DE102022206848A1

DE102022206848A1 - Magnetresonanztomografiesystem und Verfahren zum Betreiben eines Magnetresonanztomografiesystems

Info

Publication number: DE102022206848A1
Application number: DE102022206848.3A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ritter
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2024-01-11
Also published as: US20240012079A1; CN117347930A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetresonanztomografiesystem, bei welchem die Magnetfeldeinheit durch eine digitale Nachbildung substituiert werden kann. An dieser digitalen Nachbildung können Ansteuersignale eines konventionellen Systems bereitgestellt werden. Die digitale Nachbildung der Magnetfeldeinheit gibt Ausgabesignale aus, welche in Ausgabesignale einer Hardware-Magnetfeldeinheit korrespondieren.

Description

Hintergrund
Bildgebende Diagnoseverfahren haben in der modernen Medizin eine große Bedeutung. Ein solches bildgebendes Diagnoseverfahren ist zum Beispiel die Magnetresonanztomografie oder Kernspintomografie (MRT, engl. Magnetic Resonance Imaging, MRI). Hierbei können Schnittbilder eines menschlichen oder tierischen Körpers erzeugt werden, was zum Beispiel eine Beurteilung der Organe und gegebenenfalls eine Diagnose krankhafte Organveränderungen ermöglicht.
Magnetresonanztomografiesysteme besitzen eine sehr hohe Komplexität. So ist beispielsweise für die Erzeugung und Auswertung der Magnetfelder eine Magnetfeldeinheit (engl. Field Generation Unit, FGU) erforderlich. Diese Magnetfeldeinheit ist einerseits sehr teuer und erfordert aufgrund ihrer Abmessungen einen relativ großen Platzbedarf. Daher stehen Magnetresonanztomografiesystems mit solchen Magnetfeldeinheiten nicht in beliebig großer Stückzahl zur Verfügung.
Neben Untersuchungen für einen Befund von realen Patienten werden die Magnetresonanztomografiesysteme auch zu Schulungszwecken, beispielsweise für die Aus- und Weiterbildung des Betriebspersonals, oder weitere Anwendungsfälle genutzt. Aufgrund der hohen Kosten und des Raumbedarfs von Magnetresonanztomografiesystemen muss daher in vielen Fällen ein und dasselbe Magnetresonanztomografiesystem für den Befund realer Patienten und für Schulungszwecke oder weitere Anwendungen verwendet werden.
Es ist daher wünschenswert, zu Schulungszwecken oder für zahlreiche weitere Anwendungen ein Magnetresonanztomografiesystem zu schaffen, welches kostengünstig, flexibel und mit möglichst geringem Raumbedarf realisiert werden kann. Insbesondere ist es wünschenswert, ein Magnetresonanztomografiesystem bereitstellen zu können, welches ohne eine treuere und komplexe Hardware-Magnetfeldeinheit die Funktionalitäten eines realen ein Magnetresonanztomografiesystem bereitstellen kann, oder gegebenenfalls sogar eine erweiterte Funktionalität bietet.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Magnetresonanztomografiesystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomografiesystems mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Magnetresonanztomografiesystem vorgesehen. Das Magnetresonanztomografiesystem umfasst mindestens eine Steuereinrichtung, eine Verarbeitungseinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. Die mindestens eine Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, Signale zur Steuerung einer Magnetfeldeinheit des Magnetresonanztomografiesystems zu generieren. Ferner ist die mindestens eine Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die generierten Signale zur Steuerung der Magnetfeldeinheit bereitzustellen. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu ausgelegt, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit von der mindestens einen Steuereinrichtung empfangen. Insbesondere ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt, unter Verwendung der empfangenen Signale Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit zu berechnen und die berechneten Ausgabesignale bereitzustellen. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, aus den von der Verarbeitungseinrichtung bereitgestellten Ausgabesignalen Bilddaten zu generieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomografiesystems vorgesehen. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Generieren von Signalen zur Ansteuerung einer Magnetfeldeinheit des Magnetresonanztomografiesystems. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Empfangen der bereitgestellten Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit durch eine Verarbeitungseinrichtung und einen Schritt zum Berechnen von Ausgabesignalen der Magnetfeldeinheit durch die Verarbeitungseinrichtung sowie zum Ausgeben der berechneten Ausgabesignale. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Generieren von Bilddaten unter Verwendung der durch die Verarbeitungseinrichtung ausgegebenen Ausgabesignale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Magnetfeldeinheit (engl. Field Generation Unit, FGU) eines Magnetresonanztomografiesystems aufgrund ihrer Komplexität und ihrer großen Abmessungen in der Regel mit Abstand die teuerste Komponente eines solchen Magnetresonanztomografiesystem darstellt. Der vorliegenden Erfindung liegt darüber hinaus die Erkenntnis zugrunde, dass außerhalb des Betriebs eines Magnetresonanztomografiesystems für den Befund von realen Patienten in vielen Fällen standardisierte Messszenarien vorteilhaft sein können.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Idee der vorliegenden Erfindung, anstelle der Hardware-Magnetfeldeinheit eines Magnetresonanztomografiesystems ein digitales Duplikat einzusetzen. Auf diese Weise kann ein Magnetresonanztomografiesystem geschaffen werden, welches auf der Benutzerseite Ein- und Ausgaben ermöglicht, die identisch mit den korrespondierenden Ein- und Ausgaben eines Systems mit einer Hardware-Magnetfeldeinheit ist. Ein Benutzer kann somit zu Übungs- oder Schulungszwecke ein solches System auf gleiche Weise bedienen und erhält dieselben Ausgaben, wie dies mit einem Magnetresonanztomografiesystem mit einer realen Magnetfeldeinheit der Fall wäre.
