-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer
Lokalspule auf einem Liegenbrett innerhalb eines Magnetresonanztomographen
in zumindest einer Raumrichtung, bei welchem bei einem in der betreffenden
Raumrichtung angelegten Magnetfeldgradienten ein Hochfrequenzsignal
ausgesandt und mittels der betreffenden Lokalspule ein Signalprofil
entlang des Magnetfeldgradienten gemessen wird. Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinrichtung für einen
Magnetresonanztomographen zur Bestimmung der Position einer Lokalspule
gemäß einem solchen
Verfahren sowie einen Magnetresonanztomographen mit einer derartigen
Steuereinrichtung.
-
Moderne
Magnetresonanzanlagen arbeiten in der Regel mit mehreren verschiedenen
Antennen (im Folgenden Spulen genannt) zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen
zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang der induzierten Magnetresonanzsignale.
Normalerweise besitzt eine Magnetresonanzanlage eine größere, fest
im Gerät
eingebaute Ganzkörperspule
bzw. Bodycoil. Die Ganzkörperspule
ist üblicherweise – z. B.
mit einer sogenannten Birdcage-Struktur – zylinderförmig um den Patientenaufnahmeraum
herum angeordnet, in welchem der Patient während der Messung auf dem Liegenbrett (oft
auch Patientenlagerungstisch genannt) gelagert wird. Des Weiteren
werden in einem Tomographen häufig
eine oder mehrere kleine Lokalspulen bzw. Oberflächenspulen eingesetzt. Die
Lokalspulen dienen dazu, detaillierte Abbildungen von Körperteilen bzw.
Organen eines Patienten aufzunehmen, die sich verhältnismäßig nah
an der Körperoberfläche befinden.
Zu diesem Zweck werden die Lokalspulen direkt an der Stelle des
Patienten appliziert, an der sich der zu untersuchende Bereich befindet.
Bei einem Einsatz einer solchen Lokalspule wird in vielen Fällen mit der
Ganz körperspule
(als Sendespule) gesendet und mit der Lokalspule (als Empfangsspule)
werden die induzierten Magnetresonanzsignale empfangen.
-
Für die Magnetresonanzuntersuchung
ist es wichtig, die exakte Position der verwendeten Lokalspulen
relativ zum Liegenbrett und damit relativ zum Patienten zu kennen.
Grundsätzlich
ist es möglich, die
Position der Spulen bei herausgefahrenem Liegenbrett manuell mit
Hilfe von Linealen, Maßstäben, Markierungen
am Liegenbrett etc. zu vermessen. Insbesondere bei einer Verwendung
von mehreren Spulen bzw. bei einer Nutzung von aus mehreren Spulen
bestehenden Spulenarrays ist eine solche Vermessung jedoch ausgesprochen
aufwändig
und birgt zudem die Gefahr, dass die gemessenen Positionen den falschen
Spulen zugeordnet werden. Daher ist es prinzipiell einfacher und
sicherer, die Position der Lokalspulen im Rahmen einer Magnetresonanzmessung
automatisch zu bestimmen.
-
Eine
solche automatische Bestimmung der Position einer Lokalspule auf
einem Liegenbrett in einer bestimmten Raumrichtung kann gemäß dem eingangs
beschriebenen Verfahren erfolgen, indem ein Magnetfeldgradient in
der betreffenden Raumrichtung angelegt wird, in welcher die Position
bestimmt werden soll. Es wird dann mit der Ganzkörperspule oder mit einer Lokalspule
ein Hochfrequenzsignal ausgesandt und mittels der betreffenden Lokalspule, deren
Position festgestellt werden soll, wird ein Empfangssignalprofil
entlang des Magnetfeldgradienten gemessen. Mit Hilfe dieses Signalprofils
wird schließlich
die Position der Lokalspule in der betreffenden Raumrichtung bestimmt.
-
Ein
Problem bei einer Bestimmung der Spulenposition nach diesem Verfahren
tritt jedoch gerade bei der besonders wesentlichen Bestimmung der Lage
der Spule in der Längsrichtung
des Liegenbretts – üblicherweise
als z-Richtung bezeichnet – auf.
