DE112013005114T5

DE112013005114T5 - Spezifische Apsorptionsraten - Steuerung für die Magnetresonanz - (SAR) Bildgebung

Info

Publication number: DE112013005114T5
Application number: DE112013005114.1T
Authority: DE
Inventors: Michael Andrew Morich; Zhiyong Zhai
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-09-10
Also published as: WO2014064553A1; GB2522378A; JP6285448B2; CN104755949B; RU2015119475A; US20150268321A1; GB201508617D0; US10156621B2; GB2522378B; JP2015532162A; CN104755949A; BR112015008810A2

Abstract

Ein Magnetresonanzsystem (1) enthält mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule (6), einen HF-Sender (34), eine anthropometrische Einheit (28) und eine adaptive SAR-Einheit (40). Die mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule (6) überträgt gemessene HF-Leistung zur Anregung und Manipulation magnetischer Resonanz in Geweben eines Subjekts (57) in einem Untersuchungsbereich. Der HF-Sender (34) steuert den Betrag an übertragener HF-Leistung, basierend auf einer spezifischen Absorptionsrate (SAR) für eine Bildgebungssequenz. Die anthropometrische Einheit (28) bestimmt eine Masse eines Abschnitts des Subjekts, welcher die übertragene HF-Leistung empfängt, beruhend auf einer bestimmten Gesamtmasse. Die adaptive SAR-Einheit (40) justiert eine ausgewählte Abtastsequenz, basierend auf den SAR-Parametern, die aus der gemessenen übertragenen HF-Leistung und einer gemessenen reflektierten Leistung, dem erzielten |B1 +|-Feld, der Masse des Abschnitts des Subjekts, welcher die übertragene HF-Leistung empfängt, und anwendbaren SAR-Parametermodellen bestimmt wurden, die in einer SAR-Referenzeinheit (48) gespeichert sind.

Description

Das Folgende bezieht sich allgemein auf die medizinische Bildgebung. Es findet besondere Anwendung in Verbindung mit Magnetresonanzuntersuchungen und der spezifischen Absorptionsrate (SAR), und es wird unter spezieller Bezugnahme hierauf beschrieben. Jedoch ist zu verstehen, dass es auch Anwendung in anderen Absorptions-Szenarien findet und nicht notwendigerweise auf die vorstehend erwähnte Anwendung beschränkt ist.
Die Magnetresonanz-Bildgebung (MRI) und Magnetresonanz-Spektroskopie (MRS) nutzen Hochfrequenz(HF)-Impulse elektromagnetischer Energie, um eine Resonanz in Gewebe eines Subjekts anzuregen. Ein Körper absorbiert/dissipiert auch einiges von der Energie der HF-Impulse als ohmsche Verluste, was zu einer Erwärmung des Gewebes führt. Im Interesse der Patientensicherheit sind Grenzen hinsichtlich der spezifischen Absorptionsrate (SAR) gesetzt, bei der ein Subjekt erlaubtermaßen HF-Leistung absorbieren kann. Die SAR bezieht sich auf die zeitliche Rate, bei der Energie pro Masseneinheit absorbiert wird, und wird daher in W/kg ausgedrückt. Die SAR für ein gegebenes Subjekt während einer Bildgebungs-Sequenz wird typischerweise auf einer Worst-Case-Basis berechnet. Die meisten Vorschriften, wenn eine Ganzkörpervolumen-Sendespule benutzt wird, stellen auf eine feste obere Grenze ab, die auf einer Mittelung über einer Gesamt-Patientenmasse basiert. Die Mittellung im Falle einer Ganzkörpervolumen-Sendespule führt zu einem Wert eines mittleren Ganzkörper-SAR (WB-SAR). Die Masse innerhalb der Sendespule kann variieren, ist im Allgemeinen geringer als die gesamte Patientenmasse, und die Masse sowie auch andere Aspekte des Patienten variieren von Patient zu Patient.
Mit größeren Bildgebungsdurchmessern können größere Patienten abgebildet werden, was für nominal dieselben MR-Abtastbedingungen die SAR erhöhen kann, der der Patient ausgesetzt wird. Die SAR kann sich erhöhen, weil bei sehr großen Patienten mehr Leistung in den HF-Signalen benutzt wird, jenseits eines proportionalen Anwachsens der Masse, um das gewünschte |B₁+| in einem zentralen Bereich oder anderen definierten Bereich des Patienten zu erzeugen. Insbesondere wenn der Patient einen größeren Umfang hat, erhöht sich die erforderliche Leistung mehr als aus einem proportionalen Anstieg mit der Masse abzuschätzen, so dass das mittlere Ganzkörper-SAR (absorbierte Gesamtleistung über Gesamtmasse) nicht konstant bleibt, sondern mit wachsendem Patientenumfang/Masse ansteigt. Natürlich können mit einiger Wirkung Scanparameter eingestellt werden, um das SAR-Niveau zu reduzieren, beispielsweise bei Untersuchungsgeschwindigkeiten. Das erlaubte obere SAR-Niveau ist durch Vorschriften (IEC 60601-2-33) limitiert. Da mehr Patientenmasse vorhanden ist, wird mehr als ein proportionaler Anstieg der Leistung benutzt, um ähnliche Scanparameter zu erzielen, und wenn die obere SAR-Grenze erreicht wird, werden die Scanparameter justiert, um die SAR zurück in die Grenzen zu führen, bevor der Scan ausgeführt wird. Eine SAR-Abschätzeinrichtung zu haben, die eine Anpassung hinsichtlich Unterschiede von Patient zu Patient ausführt, ist wichtig, wenn die Körpermasse und -größe ansteigt.
Ein Ansatz zur Abschätzung und anschließenden Begrenzung der SAR schließt die Nutzung von durch einen Nutzer eingegebener Patienteninformation, wie etwa der Patientenmasse, ein. Jedoch variiert die exponierte oder beeinflusste Masse mit dem Anteil der Patientenmasse, der tatsächlich dem sensitiven Bereich der HF-Sendespule ausgesetzt wird, welcher wiederum von der Position des Subjekts/Patienten relativ zu einem Referenzbereich in der Sendespule, wie etwa dem Mittenbereich der Sendespule, abhängt. Ein interessierendes Gebiet bei der MR-Bildgebung für einen gegebenen Patienten fokussiert sich typischerweise auf einen anatomischen Körperbereich, wie etwa den Kopf, den Hals, einen Teil des Rückgrats, das Herz, den Bauch, die Schulter, die Hand/das Handgelenk, das Knie oder den Fuß/das Fußgelenk etc. Wenn eine Ganzkörpervolumen-Sendespule zur HF-Anregung genutzt wird, wird der interessierende anatomische Bereich typischerweise in axialer Richtung im Mittenbereich der Sendespule platziert. Diese axiale Position ist typischerweise auch mit dem Abbildungs-Isozentrum des MR-Systems ausgerichtet. Für jede solche Positionierung eines anatomischen Bereichs wird es eine andere exponierte Masse geben, und für einen gegebenen anatomischen Bereich kann die exponierte Masse von Patient zu Patient variieren. Einige Ansätze der SAR-Steuerung unterscheiden nicht bzgl. dieser Aspekte und nutzen eine Worst-Case-Basis. Ein Beispiel einer Bauchraum-Abbildung schließt den Fall ein, dass der abdominale Bereich in einem Mittenbereich der Sendespule zentral angeordnet wird und dass zwei unterschiedliche Positionen für die Arme möglich sind – die Arme nach oben über den Kopf oder die Arme nach unten an der Seite. Für diese beiden Positionen unterscheiden sich die exponierte Masse und auch der Extremwert der lokalen SAR, auch wenn man ein und denselben Patienten mit zentriertem Bauchraum betrachtet. Die SAR variiert somit auf komplizierte Weise mit der Patientenposition, einer Relation zum Zentrum des sensitiven Bereichs der Sendespule, der Patientengröße und der detaillierten Positionierung der Extremitäten für eine gegebene Subjektposition. Beispielsweise kann die SAR größer werden, wenn der Patient oder Teile des Patienten sich einer Innenoberfläche oder einen Rand des Hohlraums (bore) annähern. Typischerweise können Alter, Masse, Geschlecht und/oder interessierende anatomischer Bereich vor einer Abtastung, neben anderer Patienteninformation, durch Klinikpersonal eingegeben werden. Die eingegebene Masse kann in einigen SAR-Steuerverfahren in Kombination mit dem benutzten HF-Leistungspegel als Basis für eine Ganzkörper-SAR-Abschätzung benutzt werden.