Als Magnetfeldeinheit (engl. Field Generation Unit, FGU) kann die Gesamtheit der Komponenten angesehen werden, welche für die Erzeugung der Magnetfelder und/oder den Empfang sowie die Aufbereitung der Magnetfelder vorgesehen sind. Die Magnetfeldeinheit kann beispielsweise eine Hauptmagnetspule, zum Beispiel in Form einer supraleitenden Spule, zur Erzeugung eines Hauptmagnetfelds umfassen. Entsprechend können auch ggf. die Komponenten zur Kühlung dieser supraleitenden Spule ebenfalls Teil der Magnetfeldeinheit sein. Durch diese Spule kann entlang einer Röhrenachse, ein Hauptmagnetfeld in der Röhre selbst induziert werden.
Ferner kann die Magnetfeldeinheit drei voneinander unabhängigen Gradientenspulen in X-, Y- oder Z-Richtung umfassen. Diese Gradientenspulen sind insbesondere für eine Ortskodierung bedeutsam. Ferner kann die Magnetfeldeinheit eine Senderspule umfassen, die als Hochfrequenzsender für die zur Bildgebung benötigten Hochfrequenzwellen dient. Weiterhin kann in der Magnetfeldeinheit eine Empfangsspule vorgesehen sein, die beispielsweise als sensibler Hochfrequenzempfänger dient.
Neben den genannten Spulen können durch die Magnetfeldeinheit darüber hinaus auch weitere Komponenten umfasst sein, die beispielsweise zur Ansteuerung der Spulen und/oder zur Auswertung der von den Spulen bereitgestellten Signale dienen können. Dies kann beispielsweise Treiberstufen zur Bereitstellung elektrischer Ströme an den Spulen für die Erzeugung der Magnetfelder umfassen. Darüber hinaus können in der Magnetfeldeinheit auch Steuerungskomponenten vorgesehen sein, wie sie im Zusammenhang mit der Erzeugung sowie Auswertung der Magnetfelder erforderlichen sein können. Es versteht sich jedoch, dass die Magnetfeldeinheit grundsätzlich neben den hier explizit genannten Komponenten auch beliebige weitere Komponenten umfassen kann, die in Zusammenhang mit der Erzeugung von Magnetfeldern und/oder dem Empfang sowie der Aufbereitung der Empfangssignale stehen.
Die Schnittstelle zwischen den konventionellen Komponenten des Magnetresonanztomografiesystems, wie beispielsweise der Bedienplatz zur Planung und Steuerung, sowie zur Anzeige und Ausgabe der Bilddaten, und der digital nachgebildeten Magnetfeldeinheit können dabei identisch zu korrespondierenden Schnittstellen mit einer realen Hardware-Magnetfeldeinheit ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die Verarbeitungseinrichtung, welche die Magnetfeldeinheit als virtuelle Magnetfeldeinheit nachbildet, verfügt über identische Schnittstellen wie eine reale Hardware-Magnetfeldeinheit. Auf diese Weise kann die virtuelle Magnetfeldeinheit in einfacher Weise in ein Magnetresonanztomografiesystem eingebunden werden. Für einen Benutzer bietet sich dabei eine vollkommen identische Arbeitsumgebung.
Auch kann durch eine solche Anordnung beispielsweise die Funktion der verbleibenden realen Hardwarekomponenten am Bedienplatz bis hin zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit, aber auch von der Ausgabe Schnittstelle der Magnetfeldeinheit bis hin zur Ausgabe der resultierenden Bilddaten beibehalten werden. Entsprechend können auch die verbleibenden Beteiligten Hardwarekomponenten durch eine solche Anordnung in einem Testumfeld überprüft und analysiert werden, ohne dass hierzu eine reale Hardware-Magnetfeldeinheit erforderlich ist. Somit ergibt sich auch beispielsweise für die Entwicklung und den Test von Magnetresonanztomografiesystemen ein Arbeitsumfeld, bei dem eine Vielzahl von Hardwarekomponenten genutzt, betrieben und getestet werden können, ohne dass auf eine teure reale Hardware-Magnetfeldeinheit zurückgegriffen werden muss.
Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße virtuelle Magnetfeldeinheit den Vorteil, dass auch die zu untersuchenden Objekte der virtuellen Magnetfeldeinheit als virtuelle Daten bereitgestellt werden können. Entsprechend können einerseits für die Entwicklung neuer Magnetresonanztomografiesysteme solche virtuellen Daten von zu untersuchenden Objekten in standardisierter und wiederholgenauer Form bereitgestellt werden, ohne dass hierzu reale Proben erforderlich sind. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, können hierzu beispielsweise messtechnisch erfasste Sequenzen an der Verarbeitungseinrichtung bereitgestellt werden. Darüber hinaus sind auch virtuelle, simulierte bzw. modellierte Untersuchungsobjekte möglich. Derartige simulierte bzw. modellierte Daten können einerseits zur Optimierung neuartiger Systeme genutzt werden. Darüber hinaus können solche Daten auch zu Trainings- oder Schulungszwecken genutzt werden, ohne dass hierfür reale Untersuchungsobjekte bereitgestellt werden müssen. Insbesondere im medizinischen Bereich können somit Untersuchungen nachgestellt werden, ohne dass hierzu reale Lebewesen, wie Menschen oder Tiere, erforderlich sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt, die Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit unter Verwendung einer Bloch-Simulation zu berechnen. Bei einer solchen Bloch-Simulation können die Magnetfelder der Magnetfeldeinheit auf Grundlage der sogenannten Bloch-Gleichung berechnet werden. Diese Bloch-Gleichung beschreibt die zeitliche Entwicklung eines Spinsystems im Magnetfeld. Auf diese Weise können die Magnetfelder in der Magnetfeldeinheit sehr gut nachgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Magnetresonanztomografiesystem eine Modellierungseinrichtung. Diese Modellierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, Modellierungsdaten einer virtuellen Probe für das Magnetresonanztomografiesystem bereitzustellen. Hierbei kann die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt sein, die Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit unter Verwendung der von der Modellierungseinrichtung bereitgestellten Modellierungsdaten zu generieren. Durch derartige Modellierungsdaten für eine virtuelle Probe können in dem Magnetresonanztomografiesystem Proben simuliert werden, ohne dass diese Proben in der Realität durch eine Hardware-Magnetfeldeinheit abgetastet werden müssen. Hierdurch können einerseits reproduzierbar die gleichen Probendaten mehrfach eingespeist werden. Darüber hinaus ist es durch einen solchen Ansatz für virtuelle Proben auch möglich, Probendaten zu generieren und bereitzustellen, welche in der Realität nicht oder nur sehr selten verfügbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Modellierungseinrichtung eine Speichereinrichtung. Diese Speichereinrichtung der Modellierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, zuvor gemessene oder berechnete Modellierungsdaten abzuspeichern. Die Modellierungseinrichtung kann hierbei dazu ausgelegt sein, die in der Speichereinrichtung gespeicherten Modellierungsdaten auszulesen und an der Verarbeitungseinrichtung bereitzustellen. Auf diese Weise können beispielsweise Modellierungsdaten von Proben bereitgestellt werden, welche zuvor real abgetastet wurden oder zuvor durch eine entsprechende Simulation oder Modellierung generiert worden sind. Die in der Speichereinrichtung der Modellierungseinrichtung gespeicherten Daten stehen hierbei dauerhaft zur Verfügung, sodass diese Modellierungsdaten bei Bedarf reproduzierbar in das System eingespeist werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Modellierungseinrichtung eine Recheneinrichtung. Diese Recheneinrichtung der Modellierungseinrichtung ist dazu ausgelegt, unter Verwendung von Benutzereingaben und/oder zuvor abgespeicherten Spezifikationen Modellierungsdaten zu berechnen. Diese Weise können bei Bedarf die gewünschten Modellierungsdaten durch die Modellierungseinrichtung automatisiert erzeugt und bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Modellierungsdaten Parameter oder charakteristische Eigenschaften von einem menschlichen oder tierischen Körper oder einem Organ. Diese Eigenschaften können beispielsweise Gewebeeigenschaften umfassen, welche in Zusammenhang mit einer Untersuchung in einem Magnetresonanztomografiesystem relevante sind. Neben statischen Eigenschaften können auch dynamische Eigenschaften, wie beispielsweise das Fließen einer Flüssigkeit während einer Untersuchung o. ä. spezifiziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt, die Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit in Echtzeit zu berechnen und bereitzustellen. Diese Weise kann durch die Verarbeitungseinrichtung eine Hardware-Magnetfeldeinheit nachgebildet werden, die sich im operativen Betrieb genauso verhält wie die korrespondierende entsprechende Hardware-Magnetfeldeinheit. Hierdurch entspricht das Betriebsverhalten eines derartigen Magnetresonanztomografiesystems einem entsprechenden System mit einer realen Hardware-Magnetfeldeinheit.
Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit an einer Ausgabeschnittstelle bereitzustellen, die einer Schnittstelle zu einer realen Magnetfeldeinheit eines Magnetresonanztomografiesystems entspricht. Hierbei kann die Verarbeitungseinrichtung eine korrespondierende Eingabeschnittstelle umfassen. Diese Eingangsschnittstelle ist dazu ausgelegt, die Signal zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit von der Ausgabeschnittstelle der mindestens eine Steuereinrichtung zu empfangen. Diese Weise entsprechen die Schnittstellen der Verarbeitungseinrichtung korrespondierenden Schnittstellen einer Hardware-Magnetfeldeinheit. Somit kann die durch die Verarbeitungseinrichtung nachgebildete virtuelle Magnetfeldeinheit auf einfache Weise in ein ansonsten konventionelles Magnetresonanztomografiesystem eingebunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinrichtung eine Ausgabeschnittstelle. Diese Ausgabeschnittstelle ist dazu ausgelegt, die von der Verarbeitungseinrichtung berechneten Ausgabesignale in Form von Ausgabesignalen einer realen Magnetfeldeinheit bereitzustellen. Hierdurch kann, analog zu den oben beschriebenen Schnittstellen auf der Eingangsseite der Magnetfeldeinheit auch auf der Ausgangsseite die Magnetfeldeinheit auf einfache Weise an ein konventionelles System angebunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit als digitale Daten zu empfangen und/oder die Ausgabesignale der Verarbeitungseinrichtung als digitale Daten auszugeben. Durch eine solche Kopplung der Verarbeitungseinrichtung mittels Schnittstellen, die die entsprechenden Daten in digitaler Form empfangen bzw. ausgeben ist eine besonders einfache Anbindung der Verarbeitungseinrichtung ohne aufwändige Signalumformung möglich.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit in Form von elektrischen und/oder optischen Signalen zu empfangen und/oder die Ausgabesignale der Verarbeitungseinrichtung in Form von elektrischen und/oder optischen auszugeben. Elektrische Signale können hierbei durch entsprechende Schnittstellen empfangen bzw. ausgegeben werden. Insbesondere können beispielsweise Analog-zu-Digital-Wandler bzw. Digital-zu-Analog-Wandler vorgesehen sein, um analoger Eingabe- oder Ausgabesignale zu empfangen bzw. auszugeben.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubildes zur Veranschaulichung eines Magnetresonanztomografiesystems gemäß einer Ausführungsform;
2: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds zur Veranschaulichung eines Magnetresonanztomografiesystems gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben eines Magnetresonanztomografiesystems gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines Magnetresonanztomografiesystems 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Magnetresonanztomografiesystem 1 kann beispielsweise einen oder mehrere Bedienplätze 10 umfassen. An diesen Bedienplätze 10 können beispielsweise Eingaben zur Planung und Durchführung einer Untersuchung mit dem Magnetresonanztomografiesystem 1 gemacht werden. Hierzu können an einem Bedienplatz 10 beispielsweise ein oder mehrere separate Eingabeabschnitte 11 vorgesehen sein. Ferner können an dem Bedienplatz 10 auch die Resultate der Untersuchung mit dem Magnetresonanztomografiesystem 1 ausgegeben werden. Hierzu können an dem Bedienplatz 10 ein oder mehrere Ausgabeabschnitte 12 vorgesehen sein. Da sich der grundlegende Aufbau dieses Bedienplatzes 10 nicht von dem Aufbau eines konventionellen Magnetresonanztomografiesystem 1 unterscheidet, wird hier auf eine weitergehende Erläuterung verzichtet.
Auf Grundlage der Eingaben, wie sie zum Beispiel an dem Bedienplatz 10 gemacht worden sind, kann daraufhin in einem konventionellen Magnetresonanztomografiesystem eine Magnetfeldeinheit angesteuert werden. Daraufhin stellt diese Magnetfeldeinheit Ausgabesignale bereit, aus denen Bilddaten des zu untersuchenden Objektes erstellt und an dem Bedienplatz 10, insbesondere an einem Ausgabeabschnitt 12, ausgegeben bzw. angezeigt werden können.
