DE102020215738A1

DE102020215738A1 - Magnetresonanztomographiesystem mit Störungsreduktion

Info

Publication number: DE102020215738A1
Application number: DE102020215738.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber; David Grodzki; Stephan Kannengiesser; Rainer Schneider
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-15
Also published as: US20220187394A1; US11579222B2

Abstract

Zum Betreiben eines Magnetresonanztomographiesystems (1), das eine Hauptempfangsantenne (14, 50) und eine Hilfsempfangsantenne (60) aufweist, werden während einer Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der Hilfsempfangsantenne (60) erste Analysesignale empfangen und basierend darauf werden eine erste Störquelle sowie erste Gewichtungsfaktoren bestimmt. Während der Analysephase werden mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der Hilfsempfangsantenne (60) zweite Analysesignale empfangen und gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren wird eine Kombination der zweiten Analysesignale erzeugt und basierend darauf eine zweite Störquelle bestimmt. Zweite Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne (14, 50) und die Hilfsempfangsantenne (60) werden bestimmt, um den Einfluss der ersten Störquelle und einen Einfluss der zweiten Störquelle zu unterdrücken. Während einer Untersuchungsphase wird mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) ein Magnetresonanzsignal empfangen und mittels der Hilfsempfangsantenne (60) ein Störsignal. Ein entstörtes Magnetresonanzsignal wird als Kombination des Magnetresonanzsignals und der Störsignale abhängig von den zweiten Gewichtungsfaktoren erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetresonanztomographiesystems, ein Magnetresonanztomographiesystem sowie ein Computerprodukt.
Systeme zur Magnetresonanztomographie, MRT, sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjekts Kernspins des Untersuchungsobjekts mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um die entsprechende Ausrichtung anregen. Die Präzession beziehungsweise die Rückkehr der Spins aus diesem angeregten Zustand in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Empfangsantennen detektiert werden kann.
Mithilfe von magnetischen Gradientenfeldern kann den Signalen eine Ortscodierung aufgeprägt werden, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement des Untersuchungsobjekts ermöglicht. Das empfangene Signal kann dann ausgewertet werden, beispielsweise um eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjekts bereitzustellen. Als Empfangsantennen können beispielsweise lokale Empfangsantennen, sogenannte Lokalspulen, verwendet werden, die zur Erzielung eines besseren Signal-Rausch-Verhältnisses, SNR, unmittelbar an dem Untersuchungsobjekt angeordnet werden können. Die Empfangsantennen können aber auch in der Umgebung des Untersuchungsobjekts angeordnet sein oder beispielsweise in einer Patientenliege verbaut sein.
Die für die Bildgebung zu empfangenden MRT-Signale sind extrem schwach, sodass bei bekannten MRT-Systemen eine Abschirmung externer Störsignale erforderlich ist, um ein ausreichendes SNR zu erreichen. Dazu werden insbesondere aufwendige Schirmkabinen installiert, um die störenden Immissionen zu reduzieren. Dies führt zu erheblichen Kosten und baulichen Einschränkungen aufgrund des entsprechenden Platzbedarfs.
Im Dokument WO 2019/068687 A2 werden ein Magnetresonanztomograph mit aktiver Störunterdrückung und ein entsprechendes Verfahren beschrieben. Dabei ist eine erste Empfangsantenne zum Empfang eines Magnetresonanzsignals aus einem Patienten vorgesehen und eine zweite Empfangsantenne zum Empfang eines Störsignals. Ein mit den Empfangsantennen verbundener Empfänger ist dazu ausgelegt, das mit der zweiten Empfangsantenne empfangene Störsignal in dem von der ersten Empfangsantenne empfangenen Magnetresonanzsignal zu unterdrücken. Dazu wird das Störsignal während der MRT-Sequenzen zur Signalakquisition bestimmt, wobei Zeitabschnitte genutzt werden können, in denen kein MRT-Signal zur Bildgebung erwartet wird. Eine Entstörsteuerung kann dann die Signale der ersten Empfangsspule und der zweiten Empfangsspule gewichtet kombinieren, um die Energie des Störsignals in dem kombinierten Signal zu minimieren.
Da diese Abschnitte je nach verwendeter MRT-Sequenz unterschiedlich lang sind und zu unterschiedlichen Zeiten auftreten, muss das Vorgehen zur Entstörung individuell auf jede MRT-Sequenz angepasst werden, was zu einem erhöhten Aufwand führt. Zudem kann es je nach MRT-Sequenz möglich sein, dass die zur Verfügung stehenden Abschnitte zur Bestimmung des Störsignals nicht ausreichend lang sind, um eine zuverlässige Unterdrückung des Einflusses der Störung zu erreichen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für ein MRT-System beziehungsweise ein Verfahren zum Betreiben eines solchen anzugeben, durch das der Aufwand für eine Abschirmung externer Störsignale reduziert werden kann und gleichzeitig eine hohe Effektivität der Störungsreduzierung, insbesondere bei möglichst geringem Anpassungsaufwand, möglich ist.
Diese Aufgabe wird vorliegend gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, den Einfluss von mehreren externen Störquellen mittels einer Hauptempfangsantenne und wenigstens einer Hilfsempfangsantenne bereits vor der eigentlichen MRT-Messung zu analysieren und so Gewichtungsfaktoren zur Kombination der Signale der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne vorab möglichst genau zu bestimmen.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zum Betreiben eines MRT-Systems angegeben, das eine Hauptempfangsantenne aufweist sowie wenigstens eine außerhalb eines Untersuchungsbereichs des MRT-Systems angeordnete Hilfsempfangsantenne. Während einer Analysephase wird mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne jeweils ein erstes Analysesignal empfangen. Basierend auf den ersten Analysesignalen wird, insbesondere mittels einer Entstörungseinrichtung des MRT-Systems, eine erste Störquelle bestimmt und erste Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne werden bestimmt, um einen Einfluss der ersten Störsignale wenigstens teilweise zu unterdrücken. Basierend auf den ersten Analysesignalen wird eine erste Störquelle bestimmt. Während der Analysephase wird mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne jeweils ein zweites Analysesignal empfangen und, insbesondere mittels der Entstörungseinrichtung, wird gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren eine Kombination der zweiten Analysesignale erzeugt. Basierend auf der Kombination der zweiten Analysesignale wird eine zweite Störquelle bestimmt. Zweite Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne werden bestimmt, insbesondere mittels der Entstörungseinrichtung, um den Einfluss der ersten Störquelle und einen Einfluss der zweiten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken. Während einer nach der Analysephase liegenden Untersuchungsphase wird mittels der Hauptempfangsantenne ein Magnetresonanzsignal aus dem Untersuchungsbereich, insbesondere aus einem Objekt, welches sich in dem Untersuchungsbereich befindet, empfangen und mittels der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne wird jeweils ein Störsignal empfangen. Ein entstörtes Magnetresonanzsignal wird, insbesondere mittels der Entstörungseinrichtung, als Kombination des Magnetresonanzsignals und der Störsignale abhängig von den zweiten Gewichtungsfaktoren erzeugt.
Abhängig von dem entstörten Magnetresonanz-, MR-, Signal kann dann beispielsweise ein Ortsraumbild erzeugt werden, das insbesondere das Objekt darstellt.