Bei einem anderen SAR-Steuerverfahren wird eine Beziehung zwischen dem HF-|B₁+|Feld und der SAR aufgestellt und benutzt, um für einen gegebenen Satz von Scanbedingungen den Ganzkörper-SAR-Wert abzuschätzen. Die Relation zwischen |B₁+|und der SAR kann gemäß der Masse justiert werden um nichtlinearen Leistungs-Masse-Effekten in einer Worst-Case-Position Rechnung zu tragen. Die Beziehung zwischen |B₁+| und der SAR kann für eine angenommene Patientenposition aufgrund des Typs der benutzten Empfangsspule justiert werden (beispielsweise wenn das System identifiziert, dass eine Kopf-Empfangsspule in Benutzung ist, kann geschlossen werden, dass die Patientenposition kopfzentriert ist). Es kann auch ein lokaler SAR abgeschätzt werden, wenn die Beziehung zwischen |B₁+| (oder HF-Leistung) und der lokalen SAR aufgestellt werden kann. Jedoch bieten diese Ansätze kein Mittel zur Feststellung einer Patientenposition relativ zu einem Referenzgebiet einer Sendespule und/oder einer Patientenmasse oder anderer geometrischer Patientendetails, und sie nutzen solche verifizierte Information und gemessene HF-Leistung auch nicht, um patienten- und patientenpositionsspezifischen SAR-Schätzwert für eine oder mehrere Größen aus Ganzkörper-SAR, Teilkörper-SAR, Kopf-SAR und lokaler SAR zu finden. Wo RF-Finite Difference Time Domain-(FDTD)-Modellierung benutzt wird, um SAR-Charakteristika festzustellen, hängen die SAR-Steuermaßnahmen von einer begrenzten Anzahl anatomischer Modelle ab und würden typischerweise nicht an Variationen bei den Patienten angepasst, vielleicht mit der Ausnahme einer Eingabe der Patientenmasse. Wenn bestimmte Aspekte eines speziellen Patienten durch das System festgestellt werden können und das SAR-Modell in der System-Software dahingehend erweitert wird, dass diese Information benutzt wird, kann ein besserer SAR-Schätzwert gewonnen werden, und es würde vermieden, Worst-Case-Modelle zu nutzen, die die Abtast-Performance übermäßig beschränken.
Das Folgende offenbart ein neues und verbessertes adaptives MRI-SAR-Steuerverfahren und -System, welche mit den oben erwähnten Gegenständen und anderen zu tun haben.
Gemäß einem Aspekt schließt ein Magnetresonanzsystem mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule, einen HF-Sender, eine anthropometrische Einheit und eine adaptive SAR-Einheit ein. Die mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule sendet gemessene HF-Leistung aus, um Magnetresonanz in Geweben eines Subjekts in einem Untersuchungsbereich anzuregen und zu manipulieren. Der HF-Sender, oder die MR-System-Steuerung des HF-Senders, steuert den Betrag der übertragenen HF-Leistung basierend auf einer spezifischen Absorptionsrate (SAR) für eine Bildgebungssequenz. Die anthropometrische Einheit bestimmt eine Masse eines Abschnitts des Objekts, welcher die übermittelte HF-Leistung empfängt, basierend auf einer ermittelten Gesamtmasse. Die adaptive SAR-Einheit justiert ein ausgewähltes Scansequenz basierend auf der SAR, die aus der gemessenen übermittelten HF-Leistung und einer gemessenen reflektierten Leistung ermittelt wurde, der der Masse des Abschnitts des Subjekts, welcher die übermittelte HF-Leistung empfängt. Die ermittelte SAR kann eine oder mehrere der WB SAR, Teilkörper-SAR, Kopf-SAR oder lokalen SAR sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt schließt ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung das Messen einer übertragenen bzw. gesendeten und reflektierten Hochfrequenz(HF)-Leistung ein, die ein |B₁+|-Feld durch mindestens eine Sendespule erzeugt, erhalten in Gewebe eines Subjekts. Ein Ganzkörperspezifische-Absorptionsrate(SAR)-Parameter wird basierend auf der gemessenen und übertragenen und reflektierten Leistung, einem erhaltenen |B₁+|-Feld und einer festgestellten Gesamtmasse des Subjekts bestimmt. Eine Position, wichtige Abmessungen und Orientierung des Subjekts relativ zu der mindestens einer Empfangsspule (6) werden basierend auf einem Pilot-Scan identifiziert. Anwendbare SAR-Schätzwerte (z. B. lokal, Kopf, Teilkörper) für eine Bildgebungssequenz werden basierend auf den B_1RMS ² der Sequenz, dem ermittelten Ganzkörper-SAR-Parameter und der identifizierten Position, wesentlichen Abmessungen und der Orientierung des Subjekts bestimmt. Die Sequenzparameter werden justiert, wenn die ermittelten SAR-Schätzwerte erlaubte Grenzen überschreiten, bis der ermittelte SAR-Wert innerhalb der Grenzen liegt. Die Bildgebungssequenz wird mit den ermittelten SER-Schätzwerten ausgeführt, nachdem festgestellt bzw. bestätigt wurde, dass die SAR-Schätzwerte innerhalb von Obergrenzen liegen (oder, falls dies nicht der Fall ist, nach Justieren der Scanparameter).
Gemäß einem weiteren Aspekt schließt ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule, einen HF-Sender und einen oder mehrere Prozessoren ein. Die mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule überträgt bzw. sendet gemessene HF-Leistung aus, um magnetische Resonanz in Geweben eines Subjekts in einem Untersuchungsbereich anzuregen und zu manipulieren. Der HF-Sender oder die MR-Systemsteuerung des HF-Senders steuern den Betrag der übertragenen HF-Leistung basierend auf einer spezifischen Absorptionsrate (SAR) für die Bildgebungssequenz. Der eine oder die mehreren Prozessor(en) sind konfiguriert, um einen Ganzkörper-SAR-Parameter beruhend auf der gemessenen übertragenen HF-Leistung und einer gemessenen reflektierten HF-Leistung und anatomischen Abschnitten des der übertragenen HF-Leistung ausgesetzten Subjekts und des erhaltenen |B₁+|-Feldes zu bestimmen. Der eine oder die mehreren Prozessor(en) sind weiter dazu konfiguriert bzw. ausgebildet, anwendbare SAR-Parameter und anwendbare SAR-Werte (z. B. lokal, Kopf, Teilkörper) für eine ausgewählte Bildgebungssequenz beruhend auf den bestimmten Ganzkörper-SAR-Parameter und anatomischen Abschnitten des Subjekts zu bestimmen, die während der ausgewählten Bildgebungssequenz exponiert sind.
Ein Vorteil besteht darin, dass einer oder mehrere SAR-Schätzwert(e) auf einem gemessenen SAR für ein Subjekt basieren.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die SAR-Schätzwerte beruhend auf unterschiedlichen Subjekt-Konfigurationen und -Positionen verfeinert werden.
Ein weiterer Vorteil besteht in einer gegenseitigen Überprüfung eines eingegebenen Subjektparameters.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Extremitäten, der Fettanteil eines Subjekts und/oder das Aspektverhältnis bei einer SAR-Bestimmung eingeschlossen werden.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass die SAR-Schätzwerte beruhend auf mindestens einer tatsächlichen Messung des WB SAR mit dem Patienten im Untersuchungsvolumen in Untersuchungsposition bestimmt werden.
Weitere Vorteile werden dem Fachmann beim Lesen und Verstehen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich.
Die Erfindung kann die Form verschiedener Komponenten und Anordnung von Komponenten und verschiedener Schritte und Anordnung von Schritten annehmen. Die Zeichnungen sind nur zum Zwecke der Darstellung bevorzugter Ausführungsformen und können nicht so verstanden werden, dass sie die Erfindung beschränkten.
1 stellt schematisch eine Ausführungsform eines adaptiven SAR-MRI-Systems dar.
2 stellt schematisch eine weitere Ausführungsform des adaptiven SAR-MRI-Systems dar.
3 zeigt 6 beispielhafte Bilder, die einen Effekt der Penetration eines elektromagnetischen Feldes (|B₁+|) für 3T/128 MHz mit einer Ganzkörper-Sendespule zeigen.
4 ist eine beispielhafte Darstellung einer Modellkonstruktion für eine SAR-Fettanalyse.
5 ist eine beispielhafte Darstellung einer Modellkonstruktion für eine SAR-Aspektverhältnis-Analyse.
6 ist eine beispielhafte Tabelle von SAR-Ergebnissen unter Hinzuziehung von Modell-Subjekten bei 3T/128 MHz für eine 3T-Ganzkörper-Sendespule.
7 ist eine beispielhafte Darstellung von SAR-Ergebnissen für Rumpf- und Extremitäten-SAR bei 3T/128 MHz für eine 3T-Ganzkörper-Sendespule.
