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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Magnetresonanzgerät, ein Computerprogrammprodukt sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes durch Ausgabe eines Sättigungspulses.
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In einem Magnetresonanzgerät wird üblicherweise der zu untersuchende Körper eines Untersuchungsobjektes, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenzpulse, beispielsweise Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
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Für eine bestimmte Messung ist daher eine bestimmte Magnetresonanz-Steuerungssequenz (MR-Steuerungssequenz), auch Pulssequenz genannt, auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenzpulsen, beispielsweise Anregungspulsen und Refokussierungspulsen, sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen in verschiedenen Gradientenachsen entlang verschiedener Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu werden Auslesefenster gesetzt, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten Magnetresonanz-Signale erfasst werden. Die Hochfrequenzpulse entspricht typischerweise einem magnetischen Wechselfeld.
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Die Intensität von MR-Signalen ist abhängig von der Umgebung der Kernspins, insbesondere der Moleküle, welche die Kernspins umfassen. Dadurch entsteht ein Kontrast in den rekonstruierten Bilddaten, wobei Fett beispielsweise eine andere Signalintensität aufweist als Wasser, was beispielsweise in Muskelgewebe überwiegt. Die Unterdrückung von Signal ausgehend von einem bestimmten Gewebe, auch Sättigung genannt, ist in der Magnetresonanzbildgebung eine übliche Technik. Dabei kann die Sättigung spektral erfolgen, wobei die chemische Verschiebung zwischen Kernspins in verschiedenen Geweben ausgenutzt wird: Kernspins weisen abhängig vom umgebenden Gewebe eine unterschiedliche Resonanzfrequenz, also Larmorfrequenz in Bezug auf die Stärke des Hauptmagnetfeldes, auf. Es wird zunächst ein Sättigungspuls, also ein Hochfrequenzpuls mit geringer Frequenzbandbreite zur resonanten Anregung der Kernspins in einem definierten Gewebe ausgespielt, welche Kernspins in dem definierten Gewebe dephasieren, bevor Hochfrequenzpulse und Gradientenpulse zur Erzeugung der MR-Signale ausgespielt werden. Die Sättigungspulse weisen ein derartiges Frequenzband auf, dass Kernspins in anderem Gewebe weitgehend nicht angeregt werden. Zu den MR-Signalen für die Bildgebung tragen dann nur Kernspins bei, die außerhalb des Frequenzbandes der Sättigungspulse liegen. Die spektrale Sättigung ist insbesondere von der Homogenität des Hauptmagnetfeldes und von dem zu unterdrückenden, also dem zu sättigenden Gewebe, abhängig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes mit besonders individueller Sättigung von Gewebe anzugeben. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes umfassend eine Hochfrequenzantenneneinheit ausgebildet zum Erzeugen eines Hochfrequenzpulses zur spezifischen Sättigung von Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes sieht die folgenden Verfahrensschritte vor:
- - Bereitstellung eines Frequenzspektrums des Untersuchungsbereiches,
- - Bereitstellung einer B0-Feldkarte,
- - Ermittlung einer ersten Resonanzfrequenz für ein erstes Gewebe und einer zweiten Resonanzfrequenz für ein zweites Gewebe unter Berücksichtigung des Frequenzspektrums,
- - Bestimmung eines Sättigungspulses durch Ermittlung eines Hochfrequenzpulses ausgebildet zu einer spektral selektiven Anregung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes, unter Berücksichtigung der ersten Resonanzfrequenz, der zweiten Resonanzfrequenz und der B0-Feldkarte,
- - Ausgeben des Sättigungspulses über die Hochfrequenzantenneneinheit.
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Von einem Bereich des Untersuchungsobjektes, dem Untersuchungsbereich, sollen typischerweise im Rahmen der Magnetresonanzuntersuchung Bilddaten erzeugt werden. Das Untersuchungsobjekt ist typischerweise ein Patient. Der Untersuchungsbereich umfasst typischerweise einen Ausschnitt des Untersuchungsobjektes.
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Das Frequenzspektrum gibt typischerweise abhängig von der Frequenz die Signalintensität im Untersuchungsbereich an. Da die Larmorfrequenz von Kernspins von dem die Kernspins umgebenden Gewebe abhängt, liegt eine spektrale Verteilung der Signalintensität vor. Die Larmorfrequenz ergibt sich aus dem gyromagnetischen Verhältnis des Kernspins und der Stärke des den Kernspin umgebenden Magnetfeldes. Das den Kernspin umgebende Magnetfeld resultiert überwiegend aus dem Hauptmagnetfeld, welches jedoch aufgrund der chemischen Umgebung des Kernspins, insbesondere des den Kernspin umgebenden Gewebes, moduliert wird. Die Modulation wird anhand der chemischen Verschiebung quantifiziert, welche beispielsweise zwischen Fett und Wasser in etwa 3,4 ppm beträgt. Zusätzlich kann das Hauptmagnetfeld selbst lokale Variationen aufweisen. Das Hauptmagnetfeld kann auch als B0-Feld bezeichnet werden. Die B0-Feldkarte gibt die Stärke des Hauptmagnetfeldes in räumlicher Auflösung wieder. Die B0-Feldkarte ist typischerweise auf den Untersuchungsbereich begrenzt. Das Frequenzspektrum weist typischerweise mehrere Peaks auf, wobei jeweils ein Peak charakteristisch für ein spezifisches Gewebe ist. Die spektrale Position der Peaks ermöglicht eine Extraktion der ersten Resonanzfrequenz und/oder der zweiten Resonanzfrequenz.