Der Untersuchungsbereich des MRT-Systems kann beispielsweise innerhalb eines Patiententunnels des MRT-Systems liegen. Die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne ist dann beispielsweise außerhalb des Patiententunnels oder in der Nähe einer Öffnung des Patiententunnels angeordnet. Als Öffnung des Patiententunnels kann dabei insbesondere eine Öffnung angesehen werden, durch die eine Patientenliege mit einem Patienten in den Patiententunnel eingefahren oder aus dem Patiententunnel herausgefahren werden kann. Ist die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne in der Nähe einer Öffnung angeordnet, so kann dies beispielsweise einem Abstand von weniger als 0,1 m, weniger als 0,2 m, weniger als 0,5 m, weniger als 1 m oder weniger als 2 m entsprechen. In der Nähe der Öffnung kann auch einem Abstand von der Öffnung entsprechen, der weniger als ein Viertel einer Wellenlänge einer Radiowelle in der Luft mit einer Lamorfrequenz des MRT-Systems entspricht oder weniger als die Hälfte der Wellenlänge.
In der Untersuchungsphase empfängt die Hauptempfangsantenne bevorzugt das Magnetresonanzsignal, das aber in der Gegenwart von Störquellen in der Regel auch einen kleinen Anteil des Störsignals aufweist. Umgekehrt empfängt in der Regel die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne während der Untersuchungsphase nicht nur das Störsignal, sondern auch einen geringen Teil des MR-Signals. Der Einfachheit halber wird dennoch im Folgenden das von der Hauptempfangsantenne während der Untersuchungsphase empfangene Signal als MR-Signal und das von der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne empfangene Signal als Störsignal bezeichnet.
Das Bestimmen der ersten Störquelle beziehungsweise der zweiten Störquelle beinhaltet insbesondere das Identifizieren und/oder Charakterisieren der ersten Störquelle beziehungsweise zweiten Störquelle. Dazu kann beispielsweise überprüft werden, ob eine Amplitude des jeweiligen ersten Analysesignals über einen Schwellwert, der insbesondere größer ist als ein Rauschlevel, ansteigt. Es kann auch festgestellt werden, in welchem spektralen Bereich die jeweilige Störquelle auftritt, ob sie räumlich und/oder zeitlich konstant oder variabel ist und so weiter. Das Identifizieren der Störquelle kann auch anhand des Frequenzspektrums des wenigstens einen Analysesignals erfolgen, beispielsweise in dem eine Amplitude des wenigstens einen Analysesignals im Frequenzraum mit einem entsprechenden Schwellwert verglichen wird, beispielsweise einem Minimalwert für ein Störer-zu-Rausch-Niveau, INR (englisch: „Interferer-to-noise-level“).
Dass es sich bei den ersten und zweiten Gewichtungsfaktoren jeweils um Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne handelt, kann insbesondere derart verstanden werden, dass die Gewichtungsfaktoren zur jeweiligen gewichteten Summation von Signalen dienen, die den jeweiligen Ausgangssignalen der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne entsprechen oder davon abhängen. Die Gewichtungsfaktoren können also beispielsweise zur gewichteten Summation der ersten Analysesignale, zur gewichteten Summation der zweiten Analysesignale oder zur gewichteten Summation des Magnetresonanzsignals mit den Störsignalen, dienen. Beispielsweise kann die Entstörungseinrichtung eine Summationseinrichtung aufweisen, die eine von den jeweiligen Gewichtungsfaktoren abhängige Kombination, beispielsweise Linearkombination, aus den Ausgangssignalen der Hilfsempfangsantennen und der Hauptempfangsantenne bilden kann.
Dass die ersten Gewichtungsfaktoren bestimmt werden, um den Einfluss der ersten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken, kann insbesondere derart verstanden werden, dass die ersten Gewichtungsfaktoren derart bestimmt werden, dass eine gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren gebildete Kombination der Ausgangssignale der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne, also insbesondere der ersten Analysesignale, einen möglichst geringen Einfluss der ersten Störquelle aufweist. Dies kann insbesondere erzielt werden, indem durch die konkrete Wahl der ersten Gewichtungsfaktoren Nullstellen in einem Fernfelddiagramm einer Antennenanordnung erzeugt werden, wobei die Antennenanordnung aus der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne besteht.
Dazu kann die Entstörungseinrichtung, insbesondere eine Recheneinheit der Entstörungseinrichtung, die ersten Gewichtungsfaktoren beispielsweise derart variieren, dass der Einfluss der ersten Störquelle in der resultierenden Kombination möglichst gering ist, also minimiert wird. Wenn während der Analysephase mittels des MRT-Systems keine Radiowellen, also insbesondere keine Anregungspulse, ausgesendet werden, so ist während der Analysephase entsprechend auch kein MR-Signal zu erwarten. Dementsprechend kann dann die Entstörungseinrichtung die ersten Gewichtungsfaktoren variieren, um eine Energie der resultierenden Kombination insgesamt zu minimieren.
Entsprechendes gilt analog für die zweiten Gewichtungsfaktoren, die entsprechend bestimmt werden, sodass der Einfluss sowohl der ersten als auch der zweiten Störquelle in der aus den zweiten Gewichtungsfaktoren resultierenden Kombination minimiert wird.
Gemäß dem Verfahren nach dem verbesserten Konzept werden die also mehrere Störquellen iterativ behandelt. Zunächst wird der Einfluss der ersten Störquelle möglichst minimiert und ausgehend von dieser Situation wird der Einfluss der zweiten Störquelle möglichst minimiert, ohne dabei den Einfluss der ersten Störquelle wieder signifikant ansteigen zu lassen. Auf diese Weise können effektiv mehrere Störquellen zuverlässig unterdrückt werden. Bei der Bestimmung der jeweiligen Gewichtungsfaktoren kann insbesondere auch die Reziprozität der Antennenanordnung gebildet aus der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne ausgenutzt werden, sodass nicht notwendigerweise eine Vielzahl von Empfangsspektren aufgenommen werden muss, um die Gewichtungsfaktoren zu variieren beziehungsweise den Einfluss zu minimieren.
Dadurch, dass die Gewichtungsfaktoren nicht in der Untersuchungsphase, sondern in einer vorgelagerten Analysephase, also beispielsweise während eines oder mehrerer sogenannter Pre-Scans, ermittelt werden, entfällt das Erfordernis, die Einflüsse der Störquellen von dem tatsächlichen Magnetresonanzsignal zu trennen, da während der Analysephase kein solches Magnetresonanzsignal zu erwarten ist. Dementsprechend können die ermittelten Gewichtungsfaktoren nachfolgend auch für unterschiedliche MRT-Sequenzen verwendet werden, ohne dass die Einflüsse der Störquellen erneut minimiert werden müssen. Zudem ist es nicht erforderlich, während der MRT-Aufnahme selbst eigens Sequenzabschnitte zu identifizieren, die möglichst frei von Magnetresonanzsignalen sind.
Schließlich kann durch das verbesserte Konzept auch auf die Verwendung von Abschirmkabinen zum Abschirmen von externen Störeinflüssen verzichtet werden oder die Abschirmkabinen können einfacher ausgestaltet werden, was Bauraum und/oder Kosten einsparen kann.
Die ersten und/oder zweiten Gewichtungsfaktoren können insbesondere auch komplex sein, um eine Phasenverschiebung zu berücksichtigen.
Die Kombination der ersten oder der zweiten Analysesignale wie auch die Kombination des Magnetresonanzsignals mit den Störsignalen, können jeweils als lineare Kombinationen, also Linearkombinationen, ausgestaltet sein. Denkbar sind aber auch nicht-lineare Kombinationen in Abhängigkeit von den jeweiligen Gewichtungsfaktoren.
