DE102011083959A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems (1) mit einer Sende-Antennenanordnung (3), die eine Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen (S1, ..., SN) umfasst, und mit einer im Magnetresonanzsystem (1) angeordneten Lokalspulenanordnung (5) beschrieben. Bei diesem Verfahren wird vor einer Magnetresonanzmessung (MR) in einer Testphase (TP) mit der Sende-Antennenanordnung (3) ein Test-Hochfrequenzpuls (TS) mit mehreren parallelen individuellen Hochfrequenz-Pulsen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle (S1, ..., SN) ausgesendet, der bei geringerer Sendeleistung im Wesentlichen die gleiche Feldverteilung wie ein während einer nachfolgenden Magnetresonanzmessung (MR) auszusendender Anregungs-Hochfrequenzpuls (HFS) erzeugt. Es wird dabei ein durch diesen Test-Hochfrequenzpuls (TS) erzeugtes Hochfrequenzfeld in zumindest einem Bereich der Lokalspulenanordnung (5) gemessen und auf Basis des gemessenen Hochfrequenzfelds wird ein während der späteren Magnetresonanzmessung (MR) an der Lokalspulenanordnung (5) zu erwartender Hochfrequenzfeldwert (HFW) ermittelt. Die Ansteuerung des Magnetresonanzsystems (1) während einer späteren Magnetresonanzmessung (MR) erfolgt dann unter Berücksichtigung dieses Hochfrequenzfeldwerts (HFW). Darüber hinaus werden eine entsprechende Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems (1) sowie ein Magnetresonanzsystem (1) mit einer solchen Steuereinrichtung (10) beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems, welches eine Sende-Antennenanordnung aufweist, die eine Mehrzahl von unabhängigen, d. h. unabhängig ansteuerbaren, Hochfrequenzsendekanälen umfasst und welches eine im Magnetresonanzsystem, d. h. in einem Scanner des Magnetresonanzsystems, angeordnete Lokalspulenanordnung aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines solchen Magnetresonanzsystems sowie ein Magnetresonanzsystem mit einer derartigen Steuereinrichtung.
• Die Magnetresonanztomographie ist ein inzwischen weit verbreitetes Verfahren zur Gewinnung von Bildern vom Inneren eines Körpers. Bei diesem Verfahren wird der zu untersuchende Körper einem relativ hohen Grundmagnetfeld ausgesetzt. Es wird dann mit einer Sende-Antennenanordnung ein hochfrequentes Anregungssignal (das B₁-Feld) ausgesendet, wodurch die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen bestimmten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Das bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlte Hochfrequenzsignal (das „Magnetresonanzsignal“) wird dann mit geeigneten Empfangs-Antennenanordnungen aufgefangen. Die so akquirierten Rohdaten werden schließlich genutzt, um die Bilddaten zu rekonstruieren. Zur Ortskodierung werden dem Grundmagnetfeld während des Sendens und des Auslesens bzw. Empfangens der Hochfrequenzsignale jeweils definierte Magnetfeldgradienten überlagert.
• In der Regel ist zum Aussenden des B₁-Felds im sogenannten Scanner, in welchem sich der meist in Form eines Patiententunnels realisierte Magnetresonanz-Messraum befindet, eine „Ganzkörperspule“ (auch „Ganzkörperantenne“ oder „Body-Coil“ genannt) fest eingebaut. Zum Empfang der Magnetresonanzsignale können im Prinzip auch die Antennenanordnungen verwendet werden, die zum Aussenden des B₁-Felds verwendet werden.
• Um Bilder mit hohem Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) zu erhalten, werden heute in der Regel die Magnetresonanzsignale mit sogenannten Lokalspulen bzw. aus einer oder mehreren Lokalspulen bestehenden Lokalspulen-Anordnungen aufgenommen. Hierbei handelt es sich um Antennensysteme, die in unmittelbarer Nähe auf oder unter dem Patienten angebracht werden. Die von den einzelnen Magnetresonanzantennenelementen der Lokalspulen in Form einer induzierten Spannung empfangenen Signale werden mit einem rauscharmen Vorverstärker verstärkt und schließlich in der Regel kabelgebunden an eine Empfangseinrichtung des Magnetresonanzsystems weitergeleitet. Das Signal-Rauschverhältnis ist dabei maßgeblich vom genauen Aufbau der Antennenelemente der Lokalspulen bestimmt, insbesondere von den Verlusten in den Antennenelementen selbst. Mit sehr kleinen Antennenelementen kann nahe an der Lokalspule ein relativ gutes SNR erzielt werden. Aus diesem Grund und wegen der Möglichkeit zur beschleunigten Messung mittels einer sogenannten k-Raum-Unterabtastung in parallelen Bildgebungsverfahren (wie SENSE oder GRAPPA etc.) besteht ein großes Interesse an sehr dichten Empfangsantennenanordnungen mit vielen einzelnen Kanälen, wobei die einzelnen Antennenelemente vollkommen unterschiedliche Ausrichtungen relativ zum ausgesendeten B1-Feld haben können. Zudem werden insbesondere zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses auch bei hoch aufgelösten Bildern Hochfeldanlagen mit 1,5 Tesla bis 12 Tesla und mehr eingesetzt.
• Ein Problem besteht darin, dass auch bei der Anregung der Kernspins durch die hohe Hochfrequenzsendeleistung in den Antennenelementen der Lokalspulen Ströme induziert werden, die zu einer unerwünschten Erwärmung der Lokalspule selbst führen können. Um deswegen im Sendefall den Strom in den Antennenelementen, die ja für den Empfangsfall genau auf die Magnetresonanzfrequenz und folglich auch auf die Frequenz (der so genannten Lamorfrequenz) der ausgesendeten Anregungspulse resonant abgestimmt ist, zu reduzieren, wird der Resonanzkreis der Antennenelemente durch einen ebenfalls resonanten Verstimmkreis geöffnet. Dies ist an einem Beispiel in 1 schematisch dargestellt, welches ein Magnetresonanz-Antennenelement in einer Lokalspule zeigt. Dieses Antennenelement 50 besteht aus einer Leiterschleife 51, welche an mehreren Stellen durch Verkürzungs-Kondensatoren 52 unterbrochen ist. Über einen der Verkürzungs-Kondensatoren 52 wird die induzierte Spannung abgegriffen. Hierzu ist dieser Verkürzungs-Kondensator 52 parallel durch einen mit einer Induktivität 54 in Reihe geschalteten Hochfrequenzschalter 55, meist in Form einer PIN-Diode 55, gebrückt. Ist dieser Hochfrequenzschalter 55 geöffnet, so bildet sich durch den Verkürzungs-Kondensator 52 und die Induktivität 54 die Verstimmschaltung (Verstimmkreis) 53 aus. Das gesamte Magnetresonanzantennenelement 50 ist dann gegenüber der Lamorfrequenz verstimmt. Über dem Hochfrequenzschalter 55 erfolgt dann über zwei Filterinduktivitäten 56 und eine parallel zum Hochfrequenzschalter 55 geschaltete Filterkapazität 57 ein Abgriff zu einem Spulenstecker 58, über den dann das Signal an die Empfangseinrichtung des Magnetresonanzsystems weitergeleitet wird. Im Spulenstecker 58 ist hier beispielsweise auch bereits eine Vorverarbeitung des Magnetresonanzsignals, z. B. ein geeigneter Vorverstärker etc., integriert. Weist die Lokalspule mehrerer solcher Antennenelemente 50 aus, können diese beispielsweise im Spulenstecker 58 zusammengeführt werden, in dem dann jeweils die einzelnen Signale vorverstärkt und entsprechende einzelne Anschlusspins im Spulenstecker über ein geeignetes Kabel weggeführt werden können. Über derartige Anschlusskabel kann auch durch Anlegen eines Gleichstroms die PIN-Diode 55 offen geschaltet werden, um das Antennenelement 50 zu verstimmen. Zum Abblocken der Hochfrequenzsignale vom Gleichstrom dient die Filterkapazität 57.