Hier besteht die Möglichkeit,
dass sich die Spule ganz am Rande oder außerhalb des Tomographen und
damit des Magnet felds befindet, da das Liegenbrett in der z-Richtung
verstellbar ist und sich in der Regel nur teilweise innerhalb des
Tomographen befindet. Befindet sich eine Lokalspule aber unmittelbar am
Rand des Magnetresonanztomographen, verändert sich das Spulenprofil
z. T. unvorhersagbar und chaotisch. Befindet sich die Lokalspule
außerhalb des
Tomographen, kann überhaupt
kein relevantes Spulenprofil mehr gemessen werden. Dies führt dazu,
dass teilweise mit den üblichen
Positionsbestimmungsmethoden für
solche Lokalspulen eine vollkommen falsche Position bestimmt wird.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zur automatischen Erkennung der Position einer Lokalspule
dahingehend zu verbessern, dass die Lokalspule unabhängig von
ihrer Lage auf dem Liegenbrett relativ sicher und genau lokalisierbar
ist und insbesondere die vorgenannten Probleme vermieden werden.
Außerdem
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Steuereinrichtung
und einen Magnetresonanztomographen anzugeben, mit denen eine solche
Messung durchführbar
ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch
eine Steuereinrichtung nach Patentanspruch 5 und einen Magnetresonanztomographen
gemäß Patentanspruch
8 gelöst.
-
Im
Gegensatz zu dem bisherigen Verfahren, bei dem die Spulenpositionserkennung
ausschließlich
im Rahmen einer einzelnen Magnetresonanzmessung erfolgt, bei der
das Liegenbrett an einer festen Position steht, wird nun an mehreren
Positionen des Liegenbretts relativ zum Tomographen, d. h. relativ
zu einem Fixpunkt innerhalb des Tomographen, entlang des Magnetfeldgradienten
jeweils ein Signalprofil gemessen und auf Basis mehrerer solcher
Signalprofile die Position der Lokalspule ermittelt. Hierzu kann
das Liegenbrett während
einer Spulenpositionserkennungsmessung kontinuierlich durch den
Tomographen gefahren und dabei kontinuierlich Signalprofile bzw. an
sehr vielen Stellen quasi kontinuierlich Signalprofile aufgezeichnet
werden. Grundsätzlich reicht
es aber auch aus – z.
B. bei Systemen, die hardwarebedingt nicht in der Lage sind, das
Liegenbrett kontinuierlich durch den Tomographen zu verfahren – das Liegenbrett
an mehrere diskrete Positionen innerhalb des Tomographen zu verfahren
und dort jeweils einzelne Messungen der Signalprofile durchzuführen, die
dann weiter ausgewertet werden.
-
Durch
die Verschiebung des Liegenbretts bei bzw. zwischen den Messungen
wird das messbare Signalprofil quasi durch das Magnetresonanzsystem hindurchbewegt.
Befindet sich die Lokalspule innerhalb des Tomographen, verschiebt
sich dabei das Signalprofil annähernd
mit der Bewegung des Liegenbretts. Am Rande des Tomographen verändert sich das
Signalprofil in nicht vorhersehbarer Weise und außerhalb
des Tomographen wird kein relevantes Signalprofil mehr gemessen.
Es muss dann nur die Veränderung
bzw. Verschiebung des Signalprofils mit der Verschiebung der Position
des Liegenbretts zum Tomographen mitprotokolliert und verglichen
werden. Aus diesen Daten kann dann sehr einfach der Bereich identifiziert
werden, in welchem ein verlässliches
Signalprofil aufgezeichnet wird. Dies sind genau die Bereiche, in
denen die Verschiebung des Signalprofils der Verschiebung des Liegenbretts
relativ zum Tomographen entspricht. Auf diese Weise kann problemlos
klassifiziert werden, wann sich eine Lokalspule innerhalb des Tomographen
befindet. Dementsprechend kann dann sicher die Position der Lokalspule
relativ zum Liegenbrett bestimmt werden.
-
Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestehen darin, dass durch die Berücksichtigung mehrerer Signalprofile – anders
als bei der Verwendung nur einer stationären Aufnahme eines Spulenprofils – das Rauschen
einzelner Messungen und die Verzeichnung der Gradienten durch eine
Mittelung über
die verschiedenen Messungen bzw. Symmetriebetrachtungen herausge rechnet
werden können
und somit die Positionsermittlung mit weit höherer Genauigkeit möglich ist
als bisher.
-
Eine
erfindungsgemäße Steuervorrichtung für einen
Magnetresonanztomographen zur – vorzugsweise
vollautomatischen – Bestimmung
der Position einer Lokalspule auf einem Liegenbrett innerhalb des
Magnetresonanztomographen muss zunächst eine entsprechende Steuereinheit
aufweisen, welche das Liegenbrett relativ zum Tomographen entlang
eines Magnetfeldgradienten verfährt.