8 stellt im Flussdiagramm ein Verfahren der Nutzung einer Ausführungsform einer adaptiven SAR dar.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Ausführungsform eines adaptiven SAR-MRI-Systems 1 schematisch dargestellt. Das System 1 enthält einen MRI-Scanner 2, der im Querschnitt mit einem Subjekt-Modell 4 gezeigt ist. Der Scanner 2 enthält eine oder mehrere HF-Sendespulen 6 und eine HF-Abschirmung 8. Die HF-Sendespulen, wie etwa Vogelkäfig-Ganzkörperspulen, Kopf- oder Extremitäten-Spulen etc., erzeugen HF-Impulse elektromagnetischer |B₁+|-Felder, um magnetische Resonanz in einem Subjekt wie etwa dem Subjekt-Modell 4 anzuregen und zu manipulieren bzw. zu handhaben. Die an die HF-Spulen übertragene Leistung wird allgemein durch einen HF-Leistungsverstärker 10 bereitgestellt und ist im Interesse der Patientensicherheit begrenzt. Die zu den/durch die HF-Sendespulen 6 übertragene HF-Leistung wird gemessen 12, vorzugsweise an einer Position nahe dem HF-Leistungseingang der Spulen, oder ansonsten entfernt am Ausgang der HF-Leistungsverstärker, unter Einrechnung eines festen/vorbestimmten Leistungsverlustes zwischen dem HF-Leistungsverstärker und dem HF-Leistungseingang der HF-Spulen 6. Obwohl nicht explizit gezeigt, ist zu beachten, dass die Leistungsmessfunktion 12 mit dem MR-System kommunizieren kann, um temporäre Daten zur Peak-Vorwärts- und mittleren HF-Leistung und reflektierten HF-Leistung während einer MR-Untersuchung bereitzustellen. Weiterhin kann, wie im Stand der Technik bekannt, die Leistungsmessfunktion programmierbar voreingestellte Grenzwerte für eine oder mehrere der Größen Peak-Vorwärts-mittlere und reflektierte HF-Leistung haben. Die HF-Sendespulen können auch in einem Empfangsmodus arbeiten, um ein Magnetresonanzsignal vom Subjekt zu empfangen. Ein empfangenes Magnetresonanzsignal bildet MR-Daten, die zur Bilderzeugung bzw. -Rekonstruktion benutzt werden. Die HF-Abschirmung 8 trennt die HF-Spulen von den umgebenden Gradientenspulen 14 und Hauptmagnetspulen 16 und stellt somit eine elektromagnetische Isolation derart dar, dass jegliche substantiell verschlechternde Wechselwirkungen zwischen den HF-Spulen 6 und den umgebenden Gradientenspulen 14 und Hauptmagneten 16 unterbunden sind.
Das Subjekt oder der Patient, das/der durch das Subjektmodell 4 illustriert ist, kann in einer Körperposition wie der Kopf-erste-Rückenlage-abdominalzentrierten, Kopf-zentrierten, Kopf-erste-rechte-laterale-Dekubitus-Rückenzentrierten, Fuß-erste-Rückenlage-Knie-zentrierten, Kopf- oder Fuß-erste-Bauchlage-Brust-zentrierten, etc. abgebildet werden. Wie angemerkt, wird die Körperposition durch anatomische Segmentierung weiter verfeinert, um die Axialposition wesentlicher anatomischer Elemente, wie des Brustkorbs, des Kopfes, der Brust, des Nabels, des Knies etc. anzugeben. Das Subjekt kann auch in einer Körperkonfiguration (z. B. Lage) wie etwa mit den Armen nach unten, den Armen über dem Kopf, etc. abgebildet werden. In der Illustration ist die Körperposition einer Kopf-erste-Rückenlage-Position in axialer Richtung des Bauchraums zentriert, und die Körperkonfiguration ist mit dem Torso 18 und den Extremitäten 20 oder Armen in der Nach-unten-Konfiguration. Das Subjekt wird durch einen Subjektträger 22 gelagert. Der Bereich zwischen dem Subjekt und den HF-Sendespulen wird als Lücke 24 gemessen. Eine minimale Lücke sichert, dass das Subjekt, im Interesse der Sicherheit und Abbildungsqualität, nicht in Kontakt mit den HF-Spulen ist. Die Lücke ist als Minimalabstand definiert, der die elektrische Patientenhohlraum-Röhre und einen Luftraum zwischen Körpergewebe und Spulen-Leitern, wie etwa Spulen-Sprossen und Endringen der Ganzkörper-Spule, einschließt. Das Subjekt kann auf einer Waage 26 gewogen werden, welche eine Ganzkörper-Massenmessung bereitstellt. Diese Waage kann mit dem MR-System integriert sein, um die Messung an eine anthroprometrische Einheit 28 entweder direkt oder über eine Netzverbindung zu liefern. In einer alternativen Ausführungsform kann die Ganzkörper-Massenmessfunktion im Boden des MR-Magnetraumes untergebracht sein, oder es kann eine separate, nicht-integrierte Funktion innerhalb des gesamten MR-Raumgebietes sein, die direkt oder über ein Netzwerk mit dem MR-System kommunizieren kann.
Das System 1 schließt eine Sequenzsteuerung 30 und einen HF-Empfänger 32 ein. Die Sequenzsteuerung 30 steuert eine HF-Sendesteuerung 34 und die Gradientensteuerung 36, um eine ausgewählte Sequenz durch Senden von HF und Gradientenpulsen mit gesteuertem Timing auszuführen. Die HF-Sendesteuerung 34 steuert den Leistungspegel und das Timing der an die HF-Sendespulen 6 gelieferten HF-Impulse und steuert somit die angelegten vertikal |B₁+|-Felder. Die Gradientensteuerung 36 steuert die angelegten Gradientenfelder, um die Magnetresonanz im Subjekt räumlich zu codieren, zu refokussieren und zu manipulieren. Die durch die HF-Spulen und/oder lokalen Empfangsspulen in einem Empfangsmodus erfassten MR-Daten werden an den HF-Empfänger 32 übermittelt. Die durch den HF-Empfänger empfangenen MR-Daten werden zu einer Rekonstruktionseinheit 38 kommuniziert, welche ein oder mehrere Bild/er rekonstruiert.
Eine adaptive SAR-Einheit 40 berechnet aus einem Vorbereitungsschritt mit niedriger HF-Leistung die übermittelte HF-Leistung und reflektierte HF-Leistung und den |B₁+| Feldpegel, der für den Netto-(Vorwärts)-HF-Leistungspegel erzielt wird. Die SAR-Einheit 40 berechnet die absorbierte Leistung ein gemessenes |B₁+| Feld = Netto-HF-Leistung an der Sendespule·(1-Q_L/Q_UL), worin Q_L der gemessene Qualitätsfaktor im beladenen Zustand ist und für die Patientenmasse mittels einer Masse-Q_L-Tabelle vorbestimmt wird oder während des Vorbereitungsschritts aus einer HF-Leistungs-Masse-Tabelle für ein gegebenes |B₁+| Feld abgeschätzt wird, und Q_UL der gemessene Qualitätsfaktor im unbeladenen Zustand ist und allgemein bei der Herstellung jeder Sendespule bestimmt wird. Alternativ ist die SAR-Einheit dazu konfiguriert, für das gemessene |B₁+| Feld eine Ganzkörper-SAR beruhend auf der gemessenen übertragenen und reflektierten HF-Leistung und einer bestätigten Patientenmasse zu bestimmen, wobei die bestätigte Patientenmasse auf einer vorab aufgestellten HF-Leistungs-|B₁+|-Masse-Beziehung basiert oder durch direkte Messung auf einem MR-System in Verknüpfung mit einer Wägeskala bestimmt und gegen eine vom Nutzer eingegebene Patientenmasse geprüft wird. Die Sendespule 6 wird während der Herstellung abgestimmt und ein „normales“ oder am häufigsten vorkommendes Gewicht einer Beladung angepasst, die keinen oder im Wesentlichen keinen Reflektions-Leistungsverlust hat. Wenn die Masse sich gegenüber diesem „normalen“ Niveau erhöht oder verringert, wächst der prozentuale Anteil der reflektierten Leistung in Folge einer Impedanz-Fehlabstimmung an. Die gemessene reflektierte Leistung kann von der gemessenen HF-Leistung subtrahiert werden, um die Netto-Leistung an der Spule zu erhalten. Der Q-Faktor im unbeladenen Zustand Q_UL wird vorab für jede Spule während der Herstellung gemessen. Der Q-Faktor Q_L kann basierend auf der eingegebenen oder bestätigten Patientenmasse der festgestellten Patientenposition innerhalb der Sendespule und einer vorab bestimmten Q-Masse-Beziehung aus einer vorherigen Charakterisierungs-Untersuchung abgeschätzt werden.