• Selbst bei technisch optimaler Auslegung der Verstimmschaltung 53 führen die hochfrequenten Ströme beim Aussenden der Anregungssignale durch das Sendeantennensystem in der Verstimmschaltung 53 zu einer Erwärmung derselben. Diese Wärme kann durch Wärmeleitung oder durch Konvektion auch die Oberfläche der Lokalspule, d. h. das Lokalspulengehäuse, erwärmen. Vorgegebene IEC-Normen erlauben eine maximale Oberflächentemperatur von Bauteilen, die mit dem Patienten in Kontakt kommen können, von maximal 41°C. Diese Spezifikation ist relativ anspruchsvoll, da ja sowohl die Gleichstromverluste der Elektronik, d. h. der hier im Spulenstecker integrierten Vorverstärker, Frequenzmischer, Analog-/Digitalwandler etc., zur Abwärme beitragen, als auch die genannten hochfrequenzinduzierten Verluste in der Verstimmschaltung. Um diese Spezifikation einhalten zu können, muss also beim Aussenden der Hochfrequenzsignale für die Anregung der Kernspins nicht nur auf die maximale Hochfrequenzbelastung des Patienten (die so genannte SAR, Spezifische Absorptionsrate) geachtet werden, sondern auch darauf, dass die Lokalspulen nicht zu stark erhitzt werden. Hierzu sind entsprechende Grenzwerte für die Aussendung von Hochfrequenzpulsen vorzugegeben, so dass diese Bedingungen erfüllt werden. Außerdem werden bei einer Neukonstruktion von Lokalspulen diese daraufhin geprüft, dass die Temperaturen bei Aussendung der üblichen, zugelassenen Hochfrequenzpuls-Sequenzen nicht erreicht werden können.
• Ganzkörperantennen werden bisher in der Regel in einem „homogenen Modus“ betrieben, beispielsweise in einem „CP-Mode“, bei dem das Sendefeld zirkular polarisiert ist und möglichst homogen innerhalb des Patiententunnels vorliegt. Die Feldstruktur ist dabei weitgehend durch die Sendeantenne und deren Speisung aus einem Sender vorgegeben, indem ein einziges Hochfrequenzsignal mit einem definierten festen Phasen- und Amplitudenverhältnis auf alle Komponenten der Sendeantenne gegeben wird. In neueren Systemen können, z. B. zur Vermeidung von Abschattungseffekten im Abdomen, auch zwei verschiedene Polarisationszustände, nämlich eine zirkulare und eine elliptische Polarisation eingestellt werden. Auch in diesem Fall sind aber die Hochfrequenzverteilungen weitgehend homogen. In diesen Fällen ist es relativ einfach, die Lokalspulen zu testen und sicherzustellen, dass für die maximal möglichen mittleren Sendefelder die zulässige Höchsttemperatur von 41°C an der Oberfläche der Lokalspule nicht überschritten wird. Der entscheidende Parameter des Sendefelds ist dabei neben der räumlichen Feldstruktur das so genannte „mean(B₁ ²)“, das heißt die mittlere quadratische Amplitude des B₁-Hochfrequenzfelds über der Zeit. Dieser Wert ist ein Maß für die durch das B₁-Sendefeld in die Lokalspulen eintragbare Leistung.
• Neueste Magnetresonanzsysteme weisen inzwischen die eingangs erwähnten Sende-Antennenanordnungen mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenzsendekanälen auf. Dabei können die einzelnen Sendekanäle unabhängig voneinander mit individuellen HF-Signalen belegt werden. Ein Hochfrequenzpuls zur Anregung besteht dann aus mehreren individuellen Hochfrequenz-Pulsen, die parallel über die verschiedenen unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanäle ausgesendet werden und sich dann zu einem gemeinsamen Feld überlagern. Ein solcher „Mehrkanal-Puls“, wegen der parallelen Aussendung der einzelnen Pulse auch als „pTX-Puls“ bezeichnet, kann beispielsweise als Anregungs-, Refokussierungs- und/oder Inversionspuls verwendet werden. Ein Antennensystem mit mehreren unabhängig ansteuerbaren Antennenkomponenten bzw. Sendekanälen wird oft auch als „Transmit-Array“ bezeichnet, egal, ob es sich um eine Ganzkörperantenne oder um eine körpernahe Antennenanordnung handelt.
• Bei derartigen Anlagen ist also die Struktur bzw. die räumliche Verteilung des Hochfrequenzfeldes nicht durch die Hardware fest vorgegeben, sondern von einer Software beliebig oder zumindest in weiten Bereichen einstellbar. Daher ist der systematische Vorabtest von Lokalspulen zur Zulassung in solchen Magnetresonanzsystemen nicht mehr durchführbar. Ein Test für alle möglichen Sendefeld-Zustände ist praktisch nicht realisierbar. Das bedeutet, dass die Grenzwerte, mit denen Hochfrequenzfelder ausgesendet werden, hinsichtlich der Temperaturen an den Lokalspulen mit derart konservativen Grenzwerten beschränkt werden müssen, dass auf jeden Fall eine Überschreitung der zulässigen Maximaltemperaturen ausgeschlossen ist. Unter Umständen können dann bisher existierende Lokalspulen in neueren Systemen nicht mehr eingesetzt werden bzw. müssen teureren Nachentwicklungen und Nachrüstungen unterzogen werden.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zu Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Steuereinrichtung zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
• Bei dem erfindungsgemäßem Verfahren zur Ansteuerung eines solchen Magnetresonanzsystems wird vor einer Magnetresonanzmessung in einer Testphase mit der Sendeantennenanordnung ein Test-Hochfrequenzpuls mit mehreren parallelen individuellen Hochfrequenz-Pulsen über die verschieden Hochfrequenzsendekanäle ausgesendet, der im Wesentlichen die gleiche B1-Feldverteilung wie ein während einer nachfolgenden Magnetresonanzmessung auszusendender Anregungs-Hochfrequenzpuls aufweist, jedoch bei geringerer Sendeleistung als der eigentliche Anregungs-Hochfrequenzpuls während der späteren Magnetresonanzmessung. Es wird dann ein durch diesen Test-Hochfrequenzpuls erzeugtes Hochfrequenzfeld in zumindest einem Bereich der Lokalspulenanordnung, beispielsweise an einem oder mehreren Orten in der Lokalspulenanordnung, gemessen. Auf Basis des gemessenen Hochfrequenzfelds wird dann ein während der späteren Magnetresonanzmessung an der Lokalspulenanordnung zu erwartender Hochfrequenzfeldwert ermittelt. Die Ansteuerung des Magnetresonanzsystems kann dann während einer späteren Magnetresonanzmessung unter Berücksichtigung dieses Hochfrequenzfeldwerts erfolgen. Das Erzeugen einer „im Wesentlichen gleichen“ Feldverteilung ist hier so zu verstehen, dass die Feldverteilungen – zumindest abgesehen von geringen Toleranzen – insoweit identisch sind, wie sie für die Induktion der Ströme in die Lokalspule wesentlich sind. Als Anregungs-Hochfrequenzpulse werden hierbei alle Pulse verstanden, die dazu dienen, die Flipwinkel der Kernspins zu manipulieren, unabhängig davon, ob es sich um eigentliche Anregungspulse im engeren Sinne oder um Refokussierungs- und/oder Inversionspulse etc. handelt.
• Der Test-Hochfrequenzpuls kann dabei beispielsweise genau einem oder mehreren der Hochfrequenzpulse entsprechen, die während der späteren Magnetresonanzmessung innerhalb einer längeren Hochfrequenz-Pulssequenz ausgesendet werden. „Entsprechen“ in diesem Sinne heißt wiederum, dass im Wesentlichen die gleiche Feldverteilung erzeugt wird, jedoch bei geringerer Sendeleistung.
• Die Erzeugung eines solchen Tests-Hochfrequenzpulses, der abgesehen von einer herunterskalierten Amplitude in gleicher Weise wie der spätere eigentliche Anregungs-Hochfrequenzpuls aufgebaut ist und daher im Folgenden auch als „Kleinsignal“ bezeichnet werden kann, kann beispielsweise erzeugt werden, indem von der Hochfrequenzsendeeinrichtung in gleicher Weise wie bei der späteren Magnetresonanzmessung zunächst digital ein Puls- bzw. eine Pulssequenz aufgebaut wird, diese dann weiter verstärkt und auf dem üblichen Wege versendet wird, wobei jedoch dafür gesorgt wird, dass der Leistungsverstärker der Sendeeinrichtung zum Beispiel nur mit ca. –60 bis 20 dBm Ausgangsleistung arbeitet.
