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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Absorption, 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. Hierbei wird typischerweise ein menschlicher oder tierischer Patient auf einem Patiententisch in einem Patientenaufnahmebereich einer Magnetresonanzvorrichtung positioniert. Während einer Magnetresonanzmessung werden üblicherweise mit Hilfe einer Sendeeinheit eine Sendeleistung in Form hochfrequenter (HF) Sendepulse in den Patienten eingestrahlt. Durch die Sendepulse werden im Patienten Kernspins angeregt, wodurch Magnetresonanzsignale ausgelöst werden. Die Magnetresonanzsignale werden von der Magnetresonanzvorrichtung empfangen und zur Rekonstruktion von Magnetresonanzabbildungen verwendet.
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Zur Signalanregung bei Magnetresonanzvorrichtungen mit ultrahohen Magnetfeldern, insbesondere 7 Tesla oder höher, kommen üblicherweise Lokalspulen in Form von Sende-Empfangsspulen zum Einsatz, d.h. eine solche Sende-Empfangsspulen ist ausgebildet HF-Signale zu senden und zu empfangen. In der Regel werden dabei relativ zum Patiententisch ortsfesten Lokalspulen verwendet. In der Regel sind diese Lokalspulen rigide und/oder für eine bestimmte Körperregion (z.b Kopf und Gelenke wie Knie, Schulter, Hand und Fuß oder Torso/Abdomen) vorgesehen, um eine optimale Sendeeffizienz und Feldhomogenität bieten zu können.
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Die Sendeeinheit der Lokalspule umfasst oftmals mehrere Sendeantennen. Um das Sendefeld zu homogenisieren, können die mehreren Sendeantennen zeitlich parallel mit einstellbarer Phase und Amplitude angesteuert werden (parallel transmit, pTx). Die dafür geeigneten Formen der Sendepulse erzeugen eine komplexe Folge von Wärmeeinträgen in das Gewebe des Patienten. Um die resultierende spezifische Absorptionsrate (specific absorption rate, SAR) vorausberechnen zu können, ist eine genaue Kenntnis der lokalen Feldeigenschaften erforderlich.
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Konventionell wird für die SAR-Berechnungen dieser Spulen ein Worst-Case-Ansatz verwendet. Typischerweise werden SAR-Simulationen mit verschiedenen Körpermodellen und Varianten (z.B. mittels Morphing und Positionsvariation) und einer ausreichenden Anzahl von HF-Anregungsprofilen durchgeführt. Insbesondere können resultierende SAR-Hotspots berechnet und für eine Echtzeitüberwachung während einer Magnetresonanzmessung in sogenannte virtuelle Beobachtungspunkte (virtual obervation point, VOPs) aufweisende Matrizen komprimiert werden. Ein derartiger Ansatz ist beispielsweise in der Druckschrift
US20120256626A1 offenbart.
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Dadurch ist die SAR-Überwachung allgemein optimiert und sicher bezüglich der betrachteten Patientenpopulation, jedoch für die Messung eines individuellen Patienten unnötig limitierend. Die für Durchführung der Messung notwenige Zeit kann dadurch deutlich erhöht werden.
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Im Forschungsbetrieb können zwar individuelle anatomische Probandenvermessungen mit anschließender Segmentierung der Ergebnisdaten durchgeführt werden. Diese Daten können anschließend für die SAR-Simulation und Berechnung einer individuellen Matrix verwendet werden. Aufgrund des hohen Zeit- und Arbeitsaufwandes ist dieses Vorgehen jedoch im klinischen Betrieb nicht möglich.
