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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer
Lokalspule auf einem Liegenbrett in zumindest einer Raumrichtung
innerhalb eines Magnetresonanztomographen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung
eine entsprechende Steuereinrichtung für ein Magnetresonanzsystem
zur Bestimmung der Position einer Lokalspule in einem Magnetresonanztomographen
des Magnetresonanzsystems gemäß einem
solchen Verfahren, ein Magnetresonanzsystem mit einer derartigen
Steuereinrichtung sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt,
welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung
eines Magnetresonanzsystems ladbar ist, um ein solches Verfahren
durchzuführen.
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Moderne
Magnetresonanzsysteme 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 ein Magnetresonanzsystem eine größere, fest
im Magnetresonanztomographen 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
im Magnetresonanztomographen 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 Ganzkörperspule
(als Sendespule) gesendet und mit der Lokalspule (als Empfangsspule)
werden die induzierten Magnetresonanzsignale empfangen.
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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
aufwendig 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.
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Eine
solche automatische Bestimmung der Position einer Lokalspule auf
einem Liegenbrett in einer bestimmten Raumrichtung kann z. B. gemäß einem
in der
DE 102 07 736
A1 beschriebenen Verfahren erfolgen. Dabei wird ein Magnetfeldgradient
in der betreffenden Raumrichtung angelegt, 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.
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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 Rand oder außerhalb des Tomographen und
damit des Magnetfelds 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.
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Daher
werden diese Messungen in der Regel durch verschiedene Gütekriterien
ergänzt,
die mit Hilfe von zusätzlich
erfassten separaten Messwerten ermittelt werden. Anhand dieser Gütekriterien
kann dann entschieden werden, ob ein gemessenes Signalprofil ein
sinnvolles Signal repräsentiert
und somit überhaupt
in einem Positionsbestimmungsalgorithmus verwendet werden kann,
um zu einem verlässlichen
Ergebnis zu kommen. Dies wiederum reduziert jedoch die Anzahl der
Fälle,
in denen überhaupt
ein Ergebnis zustande kommt. Zudem muss eine Vielzahl von Messungen
zur Bestimmung der Spulenposition durchgeführt werden, was mit entsprechendem Zeitverlust
verbunden ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnelles und kostengünstiges
Verfahren zur automatischen Erkennung der Position einer Lokalspule
zu schaffen, bei dem die Lokalspule unabhängig von ihrer Lage auf dem
Liegenbrett relativ sicher und genau lokalisierbar ist und wobei
die vorgenannten Probleme vermieden werden. Außerdem ist es eine Aufgabe
der Erfindung, eine entsprechende Steuereinrichtung, ein Magnetresonanzsystem
und ein Computerprogrammprodukt anzugeben, welche die Durchführung einer
solchen Messung ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch
eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch
12, ein Magnetresonanzsystem gemäß Patentanspruch
16 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Patentanspruch 17 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zunächst
in einem ersten Schritt aus mit der betreffenden Lokalspule zur
Aufnahme von Magnetresonanzbildern eines Untersuchungsobjektes und
oder zur Messung weiterer Systemparameter an verschiedenen Positionen
des Liegenbrett zum Tomographen durchgeführten Magnetresonanzmessungen
jeweils ein Signalintensitätswert
extrahiert. Unter dem Begriff „Signalintensitätswert" ist hierbei jeder
skalare Wert zu verstehen, der die Signalintensität, die von
der Spule gemessen wird, repräsentiert
bzw. mit dieser korreliert ist. D. h. es wird keine spezielle Messung für die Positionsbestimmung
durchgeführt.
Stattdessen werden aus anderen Gründen durchzuführende Messungen
genutzt und deren Messergebnisse in geschickter Weise analysiert,
um einen Signalintensitätswert
für verschiedene
Positionen der Lokalspule relativ zum Tomographen zu erhalten. (Vorab-)
Messungen zur Aufnahme von Magnetresonanzbildern bzw. die Erfassung
weiterer Parameter sind ohnehin immer vor jeder Magnetresonanzuntersuchung durchzuführen, um
bestimmte Parameter für
die Untersuchung festzulegen. Bei den im Rahmen solcher Messungen
aufgenommenen Magnetresonanzbildern kann es sich z. B. um typische Übersichtsaufnahmen
(Localizer Scans) oder dergleichen handeln. Bei den weiteren Systemparametern,
die in der Regel zu Beginn bzw. vor der Durchführung der eigentlichen Magnetresonanzuntersuchung
zu messen sind, kann es sich um Messungen der Ortsabhängigkeit von
Resonanzfrequenzen, von Lastverhältnissen oder
von Feldhomogenisierungsdaten etc. handeln, die in sogenannten „Justagemessungen" ermittelt werden.
