass der Parameterdatensatz an vorhandene Systemressourcen angepasst ist und erfasste Grenzwerte eingehalten werden.
Zu Beginn wird im Schritt S1 eine Menge von Parametern an der Ein-/Ausgabeeinrichtung entsprechend des Protokolls der MRT-Untersuchung eingelesen. Ebenso wird die Anzahl der erforderlichen Spulenkanäle R eingelesen.
Im Schritt S2 werden die erforderlichen Systemressourcen zur Ausführung der MRT-Untersuchung mit den eingelesenen Parametern berechnet.
Danach werden im Schritt S3 aktuelle Systemwerte bestimmt, die eine Verfügbarkeit einer Systemressource für die entsprechende MRT-Untersuchung repräsentieren. Insbesondere wird ein Systemwert bestimmt, der den verfügbaren Speicherplatzbedarf zur Rekonstruktion eines Bildes und/oder einen Sollwert für ein Spulenelement der Magnetresonanztomographieeinrichtung MRE repräsentiert.
Im Schritt S4 wird eine Prepare Funktion ausgeführt, die prüft, ob die eingelesenen Parameter in Hinblick auf die erfassten Systemwerte bei der MRT-Untersuchung ausführbar sind. Sind die Parameter ausführbar, so werden sie z.B. an der Ein-/Ausgabeeinheit angezeigt.
Wenn die Parameter nicht ausführbar sind, so wird im Schritt S5 eine Veränderungsfunktion berechnet, die die eingelesenen Parameter in Abhängigkeit von den aktuellen Systemwerten und den erforderlichen Systemressourcen verändert.
Im Schritt S6 werden die eingelesenen Parameter solange verändert und die Prepare-Funktion wird mit diesen veränderten Parametern solange wiederholt, bis ein gültiger Parameterdatensatz bestimmt ist. Dabei wird insbesondere eine schrittweise Reduktion der Anzahl der Spulenkanäle bis zu einer vorkonfigurierten Grenze vorgenommen.
Im Folgenden wird das Verfahren am Beispiel der Systemressource Speicher näher erläutert.
Oft existiert kein Vorwissen über den Zusammenhang zwischen Speichermenge und Anzahl der Spulenkanäle. Es ist nicht ohne weiteres vollständig vorhersehbar, ob der zur Verfügung stehende Speicherplatz für bestimmte Berechnungen ausreichend ist. Bestehende Lösungen aus dem Stand der Technik sind wegen der vielen Berechnungen sehr zeitintensiv und können auch viel Speicherplatz benötigen. So benötigt eine SAR-Vorschlagsberechnung (SAR-specific absorption rate) circa 30-40 Sequenz-Präparationen.
Die Rechenzeit wird gemäß vorliegender Erfindung dadurch verkürzt, dass, wie im folgenden Ausführungsbeispiel gezeigt, ein linearer Suchansatz verwendet wird. Dabei wird nach und nach die Anzahl der Spulenkanäle verringert bis eine gültige Lösung gefunden wurde.
Der Zusammenhang zwischen Anzahl der Spulenkanäle und Systemressource SR kann als Funktion ausgedrückt werden. Diese kann linear oder quadratisch sein. Im vorliegenden Fall berechnet die Funktion f die benötigte Speichermenge als Funktion der Kanalzahl, wobei R die Anzahl der Spulenkanäle bezeichnet:

linear: f(R)= a*R+b, insbesondere bei „b = 0“:

direkt: f (R) = a*R

quadratisch: f(R)= a*R*R+b*R+c
Ausgangspunkt ist allgemein die Problemstellung, ob eine Sequenz mit bestimmten Parametern mit einem begrenzten Speichervolumen einer Magnetresonanztomographieeinrichtung MRTE ausführbar ist. Eine mehrstufige Berechnung ist zur Lösung des Problems erforderlich.
Zunächst wird eine Sequenz mit zugehörigen Parametern und Systemressourcen ausgewählt. Entsprechende Parameterwerte und Werte der Systemressourcen, hier das verfügbare Speichervolumen, werden eingelesen.
Schritt 1.)
In einer ersten Berechnung wird die benötigte Speichermenge B als Funktion einer ersten Kanalzahl R1 ermittelt.
Falls die verfügbare Speichermenge kleiner ist als die benötigte Speichermenge, wird mit dem verfügbaren Speicher ein erster Reduktionsfaktor der Spulenkanäle r bestimmt. Daraus folgt: $r = V / B (R 1);$