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Als Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann insbesondere angesehen werden, eine sichere Überwachung der SAR während einer Magnetresonanzmessung bei gleichzeitig kurzer Messzeit zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Demnach wird ein Verfahren zur Überwachung einer Absorption einer durch eine Sendeeinheit einer Magnetresonanzvorrichtung in einen Patienten eingestrahlten (hochfrequenten) Sendeleistung vorgeschlagen. Es werden, insbesondere einer Systemsteuereinheit der Magnetresonanzvorrichtung, Absorptionsdaten bereitgestellt, die eine patientenunspezifische, ortsabhängige Absorptionsempfindlichkeit der einzustrahlenden Sendeleistung beschreiben. Vorzugsweise berücksichtigen die Absorptionsdaten ein räumliches Profil der Sendeleistung. Die Absorptionsdaten können beispielsweise in einem, insbesondere nichtflüchtigen, Speicher vorliegen und zur Bereitstellung an die Systemsteuereinheit übertragen werden. Der Patient wird in einem Einstrahlungsbereich der Magnetresonanzvorrichtung positioniert, in dem die Einstrahlung der Sendeleistung in den Patienten erfolgen soll. Beispielsweise wird der Patient auf einer Patientenlagerungsvorrichtung gelagert und in das Isozentrum der Magnetresonanzvorrichtung verschoben. Ferner wird, insbesondere mittels einer Erfassungseinheit, eine Anatomie des Patienten in dem Einstrahlungsbereich erfasst. Die Absorptionsdaten werden der Anatomie des Patienten zugeordnet, insbesondere mittels der Systemsteuereinheit. Ferner wird eine Magnetresonanzmessung des Patienten durchgeführt, wobei während der Magnetresonanzmessung die durch den Patienten absorbierte Sendeleistung anhand der der Anatomie des Patienten zugeordneten Absorptionsdaten überwacht wird, insbesondere mittels der Systemsteuereinheit. Während der Magnetresonanzmessung werden üblicherweise Magnetresonanzsignale erfasst, aus denen eine oder mehrere Magnetresonanzabbildungen rekonstruiert werden kann.
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Vorzugsweise wird dabei die während der Magnetresonanzmessung die in den Patienten eingestrahlte Sendeleistung anhand der der Anatomie des Patienten zugeordneten Absorptionsdaten überwacht.
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Die Absorption der durch die Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung in den Patienten eingestrahlten Sendeleistung durch den Patienten entspricht insbesondere der spezifischen Absorptionsrate, d.h. bei der Überwachung handelt es sich um eine SAR-Überwachung. Vorzugsweise umfasst die Überwachung der während der Magnetresonanzmessung durch den Patienten absorbierte Sendeleistung anhand der zugeordneten Absorptionsdaten also eine SAR-Überwachung. Vorteilhafterweise kann durch die Zuordnung der (patientenunspezifischen) Absorptionsdaten zu der (patientenspezifischen) Anatomie des Patienten die Überwachung stärker an den Patienten individuell angepasst werden, ohne dafür Absorptionsdaten völlig neu bestimmen zu müssen. Vielmehr kann auf allgemeine Absorptionsdaten zurückgegriffen werden, die jedoch individuell angepasst werden. Dadurch kann vorteilhafterweise unnötige Sicherheitszuschläge reduziert und die Zeit zur Durchführung der Magnetresonanzmessung des Patienten reduziert werden.
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Die Überwachung der durch den Patienten absorbierten Sendeleistung kann insbesondere eine Überwachung einer Form und/oder Amplitude und/oder Rate von durch die Sendeeinheit emittierter HF-Sendepulse umfassen. Die Sendeeinheit kann dazu zumindest eine Sendeantenne umfassen. Insbesondere kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung an der zumindest einen Sendeantenne ein HF-Sendepuls erzeugt werden. Die Überwachung kann insbesondere in Echtzeit während der Magnetresonanzmessung durchgeführt werden, d.h. die Auswertung der zur Überwachung notwendigen Daten erfolgt quasi-instantan oder benötigt nur einen geringen Zeitraum. Gegebenenfalls kann die Magnetresonanzmessung abgebrochen werden, falls die durch den Patienten absorbierte Sendeleistung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Vorzugsweise berücksichtigen die Absorptionsdaten eine freie Variation eines Sendeprofils der Sendeeinheit in Amplitude und/oder Phase. Vorzugsweise umfasst die Sendeeinheit mehrere Sendeantennen. Beispielsweise ist die Sendeeinheit als N-kanalige Arraysendespule ausgebildet. Vorzugsweise ist jede Sendeantenne ausgebildet, unabhängig von den anderen Sendeantennen einen Sendepuls zu senden. Vorteilhafterweise sind die mehreren Sendeantennen, das Sendeprofil in Amplitude und/oder Phase frei zu bestimmen. Insbesondere ist die Sendeeinheit ausgebildet einen pTx-Puls zu senden.
