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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kernspintomographie
(Synonym: Magnetresonanztomographie -MRT) wie sie in der Medizin
zur Untersuchung von Patienten Anwendung findet. Dabei bezieht sich
die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Verfahren zur Echtzeit-gesteuerten
Optimierung der Magnetresonanz-Bildgebung unter Berücksichtigung
von Geräte-
und Patienten-spezifischen Grenzwerten.
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Die
MRT basiert auf dem physikalischen Phänomen der Kernspinresonanz
und wird als bildgebendes Verfahren seit über 15 Jahren in der Medizin
und in der Biophysik erfolgreich eingesetzt. Bei dieser Untersuchungsmethode
wird das Objekt einem starken, konstantem Magnetfeld ausgesetzt. Dadurch
richten sich die Kernspins der Atome in dem Objekt, welche vorher
regellos orientiert waren, aus. Hochfrequenzwellen können nun
diese "geordneten" Kernspins zu einer
bestimmten Schwingung anregen. Diese Schwingung erzeugt in der MRT
das eigentliche Meßsignal,
welches mittels geeigneter Empfangsspulen aufgenommen wird. Durch
den Einsatz inhomogener Magnetfelder, erzeugt durch Gradientenspulen,
kann dabei das Messobjekt in alle drei Raumrichtungen räumlich kodiert
werden. Das Verfahren erlaubt eine freie Wahl der abzubildenden Schicht,
wodurch Schnittbilder des menschlichen Körpers in alle Richtungen aufgenommen
werden können.
Die MRT als Schnittbildverfahren in der medizinischen Diagnostik,
zeichnet sich in erster Linie als „nicht-invasive" Untersuchungsmethode
durch ein vielseitiges Kontrastvermögen aus. Dabei hat sich die
MRT zu einem der Röntgen-Computertomographie
(CT) vielfach überlegenen
Verfahren entwickelt.
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In
der Regel beginnt man bei einer MRT-Messung mit der Wahl einer bestimmten
Bildgebungssequenz (z.B. Turbo-Spin-Echo TSE, Half-Fourier-Acquired-Single-Shot-Turbo-Spin-Echo HASTE
usw.) und der Festlegung der die Sequenz charakterisierenden Parameter
(z.B. Auflösung, Meßfeldgröße Field-Of-View
FOV, Schichtanzahl, Repetitionszeit TR, Echozeit TE, Flipwinkel α, Breite der
HF-Anregungspulse etc.). Die Parameter der jeweiligen Bildgebungssequenz
(auch als "Messprotokoll" bezeichnet) werden
von einer entsprechenden Software vorgeschlagen, können aber
auch über eine
Benutzerschnittstelle, die mit der Systemsteuerung bzw. dem Anlagenrechner
(siehe nachfolgende Beschreibung von 1)
verbunden ist, vom Benutzer eingegeben bzw. geändert werden. Normalerweise
weist die auf einem Bildschirm als Bildschirm-Maske ausgestaltete
Benutzerschnittstelle Fenster auf, in welche die Zahlenwerte der
jeweiligen Parameter über
eine Tastatur angezeigt bzw. eingegeben werden. Falls ein solches
Fenster einen virtuellen Schieber besitzt, kann der Zahlenwert über diesen üblicherweise
mit der Maus eingestellt werden.
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Generell
unterliegen MR-Bildgebungssequenzen aufgrund physikalisch-technischer
Bedingungen unterschiedlichen Einschränkungen, weshalb ein durch
entsprechende Parameter geplantes Meßprotokoll unter Umständen nicht
gefahren werden kann. Allgemein sind dies
- a)
eine beschränkte
Leistungsfähigkeit
des HF-Senders,
- b) eine beschränkte
Leistungsfähigkeit
des jeweiligen Gradientenverstärkers,
- c) eine Beschränkung
der unter Umständen schmerzhafte
Stimulationen hervorrufenden Gradientenänderungsraten sowie
- d) eine beschränkte
spezifische Absorptionsrate (SAR) des zu untersuchenden Patienten.
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Insbesondere
bei Spin-Echo- bzw. Multi-Echo-refokussierten MR-Sequenzen (TSE,
HASTE, etc.) sind die Einschränkungen
a) und d) besonders kritisch.
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Die
Struktur einer solchen TSE-Sequenz ist schematisch in 2a gezeigt. Anregung, Refokussierung,
Frequenz- und Phasenkodierung erfolgen wie bei einer gewöhnlichen
Spin-Echo-Sequenz.