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In
einem weiteren Schritt wird dann die funktionale Abhängigkeit
der extrahierten Signalintensitätswerte
von der Position des Liegenbretts relativ zum Tomographen ermittelt.
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Schließlich wird
auf Basis dieser ermittelten funktionellen Abhängigkeit die Position der Lokalspule
auf dem Liegenbrett ermittelt.
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Die
Vorteile dieses Verfahrens liegen auf der Hand. Das Verfahren ist
sehr schnell, da keine dedizierte Messung zur Spulenpositionsbestimmung mehr
benötigt
wird und stattdessen Messdaten, die ohnehin zu einem anderen Zweck
aufgenommen werden, in geeigneter Weise interpretiert werden.
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Durch
die Art des Verfahrens ist zudem eine sehr sichere Erkennung möglich, ob
sich eine Spule innerhalb oder außerhalb des Tomographen, das heißt innerhalb
oder außerhalb
des von dem Magneten im Tomographen aufgebauten Magnetfelds, befindet.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass durch die Berücksichtigung
mehrerer Messwerte an verschiedenen Positionen – anders als bei der Verwendung
nur einer stationären
Aufnahme eines Spulenprofils – das
Rauschen einzelner Messungen durch die gemittelte Betrachtung der
verschiedenen Messungen automatisch „herausfällt" und somit die Positionsermittlung mit
weit höherer
Genauigkeit möglich
ist als bisher.
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Eine
erfindungsgemäße Steuervorrichtung für ein Magnetresonanzsystem
zur, vorzugsweise vollautomatischen, Bestimmung der Position einer Lokalspule
auf einem Liegenbrett innerhalb des Magnetresonanztomographen des
Magnetresonanzsystems muss zunächst
eine Signalauswerteeinheit aufweisen, welche so ausgebildet ist,
dass sie aus den mit der betreffenden Lokalspule zur Aufnahme von
Magnetresonanzbildern eines Untersuchungsobjekts und/oder zur Messung
weiterer Parameter an verschiedenen Position des Liegenbretts zum
Tomographen durchgeführten
Magnetresonanzmessungen jeweils einen Signalintensitätswert extrahiert. Darüber hinaus
benötigt
die Steuereinrichtung eine Signalanalyseeinheit, welche so ausgebildet ist,
dass die funktionelle Abhängigkeit
der extrahierten Signalintensitätswerte
von der Position des Liegenbretts relativ zum Tomographen ermittelt
wird. Schließlich
benötigt
die Steuereinrichtung eine Positionsberechnungseinheit, welche ausgebildet
ist, um auf Basis der ermittelten funktionellen Abhängigkeiten
die Position der Lokalspule auf dem Liegenbrett zu ermitteln.
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Weitere
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung
auch entsprechend den abhängigen
Verfahrensansprüchen
weitergebildet sein und umgekehrt.
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Wie
bereits oben erläutert,
kann es sich bei dem extrahierten Signalintensitätswert um einen beliebigen
skalaren Wert handeln, welcher ein Maß für ein von der Lokalspule an
einer bestimmten Position gemessenen Signalintensität ist.
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Bei
einer bevorzugten Variante wird aus den Magnetresonanzmessungen
daher einfach ein jeweils von der betreffenden Lokalspule gemessenes Intensitätsmaximum
als Signalintensitätswert
extrahiert. Hierzu weist die Signalauswerteeinheit vorzugsweise
eine Maximalwertermittlungseinheit auf. Diese Methode bietet sich
insbesondere dann an, wenn im Rahmen der für die Lokalisierung herangezogenen
Messungen Gesamtintensitäten
gemessen werden, wie z.B. bei Messungen mit einer FID-Sequenz (FID = Free
Induction Decay).
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Bei
alternativen bevorzugten Ausführungsbeispielen
werden zur Ermittlung eines Signalintensitätswerts jeweils die Intensitäten einer
Anzahl von Bildpunkten eines im Rahmen der jeweiligen Magnetresonanzmessung
mit der betreffenden Lokalspule aufgenommenen Magnetresonanzbilds
aufintegriert. Besonders bevorzugt erfolgt dabei eine Integration über alle
Bildpunkte, das heißt über das
komplette Bild, welches die jeweilige Lokalspule „sieht". Hierzu werden z.
B. einfach die Hellig keitswerte der Bildpixel, welche ein Maß für die an
den jeweiligen Bildpunkten gemessenen Intensitäten sind, aufsummiert. Dieses
Verfahren bietet sich insbesondere dann an, wenn beispielsweise Übersichtsaufnahmen angefertigt
werden. Hierzu weist die Signalauswerteeinheit eine entsprechende
Integrationseinheit auf.