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Die SAR hängt üblicherweise insbesondere von der Patientenanatomie, insbesondere von einer Last des Patienten, ab. Im Falle einer 1-kanaligen Sendespule kann die SAR vorzugsweise durch einen Skalar beschrieben werden. Im Falle einer N-kanaligen Arraysendespule kann die SAR insbesondere durch einen Vektor beschrieben werden.
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Bei Einstrahlung der Sendeleistung in den Patienten mittels einer Sendeeinheit mit mehreren Sendeantennen ist es besonders vorteilhaft, anhand der zugeordneten Absorptionsdaten zumindest eine SAR-Matrix zu erstellen. Die zumindest eine SAR-Matrix kann insbesondere virtuelle Beobachtungspunkte aufweisen. Vorteilhafterweise sind in den virtuelle Beobachtungspunkten vorher berechnete SAR-Hotspots komprimiert.
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Die Absorptionsdaten sind insbesondere nicht spezifisch für den Patienten, an dem die besagte Magnetresonanzmessung durchgeführt wird. Insbesondere können die Absorptionsdaten Daten sein, die eine Vielzahl von Patiententypen und/oder eine Gruppe von Patiententypen und/oder eine Patientenpopulation berücksichtigen. Insbesondere können die Absorptionsdaten einen Worst-Case, insbesondere ein Worst-Case-Szenario, abbilden; beispielsweise kann bei der Erzeugung der Absorptionsdaten ein ungünstigster Fall angenommen werden. Vorteilhafterweise kann anhand der Absorptionsdaten sichergestellt werden, dass unabhängig von der individuellen Ausgestaltung des Patienten keine Gefährdung des Patienten durch die Absorption der eingestrahlten Sendeleistung auftritt.
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Vorzugsweise werden die Absorptionsdaten vorab, also insbesondere vor dem Positionieren des Patienten, erzeugt, beispielsweise durch Simulation und/oder auf Basis vorab erzeugter Messdaten. Zur Erzeugung dieser Messdaten können beispielsweise an einer Vielzahl an Patienten Magnetresonanzmessungen durchgeführt werden.
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Die Absorptionsempfindlichkeit kann insbesondere eine angenommene Empfindlichkeit der Absorption der einzustrahlenden Sendeleistung im Körper des Patienten sein. Insbesondere können im Einstrahlungsbereich Ortspunkte existieren, an denen die einzustrahlende Sendeleistung stärker absorbiert wird und andere Ortspunkte, an denen sie schwächer absorbiert wird.
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Die Sendeeinheit kann insbesondere ein Teil einer Lokalspule sein. Der Einstrahlungsbereich kann insbesondere durch die Lokalspule bestimmt sein. Beispielsweise befindet sich der Einstrahlungsbereich in einem Raum, der zumindest teilweise von der Lokalspule umgeben wird. Beispielsweise ist die Lokalspule eine Kopfspule mit einem Oberteil und einem Unterteil und der Einstrahlungsbereich befindet sich in einem betriebsbereiten Zustand der Lokalspule zwischen dem Oberteil und dem Unterteil. Die Lokalspule kann beispielsweise auch eine Kniespule und/oder eine Fußspule sein, die den Einstrahlungsbereich zumindest teilweise umschließen. Die Lokalspule kann aber beispielsweise eine Wirbelsäulenspule und/oder eine Spulendecke sein, die den Einstrahlungsbereich nicht umschließen. Das Positionieren des Patienten in dem Einstrahlungsbereich der Magnetresonanzvorrichtung kann beispielsweise eine Lagerung des Kopfes des Patienten in einer Kopfspule umfassen.
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Die erfasste Anatomie des Patienten kann beispielsweise eine räumliche Kontur und/oder Form und/oder Ausdehnung und/oder Erstreckung zumindest eines Teils des Körpers des Patienten umfassen.
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Das Zuordnen der Absorptionsdaten zu der Anatomie des Patienten kann insbesondere eine Zuordnung eines Wertes der Absorptionsempfindlichkeit der einzustrahlenden Sendeleistung zu einem Punkt und/oder Bereich in dem Einstrahlungsbereich umfassen. Insbesondere kann unter Berücksichtigung der zugeordneten Absorptionsdaten zumindest eine SAR-Matrix erstellt werden. Die SAR-Matrix kann insbesondere für jeden Voxel eine auf eine bestimmte Masse eines lokalen Volumens bezogene SAR (z.B. eine 10g-local-SAR) beinhalten, die insbesondere für alle relevanten Linearkombinationen eines Sendevektors entstehen kann (z.B. für ein N-Kanal-Sendesystem NxN Linearkombinationen) .