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Die Bereitstellung der B0-Feldkarte kann eine Aufnahme der B0-Feldkarte umfassen. Die B0-Feldkarte kann auf einem Speichermedium hinterlegt sein, auf welches im Rahmen der Bereitstellung zugegriffen wird. Die Bereitstellung des Frequenzspektrums kann eine Aufnahme des Frequenzspektrums umfassen. Das Frequenzspektrum kann auf einem Speichermedium hinterlegt sein, auf welches im Rahmen der Bereitstellung zugegriffen wird.
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Hochfrequenzpulse weisen eine Frequenzbandbreite um eine Grundfrequenz auf und werden demnach in einem Frequenzband, definiert durch die Grundfrequenz und die Frequenzbandbreite, emittiert. Die Grundfrequenz entspricht der Frequenz des Hochfrequenzpulses, also der Trägerfrequenz. Ein Hochfrequenzpuls bewirkt eine resonante Anregung eines Stoffes, sofern die Larmorfrequenz eines vom Stoff umfassten Kernspins, also die Resonanzfrequenz des Stoffes, der Frequenz des Hochfrequenzpulses, insbesondere an der Position des Kernspins, entspricht. Ein Hochfrequenzpuls kann eine Anregung eines Stoffes bewirken, sofern die Larmorfrequenz eines vom Stoff umfassten Kernspins vom Frequenzband des Hochfrequenzpulses umfasst wird. Die Resonanzfrequenz eines Stoffes entspricht typischerweise der Larmorfrequenz eines vom Stoff umfassten Kernspins.
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Ein Stoff kann beispielsweise ein Molekül, eine Zusammensetzung verschiedener Moleküle, und/oder ein Gewebe sein. Ein Stoff kann auch eine weitere Struktur sein, die hier nicht explizit genannt wird, und ist nicht auf die genannten Beispiele beschränkt. Das erste Gewebe und das zweite Gewebe sind typischerweise voneinander verschieden. Die Resonanzfrequenz eines Gewebes entspricht typischerweise der Larmorfrequenz eines vom Gewebe umfassten Kernspins.
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Ein Hochfrequenzpuls ausgebildet zu einer spektral selektiven Anregung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes weist typischerweise ein Frequenzband auf, welches die erste Resonanzfrequenz und die zweite Resonanzfrequenz umfasst. Die Ermittlung des Hochfrequenzpulses ausgebildet zu einer spektral selektiven Anregung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes unter Berücksichtigung der B0-Feldkarte erfolgt typischerweise derart, dass ein lokaler Einfluss ausgehend von lokalen Änderungen des Hauptmagnetfeldes auf die erste Resonanzfrequenz und/oder auf die zweite Resonanzfrequenz, insbesondere eine lokale Modulation der ersten Resonanzfrequenz und/oder der zweiten Resonanzfrequenz anhand der B0-Feldkarte ermittelt und/oder berücksichtigt wird. Der ermittelte Hochfrequenzpuls ausgebildet zu einer spektral selektiven Anregung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes wird als Sättigungspuls bezeichnet.
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Die Ermittlung des Hochfrequenzpulses kann eine Optimierung umfassen. Die Optimierung kann hinsichtlich einer vollständigen Sättigung, insbesondere einer definierten Zielanregung von beispielsweise 90° für die erste Resonanzfrequenz und die zweite Resonanzfrequenz, und keiner Modulation von Kernspins mit einer definierten weiteren Resonanzfrequenz, innerhalb des Untersuchungsbereiches, erfolgen. Die weitere Resonanzfrequenz kann beispielsweise der Larmorfrequenz von Wasser entsprechen. Dies würde eine vollständige Unterdrückung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes, jedoch keine Beeinflussung von Signal ausgehend von Kernspins in Wasser bei der MR-Bildgebung bewirken.