Weiterhin benötigt
die Steuereinrichtung eine Messeinrichtung, um an verschiedenen
Positionen des Liegenbretts relativ zum Tomographen mittels der
betreffenden Lokalspule entlang des Magnetfeldgradienten ein Signalprofil
eines ausgesendeten Hochfrequenzsignals zu messen. Außerdem wird
eine Auswerteeinrichtung benötigt,
welche dann auf Basis der gemessenen Signalprofile die Position
der Lokalspule ermittelt.
-
Weitere
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Besonders
bevorzugt wird aus den gemessenen Signalprofilen jeweils nur ein
das betreffende Signalprofil repräsentierender, charakteristischer
Positionswert ermittelt, beispielsweise ein Maximum oder ein Schwerpunkt
des Signalprofils. Hierzu weist die Auswerteeinrichtung bevorzugt
eine geeignete Profilanalyseeinheit auf. Es wird dann die Position der
Lokalspule auf Basis dieser skalaren Positionswerte und nicht mit
Hilfe der kompletten Signalprofile ermittelt. Dies beschleunigt
und erleichtert die Berechnung der Position erheblich.
-
Bei
einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
an die ermittelten charakteristischen Positionswerte als Funktion
der jeweils bei der Messung des zugehörigen Signalprofils eingenommenen
Position des Liegenbretts relativ zum Tomographen eine Gerade mit
einer vorgegebenen Steigung angepasst.
-
Graphisch
kann man sich dies so vorstellen, dass die ermittelten charakteristischen
Positionswerte der verschiedenen Signalprofile, welche ja im Wesentlichen
die Positionen der Spule relativ zum Tomographen bei den einzelnen
Messungen repräsentieren,
als Funktionswerte in Abhängigkeit
von den jeweiligen relativen Positionen des Liegenbretts zum Tomographen
aufgetragen werden. Der dabei entstehende Graph müsste zumindest
in dem Bereich, in dem die Daten verlässlich sind, eine Gerade mit
einer vorgegebenen Steigung bilden, da ja innerhalb dieses Bereichs
das Signalprofil sich annähernd
mit der Bewegung des Liegenbretts verschiebt. Die Steigung hängt dabei
jeweils von den Skalen ab, auf denen die charakteristischen Positionswerte
der Signalprofile, d. h. die Position der Spule relativ zum Tomographen, und
die Position des Liegenbretts relativ zum Tomographen aufgetragen
werden. Werden Skalen mit gleichen Einheiten verwendet, so müsste die
Steigung in diesem Bereich gleich 1 bzw. –1 sein.
-
An
diesen Graphen kann dann mit Hilfe üblicher mathematischer Fittverfahren
eine Gerade mit der entsprechenden Steigung angepasst werden, beispielsweise
so, dass die Abweichungen der Funktionswerte von der Geraden minimal
sind. Durch einfache Umrechnung der Koordinaten eines beliebigen Punkts
auf der Geraden lässt
sich dann die Position der gesuchten Lokalspule relativ zum Liegenbrett
besonders genau bestimmen. Durch einen Fitt der Geraden an die gemessene
Kurve werden automatisch Messfehler, die durch Rauschen und Verzeichnungen
bedingt sind, eliminiert.
-
Sobald
auf die erfindungsgemäße Weise
die Position der Lokalspule auf dem Liegenbrett in z-Richtung, d.
h. in der Verschiebungsrichtung des Liegenbretts, eindeutig bestimmt
ist, kann das Liegenbrett in eine optimale Position der Spule innerhalb des
Tomographen gefahren werden, an welcher sich ein Signalprofil besonders
gut messen lässt.
Anschließend
können
durch Anlegen eines x- und y-Magnetfeldgradienten in den Richtungen
quer zur Verschiebungsrichtung des Liegenbretts erneut Signalprofile
aufgenommen werden und auch in diesen Richtungen die Positionen
bestimmt werden. Da sichergestellt ist, dass die Position der Lokalspule
innerhalb des Tomographen gut gewählt wurde, ist die Positionsmessung
in x- und y-Richtung entsprechend exakt.
-
Sofern
mehrere Lokalspulen verwendet werden, können die Messungen der Signalprofile
für die verschiedenen
Spulen vorzugsweise gleichzeitig durchgeführt werden. D. h. es reicht
aus, das Liegenbrett einmal durch den Tomographen zu fahren und dabei
sämtliche
Signalprofilmessungen der verschiedenen Lokalspulen durchzuführen.
-
Besonders
bevorzugt können
während
der Signalprofilmessung an den verschiedenen Positionen des Liegenbretts
und/oder zwischen den Signalprofilmessungen beim Durchfahren des
Liegenbretts weitere Systemparameter ermittelt werden. So können z.