Die wenigstens eine Hilfsantenne kann insbesondere zwei oder mehr Hilfsantennen beinhalten. Dementsprechend kann in solchen Ausführungsformen die Entstörungsvorrichtung Analysesignale der Hilfsempfangsantennen und/oder die Störsignale mit besonders großer Amplitude gegenüber schwächeren Analyse- oder Störsignalen besonders stark gewichten, da sich durch einen besonders großen Abstand des Signalpegels gegenüber einem statistischen Hintergrundrauschen stärkere Störsignale besonders gut unterdrücken lassen.
Die Entstörungseinrichtung, insbesondere die Recheneinheit der Entstörungseinrichtung, kann insbesondere eine programmierbare Logikeinheit, beispielsweise ein feldprogrammierbares Gate-Array, FPGA, oder einen digitalen Signalprozessor, DSP, beinhalten. Die Erzeugung des entstörten Magnetresonanzsignals kann dann beispielsweise in Echtzeit ausgeführt werden.
Es ist aber auch möglich, dass die Entstörungsvorrichtung einen Speicher aufweist, der die Störsignale sowie das Magnetresonanzsignal zunächst speichert. Die Erzeugung des entstörten Magnetresonanzsignals erfolgt dann beispielsweise erst zu einem späteren Zeitpunkt mit einer Verzögerung beispielsweise von der Dauer einer Echosequenz, einer Anregungssequenz oder einer ganzen Bilderfassung einer einzelnen Schicht oder der ganzen Bilderfassungssequenz. Die Verzögerung kann beispielsweise größer als 50 ms, größer als 100 ms, größer als 0,5 s, größer als 1 s, größer als 10 s, größer als 1 min oder noch größer sein.
Zum Empfangen der Analysesignale beziehungsweise der Störsignale und des Magnetresonanzsignals kann das MRT-System einen Empfänger aufweisen. Der Empfänger kann beispielsweise Bestandteil der Entstörungseinrichtung sein oder umgekehrt. Der Empfänger kann dabei insbesondere eine Hardware zur analogen und/oder digitalen Hochfrequenzverarbeitung beinhalten, wie beispielsweise einen oder mehrere Verstärker, Mischer oder Filter und/oder eine Bildauswerteeinheit zur späteren Erzeugung des Ortsraumbildes oder sonstiger Abbildungen aus dem entstörten Magnetresonanzsignal.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept werden, insbesondere mittels der Entstörungseinrichtung, abhängig von den zweiten Gewichtungsfaktoren finale Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne bestimmt und die Kombination des Magnetresonanzsignals und der Störsignale wird gemäß den finalen Gewichtungsfaktoren erzeugt.
Dies bedeutet insbesondere, dass die bezüglich der zweiten Störquelle beschriebenen Schritte für eine oder mehrere weitere Störquellen wiederholt werden können, sodass zunächst der Einfluss der ersten und der zweiten Störquelle unterdrückt wird, in einem nächsten Schritt der Einfluss der ersten Störquelle, der zweiten Störquelle und einer dritten Störquelle, in einem darauffolgenden Schritt der Einfluss der ersten, der zweiten, der dritten Störquelle sowie einer vierten Störquelle und so weiter. In jedem Schritt können die Gewichtungsfaktoren dahingehend weiter verbessert werden, dass die zuvor bereits wenigstens teilweise unterdrückten Einflüsse weiter unterdrückt bleiben und die jeweils hinzukommende weitere Störquelle ebenfalls unterdrückt wird. Durch einen solchen iterativen Ansatz lässt sich der Einfluss einer gro-ßen Anzahl von Störquellen zuverlässig und effektiv unterdrücken, was bei einem einstufigen Ansatz, bei dem anhand einer einzigen Optimierung sämtliche Einflüsse aller Störquellen unterdrückt werden sollen, nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich ist. Hier kann es zudem erschwerend hinzukommen, dass die Einflüsse der unterschiedlichen Störquellen einander gegenseitig beeinflussen können.
Gemäß dem beschriebenen iterativen Ansatz kann auch die erste Störquelle oder die zweite Störquelle zu einem späteren Zeitpunkt beziehungsweise zu einem späteren Iterationsschritt erneut analysiert werden, um den entsprechenden Einfluss noch weiter zu unterdrücken. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn durch die Unterdrückung eines rauschartigen Störers das gesamte Rauschniveau abgesenkt wird und dadurch der Einfluss einer zuvor behandelten Störung wieder zutage tritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während der Untersuchungsphase mittels einer Sendeantenne des MRT-Systems wenigstens ein Anregungspuls in den Untersuchungsbereich gesendet und das Magnetresonanzsignal wird in Antwort auf den wenigstens einen Anregungspuls empfangen.
Durch den wenigstens einen Anregungspuls werden insbesondere die Kernspins eines Objekts in dem Untersuchungsbereich zur Präzession angeregt, sodass deren Resonanz zu dem Magnetresonanzsignal führen kann.
Es versteht sich, dass während der Untersuchungsphase auch ein homogenes Grundmagnetfeld erzeugt wird, beispielsweise mittels eines Feldmagneten des MRT-Systems, sowie eine Abfolge von Magnetfeldgradienten, insbesondere mittels einer oder mehrerer Gradientenspulen des MRT-Systems.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während der Analysephase, insbesondere während der gesamten Analysephase, mittels der Sendeantenne keine elektromagnetische Strahlung ausgesendet.
Insbesondere sendet die Sendeantenne also während der Analysephase keinen Anregungspuls in den Untersuchungsbereich.
Beispielsweise werden während der Analysephase auch das homogene Grundmagnetfeld und die Magnetfeldgradienten nicht erzeugt. Je nach Ausgestaltungsform kann es jedoch auch vorgesehen sein, das homogene Grundmagnetfeld und/oder die Magnetfeldgradienten auch während der Analysephase zu erzeugen.
Dadurch, dass während der gesamten Analysephase keine elektromagnetische Strahlung mittels der Sendeantenne ausgesendet wird, wird insbesondere sichergestellt, dass ein reguläres Magnetresonanzsignal während der Analysephase nicht zu erwarten ist, sodass die Hauptempfangsantenne sowie die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne ausschließlich externe Störungen aufgrund der Störquellen oder beispielsweise aufgrund von thermischem Hintergrundrauschen und so weiter erfassen. Dadurch wird das Bestimmen der Gewichtungsfaktoren, um die jeweiligen Störquellen zu unterdrücken, einfacher und dementsprechend zuverlässiger beziehungsweise es sind gegebenenfalls weniger Iterationsschritte notwendig, um ein möglichst gutes Gesamtergebnis zu erzielen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zum Bestimmen der ersten Gewichtungsfaktoren ein Einfluss der ersten Störquelle auf die Kombination der ersten Analysesignale gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren minimiert und/oder zum Bestimmen der zweiten Gewichtungsfaktoren wird ein Einfluss der zweiten Störquelle sowie der ersten Störquelle auf die Kombination der zweiten Analysesignale gemäß der zweiten Gewichtungsfaktoren minimiert.
Zum Bestimmen der Gewichtungsfaktoren beziehungsweise zum Minimieren des Einflusses der jeweiligen Störquellen können beispielsweise Korrelationsfunktionen der ersten Analysesignale beziehungsweise Korrelationsfunktionen der zweiten Analysesignale bestimmt werden, um die jeweiligen Gewichtungsfaktoren zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich können bekannte Optimierungsalgorithmen eingesetzt werden. Die Auswahl des Optimierungsalgorithmus kann dabei auch abhängig von der Charakterisierung der jeweiligen Störquellen abhängig gewählt werden.