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Die Ausgabe des Sättigungspulses über die Hochfrequenzantenneneinheit umfasst typischerweise eine Ansteuerung der Hochfrequenzantenneneinheit gemäß eines den Sättigungspuls beschreibenden elektrischen Stromes und/oder elektrischen Spannung. Der Sättigungspuls wird vorzugsweise im Rahmen einer MR-Steuerungssequenz zeitlich vor einem Anregungspuls ausgegeben, wobei die folgenden Hochfrequenzpulse und Gradientenpulse eine Erzeugung von Magnetresonanz-Signalen und eine Akquisition von Rohdaten umfassen, welche zu Bilddaten rekonstruierbar sind. Die entsprechend rekonstruierten Bilddaten weisen typischerweise eine Sättigung, also Signalreduzierung und/oder Signalunterdrückung für das erste Gewebe und das zweite Gewebe auf.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine individuelle Sättigung von zumindest zwei Gewebe. Die Berücksichtigung der B0-Feldkarte ermöglicht eine Korrektur lokaler Variationen des Hauptmagnetfeldes, wodurch die Sättigung der zwei Gewebe besonders präzise erfolgt. Hierdurch kann eine verbesserte Diagnose basierend auf den resultierenden Bilddaten erzielt werden.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst zusätzlich eine Bereitstellung einer ersten Zielanregung für das erste Gewebe und einer zweiten Zielanregung für das zweite Gewebe und eine Bereitstellung einer B1-Feldkarte, wobei die Bestimmung des Sättigungspulses unter der Berücksichtigung der B1-Feldkarte derart erfolgt, dass die selektive Anregung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes der Zielanregung entspricht.
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Die Hochfrequenzeinheit, insbesondere die Hochfrequenzantenneneinheit, ist zum Aussenden eines Hochfrequenzpulses ausgebildet. Ein Hochfrequenzpuls ist dazu ausgebildet, ein magnetisches Wechselfeld B1 zum Anregen von Kernspins im Untersuchungsbereich zu erzeugen. Die B1-Feldkarte gibt typischerweise Variationen in der Amplitude des hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes B1 in räumlicher Auflösung an, das bei Aussenden eines Hochfrequenzpulses erzeugt wird. Die kann beispielsweise durch die Geometrie der Hochfrequenzantenneneinheit oder auch durch die Wechselwirkung mit dem Untersuchungsobjekt, z.B. einer Dämpfung bzw. Absorption im Körper verursacht sein. Eine B1-Feldkarte kann beispielsweise durch Anregen und Auslesen eines Phantoms vorab oder auch mit dem Patienten erfolgen, beispielsweise durch phasen-sensitives Mapping oder durch Bloch-Siegert-Shift. Die Bereitstellung der B1-Feldkarte kann eine Aufnahme der B1-Feldkarte umfassen. Die B1-Feldkarte kann auf einem Speichermedium hinterlegt sein, auf welches im Rahmen der Bereitstellung zugegriffen wird. Die B1-Feldkarte ist typischerweise auf den Untersuchungsbereich begrenzt.
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Die Zielanregung ist typischerweise ein definierter zu erzielender Flipwinkel, um welchen Flipwinkel die Kernspins, insbesondere eines bestimmten Gewebes, im durch das Aussenden eines Hochfrequenzpulses zu verkippen sind. Die erste Zielanregung entspricht typischerweise dem im ersten Gewebe zu erzeugenden Flipwinkel durch den Sättigungspuls. Die zweite Zielanregung entspricht typischerweise dem im zweiten Gewebe zu erzeugenden Flipwinkel durch den Sättigungspuls. Die erste Zielanregung kann der zweiten Zielanregung entsprechen. Die erste Zielanregung und/oder die zweite Zielanregung entspricht vorzugsweise 90° oder 180°.
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Die Bestimmung des Sättigungspulses umfasst vorzugsweise eine Optimierung des Hochfrequenzpulses hinsichtlich zumindest zwei der folgenden Bedingungen:
- - Erzeugung der ersten Zielanregung im ersten Gewebe
- - Erzeugung der zweiten Zielanregung im zweiten Gewebe
- - Erzeugung keiner Zielanregung in einem weiteren Stoff, wie beispielsweise Wasser, insbesondere in einem weiteren Gewebe. Die Optimierung erfolgt typischerweise unter Berücksichtigung der B0-Feldkarte und der B1-Feldkarte, insbesondere innerhalb des Untersuchungsbereiches. Dies ermöglicht insbesondere eine Bestimmung und/oder Berücksichtigung einer lokal veränderten Wirkung des Hochfrequenzpulses auf die Kernspins aufgrund einer lokalen Inhomogenität des magnetischen Wechselfeldes B1. Beispielsweise kann eine in der B1-Feldkarte erkannte, in einem Bereich lokal reduzierte Amplitude des magnetischen Wechselfeldes B1, durch eine höhere Amplitude des Hochfrequenzpulses in diesem Bereich bei Verwendung einer Hochfrequenzantenneneinheit aufweisend zumindest zwei Sendekanäle ausgeglichen werden oder durch eine längere Dauer des Hochfrequenzpulses. Korreliert der Bereich der B1-Feldvariation aufgrund Gradienten oder BO-Feldvariationen räumlich mit einem unterschiedlichen Hauptmagnetfeld, kann aufgrund unterschiedlicher Larmorfrequenzen auch eine Variation der Amplitude für entsprechende Spektralanteile des Hochfrequenzpulses zur räumlichen Homogenisierung der Anregung durch den Hochfrequenzpuls genutzt werden. Auf vorteilhafte Weise kann mittels des Sättigungspulses so auch eine durch B1-Variation erzeugte Inhomogenität in den Bilddaten reduziert werden. Dadurch kann das erste Gewebe und das zweite Gewebe besonders effizient gesättigt werden.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Bestimmung des Sättigungspulses hinsichtlich der selektiven Anregung des ersten Gewebes im Untersuchungsbereich optimiert ist.