Der Unterschied besteht darin, dass die Phasenkodierung nach dem
ausgelesenen Echo refokussiert wird und nach jedem weiteren 180°-Puls ein
neuer Phasenkodierschritt zur Anwendung kommt. Pro Anregung durch
einen 90°-HF-Anregungspuls werden
somit mehrere phasenkodierte Echos gemessen. Die Anzahl der verwendeten
Echos ist dabei direkt proportional zur Messzeitverkürzung. Wird
die TSE-Technik mit der Half-Fourier-Technik kombiniert, so spricht
man von einer HRSTE-Sequenz.
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Während bei
beiden erwähnten
Sequenzen (TSE, HASTE) der 90°-Anregungspuls einen
verhältnismäßig geringen
Anteil an der HF-Energie-Einstrahlung in den Patienten hat, bedeutet
jeder 180°-Refokussierpuls
eine deutliche Mehrbelastung an absorbierter HF-Strahlung im Patienten.
Die zulässige
SAR kann somit "leicht" im Sinne von "schnell" überschritten werden. Ebenso
kann die Leistungsfähigkeit
des HF-Senders bei zu hohem Energieeintrag bzw. bei zu kurzer Echozeit über seine
Grenzen überbeansprucht
werden.
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Um
die jeweilige MRT-Messung dennoch durchführen zu können, müssen hinsichtlich der Messparameter
Kompromisse eingegangen werden, die teilweise sogar die Bildqualität beeinträchtigen. Die
Problematik verschärft
sich, je höher
die (Gradienten- und/oder
HF-) Feldstärken
sind.
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Im
Stand der Technik wird vor der eigentlichen Messung durch eine geeignete
Software versucht, abzuschätzen,
ob mit der definierten Sequenz die Beschränkungen überschritten und daher verletzt werden
(engl.: Look-Ahead-Algorithm). Ist eine Verletzung gegeben, so wird über eine
Anpassung bzw. Variation der Messparameter, die dem Benutzer beispielsweise
in ei nem Pop-up-Fenster angezeigt wird, versucht, innerhalb des
erlaubten Bereichs zu gelangen.
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Gängige Parameter-Änderungen
bzgl. SAR-Grenzen sind:
- – Erhöhung der Repetitionszeit,
- – Erzwingen
von Meßpausen
zwischen den Sequenzdurchgängen,
- – Reduzierung
der Anzahl der Schichten,
- – Reduzierung
der Flip-Winkel der Refokussierungspulse sowie
- – Verlängerung
der Dauer der HF-Anregungspulse.
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Nachteilig
ist, dass derartige Maßnahmen
zu einer Verlängerung
der effektiven Meßzeit
führen, wodurch
aufgrund der (gleichbleibenden) Relaxation die Bildqualität beeinträchtigt wird.
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Weiterhin
nachteilig ist auch die Tatsache, dass bei Echtzeit-Messungen (Real-time-Messungen)
derartige Abschätzungen
nicht exakt genug sind um zu garantieren, dass während der Messung die Beschränkungen
nicht doch verletzt werden. Realtime-Messungen sind beispielsweise
Messungen die durch anatomische Ereignisse (z.B. Herzkontraktionszustand,
Zwerchfellposition, etc.) mittels EKG-Messung, Atmungsgürtel, Navigatorstab-Messung
etc. getriggert werden. Der genaue Verlauf derartiger Messungen
ist generell nicht abzusehen. Es kann passieren, dass in einem gegebenen
Zeitfenster eine erhöhte
Anzahl an Anregungs- bzw. Refokussier-Pulsen geschaltet wird, wodurch
der Grenzwert der SAR bzw. der Grenzwert des HF-Senders überschritten wird. Nicht zuletzt
deshalb werden im Stand der Technik Software- (SW-) und Hardware-
(HW-) Komponenten eingesetzt um die Einhaltung der Beschränkungen
während
der Messung (engl.: online) zu überwachen
und im Falle einer Überschreitung
die Messung abzubrechen, um das System insbesondere aber den Patienten
zu schützen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren bereitzustellen
welches die Beschränkungen
in Echtzeit überwacht
und – bevor
es zu einem Überschreiten
kommt – die
Mes sung derart modifiziert, dass es zu keinem Meßabbruch kommt und eine Messdatenakquisition
bei gleichbleibender Bildqualität
erfolgen kann.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise weiter.