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Die
Magnetresonanzmessungen an den verschiedenen Positionen des Liegenbretts
zum Tomographen können
so erfolgen, dass das Liegenbrett jeweils diskrete Positionen anfährt und
dort eine stationäre
Messung (oder ggf. auch mehrere Messungen) durchführt. Ebenso
können
aber auch sogenannte MDS-Messungen (MDS = Move During Scan) herangezogen
werden, bei denen das Liegenbrett während der Messung kontinuierlich
durch den Tomographen gefahren wird. Weiterhin sind auch quasi kontinuierliche
Messungen möglich,
bei denen die Magnetresonanzmessungen an sehr vielen eng benachbarten Stellen
durchgeführt
werden.
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Typische
Magnetresonanzmessungen, für die
vor bzw. zu Beginn einer Untersuchung ohnehin an verschiedenen Positionen
des Liegenbretts ausreichende Messungen durchgeführt werden, sind Magnetresonanzmessungen
zur Erstellung von Übersichtsaufnahmen,
z. B. sogenannte „Whole-Body-Localizer". Weitere hierfür geeignete
Messverfahren sind Justagemessungen wie beispielsweise eine MDS-Justagemessung,
bei der ortsabhängig
die Resonanzfrequenzen und die Lastverhältnisse gemessen werden und
auch bereits ein grobes Bild aufgenommen wird, um diese Daten dann
für eine
spätere MDS-Messung
zu nutzen. Dabei können
Messungen verwendet werden, bei denen das gesamte Volumen im Tomographen
angeregt wird, wie beispielsweise bei den bereits genannten FID-Messungen,
aber auch solche Messungen, bei denen nur ein Teil des Volumen angeregt
wird, beispielsweise ein einige Kubikzentimeter großer Würfel oder
eine transversale Schicht innerhalb des Gesamtuntersuchungsvolumen
im Tomographen, wie z. B. bei einer STEAM-Messung (STEAM = Stimulated
Echo Acquisition Mode).
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Bei
der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es möglich,
extrahierte Intensitätswerte
aus unterschiedlichen Messungen heranzuziehen. Dabei können die
Messungen im Prinzip sogar mit unterschiedlichen Messverfahren,
d. h. beispielsweise verschiedenen Pulssequenzen, durchgeführt werden.
Jedoch müssen
dann die Verhältnisse
der mit den verschiedenen Messverfahren erreichbaren Intensitätswerte
relativ zueinander bekannt sein, um die Intensitätswerte aus den verschiedenen
Messungen vergleichen bzw. aufeinander normieren zu können. Bevorzugt
werden daher zur erfindungsgemäßen Positionsbestimmung
Magnetresonanzmessungen herangezogen, die an den verschiedenen Positionen
des Liegenbretts zum Tomographen jeweils mit dem gleichen Messverfahren
durchgeführt
wurden.
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Da
es wie beschrieben möglich
ist, aus verschiedensten Messungen Intensitätswerte für das erfindungsgemäße Verfahren
zu extrahieren und dabei je nach Art der Messung verschiedene Verfahren
zur Extraktion der Intensitätswerte
vorteilhaft sein können,
weist die Steuereinrichtung vorzugsweise eine Entscheidungseinheit
auf, um festzulegen, auf welche Weise die Intensitätswerte
aus einer Messung extrahiert werden. Eine solche Entscheidungseinheit kann
beispielsweise von einem Bediener angesteuert werden, so dass dieser
letztlich vorgeben kann, auf welche Art die Extraktion der Intensitätswerte
bei einer bestimmten Messung erfolgt. Vorzugsweise entscheidet diese
Entscheidungseinheit aber vollautomatisch, beispielsweise auf Basis
der Kenntnis über
die durchgeführten
Messungen. So kann beispielsweise in einer Tabelle, auf welche die
Entscheidungseinheit Zugriff hat, hinterlegt werden, bei welcher
Art von Messung auf welche Weise die Intensitätswerte zu extrahieren sind
und ob die Daten z. B. der Maximalwertermittlungseinheit zugeführt werden, um
das Intensitätsmaximum
als Signalintensitätswert zu
extrahieren, oder beispielsweise einer Integrationseinheit, um aus
den aufgenommenen Magnetresonanzbildern die Intensitäten einer
Anzahl von Bildpunkten aufzuintegrieren.
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Auch
die Auswertung der funktionellen Abhängigkeit der extrahierten Signalintensitätswerte von
der Position des Liegenbretts relativ zum Tomographen kann auf verschiedene
Weise erfolgen.
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Beispielsweise
kann genau der Positionswert des Liegenbretts relativ zum Tomographen
zur Ermittlung der Position der Lokalspule auf dem Liegenbrett herangezogen
werden, an der die extrahierten Signalintensitätswerte in Abhängigkeit
von der Position des Liegenbretts ein Maximum aufweisen. D. h. es
wird die Funktion der Signalintensitätswerte in Abhängigkeit
vom Wert der Position des Liegenbretts auf ihre Maximalwerte hin
untersucht und auf diese Weise die Lokalspulenposition auf dem Liegenbrett
ermittelt.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann zur Ermittlung der Position der Lokalspule auf dem Liegenbrett auch
eine aufsteigende und/oder eine absteigende Flanke der Funktion
der extrahierten Signalintensitätswerte
in Abhängigkeit
von der Liegenbrettposition im Tomographen analysiert werden. Beispielsweise kann
bei einer bevorzugten Variante der Punkt des halben Funktionsmaximums
ermittelt werden. Auf Basis einer solchen „Flankenposition" kann bereits auf
die Spulenposition auf dem Liegenbrett zurückgerechnet werden.
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Bei
einem besonders bevorzugten Verfahren wird jedoch zur Ermittlung
der Position der Lokalspule im Liegenbrett eine Breite der Funktion
der Signalintensitätswerte
in Abhängigkeit
von der Liegenbrettposition berücksichtigt.
Dies ist z. B. ohne weiteres möglich,
wenn die Positionen der Flanken bekannt sind, da dann die Breite
einfach als der Abstand zwischen den Flanken entspricht. Bevorzugt
wird als Funktionsbreite die FWHM (Full Width at Half Maximum) herangezogen,
d. h. es wird der Abstand zwischen den Punkten des halben Funktionsmaximums ermittelt.
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Zur
Ermittlung der Lokalspule auf dem Liegenbrett kann insbesondere
auch der Mittelpunkt der Funktion der extrahierten Signalintensitätswerte
in Abhängigkeit
von der Liegenbrettposition herangezogen werden. Dies kann zum Beispiel
auf Basis der Analyse der Flanken und der ermittelten Breite der Funktion
erfolgen.
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Die
Ergebnisse dieser Funktionsanalysen hängen bei einer besonders exakten
Betrachtung u. a. von der räumlichen
Justierung des Magneten im Tomographen ab. Diese Justage kann für verschiedene
Tomographen der gleichen Bauart unterschiedlich sein. Daher wird
bei der Ermittlung der Position der Lokalspule auf dem Liegenbrett
auf Basis der funktionellen Abhängigkeit
der extrahierten Signalintensitätswerte
von der Liegenbrettposition vorzugsweise ein Offsetwert berücksichtigt.
Dieser Offsetwert ist systembedingt und berücksichtigt die räumliche
Justage des Magneten im Tomographen.
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Die
zur Umsetzung der Erfindung in einem Magnetresonanzsystem erforderlichen
Komponenten, wie die Signalauswerteeinheit mit der Maximalwert-Ermittlungseinheit,
der Integrationseinheit und der Entscheidungseinheit sowie die Signalanalyseeinheit
und die Positionsberechnungseinheit können vollständig oder zu einem überwiegenden
Teil in Form von Softwarekomponenten realisiert werden. Übliche Magnetresonanzsysteme
weisen ohnehin programmierbare Steuereinrichtungen auf, so dass auf
diese Weise die Erfindung bevorzugt mit Hilfe 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.
Somit sind auch bereits existierende Steuereinrichtungen bzw. Magnetresonanzsysteme
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht
nachrüstbar.
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren
anhand von Ausführungsbeispielen
noch einmal näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische schematische Darstellung eines auf einem Liegenbrett
gelagerten Patienten mit mehreren Lokalspulen-Arrays,
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
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3 eine
Darstellung der funktionellen Abhängigkeit der Signalintensitätswerte
zweier verschiedener Lokalspulen in Abhängigkeit von der Liegenbrettposition,
wobei die Signalintensitätswerte zum
einen aus einer FID-Messung (Funktionen F1 und
F2) und zum anderen aus einer STEAM-Messung
extrahiert wurden (Funktionen F1' und F2') und wobei die Lokalspulen
jeweils einmal komplett durch den Tomographen gefahren wurden,
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4 eine
Darstellung der Funktion F1 aus 3 zur
Verdeutlichung der Auswertung der Funktion F1 für die Lokalspulenpositionsermittlung,
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5 eine
Darstellung der funktionellen Abhängigkeit der Signalintensitätswerte
einer Lokalspule in Abhängigkeit
von der Liegenbrettposition wie in 5, wobei
die Lokalspule bei den Magnetresonanzmessungen jedoch nur in den
Tomographen hineingefahren wurde.
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1 zeigt
schematisch eine typische Untersuchungssituation, bei der ein Patient
O (bzw. ein Proband) auf einem Liegenbrett 2 liegt und
sowohl unter dem Patienten O als auch auf dem Patienten O 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.