In gleicher Weise können auch in dem in 1 dargestellt Magnetresonanztomografiesystems 1 zunächst auf Grundlage der Benutzereingaben durch eine oder mehrere Steuereinheiten 20 Ansteuersignale für eine Magnetfeldeinheit generiert werden. Hierzu können beispielsweise die Daten einer geplanten Untersuchung von der Steuereinrichtung 20 empfangen werden. Auf Grundlage dieser Daten können daraufhin analoge und/oder digitale Signale zur Ansteuerung einer Magnetfeldeinheit erzeugt und ausgegeben werden.
Das Magnetresonanztomografiesystem 1 gemäß 1 unterscheidet sich hierbei von einem konventionellen Magnetresonanztomografiesystem dadurch, dass anstelle der realen Hardware-Magnetfeldeinheit eine Verarbeitungseinrichtung 30 zur digitalen Nachbildung einer solchen Magnetfeldeinheit vorgesehen ist. Diese Verarbeitungseinrichtung 30 zur digitalen Nachbildung einer Magnetfeldeinheit kann Eingabe- und Ausgabeschnittstellen aufweisen, welche zu den Eingabe- und Ausgabeschnittstellen einer realen Hardware-Magnetfeldeinheit korrespondieren. Somit kann die Verarbeitungseinrichtung 30 auf einfache Weise anstelle einer Hardware-Magnetfeldeinheit in ein ansonsten konventionelles Magnetresonanztomografiesystem eingebunden werden.
Die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 20 und der Verarbeitungseinrichtung 30 kann beispielsweise über digitale Datenverbindungen erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, elektrische oder gegebenenfalls optische Signale zwischen der Steuereinrichtung 20 und der Verarbeitungseinrichtung 30 auszutauschen. In diesem Fall können in der Verarbeitungseinrichtung 30 entsprechende Komponenten vorgesehen sein, um die von der Steuereinrichtung 20 bereitgestellten Signale zu empfangen und in digitale Daten zur Weiterverarbeitung zu konvertieren. Hierzu können beispielsweise für analoge elektrische Signale Analog-zu-digital-Wandler o. ä. vorgesehen sein.
Auf gleiche Weise kann die Verarbeitungseinrichtung 30 Ausgabesignale bzw. Ausgabedaten an einer Auswerteeinrichtung 50 bereitstellen. Auch hierbei können beispielsweise digitale Daten zwischen der Verarbeitungseinrichtung 30 und der Auswerteeinrichtung 50 ausgetauscht werden. Zusätzlich oder alternativ können die Verarbeitungseinrichtung 30 und die Auswerteeinrichtung 50 optische und/oder elektrische Signale miteinander austauschen. Sollen an der Auswerteeinrichtung 50 beispielsweise analoge elektrische Signale bereitgestellt werden, so können hierzu in der Verarbeitungseinrichtung 30 auch entsprechende Komponenten, wie beispielsweise Digital-zu-Analog-Wandler o. ä., vorgesehen sein.
Die von der Auswerteeinrichtung 50 empfangenen Daten und/oder Signale können daraufhin von der Auswerteeinrichtung 50 verarbeitet werden, um hieraus Bilddaten zu generieren. Dies Bilddaten können daraufhin an dem Bedienplatz 10 ausgegeben bzw. angezeigt werden.
Auf diese Weise wird ein Magnetresonanztomografiesystem 1 bereitgestellt, welches einem Benutzer die Funktionalität eines realistischen Magnetresonanztomografiesystems bietet. Hierbei kann jedoch durch die Verwendung der Verarbeitungseinrichtung 30 zur Nachbildung einer Magnetfeldeinheit auf eine reale Hardware-Magnetfeldeinheit verzichtet werden.
Solche Systeme bei welchen anstelle einer realen Hardware-Magnetfeldeinheit eine virtuelle Magnetfeldeinheit in Form einer Verarbeitungseinrichtung 30 vorgesehen ist, eignen sich beispielsweise dazu, Magnetresonanztomografiesysteme nachzubilden und dabei die Komponenten eines solchen Magnetresonanztomografiesystems zu testen und/oder zu überprüfen, ohne dabei auf eine komplexe und teurere Magnetfeldeinheit zurückgreifen zu müssen. Somit können die Komponenten vom Bedienplatz, über die Baugruppen zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit sowie zur Auswertung der Ausgabesignale von der Magnetfeldeinheit bis hin zur Ausgabe auf einfache und kostengünstige Weise getestet und überprüft werden.
Darüber hinaus können derartige Systeme mit einer virtuellen Magnetfeldeinheit in Form der Verarbeitungseinrichtung 30 auch für kostengünstige Trainings- und Schulungssysteme o. ä. genutzt werden, da hierbei auf die mit Abstand teuerste Komponente, nämlich die Magnetfeldeinheit, verzichtet werden kann, wobei ein vollkommen identisches und somit authentisches Umfeld für die Benutzer bereitgestellt werden kann.