woraus folgt: $R 2 = r * R 1$
R1 bezeichnet einen ersten Wert der Anzahl der Spulenkanäle R und R2 bezeichnet einen zweiten Wert der Anzahl der Spulenkanäle R.
Schritt 2.)
Der Reduktionsfaktor der Spulenkanäle r wird aus dem Verhältnis des verfügbaren Speicherplatzes V zum benötigten Speicherplatzes B als Funktion des ersten Wertes R1 der Anzahl der Spulenkanäle ermittelt.
Ein zweiter Wert R2 der Anzahl der Spulenkanäle R wird aus der Multiplikation des Wertes R1 mit dem Reduktionsfaktor der Spulenkanäle r berechnet.
Nun wird die Prepare-Funktion mit dem Wert R2, der eine reduzierte Anzahl der Spulenkanäle r darstellt, ausgeführt. Damit wird die Funktion B(R2) ermittelt, die den benötigten Speicherplatz in Abhängigkeit von der reduzierten Zahl R2 der Spulenkanäle erzeugt.
Hier werden nun zwei Fälle unterschieden:

a. Der verfügbare Speicherplatz reicht für die Anzahl der reduzierten Spulenkanäle aus, weil der Zusammenhang direkt war.

In diesem Fall wird geprüft, ob eine Erhöhung der Anzahl der Spulenkanäle möglich ist.

i. Wenn das nicht möglich ist, wird mit der reduzierten Anzahl der Spulenkanäle R2 gearbeitet.
ii. Wenn die Erhöhung möglich ist, wird die Anzahl der Spulenkanäle auf einen Wert R2+ erhöht. Mit der Prepare-Funktion wird erneut ermittelt, ob der verfügbare Speicherplatz V kleiner ist als der benötigte Speicherplatz B. Das Verfahren wird solange fortgesetzt, bis ein Grenzwert erreicht ist.
b. Falls der verfügbare Speicherplatz V weiterhin nicht ausreicht, wird ein lineares Gleichungssystem nach a und b gelöst: $\begin{array}{l} B (R 1) = a * R 1 + b \\ B (R 2) = a * R 2 + b \end{array}$
Basierend darauf wird die Anzahl der Spulenkanäle R3 $R 3 = (V - b) / a$
bestimmt, welche bei einer linearen Abhängigkeit gültig wäre.

Schritt 3.)
Die Prepare-Funktion wird nun mit der Anzahl der Spulenkanäle R3 ausgeführt. Ermittelt die Prepare-Funktion einen ausreichenden Speicherplatz in Abhängigkeit von der Anzahl der Spulenkanäle R3, so werden die Schritte gemäß Schritt 2.) a. mit dem Wert R3 fortgesetzt.
Ist der verfügbare Speicherplatz V weiterhin nicht ausreichend, so wird ein quadratisches System gelöst: $B (R 1,2,3) = a * R 1,2,32 + b * R 1,2,3 + c$
Basierend darauf wird die Anzahl der Spulenkanäle R4 bestimmt, welche bei einer quadratischen Abhängigkeit gültig wäre.
Schritt 4.)
Die Prepare-Funktion wird nun mit der Anzahl der Spulenkanäle R4 ausgeführt.
Ermittelt die Prepare-Funktion einen ausreichenden Speicherplatz in Abhängigkeit von der Anzahl der Spulenkanäle R4, so werden die Schritte gemäß Schritt 2.) a. mit dem Wert R4 fortgesetzt.
Wird kein ausreichender Speicherplatz ermittelt, so wird die Anzahl der Spulenkanäle solange auf R4- reduziert, bis durch die Prepare-Funktion ein Ergebnis geliefert wird, bei dem der verfügbare Speicherplatz mit einer finalen Anzahl der Spulenkanäle für eine Sequenz mit ihren Parametern durchführbar ist.
Der gültige Parameterdatensatz wird an einer Ein-/Ausgabeeinheit EA dargestellt. Er kann ebenso in einem Cloud-System oder auf verschiedenen Speichermitteln gespeichert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise als Computerprogrammprodukt implementiert.
Der damit ermittelte Parameterdatensatz ist somit innerhalb der Grenzen der Systemressourcen (Speicherplatz) der gültige Parameterdatensatz, der für eine MRT-Untersuchung verwendet werden kann.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird die Zeit zur Berechnung eines gültigen Parameterdatensatzes für eine Sequenz und damit für mehrere Sequenzen eines Protokolls erheblich reduziert. Das Bedienpersonal erhält schneller die gültigen Werte und der Patient muss weniger warten. Letzteres ist insofern relevant, da sich der Patient während der Untersuchung nicht bewegen und für bestimmte Untersuchungen den Atem anhalten soll.
Weiterhin werden Parameter ermittelt, die innerhalb bestimmter Grenzwerte gültig sind. Das Risiko, dass Patienten durch falsch eingestellte Parameter (z.B. Verbrennungen durch zu hohe HF-Belastung) verletzt werden könnten, wird verringert.
Vorteilhafterweise können MRT-Untersuchungen mit einer hohen Anzahl von Spulenkanälen auch bei verringertem Speicherplatz vorgenommen werden.
Das Verfahren kann analog für viele verschiedene Arten einer Lösungssuche im Bereich der MRT-Untersuchungen verwendet werden:

- SAR-Solving zur Einhaltung von Grenzwerten der applizierten HF-Leistung zur Beschränkung der Körpererwärmung des Patienten;
- Stimulations-Solver: zur Einhaltung von Grenzwerten der Gradientenschaltaktivität zur Vermeidung von Muskelstimulationen des Patienten;
- Orientierungstest: zur Einhaltung der verfügbaren Gradientenleistung bezogen auf die Gradientenachsen, um Schäden an der MR-Hardware zu vermeiden.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die nachstehenden Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.

Claims

Computer-implementiertes Verfahren zur Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls im Vorfeld einer MRT-Untersuchung mittels einer Magnetresonanztomographieeinrichtung, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Einlesen von Parametern an einer Eingabeeinrichtung der Magnetresonanztomographieeinrichtung (MRTE), mit denen die MRT-Untersuchung ausgeführt werden soll, insbesondere umfassend einen Sollwert für eine Anzahl von erforderlichen Spulenkanälen (R); - Berechnen von erforderlichen Systemressourcen (SR) zur Ausführung der MRT-Untersuchung mit den eingelesenen Parametern; - Erfassen von aktuellen Systemwerten, die eine Verfügbarkeit einer Systemressource (SR) für die MRT-Untersuchung repräsentieren und insbesondere den verfügbaren Speicherplatzbedarf zur Rekonstruktion eines Bildes indizieren und/oder eine Spulenkanalzahl (R) der Magnetresonanztomographieeinrichtung (MRTE) indizieren; - Ausführen einer Prepare-Funktion, die prüft, ob die eingelesenen Parameter in Hinblick auf die erfassten aktuellen Systemwerte bei der MRT-Untersuchung ausführbar sind, und verneinendenfalls: - Berechnen einer Veränderungsfunktion zur Veränderung der Parameter in Abhängigkeit von den aktuellen Systemwerten und den erforderlichen Systemressourcen, wobei auf Basis eines Ergebnisses der Prepare-Funktion, dynamisch eine lineare, insbesondere eine proportionale, oder eine quadratische Veränderungsfunktion bestimmt wird; - Schrittweise Veränderung der Parameter gemäß der berechneten Veränderungsfunktion, insbesondere schrittweise Reduktion der Anzahl von Spulenkanälen (R) bis zu einer vorkonfigurierbaren Grenze und wiederholte Ausführung der Prepare-Funktion zur Bestimmung des gültigen Parameterdatensatzes.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Verfahren ein Bestimmen eines Spulenkanalreduktionsfaktors, r, zur Anwendung bei einer Reduktion der Anzahl der Spulenkanäle (R) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das Verfahren und insbesondere das Berechnen der Veränderungsfunktion das Lösen eines linearen oder eines quadratischen Gleichungssystems umfasst, das einen linearen oder quadratischen Zusammenhang zwischen einer Spulenkanalanzahl (R), des erfassten Systemwertes, insbesondere einem benötigten Speicherplatzbedarfs (B) und einem verfügbaren Speicherplatzbedarf (V) kennzeichnet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die erfassten aktuellen Systemwerte einen verfügbaren Speicherplatzbedarf, insbesondere Arbeitsspeicherplatzbedarf zur Bildrekonstruktion, repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Anzahl der Spulenkanäle (R) um einen Spulenreduktionsfaktor reduziert wird, der für jeden Schritt der schrittweisen Veränderung jeweils neu berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Anzahl der Spulenkanäle (R) um einen Spulenreduktionsfaktor reduziert wird, der in Abhängigkeit von dem erforderlichen und dem verfügbaren Speicherplatzbedarf (V) und der erforderlichen Anzahl von Spulenkanälen (R) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, bei dem nachdem in einem ersten Schritt die Anzahl der Spulenkanäle (R) um einen ersten Spulenreduktionsfaktor reduziert wurde, die Prepare-Funktion ausgeführt