Die Ganzkörper-SAR kann aus einem Verhältnis der für ein |B₁ ⁺|-Feld gemessenen absorbierten Leistung und der Subjektmasse bestimmt werden. Die Subjektmasse kann eine etwa über einen Arbeitsplatzcomputer eingegebene oder eine aus Aufzeichnungen des Subjekts, etwa medizinischen Aufzeichnungen oder einem Klinikinformationssystem 44, geholte eingegebene Subjekt-Masse sein. Es ist wichtig, dass die SAR-Einheit 40 auch andere anwendbare SAR-Werte aus der SAR-Referenz 46 basierend auf der gemessenen absorbierten Leistung, Subjektposition, exponierten Subjektmasse und dem abgeleiteten Ganzkörper-SAR-Wert berechnet. Auf diese Weise werden die anderen anwendbaren SAR-Werte besser abgeschätzt, als dies ansonsten aus einem einzelnen Modell möglich wäre. Die SAR-Referenz 46 enthält Informationen, die die WB SAR, Subjektmasse/exponierte Masse und Position in der Sendespule in Beziehung gesetzt zu geschätzten Ganzkörper-, Kopf- und lokalen SAR-Werten. Die Subjektposition kann durch einen Klinikmitarbeiter über den Arbeitsplatzcomputer 42 eingegeben oder aus einer Bilddarstellung des Vorab-Scan unter Nutzung anatomischer Stellen bestimmt werden. Die exponierte Masse des Subjekts ist die Masse innerhalb des empfindlichen Volumens der Sendespule(n). Die exponierte Masse kann aus dem exponierten Subjektvolumen innerhalb des empfindlichen Volumens der Sendespule und gemittelten Körpergewebedichten abgeschätzt werden. Das exponierte Volumen wird aus der Bildrekonstruktion des Vorab-Scans ermittelt. Die SAR-Referenz 46 kann eine in einem Speicher oder einer SAR-Datenbasis in einem anderen Format gespeicherte Tabelle enthalten, in der die WB SAR, Subjektmasse/exponierte Masse und Position in der Sendespule mit abgeschätzten Teilkörper-, Kopf- und lokalen SAR-Werten in Beziehung gesetzt werden. Die SAR-Referenz 46 kann aus SAR-Simulationen von verschiedenen Mensch-Körpermodellen und Positionen in einer Sendespule und/oder aus einer Herstellungs-Messung des Ganzkörper-SAR und Teilkörper-SAR und anderer SAR-Werte für menschliche Objekte unterschiedlicher Größe bei Platzierung in der Sendespule vorab aufgebaut werden. Die Ganzkörper-SAR kann durch die Subjektkonfiguration weiter verfeinert werden. Die Subjektkonfiguration bestimmt das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Extremitäten (Arme nach oben versus Arme nach unten) und die gemessene Lücke gegenüber der Oberfläche des Untersuchungsraums (bore). Die Letztere kann aus Vorab-Pilot-Daten, Pilot-Daten, anderen Daten oder Bildern abgeschätzt werden, die in einem Vorbereitungsschritt erfasst wurden, zusammen mit Vorab-Kenntnis der Untersuchungsraumdimensionen. Die SAR-Einheit kann den höheren des aus der SAR-Referenz 46 bestimmten Ganzkörper-SAR oder des aus der eingegebenen Subjektmasse berechneten Ganzkörper-SAR wählen. Der bestimmte Ganzkörper- und andere SAR-Werte können durch andere Patientencharakteristika, wie etwa den Body-Mass-Index, ein Aspektverhältnis, eine Links-Rechts-Messung, eine Anterior-Posterior-Messung o. ä. weiter verfeinert werden.
Der Arbeitsplatzcomputer 42 ist mit einem Netzwerk 48 und dem MRI-Scanner 2 verbunden. Das Netzwerk kann ein verdrahtetes oder drahtloses, öffentliches oder privates oder eine Kombination hieraus sein. Der Arbeitsplatzcomputer 42 enthält einen elektronischen Prozessor oder eine elektronische Verarbeitungseinheit 50, ein Display 52, welches die Vorab-Scan-Information, Menüs, Anzeigetafeln und Nutzersteuerungen anzeigt, und mindestens eine Eingabeeinrichtung 54, über die der Klinikmitarbeiter ausgewählte Daten eingibt, wie etwa die Subjektmasse, eine Protokollauswahl, die Körperposition o. ä. Der Arbeitsplatzcomputer 42 kann ein Desktop-Computer, einen Laptop, ein Tablet, eine mobile Recheneinheit, ein Smartphone, o. ä. sein. Die Eingabeeinrichtung 54 kann eine Tastatur, eine Maus, ein Mikrophon, o. ä. sein. Das Display 52 kann ein Computermonitor, ein TV-Bildschirm, ein Touchscreen, eine Kathodenstrahlröhre (CAT), eine Speicher-Röhre, ein Vektordisplay, ein Flat-Panel-Display, ein Vakuum-Fluoreszenz-Display (VF), LED-Display, Elektrolumineszenz-Display (ELD), Plasmadisplay (PTB), Flüssigkristalldisplay (LCD), Organische-LED-Display (OLD), o. ä. sein.
Die adaptive SAR-Einheit 40, die anthropometrische Einheit 28 und die Rekonstruktionseinheit 38 sind in geeigneter Weise durch eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, wie etwa einen elektronischen Prozessor oder eine elektronische Verarbeitungseinrichtung 50 des Arbeitsplatzcomputers 42 oder durch einen Netzwerk-basierten Server-Computer, der über das Netzwerk 48 operativ mit dem Arbeitsplatzcomputer 42 verbunden ist, o. ä. realisiert. Die beschriebenen Techniken der SAR-Bestimmung, Modellkonstruktion und Bildrekonstruktion werden geeignet unter Einsatz eines nicht-flüchtigen Speichermediums implementiert, welches Befehle (z. B. Software) speichert, die durch eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung lesbar und durch eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung ausführbar sind, um die beschriebenen Techniken der SAR-Bestimmung, SAR-Messung und Bildrekonstruktion auszuführen.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform des adaptiven SAR-MRI-Systems schematisch dargestellt. Der MRI-Scanner 2 ist in einem Querschnitt gezeigt. Ein Volumen 46, welches dem |B₁+|-Magnetfeld ausgesetzt ist und durch die Charakteristika der Sendespule 6 definiert wird, schließt das Volumen der exponierten Masse eines Subjekts 57 in einem Untersuchungsvolumen ein. Die exponierte Masse des Subjekts ist der Abschnitt des Subjekts, der die ausgesandte Energie der Sendespule 6 empfängt. Die exponierte Masse kann durch Feststellen des Abschnitts des Subjekts innerhalb des Volumens beruhend auf der Patientenposition bestimmt werden, welche durch eine oder mehrere Kameras 58 oder mittels eines Vorab-Pilot oder Pilot-Scans bestimmt werden kann. Die exponierte Masse kann unter Nutzung des der Patientenposition entsprechend konstruierten Modells berechnet werden. Die Patientenposition ist bezogen auf das Zentrum der Sendespule.
Die Kameras 58 können auch benutzt werden, um andere Patientencharakteristika festzustellen, etwa eine Größe, Links-Rechts(L-R)-Dimensionen in verschiedenen Achsenrichtungen, Anterior-Posterior(A-P)-Dimensionen in verschiedenen Achsenpositionen, o. ä. Aspektverhältnisse können aus den L-R-Messungen und den A-P-Messungen errechnet werden. Das Modell 4 kann aus Masse und Höhe konstruiert und weiter mit anderen Charakteristika unter Einsatz einer elastischen Anpassung eines grundlegenden Menschenkörper-Modells verfeinert werden. Bilder der Kameras und Tisch-Position und -Bewegung können alternativ benutzt werden, um die Position des Subjekts zu bestimmen.
Die adaptive SAR-Einheit 40 berechnet die exponierte Masse in der Sendespule aus der Anatomie in einer festgestellten Position des Subjekts im Zentrum der Spule, dem konstruierten 3-dimensionalen Körpermodell und der effektiven HF-Länge der Körpersendespule, z. B. des Volumens 56. Wenn beispielsweise der Bauchraum des Subjekts in der Sendespule zentriert ist und das Volumen oder die effektive Länge der Sendespule sich von den Schultern bis zur Oberschenkelmitte erstreckt, wird das Volumen des Subjekts beruhend aus dem Volumen des Modells, welches sich von den Schultern bis zur Mitte des Oberschenkels erstreckt, aus dem Modell berechnet. Das Volumen des Modells von den Schultern bis zur Mitte des Oberschenkels bezieht sich auf die exponierte Masse, und aus dem Modell kann auch ein Gesamtgewicht oder eine Gesamtmasse erhalten werden. Die adaptive SAR-Einheit kann die berechnete exponierte Masse und bekannte Charakteristika der Sendespule nutzen, um Q_ratio zu berechnen. Q_ratio ist das Verhältnis der Qs im beladenen und unbeladenen Zustand. Q_ratio kann vorbestimmt oder für eine gegebene HF-Sendespule basierend auf einer Q-Studie vorab charakterisiert werden.