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Diese Ausführungsform umfasst vorzugsweise die Bereitstellung einer Zielanregung für das erste Gewebe. Die Bestimmung des Sättigungspulses umfasst primär ein Erreichen der Zielanregung im ersten Gewebe, insbesondere im gesamten Untersuchungsbereich, vorzugsweise unter Berücksichtigung einer B1-Feldkarte. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass neben der Sättigung des zweiten Gewebes, insbesondere das erste Gewebe im gesamten Untersuchungsbereich gesättigt und damit in den zu rekonstruierenden Bilddaten besonders gut unterdrückt ist.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst zusätzlich eine Selektion eines Teilbereiches des Untersuchungsbereiches, wobei die Bestimmung des Sättigungspulses hinsichtlich der selektiven Anregung des zweiten Gewebes im Teilbereich optimiert ist.
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Diese Ausführungsform umfasst vorzugsweise die Bereitstellung von Bilddaten des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes. Die Bereitstellung der Bilddaten kann eine Anzeige und/oder eine Aufnahme der Bilddaten mittels einer MR-Steuerungssequenz umfassen. Die Bilddaten können insbesondere im Rahmen einer Übersichtsmessung, beispielsweise zur Planung der MR-Untersuchung, aufgenommen worden sein und/oder klinische Bilddaten geeignet für eine Diagnose sein. Der Teilbereich wird vorzugsweise basierend auf derartigen Bilddaten gewählt.
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Der Teilbereich umfasst vorzugsweise zumindest teilweise das zweite Gewebe. Das vom Teilbereich umfasste Gewebe umfasst typischerweise zu zumindest 30%, bevorzugt zu zumindest 50%, besonders bevorzugt zumindest 70% zweites Gewebe. Typischerweise liegen zumindest 20%, bevorzugt zumindest 40%, besonders bevorzugt zumindest 60% des vom Untersuchungsbereich umfassten zweiten Gewebes innerhalb des Teilbereiches.
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Diese Ausführungsform umfasst vorzugsweise die Bereitstellung einer zweiten Zielanregung für das zweite Gewebe. Die Optimierung des Sättigungspulses hinsichtlich der selektiven Anregung des zweiten Gewebes im Teilbereich erfolgt typischerweise derart, dass im Teilbereich das zweite Gewebe die zweite Zielanregung annimmt, vorzugsweise unter Berücksichtigung einer B1-Feldkarte für den Teilbereich. Dies ermöglicht eine dedizierte Sättigung des zweiten Gewebes in einem definierten Teilbereich. Die Sättigung des ersten Gewebes ist dabei vorzugsweise nicht auf den Teilbereich eingeschränkt. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Sättigung, da insbesondere die räumliche Verteilung des zweiten Gewebes innerhalb des Untersuchungsbereiches durch die Wahl des Teilbereiches und die im Teilbereich vorliegenden Variationen des Hauptmagnetfeldes und/oder des magnetischen Wechselfeldes B1 bei der Optimierung berücksichtigt werden können. Der Teilbereich kann auch den Bereich des Untersuchungsbereiches umfassen, welcher Teilbereich für eine Diagnose besonders wertvoll ist und eine Sättigung des zweiten Gewebes in diesem Teilbereich besonders relevant für eine zuverlässige Diagnose ist.
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Die Bestimmung des Sättigungspulses umfasst vorzugsweise eine Optimierung des Hochfrequenzpulses hinsichtlich der folgenden Bedingungen:
- - Erzeugung der ersten Zielanregung im ersten Gewebe im Untersuchungsbereich
- - Erzeugung der zweiten Zielanregung im zweiten Gewebe im Teilbereich.
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Zusätzlich kann als weitere Bedingung für den Sättigungspuls die Erzeugung keiner Zielanregung in einem weiteren Stoff, wie beispielsweise Wasser, innerhalb des Untersuchungsbereiches oder des Teilbereiches, vorgegeben sein.