B. beim Durchfahren des Liegenbretts schnelle Localizer-Scans erzeugt werden.
Durch die Kombination der Spulenpositionserkennungsmessung mit weiteren
Messungen zur Ermittlung anderer Systemparameter kann die Zeit der
Liegenbrettverfahrung sinnvoll mehrfach genutzt werden.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
-
2 eine
perspektivische schematische Darstellung eines auf einem Liegenbrett
gelagerten Patienten mit mehreren Lokalspulen-Arrays,
-
3a bis 3f die
bei einer erfindungsgemäßen Spulenlokalisationsmessung
ermittelten Signalprofile einer an einer bestimmten Position auf
dem Liegenbrett befindlichen Lokalspule bei unterschiedlicher Position
des Liegenbretts im Tomographen,
-
4 Messkurven
für zwei
an der gleichen z-Position nebeneinander befindliche Lokalspulen sowie
eine an diese Messkurven angepasste Gerade.
-
1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für eine Magnetresonanzanlage 5,
in welcher eine automatische Ermittlung der Position einer Lokalspule 1 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich
ist. Kernstück
dieser Magnetresonanzanlage 5 ist der Tomograph 3 selbst,
in welchem ein Patient O auf dem Liegenbrett 2 in einem
(nicht näher
dargestellten) ringförmigen
Grundfeldmagneten, welcher den Messraum 4 umschließt, positioniert
wird.
-
Das
Liegenbrett 2 ist in Längsrichtung,
d. h. entlang der Längsachse
des Tomographen 3, verschiebbar. Diese Richtung wird in
dem ebenfalls dargestellten Raumkoordinatensystem als z-Richtung bezeichnet.
Innerhalb des Grundfeldmagneten befindet sich im Tomographen 3 eine
(ebenfalls nicht näher
dargestellte) Ganzkörperspule,
mit der Hochfrequenzpulse ausgesendet und empfangen werden können. Außerdem weist
der Tomograph 3 in üblicher (nicht
in der FIG dargestellter) Weise Gradientenspulen auf, um in jeder
der Raumrichtungen x, y, z einen Magnetfeldgradienten anlegen zu
können.
-
Angesteuert
wird der Tomograph 3 von einer Steuereinrichtung 6,
welche hier separat dargestellt ist. An die Steuereinrichtung 6 ist
ein Terminal 7 angeschlossen. Dieses Terminal 7 weist
einen Bildschirm 8, eine Tastatur 9 und ein Zeigegerät für eine graphische
Benutzeroberfläche,
beispielsweise eine Maus 10 oder dergleichen auf. Das Terminal 7 dient u.
a. als Benutzerschnittstelle, über
die ein Bediener die Steuereinrichtung 6 und damit den
Tomographen 3 bedient. Sowohl die Steuereinrichtung 6 als
auch das Terminal 7 können
auch integraler Bestandteil des Tomographen 3 sein.
-
Die
Magnetresonanzanlage 5 kann darüber hinaus auch alle weiteren üblichen
Komponenten bzw. Merkmale aufweisen, wie z. B. Schnittstellen zum
Anschluss eines Kommunikationsnetzes, beispielsweise eines Bildinformationssystems
o. Ä. Alle diese
Komponenten sind jedoch der besseren Übersichtigkeit wegen in der 1 nicht
dargestellt.
-
Über das
Terminal 7 kann ein Bediener mit der Steuereinrichtung 6 kommunizieren
und so für die
Durchführung
der gewünschten
Messungen sorgen, indem beispielsweise der Tomograph 3 von
der Steuereinrichtung 6 so angesteuert wird, dass die erforderlichen
Hochfrequenzpulssequenzen durch die Antenne ausgesendet werden und
die Gradientenspulen in geeigneter Weise geschaltet werden. Über die
Steuereinrichtung 6 werden auch die vom Tomographen kommenden
Bild-Rohdaten akquiriert und in einer (nicht näher dargestellten) Signalauswerteeinheit,
bei der es sich z. B. um ein Modul der Steuereinrichtung 6 handeln
kann, die Bilder rekonstruiert. Diese Bilder werden dann beispielsweise
auf dem Bildschirm des Terminals 7 dargestellt und/oder
in einem Speicher hinterlegt bzw. über ein Netzwerk versandt.
-
Die
Steuereinrichtung 6 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, vollautomatisch die Position
z1 einer Lokalspule 1, welche sich
auf dem Patienten O befindet, relativ zum Liegenbrett 2 zu
bestimmen. Dabei wird die Position z1 in
z-Richtung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt. Die
ermittelte Positionsangabe kann sich auf die Position zL eines
Fixpunkts am Liegenbrett 2 beziehen, beispielsweise auf
das kopfseitige Stirnende („Head") des Liegenbretts 2.
Dieser Fixpunkt kann somit einen Ursprung für ein Liegenbrett-Koordinatensystem
bilden, welches sich mit dem Liegenbrett 2 mitbewegt. Die
Position z1 der Spule 1 in diesem
Liegenbrett-Koordinatensystem kann dann als Distanz dL1 zu
diesem Fixpunkt bestimmt werden.
-
Wie
bereits oben erwähnt,
ist das Liegenbrett 2 motorisch innerhalb des Tomographen 3 in
z-Richtung verfahrbar. Die Steuereinrichtung 6 weist eine Ansteuereinheit 11 auf,
welche automatisch das Liegenbrett 2 durch den Tomographen 3 fährt bzw.
verschiedene Positionen innerhalb des Tomographen 3 anfährt. Außerdem wird
mittels der Ansteuereinheit 11 dafür gesorgt, dass ein definierter
Magnetfeldgradient GZ in z-Richtung geschaltet
und gleichzeitig von der Ganzkörperspule
ein Hochfrequenzsignal, welches im Wesentlichen der Magnetresonanzfrequenz entspricht,
ausgesendet wird.
-
Mit
der Lokalspule 1, deren Position z1 ermittelt
werden soll, wird dann ein Empfangs-Signalprofil in z-Richtung,
d.h. in Richtung des Magnetfeldgradienten GZ,
aufgezeichnet. Hierzu weist die Steuereinrichtung 6 eine
Messeinrichtung 12 auf.
-
Ein
solches Signalprofil wird an mehreren Positionen des Liegenbretts 2 innerhalb
des Tomographen 3 aufgezeichnet. Dabei kann das Liegenbrett 2 auch
kontinuierlich bzw. quasi kontinuierlich verfahren werden, wobei
permanent oder an einer Vielzahl von nah aneinanderliegenden Punkten
jeweils ein Signalprofil aufgenommen wird.
-
Die
Vorgehensweise soll im Folgenden unter Hinweis auf die 2 bis 4 anhand
einer konkreten Messung näher
erläutert
werden.
-
In 1 ist
lediglich grob schematisch eine einzige Lokalspule 1 eingezeichnet. 2 zeigt
dagegen einen konkreten Fall in einem durchgeführten Experiment, bei dem ein
Patient O auf einem Liegenbrett 2 liegt und sowohl unter
dem Patienten als auch auf dem Patienten mehrere Lokalspulen-Arrays
A1, A2, A3, A4, A5,
A6, A7 positioniert
sind. Ein solches Lokalspulen-Array A1,
A2, A3, A4, A5, A6,
A7 besteht in der Regel aus mehreren einzelnen
Lokalspulen. In dem dargestellten Fall liegt unterhalb des Patienten
0 im Wirbelsäulen-
bis zum Kniebereich ein großes
Array A7 mit acht einzelnen Spulen.
-
Unter
dem Kopf und auf dem Gesicht des Patienten O liegen jeweils zwei
Arrays A5, A6 mit
zwei Spulen, mit denen Bilder aus dem Kopf des Patienten O aufgezeichnet
werden. Auf dem Hals des Patienten O ist ein weiteres Array A4, hier nur aus einer Spule bestehend, aufgelegt.
Weiterhin befinden sich auf dem Brustraum und Bauchraum des Patienten
O zwei Arrays A2, A3 mit
jeweils zwei größeren Lokalspulen.
Auf den Beinen des Patienten O ist ein Lokalspulenarray A1 mit insgesamt acht Lokalspulen aufgelegt.
-
Im
Folgenden sollen nun die Positionen der beiden sich auf den Knien
des Patienten O befindlichen Lokalspulen 1, 1' innerhalb des
Lokalspulenarrays A1 ermittelt werden. Hierbei
geht es zunächst darum,
die Position z1 in z-Richtung relativ zur
Position zL des kopfseitigen Endes des Liegenbretts 2,
d. h. relativ zum Ursprung des Liegenbrett-Koordinatensystems, zu
bestimmen. Es ist klar, dass die Wahl dieses Ursprungs am kopfseitigen
Ende des Liegenbretts willkürlich
ist und dass grundsätzlich
auch die Position in jedem anderen beliebigen Liegenbrett-Koordinatensystem,
beispielsweise mit einem Ursprung am fußseitigen Ende oder in der
Mitte des Liegenbretts 2, ermittelbar ist.