Die adaptive SAR-Einheit 40 berechnet die Nettoleistung der Sendespule beruhend auf der gemessenen Vorwärts-Leistung, minus der reflektierten Leistung. Die gemessene Leistung wird an der Sendespule gemessen, oder sie wird am HF-Sender 34 mit einem bekannten Verlust zwischen dem HF-Sender und der Sendespule 6 gemessen. Die SAR-Einheit 40 berücksichtigt jegliche Fehlabstimmungs-Verluste, die nicht als reflektierte Leistung des HF-Verstärkers gemessen werden, wie etwa den 4. Eingang oder Kanal eines Hardware-Quadraturhybrids im Falle der Hardware-Quadraturansteuerung, oder an der Ausgangsseite oder Abschluss-Last eines HF-Zirkulators/Isolators im Pfad zwischen dem HF-Verstärker und der Sendespule. Die SAR-Einheit berechnet die vom Subjekt absorbierte Leistung als die Netto-Leistung an der Spule·(1-Q_ratio). Aus der vom Subjekt absorbierten Leistung bestimmt die SAR-Einheit 40 die normierte Ganzkörper-SAR pro µT² unter Nutzung des gemessenen |B₁+|-Feldes aus einem Vorbereitungsschritt. Beispielsweise ist die Ganzkörper-SAR pro µT² = sf·(vom Subjekt absorbierte Leistung/Gesamtmasse des Subjekts/gemessenes |B₁+|²), worin sf ein Sicherheitsfaktor ≥ 1.0 ist.
In einer Ausführungsform kann das MR-System einen schnellen Satz von Pilot-Bildern unter Nutzung eines Nieder-WB SAR-Scanprotokolls mit niedrigem B_1RMS ² erfassen, wobei RMS der Effektivwert bzw. das quadratische Mittel und ein anfänglich konservativ eingestellter Ganzkörper-SAR-pro-µT²-Parameter ist. Der verbesserte Ganzkörper-SAR-pro-µT²-Wert kann durch die adaptive SAR-Einheit 40 basierend auf der gemessenen Leistung, Q_ratio und dem erhaltenen |B₁+|-Feld bestimmt werden. Die anatomische Position des Subjekts 57 relativ zur Sendespule kann mit den Pilotbildern bestätigt und/oder festgestellt werden. Die Pilotbilder können auch die L-R- und A-P-Dimensionen und Lage (z. B. Arme nach oben oder unten) oder andere Patientencharakteristika bestätigen und/oder messen. Beispielsweise kann eine Wasser-Fett-Pilotbildsequenz benutzt werden, um den Prozentanteil an Körperfett zu bestimmen. Das Modell kann mit den Pilotbildern konstruiert und/oder verfeinert werden, um die Masse abzuschätzen und Positionsinformation zu gewinnen. Die adaptive SAR-Einheit nutzt die anatomische zentrierte Patientenposition, Abtastsequenz und das Modell, um einen Ganzkörper-SAR-, einen Teilkörper-SAR-, einen Kopf-SAR- und einen Lokalen-Extremitäten-SAR- und/oder lokalen Rumpf-SAR-pro-µT²-Parameter für das Subjekt zu bestimmen. Wenn einer oder mehrere der SAR-Werte, wie durch Betrachtung des B_1RMS ² für die Sequenz und die modell-basierten verbesserten SAR-pro-µT²-Parameter erhalten, die SAR-Grenzwerte überschreitet, werden die Scan-Parameter durch den Nutzer justiert, bis die Werte innerhalb akzeptabler Grenzen sind, und der Scan wird unter Nutzung der aktualisierten SAR-Parameter und SAR-Werte ausgeführt.
3 stellt beispielhafte Bilder dar, die den Effekt des Eindringens eines elektromagnetischen Feldes zeigen, wenn Körpermodelle in einer 3,0T/128 MHz Ganzkörper-Sendespule studiert werden. Die Bilder sind aus Modellsubjekten mit zunehmender Masse und zunehmenden Umfang erzeugt. Die Modellsubjekte sind männliche Modelle mit 40 verschiedenen Gewebetypen, die unter Nutzung eines digitalen 3D-Normalmassen-Männer-Modells erzeugt und unter Einsatz von Finite-Differenzen-Zeitdomänen(FDTD)-Verfahren simuliert wurden. Gewebe-Leitfähigkeiten und -Dielektrizitätskonstanten wurden entsprechend zugeordnet. Die Bilder enthalten den Rumpfabschnitt des Modells mit verschiedenen Gewebetypen, wie etwa Leber, und schließen die Extremitäten aus. Die Bilder zeigen eine |B₁+| Feldverteilung in einer zentralen transversalen Scheibe eines Abdomens. Die Bildintensitäten sind ein Maß von |B₁+| im Subjekt in µT. Alle |B₁+|-Werte sind auf 1W durch die Modellsubjekte insgesamt absorbierter HF-Leistung skaliert.
Ein mittleres |B₁+|kann beobachtet werden, welches sich mit der Erhöhung der Größe oder Masse verringert. Beispielsweise enthält im Fall 1 mit der niedrigsten Masse das Bild ein allgemein abgedunkeltes Bild im Vergleich zum letzten Fall, Fall 6 mit der höchsten Masse, welche eine größere Fläche hellerer Gebiete, niedrigeren Feldwerten enthält. Außerdem steigt die |B₁+|-Ungleichmäßigkeit mit der Größe an, aber die |B₁+|-Verteilungsmuster erscheinen ansonsten von Bild zu Bild ähnlich. Beispielsweise sind die dunkelsten Gebiete von Bild zu Bild etwa konsistent, aber das größere gleichmäßig hellere Gebiet des Falls 1 differenziert sich in verschiedene hellere Gebiete, deren Fläche von Fall 2 zu Fall 6 ansteigt. Das mittlere |B₁+|, welches sich mit dem Anstieg der Größe oder Masse verringert, und die ungleichmäßigen, aber ähnlichen |B₁+|-Verteilungsmuster legen einen Penetrationseffekt nahe. Es wird aus einer weiteren Analyse dieser Modelle bestimmt, dass bei einer Erhöhung der absorbierten Leistung im Verhältnis zur Massenerhöhung das |B₁+|-Feld zunehmend niedriger bleibt, wenn die Masse ansteigt. Mit anderen Worten, für ein festes |B₁+|-Feld steigt die erforderliche Leistung schneller an als die Masse.
4 ist eine beispielhafte Darstellung einer Modellkonstruktion für die SAR, bei der eine Fett-Analyse oder Fett-Charakteristika eines Subjekts gegenüber einem Basis-Modell in Betracht gezogen werden. Das Volumen des Modells 34 vom Fall 5 ist auf Nur-Fett gesetzt und mit dem Modell 36 des Falls 2 kombiniert, wo das Hautgewebe gesetzt ist, als Fett zu erscheinen, um das Modell 38 für den Fall 7 zu erzeugen. Das Gewicht oder die Gesamtmasse von 159,6 kg für den Fall 7 ist ähnlich dem Fall 6 bei 157,9 kg. Fall 6 repräsentiert mehr Muskeln und weniger Fett, während Fall 7 weniger Muskeln und mehr Fett repräsentiert. Der Anteil des Fetts in einem Subjekt kann durch den Klinikmitarbeiter als Body-Mass-Index, der aus medizinischen Aufzeichnungen des Subjekts etc. erhalten wurde, eingegeben werden. Der Anteil des Fetts in einem Subjekt kann alternativ aus dem Vorab-Scan unter Nutzung einer Wasser-Fett-Separationssequenz und Berechnung eines Prozentanteils von Fett basierend auf dem rekonstruierten Vorab-Scan-Bild bestimmt werden. Der Prozentanteil des Fetts in einem Subjekt kann durch die SAR-Einheit benutzt werden, um den bestimmten Ganzkörper-SAR-Parameter und andere SAR-Parameter weiter zu verfeinern. Der Prozentanteil an Fett führt zu verschiedenen Gewebe-Charakteristika oder Gewebetypen, und auch dies hat einen Einfluss auf die SAR-Charakteristika.