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Insbesondere zweites Gewebe, welches aufgrund der anatomischen Struktur lokal begrenzt vorhanden ist, wie beispielsweise subkutanes Fett, kann durch entsprechende Wahl des Teilbereiches und Berücksichtigung der dort vorliegenden lokalen Variationen von B0 und B1 besonders effizient gesättigt werden. Der optimierte Sättigungspuls kann dennoch gleichzeitig das erste Gewebe, beispielsweise innerhalb des gesamten Untersuchungsbereiches sättigen. Gemäß dieser Ausführungsform wird das zweite Gewebe folglich nur lokal gesättigt, bevorzugt in Bildbereichen, in denen das zweite Gewebe besonders auftreten, oder es die Diagnose besonders stören würde.
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Der Teilbereich kann auch peripher zum für die Diagnose relevanten Teil des Untersuchungsbereiches liegen. Eine Sättigung des zweiten Gewebes in dem Teilbereich kann verhindern, dass Artefakte, wie beispielsweise Faltungsartefakte und/oder Ghosting-Artefakte, ausgehend vom Teilbereich betreffend den für die Diagnose relevanten Teil des Untersuchungsbereiches, vermieden werden.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Selektion des Teilbereiches manuell erfolgt. Dies kann durch einen Benutzer, beispielsweise durch Einzeichnen oder Markieren des Teilbereiches basierend auf Bilddaten erfolgen. Dies ist besonders intuitiv und zuverlässig umsetzbar.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Selektion des Teilbereiches landmarkenbasiert und/oder modellbasiert erfolgt. Dies Selektion des Teilbereiches erfolgt vorzugsweise basierend auf Bilddaten des Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjektes. Die Selektion des Teilbereiches kann eine Bereitstellung eines Modells, insbesondere eines trainierten Modells, umfassen.
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Der Untersuchungsbereich und/oder eine Positionierung des Untersuchungsobjektes kann anhand von Landmarken identifiziert werden. Das Modell kann Informationen hinsichtlich des Untersuchungsbereiches und/oder hinsichtlich Bereiche des Untersuchungsbereiches, innerhalb denen das zweiten Gewebe typischerweise auftritt, umfassen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnelle, robuste und wiederholbare Identifizierung des Teilbereiches und damit eine robuste Sättigung des zweiten Gewebes innerhalb des Teilbereiches.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Ermittlung der ersten Resonanzfrequenz und/oder der zweiten Resonanzfrequenz auf einem relativen Verhältnis zu einer Resonanzfrequenz von Wasser basiert. Das Frequenzspektrums weist typischerweise für Wasser einen signifikanten Peak auf, welcher typischerweise robust und automatisiert detektiert wird und der Resonanzfrequenz von Wasser entspricht. Aufgrund spektraler und/oder chemischer Analysen von definierten Geweben sind deren chemische Verschiebung relativ zu Wasser gut bekannt. Folglich kann unter Berücksichtigung der chemischen Verschiebung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes deren Resonanzfrequenz robust und automatisiert bestimmt werden.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das erste Gewebe ein erstes Fettgewebe und das zweite Gewebe ein zweites Fettgewebe umfasst.
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Das erste Fettgewebe kann beispielsweise der im menschlichen Körper dominierende Fett-Typ aufweisend eine chemische Verschiebung von -3.5 ppm relativ zu Wasser umfassen. Das zweite Fettgewebe kann beispielsweise der im menschlichen Körper seltener auftretende Fett-Typ aufweisend eine chemische Verschiebung von -0.1 ppm relativ zu Wasser umfassen. Insbesondere das zweite Fettgewebe wird bei spektral selektiver Sättigung typischerweise nicht gesättigt, da das entsprechende Frequenzband die Resonanzfrequenz des Wassers umfassen kann, was typischerweise unerwünscht ist. Die Begrenzung der selektiven Sättigung des zweiten Gewebes auf den Teilbereich kann diesen Effekt reduzieren und/oder eliminieren. Das erste Fettgewebe und/oder das zweite Fettgewebe kann auch braunes Fett und/oder weißes Fett umfassen. Diese Ausführungsform ermöglicht demnach eine besonders umfassende Fettsättigung, was für viele klinische Kontraste sehr relevant ist.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Hochfrequenzantenneneinheit eine Mehrzahl an Sendeelementen umfasst und der Sättigungspuls eine Mehrzahl an Komponenten aufweist, welche bei Ausgabe des Sättigungspulses durch die Mehrzahl an Sendeelementen ausgegeben werden. Ein derartiger Sättigungspuls kann insbesondere lokale Abweichungen des magnetischen Wechselfeldes und des Hauptmagnetfeldes besonders gut kompensieren und gleichzeitig die SAR-Belastung verringern.
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Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät mit einer Hochfrequenzantenneneinheit und einer Steuerungseinheit umfassend eine Bestimmungseinheit. Die Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zu einer Bestimmung eines Sättigungspulses auszuführen. Die Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes durch Bestimmung und Ausgabe des Sättigungspulses auszuführen.