Ferner ist es möglich, dass auch die Bestimmung der ersten Gewichtungsfaktoren selbst iterativ erfolgt. So kann nach der Bestimmung der ersten Störquelle und gegebenenfalls ihrer Charakterisierung ein initialer Satz für die ersten Gewichtungsfaktoren wie beschrieben bestimmt werden und sodann können mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne weitere erste Analysesignale empfangen werden, wobei beispielsweise eine Empfangsbandbreite auf eine Bandbreite der ersten Störquelle eingeschränkt werden kann, die Aufnahme gemittelt werden kann und/oder die Mittelungsdauer derart angepasst werden kann, dass ein vorgegebener Mindest-INR resultiert.
Dadurch kann die erste Störquelle detaillierter berücksichtigt werden, sodass deren Einfluss im zuverlässiger unterdrückt werden kann. Dasselbe gilt analog auch für die Analyse der zweiten Störquelle sowie gegebenenfalls weiterer Störquellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Variationsverfahren oder ein lineares Optimierungsverfahren oder ein Verfahren gemäß der Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt, insbesondere mittels der Entstörungseinrichtung, um den Einfluss der ersten Störquelle zu minimieren und/oder um den Einfluss der ersten Störquelle mit der zweiten Störquelle zu minimieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird basierend auf den ersten Analysesignalen wenigstens eine erste Kenngröße der ersten Störquelle bestimmt, insbesondere um die erste Störquelle zu charakterisieren, und die ersten Gewichtungsfaktoren werden abhängig von der wenigstens einen ersten Kenngröße bestimmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird basierend auf der Kombination der zweiten Analysesignale mindestens eine zweite Kenngröße der zweiten Störquelle bestimmt, insbesondere um diese zu charakterisieren, und die zweiten Gewichtungsfaktoren werden abhängig von der wenigstens einen zweiten Kenngrö-ße bestimmt.
Die wenigstens eine erste Kenngröße und/oder die wenigstens eine zweite Kenngröße können dabei beispielsweise einen spektralen Bereich, eine Mittenfrequenz, eine Ortsabhängigkeit und/oder eine Zeitabhängigkeit der jeweiligen ersten beziehungsweise zweiten Störquelle betreffen oder beinhalten.
So kann insbesondere die Art der jeweiligen Störquelle berücksichtigt werden, um möglichst effektive oder effiziente Optimierungsalgorithmen auszuwählen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Störquelle um eine näherungsweise frequenz-diskrete, also näherungsweise monofrequente, Störquelle und bei der zweiten Störquelle handelt es sich um eine rauschartige oder breitbandige Störquelle.
Mit anderen Worten kann es sich bei der ersten Störquelle um eine sogenannte Continuous-Wave-Störquelle, also CW-Störquelle, handeln. Die frequenz-diskrete Störquelle ist dabei insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihr Emissionsspektrum nur in einem vorgegebenen schmalen Frequenzbereich größer ist als eine vorgegebene Mindestamplitude, während eine rauschartige Störquelle dadurch gekennzeichnet ist, dass diese ein breiteres Emissionsspektrum aufweist. Mit anderen Worten emittiert die frequenz-diskrete Störquelle im Wesentlichen bei einer definierten Frequenz, während die rauschartige Störquelle in einem breiten Frequenzband emittiert. Was hierbei als breit und schmal beziehungsweise im Wesentlichen konstant oder diskret angesehen werden kann, hängt von den im Einzelnen eingesetzten Frequenzen ab. Beispielsweise können Störquellen, die mit einer Bandbreite von weniger als 1 kHz oder weniger als 500 Hz oder weniger als 100 Hz oder weniger als 50 Hz oder weniger als 10 Hz als näherungsweise frequenzdiskret angesehen werden. Als rauschartig können beispielsweise Störquellen mit einer Bandbreite von mehr als 1 kHz oder mehr als 5 kHz oder mehr als 10 kHz angesehen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden während der Analysephase eine oder mehrere weitere frequenz-diskrete Störquellen identifiziert und die ersten Gewichtungsfaktoren werden derart bestimmt, dass der Einfluss der einen oder mehreren weiteren frequenz-diskreten Störquellen wenigstens teilweise unterdrückt wird.
Dabei kann insbesondere vorgegangen werden, wie bezüglich der ersten Störquelle erläutert. Insbesondere können die erste Störquelle und die eine oder mehrere frequenz-diskrete Störquelle in aufeinanderfolgenden iterativen Schritten analysiert und deren Einfluss entsprechend unterdrückt werden.
Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, die erste Störquelle sowie die einen oder mehreren weiteren frequenz-diskreten Störquellen vor der als rauschartige Störquelle identifizierten zweiten Störquelle zu analysieren und deren Einfluss zu unterdrücken und erst danach den Einfluss der zweiten Störquelle zu analysieren und zu unterdrücken.
Dies kann insbesondere deshalb vorteilhaft sein, weil frequenz-diskrete Störquellen typischerweise mit einer relativ hohen Energie emittieren, sodass diese auch bei einem relativ hohen Anteil an Hintergrundrauschen, verursacht durch thermisches Hintergrundrauschen und/oder die rauschartigen Störquellen, identifiziert werden können. Nachdem die zweite Störquelle analysiert und deren Einfluss unterdrückt wurde, können gegebenenfalls weitere Einflüsse der ersten Störquelle und der einen oder mehreren weiteren frequenz-diskreten Störquelle weiter unterdrückt werden, wenn diese beispielsweise durch Reduktion des Einflusses der zweiten Störquelle erst jetzt ausreichend erkennbar sind.
Auf diese Weise kann eine möglichst vollständige Unterdrückung der Einflüsse einer Vielzahl von frequenz-diskreten und/oder rauschartigen Störern erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird basierend auf den ersten Analysesignalen eine erste Störbandbreite der ersten Störquelle bestimmt. Mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne wird jeweils ein weiteres erstes Analysesignal empfangen, wobei eine Empfangsbandbreite zum Empfangen der weiteren ersten Analysesignale abhängig von der ersten Störbandbreite festgelegt wird. Die ersten Gewichtungsfaktoren werden basierend auf den weiteren ersten Analysesignalen bestimmt.