Das Betriebs- und Systemverhalten der durch die Verarbeitungseinrichtung 30 nachgebildeten Magnetfeldeinheit kann beispielsweise unter Verwendung einer sogenannten Bloch-Simulation berechnet werden. Die einer solchen Bloch-Simulation zugrundeliegende Block-Gleichung beschreibt die zeitliche Entwicklung eines Spinsystems im Magnetfeld. Da diese zugrundeliegende Bloch-Gleichung in ihrer Grundform aus der Literatur bekannt ist, wird an dieser Stelle auf eine detailliertere Ausführung hierzu verzichtet.
Gegebenenfalls können auch zuvor abgespeicherte messtechnisch erfasste Daten, Messsequenzen o. ä. für die Ermittlung der Ausgangssignale der Verarbeitungseinrichtung 30 genutzt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch zuvor ermittelte Modellierungen oder Simulationsergebnisse in einem Speicher der Verarbeitungseinrichtung 30 abgespeichert werden und diese abgespeicherten Daten für die Erzeugung der Ausgabesignale der Verarbeitungseinrichtung 30 genutzt werden.
Die Verarbeitungseinrichtung 30 kann darüber hinaus die Ausgabesignale auch unter Verwendung von Daten für virtuelle Proben generieren. Hierzu können derartige Daten von virtuellen Proben von einer Modellierungseinrichtung 40 an der Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt werden.
Beispielsweise können in einem Speicher 41 der Modellierungseinrichtung 40 Daten von zuvor messtechnisch analysierten Proben abgespeichert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, Daten von zuvor modellierten bzw. simulierten Proben in einem solchen Speicher 41 der Modellierungseinrichtung 40 abzuspeichern und bei Bedarf in geeigneter Form der Verarbeitungseinrichtung 30 bereitzustellen.
Ferner kann in der Modellierungseinrichtung 40 eine Recheneinrichtung 42 vorgesehen sein, welche Modellierungsdaten auf Grundlage von Spezifikationen, wie beispielsweise Benutzereingaben oder ähnlichem bei Bedarf berechnet. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, Untersuchungen auf Grundlage von virtuellen Proben durchzuführen. Insbesondere können auf diese Weise auch virtuelle Proben erstellt werden, ohne hierzu auf Messungen an realen Objekten oder Lebewesen zurückgreifen zu müssen.
Auf diese Weise ist es möglich, mittels der Verarbeitungseinrichtung 30 und der hierbei zur Verfügung gestellten virtuellen Proben mehrere Scans an einer identischen virtuellen Probe auszuführen. Hierbei kann beispielsweise die von einem Benutzer vorgegebene Parametrisierung variiert werden. Somit kann der Benutzer die Einflüsse seiner gewählten Parametrisierung auf einfache Weise an einem identischen virtuellen Untersuchungsobjekt erlernen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, durch die Modellierungseinrichtung 40 virtuelle Proben zu generieren, welche in dieser Weise in der Realität nicht oder nur selten vorkommen. Durch das Erstellen einer virtuellen Probe, deren Daten der Verarbeitungseinrichtung 30 durch die Modellierungseinrichtung 40 bereitgestellt werden, können damit auch Untersuchungen an solchen Daten durchgeführt und erlernt werden. Auch ein Nachbilden von rein theoretischen Proben ist auf diese Weise möglich.
Bei den Daten für die virtuellen Proben, welche durch die Modellierungseinrichtung 40 bereitgestellt werden, kann es sich neben rein statischen Proben auch um virtuelle Proben mit einem dynamischen Verhalten handeln. Beispielsweise kann in den virtuellen Proben auch eine Bewegung, beispielsweise das Fließen einer Flüssigkeit, zum Beispiel Blut oder ähnlichem, nachgebildet werden.
Neben dem Bereitstellen von lokal gespeicherten Modellierungsdaten aus realen oder modellierten Proben sowie dem lokalen Berechnen von Modellierungsdaten ist es darüber hinaus auch möglich, Modellierungsdaten von einem entfernten Server, beispielsweise einer Cloud oder ähnlichem zu empfangen und diese an der Verarbeitungseinrichtung 30 bereitzustellen.
Hierzu kann beispielsweise in der Modellierungseinrichtung 40 eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle zum Datenaustausch mit einem entfernten Server vorgesehen sein.