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Dafür weist die Bestimmungseinheit typischerweise einen Eingang, eine Prozessoreinheit und einen Ausgang auf. Über den Eingang können der Bestimmungseinheit ein Frequenzspektrum und/oder eine B0-Feldkarte und/oder eine B1-Feldkarte und/oder Informationen hinsichtlich des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes und/oder eine erste Zielanregung und/oder eine zweite Zielanregung und/oder eine MR-Steuerungssequenz und/oder Bilddaten bereitgestellt werden. Weitere, im Verfahren benötigte Funktionen, Algorithmen oder Parameter können der Bestimmungseinheit über den Eingang bereitgestellt werden. Der Sättigungspuls und/oder die MR-Steuerungssequenz umfassend den Sättigungspuls und/oder weitere Ergebnisse einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können über den Ausgang bereitgestellt werden. Die Steuerungseinheit weist typischerweise einen Eingang und einen Ausgang auf. Die Steuerungseinheit ist typischerweise dazu ausgebildet, das Magnetresonanzgerät gemäß der MR-Steuerungssequenz umfassend den Sättigungspuls anzusteuern. Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Magnetresonanzgerät gemäß einer spektroskopischen Steuerungssequenz anzusteuern, welche spektroskopische Steuerungssequenz zu einer Erzeugung eines Frequenzspektrums ausgebildet ist.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Magnetresonanzgerät gemäß einer B0-Steuerungssequenz anzusteuern, welche B0-Steuerungssequenz zu einer Erzeugung einer B0-Feldkarte ausgebildet ist.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Magnetresonanzgerät gemäß einer B1-Steuerungssequenz anzusteuern, welche B1-Steuerungssequenz zu einer Erzeugung einer B1-Feldkarte ausgebildet ist.
Die Bestimmungseinheit und/oder die Steuerungseinheit kann in das Magnetresonanzgerät integriert sein. Die Bestimmungseinheit und/oder die Steuerungseinheit kann auch separat von dem Magnetresonanzgerät installiert sein. Die Bestimmungseinheit und/oder die Steuerungseinheit kann mit dem Magnetresonanzgerät verbunden sein.
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Eine Ausführungsform des Magnetresonanzgerätes umfasst zusätzlich eine Hochfrequenzantennensteuereinheit umfassend eine Mehrzahl an Sendekanälen, wobei die Hochfrequenzantenneneinheit eine Mehrzahl an Sendeelementen umfasst und jeweils ein Sendeelement mit einem Sendekanal verbunden ist.
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Die Hochfrequenzantennensteuereinheit umfasst vorzugsweise zumindest zwei Sendekanäle. Die Hochfrequenzantenneneinheit umfasst vorzugsweise zumindest zwei Sendeelemente. Als Sendekanäle werden dabei Ausgänge der Hochfrequenzantennensteuereinheit angesehen, an denen ein Hochfrequenzpuls zur Speisung eines Sendeelementes bereitgestellt werden kann, wobei sich die Signale der Sendekanäle in Amplitude, spektraler Leistungsverteilung und/oder Phase unterscheiden. Als Hochfrequenzpuls wird im Sinne der Erfindung dabei auch ein Vektor gesehen, der mehrere Anregungssignale für einzelne Sendekanäle umfasst, die beim zeitlich koordinierten Aussenden über die Hochfrequenzantenneneinheit, also über die einzelnen Sendeelemente, im Untersuchungsvolumen die zu erzielende Anregung der Kernspins bewirken. Die Hochfrequenzantenneneinheit ist vorzugsweise ein Antennenarray mit einer Mehrzahl an Sendeelementen, wobei die Sendekanäle jeweils mit mindestens einem Sendeelement in Signalverbindung stehen, um einen Hochfrequenzpuls in Form eines magnetischen Wechselfeldes zu erzeugen. Diese Sendeelemente können beispielsweise einzelne oder mehrere Elemente einer Birdcage-Antenne oder mehrere Antennenspulen eines Lokalspulen-Arrays sein.
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Im Schritt des Aussendens des Hochfrequenzpulses, also auch des Ausgebens des Sättigungspulses, lässt sich so eine vorbestimmte räumlich Verteilung der Anregung als zusätzlicher Freiheitsgrad durch Interferenz der Signale der Mehrzahl an Sendekanälen über eine Mehrzahl an Sendeelementen der Hochfrequenzantenneneinheit erzielen, die beim Schritt der Bestimmung des Sättigungspulses durch Variation von Phase und Amplitude eingestellt wird. Auf vorteilhafte Weise lässt sich so die Homogenität der Anregung bei noch geringerer SAR-Belastung verbessern.