• Die eigentliche Magnetresonanzmessung kann dann z. B. unmittelbar nach dieser „Kleinsignal-Testmessung“ erfolgen. Da die Testmessung nur wenige Millisekunden benötigt, fällt diese in der Gesamtmesszeit kaum ins Gewicht. Die Messung kann exakt zu den gleichen Bedingungen, vorzugsweise mit dem Patienten im Messraum und den an exakt den gleichen Stellen positionierten Lokalspulen, wie bei der späteren Magnetresonanzmessung erfolgen, so dass sich der Patient und die Lokalspule gegenüber der Sendeantennenanordnung, z. B. der sendenden Ganzkörperspule, in derselben Position wie bei der eigentlichen Untersuchung befinden. Dabei kann individuell für jede spezielle Magnetresonanzmessung vorher eine solche Testphase durchgeführt werden. Sofern sich die während einer Untersuchung mit mehreren Magnetresonanzmessungen auszusendenden Hochfrequenz-Pulssequenzen nicht zu sehr unterscheiden, reicht es aber gegebenenfalls auch aus, vor der Gesamtuntersuchung eine gemeinsame Testphase durchzuführen und dann alle weiteren nachfolgenden Magnetresonanzmessungen basierend auf dem hierbei ermittelten Hochfrequenzfeldwert zu steuern. Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch das mean(B₁ ²) dynamisch vor jeder Messung bestimmt werden, wie es tatsächlich an der Lokalspule bei der nachfolgenden Messung entstehen würde. Auf diese Weise kann in beliebigen Sendefeldern, wie sie mittels TX-Arrays erzeugt werden können, ein patientensicherer Betrieb ermöglicht werden, ohne dass beispielsweise zu konservative Grenzwerte verwendet werden müssen, die unter Umständen zu schlechterer Bildqualität führen würden, oder im Einzelfall dazu, dass bestimmte Messungen gar nicht durchführbar sind. Die Pulssequenzen bei den Magnetresonanzmessungen können folglich so aufgebaut werden, dass sie die Hardware-Eigenschaften immer voll ausnutzen. So können insbesondere auch herkömmliche, bereits existierende Lokalspulen in neueren Geräten eingesetzt werden und somit erhebliche Kosten und Entwicklungsaufwand reduziert werden.
• Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenzsendekanälen und einer Lokalspulenanordnung muss zum einen so ausgebildet sein, dass sie zur Durchführung einer gewünschten Magnetresonanzmessung auf Basis einer vorgegebenen Ansteuersequenz einen Anregungspuls (Mehrkanalpuls) mit mehreren parallelen individuellen Hochfrequenz-Pulsen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle aussendet bzw. die Aussendung eines derartigen Mehrkanal-Pulses initiiert. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung benötigt zudem eine erfindungsgemäße Testeinheit. Diese besitzt eine Testsignal-Sendeschnittstelle, die in einer Testphase vor einer Magnetresonanzmessung die Aussendung eines Test-Hochfrequenzpulses mit mehreren parallelen individuell Hochfrequenz-Pulsen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle initiiert, wobei dieser Test-Hochfrequenzpuls bei geringerer Sendeleistung die gleiche B₁-Feldverteilung wie ein während einer nachfolgenden Magnetresonanzmessung auszusendender Anregungs-Hochfrequenzpuls erzeugt. Weiterhin weist die Testeinheit eine Testwertmess-Schnittstelle auf, welche in der Testphase die Messung eines durch diesen Testhochfrequenzpuls erzeugten Hochfrequenzfelds in zumindest einem Bereich einer Lokalspulenanordnung initiiert und beispielsweise auch dann die Testwerte übernimmt. Zudem besitzt die Testeinheit eine Analyseeinheit, die auf Basis des gemessenen Hochfrequenzfelds einen während der späteren Magnetresonanzmessung an der Lokalspulenanordnung zu erwartenden Hochfrequenzfeldwert ermittelt, und eine Kontrolleinheit, welche z. B. durch Aussenden oder Übergabe entsprechender Steuerwerte bzw. eine Online-Kontrolle während der Magnetresonanzmessung veranlasst, dass die Ansteuerung des Magnetresonanzsystems während der späteren Magnetresonanzmessung unter Berücksichtigung dieses Hochfrequenzfeldwerts erfolgt.
• Ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzsystem bzw. eine solche Magnetresonanzanlage muss neben einem Grundfeldmagnetsystem, mit dem in üblicher Weise im Patientenmessraum ein Grundmagnetfeld angelegt wird, ein oben genanntes Sendeantennensystem mit mehreren unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen sowie ein mehrere Gradientenspulen umfassendes Gradientensystem und eine Lokalspulenanordnung aufweisen. Darüber hinaus wird eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung benötigt.
• Insbesondere die Testeinheit kann dabei auch in Form von Software auf einer geeigneten programmierbaren Steuereinrichtung mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Auch die Hochfrequenzsendeeinrichtung, die Gradientensystemschnittstelle und die Hochfrequenz-Empfangseinrichtung können zumindest teilweise in Form von Softwareeinheiten realisiert sein, wobei wiederum andere Einheiten dieser Komponenten reine Hardwareeinheiten sind, beispielsweise der Hochfrequenzverstärker, die Hochfrequenzsendeeinrichtung, eine Gradientenpulserzeugungseinrichtung der Gradientensystemschnittstelle und/oder ein Analog-/Digitalwandler der Hochfrequenzempfangseinrichtung etc.
• Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung, insbesondere der Testeinheit, hat den Vorteil, dass auch schon existierende Magnetresonanzanlagen-Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches z. B. in einem transportablen Speicher hinterlegt und/oder über ein Netzwerk zur Übertragung bereitgestellt wird und so direkt in einen Speicher einer programmierbaren Magnetresonanzanlagen-Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
• Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
• Um insbesondere die Bedingungen an der Lokalspule besonders gut beurteilen zu können, wird vorzugsweise das durch den Test-Hochfrequenzpuls erzeugte Hochfrequenzfeld mit einer Anzahl, d. h. ein oder mehreren von an der Lokalspulenanordnung selbst angeordneten und oder in der Lokalspulenanordnung integrierten Antennenelementen gemessen. Dafür bieten sich verschiedene Varianten an.
• Bei einer ganz besonders bevorzugten Variante wird das durch den Test-Hochfrequenzpuls erzeugte Hochfrequenzfeld direkt mit einer Anzahl von Magnetresonanz-Antennenelementen der Lokalspulenanordnung gemessen. Das heißt, die Lokalspulen werden während des Aussendens des Test-Hochfrequenzpulses bewusst auf Empfang geschaltet und im Gegensatz zum Zeitpunkt des Aussendens des späteren Anregungs-Hochfrequenzpulses (bzw. der Anregungs-Hochfrequenzpulssequenz) nicht verstimmt, wie es bei hohen Sendeamplituden zur Hardware und Patientensicherheit notwendig ist. Die dabei empfangenen Signalamplituden, d. h. die in den Magnetresonanz-Antennenelementen induzierte Spannung, liefert dann eine direkte Information über das an der jeweiligen Lokalspule, exakt am Ort des jeweiligen Magnetresonanz-Antennenelements in der Lokalspule vorliegende B₁-Feld. Dabei ist es lediglich nötig, das gemessene Spannungssignal U mit einem Skalierungsfaktor K zu skalieren, um das tatsächlich vorliegende B₁-Feld gemäß B₁ = K·U (1) zu erhalten. Diese Variante der Erfindung hat den Vorteil, dass das Verfahren mit beliebigen herkömmlichen Lokalspulen durchführbar ist.