Der Empfang der Ansteuersignale und das Berechnen sowie Ausgeben der Ausgabesignale durch die Verarbeitungseinrichtung 30 erfolgt vorzugsweise in Echtzeit. Mit anderen Worten, die Verarbeitungseinrichtung 30 stellt die Ausgabesignale einer virtuellen Magnetfeldeinheit mit einem gleichen Zeitverhalten bereit, wie diese durch eine reale Hardware-Magnetfeldeinheit der Fall wäre. Auf diese Weise kann somit sowohl das Signalverhalten als auch das Timingsverhalten eines realen Systems identisch nachgebildet werden. Einem Benutzer stellt sich ein solches System daher auf gleiche Weise dar, wie ein reales System mit einer als Hardware ausgeführten Magnetfeldeinheit.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubildes eines Magnetresonanztomografiesystems 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Magnetresonanztomografiesystem 1 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass hierbei sowohl eine Hardware-Magnetfeldeinheit 31, als auch eine Verarbeitungseinrichtung 30 zur Nachbildung einer virtuellen Magnetfeldeinheit vorgesehen ist. Entsprechend kann ja nach Anwendungsfall zwischen der Hardware-Magnetfeldeinheit 31 und der Verarbeitungseinrichtung 30 bei einem ansonsten gleichen Systemaufbau gewechselt werden. Somit kann ein solches System beispielsweise zur Untersuchung von realen Proben unter Nutzung der Hardware-Magnetfeldeinheit 31 genutzt werden.
Alternativ kann auf die Verarbeitungseinrichtung 30 anstelle der Hardware-Magnetfeldeinheit 31 gewechselt werden. Hierdurch können beispielsweise virtuelle Proben durch die Modellierungseinrichtung 40 eingespeist werden.
Ein Benutzer kann somit beispielsweise an seinem gewohnten Arbeitsplatz das Systemverhalten durch die Verwendung der Verarbeitungseinrichtung 30 und die Nutzung von virtuellen Proben das Systemverhalten erlernen oder trainieren, oder gegebenenfalls auch zukünftig Untersuchungen auf Grundlage der virtuellen Proben planen. Hierbei können beispielsweise zunächst verschiedene Messsequenzen auf Grundlage von virtuellen Proben getestet werden, bevor eine Untersuchung an einem realen Objekt, insbesondere einem Lebewesen erfolgt.
Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Anwendungen zur Nutzung der Verarbeitungseinrichtung 30 als virtuelle Magnetfeldeinheit möglich. Ebenso können auch die virtuellen Proben für beliebige Anwendungsfälle genutzt werden.
Für die Erstellung virtueller Proben durch die Modellierungseinrichtung 40 sind grundsätzlich beliebige geeignete Ansätze möglich. Wie bereits ausgeführt, können beispielsweise zuvor messtechnisch erfasste Daten als Grundlage herangezogen werden. Ebenso sind beispielsweise Daten aus zuvor durchgeführten Simulationen oder Modellierung für virtuelle Modelle möglich. Darüber hinaus sind auch beliebige geeignete Kombinationen aus zuvor ermittelten realen Messwerten und errechneten Modellierungen enthalten möglich.
Insbesondere können beispielsweise auch von einem Benutzer vorgegebene Eigenschaften für eine Probe spezifiziert werden. Daraufhin kann die Modellierungseinrichtung 40 auf Grundlage dieser Spezifikationen eine entsprechende Modellierung einer virtuellen Probe erstellen und die hierzu korrespondierenden Daten an der Verarbeitungseinrichtung 30 bereitstellen.
Ferner ist es auch möglich, dass ein Benutzer zuvor manuell, automatisiert oder teilautomatisiert ein Modell für eine zu analysierende Probe erstellt und diese Modelldaten der Modellierungseinrichtung 40 bereitstellt. Somit können auch spezielle benutzerspezifische und individuelle virtuelle Proben durch das Magnetresonanztomografiesystem 1 verarbeitet werden.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomografiesystems 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Grundsätzlich kann das Verfahren beliebige Verfahren Schritte umfassen, wie sie Realisierung des zuvor beschriebenen Magnetresonanztomografiesystems 1 erforderlich sind. Analog kann auch das zuvor beschriebene Magnetresonanztomografiesystem 1 beliebige Komponenten aufweisen, wie sie zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens notwendig sind.
In einem Bereitstellungsschritt S1 werden von einer oder mehrerer Steuereinrichtungen 20 Signale zur Ansteuerung einer Magnetfeldeinheit eines Magnetresonanztomografiesystems generiert und die generierten Signale daraufhin bereitgestellt.
In einem Verarbeitungsschritt S2 werden diese Signale von einer Verarbeitungseinrichtung 30 empfangen. In einem weiteren Schritt S3 werden darauf hin unter Verwendung der empfangenen Signale Ausgabesignale einer Magnetfeldeinheit berechnet. Die berechneten Ausgabesignale können einer Auswerteeinrichtung 50 bereitgestellt werden.
In einem Auswerteschritt S4 werden schließlich die von der Verarbeitungseinrichtung bereitgestellten Ausgabesignale verarbeitet und hieraus Bilddaten generiert. Die Bilddaten können einem Benutzer angezeigt oder auf beliebige andere Weise ausgegeben werden.