-
Da
in jeder Position des Liegenbretts 2 relativ zum Tomographen 3 sowohl
die Koordinaten des Liegenbretts 2 als auch die Koordinaten
des Tomographen 3 bekannt sind, lässt sich die relative Position
z1 der Spulen 1, 1' auf dem Liegenbrett
ohne weiteres auch in eine Position der Lokalspulen 1, 1' relativ zu einem
Fixpunkt des Tomographen, beispielsweise zur Position zC des
Zentrums des Tomographen bestimmen. Dies ist aus 1 ohne
weiteres einfach ersichtlich. Die Position zL des
kopfseitigen Endes des Liegenbretts 2 relativ zum Zentrum
des Tomographen 3, d. h. deren Distanz dCL,
ist bekannt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position z1 der Lokalspule 1 relativ zum Kopfende
des Liegenbretts 2, d. h. die Distanz dL1 der
Lokalspule zum Kopfende, bestimmt. Durch die Differenz (dL1 – dCL) dieser beiden Distanzen dL1,
dCL ergibt sich automatisch die Distanz
dC1 zwischen der Lokalspule 1 und dem
Zentrum des Tomographen 3, welche letztlich der Position
der Lokalspule 1 relativ zum Zentrum des Tomographen 3 entspricht.
-
3a zeigt
ein Signalprofil SP1, welches von einer
Lokalspule 1 der beiden in 2 über den Knien
des Patienten befindlichen Lokalspulen 1, 1' aufgezeichnet
wurde. Aufgetragen ist die Signalintensität IS über der
z-Position relativ zum Zentrum des Tomographen. Bei der Messung
dieses Signalprofils SP1 befand sich das
Liegenbrett 2 in einer Position, in der sich die Spule 1 in
etwa in der Mitte, d. h. im Zentrum, des Tomographen 3 befindet.
Die „verbeulte" Form des Signalprofils
SP1 ergibt sich dadurch, dass die Lokalspule 1 auf
einem Patienten O liegt und sich somit über einem anatomischen Bereich
mit wechselnder Lastsituation befindet.
-
Die 3b bis 3f zeigen
weitere Signalprofile SP2, SP3,
SP4, SP5, SP6, welche mit der gleichen Lokalspule 1 in
anderen relativen Positionen des Liegenbretts 2 zum Tomographen 3 aufgezeichnet
wurden. Hierbei wurde das Liegenbrett 2 mitsamt dem Patienten
O und der Lokalspule 1 um jeweils 10 cm aus dem Tomographen 3 herausgeschoben.
Entsprechend verschiebt sich das Spulenprofil SP1,
SP2, SP3, SP4, SP5, SP6, welches immer relativ zum Magnetfeldgradienten
und folglich relativ zum Magneten bzw. zum Tomographen aufgezeichnet
wird.
-
Wie
sich an diesen Figuren zeigt, verändert sich das Profil SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6 umso stärker, je
mehr die Lokalspule 1 sich an den Rand des Tomographen 3 bewegt
bzw. aus dem Tomographen 3 herausbewegt. Eindeutig ist
aus 3f zu erkennen, dass kein vernünftiges Signalprofil mehr messbar
ist, wenn die Lokalspule 1 sich außerhalb des Tomographen 3 befindet.
Es ist jedoch äußerst schwierig,
eine Grenze zu ziehen, welches der aufgezeichneten Profile noch
akzeptabel ist, d. h. eine sinnvolle Ortsinformation liefert, und
welches nicht. Dies verdeutlicht auch die Problematik des bisher genutzten
Verfahrens zur Positionsbestimmung, bei der lediglich eines der
Signalprofile vorliegt und anhand dieses einzelnen Profils zu entscheiden
ist, ob das Signalprofil noch richtige Ortsinformationen enthält oder
ob es nicht zur Ortsbestimmung genutzt werden kann.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Aufzeichnung einer
Vielzahl von Signalprofilen entlang der z-Achse kann diese Entscheidung
beispielsweise durch eine Beobachtung der Profilveränderung
in Abhängigkeit von
der Ortsposition getroffen werden, wie dies ohne weiteres aus der
Betrachtung der gesamten Aufnahmeserie in den 3a bis 3f einsichtig
ist.
-
Es
ist klar, dass eine vollständige
Bewertung der kompletten Signalprofile SP1,
SP2, SP3, SP4, SP5, SP6 relativ aufwändig ist. Um das Verfahren
zu beschleunigen, wird aus den gemessenen Signalprofilen SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6 jeweils ein
charakteristischer Positionswert, hier der Schwerpunkt M1, M2, M3,
M4, M5, M6 des betreffenden Signalprofils SP1, SP2, SP3, SP4, SP5, SP6 ermittelt.