Dadurch kann also die Empfangsbandbreite auf die erste Störbandbreite der ersten Störquelle angepasst werden, um eine möglichst detaillierte Analyse und dementsprechend eine möglichst vollständige Unterdrückung des Einflusses der ersten Störquelle zu erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird basierend auf den zweiten Analysesignalen eine zweite Störbrandbreite der zweiten Störquelle bestimmt und mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne wird jeweils ein weiteres zweites Analysesignal empfangen, wobei eine Empfangsbandbreite zum Empfangen der weiteren zweiten Analysesignale abhängig von der zweiten Störbandbreite festgelegt wird. Die zweiten Gewichtungsfaktoren werden basierend auf den weiteren zweiten Analysesignalen bestimmt.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein MRT-System angegeben, das eine Hauptempfangsantenne und wenigstens eine außerhalb eines Untersuchungsbereichs des MRT-Systems angeordnete Hilfsempfangsantenne aufweist, um während einer Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne jeweils ein erstes Analysesignal zu empfangen. Das MRT-System weist eine Entstörungseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den ersten Analysesignalen eine erste Störquelle zu bestimmen und erste Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne zu bestimmen, um einen Einfluss der ersten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken. Dabei ist die Entstörungseinrichtung dazu eingerichtet, gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren eine Kombination von zweiten Analysesignalen zu erzeugen, wobei während der Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne jeweils eines der zweiten Analysesignale empfangen wird, und basierend auf der Kombination der zweiten Analysesignale eine zweite Störquelle zu bestimmen. Die Entstörungseinrichtung ist dazu eingerichtet, zweite Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne zu bestimmen, um den Einfluss der ersten Störquelle und einen Einfluss der zweiten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken. Die Entstörungseinrichtung ist dazu eingerichtet, ein entstörtes Magnetresonanzsignal als Kombination eines Magnetresonanzsignals mit Störsignalen zu erzeugen, wobei während einer nach der Analysephase liegenden Untersuchungsphase mittels der Hauptempfangsantenne das Magnetresonanzsignal empfangen wird und während der Untersuchungsphase mittels der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne jeweils eines der Störsignale empfangen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des MRT-Systems nach dem verbesserten Konzept weist dieses eine Sendeantenne auf sowie eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Sendeantenne derart anzusteuern, dass diese während der Untersuchungsphase wenigstens einen Anregungspuls in den Untersuchungsbereich aussendet und/oder während der Analysephase keine elektromagnetische Strahlung aussendet.
Weitere Ausführungsformen des MRT-Systems nach dem verbesserten Konzept folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere ist ein MRT-System gemäß dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet oder programmiert, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder es führt ein solches Verfahren durch.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben. Bei Ausführung des Computerprogramms beziehungsweise der Befehle durch ein MRT-System nach dem verbesserten Konzept bewirken die Befehle, dass das MRT-System ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept ausführt.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein computerlesbares Speichermedium angegeben, das ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept speichert.
Das Computerprogramm sowie das computerlesbare Speichermedium können als Computerprogrammprodukte mit den Befehlen aufgefasst werden.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen und/oder die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines MRT-Systems gemäß dem verbesserten Konzept;
2 eine schematische Darstellung eines Teils einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines MRT-Systems nach dem verbesserten Konzept; und
3 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines MRT-Systems 1 gemäß dem verbesserten Konzept.
Das MRT-System 1 weist eine Magneteinheit 10 mit einem Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld zur Ausrichtung von Kernspins einer Probe, beispielsweise eines Patienten 100, in einem Untersuchungsbereich oder Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich zeichnet sich durch ein äußerst homogenes statisches Magnetfeld auf, wobei die Homogenität insbesondere die Magnetfeldstärke beziehungsweise deren Betrag betrifft. Der Aufnahmebereich ist beispielweise nahezu kugelförmig und in einem Patiententunnel 16 positioniert, der sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. Bei dem Feldmagneten 11 kann es sich beispielsweise um einen supraleitenden Magneten handelt, der magnetische Felder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3 T oder mehr bereitstellen kann. Für geringere Feldstärken können jedoch auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden. Eine Patientenliege 30 kann in dem Patiententunnel 16 von einer Verfahreinheit 36 bewegbar sein.
Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Aufnahmebereich dem statischen Magnetfeld ortsabhängige Magnetfelder in den drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 können beispielsweise als Spulen aus normalleitenden Drähten ausgestaltet sein, die beispielsweise zueinander orthogonale Felder oder Feldgradienten in dem Aufnahmebereich erzeugen können.
Die Magneteinheit 10 kann als Sendeantenne beispielsweise eine Körperspule 14 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, ein über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in den Untersuchungsbereich abzustrahlen. Die Körperspule 14 kann in manchen Ausführungsformen auch dazu genutzt werden, von dem Patienten 100 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben. Die Körperspule 14 kann in solchen Ausführungsformen also als Hauptempfangsantenne sowie als Sendeantenne dienen.
Das MRT-System 1 weist eine Steuereinheit 20 auf, die die Magneteinheit 10 mit verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 versorgen kann und die empfangenen Signale auswerten kann. Die Steuereinheit 20 kann beispielsweise eine Gradientensteuerung 21 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zuleitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die gewünschten Gradientenfelder in dem Untersuchungsbereich bereitstellen können.
Die Steuereinheit 20 kann auch eine Hochfrequenzeinheit 22 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, Hochfrequenzpulse oder Anregungspulse mit vorgegebenen zeitlichen Verläufen, Amplituden und spektraler Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 100 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt eingesetzt werden. Die Anregungspulse können über die Körperspule 14 oder über eine oder mehrere lokale Sendeantennen in den Patienten 100 abgestrahlt werden. Die Steuereinheit 20 kann auch eine Steuerung 23 enthalten, die über einen Signalbus 25 mit der Gradientensteuerung 21 und der Hochfrequenzeinheit 22 kommunizieren kann.
Optional kann in der unmittelbaren Umgebung des Patienten 100, beispielsweise auf dem Patienten 100 oder in der Patientenliege 30, eine Lokalspule 50 angeordnet sein, die über eine Anschlussleitung 33 mit der Hochfrequenzeinheit 22 verbunden sein kann. Je nach Ausgestaltungsform kann die Lokalspule 50 alternativ oder zusätzlich zur Körperspule 14 als Hauptempfangsantenne dienen.
Das MRT-System 1 weist außerdem wenigstens eine Hilfsempfangsantenne 60 auf, die außerhalb des Untersuchungsbereichs, insbesondere außerhalb des Patiententunnels 16, angeordnet ist. Im Beispiel von 1 sind beispielsweise vier Hilfsempfangsantennen 60 an einem Rand der Öffnung des Patiententunnels 16 angeordnet, die an den Ecken eines Quadrats angeordnet sein können, das der kreisförmigen Öffnung eingeschrieben ist, sodass die Ecken auf dem Rand der Öffnung zu Liegen kommen. Es sind jedoch auch andere Anordnungen der einen oder mehreren Hilfsempfangsantennen 60 möglich.
Die Hilfsempfangsantennen 60 stehen in einer Signalverbindung mit einem Empfänger 70 der Steuereinheit 20, wobei der Empfänger 70 eine Entstörungseinrichtung 72 beinhaltet, wie beispielsweise in 2 schematisch dargestellt.
Die Hilfsempfangsantennen 60 können jeweils eine Rundumempfangscharakteristik aufweisen, können aber wenigstens zum Teil auch als Dipolantennen ausgestaltet sein und sich gegenseitig durch unterschiedliche Ausrichtung zu einer Rundumcharakteristik ergänzen. Es ist aber auch denkbar, dass eine einzige Hilfsempfangsantenne 60 vorgesehen ist, die beispielsweise eine Rundumcharakteristik aufweist und insbesondere als Kreuzdipol ausgestaltet sein kann.
Der Patient 100 kann, je nach Abmessung des Patiententunnels 16, durch seine endliche Leitfähigkeit als Seele eines Koaxialleiters wirken, dessen Mantel durch eine Wand des Patiententunnels 16 gegeben ist, und so ein an einem Beinende oder Kopfende in den Patienten 100 eingekoppeltes elektromagnetisches Signal in den Untersuchungsbereich weiterleiten. Werden die Hilfsempfangsantennen 60 beispielsweise in der Nähe der Öffnung des Patiententunnels 16 angeordnet, kann dadurch der Einfluss von externen Störern besonders effektiv kompensiert werden.
In 2 ist ein Teil des MRT-Systems 1 aus 1 gezeigt, wobei insbesondere der Empfänger 70 schematisch dargestellt ist.