Zur Verarbeitung der Ansteuersignale in der Verarbeitungseinrichtung 30 können der Verarbeitungseinrichtung 30 weiterhin Modelldaten von virtuellen Proben bereitgestellt werden. Diese Modelldaten können beispielsweise auf zuvor messtechnisch erfassten realen Daten basieren. Zusätzlich oder alternativ können auch Modellierung oder Simulationsergebnisse zur Modellierung von virtuellen Proben an der Verarbeitungseinrichtung 30 bereitgestellt werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Magnetresonanztomografiesystem, bei welchem die Magnetfeldeinheit (engl. Field Generation Unit, FGU) durch eine digitale Nachbildung substituiert werden kann. An dieser digitalen Nachbildung können Ansteuersignale eines konventionellen Systems bereitgestellt werden. Die digitale Nachbildung der Magnetfeldeinheit gibt Ausgabesignale aus, welche in Ausgabesignale einer Hardware-Magnetfeldeinheit korrespondieren.

Claims

Magnetresonanztomografiesystem (1), mit: mindestens einer Steuereinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, Signale zur Ansteuerung einer Magnetfeldeinheit des Magnetresonanztomografiesystems (1) zu generieren und die generierten Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit bereitzustellen; einer Verarbeitungseinrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit von der mindestens einen Steuereinrichtung (20) zu empfangen und unter Verwendung der empfangenen Signale Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit zu berechnen und bereitzustellen; und einer Auswerteeinrichtung (50), die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung der von der Verarbeitungseinrichtung (30) bereitgestellten Ausgabesignale Bilddaten zu generieren.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit unter Verwendung einer Bloch-Simulation zu berechnen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Modellierungseinrichtung (40), die dazu ausgelegt ist, Modellierungsdaten einer virtuellen Probe für das Magnetresonanztomografiesystem (1) bereitzustellen, wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, die Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit unter Verwendung der von der Modellierungseinrichtung (40) bereitgestellten Modellierungsdaten zu generieren.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach Anspruch 3, wobei die Modellierungseinrichtung (40) eine Speichereinrichtung (41) umfasst, die dazu ausgelegt ist, zuvor gemessene oder berechnete Modellierungsdaten abzuspeichern, wobei die Modellierungseinrichtung (40) dazu ausgelegt ist, die in der Speichereinrichtung (41) gespeicherten Modellierungsdaten auszulesen und an der Verarbeitungseinrichtung (30) bereitzustellen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Modellierungseinrichtung (40) eine Recheneinrichtung (42) umfasst, die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung von Benutzereingaben und/oder zuvor abgespeicherten Spezifikationen Modellierungsdaten zu berechnen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Modellierungsdaten Parameter oder charakteristische Eigenschaften von einem menschlichen oder tierischen Körper oder Organ umfassen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, die Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit in Echtzeit zu berechnen und bereitzustellen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit an einer Ausgabeschnittstelle für eine reale Magnetfeldeinheit eines Magnetresonanztomografiesystems bereitzustellen, und wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) eine Eingabeschnittstelle umfasst, der dazu ausgelegt ist, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit von der Ausgabeschnittstelle der mindestens eine Steuereinrichtung zu empfangen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) eine Ausgabeschnittstelle umfasst, die dazu ausgelegt ist, die von der Verarbeitungseinrichtung berechneten Ausgabesignale in Form von Ausgabesignalen einer realen Magnetfeldeinheit bereitzustellen.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit als digitale Daten zu empfangen und/oder die Ausgabesignale der Verarbeitungseinrichtung als digitale Daten auszugeben.
Magnetresonanztomografiesystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Verarbeitungseinrichtung (30) dazu ausgelegt ist, die Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit in Form von elektrischen und/oder optischen Signalen zu empfangen und/oder die Ausgabesignale der Verarbeitungseinrichtung in Form von elektrischen und/oder optischen auszugeben.
Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomografiesystems (1), mit den Schritten: Generieren (S1) von Signalen zur Ansteuerung einer Magnetfeldeinheit des Magnetresonanztomografiesystems (1); Empfangen (S2) der bereitgestellten Signale zur Ansteuerung der Magnetfeldeinheit durch eine Verarbeitungseinrichtung (30) ; Berechnen (S3) von Ausgabesignalen der Magnetfeldeinheit durch die Verarbeitungseinrichtung (30) und Ausgeben der berechneten Ausgabesignale; und Generieren (S4) von Bilddaten unter Verwendung der durch die Verarbeitungseinrichtung ausgegebenen Ausgabesignale.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Berechnen der Ausgabesignale der Magnetfeldeinheit ferner unter Verwendung von Modelldaten einer virtuellen Probe ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Verfahren in Echtzeit ausgeführt wird.