WO2012000716A1 - Variation eines mrt-sequenzparameters zur minimierung der varianz eines messwerts - Google Patents

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measurement
individual measurements
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Oliver Heid
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method and a control sequence determination device for determining a magnetic resonance system control command sequence for the acquisition of magnetic resonance raw data for a magnetic resonance measurement sequence, which comprises a
  • the invention further relates to a
  • a magnetic resonance system is usually of the body to be examined by means of a basic magnetic field system ei ⁇ nem relatively high basic magnetic field, exposed to, for example, 3 or 7 Tesla.
  • a magnetic field gradient is applied by means of a gradient system.
  • High frequency excitation signals are supplied via a high-frequency transmission system then by means of suitable antenna devices (RF) signals out ⁇ sends, to which lead to the nuclear spins of certain by this high-frequency field resonantly excited atoms be tilted by a defined flip angle relative to the magnetic field lines of the basic magnetic field.
  • RF antenna devices
  • a control command sequence is usually generated in advance, which comprises the individual RF pulses to be transmitted and, to this end, coordinated gradient pulses to be emitted.
  • This control command sequence is defined, possibly with further control specifications, in a so-called measurement protocol, which is created in advance and, for example, retrieved from a memory for a specific measurement and, if necessary, can be changed locally by the operator.
  • measurement protocol which is created in advance and, for example, retrieved from a memory for a specific measurement and, if necessary, can be changed locally by the operator.
  • the control of the magnetic resonance system then takes place fully automatically on the basis of this measurement protocol, the control device of the magnetic resonance system reading out and processing the commands from the measurement protocol.
  • Magnetic resonance examinations comprise in most cases a sequence of several coherent single measurements.
  • a multi-slice measurement a so-called “multi-slice measurement”
  • a plurality of parallel equidistant layers of an examination object are usually recorded in order to capture as much as possible the entire volume of a region of interest of the examination subject
  • the individual measurements are evaluated later with regard to a specific evaluation parameter and the evaluation results obtained from the individual measurements are combined to form an overall evaluation result
  • An example of this is the determination of a volume of a specific organ or part of an organ, for example the volume of a ventricle.
  • the cross-sectional area of the object to be examined is determined in each case as an evaluation result of the individual measurements.
  • As the heart chamber, and the cross-sectional area is multiplied by a layer thickness or the layer spacing.
  • the volume layers thus obtained are then summed up to obtain the total volume - as the overall evaluation result.
  • Another example is the creation of an enrichment curve for which a number of individual measurements are taken at a specific time interval in order to observe the accumulation or depletion of a contrast agent in a specific tissue region of interest.
  • the total evaluation result depends on the evaluation results of a plurality of individual measurements, all of which have unavoidable measuring errors, the overall Samtaustechnischsclude is often affected by a not insignificant Un ⁇ safety.
  • control command sequence is designed so that a sequence control parameter is varied in such a manner between different Einzelmessun ⁇ gen at least that the variance of a measurement error is minimized with respect to the overall Samtaustechnischsdales.
  • a "construction" of a control command sequence is understood to mean that a series of control commands is generated which specify exactly in which sequence which radio-frequency pulses and temporally coordinated gradient pulses are emitted and when magnetic resonance signals are to be read out so as to target specific areas of the volume of the examination subject to stimulate and read out the information gained thereby.
  • sequence control parameter such measurement parameters are understood here as meaning that typically the defibrillator ⁇ definition or characterization of the magnetic resonance measurement sequence used as such, that is, those parameters that z. B. the precise sequence of the individual measurements relative to each other and / or dictate their contribution to the total measurement sequence. typical in ⁇ this games are in a multi-layer measurement, a layer distance or layer thickness or a constant predetermined measuring time interval between successive measurements. Further typical examples of suitable variable sequence ⁇ control parameters are not given below. Since by the sequence control parameter, the measurement sequence are defined, these can also be called “sequence definition parameters".
  • the manner in which the variation should be carried out in each case in order to minimize the measurement error depends on various other parameters, in particular, of course, the diagnostic question or the desired overall evaluation result. Particularly suitable variation rules will be explained later for certain typical measurements.
  • An inventive control sequence detecting means of the type mentioned is accordingly so trained det that they so builds the control instruction sequence, that at least one sequence control parameter is varied in such a manner between the individual measurements, the variance of a measurement error mini ⁇ mized with respect to the total evaluation result.
  • the control sequence detecting means can for this purpose have, for example, an input interface to be ⁇ agreed input data which are required for the construction of such a control instruction sequence, for example, information about the object under examination, a target magnetization and / or the indication of which sequence control parameters should be varied to pretend.
  • information about the nature of the overall evaluation result can also be entered so that suitable rules based thereon, which can be stored in a memory, for example, can be selected in order to carry out the appropriate variation of the sequence control parameters.
  • the control sequence determination device then automatically determines a suitable magnetic resonance system control command sequence on the basis of all these input data and can output this via a control sequence output interface, so that the control command sequence can be adopted in a protocol.
  • the Steuerse acid sequence determining means already produced a complete protocol based on further input data, in which the control instruction sequence is embedded.
  • control sequence determination device can also be designed such that it adopts a conventionally generated, ready-to-use control command sequence (eg with constant sequence control parameters) for a magnetic resonance measurement sequence and then changes it in the manner according to the invention such that one or more specific sequence control parameters be varied between the various individual measurements so as to minimize the variance of the measurement error with respect to the total evaluation result.
  • a conventionally generated, ready-to-use control command sequence eg with constant sequence control parameters
  • Essential parts of the control sequence determination device can be designed in the form of software components.
  • the input interface may be, for example ei ⁇ ne user interface, especially a graphical user interface, act magnetization and the other input data for manually entering the destination.
  • it can be an interface for selecting and accepting data from a data memory arranged within the control sequence determination device or connected thereto via a network, if appropriate also using the user interface.
  • the control sequence output interface may be e.g. B. be an interface that transmits the control command sequence to a magnetic resonance control, so as to directly control the measurement, but also to an interface that sends the data over a network and / or deposited in a memory for later use.
  • These interfaces may also be at least partially in the form of software and possibly resort to hardware interfaces of an existing computer.
  • the invention thus also encompasses a computer program, which can be loaded directly into a memory of a control sequence determination device, with program code sections in order to carry out all the steps of the method according to the invention when the program is executed in the control sequence determination device.
  • a software implementation has the advantage that even existing devices that are used to determine control command sequences (for example, suitable computers in data centers of the magnetic resonance system manufacturer) can be suitably modified by implementation of the program in the manner according to the invention To determine control sequences that are associated with a lower high frequency load.
  • a control command sequence is determined according to the method described above and then the magnetic resonance system is operated using this control command sequence. Accordingly, an inventive magnetic resonance ⁇ system of the type mentioned to a previously described control sequence determination device.
  • image quality parameters such as a spatial resolution, a matrix size or the number of rejected image quality parameters.
  • image quality parameters such as a spatial resolution, a matrix size or the number of rejected image quality parameters.
  • groped lines in k-space (in Fourier space) at the individual measurements For example, in a multi-slice measurement in some layers, which are expected to contribute only slightly to the overall evaluation result, a reduced spatial resolution and / or smaller matrix size and / or a reduced number of scanned k-space lines can be used. whereas for other layers whose contribution to the overall score is likely to be significantly higher, the resolution and / or matrix size and / or number of scanned lines is increased. In the acquisition of the same amount of data, the error in the overall evaluation result can be reduced.
  • sequence control parameters which are varied in multi-slice measurements, are spatial position and / or aspect ratio parameters such as the layer thickness and / or the layer spacing and / or the layer orientation. Particularly in the case of such measurements in which the temporal behavior of the volume, for example in the case of contrast agent recordings, is to be evaluated, temporal position and / or aspect ratio parameters such as the measurement time intervals between the various individual measurements are available as sequence control parameters to be varied to get such a better overall evaluation result.
  • the rules by which the variation is able preferably depend on the expected measurement error distribution of a ⁇ zel horren.
  • the measurement errors of the evaluation parameter of the individual measurements are equally distributed or follow a Gaussian distribution.
  • it is z. B. advantageous if a variation of the sequence control parameter according to a Gauss' integration rule or a Gauss quadrature takes place.
  • this makes sense when it comes to varying a slice spacing within a multi-slice measurement.