Der Empfänger 70 kann beispielsweise eine Summationseinrichtung 71 aufweisen, welche die von der Körperspule 14 und/oder der Lokalspule 50 sowie die von den Hilfsempfangsantennen 60 eingehenden Signale mit Parametern gewichten kann, wobei die Parameter auch komplex sein können, um eine Phasenverschiebung anzugeben. In einem analog ausgestalteten Empfänger 70 kann dies beispielsweise durch einen einstellbaren Verstärker in Verbindung mit einem einstellbaren Phasenschieber erfolgen. Ein Realteil eines Parameters entspricht dann einem Verstärkungsfaktor und ein Imaginärteil des Parameters entspricht der Phasenverschiebung. Nach der Gewichtung werden die Signale entsprechend summiert. Es sind aber auch andere, insbesondere nicht-lineare, Signaloperationen zur Kombination der Einzelsignale denkbar.
Die Entstörungseinrichtung 72 erhält das kombinierte Signal und beispielsweise auch die einzelnen Signale der Lokalspule 50 und/oder der Körperspule 14 beziehungsweise der Hilfsempfangsantennen 60.
Das MRT-System 1 kann in einer Umgebung mit mehreren Störern die Gewichtungsfaktoren der einzelnen Hilfsempfangsantennen 60 zur Störunterdrückung ermitteln. Um dies genauer zu erläutern, wird die Funktionsweise des MRT-Systems 1 unter Bezugnahme auf 3 anhand einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept genauer erläutert.
Im Schritt S1 wird während einer Analysephase mittels der Körperspule 14 oder der Lokalspule 50 und der Hilfsempfangsantennen 60 jeweils ein erstes Analysesignal empfangen, wobei während der Analysephase durch die Körperspule 14 oder eine sonstige Sendeantenne des MRT-Systems 1 kein Anregungspuls in den Untersuchungsbereich gesendet wird.
In Schritt S2 kann die Entstörungseinrichtung 72 basierend auf den ersten Analysesignalen eine erste Störquelle, beispielsweise eine frequenz-diskrete Störquelle, identifizieren und gegebenenfalls charakterisieren, indem beispielsweise ihre Mittenfrequenz bestimmt wird.
Optional kann in Schritt S3 mittels der Hauptempfangsantenne 14, 50 und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne 60 jeweils ein weiteres erstes Analysesignal empfangen werden, wobei die Empfangsbandbreite auf eine erste Störerbandbreite der ersten Störquelle eingeschränkt wird.
In Schritt S4 kann die Entstörungseinrichtung 72 basierend auf den ersten Analysesignalen oder den weiteren ersten Analysesignalen erste Gewichtungsfaktoren für die Summationseinrichtung 71 ermitteln, indem sie beispielsweise die Energie des kombinierten Signals minimiert.
In Schritt S5 können beispielsweise erneut weitere Analysesignale mittels der Hauptempfangsantenne 14, 50 und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne 60 empfangen werden, um zu überprüfen, ob bei Anwendung der aktuellen Gewichtungsfaktoren weitere frequenz-diskrete Störer oder Störquellen erkennbar sind. Gegebenenfalls können die Schritte S1 bis S5 dementsprechend iterativ wiederholt werden, um möglichst alle frequenz-diskreten Störquellen zu identifizieren und deren Einfluss zu minimieren.
In Schritt S6 wird während der Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne 50, 14 und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne 60 jeweils ein zweites Analysesignal empfangen und gemäß den aktuellen Gewichtungsfaktoren, die in den Schritten S1 bis S5, gegebenenfalls iterativ, identifiziert wurden, mittels der Summationseinrichtung 71 entsprechend ein kombiniertes Signal erzeugt. In Schritt S7 werden nun die Gewichtungsfaktoren wiederum optimiert, um neben den frequenz-diskreten Störquellen eine zweite, rauschartige Störquelle zu unterdrücken.
In Schritt S8 kann dann geprüft werden, ob weitere rauschartige Störquellen vorhanden sind oder nach Kompensation des Einflusses der zweiten Störquelle wieder der Einfluss frequenz-diskreter Störquellen erkennbar ist. Je nach Ergebnis können dann die Schritte S6 bis S8 und/oder S1 bis S5 iterativ wiederholt werden, bis in Schritt S8 festgestellt wird, dass keine frequenz-diskreten Störquellen mehr identifizierbar sind und auch das Rauschniveau unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.
Schlussendlich werden in dieser iterativen Weise also finale Gewichtungsfaktoren für die Summationseinrichtung 71 bestimmt, die in Schritt S9 in einer auf die Analysephase folgende Untersuchungsphase verwendet werden können, um eine Kombination aus einem mittels der Hauptempfangsantenne 14, 50 empfangenen Magnetresonanzsignal aus dem Untersuchungsbereich und mittels der Hilfsempfangsantennen 60 empfangenen Störsignalen zu erzeugen und so ein entstörtes Magnetresonanzsignal zu erzeugen, indem der Einfluss der Störsignale auf das Magnetresonanzsignal unterdrückt wird. Der Empfänger 70 kann das so erhaltene entstörte Magnetresonanzsignal zur Bildgebung an die Steuerung 23 weitergeben.
Die beschriebene Störquellenunterdrückung kann auch mit einer einzigen Hilfsempfangsantenne 60 ausgeführt werden. Umgekehrt ist es möglich, dass der Empfänger 70 mehrere Kanäle aufweist oder mehrere Empfänger 70 in dem MRT-System 1 vorgesehen sind, um Magnetresonanzsignale mehrerer Hauptempfangsantennen 14, 50 zu entstören. Dabei ist es denkbar, dass die Signale der Hilfsempfangsantennen 60 von mehreren Empfängern 70 beziehungsweise Kanälen des oder der Empfänger 70 zur Störunterdrückung genutzt werden.
Wie beschrieben, insbesondere bezüglich der Figuren, wird durch das verbesserte Konzept also eine Möglichkeit zur Störungsreduzierung beim Betrieb eines MRT-Systems angegeben, durch das die Anforderungen an Abschirmvorrichtungen reduziert werden können und das eine zuverlässigere und effektivere Unterdrückung von Störeinflüssen erlaubt.
Da MRT-Systeme nach dem verbesserten Konzept ohne Abschirmkabinen oder mit weniger aufwändigen Abschirmkabinen auskommen, können die Kosten der Installation und insbesondere die Neuaufstellung eines Geräts an einem anderen Ort erheblich verringert werden, da die Installation wesentlich weniger von dem Gebäude abhängt, in dem es installiert wird.
Externe Störquellen können grundsätzlich zeitvariant und/oder frequenzvariant sein. Außerdem können sie modenvariant sein, sodass die Feldverteilung, die an dem MRT-System ankommt, seine Verteilung räumlich ändern kann, beispielsweise wenn die Störquelle sich bewegt oder wenn sich zwischen der Störquelle und dem MRT-System andere bewegliche Objekte befinden. Durch das verbesserte Konzept können zeitvariante, frequenzvariante und/oder modenvariante Signale aufgenommen und von dem MR-Nutzsignal subtrahiert werden. Anders als bei Mobilfunksignalen ist das MR-Signal ein analoges Sensorsignal, das selbst keine Codierung trägt, welche zur Verbesserung des Störabstandes genutzt werden könnte.