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Das Durchführen der Magnetresonanzmessung des Patienten kann insbesondere ein Einstrahlen einer bildgebenden Magnetresonanzsequenz und/oder ein Empfangen von bildgebenden Magnetresonanzsignalen umfassen.
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Die Überwachung der eingestrahlten Sendeleistung kann insbesondere einen Vergleich der durch den Patienten absorbierten Sendeleistung mit einem vorbestimmten Vergleichswert, insbesondere Grenzwert, umfassen. Bei dessen Überschreitung kann beispielsweise die Magnetresonanzmessung abgebrochen und/oder eine Warnung, insbesondere an ein Bedienpersonal der Magnetresonanzvorrichtung, ausgegeben werden.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass während der Magnetresonanzmessung die Sendeleistung mittels mehrerer Sendeantennen der Sendeeinheit eingestrahlt wird, wobei die Absorptionsdaten ein durch die mehrerer Sendeantennen erzeugtes Sendeprofil in Amplitude und/oder Phase berücksichtigen. Insbesondere kann das Sendeprofil durch eine Linearkombination der jeweiligen Amplituden und/oder Phasen der mehreren Sendeantennen erzeugt werden, beispielsweise N Amplituden und N Phasen von N Sendeantennen.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Absorptionsdaten virtuelle Beobachtungspunkte (engl. virtual observation points, VOP) für die Überwachung der durch den Patienten absorbierten Sendeleistung umfassen, wobei jeder Beobachtungspunkt ein zumindest ein Voxel, insbesondere ein Voxel-Cluster, repräsentiert.
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Vorzugsweise ist dem zumindest einen Voxel eine Spitzenempfindlichkeit für eine lokale spezifische Absorptionsrate zugeordnet. Vorzugsweise definiert jedes Voxel-Cluster einen virtuellen Beobachtungspunkt mit einer Spitzenempfindlichkeit gegenüber einer lokalen spezifischen Absorptionsrate für den Voxel-Cluster. Vorzugsweise umfasst eine Erzeugung von virtuelle Beobachtungspunkten ein Komprimieren eines Patientenmodells in eine Vielzahl von Voxel-Clustern. Insbesondere können Voxel in einem Modell gesammelt und einem Cluster von Voxeln zugeordnet werden, die durch einen der virtuellen Beobachtungspunkte repräsentiert werden. Weitere mögliche Aspekte und Vorteile zum Konzept einer Überwachung der Absorption der in den Patienten eingestrahlten Sendeleistung mittels virtueller Beobachtungspunkte können der Druckschrift
US 8653818 B2 entnommen werden.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Zuordnen der Absorptionsdaten zu der Anatomie des Patienten mittels eines, insbesondere vorher trainierten, neuronalen Netzes erfolgt. Beispielsweise basiert ein solches neuronales Netz auf einer Mustererkennung. Dadurch kann vorteilhafterweise die Zuordnung besonders genau und/oder zuverlässig erfolgen.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Positionsdaten eine Position der Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung vor und/oder während des Durchführens der Magnetresonanzmessung beschreiben. Beispielsweise beschreiben die Positionsdaten eine Position einer Lokalspule, die die Sendeeinheit umfasst.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren ferner ein Erfassen von Positionsdaten umfasst, wobei die Positionsdaten eine Position des Patienten in dem Einstrahlungsbereich relativ zur Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung vor und/oder während des Durchführens der Magnetresonanzmessung beschreiben.
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Vorteilhafterweise kann mit Hilfe der erfassten Positionsdaten das Zuordnen der Absorptionsdaten zu der Anatomie des Patienten besonders genau und/oder zuverlässig erfolgen. Insbesondere kann die Überwachung der Absorption der durch die Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung in den Patienten eingestrahlten Sendeleistung etwaige Positionsänderungen während der Magnetresonanzmessung anhand der erfassten Positionsdaten berücksichtigen.