5 ist eine beispielhafte Darstellung einer Modellkonstruktion zur Analyse des SAR-Aspektverhältnisses. Das Aspektverhältnis ist definiert als das Verhältnis einer Anterior-Posterior(A-P)-Höhe 60 des Rumpfes 18 zu einer Links-Rechts (L-R)-Breite 62 des Rumpfes 18 und von Extremitäten 20, d. h. der Arme, in einem transversalen Schnitt. Das Aspektverhältnis kann auch allein das Verhältnis von A-P- zu L-R-Rumpfabmessungen sein und das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Armen (Arme nach oben versus Arme nach unten) kann separat berücksichtigt werden. Die L-R-Breite ist eine Maximal-Breite über alle transversalen Schnitte bzw. Scheiben. Ein Modellsubjekt des Falls 8 ist gezeigt mit einem schmalen Aspekt von 0,426 (flachere Person). Ein Modellsubjekt des Falls 9 ist gezeigt mit einem breiten (runderen) Aspektverhältnis von 0,638. Das Aspektverhältnis für die ersten 5 Fälle ist 0,527, wobei in jenen Fällen eine gleichmäßige Skalierung vorgenommen wurde. Das Aspektverhältnis kann aus dem rekonstruierten Vorab-Scan (Vorab-Pilot-oder Pilot) berechnet oder alternativ eingegeben oder aus den vorstehend erwähnten kamera-basierten Messungen bestimmt werden. Das Modell des Falls 8 ist eine 19%-ige Verringerung im Aspektverhältnis gegenüber den ersten 5 Fällen. Das Modell des Falls 9 ist eine 21 %-ige Erhöhung gegenüber dem Aspektverhältnis der ersten 5 Fälle.
6 ist eine beispielhafte Tabelle von SAR-Ergebnissen unter Nutzung von Modellsubjekten. Die Tabelle schließt das Modellsubjekt ein, welches in den Bildern dargestellt ist, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden, und die Modellkonstruktionen, die unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben wurden und einen Referenzfall. Der Referenzfall umfasst ein hergestelltes menschliches Körpermodell, welches für den Vergleich mit Fall 1 getestet wurde. Die Tabelle enthält 9 Subjektmodelle, Charakteristika jedes Modellobjekts wie Breite, Lücke und Masse, „gemessene“ SAR beruhend auf der in der Sendespule exponierten Masse, „gemessene“ SAR im Rumpf, „gemessene“ SAR in den Extremitäten, und eine „gemessene“ Ganzkörper-SAR. Die „Messungen“ werden in einer Simulation unter Einsatz von FDTD-Verfahren ausgeführt. Die Breite 62 und die Lücke 24 können in Millimetern (mm) ausgedrückt werden, wie unter Bezugnahme auf 5 bzw. 1 beschrieben. Die Masse des Modellobjekts kann in kg angegeben werden und schließt die Gesamtmasse für das Modellsubjekt ein. Die Masse repräsentiert die eingegebene Masse eines Subjekts oder eine etwa durch die Waage 26 gewogene Masse. Die exponierte Masse repräsentiert eine berechnete Masse basierend auf der Subjektposition, beispielsweise anatomischen Position und Orientierung, und der Lage von Extremitäten, durch die SAR-Einheit für das Subjekt. Der Ganzkörper-SAR-Parameter = P_abs/m/|B₁ ⁺|avg² in Einheiten von W/kg/µT², worin P_abs die absorbierte Gesamtleistung des menschlichen Körpermodells mit 100 % Abtastzyklus, m die Gesamtmasse und |B₁ ⁺|avg das mittlere B1⁺ über die zentrale transversale Scheibe unter Ausschluss beider Arme sind. Der Teilkörper-SAR-Parameter = (mittlere SAR über die der Sendespule, wie etwa einer Quadratur-Körperspule ausgesetzte Masse)/|B₁ ⁺|avg². Der lokale SAR-Parameter in Extremitäten = (max. über 10g Gewebe gemittelte SAR in den Armen oder Beinen)/|B₁ ⁺|avg². Der lokale SAR-Parameter im Rumpf = (max. über 10 g Gewebe gemittelte SAR im Rumpf einschl. Kopf)/|B₁ ⁺|avg². Ein Kopf-SAR-Parameter = (mittlere SAR im Kopf)/||B₁ ⁺||avg². In den Beispielen von 2 bis 5 ist die Kopf-SAR für das Abdomen ignoriert, weil der Kopf außerhalb der Sendespule ist und eine sehr niedrige SAR erfährt.
Die Fälle 1 bis 6 schließen Modellsubjekte ein, deren Subjekt-Gesamtmasse ansteigt. Die Masse steigt von 100,9 auf 157,9 kg an. Bilder des beobachteten |B₁ ⁺| Feldes für die Fälle 1 bis 6 werden unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Der Stern in den Fällen 5 und 6 bezeichnet, dass die Modelle getrimmt wurden, so dass eine minimale Lücke zwischen dem Modell und der Spulenhohlraum-Kontaktfläche verbleibt. Beachte die Differenz in den gemessenen SARs in den Extremitäten. Beachte bei einem Vergleich von Fall 5 mit Fall 6 auch, dass das Beladegewicht nahezu dasselbe ist, aber die lokale SAR in den Armen um 25 % ansteigen kann, wenn die Lücke von 10 mm auf 5 mm verringert wird. In der Praxis ist eine Lücke von 5 mm allgemein nicht möglich, da für Sendespulen typischerweise eine dickere physikalische Isolierbarriere benutzt wird.
Fall 7 stellt Ergebnisse für ein Subjektmodell mit einem Gewicht ähnlich zum Fall 6, aber mit einem anderen Prozentanteil von Fett dar. Das für den Fall 7 konstruierte Modell wurde unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Beispielsweise wird im Fall 7 zusätzliches Fett anstelle von Muskelgewebe hinzugefügt. Der Teilkörper-SAR-Parameter von 0,74 W/kg/µT² für 85 kg ist anders beim Fall 6 mit 84 kg, aber ähnlich zum Fall 2 mit 70 kg. Der höhere Prozentanteil von Fett produziert eine niedrigere SAR pro µT² als die ähnliche Masse des Falls 6. Der Ganzkörper-SAR pro µT² des Falls 7 ist ähnlich zu Fall 2, obwohl die Masse ähnlich wie beim Fall 6 ist. Beachte, dass die lokale SAR pro µT² in den Extremitäten oder Armen 55 % von derjenigen ist, die für Fall 6 beobachtet wurde. Eine berechnete lokale SAR pro µT² in den Extremitäten und eine berechnete lokale SAR pro µT² im Rumpf sind separat für jeden Modellfall gezeigt.
Die Fälle 8 und 9 geben Ergebnisse für verschiedene Aspektverhältnisse. Fall 8 ist für ein schmales bzw. kleines Aspektverhältnis wie 0,426 oder –19 % entfernt von der Normalform. Fall 9 ist für ein breites bzw. großes Aspektverhältnis wie 0,638 oder +21 % entfernt von Normalform. Die Modellkonstruktion wurde unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Beachte, dass die Teilkörper-SAR pro µT² oder gemessene SAR pro µT² von 0,75 W/kg/µT² für Fall 8 ähnlich zum Fall 2 ist, obwohl die exponierte Masse von 63 kg niedriger als die 70 kg bei Fall 2 sind. Die geschätzte lokale SAR pro µT² im Rumpf und den Extremitäten zeigt die berechnete lokale SAR pro µT² vor einer weiteren Verfeinerung basierend auf dem Aspektverhältnis. Die doppelten Sterne für die Fälle 7 und 8 basieren auf Funktionen, die weiter in 7 beschrieben sind.
Eine multivariate Analyse der Modellierungsergebnisse der SAR pro µT² kann als eine Tabelle oder Reihe von Tabellen oder als eine multivariate Funktion f dargestellt werden, die auf Basis einer beobachteten SAR, einer Ganzkörper-SAR berechnet werden kann. Die Variablen können die Gesamtmasse, die Größe, die Körperposition wie eine anatomische Lage und Orientierung, eine Körperkonfiguration wie das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Extremitäten, eine Lücke oder Position bzgl. der Sendespule, den Gewebetyp wie etwa den Prozentanteil von Körperfett, die A-P- und L-R-Dimensionen und das Aspektverhältnis einschließen.