• Bei einer alternativen Variante kann das durch den Test-Hochfrequenzpuls erzeugte Hochfrequenzfeld mit einer Anzahl von kalibrierten Test-Antennenelementen (Pick-Up-Sonden) gemessen werden. Diese Test-Antennenelemente müssen nicht resonant auf die Magnetresonanzfrequenz eingestellt werden. Die Umrechnung von den mit solchen Test-Antennenelementen empfangenen Spannungssignalen kann analog zu Gleichung (1) erfolgen, wobei die Resonanzabweichung einfach in einem angepassten Kalibrierungsfaktor K mit berücksichtigt werden kann. Der Vorteil solcher außerhalb der Lamorfrequenz-Resonanz liegenden Test-Antennenelemente besteht darin, dass prinzipiell damit auch während der späteren Messung zusätzliche Signale gewonnen und für eine Online-Kontrolle bei der Aussendung genutzt werden können, um so zusätzlich redundante Sicherheiten zu erzeugen.
• Durch eine Messung eines einzelnen Hochfrequenzpulses kann beispielsweise mit der oben beschriebenen Gleichung (1) eine während des Pulses auftretende lokale maximale Hochfrequenzfeld-Amplitude ermittelt werden. Diese kann ohne weiteres in die später bei der echten Pulssequenz zu erwartende lokale maximale Hochfrequenzamplitude als ein Hochfrequenzfeldwert im Sinne der vorliegenden Erfindung umgerechnet werden, sofern die spätere Leistung und die während des Test-Hochfrequenzpulses vorliegende Sendeleistung bekannt sind. Ebenso können zusammen mit weiteren Sequenzparametern, wie Repetitionszeit, Pulsdauer, Pulsform etc., auch die maximal zu erwartende Hochfrequenzfeldamplitude während einer kompletten Messung oder eine lokal zu erwartende, zeitlich gemittelte quadratische Hochfrequenzfeld-Amplitude, d. h. das gewünschte mean(B₁ ²), für eine Pulssequenz oder eine komplette Messung ermittelt werden.
• Sofern die Konstruktionsdaten der Lokalspule bekannt sind, kann dann auch ein durch das Hochfrequenzfeld an und/oder in der Lokalspulenanordnung zu erwartender Temperaturwert ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein durch das Hochfrequenzfeld an und/oder in der Lokalspulenanordnung zu erwartender maximaler Spannungswert, beispielsweise an einzelnen Bauteilen der Lokalspule die maximal induzierte elektrische Spannung, ermittelt werden, um so auch unzulässig hohe Spannungen an Bauteilen zu vermeiden und sie vor Überschlägen zu schützen.
• Vorzugsweise kann unter Berücksichtigung des Hochfrequenzfeldwerts auch eine Berechnung eines durch das Sendefeld verursachten physischen Hochfrequenzbelastungswerts des Untersuchungsobjekts, insbesondere eines SAR-Wertes, erfolgen. Neben der Erwärmung der Lokalspulen selbst durch die Sendeleistung wird der Patient nämlich durch Wirbelströme erwärmt, die von dem Sendefeld im Patienten induziert werden, was zu einer physischen Hochfrequenzbelastung bzw. zusätzlichen Wärmebelastung führt. Die bereits oben erwähnte Spezifische Absorptionsrate (SAR) gibt dabei die im Patienten z.B. global oder lokal freiwerdende Wärmeleistung in W/kg an. Diverse Regularien (Normen) geben Grenzwerte für die zulässige SAR in verschiedenen Körperregionen vor. Eine genaue Berechnung des tatsächlich dem Patienten applizierten SAR-Werts erfordert eine genaue Kenntnis der tatsächlich vorhandenen Felder. Da diese nicht nur durch die Sendeantenne, sondern auch durch den Patienten bzw. die im Patienten induzierten Wirbelströme definiert sind, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft auch dazu genutzt werden, um verlässlichere bzw. genauere Werte über die zu erwartende, gegebenenfalls auch aktuelle, physische Hochfrequenzsendebelastung, insbesondere die gewünschten SAR-Werte, zu erhalten. Dabei können auch mehrere unterschiedliche SAR-Werte, z.B. verschiedene lokale und globale Werte, ermittelt und überwacht werden.
• Vorzugsweise wird dabei in der Testphase eine mehrere Test-Hochfrequenzpulse umfassende Test-Pulssequenz gesendet, die zumindest einem Abschnitt einer bei der späteren Magnetresonanzmessungen zu sendenden Pulssequenz entspricht, d. h. abgesehen von der Leistungsskalierung mit dieser im Wesentlichen übereinstimmt. Mit anderen Worten, insbesondere dann, wenn eine Pulssequenz für eine späteren Messung über ihre Laufzeit verschiedene Hochfrequenzpulse aufweist, können die ganze Sequenz oder Teile der Sequenz vor deren Ablauf zunächst im kleinen Signal simuliert werden. Dies kann ebenfalls sehr schnell erfolgen, da es sich ja um eine reine hochfrequenztechnische Messung ohne Relaxationszeiten oder Gradientenschaltzeiten handelt. Auch solche umfassenden Messungen brauchen folglich nicht mehr als einige wenige Millisekunden.
• Der Hochfrequenzfeldwert, beispielsweise die zu erwartende lokale maximale Hochfrequenzfeldamplitude oder eine zu erwartende mittlere quadratische Hochfrequenzamplitude, sowie gegebenenfalls daraus ermittelte zu erwartende Spannungswerte und/oder Temperaturwerte können auch jeweils mit Grenzwerten verglichen werden und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis kann dann die spätere Magnetresonanzmessung eingeschränkt werden. Solche Grenzwerte können beispielsweise in einem Coil-File, d. h. in einer der Lokalspule zugeordneten Datei in der Steuerung des Magnetresonanzsystems, oder auch in einem in der Spule selbst angebrachten Speicher hinterlegt werden. Die Einschränkung der späteren Magnetresonanzmessung kann z. B. durch Reduzierung der Pulse und/oder auch durch Verhinderung der Aussendung bestimmter Pulssequenzen erfolgen. Dies ist möglich, indem beispielsweise die einzelnen Sequenzparameter angepasst werden oder indem auch entsprechende Informationen an den Bediener ausgegeben werden, der dann die Aussendung der Pulssequenz verhindert oder die Pulssequenz ändert.
• Insbesondere kann in Abhängigkeit von dem Hochfrequenzfeldwert und/oder dem Spannungswert und/oder dem Temperaturwert sowie gegebenenfalls dem Grenzwert eine Pulssequenz für eine spätere Magnetresonanzmessung ermittelt oder modifiziert werden. Das heißt, die Pulssequenz wird offline vor der Aussendung passend geändert bzw. die Werte gehen direkt in die Berechnung und Optimierung der Pulssequenz ein. Dabei ist es auch möglich, aus der Messung des mean(B₁ ²) oder anderen Werten eine Information abzuleiten, die auch in spätere Pulsberechnungen eingeht, um so bereits bei der Berechnung von pTX-Pulsen diese so auszulegen, dass die Grenzwerte der Lokalspulen nicht überschritten werden und gleichzeitig nah an der mean(B₁ ²)-Grenze der Lokalspulen gearbeitet wird, ohne unnötig hohe Sicherheitsfaktoren zu implementieren.
• Um für eine bestimmte Lokalspule den korrekten Umrechungsfaktor zwischen dem erhaltenen Signal und dem tatsächlich anliegenden B₁-Feld zu erhalten, werden vorzugsweise vor einer Testphase in einer Kalibrierphase durch Aussenden eines Kalibrier-Hochfrequenzpulses mit bekannter Hochfrequenzfeldverteilung sowie bekannter Leistung für die Antennenelemente jeweils Kalibrierwerte ermittelt, die dann später zur Skalierung der Signale verwendet werden können. Diese Kalibriermessung muss nicht vor jeder Magnetresonanzmessung durchgeführt werden. Sie kann beispielsweise prinzipiell auch vor einer erstmaligen Verwendung einer Lokalspule an einem Magnetresonanzsystem unter Verwendung von Phantomen oder dergleichen durchgeführt werden. Hierbei ist es auch nicht notwendig, dass die Messung mit einem Patienten erfolgt. Entscheidend ist lediglich, dass das Hochfrequenzfeld an jedem Ort der Lokalspule soweit bekannt ist, dass die Kalibrierwerte ausreichend genau zu bestimmen sind. Daher wird vorzugsweise bei einer solchen Kalibrierphase ein möglichst homogenes Feld ausgesendet.
• Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines Magnetresonanz-Antennenelements einer Lokalspule gemäß dem Stand der Technik,