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Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes sind analog zu den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Das Magnetresonanzgerät kann weitere Steuerungskomponenten aufweisen, welche zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nötig und/oder vorteilhaft sind. Auch kann das Magnetresonanzgerät dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Vorzugsweise ist die Bestimmungseinheit Teil der Steuerungseinheit des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts. Auf einer Speichereinheit der Bestimmungseinheit können Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer die Prozessoreinheit der Bestimmungseinheit einen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch steuert und/oder ausführt.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt ist direkt in einer Speichereinheit einer programmierbaren Bestimmungseinheit ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Bestimmungseinheit ausgeführt wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Bestimmungseinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Bestimmungseinheit 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. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem elektronisch lesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Bestimmungseinheit geladen werden kann, der mit dem Magnetresonanzgerät direkt verbunden oder als Teil des Magnetresonanzgeräts 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 Bestimmungseinheit eines Magnetresonanzgeräts ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronisch lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerungseinheit und/oder Bestimmungseinheit eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
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Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem elektronisch lesbaren Datenträger, auf dem ein Programm hinterlegt ist, das zu einer Ausführung eines Verfahrens zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes durch Ausgabe eines Sättigungspulses, vorgesehen ist.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträgers entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes durch Ausgabe eines Sättigungspulses, 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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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer schematischen Darstellung,
- 2 eine Hochfrequenzeinheit in einer schematischen Darstellung,
- 3 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Magnetresonanzgerät 11 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildeten Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Patienten 15 auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Patiententisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist.
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Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 11 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Hochfrequenz-Pulse in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein.
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Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Steuerungseinheit 24 auf. Die Steuerungseinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen von MR-Steuerungssequenzen. Zudem umfasst die Steuerungseinheit 24 eine nicht näher dargestellte Rekonstruktionseinheit zu einer Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Das Magnetresonanzgerät 11 weist eine Anzeigeeinheit 25 auf. Steuerinformationen wie beispielsweise Steuerungsparameter, sowie rekonstruierte Bilddaten können auf der Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, für einen Benutzer angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Steuerungsparameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Steuerungseinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen.
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Die Steuerungseinheit 24 umfasst weiterhin eine Bestimmungseinheit 33. Die Bestimmungseinheit 33 ist zu einer Bestimmung eines Sättigungspulses ausgebildet. Hierzu weist die Bestimmungseinheit 33 Computerprogramme und/oder Software auf, die direkt in einem nicht näher dargestellten Speichereinheit der Bestimmungseinheit 33 ladbar sind, mit Programmmitteln, um ein Verfahren zu einer Bestimmung eines Sättigungspulses auszuführen, wenn die Computerprogramme und/oder Software in der Bestimmungseinheit 33 ausgeführt werden. Die Bestimmungseinheit 33 weist hierzu einen nicht näher dargestellten Prozessor auf, der zu einer Ausführung der Computerprogramme und/oder Software ausgelegt ist. Alternativ hierzu können die Computerprogramme und/oder Software auch auf einem getrennt von der Steuerungseinheit 24 und/oder Bestimmungseinheit 33 ausgebildeten elektronisch lesbaren Datenträger 21 gespeichert sein, wobei ein Datenzugriff von der Bestimmungseinheit 33 auf den elektronisch lesbaren Datenträger 21 über ein Datennetz erfolgen kann. Die Steuerungseinheit 24 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Magnetresonanzgerät 11 gemäß des bestimmten Sättigungspulses anzusteuern. Insbesondere kann die Steuerungseinheit 24 mit der Hochfrequenzeinheit umfassend die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und die Hochfrequenzantenneneinheit 20 verbunden sein und/oder über die Hochfrequenzeinheit eine Ausgabe des Sättigungspulses zu steuern.
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Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird. Das Magnetresonanzgerät 11 ist somit zusammen mit der Steuerungseinheit 24 und der Bestimmungseinheit 33 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.
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Ein Verfahren zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes 11 umfassend eine Ausgabe eines Sättigungspulses kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, das das Verfahren auf die Bestimmungseinheit 33 implementiert, wenn es auf der Bestimmungseinheit 33 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 21 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des elektronisch lesbaren Datenträgers 21 in einer Bestimmungseinheit 33 eines Magnetresonanzgeräts 11 das beschriebene Verfahren durchführen.
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2 zeigt eine Hochfrequenzeinheit in einer schematischen Darstellung in einer optionalen Ausführungsform. Die Hochfrequenzeinheit umfasst die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und die Hochfrequenzantenneneinheit 20. Die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 umfasst gemäß dieser Ausführungsform eine Mehrzahl, vorzugsweise zumindest zwei, Sendekanäle 27. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 umfasst gemäß dieser Ausführungsform eine Mehrzahl, vorzugsweise zumindest zwei, Sendeelemente 12, die gemäß dieser Ausführungsform von der Mehrzahl an Sendekanälen 27 gespeist werden.
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Die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 kann auch nur einen Sendekanal 27 umfassen. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 kann ein Sendeelement 12 oder eine Mehrzahl an Sendeelementen 12 umfassen, die von genau einem unabhängigen Sendekanal 27 gespeist werden.