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Vorzugsweise umfasst die Magnetresonanzvorrichtung eine separate Sensoreinheit zum Erfassen der Positionsdaten. Vorzugsweise erfasst diese Sensoreinheit unabhängig einer Empfangseinheit der Magnetresonanzvorrichtung zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen die Position der Sendeeinheit und/oder die Position des Patienten in dem Einstrahlungsbereich relativ zur Sendeeinheit.
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Vorteilhafterweise kann mit Hilfe der separaten Sensoreinheit das Zuordnen der der Absorptionsdaten zu der Anatomie des Patienten besonders schnell und/oder sicher erfolgen. Vorteilhafterweise erfolgt die Berücksichtigung etwaiger Positionsänderungen des Patienten sofort oder mit nur geringer (zeitlicher) Verzögerung, so dass eine besonders hohe Patientensicherheit erreicht werden kann. Insbesondere kann bei einem Erfassen der Positionsdaten mittels einer separaten Sensoreinheit auf eine zeitaufwendige Messung und/oder Auswertung etwaiger Magnetresonanzsignale zur Ermittlung der Position verzichtet werden.
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Vorzugsweise umfasst das Erfassen der Positionsdaten kein Erfassen von Magnetresonanzsignalen. Vorzugsweise umfasst das Erfassen der Positionsdaten ein Erfassen von optischen Signalen. Beispielsweise umfasst die Sensoreinheit dazu eine Kamera, insbesondere eine 3D-Kamera.
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Vorteilhafterweise kann mit Hilfe der erfassten Positionsdaten das Zuordnen der der Absorptionsdaten zu der Anatomie des Patienten besonders schnell und/oder sicher erfolgen.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren ferner ein Abgleichen Positionsdaten, insbesondere der erfassten Position des Patienten in dem Einstrahlungsbereich relativ zur Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung, mit Patientenregistrierungsdaten und/oder Magnetresonanzvorrichtungsdaten umfasst.
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Die Positionsdaten können insbesondere verwendet werden, um einen (absichtlichen oder unabsichtlichen) Widerspruch zu der Patientenregistrierungsdaten zu erkennen. Ein solcher Widerspruch kann möglicherweise zu einer überhöhten SAR-Dosis führen. Dieses Risiko kann vorteilhafterweise mit einem Abgleich zweier unabhängiger Instanzen reduziert werden.
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Die Magnetresonanzvorrichtungsdaten können beispielsweise die Information umfassen, ob eine Lokalspule, die insbesondere die Sendeeinheit umfasst, mit der Magnetresonanzvorrichtung verbunden ist.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Erfassen der Anatomie des Patienten in dem Einstrahlungsbereich ein Erfassen von Magnetresonanzsignalen durch die Magnetresonanzvorrichtung umfasst. Das Erfassen der Anatomie des Patienten in dem Einstrahlungsbereich kann vorzugsweise durch ein Erfassen eines Scoutbildes vor dem Durchführen der (eigentlichen) Magnetresonanzmessung erfolgen, während der die durch den Patienten absorbierte Sendeleistung anhand der zugeordneten Absorptionsdaten überwacht wird.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Erfassen der Anatomie des Patienten in dem Einstrahlungsbereich in einem Überwachungsmodus erfolgt, der einen Worst-Case einer Absorption der eingestrahlten Sendeleistung durch den Patienten berücksichtigt. Insbesondere sieht dieser Überwachungsmodus gar keine patientenspezifische Überwachung oder zumindest keine patientenspezifische Überwachung auf Basis von zu der Anatomie des Patienten zugeordneten Absorptionsdaten vor. Somit unterscheidet sich ein solcher Überwachungsmodus von der vorgesehenen Überwachung während der (eigentlichen) Magnetresonanzmessung.
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Ferner wird eine Magnetresonanzvorrichtung vorgeschlagen, die ausgebildet ist, ein vorab beschriebenes Verfahren zur Überwachung einer Absorption einer durch eine Sendeeinheit einer Magnetresonanzvorrichtung in einen Patienten eingestrahlten Sendeleistung auszuführen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung einer Absorption einer durch eine Sendeeinheit einer Magnetresonanzvorrichtung in einen Patienten eingestrahlten Sendeleistung, 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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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 zur Überwachung einer Absorption einer durch eine Sendeeinheit einer Magnetresonanzvorrichtung in einen Patienten eingestrahlten Sendeleistung auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Systemsteuereinheit der Magnetresonanzvorrichtung ausgeführt wird.