• 2 ein Flussdiagramm eines möglichen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 3 eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Magnetresonanzsystems,
• 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetresonanz-Antennenelements einer Lokalspule gemäß 1 mit einem zusätzlichen Test-Antennenelement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Das in 1 dargestellte Magnetresonanz-Antennenelement 50 einer herkömmlichen Lokalspule wurde bereits eingangs erläutert. Eine derartige herkömmliche Lokalspule kann im Rahmen der Erfindung vorteilhafterweise ohne weiteres verwendet werden. Es wird an dieser Stelle aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung auch anders aufgebaute Lokalspulen einsetzbar sind.
• 2 zeigt einen Ablaufplan, wie ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden könnte. Dieses Verfahren gliedert sich hier in drei Phasen, eine Kalibrierungsphase KP, eine Testphase TP und die eigentliche Magnetresonanzmessung MR. Die Kalibrierungsphase KP muss gegebenenfalls für jede Lokalspule nur ein einziges Mal durchgeführt werden, um die Kalibrierungsdaten zu erhalten. Die Testphase TP wird vorzugsweise „online“ vor jeder einzelnen Magnetresonanzmessung MR durchgeführt, um das mean(B₁ ²)-Feld dynamisch vor jeder Messung zu bestimmen. Grundsätzlich können aber auch nach einer Testphase TP mehrere Magnetresonanzmessungen MR ähnlicher Art unmittelbar nacheinander durchgeführt werden, ohne jeweils für jede einzelne Magnetresonanzmessung MR wieder eine erneute Testphase TP durchzuführen. Ebenso ist es auch möglich, innerhalb der Testphase TP verschiedene Teil-Magnetresonanzmessungen zu testen, die entsprechenden Daten dann zu hinterlegen und in der nachfolgenden echten Messung die jeweils den einzelnen Teilmessungen zugeordneten Daten zu verwenden. Der Einfachheit halber wird in 2 ein Ablauf dargestellt, in dem eine Magnetresonanzmessung MR unmittelbar nach einer einzelnen Testphase für diese Magnetresonanzmessung MR erfolgt.
• In 2 beginnt das Verfahren zunächst in einem Schritt I, in dem ein homogenes Hochfrequenzfeld mit bekannter Leistung ausgestrahlt wird. Dieses Signal wird als Kalibrierungssignal KS bezeichnet. Im Schritt II wird gleichzeitig dieses Kalibrierungssignal KS von den Antennenelementen, welche später zur Messung des Kleinsignals, d. h. des Testsignals TS, dienen sollen, empfangen. Hierbei kann es sich, wie bereits oben erläutert wurde, vorzugsweise um die Magnetresonanz-Antennenelemente der Lokalspule selber handeln, die zum Empfang der Magnetresonanzsignale aus dem Körper des Patienten dienen. Es kann sich prinzipiell aber auch um Test-Antennenelemente handeln.
• Das in diesem Schritt II von den einzelnen Antennenelementen empfangene Spannungssignal U kann dann auf Basis der Informationen über das ausgesendete bekannte Kalibriersignal KS genutzt werden, um Kalibrierdaten K, das heißt einen Umrechungsfaktor zwischen empfangenem induzierten Spannungssignal und der ausgesendeten Hochfrequenzamplitude gemäß Gleichung (1), zu ermitteln. Diese Kalibrierdaten K, das heißt der Skalierungsfaktor K, können dann im Schritt IV in einem Speicher für die Spule beispielsweise in einem Coil-File CF hinterlegt werden. Damit ist die Kalibrierphase KP abgeschlossen.
• Zu beliebiger Zeit später können dann die Kalibrierdaten K genutzt werden, um die Testphase TP vor einer Magnetresonanzmessung MR durchzuführen. Diese Testphase TP beginnt im Schritt V durch Aussenden eines Testsignals TS, bzw. bevorzugt durch Aussenden gleich einer kompletten Testsignalsequenz, die abgesehen von einer reduzierten Leistung bevorzugt genauso aufgebaut ist wie die spätere Hochfrequenzpulssequenz HFS, die während der nachfolgenden Magnetresonanzmessung MR ausgesendet wird.
• Dieses Testsignal TS wird dann gleichzeitig im Schritt VI mit den vorgesehenen Antennenelementen, beispielsweise den Magnetresonanz-Antennenelementen der Lokalspule selbst oder mit geeigneten Test-Antennenelementen, die in oder an der Lokalspule angeordnet sind, gemessen, wobei die in den Antennenelementen induzierten Spannungen U im Schritt VII mit Hilfe der Kalibrierwerte K, die beispielsweise wieder aus dem Coil-File CF ausgelesen werden, umgerechnet werden, um so die aktuelle Amplitude des B₁-Felds zu ermitteln. An dieser Stelle kann auch eine Hochskalierung der empfangenen Werte mit dem Leistungsfaktor stattfinden, um den das Testsignal TS gegenüber dem tatsächlich später auszusenden Hochfrequenzsignal HFS reduziert wurde. D. h. wenn die Leistung des ausgesendeten Testsignals TS nur 10% der Leistung des später auszusendenden Hochfrequenzsignals HFS entspricht, muss eine Hochskalierung um den Faktor 10 erfolgen. Auf Basis der Sequenzparameter SP, wie beispielsweise Repetitionszeiten, Pulslängen, Pulsformen etc., die ja aus der Testsignalsequenz bekannt sind und die später auch während des Aussendens der eigentlichen Pulssequenz während der Magnetresonanzmessung MR benötigt werden, können außerdem weitere Hochfrequenzfeldwerte HFW wie beispielsweise die mittlere quadratische Hochfrequenzfeldamplitude (das mean(B₁ ²)) ermittelt werden, die die über die Sendezeit von der Antenne empfangene Hochfrequenzleistung repräsentiert.
• In einem Schritt VIII kann dann der ermittelte Hochfrequenzfeldwert HFW mit einem Grenzwert, nämlich einem maximalen Hochfrequenzfeldwert HFW_max, verglichen werden. Dieser maximal zulässige Wert HFW_max kann beispielsweise im Schritt IX aus einem Speicher ausgelesen werden, in dem entsprechende Grenzwerte für die Spule hinterlegt sind. Beispielsweise kann es sich hierbei auch wieder um den Coil-File handeln. Alternativ können diese Werte auch in einem Speicher in der Lokalspule selber hinterlegt sein.
• Alternativ oder zusätzlich kann der Hochfrequenzfeldwert HFW auch in einen in der oder an der Oberfläche der Lokalspule zu erwartenden Temperaturwert T_E umgerechnet werden, oder es wird eine maximal zu erwartende induzierte Spannung U_E ermittelt. Ebenso kann eine Ermittelung eines zu erwartenden physischen Hochfrequenzbelastungswerts S_E erfolgen, beispielsweise eines SAR-Werts S_E. Auch diese Werte T_E, U_E, S_E können beispielsweise mit zuvor aus einem Speicher ausgelesenen Maximalwerten U_max, T_max, S_max verglichen werden, um zu überprüfen, ob durch die geplante Pulssequenz diese zulässigen Grenzwerte U_max, T_max, S_max überschritten würden.
• In Abhängigkeit von dieser Grenzwertüberprüfung im Schritt VIII können dann geeignete Steuerwerte SW erzeugt werden, um beispielsweise einen Bediener darauf hinzuweisen, dass mit der vorliegenden gewünschten Hochfrequenzpulssequenz die Grenzwerte überschritten würden, und/oder es werden vorzugsweise unmittelbar die Steuerwerte SW genutzt, um auf die Berechnung und/oder Aussendung der späteren Pulssequenz Einfluss zu nehmen.
• Dies kann beispielsweise bei der nachfolgenden Magnetresonanzmessung MR dann im Schritt X erfolgen, in dem die gewünschte Hochfrequenzpulssequenz, d. h. eine Vielzahl von gewünschten Hochfrequenzsignalen bzw. Anregungs-Hochfrequenzpulsen HFS, in der vorgesehene Reihenfolge ausgesendet werden. Auf Basis der Steuerwerte SW kann hier ein Eingriff an beliebiger geeigneter Stelle des Magnetresonanzsystems erfolgen, beispielsweise, indem bei zu hohen Pulsleistungen der Leistungsverstärker gedrosselt wird oder direkt auf die Pulserzeugung Einfluss genommen wird. Auf Basis der ausgesendeten Hochfrequenzpulse HFS werden dann im Schritt XI die Rohdaten RD akquiriert, die dann im Schritt XII zu Bilddaten rekonstruiert werden.