  • the layering According to a Gauss-Chebyshev integration, only the layer spacings of the individual measurements are optimized, the measurements being equally weighted. In both cases, it is possible to achieve a reduction in the measurement error of the overall evaluation result in relation to conventional methods in which the slice spacing between two consecutive parallel slice measurements is always kept constant.
  • the measurement error distribution of the individual measurements may depend on geometric or temporal boundary conditions. An even better reduction of the measurement error by variation of a sequence control parameter can therefore u. U. reach, if the variation or the variation rules are determined on the basis of prior knowledge of an examination subject of the magnetic resonance measurement. In a preferred embodiment, this prior knowledge of theomme ⁇ monitoring object on the basis of one or more previously carried convicted imaging measurements can attain. This may, for example, an already previously performed as part of the most magnetic resonance examinations overview measurement (Scout measurement) act, but also to measurements which have already been carried out in RESIZE ⁇ ßerem time interval before about the investigation object, for example, in earlier studies.
  • sequence control parameter is varied as a function of at least one geometric parameter of an examination object of the magnetic resonance measurement, for example, it depends on how the outer shape of the examination object is perpendicular to the layer planes of the multi-slice along a specific spatial direction. Measurement changed.
  • the magnetic resonance measurement comprises a multi-slice measurement and the layer spacing and / or the layer thickness in Dependence on a cross-sectional area of the examination ⁇ object in the relevant layer varies. It is particularly preferred fashion, the layer spacing and / or the layer thickness is selected all the narrower, the more the cross-sectional area of the examination object between adjacent layers is changed, that is, the greater the Varia ⁇ tion of the cross-sectional area of the examination object between adjacent layers , Another preferred example where it is possible
  • the measuring time interval between two successive measurements can be varied as a sequence control parameter as a function of an expected slope of the time course of the enrichment.
  • the temporal sequence of the individual images is not constant as before, but rather in a way, so that the temporal change between the measurements is recorded particularly well. For example, whenever the difference is probably greatest, it is measured more frequently in time, and at the beginning and end of the enrichment time it is measured at a greater time interval.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a magnetic resonance system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a multilayer measurement according to a conventional method with constant slice spacing
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a multilayer measurement according to an embodiment variant of a method according to the invention with a representation of a rule for varying the layer spacing
  • FIG. 4 shows a flow chart for a possible sequence according to an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a roughly schematic representation of a magnetic resonance system 1 according to the invention. This comprises, on the one hand, the actual magnetic resonance scanner 2 with an examination space 8 or patient tunnel located therein. A deck 7 is in mobile in this examination space 8, so that a lying thereon Patient C or test subject can be supported relative to the arranged therein Magnetsys ⁇ system and RF system during an examination at a particular position within the magnetic resonance scanner 2 or also during a measurement between various positions.
  • a specific organ, for example the heart, of the patient C is shown schematically here.
  • Essential components of the magnetic resonance scanner 2 are a basic field magnet 3, magnetic field gradient coils 4 for applying arbitrary magnetic field gradients in the x-, y- and z-direction, and a whole-body radio-frequency coil 5.
  • the reception of magnetic resonance signals induced in the examination subject 0 can done on the whole-body coil 5, and the high-frequency signals for inducing Magnetreso ⁇ nanzsignale are sent to the generally.
  • these signals are received with local coils 6 placed, for example, on or under the patient C, preferably close to the examination object 0. All these components are known to the skilled man in principle and therefore only roughly schematically illustrated in FIG.
  • the different components of the scanner are over one
  • Control device 10 can be controlled.
  • This can be a control computer, which can also consist of a large number of individual computers, which may also be spatially separate and interconnected via suitable cables or the like.
  • this control device 10 Via a terminal interface 13, this control device 10 is connected to a terminal 20, via which an operator can control the entire system 1.
  • this terminal 20 is equipped as a computer with keyboard, one or more screens 21 and other input devices such as mouse or the like, so that the operator has a graphical user interface available.
  • the control device 10 has, inter alia, a gradient control unit 14, which in turn may consist of several subcomponents.
  • the individual gradient coils 4 are connected with gradient control signals GS. These are gradient pulses that are set during a measurement at precisely scheduled time positions and with a precisely predetermined time course.
  • the gradient control unit 14 together with the gradient coils 4 forms a gradient system.
  • the control device 10 also has high-frequency transmitting / receiving units 15, 16, specifically a high-frequency transmitting / receiving unit 15 for the whole-body coil 5 and a high-frequency transmitting / receiving unit 16 for the local coils 6. These RF transceiver units 15, 16 likewise consist of several subcomponents.
  • a transmitting part of the transmitting / receiving units 15, 16 respectively ensures that suitable high-frequency signals HFS are emitted for exciting the nuclear spins in the desired volume.
  • a receiving part of the RF transmission / reception units 15, 16 can Magnetre ⁇ sonanzsignale MRS by the coils 5, are received. 6
  • at least the reception takes place with the aid of the local coils 6.
  • the RF transmitting / receiving units 15, 16 together with the coils 5, 6 form the high-frequency transmitting / receiving system.
  • the RF transceiver units 15, 16 and the gradient control unit 14 are controlled in a coordinated manner by a measurement control unit 11. This ensures by appropriate commands for that a desired gradient pulse train is emitted, and controls in parallel the respective RF transmitting / receiving unit 15, 16 so that a suitable RF pulse train is emitted. In addition, care must be taken that at the appropriate time the magnetic resonance signals MRS on the whole-body coil 5 and / or on the local coils 6 are read out and further processed by the associated RF transceiver units 15, 16.
  • the measuring control unit 11 presets the corresponding control commands in accordance with a predetermined control protocol P, P '. In this control protocol P, P 'all control data are stored, which must be set during a measurement.
  • a plurality of control protocols P, P ' are stored in a memory 12 for various measurements. This could be from the operator selects ⁇ via the terminal 20 and, if necessary varied, in order to then have a suitable control protocol P, P 'for the currently desired measurement is available with which the measurement control unit 11 ar- BEITEN can. Incidentally, the operator can also retrieve NW control protocols via a network, for example from a manufacturer of the magnetic resonance system, and then modify and use them if necessary.
  • the received magnetic resonance signals MRS are transferred from the RF transceiver units 15, 16 in digitized, processed form as raw data RD to a reconstruction unit 17, which reconstructs the image data BD from them and stores them in a memory 12 and / or via the interface point 13 to the terminal 20 so that the operator can look at them.
  • the image data BD can also be stored and / or displayed and evaluated via a network NW at other locations.
  • the control device 10 also includes here an evaluation unit 18, which is able to carry out evaluations based on the image data BD of the various individual measurements of a measurement sequence generated by the reconstruction device 17 and to form an overall evaluation result GA.
  • the individual sectional images of an organ can be automatically evaluated by this evaluation unit 18 to determine how large the sectional area of this organ is in the sectional images.
  • the cut surface is then multiplied by a certain volume, for example, the layer spacing between the individual slice images therefrom and then determines the total volume of to be examined Or ⁇ goose.
  • the evaluation unit 18 can be implemented, for example, in the form of software on a processor within the control device 10. In principle, however, it is also possible to carry out such evaluations only later outside the actual control device 10, for example within a computer of the terminal 20 or on another computer which has received the measurement results of the individual measurements, for example the individual sectional images, via the network NW.
  • FIG. 1 also schematically illustrates a control sequence determination device 22 according to the invention, which is used to determine a control command sequence AS, AS '.
  • This control instruction sequence AS, AS ' includes in an appropriate rows ⁇ follow ordered the control commands for each be emitted pulses and the associated commands for reading out magnetic resonance signals in order to run one after the other, a sequence of individual measurements of a magnetic resonance measurement to be carried out automatically.
  • This control command sequence AS, AS ' is created in the present case as part of the measurement protocol P, P'.
  • the control sequence determination device 22 is shown here as part of the terminal 20 and can be realized in the form of software components on the computer of this terminal 20. In principle, however, the control sequence determination device 22 can also be part of the control device 10 itself or realized on a separate computing system, and the finished control command sequences AS, AS ', possibly also in the context of a complete control protocol P, P', via a network NW the magnetic resonance system 1 übermit ⁇ telt.