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Es
wird erfindungsgemäß ein Verfahren
beansprucht zur optimierten Magnetresonanzbildgebung unter Berücksichtigung
von Geräte-
und Patienten-spezifischen Grenzwerten, aufweisend die folgenden
Schritte
- – Laden
einer Meßsoftware
in den Anlagenrechner,
- – Abschätzen mittels
einer Überwachungssoftware
ob mit einer durch den Benutzer vorgenommenen Konfiguration der
Meßsoftware
bei der nachfolgenden Messung Grenzwerte kritischer Größen überschritten
werden können,
- – Starten
der Messung bei positivem Ergebnis der Abschätzung,
- – Berechnen
einer Zeitscheibe für
die Messung durch die Meßsoftware
unter Berücksichtigung von
aktuellen Werten der kritischen Größen,
- – Senden
der Zeitscheibe
- – Wiederholen
der Schritte Berechnen und Senden einer Zeitscheibe bis die Messung
beendet ist. Erfindungsgemäß werden
die letzten drei genannten Schritte in Echtzeit durchgeführt.
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Die
kritischen Größen sind
Geräte-
und/oder Patientenspezifisch.
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Erfindungsgemäß werden
die aktuellen Werte der kritischen Größen durch die Überwachungssoftware
der Meßsoftware
in Echtzeit übermittelt.
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Vorteilhafterweise
werden der Meßsoftware eine
Anzahl alternativer zu berechnender Zeitscheiben bereitgestellt.
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Ein
Algorithmus trifft erfindungsgemäß auf Basis
der aktuellen Werte der kritischen Größen aus den alternativen Zeitscheiben
eine Auswahl vorteilhaft in der Weise, dass durch Senden und Abarbeiten der
ausgewählten
Zeitscheibe kein Grenzwert der kritischen Größen überschritten wird.
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Dabei
besteht eine alternative Zeitscheibe in einer ersten möglichen
Ausführungsform
ausschließlich
aus dem HF-Anregungspuls.
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In
einer zweiten möglichen
Ausführungsform weist
eine alternative Zeitscheibe keinerlei Pulse auf.
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Zur
Sicherheit des Patienten sowie des Systems ermittelt vor und während dem
Senden jeder Zeitscheibe die Überwachungssoftware
die kritischen Größen und
bricht bei Überschreitung
der erlaubten Grenzwerte die Messung ab.
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Dies
ist ebenso durch eine Überwachungshardware
möglich,
die vor und während
dem Senden jeder Zeitscheibe die kritischen Größen ermittelt und bei Überschreitung
der erlaubten Grenzwerte die Messung abbricht.
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Ferner
wird ein Kernspintomographiegerät beansprucht
mit einem Anlagenrechner und einer Sequenzsteuerung sowie Meß- und Steuereinheiten welche
die Durchführung
des Verfahrens nach den Ansprüchen
1 bis 9 ermöglichen.
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Des
weiteren wird ein Computersoftwareprodukt beansprucht, welches ein
Verfahren nach den Ansprüchen
1 bis 9 implementiert, wenn es auf einer mit einem Kernspintomographiegerät verbundenen Recheneinrichtung
läuft.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf
die begleitenden Abbildungen näher
erläutert.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung eines erfindungsgemäßen Kernspintomographiegerätes,
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2a zeigt schematisch eine
mögliche Zeitscheibe
einer ersten Alternative A1 in Form einer TSE-Sequenz,
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2b zeigt schematisch eine
das System weniger belastende mögliche
Zeitscheibe einer zweiten Alternative A2,
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3 zeigt schematisch den
konventionellen Ablauf einer MRT-Messung im Flußdiagramm,
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4 zeigt schematisch den
erfindungsgemäßen Schritt
der im Schritt S10 des konventionellen Ablaufs implementiert ist,
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5a zeigt schematisch das
zeitliche Übertragungs-Verhalten der Software
auf die Hardware nach dem Stand der Technik, und
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5b zeigt schematisch das
zeitliche Übertragungs-Verhalten der Software
auf die Hardware in Echt-Zeit
gemäß dem Stand
der Technik.
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1 zeigt eine schematische
Darstellung eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegerätes zur
Erzeugung eines Kernspinbildes eines Objektes gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Aufbau des Kernspintomographiegerätes entspricht dabei dem Aufbau
eines herkömmlichen Tomographiegerätes. Ein
Grundfeldmagnet 1 erzeugt ein zeitlich konstantes starkes
Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins im Untersuchungsbereich
eines Objektes, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen
Körpers.
Die für
die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfeldes
ist in einem z.B. kugelförmigen
Meßvolumen
M definiert, in das die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers eingebracht
werden. Zur Unterstützung
der Homogenitätsanforderungen
und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden
an geeigneter Stelle sogenannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem
Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert,
die durch eine Shim-Stromversorgung 15 angesteuert werden.
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In
den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt,
das aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von
einem Verstärker 14 mit
Strom zur Erzeugung eines linearen Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung
des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung
des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten
Gx in x-Richtung, die zweite Teilwicklung
einen Gradienten Gy in y-Richtung und die
dritte Teilwicklung einen Gradienten Gz in
z-Richtung. Jeder Verstärker 14 umfaßt einen
Digital-Analog-Wandler, der von einer Sequenzsteuerung 18 zum
zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
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Innerhalb
des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine Hochfrequenzantenne 4,
die die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse
in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung
der Kernspins des zu untersuchenden Objektes bzw. des zu untersuchenden
Bereiches des Objektes umsetzt. Die Hochfrequenzantenne 4 besteht
aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen,
möglicherweise
bestehend aus einer Anordnung von Komponentenspulen (allgemeine
Bezeichnung "Coil
Arrays" oder auch "Phased Array Coils"). Von den HF-Empfangsspulen
der Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden
Kernspins ausgehende Wechselfeld, d.h. in der Regel die von einer
Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem
oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale,
in eine Spannung umgesetzt, die über einen
Verstärker 7 einem
Hochfre quenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird.
Das Hochfrequenzsystem 22 umfaßt weiterhin einen Sendekanal 9,
in dem die Hochfrequenzpulse für
die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei
werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagenrechner 20 vorgegebenen
Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge
komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und
als Imaginäranteil über jeweils
einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von
diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden
die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal
aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins
im Meßvolumen
entspricht.
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Die
Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine
Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespule der Hochfrequenzantenne 4 strahlt
die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Meßvolumen
M ein und tastet resultierende Echosignale über die HF-Empfangsspulen ab.
Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8 des
Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich demoduliert und über einen
jeweiligen Analog-Digital-Wandler in Realteil und Imaginärteil des
Meßsignals
umgesetzt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen
Meßdaten
ein Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Meßdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme
erfolgt über
den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert
die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten
Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere
steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige
Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit
definierter Phase und Amplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale.
Die Zeitbasis für
das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird
von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl
entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines Kernspinbildes
sowie die Darstellung des erzeugten Kernspinbildes erfolgt über ein
Terminal 21, das eine Tastatur sowie einen oder mehrere
Bildschirme umfaßt.
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Wie
bereits anfangs erläutert
sind gewisse Komponenten (wie z.B. die Gradientenverstärker 14 der
Gradientenspulen, der HF-Resonator 4 und der ADC) durch
ihre begrenzte Leistungsfähigkeit
physikalisch-technischen Beschränkungen
unterworfenen. Weitere Beschränkungen
der HF-Einstrahlung und/oder der Gradienten-Änderungsrate (Gradienten-Slewrate)
sind z.B. durch Patienten-spezifische Grenzwerte (wie z.B. die Spezifische-Absorptions-Rate
SAR und/oder die Gradientenstimulation) gegeben.
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Aus
diesem Grund wird nach dem Stand der Technik bereits im Vorfeld,
d.h. bei der Vorbereitung der jeweiligen Messung, vom MRT-System überprüft, ob eine
Grenzwertüberschreitung
wahrscheinlich ist und mittels Überwachungs-Software
und/oder -Hardware während
der Messung eine Überwachung
vorgenommen welche gegebenenfalls die Messung abbricht. Dieses Verfahren – auf dem
die vorliegende Erfindung aufsetzt – soll nun anhand des Flußdiagramms
in 3 ausführlich beschrieben
werden:
Das Verfahren beginnt mit Schritt S1 in dem der Benutzer
aus einer Softwarebibliothek eine Meß-Sequenz-Dynamic-Link-Library (MS-DLL)
auswählt,
die auf dem Anlagenrechner 20 in Verbindung mit der Sequenzsteuerung 18 eine
gewünschte
Meßsequenz
(beispielsweise eine Turbo-Spin-Echo-Sequenz TSE oder ähnliche
Meßsequenzen)
realisiert. Um hinsichtlich verschiedener Aspekte (Auflösung, Kontrast,
Meßdauer)
eine optimale bzw. gewünschte Messung
durchführen
zu können
ist es notwendig vor der Messung geeignete Einstellungen der Meßparameter
(Flipwinkel, Repetitionszeit, Schichtdicke, usw.) vorzunehmen. Dies
erfolgt in Schritt S2 durch den Benutzer über eine graphische Benutzerschnittstelle
(engl.: Graphical-User- Interface
GUI) auf dem Monitor des Terminals 21. Üblicherweise werden dem Benutzer
sinnvolle Vorgaben gemacht die in entsprechend erlaubten Intervallen
mittels Maus und/oder Tasta tur variiert werden können. Nach der Parametereinstellung
ist es dem Benutzer möglich über einen
virtuellen Knopf (engl.: Button) die Messung zu initialisieren.
Unmittelbar danach wird in einem dritten Schritt S3 die MS-DLL auf
Basis der eingegebenen Parameter im Anlagenrechner 20 präpariert,
d.h. softwaretechnisch konfiguriert, so dass die gewünschte Messung
durchgeführt
werden kann. Vor dem eigentlichen Start der Messung in Schritt S6 jedoch
wird von einer Überwachungssoftware ÜSW eine
Abschätzung
vorgenommen ob bei der vorliegenden MS-DLL-Konfiguration kritische
Werte (Patienten- oder Gerätespezifisch,
siehe oben) überschritten
werden können.
Dazu fragt die ÜSW
in einem Schritt S3 die zuvor präparierte
MS-DLL nach Informationen
ab welche der ÜSW
einen Vorab-Check (Look-Ahead) dieser kritischen Größen ermöglicht.
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Üblicherweise
werden die Gerätespezifischen
Grenzwerte bereits in Schritt S2 überprüft. Aus software-technischen
Gründen
erfolgt die Überprüfung der
Patienten-spezifischen Grenzwerte in den Schritten S3 bis S5.
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In
dem erwähnten
Schritt S5 wird die Entscheidung vorgenommen:
Bleiben sämtliche
kritischen Werte vorraussichtlich in erlaubten Bereichen so wird
gemäß Schritt
S6 die Messung gestartet. Besteht aber eine nur geringfügige Wahrscheinlichkeit,
dass zumindest ein kritischer Grenzwert überschritten wird, so wird
die Parametereinstellung über
das User-Interface
wiederholt. Dazu kann dem Benutzer in einem Schritt S7 automatisch über ein
Pop-Up-Fenster ein von der ÜSW
berechneter korrigierter bzw. modifizierter Parameterdatensatz vorgeschlagen
werden, welcher in einem weiteren Schritt S8 vom Benutzer akzeptiert
oder verworfen werden kann. Akzeptiert der Benutzer den modifizierten
Parameterdatensatz. wird in einem Schritt S9 die MS-DLL gemäß dem modifizierten
Datensatz erneut präpariert
und anschließend
in Schritt S6 die Messung gestartet. Wird der Vorschlag vom Benutzer
abgelehnt, so ist es dem Benutzer möglich den Schritt S2 erneut
durchzu führen.
Die Schritte S3 bis S5 schließen
sich entsprechend an; vor dem Start der Messung (Schritt S6) wird
dann erneut eine Abschätzung
vorgenommen.
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Kommt
es nach den Schritten S5 oder S8 zu einem Starten der Messung (Schritt
S6), so berechnet die MS-DLL in Schritt S10 eine sogenannte "Zeitscheibe" der initialisierten
Messung. Eine solche Zeitscheibe ist eine durch die Parameterkonfiguration definierte
Verknüpfung
von HF- und Gradientenpulsen. Im Falle einer TSE-Sequenz kann eine
Zeitscheibe mehrere HF-Anregungspulse
mit den dazugehörigen
Refokussier-Pulsen und den entsprechenden Gradientenpulsen umfassen,
wobei sich die Amplitude des Phasenkodiergradienten der jeweiligen HF-Anregung natürlich unterscheidet.
Eine TSE-Zeitscheibe mit einem 90°-Anregungspuls
und drei 180°-Anregungspulsen
ist in 2a dargestellt.
Der Schichtselektionsgradient GS wird während jedem HF-Puls (Anregungs-
und Refokussier-Pulse) geschalten; die Datenakquisition erfolgt
zwischen Schichtselektions- und Phasenkodiergradient.
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Speziell
in einem TSE-Experiment ist aufgrund der Anzahl HF-intensiver Refokussierungs-Pulse
der Energieeintrag in das Gewebe eines zu untersuchenden Patienten
sehr hoch. Wird der zulässige
Maximalwert der HF-Absorption (spezifische Absorptions-Rate SAR) überschritten,
so besteht eine akute Gefährdung
des Patienten. Ähnlich
verhält
es sich mit der Gradienten-Änderungsrate
die – bei Überschreitung
eines entsprechenden Grenzwertes – schmerzhafte Stimulationen
hervorrufen kann. Beides gefährdet
den Patienten und muß auf
jeden Fall vermieden werden. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung
erwähnt
ist der Abschätzungsalgorithmus
der Schritte S2 bis S9 (engl.: Look-Ahead-Algorithm) bei Echtzeit-Messungen
(Real-time-Messungen, d.h. Messungen die durch anatomische Ereignisse
wie z.B. Herzkontraktionszustand, Zwerchfellpositi on, etc. mittels
EKG-Messung, Navigatorstab-Messung etc. getriggert werden) nicht
exakt genug sind um zu garantieren, dass während der Messung die Beschränkungen
nicht doch ver letzt werden. Aus diesem Grund berechnet die ÜSW in einem Schritt
S13 die kritischen Größen jeder
Zeitscheibe (bzw. misst eine entsprechende Hardwarekomponente den
kritischen Wert). In einem Schritt S14 wird der jeweils berechnete
(bzw. gemessene) Wert jeder kritischen Größe mit dem korrespondierenden Grenzwert
verglichen. Bei Überschreitung
nur eines der Grenzwerte wird die Messung in einem Schritt S16 sofort
abgebrochen. Nur wenn sämtliche
kritischen Größen in erlaubten
Bereichen zu liegen kommen wird die Messung fortgesetzt indem in
einem Schritt S15 die entsprechende Zeitscheibe an den Anlagenrechner 20 bzw.
die Sequenzsteuerung 18 gesendet und von diesen technisch
realisiert wird. Anschließend
wird der Schritt S10 mit der Berechnung der nächsten Zeitscheibe (der gewünschten Sequenz)
wiederholt, die Zeitscheibe überprüft und gegebenenfalls
gesendet bis in einem Schritt S11 die letzte Zeitscheibe erkannt
und in einem Schritt S12 die Messung korrekt beendet wird.
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Der
nach dem Stand der Technik zeitliche Verlauf der Umsetzung des übersetzten
(engl.: compilierten) Codes der MS-DLL in eine Hardware-nahe Befehlsstruktur
auf Ebene einer Vermittlungsschicht, die letztendlich die Ausführung der
Messung durch zeitweises Senden und Abarbeiten von Zeitscheiben auf
der Hardware initiiert, ist schematisch in 5a dargestellt. Der oberste Block stellt
den compilierten Code der präparierten
MS-DLL dar, wobei jede Ziffer die nächste zu sendende Zeitscheibe
darstellt. Die mittlere Ebene (Vermittlungsschicht) ist eine Software-Umgebung
in der die Bausteine der einzelnen Zeitscheiben, z.B. Gradientenpulse
und HF-Pulse, in einer
Form vorliegen, die von der Hardware verstanden werden können. Die
in Echtzeit durchgeführte Abarbeitung
der jeweiligen Sequenz selbst mittels Hardware ist in der letzten
Zeile dargestellt. Das Schema von 5a ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Software (oberste und mittlere
Schicht) jeden Befehl so schnell wie möglich, d.h. so schnell wie es
die jeweilige Rechner- bzw. Steuereinheit erlaubt, weitergibt bzw.
abarbeitet, so dass ein zeitlicher Versatz der Zeitscheiben zwischen
Hardware und Software entsteht. So wird beispielsweise auf Software-Ebene
die Zeitscheibe 7 prozessiert, während auf Hardware-Ebene die
Messung der Zeitscheibe 4 noch läuft. Die Überprüfung kritischer Größen mittels Überprüfungs-Software
bzw. -Hardware erfolgt gemäß der Schritte
S13/S14 auf Ebene der Vermittlungsschicht und der Hardware. Es findet
keine Rückmeldung
zur obersten Schicht statt, so dass eine Überschreitung kritischer Größen dort
nicht erkannt und dieser dann entgegengewirkt werden kann. Wird
eine Grenzwertüberschreitung
ermittelt, so bricht die Messung folglich gemäß Schritt S16 sofort ab.
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Die
vorliegende Erfindung besteht nun darin, das zuvor erläuterte Verfahren
der Schritte S1 bis S16 derart zu modifizieren, so dass ein Abbruch
einer MRT-Messung generell vermieden wird.
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Dazu
ist ein Betrieb des MRT-Systems im Echtzeit-Modus notwendig, der
im Folgenden anhand 5b erläutert wird:
Im
Vergleich zum Nicht-Echtzeitbetrieb gemäß 5a fordert die MS-DLL gemäß 5b von der Hardware das
Senden eines Synchronisations-Signal (Trigger) an. Bevor nun die
MS-DLL die Zeitscheibe 2 berechnet, wartet sie auf das
Synchronisations-Signal. Das Warten ist in 5b als "Sleep" bezeichnet. Durch dieses Warten ist
die Software der Hardware stets einen Schritt voraus. Dies hat zur Konsequenz,
dass die MS-D11
genügend
Zeit hat, um sich noch während
der aktuellen Messung (auf Hardware-Ebene) für die nächste Zeitscheibe zu entscheiden,
durch welche Patient und/oder System nicht überbelastet werden. Ein solcher "Echtzeit-Modus" der Anlage bedeutet
also, dass die Berechnung der nächsten
Zeitscheibe mit der Messung synchronisiert wird.
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Läuft die
Messung in einem solchen Echtzeit-Modus, so kann die Zeitscheibenberechnung
gemäß Schritt
S10 modifiziert werden, dessen erfindungsgemäße Form in 4 dargestellt ist.
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Nach
wie vor dient Schritt S10 der Berechnung der jeweils nächsten Zeitscheibe
die letztendlich auf der Hardware die entsprechende HF- bzw. Gradientenpulszug-Abfolge
realisiert. Erfindungsgemäß soll dem
System jedoch Gelegenheit gegeben werden vor Senden der Zeitscheibe
zu prüfen,
ob die aktuelle Zeitscheibe in Zusammenhang mit der Historie des
Systems (d.h. mit den bereits gesendeten Zeitscheiben) zur Überschreitung
eines kritischen Grenzwertes führt.
Dazu kommuniziert die MS-DLL während
der Messung in kurzen Zeitabständen
gemäß Schritt
S10.1 mit den Software- bzw. Hardware-Komponenten (Überwachungskomponenten: ÜSW, ÜHW), die
für die Überwachung
der Beschränkungen
zuständig
sind. Die MS-DLL fragt die ÜSW und/oder
die ÜHW
nach dem aktuellen Wert einer oder mehrerer kritischen Größen. Ein
in der MS-DLL implementierter Algorithmus wählt in einem Schritt S10.2
aus einer Reihe von möglichen
Zeitscheiben die Zeitscheibe aus, die unter Berücksichtigung der bereits gesendeten
Zeitscheiben und der gerade gesendeten Zeitscheibe einen maximalen
Informationsgewinn gewährleistet
ohne einen kritischen Grenzwert zu Überschreiten. In der Regel
ist ein hoher Informationsgewinn in der MRT-Bildgebung mit einer entsprechend
hohen Belastung des Systems selbst bzw. des zu untersuchenden Patienten
verbunden. Das bedeutet umgekehrt, dass bei Entlastung des Systems
bzw. des Patienten durch Senden alternativer Zeitscheiben entsprechende
Einschränkungen zu
machen sind. In 4 sind
beispielsweise in der Auswahl S10.3, S10.4 und S10.5 drei Zeitscheiben-Alternativen
A1, A2 und A3 angegeben, wobei A1 eine gewöhnliche Zeitscheibe einer konventionellen
Sequenz (beispielsweise TSE-Sequenz) darstellen soll. Eine solche
ist in 2a dargestellt
und bereits erläutert
worden. Bei einer Zeitscheibe gemäß A1 kann aufgrund der Vielzahl
an energetisch intensiven Refokussier-Pulsen die SAR leicht überschritten
werden. Wird während
der Messung über
den Algorithmus und durch die Überwachungssoftware eine
Grenzwertüberschreitung
aufgrund der bereits gesendeten Zeitscheiben sowie der Kenntnis
der Beschaffenheit der Zeitscheibe A1 ermittelt, so wird die Zeitscheibe
A1 nicht gesendet. Stattdessen wird geprüft, ob die Zeitscheibe A2 gesendet
werden kann. Im Falle einer Überschreitung
des SAR besteht die Alternative z.B. darin, eine Zeitscheibe A2
in Betracht zu ziehen, bei der sinnvollerweise die HF-Einstrahlung
reduziert ist. Eine solche Zeitscheibe ist in 2b dargestellt. In A2 gemäß 2b sind sämtliche
Refokussier-Pulse weggelassen; allein der 90°-Anregungspuls wird aufrechterhalten,
der bei Einstrahlung mehrerer A2-Zeitscheiben mit entsprechender
Repetitionszeit das Steady-State-Signal und damit die Kernspinresonanz
des zu untersuchenden Gewebes aufrechterhält. In A2 sind auch sämtliche Gradientenpulse
weggelassen, da diese ohne Refokussierpulse ihren Sinn verlieren.
Die Zeitscheibe A2 hat gleiche Dauer wie Zeitscheibe A1.
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Ermittelt
der Algorithmus unter anderem durch Abfrage der Überwachungssoftware eine mögliche Grenzwertüberschreitung
auch bei der Zeitscheibe A2, so wird eine dritte Alternative in
Betracht gezogen die in diesem Fall (4,
Schritt S10.5) in jedem Falle (auch im schlimmsten Fall, engl.: Worst-Case)
gesendet werden kann. Eine solche Zeitscheibe A3 weist über einen
gewissen Zeitraum keinerlei Pulse auf – weder HF-Pulse noch Gradientenpulse – womit
gewährleistet
ist, dass beim Senden von A3 das messende System und der zu untersuchende
Patient keinerlei physikalisch-technische Änderung erfährt. Lediglich der Meßbetrieb
des Systems wird aufrecht erhalten, so dass die Messung nicht abgebrochen
wird und gegebenenfalls nach Senden einer oder mehrerer dieser A3-Zeitscheiben, währenddem
sich System oder Patient hinsichtlich der kritischen Größe regenerieren
kann, durch Senden der Zeitscheibe A2 oder sogar A1 die eigentliche Messung
fortgeführt
werden kann.
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In
den erfindungsgemäßen Verfahrens-Schritten
S10.1 bis S10.5 findet erfindungsgemäß durch Zusammenwirken mehrerer
MRT-Komponenten
(MS-DLL mit integrierten Algorithmus, Überwachungssoftware, Überwachungshardware) eine
Entscheidung der unmittelbar zu sendenden Zeitscheibe quasi in Echtzeit
statt.
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Auf
diese Weise – insbesondere
durch Bereitstellung einer A1-ternative
A3, die immer gesendet werden kann ohne auf das Meßsystem
belastend einzuwirken – wird
sichergestellt, dass während
der gesamten Messung kein kritischer Wert überschritten wird und somit
die Messung auf keinen Fall abgebrochen wird. Die MS-DLL muß die Aufnahme
der Messdaten zu einem späteren
Zeitpunkt nachholen, wodurch sich natürlich auch die Meßzeit verlängert. Dies
ermöglicht
beispielsweise einen überwachenden
Meßbetrieb
(z.B. chirurgischen Eingriff) der letztendlich beliebig lange dauern
kann. Ferner kann wenn nötig
eine – durch
die erfinderischen Schritte S10.1 bis S10.5 – zeitweise begrenzte sehr
intensive Einstrahlung realisiert werden. Hinzuzufügen ist, dass
beliebig viele Alternativen (z.B. A1 bis An) für Zeitscheiben – unter
Umständen
abhängig
von dem gewählten
Sequenztyp – in
die MS-DLL integriert werden und zur Verfügung stehen können.
-
Wie
bereits erwähnt
sind bei der Entscheidungsfindung für die richtige bzw. optimale
Alternative hinsichtlich der Zeitscheibe gemessene und/oder berechnete
Werte der vorangegangenen Zeitscheiben sowie die theoretischen Werte
der gerade ablaufenden Zeitscheibe relevant. Da die erfindungsgemäßige Überwachung
der kritischen Größen in dem
rekursiven Zyklus
- – Zeitscheiben-Auswählen
- – Zeitscheiben-Überprüfen
- – Zeitscheiben
Senden
in Echtzeit erfolgt, kommt es auf diese Weise niemals
zu einem unerwünschten
Abbruch der Messung.