Die Lokalspulen im Patiententunnel sind von der Umgebung mit zirka 20 bis 50 dB entkoppelt, da der Patiententunnel als Cut-off-Hohlleiter wirkt, jedenfalls bei Systemen mit einem statischen Magnetfeld von bis zu 3 T, und die Ausbreitung einer Welle vom Eintritt in den Patiententunnel bis zur Lokalspule so bereits unterdrückt wird. Die Effektivität der Unterdrückung steigt mit sinkender Frequenz bei gleichem Durchmesser des Patiententunnels. Allerdings wirkt der Patient, dessen Gewebe leicht leitfähig ist, als Monopolantenne, die aus dem Patiententunnel herausragt und bildet so zusammen mit Mantelstrukturen eine Koaxialstruktur. Somit können Störungen aufgefangen und zur Lokalspule geleitet werden. Ähnliche Effekte können durch die Spulenverkabelung, die aus dem Patiententunnel herausragt, verursacht werden. Durch das verbesserte Konzept können solche Effekte kompensiert oder abgeschwächt werden.
Das verbesserte Konzept verfolgt insbesondere einen Ansatz zum Erfassen von Störquellen vor der eigentlichen MR-Messung durch die Hilfsempfangsantennen, was insbesondere für statische Störer sehr effektiv ist. So können in einer Multi-Störerumgebung die Gewichte der einzelnen Hilfsempfangsantennen zur Störerunterdrückung auf die Hauptempfangsantennen ermittelt werden.
In einem ersten Schritt wird beispielsweise die gesamte relevante Bandbreite durch einen breitbandigen Scan erfasst. Dieser Scan kann bereits auf die nachfolgenden Messungen hin optimiert werden, indem die Parameter für die nachfolgenden Sequenzen einbezogen werden, beispielsweise Bandbreite, Pixelbandbreite, Mittelungsfaktoren und so weiter. Falls diese Parameter nicht verfügbar sind, beispielsweise weil die Untersuchung noch nicht geplant ist oder weil dies als zu kompliziert erscheint, kann mit Standardparametern gestartet werden. Dabei kann eine Bandbreite von typischerweise 100 kHz bis 250 kHz oder bis 500 kHz abgetastet werden. Die Auflösebandbreite kann in der Größenordnung der typischen Pixelbandbreite liegen, also beispielsweise von 10 bis 200 Hz/Pixel. Um die zeitliche Konstanz der Störer in der Umgebung zu beurteilen, kann der Scan auch mehrfach beziehungsweise auch zwischen den einzelnen Messungen wiederholt werden.
Danach können die Störer grob klassifiziert werden, beispielsweise indem deren Anzahl bestimmt wird, ob sie im Frequenzraum und/oder im Ortsraum zeitlich konstant sind beziehungsweise, ober deren Spektralbereich konstant ist. Diese Eigenschaften können genutzt werden, um geeignete Strategien und Algorithmen für die Störerunterdrückung auszuwählen.
Das Ergebnis wird sodann beispielsweise spektral analysiert. Frequenz-diskrete Störer oder monofrequente Störer, die über dem Rauschlevel liegen, können hinsichtlich ihrer zeitlichen Konstanz analysiert werden, insbesondere unter Nutzung mehrfacher Pre-Sans. Falls die Störfrequenzen konstant sind, können die Anzahl der Störer, die einen bestimmten Mindest-INR aufweisen, sowie deren entsprechende Mittenfrequenzen bestimmt werden. Falls sich die Frequenz leicht ändert, kann die Aufnahmebandbreite entsprechend erweitert werden.
Nun kann optional ein weiterer Scan erfolgen, der den Störer mit einer höheren INR aufnimmt, um die Gewichtungsfaktoren so exakt wie möglich bestimmen zu können. Dabei kann die Bandbreite beispielsweise auf die Bandbreite des Störers eingeschränkt werden und/oder die Aufnahme kann gemittelt werden. Beispielsweise kann auch die Mittelungsdauer so angepasst werden, dass ein bestimmter Mindest-INR erzeugt wird. Nachfolgend werden die Gewichtungsfaktoren ermittelt, die es ermöglichen, jeden dieser Störer zu unterdrücken, insbesondere indem Nullstellen im Fernfelddiagramm der Antennenanordnung aus Hauptempfangsantenne und Hilfsempfangsantennen erzeugt werden.
In Bereichen, die frei von frequenz-diskreten Störern sind, kann das Rauschlevel für rauschartige Störer ermittelt werden. Liegt dieses über einem Referenzmaß, so ist das Rauschlevel wesentlich durch externe Störer und nicht nur durch das thermische Rauschen des Systems selbst verursacht. Es können nun Ausschnitte im Frequenzbereich bestimmt werden, indem das Rauschen ermittelbar ist. Die Gewichtungsfaktoren können so ermittelt werden, dass sie die Rauschstörer unterdrücken. Dabei kann analog vorgegangen werden wie bezüglich der frequenz-diskreten Störer erläutert. Die Ermittlung der Gewichtsfaktoren kann durch Anpassung/Erweiterung der bereits vorher ermittelten Gewichtsfaktoren für die monofrequenten Störer erfolgen oder durch eine Neuberechnung, insbesondere durch das Erzeugen weiterer Nullstellen im Fernfelddiagramm, ohne die bereits vorher erzeugten Nullstellen aufzuheben.
Die genannten Schritte können iterativ durchgeführt werden, sodass nach der Ermittlung der Gewichtungsfaktoren für den ersten Störer erneut ein Spektrum aufgenommen wird, die Störerunterdrückung mit den ermittelten Gewichtsfaktoren darauf angewendet wird und mit dem nächsten Störer weiterverfahren wird.
Das Verfahren birgt beispielsweise den Vorteil, dass viele multifrequente Störer bereits in einem ersten Iterationsschritt unterdrückt werden, beispielsweise unter der Annahme, dass die verschiedenen Frequenzen, die diese aussenden, in der schmalen Bandbreite des Magnetresonanzsignals keine signifikant unterschiedlichen Ausbreitungswege haben. So kann auch erkannt werden, ob die Gewichtungsfaktoren wirklich korrekt zur Störerunterdrückung wirken. Mit dem Verfahren wird eine optimal sensitive Abtastung der Störer-Unterräume erreicht.
Vorteilhaft kann insbesondere sein, zuerst eine Unterdrückung der starken monofrequenten Störer durchzuführen und danach eine Unterdrückung der breitbandigen Rauschsignale. Falls danach durch das Absenken des Rauschniveaus durch das Unterdrücken der rauschartigen Störer erneut monofrequente Störer sichtbar werden, kann das ganze Verfahren ein weiteres Mal iteriert werden. Dabei kann sichergestellt werden, dass bei einer einmaligen Optimierung der Gewichtungsfaktoren der Einfluss der starken Störer nicht dominiert und die restlichen Störer nicht adressiert werden. Der Vorgang kann so oft wiederholt werden, bis ein Spektrum entsteht, das frei von Peaks, also monofrequenten Störern, ist und welches das thermische Rauschen des Systems selbst nur maximal um einen begrenzten Faktor überschreitet. Final können alle Pre-Scans in eine globale Optimierung der Gewichtungsfaktoren eingespeist werden und deren Beitrag kann einzeln gewichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich zum iterativen Verfahren kann eine störerspezifische optimierte Pre-Scan-Datenbank erstellt werden. Beim MR-Scanner-Tune-Up kann zum Beispiel in einer gesonderten Messung die typische Störerumgebung vor Ort erfasst und damit eine Subselektion der Pre-Scan-Datenbank und eventuell die Wiederholrate der Aufnahme festgelegt werden. Damit können die Messzeit und Effizienz für die Erfassung der Störer verbessert werden.