• Wie eine solche Magnetresonanzmessung durch Aussenden von Hochfrequenzpulssequenzen und passenden Gradientenpulssequenzen sowie die Akquise der Rohdaten RD im Einzelnen durchgeführt wird, ist dem Fachmann ebenso bekannt wie die verschiedenen Möglichkeiten zur Rekonstruktion der Bilddaten aus den Rohdaten. Daher brauchen diese Punkt hier nicht detailliert erläutert zu werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind alle bekannten Magnetresonanzaufnahmeverfahren nutzbar. Sie unterscheiden sich lediglich dadurch, dass hier wie zuvor beschrieben beispielsweise durch geeignete Steuerwerte SW auf die Aussendung und/oder Erstellung der Anregungs-Hochfrequenzpulse HFS Einfluss genommen werden kann, um sicherzustellen, dass bestimmte Grenzwerte sicher eingehalten werden, insbesondere bestimmte maximale Temperaturwerte T_max an den Lokalspulen und/oder bestimmte maximal zulässige Spannungswerte U_max an elektronischen Bauteilen der Lokalspulen.
• In 3 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzsystem 1 dargestellt.
• Dieses umfasst zum einen die eigentliche Magnetresonanz-Scannereinheit 2, in welcher auf einer Patientenliege (nicht dargestellt) in einem Magnetresonanz-Messraum 4 bzw. Patiententunnel 4 ein Untersuchungsobjekt bzw. ein Patient oder Proband (nicht dargestellt) während einer Untersuchung gelagert wird. In dieser Magnetresonanz-Scannereinheit 4 gibt es eine Vielzahl von Komponenten. Diese Komponenten umfassen zum einen eine Grundmagnetfelderzeugungseinheit, welche dafür sorgt, dass innerhalb des Patiententunnels 4 ein möglichst homogenes Grundmagnetfeld vorliegt. Weiterhin enthält die Magnetresonanz-Scannereinheit 2 sogenannte Gradientenspulen, mit denen ein Magnetfeldgradient in definierter Weise innerhalb des Patiententunnels 4 angelegt werden kann, sowie eine Ganzkörperantenne 3, über die Hochfrequenzfelder in den Patiententunnel 4 ausgesendet werden können. Die Ganzkörperantenne 3 umfasst mehrere separat, voneinander unabhängig ansteuerbare Hochfrequenz-Sendekanälen S₁, ..., S_N.
• Neben den bereits erwähnten Komponenten, von denen der Übersichtlichkeit halber in 1 lediglich die Ganzkörperantenne 3 schematisch dargestellt ist, weist die Magnetresonanz-Scannereinheit 2 üblicherweise noch eine Vielzahl weiterer Komponenten auf, beispielsweise ein Shim-System, um die Homogenität des Grundmagnetfelds zu verbessern, ein Überwachungssystem für allgemeine Überwachungsaufgaben etc.
• Angesteuert wird die Scannereinheit 2 von einer Steuereinrichtung 10, von der in 1 ebenfalls nur die Komponenten dargestellt sind, die für die Erläuterungen der Erfindung wesentlich sind. Grundsätzlich sind solche Magnetresonanzsysteme 1 und die zugehörigen Steuereinrichtungen 10 dem Fachmann bekannt und brauchen daher nicht im Detail erläutert zu werden.
• Ein Großteil der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 10 ist in Form von Softwaremodulen auf einem oder mehreren Prozessoren innerhalb eines Gehäuses der Steuereinrichtung 10 realisiert. Grundsätzlich kann eine solche Steuereinrichtung
• aber auch aus mehreren räumlich verteilt angeordneten und in geeigneter Weise untereinander vernetzten Komponenten bzw. Modulen bestehen.
• Die Steuereinrichtung 10 weist hier verschiedene Schnittstellen auf, beispielsweise eine Terminalschnittstelle 17, mit der die Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 30 für den Bediener verbunden ist. Dieses Terminal 30 weist in üblicher Weise eine Benutzerschnittstelle, beispielsweise eine Tastatur 31 und einen Bildschirm 32 sowie ggf. ein Zeigegerät (eine Maus oder dergleichen, nicht dargestellt) auf, so dass dem Benutzer auch eine graphische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
• Weitere wesentliche Schnittstellen sind eine Hochfrequenz-Sendeeinrichtung 13 (HF-Sendeeinrichtung), die hier den kompletten Hochfrequenz-Sendezweig des Magnetresonanzsystems 1 repräsentiert, und eine Empfangseinrichtung 14.
• Über die HF-Sendeeinrichtung 13 wird beispielsweise die Ganzkörperspule 3 in der Scannereinheit 2 angesteuert bzw. es werden geeignete Hochfrequenzpuls-Sequenzen erzeugt, um die Kernspins in der gewünschten Weise anzuregen. Hierzu weist die HF-Sendeeinrichtung 13 eine oder mehrere digitale Pulserzeugungseinheiten und geeignete Digital-/Analog-Wandler auf, um zunächst ein digitales Signal für die Pulsform zu erzeugen, sowie Mischer, Hochfrequenzverstärker etc., um basierend auf dem digitalen Signal letztlich für jeden der Hochfrequenz-Sendekanäle S₁, ..., S_N (in 3 nur symbolisch durch eine Leitung dargestellt) ein Hochfrequenzsignal geeigneter Stärke, Form und Frequenz zu erzeugen, um insgesamt wie oben erläutert einen Mehrkanalpuls (pTX-Puls) bzw. eine Sequenz solcher Pulse zu erzeugen.
• Als eine weitere Schnittstelle weist die Steuereinrichtung 10 eine Ansteuer-Schnittstelle 12 für die sonstigen Komponenten der Scannereinheit 2 auf, über die beispielsweise die oben erwähnten Gradientenspulen etc. angesteuert werden. Auch hier kann es sich um mehrere Schnittstellen handeln, die lediglich der Einfachheit halber in 1 zu einem Schnittstellenblock zusammengefasst sind. Die Ansteuerschnittstelle 12 und die Hochfrequenz-Sendeschnittstelle 13 werden von einer Messsteuereinheit 11 angesteuert, die gemäß genau in Messprotokollen vorgegebenen Ansteuersteuersequenzen AS für eine Aussendung der für eine bestimmte Magnetresonanzmessung erforderlichen Gradientenpuls- und Hochfrequenzpulssequenzen sorgt. Die Messprotokolle können beispielsweise in einem Speicher 16 hinterlegt sein und/oder von einem Benutzer über das Terminal 30 vorgegeben bzw. verändert werden.
• Die HF-Empfangseinrichtung 14 ist hier mit einer Lokalspulenanordnung 5 verbunden, welche mehrere Magnetresonanz-Antennenelemente 50 aufweist. Eine solche Lokalspulenanordnung 5 kann beispielsweise auch aus mehreren einzelnen Lokalspulen bestehen, die jeweils mehrere Magnetresonanz-Antennenelemente 50 umfassen und an einem im Patiententunnel 4 positionierten Patienten oder Probanden angeordnet sind.
• Zur Verbindung mit den einzelnen Magnetresonanz-Antennenelementen 50 weist die HF-Empfangseinrichtung 14 mehrere Empfangskanäle (in 1 nicht einzeln dargestellt) auf, vorzugsweise jeweils einen Empfangskanal für jedes der Magnetresonanz-Antennenelemente 5. Diese Empfangskanäle können in üblicher Weise aufgebaut sein, beispielsweise – falls die Magnetresonanzsignale analog von der Lokalspule 1 an die HF-Empfangseinrichtung 14 gesendet werden – mit verschiedenen Demodulatoren, um aus den Magnetresonanzsignalen die gewünschten Informationen frequenzmäßig herauszufiltern, sowie Analog-/Digital-Wandlern, um die Rohdaten schließlich zu digitalisieren. Alternativ können, bei neueren Lokalspulen, die Analog-/Digital-Wandler für jedes MR-Antennenelement 50 auch bereits in der Lokalspule selber angeordnet sein.