  • control sequence determination device 22 is embodied in a simplified manner as a type of control sequence modification device which is able to take over a finished control command sequence AS, which belongs to a specific protocol P, via an input interface 23 in order to then convert it into a modification unit 24 to modify the invention shown SEN manner, and then output via an output interface 25 as the modified control instruction sequence aS 'back and one or verän- in the protocol P in this way filed protocol in the memory 12 or to use for an immediate control of the scanner 2 for performing ⁇ tion of a desired magnetic resonance measurement.
  • the modification of the magnetic resonance system control command sequence AS is carried out in the inventive manner such that a certain, hitherto usually constant Sequenz Kunststoffpa ⁇ parameters between the various individual measurements according to a predetermined rule is varied such that the variance of a measurement error with respect to the total evaluation result, which ultimately from the magnetic resonance measurement sequence is to be minimized.
  • a possible rule for modifying a sequence control parameter in the context of a multi-slice measurement is explained below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • an object to be examined 0 is shown schematically (in the form of the dashed line).
  • the shape of an ellipsoid has been chosen in order to illustrate, using a simple example, that the examination object 0, for example a ventricle, usually does not have a constant diameter, such as a cylinder, but is rounded off at the ends or possibly even pointed.
  • Layers Si, S2, S k , S N recorded, wherein the layer thickness d, which here corresponds to the distance between the layers Si, S2, S k , S N , is constant for the entire multi-slice measurement.
  • d which here corresponds to the distance between the layers Si, S2, S k , S N
  • the layer thickness d is constant for the entire multi-slice measurement.
  • This totaling of the volume V from the individual volumes of the slice images essentially corresponds to a numerical integration of the volume, the relative positions given by the slice thickness D or the slice spacing at which the individual slices Si, S 2 , S k , ⁇ , S N are measured, N form support points.
  • the volume detected in the individual layers Si, S 2 , S k , S N , ie the cross-sectional area A of the object under examination O, is different.
  • the cross-sectional area A k decreases, whereas in the middle the cross-sectional area A k is relatively large.
  • the measurement error of the overall evaluation result ie the measurement error in the total volume
  • the measurement error of the overall evaluation result can be reduced if the layer thickness d is not kept constant as in FIG. 2, but instead-as shown schematically in FIG. is varied from single measurement to single measurement within the multi-slice measurement. According to this method, therefore, the volume V of the examination object O is obtained in accordance with FIG.
  • V £ d k - A k (2) k
  • FIG. 3 shows a variation rule suitable for this, in which the procedure of a Gauss integration is used.
  • the individual measuring positions, ie the N interpolation points for the integration of the volume, are now dependent on the to expected cross-sectional area A k m of the respective
  • the layer spacings can be chosen such that, if the positions of the individual sectional images were projected onto a circumference, these projections lie at a constant angular distance from one another. That is, the distance d k of the k-th layer S k is determined according to
  • the measurement error in the sectional planes, in which the cross-sectional area A k is smaller, naturally correspondingly larger than in the sectional planes in which the cross-sectional area A k is greater, is ensured by the inventive variation of the layer thickness d k that now each layer provides the same error contributions, since in this way the individual cross-sectional areas A k are weighted differently. Overall, the variance of the measurement error is thus minimized, so that consequently the measurement error of the overall evaluation result, ie of the sought-after volume V, is reduced.
  • FIG. 4 once again shows, in a schematic flow chart, a possible mode of operation of a control sequence determination device according to the invention, as shown in FIG.
  • the method initially begins in step I by prescribing a conventional control command sequence AS, for example a control sequence which specifies constant layer spacings and layer thicknesses of a multi-slice measurement for determining the volume of an examination subject, as explained above with reference to FIG.
  • a conventional control command sequence AS for example a control sequence which specifies constant layer spacings and layer thicknesses of a multi-slice measurement for determining the volume of an examination subject, as explained above with reference to FIG.
  • step II z. B. via the input interface 23 of the control sequence determination device 22 further information given, for example, a certain geometry of the object to be examined or information about an expected measurement error distribution, for example, whether the measurement errors are evenly distributed or geometry-dependent.
  • one or more rules for the automatic variation of the sequence control parameters can then be selected depending on the existing prior knowledge. For example, it may be specified here that a variation should take place according to a Gaussian integration.
  • step IV The relevant Sequenzsteu ⁇ erparameter according to the predefined rules are then varied in the step IV, so that then in step V Finally the modified Magnetreso- can be output nanzsystem control command sequence AS '.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) zur Ermittlung einer Steuerbefehlsfolge (AS) beschrieben, für eine Magnetresonanz-Messsequenz mit einer Mehrzahl von Einzelmessungen, um die Einzelmessungen später hinsichtlich eines Auswertungsparameters auszuwerten und die dabei aus den Einzelmessungen erhaltenen Auswertungsergebnisse zu einem Gesamtauswertungsergebnis (GA) der Messung zu kombinieren. Dabei wird die Steuerbefehlsfolge (AS) so aufgebaut, dass zwischen verschiedenen Einzelmessungen zumindest ein Sequenzsteuerparameter (d1, d2,..., dk,...,dN) derart variiert wird, dass die Varianz eines Messfehlers bezüglich des Gesamtauswertungsergebnisses minimiert wird. Darüber hinaus werden ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems (1) sowie ein Magnetresonanzsystem (1) mit einer solchen Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) beschrieben.

Description

Beschreibung
VARIATION EINES MRT - SEQUENZ PARAMETERS ZUR MINIMIERUNG DER VARIANZ EINES MESSWERTS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuersequenz- Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Steuerbefehlsfolge zur Akquisition von Magnetresonanz- Rohdaten für eine Magnetresonanz-Messsequenz, welche eine
Mehrzahl von Einzelmessungen umfasst, um die Einzelmessungen später hinsichtlich eines Auswertungsparameters auszuwerten und die dabei aus den Einzelmessungen erhaltenen Gesamtaus- wertungsergebnis zu einem Gesamtauswertungsergebnis der Mes- sung zu kombinieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein
Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems unter Nutzung einer solchen Steuerbefehlsfolge sowie ein Magnetresonanzsystem mit einer entsprechenden Steuersequenz- Ermittlungseinrichtung .
In einem Magnetresonanzsystem wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundmagnetfeldsystems ei¬ nem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines Gradien- tensystems ein Magnetfeldgradient angelegt. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Anregungssignale (HF-Signale) ausge¬ sendet, was dazu führen soll, dass die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Diese Hochfrequenzanre¬ gung bzw. die resultierende Flipwinkelverteilung wird im Folgenden auch als Kernmagnetisierung oder kurz „Magnetisierung" bezeichnet. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfre- quenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden. Die Aussendung der Hochfrequenzsignale zur Kernspin- Magnetisierung erfolgt meist mittels einer sogenannten „Ganz¬ körperspule" oder „Bodycoil" . Um eine bestimmte Magnetresonanzmessung durchzuführen, wird üblicherweise vorab eine Steuerbefehlsfolge generiert, welche die einzelnen auszusendenden HF-Pulse und dazu koordiniert auszusendende Gradienten-Pulse umfasst. Diese Steuerbefehlsfolge wird, eventuell mit weiteren Steuervorgaben, in einem sogenannten Messprotokoll definiert, welches vorab erstellt wird und für eine bestimmte Messung beispielsweise aus einem Speicher abgerufen und gegebenenfalls vom Bediener vor Ort verändert werden kann. Während der Messung erfolgt dann die Steuerung des Magnetresonanzsystems vollautomatisch auf Basis dieses Messprotokolls, wobei die Steuereinrichtung des Magnetresonanzsystems die Befehle aus dem Messprotokoll ausliest und abarbeitet.