wird, um den nun erforderlichen zweiten Speicherplatzbedarf zu ermitteln und bei dem - falls der zweite Speicherplatzbedarf ausreichend ist - geprüft wird, ob eine Erhöhung der Anzahl der Spulenkanäle (R) möglich ist; falls der zweite Speicherplatzbedarf nicht ausreichend ist, wird ein lineares Gleichungssystem gelöst, um die Anzahl der Spulenkanäle (R) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, bei dem nachdem in einem zweiten Schritt die Anzahl der Spulenkanäle (R) um einen zweiten Spulenreduktionsfaktor reduziert wurde die Prepare-Funktion ausgeführt wird, um den nun erforderlichen dritten Speicherplatzbedarf zu ermitteln und bei dem - falls der dritte Speicherplatzbedarf ausreichend ist - geprüft wird, ob eine Erhöhung der Anzahl der Spulenkanäle (R) möglich ist; falls der dritte Speicherplatzbedarf nicht ausreichend ist, wird ein quadratisches Gleichungssystem gelöst, um die Anzahl der Spulenkanäle (R) zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der Systemwert einen Sollwert zur Überwachung einer applizierten HF-Leistung repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der erfasste aktuelle Systemwert einen Sollwert zur Überwachung einer applizierten Gradienten-Schaltaktivität zur Vermeidung von Muskelstimulationen des Patienten repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem der erfasste aktuelle Systemwert einen Sollwert zur Überwachung einer Gradienten-Leistung bezogen auf Gradientenachsen und/oder einer Gradienten-Schaltaktivität zur Vermeidung von Schäden an Komponenten der Magnetresonanztomographieeinrichtung (MRTE) repräsentiert.
Vorrichtung zur Bestimmung eines gültigen Parameterdatensatzes eines Protokolls für eine MRT-Untersuchung einer Magnetresonanztomographieeinrichtung (MRTE) und zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Verfahrensansprüche, umfassend: - Eine Eingabeeinrichtung (EA) zum Einlesen zumindest eines Parameters an einer Eingabeeinrichtung der Magnetresonanztomographieeinrichtung (MRTE), mit denen die MRT-Untersuchung ausgeführt werden soll, umfassend einen Sollwert für eine Anzahl von erforderlichen Spulenkanälen (R); - Eine Schnittstelle (IF) zum Erfassen zumindest eines aktuellen Systemwertes, der eine Verfügbarkeit einer Systemressource für die MRT-Untersuchung repräsentiert und insbesondere den verfügbaren Speicherplatzbedarf (V) zur Rekonstruktion eines Bildes indiziert und/oder eine Spulenkanalzahl (R) der Magnetresonanztomographieeinrichtung (MRTE) indiziert; - Einen Prozessor (P) zum Berechnen von erforderlichen Systemressourcen zur Ausführung der MRT-Untersuchung mit dem eingelesenen Parameter; - wobei der Prozessor (P) weiterhin ausgebildet ist zum: - Ausführen einer Prepare-Funktion, die prüft, ob die eingelesenen Parameter in Hinblick auf die erfassten aktuellen Systemwerte bei der MRT-Untersuchung ausführbar sind und verneinendenfalls: - Zum Berechnen einer Veränderungsfunktion zur Veränderung der Parameter in Abhängigkeit von den aktuellen Systemwerten und den erforderlichen Systemressourcen, wobei auf Basis eines Ergebnisses der Prepare-Funktion, dynamisch eine lineare, insbesondere eine proportionale, oder eine quadratische Veränderungsfunktion bestimmt wird, - Zur schrittweisen Veränderung der Parameter gemäß der berechneten Veränderungsfunktion, insbesondere zur schrittweise Reduktion der Anzahl von Spulenkanälen bis zu einer vorkonfigurierbaren Grenze und zur wiederholten Ausführung der Prepare-Funktion zur Bestimmung des gültigen Parameterdatensatzes.
Magnetresonanztomographieeinrichtung mit einer Vorrichtung gemäß dem unmittelbar vorangehenden Anspruch.
Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß den vorangehenden Verfahrensansprüchen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.