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Das Computerprogrammprodukt 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.
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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 ein Verfahren zur Überwachung einer Absorption.
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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 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 wird von einer Hochfrequenzantennensteuereinheit 21 der Magnetresonanzvorrichtung 10 gesteuert und strahlt mit Hilfe ihrer Sendeeinheit hochfrequente Magnetresonanzsequenzen in einen Einstrahlungsbereich ein, der sich hier im Patientenaufnahmebereich 14 der Magnetresonanzvorrichtung 10 befindet. Dadurch wird eine Sendeleistung in den Einstrahlungsbereich eingestrahlt, die von dem Patienten 15 zumindest teilweise absorbiert wird. Dadurch stellt sich dem von dem Hauptmagneten 12 erzeugten Hauptmagnetfeld 13 eine Anregung von Atomkernen ein. Durch Relaxation der angeregten Atomkerne werden Magnetresonanzsignale erzeugt. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist zum Empfang der Magnetresonanzsignale ausgebildet.
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Ferner kann die Magnetresonanzvorrichtung eine oder mehrere Lokalspulen umfassen, die nahe am Patienten 15 angeordnet sind. Exemplarisch sind hier eine Kopfspule 27, eine Wirbelsäulenspule 28, eine Spulendecke 29, eine Kniespule und eine Fußspule 31 dargestellt. (Meist werden aber so viele Lokalspulen aber nicht gleichzeitig benutzt.) Die Lokalspulen werden von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 21 gesteuert, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nur die Kopfspule 27 als mit der Hochfrequenzantennensteuereinheit 21 verbunden dargestellt ist. Oftmals umfassen Lokalspulen nur eine Empfangseinheit zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen. Die hier dargestellten Lokalspulen umfassen jedoch auch eine Sendeeinheit, durch die eine Sendeleistung in den Patienten 15 eingestrahlt werden kann. Gerade bei Magnetresonanzvorrichtungen mit hohem Hauptmagnetfelds 13 von beispielspielweise mehr als 5 Tesla erfolgt oftmals die Einstrahlung der Magnetresonanzsequenzen nicht durch eine fest in die Magnetresonanzvorrichtung eingebaute Körperspule, sondern durch Lokalspulen mit einer Sendeeinheit; meist umfassen solche Lokalspulen zudem eine Empfangseinheit zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen.
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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. Ferner kann in der Systemsteuereinheit ein Computerprogramm zur Überwachung einer Absorption einer durch eine Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung 10 in einen Patienten 15 eingestrahlten Sendeleistung ausgeführt werden. Zudem umfasst die Systemsteuereinheit 22 eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit zu einer Auswertung der Magnetresonanzsignale, 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 Magnetresonanzabbildungen 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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Ferner umfasst die Magnetresonanzvorrichtung 10 eine Sensoreinheit in Form einer Kamera 26, insbesondere eine 3D-Kamera, mit der die Position der Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 mit ihren Sendeeinheiten und/oder des Patienten 15 erfasst werden kann. Die Kamera 26 kann die Positionsdaten in Form von optischen Signalen erfassen. Die Kamera 26 weist einen Erfassungsbereich (angedeutet durch die gestrichelten Linien) auf, der geeignet ist, die Position der Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 zu erfassen und damit auch der in den Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 angeordneten Sendeeinheiten. (Vorteilhafterweise werden der Systemsteuereinheit 22 Daten bereitgestellt, um aus der Position der Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 auf die Position der in den Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 angeordneten Sendeeinheiten ableiten zu können. Diese Daten können beispielsweise Informationen über den, insbesondere geometrischen, Aufbau der Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 umfassen.) Diese Positionsdaten werden also unabhängig von der Erfassung der Magnetresonanzsignale erfasst, die mit Hilfe von Empfangseinheiten der Körperspule und/oder der Lokalspulen 27, 28, 29, 30, 31 erfasst werden können. Die durch die Kamera 26 erfassten Positionsdaten werden an die Systemsteuereinheit 22 zur weiteren Auswertung übertragen.