Die automatische Ermittlung der Position der Lokalspule 1 erfolgt
dann auf Basis der Schwerpunkte (M1, M2, M3, M4,
M5, M6) der einzelnen
Signalprofile SP1, SP2,
SP3, SP4, SP5, SP6. Eine vollautomatische
Ermittlung der Schwerpunkte (M1, M2, M3, M4,
M5, M6) kann bei
der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 6 mit
Hilfe einer Profilanalyseeinheit 14 der Auswerteeinrichtung 13 erfolgen.
-
Anschließend werden
diese Schwerpunkte (M1, M2,
M3, M4, M5, M6) an eine Positionsberechnungseinheit 15 übergeben,
welche anhand der Schwerpunkte (M1, M2, M3, M4,
M5, M6) die richtige Position
z1 der Lokalspule 1 ermittelt.
-
Die
hierbei verwendete bevorzugte Methode ist in 4 graphisch
dargestellt. 4 zeigt zwei Funktionsgraphen
F1, F1', welche jeweils aus den Schwerpunkten
von verschiedensten Profilmessungen ermittelt wurden. Hierzu wurden
die z-Positionen der Schwerpunkte relativ zum Tomographenzentrum jeweils über der
relativen Position des Liegenbretts 2 zum Tomographen 3 bei
der Messung des jeweils zugehörigen
Signalprofils aufgetragen. In 4 sind zwei
Funktionsgraphen aufgetragen, die für die beiden in 2 gekennzeichneten
Spulen 1, 1' ermittelt wurden,
welche zwar die gleiche Position z1 in z-Richtung
aufweisen, aber links und rechts nebeneinander liegen.
-
Das
Liegenbrett 2 wurde während
der Messung in Richtung des Kopfes verfahren. Auf der Abszisse der
Graphik ist die Liegenbrettposition aufgetragen, an der gemessen
wurde, d. h. hier die Position zL des Kopfendes
des Liegenbretts 2 relativ zum Zentrum des Tomographen 3.
Dabei wird der Positionswert zL in diesem
Beispiel relativ zur ersten Messung dieses Experiments aufgetragen.
Daraus ergibt sich ein Wertebereich von 0 bis knapp 800 mm. Würde das
Liegenbrett 2 über
seine gesamte Länge durchgefahren,
so würde
sich ein Maß von
etwa 2000 mm ergeben. Da die Position des Liegenbretts 2 aber bei
jeder Messung ohnehin bekannt ist, lassen sich die relativen Positionen
ohne weiteres ineinander umrechnen.
-
In
diesem Experiment wurde jeweils in sehr kurzen Schritten von 10
bis 20 mm gemessen. Korrespondierend dazu ist auf der Abszisse jeweils
die relative Position zM (in mm) des Schwerpunkts
des ermittelten Signalprofils zum Zentrum des Magnetresonanztomographen 3 dargestellt.
Ein Wert von 0 mm entspricht dabei einer Position zM des
Schwerpunkts der Lokalspule 1, 1' bzw. des von der Lokalspule 1, 1' aufgezeichneten
Signalprofils exakt in der Mitte des Tomographen 3.
-
Die
in den 3a bis 3f ermittelten Schwerpunkte
M1 bis M6 der mit
der Lokalspule 1 ermittelten Signalprofile SP1,
SP2, SP3, SP4, SP5, SP6 sind in dieser Graphik 4 im Übrigen ebenfalls
als Bestandteile des Funktionsgraphen F1 aufgetragen.
-
In
dem Bereich, in dem die Funktionsgraphen F1,
F1' eine
konstante Steigung aufweisen, – welche
hier wegen der gleichen Einheiten der Ordinate und Abszisse annähernd bei –1 liegen
sollten – befinden
sich die beiden Lokalspulen 1, 1' innerhalb des Tomographen 3 und
man kann zuverlässig
auf die Position der Lokalspulen 1, 1' schließen. Die
Bereiche der Funktionsgraphen F1, F1',
in denen die Steigung dagegen signifikant von –1 abweicht, sind genau die
Problemregionen, in denen bei einer reinen stationären Spulenpositionserkennung
nach dem bisherigen Verfahren falsche Positionen ermittelt würden und
die die Zuverlässigkeit
des herkömmlichen
Verfahrens deutlich erschweren.