Magnetresonanzuntersuchungen umfassen in den meisten Fällen eine Sequenz von mehreren zusammenhängenden Einzelmessungen. So werden üblicherweise in einer Mehrschichtmessung (einer sogenannten „Multi-Slice-Messung") mehrere parallele äquidis- tante Schichten eines Untersuchungsobjekts aufgenommen, um so möglichst das ganze Volumen eines interessierenden Bereichs des Untersuchungsobjekts zu erfassen. Für viele Untersuchungen bzw. diagnostische Fragestellungen werden zudem die Einzelmessungen, wie eingangs erwähnt, später hinsichtlich eines bestimmten Auswertungsparameters ausgewertet und die dabei aus den Einzelmessungen erhaltenen Auswertungsergebnisse zu einem Gesamtauswertungsergebnis kombiniert. Ein typisches
Beispiel hierfür ist die Ermittlung eines Volumens eines be¬ stimmten Organs oder Teils eines Organs, beispielsweise das Volumen einer Herzkammer. Hierzu wird jeweils - als Auswertungsergebnis der Einzelmessungen - in den aufgenommenen Schichten die Querschnittsfläche des Untersuchungsobjekts, z. B. der Herzkammer, ermittelt und die Querschnittsfläche jeweils mit einer Schichtdicke bzw. dem Schichtabstand multipliziert. Die damit erhalten Volumenschichten werden dann aufsummiert, um das Gesamtvolumen - als Gesamtauswertungser- gebnis - zu erhalten. Ein anderes Beispiel ist die Erstellung einer Anreicherungskurve, für die mit einem bestimmten zeitlichen Abstand mehrere Einzelmessungen durchgeführt werden, um die Anreicherung bzw. Abreicherung eines Kontrastmittels in einem bestimmten interessierenden Gewebebereich zu beobachten. Da das Gesamtauswertungsergebnis von den Auswertungsergebnissen einer Vielzahl von Einzelmessungen abhängt, welche alle unvermeidbare Messfehler aufweisen, ist das Ge- Samtauswertungsergebnis oft mit einer nicht unerheblichen Un¬ sicherheit behaftet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geeignetes Verfahren sowie eine entsprechende Steuersequenz- Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung von Magnetresonanzsystem-Steuerbefehlsfolgen für eine Magnetresonanz-Messsequenz zu schaffen, welche es auf einfache Weise ermöglichen, die Aussagekraft eines Gesamtauswertungsergebnisses , welches aus der Vielzahl von Einzelmessungen der Magnetresonanz- Messsequenz gebildet wird, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch eine Steuersequenz- Ermittlungseinrichtung nach Patentanspruch 12 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Steuerbefehlsfolge so aufgebaut, dass zwischen verschiedenen Einzelmessun¬ gen zumindest ein Sequenzsteuerparameter derart variiert wird, dass die Varianz eines Messfehlers bezüglich des Ge- Samtauswertungsergebnisses minimiert wird. Unter einem „Aufbau" einer Steuerbefehlsfolge ist dabei zu verstehen, dass eine Reihe von Steuerbefehlen generiert wird, welche genau vorgeben, in welcher Abfolge welche Hochfrequenzpulse sowie dazu zeitlich koordinierte Gradientenpulse auszusenden und wann Magnetresonanzsignale auszulesen sind, um so bestimmte Bereiche des Volumens des Untersuchungsobjekts gezielt anzuregen und die dadurch gewonnenen Informationen auszulesen. Unter dem Begriff „Sequenzsteuerparameter" sind hierbei solche Messparameter verstanden, welche üblicherweise zur Defi¬ nition bzw. Charakterisierung der Magnetresonanz-Messsequenz als solche dienen, d. h. solche Parameter, die z. B. die ge- naue Abfolge der Einzelmessungen relativ zueinander und/oder ihre Beiträge zur Gesamtmesssequenz vorgeben. Typische Bei¬ spiele hierfür sind bei einer Mehrschichtmessung ein Schichtabstand oder eine Schichtdicke oder ein konstant vorgegebener Messzeitabstand zwischen aufeinander folgenden Messungen. Weitere typische Beispiele für geeignet variierbare Sequenz¬ steuerparameter werden nachfolgend noch gegeben. Da durch die Sequenzsteuerparameter die Messsequenz definiert wird, können diese auch „Sequenzdefinitionsparameter" genannt werden.
Nicht hierunter zu verstehen sind solche Messparameter, die sich notwendigerweise von Schicht zu Schicht ändern müssen, wie beispielsweise die absoluten Positionen der Schichten, welche ja definitionsgemäß zumindest in einer Koordinatenrichtung unterschiedlich sein müssen. Diese absoluten Positionen bei der Definition einer Magnetresonanz-Messsequenz sind indirekt durch die Position einer ersten Schicht und die gegebenen Sequenzsteuerparameter Schichtdicke bzw. Schichtabstand zu berechnen.
Die Idee der Erfindung beruht also- anders als dies bisher der Fall ist - darauf, solche Sequenzsteuerparameter nicht als Konstanten für die komplette Sequenz von Einzelmessungen vorzugeben (beispielsweise mit einer konstanten Schichtdicke und/oder einem konstanten Schichtabstand oder einer konstanten Auflösung für alle Einzelmessungen zu arbeiten) , sondern den Effekt auszunutzen, dass durch eine geschickte Variation dieser Parameter von Einzelmessung zu Einzelmessung eine Reduzierung des Gesamtmessfehlers möglich ist. Diese Verbesserung des Gesamtmessfehlers benötigt keine aufwändigeren Messungen oder zusätzliche, teurere Hardware als bei den bisher üblichen Verfahren. Stattdessen lässt sich in der erfindungsgemäßen Weise die Aussagekraft von kombinierten Auswertungsergebnissen von Magnetresonanz-Messsequenzen, wie beispielsweise das durch eine Multi-Slice-Messung ermittelte Volumen einer Herzkammer, einfach durch geschickte Wahl der Magnetresonanz-Steuerbefehlsfolge innerhalb des Messprotokolls verbessern . Die Änderung der Sequenzsteuerparameter von Einzelmessung zu Einzelmessung so, dass insgesamt die Varianz des Messfehlers des gewünschten Gesamtauswertungsergebnisses reduziert wird, d. h. der Messfehler des Gesamtauswertungsergebnisses so klein wie möglich ist, erfolgt vorteilhafterweise nach be- stimmten vorgegebenen Regeln. In welcher Art und Weise dabei die Variation jeweils durchgeführt werden sollte, um den Messfehler zu minimieren, hängt von verschiedenen anderen Parametern ab, insbesondere natürlich der diagnostischen Fragestellung bzw. dem gewünschten Gesamtauswertungsergebnis . Be- sonders geeignete Variationsregeln werden für bestimmte typische Messungen später noch erläutert.
Eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung der eingangs genannten Art ist dementsprechend so ausgebil- det, dass sie die Steuerbefehlsfolge so aufbaut, dass zwischen verschiedenen Einzelmessungen zumindest ein Sequenzsteuerparameter derart variiert wird, dass die Varianz eines Messfehlers bezüglich des Gesamtauswertungsergebnisses mini¬ miert wird.
Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung kann hierzu beispielsweise eine Eingangs-Schnittstelle aufweisen, um be¬ stimmte Eingangsdaten, die zum Aufbau einer solchen Steuerbefehlsfolge benötigt werden, beispielsweise Informationen über das Untersuchungsobjekt, eine Zielmagnetisierung und/oder die Angabe, welche Sequenzsteuerparameter variiert werden sollten, vorzugeben. Dabei können auch Informationen über die Art des Gesamtauswertungsergebnisses eingegeben werden, so dass darauf basierend geeignete Regeln, welche beispielsweise in einem Speicher hinterlegt sein können, ausgewählt werden können, um die passende Variation der Sequenzsteuerparameter durchzuführen . Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung ermittelt dann auf Basis all dieser Eingangsdaten automatisch eine geeignete Magnetresonanzsystem-Steuerbefehlsfolge und kann diese über eine Steuersequenzausgabe-Schnittstelle ausgeben, so dass die Steuerbefehlsfolge in einem Protokoll übernommen werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Steuerse¬ quenz-Ermittlungseinrichtung bereits ein komplettes Protokoll auf Basis weiterer Eingangsdaten erzeugt, in welchem die Steuerbefehlsfolge eingebettet ist.
Die erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass sie eine herkömmlich erstellte, fertige Steuerbefehlsfolge (z. B. mit konstanten Sequenzsteuerparametern) für eine Magnetresonanz-Messsequenz übernimmt und diese dann in der erfindunqsqemäßen Weise so verändert, dass einer oder mehrere bestimmte Sequenzsteuerparameter zwischen den verschiedenen Einzelmessungen variiert werden, um so die Varianz des Messfehlers bezüglich des Ge- samtauswertungsergebnisses zu minimieren.
Wesentliche Teile der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung können in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Bei der Eingangs-Schnittstelle kann es sich beispielsweise um ei¬ ne Benutzerschnittstelle, insbesondere auch um eine grafische Benutzerschnittstelle, zur manuellen Eingabe der Ziel- Magnetisierung und der weiteren Eingangsdaten handeln. Ebenso kann es sich um eine Schnittstelle handeln, um Daten aus ei¬ nem innerhalb der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung angeordneten oder über ein Netz damit verbundenen Datenspeicher, gegebenenfalls auch unter Nutzung der Benutzerschnittstelle, auszuwählen und zu übernehmen. Bei der Steuersequenz-Ausgabe- Schnittstelle kann es sich z. B. um eine Schnittstelle handeln, die die Steuerbefehlsfolge an eine Magnetresonanzsteuerung übermittelt, um damit direkt die Messung zu steuern, aber auch um eine Schnittstelle, die die Daten über ein Netz versendet und/oder in einem Speicher zur späteren Nutzung hinterlegt. Diese Schnittstellen können ebenfalls zumindest teilweise in Form von Software ausgebildet sein und eventuell auf Hardware-Schnittstellen eines vorhandenen Rechners zurückgreifen .
Die Erfindung umfasst somit auch ein Computerprogramm, wel- ches direkt in einen Speicher einer Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Abschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung ausgeführt wird. Eine solche softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch bisherige Einrichtungen, die zur Ermittlung von Steuerbefehlsfolgen verwendet werden (beispielsweise geeignete Rechner in Rechenzentren der Magnetresonanzsystem-Hersteller) , durch Implementierung des Programms in geeigneter Weise modifiziert werden können, um in der erfin- dungsgemäßen Weise Steuerbefehlsfolgen zu ermitteln, die mit einer geringeren Hochfrequenz-Belastung verbunden sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems wird nach dem zuvor beschriebenen Verfah- ren eine Steuerbefehlsfolge ermittelt und dann das Magnetresonanzsystem unter Nutzung dieser Steuerbefehlsfolge betrieben. Entsprechend weist ein erfindungsgemäßes Magnetresonanz¬ system der eingangs genannten Art eine zuvor beschriebene Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung auf .
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen und
Ausgestaltungen der Erfindung, wobei insbesondere auch die Ansprüche einer Kategorie analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
Wie bereits oben erwähnt, können sinnvollerweise je nach Art der Magnetresonanz-Messsequenz und der Art der geplanten Auswertung unterschiedliche Sequenzsteuerparameter variiert wer- den.
Hierzu zählen besonders Bildqualitätsparameter wie eine räumliche Auflösung, eine Matrixgröße oder die Anzahl der abge- tasteten Zeilen im k-Raum (im Fourier-Raum) bei den einzelnen Messungen. So kann beispielsweise bei einer Multi-Slice- Messung in einigen Schichten, welche voraussichtlich nur wenig zum Gesamtauswertungsergebnis beitragen, mit einer redu- zierten räumlichen Auflösung und/oder geringerer Matrixgröße und/oder einer reduzierten Anzahl der abgetasteten k-Raum- Zeilen gearbeitet werden, wogegen bei anderen Schichten, deren Beitrag zum Gesamtauswertungsergebnis mit großer Wahrscheinlichkeit erheblich höher ist, die Auflösung und/oder die Matrixgröße und/oder die Anzahl der abgetasteten Zeilen erhöht wird. Bei der Akquisition der gleichen Datenmenge kann so der Fehler im Gesamtauswertungsergebnis reduziert werden.
Weitere bevorzugte Sequenzsteuerparameter, die bei Multi- Slice-Messungen variiert werden, sind räumliche Positionsund/oder Dimensionsverhältnisparameter wie die Schichtdicke und/oder der Schichtabstand und/oder die Schichtorientierung. Insbesondere bei solchen Messungen, bei denen das zeitliche Verhalten des Volumens, beispielsweise bei Kontrastmittelauf- nahmen, ausgewertet werden soll, bieten sich zeitliche Posi- tions- und/oder Dimensionsverhältnisparameter wie die Mess- zeitabstände zwischen den verschiedenen Einzelmessungen als zu variierende Sequenzsteuerparameter an, um so ein besseres Gesamtauswertungsergebnis zu erhalten.
Die Regeln, nach denen die Variation erfolgt, können bevorzugt von einer zu erwartenden Messfehlerverteilung der Ein¬ zelmessungen abhängen. Bei vielen Magnetresonanz-Messsequenzen sind die Messfehler des Auswertungsparameters der einzelnen Messungen gleichverteilt bzw. folgen einer Gauß-Verteilung . Bei solchen Messungen ist es z. B. vorteilhaft, wenn eine Variation des Sequenzsteuerparameters gemäß einer Gauß' sehen Integrationsre- gel bzw. einer Gauß-Quadratur erfolgt. Insbesondere ist dies sinnvoll, wenn es darum geht, einen Schichtabstand innerhalb einer Multi-Slice-Messung zu variieren. So können hier zum Beispiel im Sinne der Gauß' sehen Integration die Schichtab- stände und die Gewichtung der einzelnen Schichtmessungen optimiert werden oder es werden gemäß einer Gauß-Tschebyscheff- Integration nur die Schichtabstände der Einzelmessungen optimiert, wobei die Messungen gleichgewichtet werden. In beiden Fällen lässt sich eine Reduzierung des Messfehlers des Ge- samtauswertungsergebnisses im Verhältnis zu herkömmlichen Verfahren erzielen, bei denen der Schichtabstand zwischen zwei aufeinander folgenden parallelen Schichtmessungen immer konstant gehalten wird.
Die Messfehlerverteilung der Einzelmessungen kann von geometrischen oder zeitlichen Randbedingungen abhängen. Eine noch bessere Reduzierung des Messfehlers durch Variation eines Sequenzsteuerparameters lässt sich daher u. U. erreichen, wenn die Variation bzw. die Variationsregeln auf Basis von Vorkenntnissen über ein Untersuchungsobjekt der Magnetresonanzmessung ermittelt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel lassen sich diese Vorkenntnisse über das Untersu¬ chungsobjekt auf Basis von einer oder mehreren zuvor durchge- führter bildgebenden Messungen erlangen. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine im Rahmen der meisten Magnetresonanzuntersuchungen ohnehin zuvor durchgeführte Übersichtsmessung (Scout-Messung) handeln, aber auch um Messungen, die in grö¬ ßerem zeitlichen Abstand vorher bereits über das Untersu- chungsobjekt durchgeführt wurden, beispielsweise bei früheren Untersuchungen .
Besonders bevorzugt ist es dabei möglich, dass der Sequenzsteuerparameter in Abhängigkeit von zumindest einem geometri- sehen Parameter eines Untersuchungsobjekts der Magnetresonanzmessung variiert wird, beispielsweise davon abhängt, wie sich die äußere Form des Untersuchungsobjekts entlang einer bestimmten Raumrichtung senkrecht zu den Schichtebenen der Multi-Slice-Messung verändert.
Bei einem ganz besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel um- fasst die Magnetresonanzmessung eine Multi-Slice-Messung und es wird dabei der Schichtabstand und/oder die Schichtdicke in Abhängigkeit von einer Querschnittsfläche des Untersuchungs¬ objekts in der betreffenden Schicht variiert. Dabei ist es besonders bevorzugt möglich, dass der Schichtabstand und/oder die Schichtdicke umso enger gewählt wird, je stärker sich die Querschnittsfläche des Untersuchungsobjekts zwischen benachbarten Schichten ändert, das heißt, je größer auch die Varia¬ tion der Querschnittsfläche des Untersuchungsobjekts zwischen benachbarten Schichten ist. Ein anderes bevorzugtes Beispiel, bei dem es möglich ist,
Vorkenntnisse für eine optimale Variation des Sequenzsteuerparameters zu nutzen, ist eine Durchführung einer zusammenhängenden Sequenz von Einzelmessungen zur Erstellung einer Anreicherungskurve, wie sie bereits eingangs erwähnt wurde. Bei solchen Magnetresonanz-Messsequenzen geht es darum, die
Anreicherung und/oder Abreicherung eines bestimmten Kontrastmittels in einem bestimmten Organ oder Gewebebereich zu erfassen und hieraus eine Verlaufskurve zu erzeugen. Dabei kann gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Ver- fahrens als ein Sequenzsteuerparameter der Mess zeitabstand zwischen zwei aufeinander folgenden Messungen in Abhängigkeit von einer zu erwartenden Steigung des zeitlichen Verlaufs der Anreicherung variiert werden. Das heißt, die zeitliche Folge der Einzelaufnahmen erfolgt nicht wie bisher konstant, son- dern in einer Art, so dass die zeitliche Änderung zwischen den Messungen besonders gut erfasst wird. Beispielsweise wird immer dann, wenn der Unterschied vermutlich am größten ist, in häufigerer zeitlicher Abfolge gemessen und am Anfang und Ende der Anreicherungszeit wird mit größerem zeitlichen Ab- stand gemessen.
Dabei ist es möglich, andere Messungen, die innerhalb einer Magnetresonanzuntersuchung auch noch durchgeführt werden sollen, zeitlich zwischen die Einzelmessungen der Messsequenz zur Aufnahme der Anreicherungskurve zu schieben, um so insge¬ samt Messzeit zu sparen. Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beige¬ fügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Mehrschichtmessung gemäß einem herkömmlichen Verfahren mit konstantem Schichtabstand,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Mehrschichtmessung gemäß einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Darstellung einer Regel zur Variation des Schichtabstands,
Figur 4 ein Ablaufschema für einen möglichen Ablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Figur 1 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzsystem 1 dargestellt. Dieses umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Untersuchungsraum 8 bzw. Patiententunnel. Eine Liege 7 ist in diesen Untersuchungsraum 8 hineinfahrbar, so dass ein darauf liegender Patient C oder Proband während einer Untersuchung an einer bestimmten Position innerhalb des Magnetresonanzscanners 2 relativ zu dem darin angeordneten Magnetsys¬ tem und Hochfrequenzsystem gelagert werden kann bzw. auch während einer Messung zwischen verschiedenen Positionen ver- fahrbar ist. Als ein mögliches Untersuchungsobjekt 0 ist hier ein bestimmtes Organ, beispielsweise das Herz, des Patienten C schematisch eingezeichnet.
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 3, Magnetfeldgradientenspulen 4, um beliebige Magnetfeldgradienten in x-, y- und z- Richtung anzulegen, sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5. Der Empfang von im Untersuchungsobjekt 0 induzierten Magnetresonanzsignalen kann über die Ganzkörperspule 5 erfolgen, mit der in der Regel auch die Hochfrequenzsignale zur Induzierung der Magnetreso¬ nanzsignale ausgesendet werden. Üblicherweise werden diese Signale aber mit beispielsweise auf oder unter den Patienten C, vorzugsweise nahe am Untersuchungsobjekt 0, gelegten Lokalspulen 6 empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fach¬ mann grundsätzlich bekannt und daher in der Figur 1 nur grob schematisch dargestellt. Die verschiedenen Komponenten des Scanners sind über eine
Steuereinrichtung 10 ansteuerbar. Dabei kann es sich um einen Steuerrechner handeln, welcher auch aus einer Vielzahl von - gegebenenfalls auch räumlich getrennten und über geeignete Kabel oder dergleichen untereinander verbundenen - Einzel- rechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 13 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 20 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall ist dieses Terminal 20 als Rechner mit Tastatur, einem oder mehreren Bildschirmen 21 sowie wei- teren Eingabegeräten wie beispielsweise Maus oder dergleichen ausgestattet, so dass dem Bediener eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
Die Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Gradienten- Steuereinheit 14 auf, die wiederum aus mehreren Teilkomponenten bestehen kann. Über diese Gradienten-Steuereinheit 14 werden die einzelnen Gradientenspulen 4 mit Gradienten- Steuersignalen GS beschaltet. Hierbei handelt es sich um Gradientenpulse, die während einer Messung an genau vorgesehenen zeitlichen Positionen und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt werden. Die Gradienten-Steuereinheit 14 bildet gemeinsam mit den Gradientenspulen 4 ein Gradientensystem. Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem Hochfrequenz-Sende- /Empfangseinheiten 15, 16 auf, und zwar eine Hochfrequenz- Sende-/Empfangseinheit 15 für die Ganzkörperspule 5 und eine Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 16 für die Lokalspulen 6. Diese HF-Sende-/Empfangseinheiten 15, 16 bestehen ebenfalls aus mehreren Teilkomponenten. Ein Sendeteil der Sende- /Empfangseinheiten 15, 16 sorgt jeweils dafür, dass geeignete Hochfrequenzsignale HFS zum Anregen der Kernspins im ge- wünschten Volumen ausgesendet werden. Mittels eines Empfangsteils der HF-Sende-/Empfangseinheiten 15, 16 können Magnetre¬ sonanzsignale MRS von den Spulen 5, 6 empfangen werden. Üblicherweise geschieht zumindest der Empfang mit Hilfe der Lokalspulen 6. Die HF-Sende-/Empfangseinheiten 15, 16 bilden gemeinsam mit den Spulen 5, 6 das Hochfrequenz-Sende- /EmpfangsSystem .
Die HF-Sende-/Empfangseinheiten 15, 16 und die Gradienten- Steuereinheit 14 werden koordiniert durch eine Messsteuerein- heit 11 angesteuert. Diese sorgt durch entsprechende Befehle durch dafür, dass ein gewünschter Gradienten-Pulszug ausgesendet wird, und steuert parallel die jeweilige HF-Sende- /Empfangseinheit 15, 16 so an, dass ein passender HF-Pulszug ausgesendet wird. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Magnetresonanzsignale MRS an der Ganzkörperspule 5 und/oder an den Lokalspulen 6 durch die zugehörigen HF-Sende-/Empfangseinheiten 15, 16 ausgelesen und weiterverarbeitet werden. Die Messsteuereinheit 11 gibt die entsprechenden Steuerbefehle gemäß einem vorgegebenen Steuer- protokoll P, P' vor. In diesem Steuerprotokoll P, P' sind alle Steuerdaten hinterlegt, die während einer Messung eingestellt werden müssen.
Üblicherweise sind in einem Speicher 12 eine Vielzahl von Steuerprotokollen P, P' für verschiedene Messungen hinterlegt. Diese könnten über das Terminal 20 vom Bediener ausge¬ wählt und gegebenenfalls variiert werden, um dann ein passendes Steuerprotokoll P, P' für die aktuell gewünschte Messung zur Verfügung zu haben, mit dem die Messsteuereinheit 11 ar- beiten kann. Im Übrigen kann der Bediener auch über ein Netzwerk NW Steuerprotokolle, beispielsweise von einem Hersteller des Magnetresonanzsystems, abrufen und diese dann gegebenenfalls modifizieren und nutzen. Die empfangenen Magnetresonanzsignale MRS werden von den HF- Sende-/Empfangseinheiten 15, 16 in digitalisierter, aufbereiteter Form als Rohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 17 übergeben, die daraus die Bilddaten BD rekonstruiert und diese in einem Speicher 12 hinterlegt und/oder über die Schnitt¬ stelle 13 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden.
Die Steuereinrichtung 10 beinhaltet hier außerdem eine Auswerteeinheit 18, welche in der Lage ist, anhand der von der Rekonstruktionseinrichtung 17 erzeugten Bilddaten BD der verschiedenen Einzelmessungen einer Messsequenz Auswertungen durchzuführen und daraus ein Gesamtauswertungsergebnis GA zu bilden. Beispielsweise können von dieser Auswerteeinheit 18 die einzelnen Schnittbilder eines Organs automatisch dahingehend ausgewertet werden, wie groß die Schnittfläche dieses Organs in den Schnittbildern ist. Die Schnittfläche wird dann mit einem bestimmten Volumen, beispielsweise dem Schichtabstand zwischen den einzelnen Schnittbildern, multipliziert und daraus dann das Gesamtvolumen des zu untersuchenden Or¬ gans bestimmt. Die Auswerteeinheit 18 kann beispielsweise in Form von Software auf einem Prozessor innerhalb der Steuereinrichtung 10 implementiert sein. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, solche Auswertungen erst später außerhalb der eigentlichen Steuereinrichtung 10 durchzuführen, beispielsweise innerhalb eines Rechners des Terminals 20 oder an einem anderen Rechner, welcher die Messergebnisse der Einzelmessungen, beispielsweise die einzelnen Schnittbilder, über das Netzwerk NW erhalten hat.