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In 2 ist ein beispielhaftes Verfahren zur Überwachung einer Absorption einer durch eine Sendeeinheit einer Magnetresonanzvorrichtung 10 in einen Patienten 15 eingestrahlten Sendeleistung dargestellt.
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In S10 wird der Patient 15 in einem Einstrahlungsbereich der Magnetresonanzvorrichtung 10 positioniert, in dem die Einstrahlung der Sendeleistung in den Patienten 15 erfolgen soll. Je nach verwendeter Sendeeinheit kann der Einstrahlungsbereich unterschiedlich ausgebildet sein. Wird beispielsweise die Sendeeinheit der fest in die Magnetresonanzvorrichtung 10 eingebauten Köperspule verwendet, ergibt sich üblicherweise ein vergleichsweise großer Einstrahlungsbereich im Patientenaufnahmebereich 14. Ist beispielsweise eine Lokalspule 27, 28, 29, 30, 31 die aktive Spule und wird deren Sendeeinheit verwendet, ergibt sich üblicherweise ein vergleichsweise kleiner, lokal konzentrierter Einstrahlungsbereich. Beispielsweise befindet sich der Einstrahlungsbereich bei Verwendung der Kniespiele 30 üblicherweise nur innerhalb des kleinen Bereichs am Knie des Patienten 15, der von der Kniespule 30 umgebenden wird.
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In S20 werden Positionsdaten erfasst, wobei die Positionsdaten eine Position der Sendeeinheit der Magnetresonanzvorrichtung 10 vor und/oder während des Durchführens der Magnetresonanzmessung beschreiben. Dies kann beispielsweise mit Hilfe der Kamera 26 erfolgen. Dadurch kann die Position der aktiven Sendespule, beispielsweise der Kniespule 30, ermittelt werden.
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In S30 werden die erfassten Positionsdaten, insbesondere die ermittelte Position der aktiven Spule, mit Patientenregistrierungsdaten und/oder Magnetresonanzvorrichtungsdaten abgeglichen. Patientenregistrierungsdaten sind beispielsweise patientenspezifische Daten, wie z.B. Alter, Geschlecht, Gewicht und/oder Größe des Patienten 15, die vor der Magnetresonanzuntersuchung in ein mit der Magnetresonanzvorrichtung 10 verbundenes Datenerfassungssystem eingegeben wurden. Magnetresonanzvorrichtungsdaten sind beispielsweise Daten, die den Zustand und/oder Eigenschaften der Magnetresonanzvorrichtung 10 beschreiben. Der Datenabgleich ermöglicht eine Konsistenzüberprüfung der Positionsdaten, der Patientenregistrierungsdaten und/oder der Magnetresonanzvorrichtungsdaten. Beispielsweise kann aus der Konsistenzüberprüfung hervorgehen, dass die aktive Spule nicht mit der Magnetresonanzvorrichtung 10 verbunden bzw. nicht eingesteckt ist.
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Wird bei dem Abgleich ein Fehler und/oder eine Inkonsistenz festgestellt, kann in S40 eine Korrekturmaßnahme, beispielsweise durch eine Interaktion des Bedienpersonals der Magnetresonanzvorrichtung 10 vorgenommen werden. So kann beispielsweise eine zunächst nicht verbundene Spule korrekt an die Magnetresonanzvorrichtung angeschlossen werden, worauf eine wiederholte Erfassung der Positionsdaten in S20 erfolgt.
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Bei erfolgreicher Konsistenzüberprüfung in S30 kann in S50 eine Anatomie des Patienten 15 in dem Einstrahlungsbereich erfasst werden. Dazu können beispielsweise Überblicksdaten gemessen werden. Die Erfassung der Anatomie des Patienten 15 kann erfolgen, indem Magnetresonanzsignale durch die Magnetresonanzvorrichtung 10 erfasst werden. Insbesondere kann zumindest eine Magnetresonanzabbildung anhand erfasster Magnetresonanzsignale erzeugt werden, anhand derer die Anatomie des Patienten 15 bestimmt werden kann. Um eine hohe Sicherheit des Patienten 15 zu gewährleisten, kann wobei die Erfassung der Anatomie des Patienten in einem Überwachungsmodus erfolgt, der einen Worst-Case einer Absorption der eingestrahlten Sendeleistung durch den Patienten berücksichtigt. Ein solcher Überwachungsmodus kann insbesondere ein sogenannter „Protected mode“ kann sein, der den Worst-Case für alle Körperregionen und Modelle einschließt.
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Die Berücksichtigung des Worst-Case kann zwar dazu führen, dass die Performance der Magnetresonanzvorrichtung 10 reduziert ist; aber idealerweise erfolgt die Erfassung der Anatomie des Patienten 15 nur einmal, so dass dies zu keiner starken Einschränkung der gesamten Magnetresonanzuntersuchung des Patienten 15 führt.
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In S60 werden der Systemsteuereinheit 22 Absorptionsdaten bereitgestellt, die eine patientenunspezifische, ortsabhängige Absorptionsempfindlichkeit der einzustrahlenden Sendeleistung beschreiben. Die Absorptionsdaten können beispielsweise virtuelle Beobachtungspunkte umfassen. Dabei kann jeder Beobachtungspunkt insbesondere ein Voxel-Cluster repräsentieren. Dem Voxel-Cluster kann eine Spitzenempfindlichkeit für eine lokale spezifische Absorptionsrate zugeordnet sein.
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In S70 werden durch die Systemsteuereinheit 22 die Absorptionsdaten der Anatomie des Patienten 15 zugeordnet. Diese Zuordnung kann insbesondere mittels eines neuronalen Netzwerks erfolgen.
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Tritt in S50, S60 oder S70 ein Fehler auf, kann auch in S45 eine Korrekturmaßnahme, beispielsweise durch eine Interaktion des Bedienpersonals der Magnetresonanzvorrichtung 10 vorgenommen werden.
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In S80 werden die zugeordneten Absorptionsdaten, möglicherweise nach einer Bestätigung durch das Bedienpersonal, übernommen. In S90 wird eine Magnetresonanzmessung des Patienten 15 durchgeführt, wobei während der Magnetresonanzmessung die durch den Patienten 15 absorbierte Sendeleistung anhand der zugeordneten Absorptionsdaten überwacht wird.
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Während der Magnetresonanzmessung werden in S90 Positionsdaten erfasst. Insbesondere wird dabei die Position der aktiven Sendespule, also z.B. der Kniespule 30, ermittelt. Anhand der Positionsdaten kann der Patient 15 während der Magnetresonanzmessung überwacht werden, um im Fall von zu starker Patientenbewegung und/oder Spulenverschiebung die Messung abzubrechen. Überschreitet beispielsweise die Abweichung der IstPosition der aktiven Sendespule von der Soll-Position einen vorbestimmten Grenzwert, wird die Magnetresonanzmessung in S100 abgebrochen. Vorteilhafterweise kann dadurch die Patientensicherheit erhöht werden. Ansonsten endet die Magnetresonanzmessung in S110 planmäßig.
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Die Positionsermittlung der aktiven Sendespule in S20 und S90 zusammen mit der darauf basierenden Auswertung der Positionsdaten kann als eine erste Sicherheitsschale der Magnetresonanzuntersuchung des Patienten 15 aufgefasst werden. Die Messung der Überblicksdaten in S50 mit der aktiven Sendespule, der Zuordnung der in S60 bereitgestellten Absorptionsdaten in S70 zusammen mit der darauf basierenden SAR-Überwachung in S90 kann als eine zweite Sicherheitsschale der Magnetresonanzuntersuchung des Patienten 15 aufgefasst werden. Vorteilhafterweise sind diese Sicherheitsschalen unabhängig voneinander, so dass Patientensicherheit im klinischen Betrieb gewährleistet werden kann.
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Durch die Individualisierung der SAR-Überwachung in Abhängigkeit von der Anatomie des Körpers des Patienten 15, können Worst-Case-Aufschläge vermieden werden, so dass beispielsweise mehr Messschichten aufgenommen werden können und/oder die Messzeit reduziert werden kann. Vorteilhafterweise kann das vorgeschlagene Verfahren auch leicht in bestehende MR-Systeme nachgerüstet werden, beispielsweise durch Implementierung einer geeigneten Software und/oder Hardware, wie z.B. einer 3D-Kamera.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei der dargestellten Magnetresonanzvorrichtung lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20120256626 A1 [0005]
- US 8653818 B2 [0027]