7 ist eine beispielhafte grafische Darstellung von SAR-Ergebnissen für lokale SAR pro µT² für den Rumpf und Extremitäten gegenüber einer Ganzkörper-SAR pro µT². In der Darstellung ist die Ganzkörper-SAR pro µT² auf der X-Achse und die lokale SAR pro µT² auf der Y-Achse für die Fälle 1–6 aufgetragen. Die lokale SAR pro µT² für die Rumpf-SAR und die Extremitäten-SAR pro µT² sind separat aufgetragen. Die Kurven sind an die beobachteten Werte unter Nutzung von Regressionsanalyse angepasst. Eine erste Kurve 64, angepasst an die Rumpf-Werte, kann ausgedrückt werden durch y₁ = 11,741x – 0,878, worin x die Ganzkörper-SAR und y₁ die lokale Rumpf-SAR ist. Die tatsächlichen Werte aus 6 sind als Quadrate gezeigt. Der R²-Wert für die Linie ist 0,954. Eine zweite Kurve 66, angepasst an die beobachteten Extremitäten-Werte, ist auszudrücken als Exponentialfunktion y₂ = 0,376e^6,154x, worin x die Ganzkörper-SAR pro µT² und y₂ die lokale Extremitäten-SAR pro µT² ist. Es gilt R² = 0,998. Die tatsächlichen Werte sind als Diamanten gezeigt. Die hohen R²-Werte zeigen eine gute Anpassung. Die einzelnen linearen Regressionsmodelle werden benutzt, um Werte der lokalen SAR pro µT² aus den Ganzkörper-SAR-Werten pro µT² zu erhalten. Die Rumpf-SAR pro µT² und die Extremitäten-SAR pro µT² sind schwierig, direkt zu messen. Mit einer Ganzkörper-SAR pro µT² werden durch die SAR-Einheit lokale SAR-Werte pro µT² berechnet, soweit anwendbar für die besondere Körperposition. Ähnliche Anpassungsfunktionen können für eine andere Körpersubjekt-Position (Brustkorb, Leber, etc.) erhalten werden, oder man kann das Modell auf ein mehrfach lineares Regressionsmodell beruhend auf der Subjektposition erweitern. Die angepassten Funktionen können im SAR-Referenzspeicher 46 als ein MRI-Systemparameter-File, eine Datenbasis und/oder eine Funktion gesichert werden. Die angepassten Funktionen bieten einen vollständigen Bereich für eine elastische Anpassung eines Modells auf Charakteristika des Subjekts. Die Körperposition des Subjekts in Z-Richtung relativ zu einem Isozentrum der Sendespule wird aus dem Vorab-Scan berechnet, und die Ganzkörper-SAR pro µT² wird berechnet. Eine lokale SAR pro µT² wird basierend auf der Ganzkörper-SAR pro µT² bestimmt. Beispielsweise ist die lokale Rumpf-SAR (z) = y₁ (x) und die lokale Extremitäten-SAR (z) = y₂ (x). Die bestimmten Werte können in Kombination mit den B_1RMS ² aus den Scans benutzt werden, um jeden der anwendbaren SAR-Werte in W/kg abzuschätzen und dann gegenüber entsprechenden SAR-Grenzen zu prüfen. Beachte: Ein Wert der lokalen Extremitäten-SAR pro µT² könnte so gewählt werden, dass er der größere als das Doppelte der lokalen Rumpf-SAR pro µT² und des Wertes aus einer Anpassungsfunktion y₂ ist.
8 zeigt als Flussdiagramm ein Verfahren der Nutzung einer Ausführungsform des adaptiven SAR-Abschätzungsverfahrens. In einem Schritt 68 werden Charakteristika des Patienten gemessen. Die Messung der Charakteristika schließt eine Patientenmasse, wie etwa die Gesamtmasse ein, die mit der Waage 26 gemessen wird, die die Masse der anthropometrischen Einheit 28 mitteilt. Die gemessenen Patientencharakteristika können die Patientengröße, L-R-Messungen, A-P-Messungen o. ä. einschließen, welche mit einer oder mehreren Kameras 58 oder einem Niedrig-Leistungs-Scan erhalten werden und an die anthropometrische Einheit 28 kommuniziert werden können.
In einem Schritt 70 konstruiert die anthropometrische Einheit 28 ein dreidimensionales Körpermodell beruhend auf den gemessenen Charakteristika. Das Körpermodell kann andere Patientencharakteristika enthalten, wie das Alter, Geschlecht o. ä., die aus Patientenaufzeichnungen gewonnen oder durch einen Klinikangestellten eingegeben werden. Das elastische dreidimensionale Körpermodell ist an die Patientencharakteristika angepasst. Die anthropometrische Einheit 28 verknüpft die SAR pro µT² mit dem Modell beruhend auf Funktionen und vorangehenden Studien, wie unter Bezugnahme auf die 6 und 7 gezeigt.
Der Patient wird im MRI-Scanner 2 relativ zu den Sendespulen in einem Schritt 72 positioniert. Die Position kann durch die Kamera 56 und/oder einen Pilot-Scan bestimmt werden. Die Patienten-Positionierung kann die Platzierung lokaler Empfangsspulen einschließen. Die adaptive SAR-Einheit 40 berechnet die exponierte Masse in der Sendespule aus der Patientenpositionierung, dem dreidimensionalen Körpermodell und der effektiven HF-Länge der Sendespule. Die SAR-Einheit bestimmt Q_ratio basierend auf der exponierten Masse und Charakteristika der Sendespule, wie in einer Tabelle in der SAR-Referenz 46 gespeichert.
Die Leistung wird einem Vorbereitungsschritt 74 mit dem positionierten Patienten gemessen. Die Vorwärtsleistung und reflektierte Leistung werden an der Sendespule 6 gemessen. In einem Schritt 76 werden die Ganzkörper-SAR pro µT² und die Ganzkörper-SAR für einen gegebenen Pilot-Scan-Zustand bestimmt. Die Ganzkörper-SAR basiert auf der gemessenen Vorwärts- und reflektierten Leistung und der exponierten Masse des Patienten, beruhend auf dem angepassten Körpermodell, und einer Größe eines durch die Sendespule erzeugten HF-Feldes. Die Netto-Leistung wird berechnet als Vorwärts-Leistung minus reflektierter Leistung. Die durch den Patienten absorbierte Leistung wird berechnet als Netto-Leistung·(1-Q_ratio). Die Ganzkörper-SAR pro µT² wird berechnet als Sicherheitsfaktor·(absorbierte Leistung/Patientenmasse/gemessenes |B₁ ⁺|²), worin der Sicherheitsfaktor ≥ 1,0 ist.
Die 3-Ebenen- oder Volumen-Pilotbilder werden in einem Schritt 78 erfasst. Die Bilder werden durch die Rekonstruktionseinheit aufgebaut und durch die SAR-Einheit benutzt, um eine anatomische Position im Zentrum der Sendespule aus anatomischen Landmarks der Pilot-Bilder zu bestätigen oder zu identifizieren. Die anthropometrische Einheit kann die L-R- und A-P-Dimensionen und Lage, (z. B. Arme nach oben oder unten) nutzen, um das angepasste Modell in einem Schritt 80 zu justieren. Wenn eine Wasser-Fett-Separationssequenz mit den Pilot-Scans genutzt wird, kann das Modell weiter verfeinert werden, beruhend auf dem Prozentanteil von Körperfett oder anderen Patientencharakteristika, die aus den Pilot-Bildern identifiziert werden.
Die SAR-Werte werden für eine Bildgebungs-Sequenz in einem Schritt 82 beruhend auf den SAR-pro-µT²-Parametern berechnet, die mit dem angepassten elastischen Modell verknüpft sind, das den Charakteristika des vorliegenden Patienten entspricht, und für die B_1RMS ² der Bildgebungs-Sequenz. Die exponierte Masse basiert auf der identifizierten Patienten-Position, also-Position, -Orientierung und -Stellung, und das entsprechende Volumen in dem Modell ist dasjenige, welches der ausgesandten Leistung ausgesetzt wird. Die Stellung schließt das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Extremitäten ein, beispielsweise die Haltung Arme über den Kopf oder Arme an den Seiten. Die anderen anwendbaren SAR-Werte aus einem oder mehreren der Teilkörper-SAR, lokalen Rumpf-SAR, Kopf-SAR und lokalen Extremitäten-SAR werden auch basierend auf der Ganzkörper-SAR und einer oder mehreren Funktionen bestimmt, wie den unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen, und/oder von Tabellen, wie etwa in der SAR-Referenz 46 gespeichert.
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in Verbindung mit den besonderen illustrativen Ausführungsformen, die hier präsentiert sind, bestimmte Struktur- und/oder Funktionsmerkmale so beschrieben sind, dass sie in definierten Elementen und/oder Komponenten verkörpert sind. Es ist jedoch zu verstehen, dass diese Merkmale mit gleichem oder ähnlichem Nutzeffekt auch ebenso in anderen Elementen und/oder Komponenten verkörpert sein können, soweit angemessen. Es ist auch zu verstehen, dass verschiedene Aspekte der beispielhaften Ausführungsformen selektiv genutzt werden können, wo angemessen, um andere alternative Ausführungsformen für gewünschte Anwendungen zu erzielen, wobei die anderen alternativen Ausführungsformen die jeweiligen Vorteile der darin enthaltenen Aspekte realisieren.
Es ist auch zu verstehen, dass hier beschriebene besondere Elemente oder Komponenten ihre Funktionalität geeignet durch Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination aus diesen implementiert haben können. Außerdem ist zu verstehen, dass bestimmte Elemente, die hier als zusammen vergegenständlicht beschrieben sind, unter geeigneten Umständen als eigenständige Elemente oder anderweitig aufgeteilt vorliegen können. Ähnlich kann eine Mehrzahl von besonderen Funktionen, die hier als durch ein besonderes Element ausgeführt beschrieben sind, auch durch eine Mehrzahl voneinander verschiedener Elemente ausgeführt sein, die unabhängig wirken, um einzelne Funktionen auszuführen, oder dass bestimmte einzelne Funktionen aufgeteilt und durch eine Mehrzahl unterschiedlicher Elemente ausgeführt werden, die zusammenwirken. Alternativ können einige Elemente oder Komponenten, die hier andererseits als verschieden voneinander beschrieben und/oder gezeigt sind, physisch oder funktional miteinander kombiniert sein, soweit angemessen.