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung sind dem Fachmann aber bekannt, so dass sie hier im Detail nicht weiter besprochen werden. Im Übrigen kann ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung 10 noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Magnetresonanzscanner 2 auch anders aufgebaut sein kann, beispielsweise mit einem seitlich offenen Patientenraum.
In Figur 1 ist hier außerdem eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 schematisch dargestellt, die zur Ermittlung einer Steuerbefehlsfolge AS, AS' dient. Diese Steuerbefehlsfolge AS, AS' enthält in einer passenden Reihen¬ folge geordnet die Steuerbefehle für die jeweils auszusendenden Pulse sowie die zugehörigen Befehle zum Auslesen der Magnetresonanzsignale, um nacheinander eine Sequenz von Einzelmessungen einer durchzuführenden Magnetresonanzmessung auto- matisch ablaufen zu lassen. Diese Steuerbefehlsfolge AS, AS' wird im vorliegenden Fall als Teil des Messprotokolls P, P' erstellt .
Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 ist hier als Teil des Terminals 20 dargestellt und kann in Form von Softwarekomponenten auf dem Rechner dieses Terminals 20 realisiert sein. Prinzipiell kann die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 aber auch Teil der Steuereinrichtung 10 selber sein oder auf einem separaten Rechensystem realisiert sein, und die fertigen Steuerbefehlsfolgen AS, AS' werden, gegebenenfalls auch im Rahmen eines kompletten Steuerprotokolls P, P' , über ein Netzwerk NW an das Magnetresonanzsystem 1 übermit¬ telt. Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 ist hier vereinfacht als eine Art Steuersequenz-Modifikationseinrichtung ausgebildet, welche in der Lage ist, eine fertige Steuerbefehlsfolge AS, welche zu einem bestimmten Protokoll P gehört, über eine Eingangsschnittstelle 23 zu übernehmen, um diese dann in einer Modifikationseinheit 24 in der erfindungsgemä¬ ßen Weise zu modifizieren und dann über eine Ausgangsschnittstelle 25 als modifizierte Steuerbefehlsfolge AS' wieder auszugeben und im Protokoll P bzw. einem auf diese Weise verän- derten Protokoll P' wieder im Speicher 12 zu hinterlegen oder für eine sofortige Ansteuerung des Scanners 2 zur Durchfüh¬ rung einer gewünschten Magnetresonanzmessung zu verwenden. Die Modifikation der Magnetresonanzsystem-Steuerbefehlsfolge AS erfolgt dabei in der erfindungsgemäßen Weise so, dass ein bestimmter, bisher üblicherweise konstanter Sequenzsteuerpa¬ rameter zwischen den verschiedenen Einzelmessungen gemäß einer vorgegebenen Regel derart variiert wird, dass die Varianz eines Messfehlers bezüglich des Gesamtauswertungsergebnisses, welches sich letztlich aus der Magnetresonanz-Messsequenz ergeben soll, minimiert wird. Eine mögliche Regel zur Modifikation eines Sequenzsteuerparameters im Rahmen einer Multi- Slice-Messung wird im Folgenden an den Figuren 2 und 3 erläutert .
In Figur 2 ist hierzu schematisch (in Form der gestrichelten Linie) ein Untersuchungsobjekt 0 dargestellt. Hier ist die Form eines Ellipsoids gewählt worden, um an einem einfachen Beispiel darzustellen, dass das Untersuchungsobjekt 0, bei- spielsweise eine Herzkammer, üblicherweise keinen konstanten Durchmesser wie einen Zylinder aufweist, sondern an den Enden abgerundet ist oder ggf. sogar spitz zuläuft.
Von diesem Untersuchungsobjekt 0 werden dann im Rahmen einer Multi-Slice-Messung mehrere Schichtbilder in parallelen
Schichten Si, S2, Sk, SN aufgenommen, wobei die Schichtdicke d, welche hier dem Abstand zwischen den Schichten Si, S2, Sk, SN entspricht, für die gesamte Multi-Slice- Messung konstant ist. Ein typisches konkretes Ausführungsbei- spiel hierfür betrifft die volumetrische Messung des Blutvolumens im Herzen eines Patienten. Solche Messungen werden üblicherweise durch äquidistante Mehrschichtmessungen, Planimetrieren der einzelnen Schnittschichten und Aufaddieren der einzelnen mit der Schichtdicke multiplizierten Querschnitts- flächen des Untersuchungsobjekts ausgewertet. D. h. das Volu¬ men V ergibt sich gemäß V = d - £Ak (1) k aus der konstanten Schichtdicke d und den Querschnittsflächen Ak der k = Ι,.,.,Ν Messungen. Dieses Aufsummieren des Volumens V aus den Einzelvolumen der Schichtbilder entspricht im Grunde genommen einer numerischen Integration des Volumens, wobei die durch die Schichtdicke D bzw. den Schichtabstand vorgegebenen relativen Positionen, an denen die einzelnen Schichten Si, S2, Sk, ···, SN gemessen werden, N Stützstellen bilden.
Wie Figur 2 zeigt, ist das in den einzelnen Schichten Si, S2, Sk, SN erfasste Volumen, d. h. die Querschnittsfläche A des Untersuchungsobjekts O, unterschiedlich. Zu den Enden bzw. Spitzen des Untersuchungsobjekts 0 hin nimmt die Quer- schnittsfläche Ak ab, wogegen in der Mitte die Querschnittsfläche Ak relativ groß ist.
Da das auf diese Weise bestimmte Gesamtvolumen V des Untersu¬ chungsobjekts 0 proportional zur Dicke d der einzelnen
Schichten multipliziert mit der Summe der Querschnittsflächen Ak ist, lässt sich der Messfehler des Gesamtauswertungsergeb- nisses, d. h. der Messfehler im Gesamtvolumen, reduzieren, wenn die Schichtdicke d nicht wie in Figur 2 konstant gehalten wird, sondern - wie in Figur 3 schematisch dargestellt - von Einzelmessung zu Einzelmessung innerhalb der Multi-Slice- Messung variiert wird. Nach diesem Verfahren ergibt sich also das Volumen V des Untersuchungsobjekts O gemäß
V = £dk - Ak (2) k
Dabei ist dk die bei den k = 1, N Messungen jeweils individuell gemäß der Variationsregel gewählte Schichtdicke.
Figur 3 zeigt eine hierfür geeignete Variationsregel, bei der die Vorgehensweise einer Gauß-Integration genutzt wird. Die einzelnen Messpositionen, d. h. die N Stützstellen für die Integration des Volumens, werden nun in Abhängigkeit von der zu erwarteten Querschnittsfläche Ak m der jeweiligen
Schnittebene festgelegt. Dabei werden an wichtigen Stellen, in diesem Fall an den Endkanten des Untersuchungsobjekts, mehr Stützstellen und in den Bereichen, an denen sich die Querschnittsfläche des zu untersuchenden Organs wenig ändert, weniger Stützstellen gesetzt.
Um eine automatische Festlegung der Schichtdicken bzw.
Schichtabstände zu finden, kann auf verschiedene mathematische Methoden zurückgegriffen werden. Beispielsweise können, wie in Figur 3 dargestellt, die Schichtabstände so gewählt werden, dass, wenn die Positionen der einzelnen Schnittbilder auf einen Kreisumfang projiziert würden, diese Projektionen in einem konstanten Winkelabstand zueinander liegen. Das heißt, der Abstand dk der k-ten Schicht Sk wird gemäß
, kn (k - I m
dv = cos cos- — ( 3 ) k N N
ermittelt.
Da der Messfehler in den Schnittebenen, in denen die Querschnittsfläche Ak kleiner ist, naturgemäß entsprechend größer ist als in den Schnittebenen, in denen die Querschnittsfläche Ak größer ist, wird durch die erfindungsgemäße Variation der Schichtdicke dk dafür gesorgt, dass nun jede Schicht die gleichen Fehlerbeiträge liefert, da auf diese Weise auch die einzelnen Querschnittsflächen Ak unterschiedlich gewichtet werden. Insgesamt wird somit die Varianz des Messfehlers mi- nimiert, so dass folglich der Messfehler des Gesamtauswer- tungsergebnisses, d. h. des gesuchten Volumens V, reduziert wird .
In ähnlicher Weise lässt sich auch durch einfache Variation bestimmter Sequenzsteuerparameter erreichen, dass andere Ge- samtauswertungsergebnisse mit einem geringeren Messfehler behaftet sind. Figur 4 zeigt noch einmal in einem schematischen Ablaufplan eine mögliche Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist .
Das Verfahren beginnt zunächst im Schritt I damit, dass eine herkömmliche Steuerbefehlsfolge AS vorgegeben wird, beispielsweise eine Steuersequenz, welche konstante Schichtab- stände und Schichtdicken einer Multi-Slice-Messung zur Volumenbestimmung eines Untersuchungsobjekts vorgibt, wie dies anhand der Figur 2 zuvor erläutert wurde.
In Schritt II werden z. B. über die Eingangsschnittstelle 23 der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 weitere Informationen gegeben, beispielsweise eine bestimmte Geometrie des Untersuchungsobjekts oder Informationen über eine zu erwartende Messfehlerverteilung, zum Beispiel, ob die Messfehler gleich verteilt sind oder geometrieabhängig sind.
Im Schritt III können dann je nach vorhandenem Vorwissen eine oder mehrere Regeln zur automatischen Variation der Sequenzsteuerparameter ausgewählt werden. Beispielsweise kann hier festgelegt werden, dass eine Variation gemäß einer Gauß- Integration erfolgen sollte.
Anschließend werden im Schritt IV die relevanten Sequenzsteu¬ erparameter gemäß der vorgegebenen Regeln variiert, so dass dann im Schritt V schließlich die modifizierte Magnetreso- nanzsystem-Steuerbefehlsfolge AS' ausgegeben werden kann.
Es ist klar, dass diese Modifikation einer bereits vorhandenen Steuerbefehlsfolge AS bzw. eines vorhandenen Messprotokolls P nur eine Möglichkeit zur Durchführung der Erfindung ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass bereits vorhandene Steuersequenz-Ermittlungseinrichtungen so modifiziert werden, dass bereits von Anfang an je nach diagnostischer Fragestellung bzw. geplanter Untersuchung, für die das Mess- Protokoll erstellt wird, eine Magnetresonanzsystem- Steuerbefehlsfolge mit bereits entsprechend variierten Se¬ quenzsteuerparametern generiert wird. Die Erfindung wurde zuvor an Beispielen eines medizinischen Einsatzes beschrieben. Sie ist jedoch nicht auf einen Einsatz für medizinische Zwecke beschränkt, sondern kann auch für andere Untersuchungen, beispielsweise materialtechnische Untersuchungen, eingesetzt werden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Aufbauten um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste
1 Magnetresonanzsystem
2 Magnetresonanzscanner
3 Grundfeldmagnet
4 Magnetfeldgradientenspule
5 Ganzkörper-Hochfrequenzspule
6 Lokalspule
7 Liege
8 Untersuchungsraum
10 Steuereinrichtung
11 Messsteuereinheit
12 Speicher
13 Terminalschnittstelle
14 Gradienten-Steuereinheit
15 Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit
16 Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit
17 Rekonstruktionseinheit
18 Auswerteeinheit
20 Terminal
21 Bildschirm
22 Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung
23 Eingangsschnittstelle
24 Modifikationseinheit
25 Ausgangsschnittstelle
AS, AS' Steuerbefehlsfolge
BD Bilddaten
C Patient
d Schichtdicke
GA Gesamtauswertungsergebnis
GS Gradienten-Steuersignale
NW Netzwerk
0 Untersuchungsobjekt
P, P' Steuerprotokoll
RD Rohdaten
HFS Hochfrequenzsignale
MRS Magnetresonanzsignale Querschnittsfläche
Schichten
Schichtdicke
10
15

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer Steuerbefehlsfolge (AS') für eine Magnetresonanz-Messsequenz mit einer Mehrzahl von Einzelmessungen, um die Einzelmessungen später hinsichtlich eines Auswertungsparameters auszuwerten und die dabei aus den Einzelmessungen erhaltenen Auswertungsergebnisse zu einem Ge- samtauswertungsergebnis (GA) der Magnetresonanz-Messsequenz zu kombinieren,
wobei die Steuerbefehlsfolge (AS' ) so aufgebaut wird, dass zwischen verschiedenen Einzelmessungen zumindest ein Sequenzsteuerparameter (di, d2, dk, dN) derart variiert wird, dass die Varianz eines Messfehlers bezüglich des Gesamtaus- wertungsergebnisses (GA) minimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der variierte Sequenzsteuerparameter (di, d2, dk, dN) zumindest einen der folgenden Parameter umfasst:
- Auflösung,
- Matrixgröße,
- Anzahl der abgetasteten Zeilen im k-Raum,
- Schichtdicke (di, d2, dk, dN) ,
- Schichtabstand,
- Schichtorientierung,
- Messzeitabstand .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Regeln, nach denen die Variation erfolgt, von einer zu erwartenden Messfehlerverteilung der Einzelmessungen abhän- gen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation des Sequenzsteuerparameters (di, d2, dk, ···, dN) gemäß einer Gaußschen Integrationsregel erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation des Sequenzsteuerparameters (di, d2, dk, dN) auf Basis von Vorkenntnissen über ein Untersuchungsobjekt (0) der Magnetresonanz-Messsequenz ermit- telt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkenntnisse über das Untersuchungsobjekt (0) auf einer zuvor durchgeführten bildgebenden Messung basieren.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sequenzsteuerparameter (di, d.2, dk, dN) in Abhängigkeit eines geometrischen Parameters eines Untersuchungsobjekts (0) der Magnetresonanz-Messsequenz vari- iert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanz-Messsequenz eine Mehrschichtmessung um- fasst und in den Einzelmessungen jeweils einzelne Schichten (Si, S2, Sk, SN) des Untersuchungsobjekts (0) gemessen werden und dabei der Schichtabstand und/oder die Schichtdicke (di, d2, ···, dk, dN) in Abhängigkeit von einer Querschnitts¬ fläche (Ai, A2, Ak, AN) des Untersuchungsobjekts (0) in der betreffenden Schicht (Si, S2, Sk, SN) variiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtabstand um so enger und/oder die Schichtdicke (di, d2, dk, dN) umso geringer gewählt wird, je stärker sich die Querschnittsfläche (Ax, A2, Ak, AN) des Untersu- chungsobj ekts (O) zwischen benachbarten Schichten (Si, S2, Sk, SN) ändert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmessungen zur Erstellung einer Anreicherungskurve durchgeführt und ausgewertet werden und die Messzeitabstände in Abhängigkeit von einer zu erwartenden Steigung des zeitlichen Verlaufs der Anreicherung variiert werden .
11. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzsystems (1), bei dem zunächst in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eine Magnetresonanzsystem-Steuerbefehlsfolge (AS') ermittelt und dann das Magnetresonanzsystem (1) unter Nutzung dieser Steuerbefehlsfolge (AS' ) betrieben wird.
12. Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) zur Ermittlung einer Steuerbefehlsfolge (AS' ) für eine Magnetresonanz- Messsequenz mit einer Mehrzahl von Einzelmessungen, um die
Einzelmessungen später hinsichtlich eines Auswertungsparameters auszuwerten und die dabei aus den Einzelmessungen erhaltenen Auswertungsergebnisse zu einem Gesamtauswertungsergeb- nis (GA) der Magnetresonanz-Messsequenz zu kombinieren, wobei die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) derart ausgebildet ist, dass sie die Steuerbefehlsfolge (AS' ) so aufbaut, dass zwischen verschiedenen Einzelmessungen zumindest ein Sequenzsteuerparameter (di, d2, du) derart va¬ riiert wird, dass die Varianz eines Messfehlers bezüglich des Gesamtauswertungsergebnisses (GA) minimiert wird.
13. Magnetresonanzsystem (1) mit
einem Hochfrequenz-Sende/Empfangssystem (5, 15, 6, 16), einem Gradientensystem (4, 14),
- einer Steuereinrichtung (11), welche ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Magnetresonanz- Messsequenz auf Basis einer vorgegeben Steuerbefehlsfolge (AS') das Hochfrequenz-Sende/Empfangssystem (5, 15, 6, 16) und das Gradientensystem (4, 14) anzusteuern,
gekennzeichnet durch,
eine Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) nach Anspruch 12, um eine Steuerbefehlsfolge (AS') zu ermitteln und diese an die Steuereinrichtung (11) zu übergeben.
14. Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Pro- gramm in der Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung (22) ausgeführt wird.
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