Die beschriebenen Verfahren sind insbesondere für MRT-Systeme ohne HF-Kabine oder mit einer Teilkabine hilfreich, sind jedoch auch für MR-Systeme anwendbar, die von anderen elektronischen Einrichtungen oder benachbarten MRT-Systemen gestört werden. Die Verfahren sind auch vorteilhaft für Kabinen mit niedriger Schirmdämpfung.
Durch das verbesserte Konzept wird ein iterativer Ansatz ermöglicht, um die Gewichtungsfaktoren zu ermitteln, um externe Störer monofrequenter und breitbandiger Art zu unterdrücken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/068687 A2 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Magnetresonanztomographiesystems, das eine Hauptempfangsantenne (14, 50) und wenigstens eine außerhalb eines Untersuchungsbereichs (16) angeordnete Hilfsempfangsantenne (60) aufweist, wobei - während einer Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils ein erstes Analysesignal empfangen wird; - basierend auf den ersten Analysesignalen eine erste Störquelle bestimmt wird und erste Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne (14, 50) und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne (60) bestimmt werden, um einen Einfluss der ersten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken; - während der Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils ein zweites Analysesignal empfangen wird; - gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren eine Kombination der zweiten Analysesignale erzeugt wird und basierend auf der Kombination der zweiten Analysesignale eine zweite Störquelle bestimmt wird; und - zweite Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne (14, 50) und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne (60) bestimmt werden, um den Einfluss der ersten Störquelle und einen Einfluss der zweiten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken; - während einer nach der Analysephase liegenden Untersuchungsphase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) ein Magnetresonanzsignal aus dem Untersuchungsbereich (16) empfangen wird und mittels der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils ein Störsignal empfangen wird; - ein entstörtes Magnetresonanzsignal als Kombination des Magnetresonanzsignals und der Störsignale abhängig von den zweiten Gewichtungsfaktoren erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den zweiten Gewichtungsfaktoren finale Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne (14, 50) und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne (60) bestimmt werden und die Kombination des Magnetresonanzsignals und der Störsignale gemäß den finalen Gewichtungsfaktoren erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Untersuchungsphase mittels einer Sendeantenne (14) des Magnetresonanztomographiesystems (1) wenigstens ein Anregungspuls in den Untersuchungsbereich (16) gesendet wird und das Magnetresonanzsignal in Antwort auf den wenigstens einen Anregungspuls empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der Analysephase mittels der Sendeantenne (14) keine elektromagnetische Strahlung ausgesendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ortsraumbild abhängig von dem entstörten Magnetresonanzsignal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - zum Bestimmen der ersten Gewichtungsfaktoren ein Einfluss der ersten Störquelle auf eine Kombination der ersten Analysesignale gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren minimiert wird; und/oder - zum Bestimmen der zweiten Gewichtungsfaktoren ein Einfluss der ersten Störquelle und ein Einfluss der zweiten Störquelle auf eine Kombination der zweiten Analysesignale gemäß den zweiten Gewichtungsfaktoren minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Variationsverfahren oder ein lineares Optimierungsverfahren oder ein Verfahren gemäß der Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt wird, um den Einfluss der ersten Störquelle zu minimieren und/oder um den Einfluss der ersten und der zweiten Störquelle zu minimieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - basierend auf den ersten Analysesignalen wenigstens eine erste Kenngröße der ersten Störquelle bestimmt wird und die ersten Gewichtungsfaktoren abhängig von der wenigstens einen ersten Kenngröße bestimmt werden; und/oder - basierend auf der Kombination der zweiten Analysesignale wenigstens eine zweite Kenngröße der zweiten Störquelle bestimmt wird und die zweiten Gewichtungsfaktoren abhängig von der wenigstens einen zweiten Kenngröße bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Störquelle als näherungsweise frequenz-diskrete Störquelle identifiziert wird und die zweite Störquelle als rauschartige Störquelle identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass - während der Analysephase eine oder mehrere weitere frequenz-diskrete Störquellen identifiziert werden; - die ersten Gewichtungsfaktoren derart bestimmt werden, dass ein Einfluss der einen oder mehreren weiteren frequenz-diskreten Störquellen wenigstens teilweise unterdrückt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - basierend auf den ersten Analysesignalen eine erste Störbandbreite der ersten Störquelle bestimmt wird; - mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils ein weiteres erstes Analysesignal empfangen wird, wobei eine Empfangsbandbreite zum Empfangen der weiteren ersten Analysesignale abhängig von der ersten Störbandbreite festgelegt wird; und - die ersten Gewichtungsfaktoren basierend auf den weiteren ersten Analysesignalen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - basierend auf den zweiten Analysesignalen eine zweite Störbandbreite der zweiten Störquelle bestimmt wird; - mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils ein weiteres zweites Analysesignal empfangen wird, wobei eine Empfangsbandbreite zum Empfangen der weiteren zweiten Analysesignale abhängig von der zweiten Störbandbreite festgelegt wird; und - die zweiten Gewichtungsfaktoren basierend auf den weiteren zweiten Analysesignalen bestimmt werden.
Magnetresonanztomographiesystem aufweisend - eine Hauptempfangsantenne (14, 50) und wenigstens eine außerhalb eines Untersuchungsbereichs (16) angeordnete Hilfsempfangsantenne (60), um während einer Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils ein erstes Analysesignal zu empfangen; und - eine Entstörungseinrichtung (72), die dazu eingerichtet ist, basierend auf den ersten Analysesignalen eine erste Störquelle zu bestimmen und erste Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne (14, 50) und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne (60) zu bestimmen, um einen Einfluss der ersten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken; wobei - die Entstörungseinrichtung (72) dazu eingerichtet ist, gemäß den ersten Gewichtungsfaktoren eine Kombination von zweiten Analysesignalen zu erzeugen, wobei während der Analysephase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) und der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils eines der zweiten Analysesignale empfangen wird, und basierend auf der Kombination der zweiten Analysesignale eine zweite Störquelle zu bestimmen; und - die Entstörungseinrichtung (72) dazu eingerichtet ist, zweite Gewichtungsfaktoren für die Hauptempfangsantenne (14, 50) und die wenigstens eine Hilfsempfangsantenne (60) zu bestimmen, um den Einfluss der ersten Störquelle und einen Einfluss der zweiten Störquelle wenigstens teilweise zu unterdrücken; und - die Entstörungseinrichtung (72) dazu eingerichtet ist, ein entstörtes Magnetresonanzsignal als Kombination eines Magnetresonanzsignals mit Störsignalen zu erzeugen, wobei während einer nach der Analysephase liegenden Untersuchungsphase mittels der Hauptempfangsantenne (14, 50) das Magnetresonanzsignal empfangen wird und mittels der wenigstens einen Hilfsempfangsantenne (60) jeweils eines der Störsignale empfangen wird.
Magnetresonanztomographiesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetresonanztomographiesystem (1) eine Sendeantenne (14) aufweist sowie eine Steuereinheit (20), die dazu eingerichtet ist, die Sendeantenne (14) derart anzusteuern, dass die Sendeantenne (14) - während der Untersuchungsphase wenigstens einen Anregungspuls in den Untersuchungsbereich (16) aussendet; und/oder - während der Analysephase keine elektromagnetische Strahlung aussendet.
Computerprogrammprodukt mit Befehlen, die bei Ausführung durch ein Magnetresonanztomographiesystem (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14 bewirken, dass das Magnetresonanztomographiesystem (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausführt.