DE10030142C1 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit einem aktiven Shim-System - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit einem Gradientenspulensystem und mit einem aktiven Shim-System, bei dem Feldverzerrungen, die ein wenigstens teilweise in einem Abbildungsvolumen des Magnetresonanzgeräts gelagertes Untersuchungsobjekt verursacht, korrigiert werden, werden Shim-Ströme des aktiven Shim-Systems und/oder Offset-Ströme des Gradientenspulensystems entsprechend wenigstens einem objektspezifischen Parameter des Untersuchungsobjekts eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mag­ netresonanzgeräts mit einem Gradientenspulensystem und mit einem aktiven Shim-System, bei dem Feldverzerrungen, die ein wenigstens teilweise in einem Abbildungsvolumen des Magnetre­ sonanzgeräts gelagertes Untersuchungsobjekt verursacht, kor­ rigiert werden.

Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik zum Ge­ winnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsob­ jekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät, einem sta­ tischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagnetsystem erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überla­ gert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsys­ tem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfre­ quenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.

Dabei ist eine hohe Homogenität des Grundmagnetfeldes ein entscheidender Faktor für die Qualität der Magnetresonanzbil­ der. Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes innerhalb eines Abbildungsvolumens des Magnetresonanzgeräts verursachen geo­ metrische Verzerrungen des Magnetresonanzbildes, die den In­ homogenitäten proportional sind. Besonders wichtig ist die Feldhomogenität bei den sogenannten schnellen Pulssequenzen, beispielsweise beim Echoplanarverfahren.

Zum Verbessern der Grundmagnetfeldhomogenität innerhalb des Abbildungsvolumens werden sogenannte Shim-Systeme eingesetzt. Dabei unterscheidet man passive und aktive Shim-Systeme. Bei einem passiven Shim-System wird eine Anzahl von Eisenblechen im Untersuchungsraum des Geräts in einer geeigneten Anordnung angebracht. Dazu wird das Grundmagnetfeld innerhalb des Ab­ bildungsvolumens vor dem Anbringen der Eisenbleche vermessen. Aus den gemessenen Werten ermittelt ein Rechenprogramm die geeignete Anzahl und Anordnung der Eisenbleche.

Beim aktiven Shim-System werden zum Homogenisieren des Grund­ magnetfeldes mit Gleichströmen beaufschlagbare Shim-Spulen eingesetzt. Zum Betrieb der Shim-Spulen sind Netzgeräte er­ forderlich, die sehr konstante und reproduzierbar einstellba­ re Gleichströme liefern. Das aktive Shim-System wird unter anderem zur Feinkorrektur verwendet, wenn es auf eine sehr hohe Homogenität ankommt, beispielsweise um durch eine Sus­ zeptibilität des wenigstens teilweise im Abbildungsvolumen gelagerten Untersuchungsobjekts verursachte Feldverzerrungen zu korrigieren.

Wie beispielsweise aus der DE 195 11 791 C1 bekannt ist, lässt sich das Grundmagnetfeld innerhalb des Abbildungsvolu­ mens mit Koeffizienten einer Kugelfunktions-Reihenentwicklung beschreiben. Ferner ist aus vorgenannter Patentschrift be­ kannt, eine lineare Inhomogenität des Grundmagnetfeldes, d. h. eine Feldstörung erster Ordnung, durch ein Beaufschlagen ei­ ner Gradientenspule mit einem Offset-Strom zu korrigieren. Dabei ist der Offset-Strom ein konstanter Strom, der einem eine Gradientensequenz ausführenden Gradientenspulenstrom überlagert wird. Zur Kompensation von Feldinhomogenitäten höherer Ordnung ist entsprechend der zu kompensierenden Feld­ störung jeweils eine, im wesentlichen einen der Koeffizienten kompensierende Shim-Spule vorgesehen. Dabei kommt man im all­ gemeinen auch bei hohen Anforderungen mit neun Shim-Spulen aus, so dass zusammen mit den drei Gradientenspulen zwölf Koeffizienten, die die Feldhomogenität am meisten stören, gegen Null gebracht werden können.

Wegen der grundmagnetfeldverzerrenden Wirkung des Untersu­ chungsobjekts wird im Zuge der Erstellung von Magnetresonanzbildern ein Shim-Einstellvorgang durchgeführt. Dabei werden für die einzelnen Shim-Spulen Shim-Ströme und für die Gra­ dientenspulen Offset-Ströme einmal nach einer Positionierung eines abzubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts im Ab­ bildungsvolumen bestimmt. Entsprechend vorgenannter Patent­ schrift werden dazu Magnetresonanzsignale des Untersuchungs­ objekts mit unterschiedlichen Echozeiten zum Bilden zweier dreidimensional ortsaufgelöster Rohdatensätze erzeugt, und die Rohdatensätze zum Bestimmen entsprechender Shim- und Off­ set-Ströme weiterverarbeitet.

Weiterhin ist in der DE 42 27 162 A1 ein iteratives Verfahren zum Einstellen der Shim- und Offset-Ströme beschrieben. Dazu werden, ausgehend von einer initialen Einstellung der Shim- und Offset-Ströme, Magnetresonanzsignale des Untersuchungsob­ jekts erzeugt, die zum Ermitteln einer verbesserten Einstel­ lung der Shim- und Offset-Ströme einem Korrelationsprozess unterzogen werden. Mit der jeweils ermittelten verbesserten Einstellung der Shim- und Offset-Ströme wird vorgenannter Verfahrensschritt so oft wiederholt, bis eine ausreichende Grundfeldhomogenität erreicht ist.

Des Weiteren ist aus der US 5,490,509 für ein Magnetresonanz­ gerät ein als ein Elektromagnet ausgebildetes aktives Shim- System bekannt, mit dem bei entsprechendem Ansteuern eine Form eines Abbildungsvolumens des Magnetresonanzgeräts zeit­ lich verändert werden kann. So kann ein Magnetresonanzbild anstatt aus einem kugelförmigen Abbildungsvolumen aus einem ellipsoidförmigen Abbildungsvolumen aufgenommen werden. Dabei ist das ellipsoidförmige Abbildungsvolumen gegenüber dem ku­ gelförmigen beispielsweise in einer Raumrichtung verlängert und einer weiteren Raumrichtung verkürzt, wodurch beispiels­ weise ein längerer Bereich einer Wirbelsäule aufgenommen wer­ den kann.

Bei vorausgehend beschriebenen, auf einem Messen und Auswer­ ten von Magnetresonanzsignalen eines Untersuchungsobjekts basierenden Shim-Einstellverfahren ist insbesondere nachtei­ lig, dass dafür je Untersuchung wenigstens eine Zeitdauer von ca. einer Minute zu veranschlagen ist. Dies wirkt sich unter anderem nachteilig auf einen hohen Patientendurchsatz für ein Magnetresonanzgerät aus.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfah­ ren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem unter anderem ein schneller Shim-Einstellvorgang durchführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Dadurch, dass Shim-Ströme des aktiven Shim-Systems und/oder Offset-Ströme des Gradientenspulensystems entsprechend we­ nigstens einem objektspezifischen Parameter des Untersu­ chungsobjekts eingestellt werden, entfällt ein zeitaufwendi­ ges Messen und Auswerten von Magnetresonanzsignalen zwecks einem Einstellen der Shim- und Offset-Ströme. Damit ist ein höherer Patientendurchsatz erzielbar. Ferner ist bei Untersu­ chungen, bei denen aus welchen Gründen auch immer, kein Shim- Einstellvorgang gemäß dem Stand der Technik durchgeführt wur­ de, durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Shim-Einstellvorgang praktisch keine Zeitverzögerung be­ deutet, eine verbesserte Magnetresonanzbildqualität erziel­ bar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der objektspezi­ fische Parameter die Masse, die Länge, das Geschlecht und/oder das Alter des Untersuchungsobjekts. Dabei bestimmen die Masse, die Länge, das Geschlecht und das Alter des Unter­ suchungsobjekts eine untersuchungsobjektabhängige feldverzer­ rende Wirkung maßgeblich.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Shim-Ströme und/oder Offset-Ströme entsprechend wenigstens einem ausführungsspezifischen Parameter einer Untersuchung eingestellt. Dazu umfasst der ausführungsspezifische Parameter eine Angabe eines abzubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts und/oder dessen Orientierung bezüglich des Magnetresonanzge­ räts. Dazu werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Angabe und/oder die Orientierung des abzubildenden Bereichs aus einer Verfahrposition einer verfahrbaren Lagerungsvor­ richtung des Magnetresonanzgeräts, einer Lagerungsart des Untersuchungsobjekts auf der Lagerungsvorrichtung und/oder einem Einsatz einer lokalen Empfangsantenne ermittelt. Für ein Einstellen der Shim- und Offset-Ströme ist es wichtig, den im Abbildungsvolumen des Geräts gelagerten, abzubildenden Bereich innerhalb eines Untersuchungsobjekts zu kennen. Bei einem Patienten zeigt dabei beispielsweise ein Einsatz einer lokalen Kopfantenne an, dass der abzubildende Bereich des Patienten der Kopf ist. Des weiteren kann aus einer Lagerungsart des Patienten auf der Lagerungsvorrichtung, die mit auf dem Bauch oder Rücken liegend in Verbindung mit Kopf oder Beinen voran beschreibbar ist, in Verbindung mit einer Ver­ fahrposition der Lagerungsvorrichtung der abzubildende Be­ reich des Patienten erschlossen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Parameter Eingabedaten des Magnetresonanzgeräts entnommen. Dabei wird beispielsweise die Masse eines zu untersuchenden Patienten zum Begrenzen einer einstrahlbaren Hochfrequenzleistung (Spe­ zific Absortion Rate) dem Magnetresonanzgerät ohnehin mitge­ teilt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Parameter einer Patientendatenbank entnommen. Bei einer entsprechenden Verknüpfung eines Magnetresonanzgeräts mit einer Patientenda­ tenbank, in der beispielsweise die Länge eines Patienten ge­ speichert ist, stehen die in der Patientendatenbank gespei­ cherten Daten unmittelbar auch dem Magnetresonanzgerät zur Verfügung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden einer Kombination von Parametern über eine tabellarische Verknüpfung Shim- Ströme und/oder Offset-Ströme zugeordnet. Dabei wird eine, vorgenannter Verknüpfung zugrundeliegende Tabelle, beispiels­ weise im Rahmen einer Versuchsreihe mit Untersuchungsobjekten unterschiedlicher Länge und Masse, durch ein messtechnisches Ermitteln von optimalen Einstellungen der Shim- und Offset- Ströme für unterschiedliche abzubildende Bereiche, beispiels­ weise gemäß einem der eingangs zitierten Verfahren, erzeugt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt für eine Kom­ bination von Parametern ein neuronales Netz entsprechende Shim-Ströme und/oder Offset-Ströme. Dazu wird in einer vor­ teilhaften Ausgestaltung das neuronale Netz zum Erzielen ei­ ner hinreichend langen Lernphase mit einer hinreichend großen Anzahl messtechnisch ermittelter Shim-Ströme und/oder Offset- Ströme in Abhängigkeit von den Parametern gespeist. Dabei ist jede, beispielsweise mit einem Verfahren gemäß einer der ein­ gangs zitierten Patentschriften messtechnisch ermittelte Ein­ stellung für Shim- und Offset-Ströme in Verbindung mit einer Angabe der objekt- und ausführungsspezifischen Parameter zum Speisen des neuronalen Netzes geeignet. So ist beispielsweise ein Magnetresonanzgerät ausbildbar, mit dem Shim- und Offset- Ströme sowohl durch das neuronale Netz als auch durch ein messtechnisches Verfahren einstellbar sind. Bei einer mangel­ haften Shim-Einstellung durch das neuronale Netz, beispiels­ weise infolge eines außergewöhnlich massigen Untersuchungsob­ jekts, wird eine passende Einstellung mit dem messtechnischen Verfahren ermittelt. Diese wird für ein Erzeugen von Magnet­ resonanzbildern verwendet und gleichzeitig samt Parametern des Untersuchungsobjekts dem neuronalen Netz zum Lernen zuge­ speist. Vorausgehend für ein neuronales Netz Beschriebenes gilt in entsprechender Weise für eine Tabelle, die an die Stelle des neuronalen Netzes tritt, wobei messtechnisch er­ mittelte Einstellungen die Tabelle entsprechend erweitern.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungs­ beispiel anhand der Zeichnung.

Die Figur zeigt eine Skizze eines Magnetresonanzgeräts. Dabei umfasst das Gerät zum Erzeugen eines Grundmagnetfeldes ein Grundmagnetfeldsystem 1 und zum Erzeugen von Gradientenfel­ dern ein Gradientenspulensystem 2. Zum Homogenisieren des Grundmagnetfeldes ist in das Gradientenspulensystem 2 ein Shim-Spulensystem 3 integriert. Zum Steuern von Strömen im Gradientenspulensystem 2 sowie im Shim-Spulensystem 3 sind das Gradientenspulensystem 2 und das Shim-Spulensystem 3 mit einem Gradienten- und Shim-Steuersystem 4 verbunden. Ferner umfasst das Gerät eine verfahrbare Lagerungsvorrichtung 5, auf der ein zu untersuchender Patient 6 gelagert wird. Des­ weiteren umfasst das Gerät ein Hochfrequenzsystem 7, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in den Patienten 6 einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanz­ signale aufnimmt.

Zum koordinierten Betreiben des Magnetresonanzgeräts umfasst das Gerät ein mit dem Gradienten- und Shim-Steuersystem 4 verbundenes zentrales Steuersystem 8. Zum Steuern eines Ver­ fahrens der verfahrbaren Lagerungsvorrichtung 5 ist das zent­ rale Steuersystem 8 entsprechend mit einer Antriebsvorrich­ tung 9 der verfahrbaren Lagerungsvorrichtung 5 verbunden. Desweiteren ist das zentrale Steuersystem 8 mit einer Anzei­ ge- und Bedienvorrichtung 10 verbunden, über die Eingaben eines Bedieners dem zentralen Steuersystem 8 zugeführt wer­ den, und an der Magnetresonanzbilder angezeigt werden. Ferner ist das zentrale Steuersystem 8 des Geräts mit einer Patien­ tendatenbank 11 gekoppelt, so dass Patientendaten, beispiels­ weise eine Länge, ein Geschlecht und ein Alter des Patienten 6, für das zentrale Steuersystem 8 abgreifbar sind.

Zu Beginn einer Magnetresonanzuntersuchung wird der Patient 6 auf der möglichst weit aus dem Grundfeldmagnetsystem 1 ausge­ fahrenen Lagerungsvorrichtung 5 gelagert. Dabei wird der Pa­ tient 6 entsprechend einem abzubildenden Bereich, der bei Untersuchungsbeginn feststeht, gelagert. Ist der Kopf des Patienten 6 der abzubildende Bereich, so wird der Patient 6 mit dem Kopf voran auf der Lagerungsvorrichtung 5 gelagert. Sind die Beine des Patienten 6 zu untersuchen, so wird der Patient 6 mit den Beinen voran auf der Lagerungsvorrichtung 5 gelagert. Dabei ist in Abhängigkeit von diagnostischen Erfor­ dernissen noch wählbar, ob der Patient 6 auf dem Rücken oder auf dem Bauch gelagert wird. Die Lagerungsart des Patienten. 6 wird an der Anzeige- und Bedienvorrichtung 10 entsprechend eingegeben. Desweiteren wird die Masse des Patienten 6 einge­ geben, um die während der Untersuchung einzustrahlende Hoch­ frequenzleistung entsprechend der Patientenmasse zu begren­ zen. Für die eigentliche Untersuchungsdurchführung wird die Lagerungsvorrichtung 5 derart verfahren, dass der gewählte abzubildende Bereich im Abbildungsvolumen 12 des Geräts posi­ tioniert wird.

Mit Kenntnis des abzubildenden Bereichs und dessen Orientie­ rung bezüglich des Magnetresonanzgeräts wird in Verbindung mit der Masse, der Länge, dem Geschlecht und dem Alter des Patienten 6 eine entsprechende Shim- und Offset-Stromein­ stellung durch ein Zugreifen auf eine im zentralen Steuersys­ tem 8 hinterlegte Tabelle ermittelt und ausgeführt. Dabei sind in der Tabelle für unterschiedlichste Kombinationen aus abzubildenden Bereichen und deren Orientierung sowie patien­ tenspezifischen Parametern, umfassend Masse, Länge, Ge­ schlecht und Alter, entsprechende Einstellungen für Shim- und Offset-Ströme gespeichert. Der abzubildende Bereich und des­ sen Orientierung werden aus einer Verfahrposition der Lage­ rungsvorrichtung 5, der Lagerungsart des Patienten 6 auf der Lagerungsvorrichtung 5 und der Länge des Patienten 6 im zent­ ralen Steuersystem berechnet. Vorausgehend beschriebene Shim- Einstellung erfolgt dabei verzögerungsfrei. Ein zeitaufwendi­ ges Messen und Auswerten von Magnetresonanzsignalen zwecks einem Einstellen der Shim- und Offset-Ströme entfällt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit einem Gradientenspulensystem und mit einem aktiven Shim-System, bei dem Feldverzerrungen, die ein wenigstens teilweise in einem Abbildungsvolumen des Magnetresonanzgeräts gelagertes Unter­ suchungsobjekt verursacht, dadurch korrigiert werden, dass Shim-Ströme des aktiven Shim­ systems und/oder Offset-Ströme des Gradientenspulensystems entsprechend wenigstens einem objektspezifischen Parameter des Untersuchungsobjekts eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der objektspezifische Parameter die Masse und/oder die Länge des Untersuchungsob­ jekts umfasst.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der objektspezifische Parameter das Geschlecht und/oder das Al­ ter des Untersuchungsobjekts umfasst.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Shim- Ströme und/oder Offset-Ströme entsprechend wenigstens einem ausführungsspezifischen Parameter einer Untersuchung einge­ stellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der ausführungsspezi­ fische Parameter eine Angabe eines abzubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts umfasst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der ausführungsspezifische Parameter eine Orientierung eines ab­ zubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts bezüglich des Magnetresonanzgeräts umfasst.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Angabe und/oder die Orientierung des abzubildenden Bereichs aus einer Verfahrposition einer verfahrbaren Lagerungsvor­ richtung des Magnetresonanzgeräts, einer Lagerungsart des Untersuchungsobjekts auf der Lagerungsvorrichtung und/oder einem Einsatz einer lokalen Empfangsantenne ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei we­ nigstens einer der Parameter Eingabedaten des Magnetresonanz­ geräts entnommen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei we­ nigstens einer der Parameter einer Patientendatenbank entnom­ men wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ei­ ner Kombination von Parametern über eine tabellarische Ver­ knüpfung Shim-Ströme und/oder Offset-Ströme zugeordnet wer­ den.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei für eine Kombination von Parametern ein neuronales Netz entspre­ chende Shim-Ströme und/oder Offset-Ströme automatisch ermit­ telt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das neuronale Netz zum Erzielen einer hinreichend langen Lernphase mit einer hinreichend großen Anzahl messtechnisch ermittelter Shim- Ströme und/oder Offset-Ströme in Abhängigkeit von den Parame­ tern gespeist wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die entsprechend eingestellten Shim-Ströme und/oder Offset-Ströme als eine initiale Einstellung eines iterativen, Magnetreso­ nanzsignale auswertenden Shim-Einstellverfahrens verwendet werden.