-
Bevorzugt
findet die Ermittlung der genauen Spulenposition statt, indem an
die Funktionsgraphen F1, F1' eine Gerade
G angepasst wird, welche die Steigung –1 aufweist. Dieses Anpassen
einer Geraden G kann beispielsweise so erfolgen, dass die Abweichung
der Funktionswerte der Funktionsgraphen F1,
F1' zur
betreffenden Geraden G minimiert wird. Wenn die Gerade G richtig
an die Funktionsgraphen F1, F1' angepasst
ist, lässt
sich mit Hilfe dieser Geraden G die Spulenposition unmittelbar ablesen.
Der Ordinaten-Wert 0 mm im Graphen entspricht hier exakt der Tischposition
Head = 340 mm. Dies bedeutet, dass sich die Spulen 1, 1' exakt in der
Mitte des Tomographen 3 befanden, als das Liegenbrett 2 um
340 mm gegenüber
der ersten durchgeführten
Messung verschoben war. Da sämtliche
Positionen des Liegenbretts 2 relativ zum Koordinatensystem
des Tomographen 3 aufgezeichnet sind, lässt sich diese Position unmittelbar
in die z-Koordinate z1 der gesuchten Spulen 1, 1' im Koordinatensystem
des Liegenbretts 2 umrechnen.
-
Durch
die Anpassung der Geraden G an die Funktionsgraphen werden automatisch
auch Messfehler aufgrund von Rauschen eliminiert. Weiterhin werden
Messfehler aufgrund einer Verzeichnung, welche insbesondere die
Bereiche auf der X-Achse von 80 bis 160 mm und 500 bis 580 mm betrifft,
eliminiert, da diese in der Graphik ohnehin punktsymmetrisch sind
und somit weggemittelt werden.
-
Sobald
die z-Position z1 der Spulen 1, 1' exakt bekannt
ist, kann das System automatisch das Liegenbrett 2 in eine
Position verfahren, in der sich die zu lokalisierenden Lokalspulen 1, 1' mit Sicherheit
innerhalb des Tomographen 3 befinden, beispielsweise im
Zentrum des Tomographen 3. Anschließend können dann unter Anlegung eines
x- und y-Magnetfeldgradienten weitere Spulenprofile in x- und y-Richtung
aufgezeichnet und somit die Lokalspulen 1, 1' in allen drei
Raumrichtungen vollautomatisch lokalisiert werden.
-
In
gleicher Weise lassen sich die Positionen der anderen in 2 dargestellten
Lokalspulen exakt ermitteln, wobei es durchaus möglich ist, gleichzeitig mit
den verschiedensten Lokalspulen die Signalprofile zur Bestimmung
der Position der betreffenden Lokalspulen aufzuzeichnen. Das heißt, es ist
nicht notwendig, das Liegenbrett 2 mehrfach durch den Tomographen 3 zu
fahren, um die z-Position der einzelnen Lokalspulen richtig zu ermitteln.
-
Die
zur Umsetzung der Erfindung in einem Magnetresonanzsystem erforderlichen
Komponenten wie die Ansteuereinheit 11, die Messeinrichtung 12 und
die Auswerteeinrichtung 13 mit der Profilanalyseeinheit 14 und
der Positionsberechnungseinheit 15 können vollständig oder zu einem überwiegenden Teil
in Form von Softwarekomponenten erstellt werden. Übliche Magnetresonanzsysteme
weisen ohnehin programmierbare Steuereinrichtungen auf, so dass
auf diese Weise die Erfindung bevorzugt mit Hilfe von geeigneter
Steuersoftware realisierbar ist. D.h. es wird ein entsprechendes
Computerprogramm-Produkt direkt in den Speicher einer programmierbaren
Steuereinrichtung des betreffenden Magnetresonanzsystems geladen,
welches Programmcode-Mittel aufweist, um das erfindungsgemäße Verfahren
durchzuführen.
-
Es
wird abschließend
noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend
detailliert beschriebenen Verfahrensablauf sowie bei dem dargestellten
Magnetresonanzsystem lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche
vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere könnten beispielsweise
auch die beim Durchfahren des Liegenbretts durch den Tomographen
aufgezeichneten Signalprofile in ihrer Gesamtheit verglichen werden
und beispielsweise durch den Vergleich der Signalprofile besonders
gute Signalprofile oder im Extremfall nur ein besonders gutes Signalprofil
herausgesucht werden und darauf basierend dann die Position der
Lokalspule ermittelt werden.
-
Obwohl
die Erfindung überwiegend
am Beispiel von Magnetresonanzanlagen im medizinischen Bereich beschrieben
wurde, sind die Einsatzmöglichkeiten
der Erfindung nicht auf diesen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung
kann ebenso auch in wissenschaftlichen und/oder industriellen Anlagen genutzt
werden.