• Die von den einzelnen Empfangskanälen der HF-Empfangseinrichtung 14 empfangenen Magnetresonanzsignale bzw. Rohdaten RD werden dann an eine Bildrekonstruktionseinheit 15 weitergeleitet, welche aus den digitalisierten Rohdaten in der üblichen Weise Magnetresonanzbilder rekonstruiert. Die rekonstruierten Bilder können dann beispielsweise über die Terminalschnittstelle 17 auf einen Bildschirm 32 des Terminals 30 ausgegeben oder in dem Speicher 16 hinterlegt werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung 30 auch noch eine Schnittstelle zu einem Netzwerk oder dergleichen aufweisen (nicht dargestellt), so dass auch eine Speicherung von Rohdaten oder Bilddaten auf externen Massenspeichern möglich ist oder Bilder und Rohdaten an andere Rechner, insbesondere Befundungsstationen zum Betrachten der Bilder, Printer etc. übermittelt werden können. Die HF-Empfangseinrichtung 14 wird ebenfalls von der Messsteuereinheit 11 angesteuert, so dass die Rohdaten RD synchron zur Schaltung der hierzu benötigten Gradientenpulse für die Ortskodierung ausgelesen werden. Auf diese Weise kann auch dafür gesorgt werden, dass die Magnetresonanz-Antennenelemente 50 während des Aussendens der Anregungs-Hochfrequenzpulse HFS während einer Magnetresonanzmessung MR verstimmt werden. Dies kann durch eine Umschalteinheit in der HF-Empfangseinrichtung 14 erfolgen, da die Lokalspulenanordnung 5 ja mit der HF-Empfangseinrichtung 14 hier über ein Kabel verbunden ist, das auch zur Übermittlung von entsprechenden Steuersignalen zur Lokalspulenanordnung 5 verwendet werden kann.
• Erfindungsgemäß weist die Steuereinrichtung 10 außerdem eine Testeinheit 20 auf. Diese Testeinheit 20 umfasst zum einen eine Testsignal-Sendeschnittstelle 21. Diese initiiert in einer Testphase, wie dies zuvor anhand von 2 beschrieben wurde, die Aussendung eines Testsignals bzw. Test-Hochfrequenzpulses TS, indem ein entsprechendes Steuersignal an die Messsteuereinheit 11 übergeben wird. Diese sorgt dann dafür, dass von der HF-Sendeeinrichtung 13 ein entsprechender Test-Hochfrequenzpuls TS mit reduzierter Leistung ausgesendet wird. Die Testeinheit 20 besitzt außerdem eine Testwertmess-Schnittstelle 22. Diese sorgt in der Testphase dafür, dass das durch den Test-Hochfrequenzpuls TS erzeugte Hochfrequenzfeld in zumindest einem Bereich einer Lokalspulenanordnung 5 gemessen wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem von der Testwertmess-Schnittstelle 22 ein Steuerbefehl an die Umschalteinheit in der HF-Empfangseinrichtung 14 erfolgt, sodass parallel zur Aussendung des Test-Hochfrequenzpulses TS die einzelnen Magnetresonanz-Antennenelemente 50 der Lokalspulenanordnung 5 nicht verstimmt werden, sondern auf Empfang geschaltet bleiben. Außerdem kann die dabei ermittelte induzierte Spannung über die Testwertmess-Schnittstelle 22 als ein Messwert übernommen werden. Dieser Messwert wird dann an eine Analyseeinheit 23 übergeben, welche auf Basis des gemessenen Hochfrequenzfeldes bzw. Spannungswertes, wie dies zuvor anhand 2 erläutert wurde, einen Hochfrequenzwert HFW ermittelt und gegebenenfalls auch entsprechende zu erwartende Temperaturwerte T_E und/oder Spannungswerte U_E, die dann mit geeigneten Grenzwerten verglichen werden können.
• Das Ergebnis des Vergleichs wird dann an eine Kontrolleinheit 24 übergeben, welche beispielsweise durch Aussendung und Übergabe geeigneter Steuerwerte SW im Rahmen einer Online-Kontrolle beispielsweise mit der Messsteuereinheit 11 kommuniziert, um entsprechend die Aussendung der Anregungs-Hochfrequenzpulse HFS während der späteren Magnetresonanzmessung MR zu überwachen. Über eine Schnittstelle 25 ist die Testeinheit 20 beispielsweise mit der Terminalschnittstelle 17 verbunden, so dass direkt auch von einem Bediener vom Terminal 30 aus eine solche Testphase TP initiiert werden kann. Die Kontrolleinheit 24 kann eventuelle Steuer- oder Kontrollwerte auch über diese Schnittstelle 25 und die Terminalschnittstelle 17 an das Terminal 30 oder an einen anderen Rechner übergeben, welcher beispielsweise eine Ansteuersequenzermittlungseinheit 33 besitzt, in der offline, d. h. vor einer Messung, geeignete optimierte Ansteuersequenzen für eine nachfolgende Magnetresonanzmessung ermittelt werden. Die Steuer- bzw. Kontrollwerte, die von der Testeinheit 20 ermittelt wurden, um sicherzustellen, dass die Grenzwerte an den Lokalsspulenanordnungen 5 eingehalten werden, können dann von dieser Steuersequenzermittlungseinheit 33 gleich bei der Pulsberechnung für die Ansteuersequenz AS berücksichtigt werden.
• Vorzugsweise kann die Testeinheit 20 auch dazu eingesetzt werden, um in der Kalibrierphase KP einen Kalibrierhochfrequenzpuls KS auszusenden. Die Berechnung der Kalibrierwerte K kann dann in der Analyseeinheit 23 erfolgen. Die Testeinheit 20 mit ihren verschiedenen Komponenten und Schnittstellen kann beispielsweise in Form von Software auf einem geeigneten Prozessor der Steuereinrichtung 10 realisiert sein. Es ist aber auch möglich, eine solche Testeinheit 20 in Form von Hardwarekomponenten beispielsweise durch FPGAs etc. auszubilden.
• 4 zeigt eine Variante für ein Magnetresonanz-Antennenelement 50 in einer Lokalspule, welches zusätzlich mit einem Test-Antennenelement 60 in Form einer kleinen Leiterschleife ausgebildet ist, welche über eine Leitung 61 mit dem Spulenstecker 58 verbunden ist. Mit Hilfe eines solchen Testantennenelements ist, wie zuvor beschrieben, auch die Messung des vor Ort and der Lokalspule vorliegenden Hochfrequenzfelds möglich, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Zusätzlich kann ein solches Test-Antennenelement auch dazu verwendet werden, um online während der späteren Messung lokal die Hochfrequenzfeldwerte zu kontrollieren und so eine zusätzliche Sicherheit zu gewinnen, dass keine Grenzwerte überschritten werden.
• Um mit den Magnetresonanz-Antennenelementen das aktuelle Sendefeld an der aktuellen Aussendung eines Test-Hochfrequenzpulses ohne Rückwirkung auf das Sendefeld selber zu ermöglichen, können Vorverstärker verwendet werden, die so an die Magnetresonanz-Antennenelemente angekoppelt sind, dass ihre Eingangsimpedanz einen Stromfluss in dem Magnetresonanz-Antennenelement möglichst stark unterdrückt. Diese Technik wird auch Vorverstärkerentkopplung (preamp decoupling) genannt. Dabei ist die Eingangsimpedanz des Vorverstärkers jeweils so geschaltet, dass sie beim Anschluss an das Magnetresonanz-Antennenelement der Lokalspule einen hochohmigen Punkt in der Ebene des Antennenleiters erzeugt. Dadurch wird der Stromfluss in dieser Antenne weitgehend unterdrückt, so dass ein externes Feld zwar eine Spannung am Vorverstärker aber nur einen sehr geringen Strom in der Antenne induziert. Das Antennenelement selber erzeugt somit auf Grund der Induktion des Sendefeldes allenfalls ein Feld mit sehr geringer Feldstärke und trägt daher nicht zur Verzerrung des Sendefeldes bei.
• Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den oben beschriebenen Aufbauten lediglich 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. Insbesondere wird explizit darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Varianten des Verfahrens und der Vorrichtungen, insbesondere die Ausbildung der Magnetresonanz-Antennenelemente und der Test-Antennenelemente in bzw. an den Lokalspulen, auch in beliebigen Kombinationen miteinander eingesetzt werden können. In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass das Hochfrequenzfeld immer von der Ganzkörperspule des Magnetresonanzsystems ausgesendet wird. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, dass das Sendefeld zur Anregung der Kernspins durch Lokalspulen erzeugt wird. In diesem Fall ist es selbstverständlich auch möglich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Auswirkungen dieses Hochfrequenzfelds auf die anderen Lokalspulen ermittelt werden, die beispielsweise gerade nicht senden. 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

Magnetresonanz-Scannereinheit

3

Ganzkörperantenne

4

Magnetresonanz-Messraum Patiententunnel

5

Lokalspulenanordnung

10

Steuereinrichtung

11

Messsteuereinheit

12

Ansteuer-Schnittstelle

13

Hochfrequenz-Sendeeinrichtung

14

Empfangseinrichtung

15

Bildrekonstruktionseinheit

16

Speicher

17

Terminalschnittstelle

20

Testeinheit

21

Testsignal-Sendeschnittstelle

22

Testwertmess-Schnittstelle

23

Analyseeinheit

24

Kontrolleinheit

25

Schnittstelle

30

Terminal

31

Tastatur

32

Bildschirm

33

Ansteuersequenzermittlungseinheit

50

Magnetresonanz-Antennenelement

51

Leiterschleife

52

Verkürzungs-Kondensatoren

53

Verstimmschaltung/Verstimmkreis

54

Induktivität

55

Hochfrequenzschalter/PIN-Diode

56

Filterinduktivitäten

57

Filterkapazität

58

Spulenstecker

60

Test-Antennenelement

61

Leitung

KP

Kalibrierungsphase

TP

Testphase

MR

Magnetresonanzmessung

KS

Kalibrierungssignal

TS

Testsignal/Test-Hochfrequenzpuls

U

Spannungssignal

K

Kalibrierdaten/Umrechungsfaktor

CF

Coil-File

HFS

Anregungs-Hochfrequenzpuls

SP

Sequenzparameter

HFW

Hochfrequenzfeldwert

HFW_max

Grenzwert/maximaler Hochfrequenzfeldwert

T_E

erwarteter Temperaturwert

U_E

erwartete induzierte Spannung

S_E

erwarteter physischer Hochfrequenzbelastungswert/SAR-Wert

U_max

Grenzwert/Maximalwert

T_max

Grenzwert/Maximalwert

S_max

Grenzwert/Maximalwert

SW

Steuerwerte

RD

Rohdaten

AS

Ansteuersteuersequenzen

S₁, ..., S_N

Hochfrequenz-Sendekanälen

Claims (15)

1. Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems (1) mit einer Sende-Antennenanordnung (3), die eine Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen (S₁, ..., S_N) umfasst, und mit einer im Magnetresonanzsystem (1) angeordneten Lokalspulenanordnung (5), wobei – vor einer Magnetresonanzmessung (MR) in einer Testphase (TP) mit der Sende-Antennenanordnung (3) ein Test-Hochfrequenzpuls (TS) mit mehreren parallelen individuellen Hochfrequenz-Pulsen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle (S₁, ..., S_N) ausgesendet wird, der bei geringerer Sendeleistung im Wesentlichen die gleiche Feldverteilung wie ein während einer nachfolgenden Magnetresonanzmessung (MR) auszusendender Anregungs-Hochfrequenzpuls (HFS) erzeugt, – ein durch diesen Test-Hochfrequenzpuls (TS) erzeugtes Hochfrequenzfeld in zumindest einem Bereich der Lokalspulenanordnung (5) gemessen wird, – auf Basis des gemessenen Hochfrequenzfelds ein während der späteren Magnetresonanzmessung (MR) an der Lokalspulenanordnung (5) zu erwartender Hochfrequenzfeldwert (HFW) ermittelt wird – und die Ansteuerung des Magnetresonanzsystems (1) während einer späteren Magnetresonanzmessung (MR) unter Berücksichtigung dieses Hochfrequenzfeldwerts (HFW) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Test-Hochfrequenzpuls (TS) erzeugte Hochfrequenzfeld mit einer Anzahl von an der Lokalspulenanordnung (5) angeordneten und/oder in der Lokalspulenanordnung (5) integrierten Antennenelementen (50, 60) gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Test-Hochfrequenzpuls (TS) erzeugte Hochfrequenzfeld mit einer Anzahl von Magnetresonanz-Antennenelementen (50) der Lokalspulenanordnung (5) gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Test-Hochfrequenzpuls (TS) erzeugte Hochfrequenzfeld mit einer Anzahl von Test-Antennenelementen (60) gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Hochfrequenzfeldwert (HFW) eine lokale Hochfrequenzfeldamplitude ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Hochfrequenzfeldwert (HFW) eine mittlere quadratische Hochfrequenzfeldamplitude ermittelt wird
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch das Hochfrequenzfeld an und/oder in der Lokalspulenanordnung (3) zu erwartender Temperaturwert (T_E) und/oder zu erwartender Spannungswert (U_E) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des Hochfrequenzfeldwerts (HFW) eine Berechnung eines durch das Sendefeld verursachten zu erwartenden physischen Hochfrequenzbelastungswerts (S_E) des Untersuchungsobjekts erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Testphase (TP) eine mehrere Test-Hochfrequenzpulse (TS) umfassende Test-Pulssequenz gesendet wird, die zumindest einem Abschnitt einer bei der späteren Magnetresonanzmessung (MR) zu sendenden Pulssequenz entspricht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzfeldwert (HFW) und/oder der Temperaturwert (T_E) und/oder der Spannungswert (U_E) und/oder der physische Hochfrequenzbelastungswert (S_E) mit einem Grenzwert (HFW_max, T_max, U_max, S_max) verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis die spätere Magnetresonanzmessung (MR) eingeschränkt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Hochfrequenzfeldwert (HFW) und/oder dem Spannungswert (U_E) und/oder dem Temperaturwert (T_E) und/oder dem physischen Hochfrequenzbelastungswert (S_E) und gegebenenfalls dem Grenzwert (HFW_max, T_max, U_max, S_max) eine Pulssequenz für eine spätere Magnetresonanzmessung (MR) ermittelt oder modifiziert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Testphase (TP) in einer Kalibrierphase (KP) durch Aussenden eines Kalibrier-Hochfrequenzpulses (KS) mit bekannter Hochfrequenzfeldverteilung für die Antennenelemente (50, 60) Kalibrierwerte (K) ermittelt werden.
13. Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems (1) mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen (S₁, ..., S_N) und einer Lokalspulenanordnung (5), wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, um zur Durchführung einer gewünschten Magnetresonanzmessung (MR) auf Basis einer vorgegeben Ansteuersequenz (AS) einen Anregungs-Puls (MRS) mit mehreren parallelen individuellen Hochfrequenz-Pulsen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle (S₁, ..., S_N) auszusenden, und wobei die Steuereinrichtung (10) eine Testeinheit (20) aufweist, mit – einer Testsignal-Sendeschnittstelle (21), welche in einer Testphase (TP) vor einer Magnetresonanzmessung (MR) die Aussendung eines Test-Hochfrequenzpulses (TS) mit mehreren parallelen individuellen Hochfrequenz-Pulsen über die verschiedenen Hochfrequenz-Sendekanäle (S₁, ..., S_N) initiiert, der bei geringerer Sendeleistung im Wesentlichen die gleiche Feldverteilung wie ein während einer nachfolgenden Magnetresonanzmessung (MR) auszusendender Anregungs-Hochfrequenzpuls (MRS) erzeugt, – einer Testwertmess-Schnittstelle (22), welche in der Testphase (TP) die Messung eines durch diesen Test-Hochfrequenzpuls (TS) erzeugten Hochfrequenzfelds in zumindest einem Bereich der Lokalspulenanordnung (5) initiiert, – einer Analyseeinheit (23), welche auf Basis des gemessenen Hochfrequenzfelds einen während der späteren Magnetresonanzmessung (MR) an der Lokalspulenanordnung (5) zu erwartenden Hochfrequenzfeldwert (HFW) ermittelt – und eine Kontrolleinheit (24), welche veranlasst, dass die Ansteuerung des Magnetresonanzsystems (1) während einer späteren Magnetresonanzmessung (MR) unter Berücksichtigung dieses Hochfrequenzfeldwerts (HFW) erfolgt.
14. Magnetresonanzsystem (1) mit einer Mehrzahl von unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen (S₁, ..., S_N), mit einem Grundfeldmagnetsystem, einem Gradientensystem, einem Sendeantennensystem mit mehreren unabhängigen Hochfrequenz-Sendekanälen, einer Lokalspulenanordnung (5) und einer Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 13.
15. Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (10) eines Magnetresonanzsystems (1) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) ausgeführt wird.

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