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In 2 sind der Übersicht halber nur zwei unabhängige Sendekanäle 27 dargestellt, die mit zwei der Sendelementen 12 unmittelbar in Signalverbindung stehen. Die weiteren Sendelemente 12 werden von diesen durch kapazitive bzw. induktive Kopplung mitgespeist. Üblicherweise lassen sich mit einer derartigen Ansteuerung der Hochfrequenzantenneneinheit 20 unterschiedliche elliptische Polarisationen mit entsprechender räumlicher Amplitudenverteilung erzeugen. Mit einer zunehmenden Anzahl an unabhängig von unterschiedlichen Sendekanälen 27 gespeisten Sendelementen 12 steigt die Anzahl der Freiheitsgrade, um die räumliche Komponente der Feldverteilung feiner einzustellen.
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Die Sendekanäle 27 werden hier beispielsweise von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder der Steuerungseinheit 24, beispielsweise über einen Signalbus, mit Daten des auszusendenden Sättigungspulses versorgt und die zeitliche Koordination mit den Gradienten bzw. der Sequenz gesteuert.
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Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 kann als Körperspule eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts 11 ausgebildet sein.
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Anstelle der Körperspule ist beispielsweise auch eine Lokalspule mit einem Array aus Antennenspulen denkbar. Im Gegensatz zu der Körperspule sind dabei die Wirkungsbereiche der einzelnen Antennenspulen deutlich weniger gekoppelt bzw. bei weiter voneinander entfernten Antennenspulen ganz disjunkt, sodass die räumliche Verteilung vor allem durch die Position der Antennenspule gegeben ist und weniger durch Interferenz mit den Signalen der anderen Antennenspulen. Grundsätzlich ist es aber gemäß der Erfindung auch denkbar, lediglich einen Sendekanal 27 und ein Sendeelement 12 zu nutzen und nur den Sättigungspuls in zeitlicher Hinsicht gemäß z.B. eines exponentiell abklingenden Wirbelstromes zu optimieren. Die räumliche Komponente könnte hier teilweise durch eine breitere spektrale Verteilung ausgeglichen werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes 11 ausgebildet zum Erzeugen eines Hochfrequenzpulses zur spezifischen Sättigung von Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes. Das Verfahren beginnt mit Verfahrensschritt 110, der Bereitstellung eines Frequenzspektrums des Untersuchungsbereichs. Verfahrensschritt 150 umfasst die Ermittlung einer ersten Resonanzfrequenz für ein erstes Gewebe und einer zweiten Resonanzfrequenz für ein zweites Gewebe unter Berücksichtigung des Frequenzspektrums. In Verfahrensschritt 120 erfolgt die Bereitstellung einer B0-Feldkarte. Verfahrensschritt 120 kann zumindest teilweise gleichzeitig mit Verfahrensschritt 110 und/oder Verfahrensschritt 150 erfolgen. Verfahrensschritt 170 umfasst die Bestimmung eines Sättigungspulses durch Ermittlung eines Hochfrequenzpulses ausgebildet zu einer spektral selektiven Anregung des ersten Gewebes und des zweiten Gewebes, unter Berücksichtigung der ersten Resonanzfrequenz, der zweiten Resonanzfrequenz und der B0-Feldkarte. Verfahrensschritt 180 umfasst die Ausgabe des Sättigungspulses über die Hochfrequenzantenneneinheit 20.
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Der Sättigungspuls weist typischerweise eine Mehrzahl an Komponenten auf und die Hochfrequenzantenneneinheit 20 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl an Sendeelementen 12. In Verfahrensschritt 180 wird typischerweise die Mehrzahl an Komponenten durch die Mehrzahl an Sendeelementen 12 ausgegeben.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Ansteuerung eines Magnetresonanzgerätes 11 ausgebildet zum Erzeugen eines Hochfrequenzpulses zur spezifischen Sättigung von Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjektes. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass in Verfahrensschritt 130 eine Bereitstellung einer ersten Zielanregung für das erste Gewebe und einer zweiten Zielanregung für das zweite Gewebe erfolgt. Verfahrensschritt 140 umfasst die Bereitstellung einer B1-Feldkarte. Die B1-Feldkarte und die erste Zielanregung und die zweite Zielanregung werden vorzugsweise in Verfahrensschritt 170 derart berücksichtigt, dass die selektive Anregung des ersten Gewebes der ersten Zielanregung und des zweiten Gewebes der zweiten Zielanregung entspricht.
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Optional und unabhängig von den Verfahrensschritten 130, 140 kann die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Verfahrensschritt 160 eine Selektion eines Teilbereiches des Untersuchungsbereiches umfassen, wobei die Bestimmung des Sättigungspulses in Verfahrensschritt 170 hinsichtlich der selektiven Anregung des zweiten Gewebes im Teilbereich und/oder hinsichtlich der selektiven Anregung des ersten Gewebes im Untersuchungsbereich optimiert ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