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Für eine Untersuchung
müssen
nun z. B. die Positionen der beiden sich auf dem Bauch des Patienten
O befindlichen Lokalspulen 4, 4' innerhalb des Lokalspulenarrays
A2 ermittelt werden. Hierbei geht es zunächst darum,
nur die Position PS in z-Richtung relativ
zur Position PT des kopfseitigen Endes (Head) 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 2 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.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für ein Magnetresonanzsystem 1,
im Folgenden auch Magnetresonanzanlage 1 genannt, in welchem
eine automatische Ermittlung der Position der Lokalspule 4 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich
ist. Der besseren Übersichtlichkeit
wegen ist in dieser Figur nur eine Lokalspule 4 eingezeichnet.
Kernstück dieser
Magnetresonanzanlage 1 ist der Magnetresonanztomograph 3 (Scanner)
selbst, in welchem der Patient O auf dem Liegenbrett 2 in
ei nem (nicht näher dargestellten)
ringförmigen
Grundfeldmagneten, der den Messraum 5 umschließt, positioniert
wird.
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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 Figur dargestellter) Weise Gradientenspulen auf, um in jeder
der Raumrichtungen x, y, z einen Magnetfeldgradienten anlegen zu
können.
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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, eine Tastatur und ein Zeigegerät für eine graphische Benutzeroberfläche, beispielsweise
eine Maus 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.
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Die
Magnetresonanzanlage 1 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 Übersichtlichkeit wegen in der 2 nicht
dargestellt.
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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 über eine geeignete Schnittstelle 8 mittels
entsprechender Steuerdaten SD so an gesteuert 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 3 kommenden Bild-Rohdaten
BD akquiriert. In einer Bilddatenrekonstruktionseinheit 9 können dann
die Bilder rekonstruiert werden. Diese Bilder werden beispielsweise
auf dem Bildschirm des Terminals 7 dargestellt und/oder in
einem Speicher hinterlegt bzw. über
ein Netzwerk versandt.
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Die
Steuereinrichtung 6 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
so ausgestaltet, dass sie in der Lage ist, vollautomatisch die Position
PS einer Lokalspule 4, welche sich
auf dem Patienten O befindet, relativ zum Liegenbrett 2 zu
bestimmen. Dabei wird die Position PS in
z-Richtung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt. Die
ermittelte Positionsangabe kann sich auf die Position PT eines
Fixpunkts am Liegenbrett 2 beziehen, hier wie oben beschrieben
auf das kopfseitige Stirnende des Liegenbretts 2. Dieser
Fixpunkt bezüglich
des Liegenbretts 2 bildet somit einen Ursprung für das Liegenbrett-Koordinatensystem,
welches sich mit dem Liegenbrett 2 mitbewegt. Die Position
PS der Spule 1 in diesem Liegenbrett-Koordinatensystem
kann dann als Distanz dTS zu diesem Fixpunkt
bestimmt werden.
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Wie
bereits oben erwähnt,
ist das Liegenbrett 2 motorisch innerhalb des Tomographen 3 in
z-Richtung verfahrbar. Mit Hilfe der Schnittstelle 8 der
Steuereinrichtung kann dabei das Liegenbrett 2 automatisch
in den und aus dem Tomographen 3 verfahren werden bzw.
es können
beliebige Positionen innerhalb des Tomographen 3 angefahren
werden, je nachdem, wie dies für
die durchzuführenden
Messungen notwendig ist. Dabei bewegt sich das Liegenbrett-Koordinatensystem
und somit dessen Ursprung PT relativ zum
Tomographen 3. Die Position des Liegenbretts 2 relativ
zum Tomographen kann daher durch die Angabe der Position dieses „Liegenbrett-Ursprungs" PT relativ
zu einem Ursprung z0 eines fixen „Tomographen-Koordinatensystems" ermittelt werden.
Hier ist als Ursprung z0 des Tomographen-Koordinatensystems
eine Kante des Tomographen 3 gewählt. Dies ist aber im Prinzip
rein willkürlich,
d. h. es kann auch ein beliebiger anderer Punkt gewählt werden.
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Zur
Bestimmung der Position PS der Lokalspule 4 auf
dem Liegenbrett 2 werden die Rohbilddaten BD bzw. alternativ
oder zusätzlich
die in der Bildrekonstruktionseinheit 9 erzeugten Bilddaten
an eine Signalauswerteeinheit 10 übergeben.
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Diese
Signalauswerteeinheit 10, welche beispielsweise in Form
eines Softwaremoduls ausgebildet sein kann, das auf einem geeigneten
Prozessor der Steuereinrichtung 6 implementiert ist, weist
hier zum einen eine Maximalwert-Ermittlungseinheit beispielsweise
in Form eines Software-Untermoduls auf. In dieser Maximalwert-Ermittlungseinheit
kann aus den Bilddaten oder den Rohbilddaten ein von der betreffenden
Lokalspule jeweils gemessenes Intensitätsmaximum als Signalintensitätswert extrahiert werden.
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Zum
anderen weist die Signalauswerteeinheit 10, beispielsweise
in Form eines weiteren Software-Untermoduls, eine Integrationseinheit 12 auf, welche
die Helligkeitswerte der einzelnen Bildpixel in einem mit der betreffenden
Lokalspule aufgenommenen Magnetresonanzbild aufintegriert und so
einen Signalintensitätswert
ermittelt.
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Um
zu entscheiden, ob der Signalintensitätswert durch eine Integration
von einzelnen Bildpunkten erreicht wird oder ein Intensitätsmaximum
als Signalintensitätswert
herangezogen wird, weist die Signalauswerteeinheit 10 außerdem eine
Entscheidungseinheit 13 auf. In dieser Entscheidungseinheit 13 ist
hinterlegt, bei welcher Art von Messung welches Auswerteverfahren
herangezogen wird.
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Eine
Extraktion des Signalintensitätswerts erfolgt
dabei für
jede der an verschiedenen Positionen des Liegenbretts relativ zum
Tomographen durchgeführten
Messungen bzw. werden bei einer MDS-Messung entsprechend permanent
die eingehenden Messdaten der betreffenden Spule analysiert, um
die Intensitätswerte
zu extrahieren.
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Die
Intensitätswerte
I werden dann an eine Signalanalyseeinheit 14 übergeben.
Diese Signalanalyseeinheit 14 kann beispielsweise ebenfalls
in Form einer Softwarekomponente realisiert sein. Von der Schnittstelle 8 kann
diese Signalanalyseeinheit 14 z. B. die für die einzelnen
Messungen bzw. Intensitätswerte
geltenden Positionen PT des Liegenbretts 2 relativ
zum Tomographen 3 erhalten. Dies ist insofern unproblematisch,
da ja über
die Schnittstelle 8 die Position PT des
Liegenbretts 2 relativ zum Tomographen 3 angesteuert
wird.
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Es
erfolgt dann in der Signalanalyseeinheit 14 die Zuordnung
der Intensitätswerte
I zu den Liegenbrettpositionen PT, um die
funktionelle Abhängigkeit
der Intensitätswerte
I von der Liegenbrettposition PT zu ermitteln,
d. h. es wird eine entsprechende Funktion F ermittelt. Diese Funktion
F wird dann zur weiteren Analyse an eine Positionsbestimmungseinheit 15 übergeben.
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Die
weitere Vorgehensweise in der Positionsbestimmungseinheit 15 bei
der Analyse der Funktion F zur Ermittlung der Lokalspulenposition
PS auf dem Liegenbrett 2 wird im
Folgenden mit Hinweis auf die 3 bis 5 anhand
von konkreten Testmessungen näher
erläutert:
Gemessen
wurde jeweils mit einem Versuchsaufbau, bei dem eine sogenannte
Bodymatrixspule mit zwei Spulenelementen, welche hier die Lokalspulen
bilden, deren Position zu messen sind, auf einem Kugelphantom platziert
wurde. Dieser Aufbau entspricht im Wesentlichen der in 1 dargestellten
Situation, jedoch ist das Lokalspulenarray A2 nicht
auf dem Bauch eines Patienten O, sondern auf einem Phantom platziert.
In zwei Messdurchgängen
mit unterschiedlichen Verfahren wurden jeweils mit den beiden Spulenelementen
Messungen an verschiedenen Positionen PT des
Liegenbretts 2 relativ zum Tomographen 3 durchgeführt.
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3 zeigt
für jede
der beiden Spulenelemente entsprechend zwei Funktionen F1, F2, F1', F2', welche jeweils
die Abhängigkeit
der aus den mit den verschiedenen Messverfahren durchgeführten Messungen
extrahierten Intensitätswerte
I von der Liegenbrettposition PT wiedergeben.
Die Funktionen F1 und F1' zeigen jeweils die
Intensitätswerte
I (in relativen, willkürlichen
Einheiten) des ersten Spulenelements und die Funktionen F2 und F2' die Intensitätswerte
I (in relativen, willkürlichen
Einheiten) des zweiten Spulenelements in Abhängigkeit von der Position PT des Kopfendes des Liegenbretts relativ
zum Ursprung z0 des Tomographen-Koordinatensystems (siehe 2),
wobei die Skala der besseren Darstellbarkeit wegen erst bei 1000
mm beginnt.
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Bei
den Messungen aus denen die beiden breiteren Funktionen F1, F2 extrahiert
wurden, handelt es sich um einfache FID-Messungen, die nicht ortsselektiv sind,
d.h. bei denen das gesamte Messvolumen gleichmäßig angeregt wird. Daher sehen die
Lokalspulen genau dann ein signifikantes Signal, sobald sie im Inneren
des Tomographen 3, d.h. im Inneren des Magneten sind. Dies
spiegelt der Verlauf der Funktionen F1,
F2 sehr gut wider.
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Um
die beiden anderen in 3 gezeigten Funktionen F1',
F2' zu
erhalten, die wie gesagt für
dieselben Lokalspulen in demselben Versuchaufbau erzeugt wurden,
wurden die Intensitätswerte
aus einer sogenannten STEAM-Frequenz-Justagemessung extrahiert.
Bei einer solchen Messung wird nicht das gesamte Messvolumen 5 innerhalb
des Tomographen 3 angeregt, sondern ortsselektiv nur ein
bestimmter kleinerer Anregungsbereich, wie dies in 2 durch
den gestrichelt umrandeten Anregungsbereich V schematisch dargestellt
ist. Daher steigt das Intensitätssignal
der jeweiligen Spule genau dann an, wenn die lokale Empfangsspule
in den ausgewählten
Anregungsbereich V eintritt, und fällt entsprechend ab, wenn die
lokale Empfangsspule aus dem Anregungsbereich wieder austritt. Folglich
ist die Funktion vom Mittelpunkt des Magneten hin zu dem angeregten
Bereich versetzt. Zudem ist die Breite der Funktionen F1', FZ' entsprechend der
angeregten Schichtdicke schmaler als die Breite der Funktionen F1, F2, die aus Messungen
mit einer Anregung des kompletten Messvolumens des Magneten extrahiert
wurden. Im Übrigen
ist die Gesamtintensität nicht
so hoch.
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Sämtliche
Funktionen F1, F2,
F1',
F2' enthalten
jedoch alle wesentlichen Informationen zur Ermittlung der Lokalspulenposition
PS relativ zum Liegenbrett 2. Außer den
oben genannten FID-Messungen und STEAM-Messungen können aber
auch beliebige andere Messungen als Basis zur Erzeugung von geeigneten
Funktionen herangezogen werden.
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Es
sind verschiedene Vorgehensweisen denkbar, um aus den Funktionen
F1, F2, F1',
F2' die Positionen
PS der Lokalspulen relativ zum Liegenbrett 2 zu
ermitteln. Eine Möglichkeit
ist in 4 am Beispiel der aus der FID-Messung erzeugten
Funktion F1 der ersten Lokalspule gezeigt.
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Hierzu
werden mittels eines so genannten FWHM-Verfahrens auf den Flanken
der Funktion F1 ein linker Punkt L und ein
rechter Punkt R ermittelt, an denen die Funktion F1 ihr
halbes Maximum erreicht. Mit diesen FWHM-Punkten L, R lässt sich
die Breite B (FWHM = Full Width at Half Maximum; volle Breite beim
halben Maximum) der Funktion F1 zwischen
den beiden Flanken bestimmen. Der mittlere Punkt zwischen den beiden
FWHM-Punkten L und R, d. h. der Punkt auf der halben Breite B, spiegelt
die Position PM wider, an der sich die Lokalspule
exakt in der Mitte des Magneten befindet. Dieser Punkt entspricht
im Wesentlichen der Mitte des Tomographen 3. Um die individuelle
Justage des Magneten im Tomographen 3 zu berücksichtigen,
kann der ermittelte Punkt PM bei Bedarf
durch ei nen systemspezifischen Offsetwert korrigiert werden. Um
Asymmetrien besser berücksichtigen
zu können,
ist eine solche systemspezifische Korrektur auch bereits bei den
Positionen der beiden FWHM-Punkte L, R auf den beiden Flanken der
Funktion F1 möglich, anstatt eine späteren Korrektur
des Mittelpunkts P durchzuführen.
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Die
Situation, in der sich die Lokalspule 4, deren Position
zu bestimmen ist, in der Mitte des Tomographen 3 befindet,
ist in 1 dargestellt. Hier entspricht die Position PT des Liegenbretts 2 relativ zum
Geräteursprung
z0 exakt dem Wert PM.
Es muss dann lediglich noch die Distanz dM0 des
Mittelpunkts des Tomographen 3 zum gewählten Koordinatenursprung z0 des Tomographen-Koordinatensystems berücksichtigt
werden. Im vorliegenden Fall muss die Distanz dM0 von
dem ermittelten Wert PM abgezogen werden.
Als Ergebnis erhält
man dann unmittelbar die relative Position PS der
Lokalspule 4 zum Koordinatenursprung des Liegenbrett-Koordinatensystems (d.
h. hier zum Kopfende des Liegenbretts 2). Selbstverständlich ist
eine solche Umrechnung nicht erforderlich, wenn als Koordinatenursprung
des Tomographen-Koordinatensystems der Mittelpunkt des Tomographen 3 gewählt wird.