Kurz gesagt, wurde die vorliegende Beschreibung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsform gegeben. Offensichtlich können Dritte Modifikationen und Abwandlungen sehen, wenn sie die vorliegende Beschreibung lesen und verstehen. Es ist beabsichtigt, dass die Erfindung so zu verstehen ist, dass sie all solche Modifikationen und Änderungen einschließt, soweit diese innerhalb des Bereichs der anhängenden Ansprüche und von deren Äquivalenten liegen. D. h., es ist zu verstehen, dass verschiedene der oben offenbarten und andere Merkmale und Funktionen oder deren Alternativen in wünschenswerter Weise in viele andere, unterschiedliche Systeme oder Anwendungen kombiniert sein können, und dass auch verschiedene gegenwärtig noch nicht gesehene oder antizipierte Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen später durch den Fachmann ausgeführt werden können, welche in ähnlicher Weise durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sein sollen.

Claims

Magnetresonanzsystem (1), welches aufweist: mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule (6), welche gemessene HF-Leistung überträgt, um Magnetresonanz in Geweben eines Subjekts (57) in einem Untersuchungsbereich anzuregen und zu manipulieren; einen HF-Sender (34), welcher den Pegel an übertragener HF-Leistung beruhend auf einer spezifischen Absorptionsrate (SAR) für eine Bildgebungssequenz steuert; eine anthropometrische Einheit (28), welche eine Masse eines Abschnitts des Subjekts bestimmt, welches die übertragene HF-Leistung empfängt, basierend auf einer Gesamtmasse des Subjekts; und eine adaptive SAR-Einheit (40), welche eine ausgewählte Abtastsequenz, basierend auf der SAR justiert, die aus der gemessenen übertragenen HF-Leistung und einer gemessenen reflektierten Leistung und der Masse des Abschnitts des Subjekts bestimmt ist, welcher die empfangene HF-Leistung empfängt.
System (1) nach Anspruch 1, weiter einschließend: eine Rekonstruktionseinheit (38), welche Bilder aus einer Pilot-Abtastung rekonstruiert und eine Position und Orientierung des Subjekts, beruhend auf lokalisierten Landmarks, bestimmt; und wobei die anthropometrische Einheit (28) den Abschnitt des Subjekts, der die übertragene HF-Leistung empfängt, beruhend auf der Position und Orientierung des Subjekts und Charakteristika der mindestens einen Sendespule (6) bestimmt.
System (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die anthropometrische Einheit (28) ein dreidimensionales Modell (4) eines Subjekts, beruhend auf mindestens einer Charakteristik des Subjekts, konstruiert und die Masse des Abschnitts des Subjekts, basierend auf dem Modell (4), bestimmt, welcher die übertragene Leistung empfängt.
System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die anthropometrische Einheit (28) die Gesamtmasse des Subjekts, basierend auf einer gemessenen Masse, bestimmt, die mit mindestens einer eingegebenen Masse und einer vorab gespeicherten Masse verifiziert wird.
System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die adaptive SAR-Einheit (40) die anwendbaren SAR-Werte aus einer Ganzkörper-SAR, basierend auf einer gemessenen, übertragenen und reflektierten HF-Leistung und der Gesamtmasse, bestimmt.
System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Abschnitt des Subjekts, welcher die übertragene HF-Leistung empfängt, einschließt: einen anatomischen Bereich und ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Extremitäten des Subjekts.
System (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die mindestens eine physikalische Charakteristik der mindestens einen Sendespule (6) eine Länge längs einer Achse durch ein Isozentrum der mindestens einen HF-Sendespule einschließt.
System (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die mindestens eine Charakteristik des Subjekts mindestens eine der Größen einschließt: Gesamtmasse; Größe; Alter; Geschlecht; eine Links-Rechts-Messung; eine Anterior-Posterior-Messung; ein Verhältnis aus einer Links-Rechts-Messung und einer Anterior-Posterior-Messung; eine Mehrzahl von Gewebetypen; einen Prozentanteil von Körperfett; und einen Body Mass-Index.
System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die bestimmte SAR mindestens eine der folgenden einschließt: eine Tellkörper-SAR; eine lokale Extremitäten-SAR; eine lokale Rumpf-SAR; und eine Kopf-SAR.
System (1) nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine physikalische Charakteristik der mindestens einen Sendespule (6) eine vorbestimmte Q_ratio einschließt.
Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung, aufweisend: Messen (74) von übertragener und reflektierter Hochfrequenz(HF)-Leistung, die ein |B₁ ⁺|-Feld durch mindestens eine Sendespule (6) in dem Gewebe eines Subjekts erzeugt; Bestimmen (76) eines spezifischen Ganzkörper-Absorptionsraten(SAR)-Parameters, basierend auf der gemessenen, übertragenen und reflektierten Leistung, dem erzielten |B₁ ⁺|-Feld und einer Gesamtmasse des Subjekts; Identifizieren (78) einer Position und Orientierung des Subjekts relativ zu der mindestens einen Sendespule (6), basierend auf einem Pilot-Scan; Bestimmen einer SAR (82) für eine Bildgebungssequenz, basierend auf dem B_1RMS ² der Sequenz, dem bestimmten Ganzkörper-SAR-Parameter und der identifizierten Subjektposition und -orientierung; Justieren der Sequenzparameter, wenn die bestimmte SAR erlaubte Grenzen überschreitet, bis die bestimmte SAR innerhalb der Grenzen liegt; Ausführen (84) der Bildgebungssequenz mit der bestimmten SAR.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Identifizieren der Position des Subjekts weiter einschließt: Rekonstruieren von Pilotbildern in drei Ebenen oder als Volumen-Datensatz; und Platzieren von Landmarks in den Pilot-Bildern, um die Subjektposition und -orientierung zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, weiter einschließend: Konstruieren (70) eines dreidimensionalen Modells des Subjekts, welches vorbestimmte SAR-Parameter schließt, basierend auf mindestens einer Charakteristik des Subjekts; und Verfeinern der Ganzkörper-SAR-Parameter, basierend auf dem konstruierten Modell.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Gesamtmasse des Subjekts gemessen und mit mindestens einem eines eingegebenen Betrages und eines vorab gespeicherten Betrages verifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Gewebe des Subjekts einschließen: einen anatomischen Bereich; und ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Extremitäten des Subjekts.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die mindestens eine Charakteristik des Subjekts mindestens eine der Größen einschließt: Gesamtmasse; Größe; Alter; Geschlecht; eine Links-Rechts-Messung; eine Anterior-Posterior-Messung; ein Verhältnis aus einer Links-Rechts-Messung und einer Anterior-Posterior-Messung; eine Mehrzahl von Gewebetypen; einen Prozentanteil von Körperfett; und einen Body Mass-Index.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die bestimmte SAR mindestens eine der folgenden einschließt: eine Tellkörper-SAR; eine lokale Extremitäten-SAR; eine lokale Rumpf-SAR; und eine Kopf-SAR.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium, welches Software trägt, die eines oder mehrere elektronische Datenverarbeitungsgeräte (46) steuert, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17 auszuführen.
Elektronisches Datenverarbeitungsgerät (36), welches konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17 auszuführen.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem (1), welches aufweist: mindestens eine Hochfrequenz(HF)-Sendespule (6), welche gemessene HF-Leistung überträgt, um Magnetresonanz in Geweben eines Subjekts (57) in einem Untersuchungsbereich anzuregen und zu manipulieren; einen HF-Sender (34), welcher den Pegel an übertragener HF-Leistung beruhend auf einer spezifischen Absorptionsrate (SAR) für eine Bildgebungssequenz steuert; und einen oder mehrere Prozessoren (50), welche konfiguriert sind, um einen Ganzkörper-SAR-Parameter, basierend auf der gemessenen übertragenen HF-Leistung und einer gemessenen reflektierten HF-Leistung und anatomischen Abschnitten des Subjekts, die der übertragenen HF-Leistung ausgesetzt sind, und dem erzielten |B₁ ⁺|-Feld zu bestimmen; und SAR-Parameter und anwendbare SAR-Werte, die für eine ausgewählte Bildgebungssequenz, basierend auf dem bestimmten Ganzkörper-SAR-Parameter und anatomischen Abschnitten des Subjekts, die während der ausgewählten Bildgebungssequenz exponiert sind, zu bestimmen.