In gleicher Weise kann die Auswertung der Funktion F2 für die zweite
Lokalspule erfolgen. Bei einem Vergleich der beiden Funktionen F1, F2 lässt sich
aus 3 auch unmittelbar sehr gut erkennen, dass die
beiden Lokalspulen um ca. 7,5 cm zueinander versetzt sind.
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Auch
die Auswertung der Funktion F1', F2' aus den STEAM-Messungen kann in
der gleichen Weise erfolgen, wie dies anhand der Funktion F1 beschrieben wurde. Wegen der Verschiebung
des Anregungsprofils ist lediglich ein Offset zu berücksichtigen.
Dies ist aber kein Problem, da durch die Steuereinrichtung selbst
vorgegeben wird, in welchem räumlichen
Bereich bei der jeweiligen Messung die Anregung erfolgt, sodass
diese Werte übernommen werden
können.
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5 zeigt
eine ähnliche
Messung mit demselben Versuchsaufbau wie zur Ermittlung der Funktion
F1, wobei hier jedoch die Lokalspule nur
einmal in den Tomographen 3 hineingefahren, aber nicht vollständig durchgefahren
wird. Auch aus einer solchen Messung lässt sich bereits die Spulenposition relativ
gut bestimmen, auch wenn eine vollständige Messung mit einem kompletten
Durchfahren der Spule durch den Tomographen selbstverständlich genauer
ist. Zur Auswertung einer solchen halbseitigen Funktion F1'' wird beispielsweise
auf der Flanke der Funktion F1'' wieder ein FWHM-Punkt, hier der linke
Punkt L, bestimmt. Dies ist möglich,
da an der Funktion F1'' relativ
gut erkennbar ist, wann sie das obere Plateau erreicht hat. Bei
der Breite B der Funktion handelt es sich entweder um eine Systemeigenschaft,
z. B. wenn das gesamte Messvolumen angeregt wird, oder um eine vom
Messverfahren, nämlich von
der Breite des Anregungsvolumens, abhängige Eigenschaft. Diese Parameter
sind in der Regel bekannt. Daher ist es möglich, allein von einem der FWHM-Punkte
L, R aus unter Verwendung der halben Breite B den gesuchten Mittelpunkt
der Funktion PM zu finden und somit wie
oben beschrieben auf die Spulenposition PS relativ
zum Liegenbrett 2 zurückzurechnen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist auf einfache und sehr schnelle Weise – da keine zusätzlichen
Messungen durchgeführt
werden müssen – eine genaue
Spulenpositionsbestimmung möglich. Das
Verfahren ist zudem sehr zuverlässig,
da es keinerlei Schwellenwerte, Gewichtungsfaktoren etc. benötigt. Bei
einer Verwertung von Messsignalen aus nur einer Messart ist das
Verfahren intrinsisch selbstgewichtend, da die Signale einer Spule
immer nur relativ zu sich selbst betrachtet werden und nur ein solcher
einzelner Datensatz in sich geschlossen berücksichtigt werden muss. Insbesondere
ist auf Grund der Natur des Verfahrens eine sichere Erkennung möglich, ob
sich eine Spule innerhalb oder außerhalb des Magneten befindet.
In vielen Fällen
genügt
schon allein diese Information für
weitere Schritte da eine solche Information bei einer nach dem bisherigen
Verfahren durchzuführenden
singulären
stationären
Aufnahme meist schwierig und nur wenig zuverlässig zu gewinnen ist. Falls
für besondere
Fälle eine
sehr genaue Position der Spule ggf. einschließlich eines detaillierten zwei-
oder dreidimensionalen Ausleuchtungsprofils notwendig ist, so ist
auch eine Kombination der hier beschriebenen, zuverlässigen Positionsbestimmung
mit einem solchen Verfahren denkbar. In einer ersten Stufe wird
dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Position zuverlässig
bestimmt, ohne dass Messzeit dafür
aufgewendet werden muss. In einem zweiten Schritt wird dann bei
Bedarf und in den meisten Fällen
durch zusätzliche
Aufwendungen von Messzeit eine gezielte Verfeinerung oder Ergänzung der
Ergebnisse durchgeführt,
wobei durch die Auswertung in der ersten Stufe leicht sichergestellt
werden kann, dass sich die Spule innerhalb des angeregten Bereichs
befindet, um somit Fehler auszuschließen.
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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 sind auch zahlreiche
andere Vorgehensweisen zur Bestimmung der Spulenposition aus den
verschiedenen Funktionen möglich.
Der zentrale Punkt ist dabei jedoch immer die beschriebene Funktion
als eigentliche Informationsquelle, wobei diese Funktion ohne zusätzliche
Messungen aus bereits ohnehin ermittelten Daten extrahiert wird.
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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.