DE102010006431B4 - Vorrichtungen und Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs eines Untersuchungsobjekts und dessen Struktur in einer Magnetresonanzanlage - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs (11) eines Untersuchungsobjekts (4) in einer Magnetresonanzanlage (1), wobei der Teilbereich (11) am Rand (10) eines Gesichtsfelds (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1) angeordnet ist, wobei die Magnetresonanzanlage (1) eine tunnelförmige Öffnung (5) zur Aufnahme des Untersuchungsobjekts (4) aufweist und der Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) einen Mantelbereich (10) entlang einer Innenoberfläche der tunnelförmigen Öffnung (5) umfasst, wobei in dem Mantelbereich (10) das B0-Feld inhomogen ist, mit den folgenden Schritten: – Bestimmen mindestens einer Schichtposition für ein MR-Bild, in der das B0-Feld am Rand (10) des MR-Bildes ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium erfüllt, – Aufnehmen eines MR-Bildes in der bestimmten Schichtposition, wobei das MR-Bild den Teilbereich (11) am Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) beinhaltet, und – Bestimmen der Lage des Teilbereichs (11) des Untersuchungsobjekts (4) durch die Lage des Teilbereichs (11) in dem MR-Bild.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs eines Untersuchungsobjekts und dessen Struktur in einer Magnetresonanzanlage und eine Magnetresonanzanlage hierfür.
• Das messbare Volumen einer Magnetresonanztomographieaufnahme ist aufgrund von physikalischen und technischen Bedingungen, wie z. B. einer beschränkten Magnetfeldhomogenität und einer Nichtlinearität des Gradientenfeldes, in alle drei Raumrichtungen beschränkt. Daher wird ein Aufnahmevolumen, ein sogenanntes Gesichtsfeld oder Field of View (FoV), auf ein Volumen beschränkt, in welchem die oben genannten physikalischen Merkmale innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen und daher eine originalgetreue Abbildung des zu untersuchenden Objekts mit üblichen Messsequenzen möglich ist. Dieses Gesichtsfeld ist jedoch insbesondere in x- und y-Richtung, d. h. senkrecht zu einer Längsachse eines Tunnels einer Magnetresonanzanlage, erheblich geringer als das durch den Ringtunnel der Magnetresonanzanlage beschränkte Volumen. Bei üblichen Magnetresonanzanlagen beträgt ein Durchmesser des Ringtunnels beispielsweise 600 mm, wohingegen der Durchmesser des üblicherweise verwendeten Gesichtsfeldes, in welchem die oben genannten physikalischen Merkmale innerhalb des Toleranzbereichs liegen, näherungsweise 500 mm beträgt.
• Aus der DE 10 2007 027 170 A1 ist ein Magnetresonanzgerät bekannt, welches einen Grundfeldmagneten, der ein Grundmagnetfeld erzeugt, einen Homogenitätsbereich des Grundmagnetfeldes, in dem das Grundmagnetfeld homogen ist, ein maximales reales Messvolumen, das dem Homogenitätsbereich einbeschrieben ist, eine verfahrbare Patientenliege und eine Steuereinheit zur Steuerung der verfahrbaren Patientenliege umfasst. Das maximale Messvolumen weist dabei eine zylindrische Form auf. Mittels der Steuereinheit ist zusammen mit der verfahrbaren Patientenliege ein virtuelles Gesamtmessvolumen erzeugbar, welches größer als das maximale zylindrische reale Messvolumen ist. Durch Aneinanderreihung von Einzeluntersuchungen an verschiedenen Positionen der Patientenliege wird das virtuelle Gesamtmessvolumen erzeugt. Beispielsweise ist das virtuelle Gesamtmessvolumen in z-Richtung dreimal so groß wie das zylindrische reale Messvolumen.
• Darüber hinaus wird in der DE 10 2004 026 616 B4 ein Verfahren zum Messen eines Untersuchungsbereichs mit einem Magnetresonanzgerät offenbart, wobei der Untersuchungsbereich größer ist als ein Maximalaufnahmebereich des Magnetresonanzgeräts. Bei dem Verfahren wird ein Planungsdatensatz erzeugt und der Untersuchungsbereich anhand des Planungsdatensatzes festgelegt. Mittels einer Recheneinheit des Magnetresonanzgeräts wird der Untersuchungsbereich automatisch in eine Mehrzahl von Aufnahmebereichen zerlegt, wobei der Maximalaufnahmebereich eine obere Grenze für die Ausmaße der Aufnahmebereiche ist. Weiterhin wird ein Messprotokoll erstellt, welches eine erste Gruppe von Messprotokollparametern, die für alle Aufnahmebereiche gelten, und weitere Gruppen von spezifisch für jeweils einen Aufnahmebereich geltenden Messparametern umfasst. Mithilfe des Messprotokolls werden die Aufnahmebereiche nacheinander innerhalb des Maximalaufnahmevolumens automatisch positioniert und jeweils ein Messdatensatz für jeden Aufnahmebereich erzeugt. Mithilfe der Recheneinheit und mithilfe der Messparameter des Messprotokolls werden die Messdatensätze zu einem Gesamtmessdatensatz des Untersuchungsbereichs zusammengesetzt.
• Die DE 196 27 503 A1 betrifft ein Magnetresonanzgerät, welches Mittel zum Erzeugen eines zeitlich konstanten Hauptmagnetfeldes in einer ersten Richtung in einem Abbildungsvolumen umfasst. Um eine bessere Zugänglichkeit zum Abbildungsvolumen sowohl für den Patienten als auch für den untersuchenden Arzt zu erlauben, sind transversal zur ersten Richtung seitlich des Abbildungsvolumens Mittel zum Erzeugen eines zeitlich konstanten Zusatzmagnetfeldes angeordnet. Dadurch kann bei Vergrößerung des Polabstandes eine Feldabschwächung kompensiert werden und damit die Zugänglichkeit zum Untersuchungsraum oder Abbildungsvolumen des Magnetresonanzgeräts verbessert werden.
• Das Problem, dass im Randbereich des Tunnels der Magnetresonanzanlage keine originalgetreue Abbildung des Messobjekts möglich ist, wird bei reinen Magnetresonanzaufnahmen üblicherweise dadurch gelöst, dass der Bereich des zu untersuchenden Objekts nicht am Rand des Tunnels, sondern möglichst im Zentrum des Tunnels, dem sogenannten Isozentrum der Magnetresonanzanlage, angeordnet wird. Neben Magnetresonanzanlagen werden zunehmend sogenannte Hybridsysteme verwendet. Die DE 10 2006 036 572 A1 betrifft beispielsweise ein Hybridsystem zur überlagerten MRI- und PET-Bilddarstellung. Das System hat eine MRI-Röhre, die entlang ihrer Längsrichtung ein erstes Gesichtsfeld aufweist, und eine Vielzahl um die Längsrichtung paarweise gegenüberliegend angeordnete PET-Detektionseinheiten. Die vielen PET-Detektionseinheiten definieren entlang der Längsrichtung ein zweites Gesichtsfeld und ihre Anordnungsdichte entlang der Längsrichtung ist so optimiert, dass das zweite Gesichtsfeld im Wesentlichen mit dem ersten Gesichtsfeld übereinstimmt. Bei Hybridsystemen, wie z. B. einem Hybridsystem bestehend aus einem Magnetresonanztomographen und einem Positronenemissionstomographen, einem sogenannten MR-PET Hybridsystem, ist es jedoch häufig von entscheidender Bedeutung, Strukturen auch im Randbereich möglichst genau zu bestimmen. Bei einem MR-PET Hybridsystem ist beispielsweise die humane Schwächungskorrektur von entscheidender Bedeutung. Die humane Schwächungskorrektur ermittelt die Intensitätsabschwächung der nach einer Interaktion von Positronen und Elektronen ausgesandten Photonen auf ihrem weg durch absorbierendes Gewebe zum Detektor und korrigiert das empfangene Signal um eben diese Abschwächung. Hierfür wird eine Magnetresonanzaufnahme erfasst, die die komplette Anatomie des zu untersuchenden Objekts in Richtung der durch die Positronenemissionstomographie ausgesandten hochenergetischen Photonen abbildet. Dies bedeutet, dass die Anatomie des zu untersuchenden Objekts auch in dem Randbereich des Tunnels des Hybridsystems möglichst genau zu erfassen ist. Die in diesem Bereich befindlichen Strukturen sind bei einem zu untersuchenden Patienten beispielsweise vor allem die Arme, welche in dem Randbereich nahe einer Tunnelinnenwand des Hybridsystems angeordnet sein können.
• In dem Stand der Technik wurde daher von Delso et al ein Verfahren vorgeschlagen, um die aufgrund der Gesichtsfeldbeschränkung fehlenden Informationen im MR Bild durch Segmentierung der Körperkonturen unter Verwendung unkorrigierter PET Daten zu kompensieren (G. Delso, et al, Impact of limited MR field-of-view in simultaneous PET/MR acquisition, Journal of Nuclear Medicine Meeting Abstracts, 2008, 49, S. 162). Da das Gesichtsfeld einer Magnetresonanzanlage auf ein Volumen beschränkt ist, in dem die Magnetfeldinhomogenität und die Nichtlinearität des Gradientenfeldes innerhalb von spezifizierten Bereichen liegt, werden in dem Stand der Technik verschiedene Korrekturalgorithmen bereitgestellt, um das Gesichtsfeld zu erweitern. So wird beispielsweise in Langlois S. et al, MRI Geometric Distortion: a simple approach to correcting the effects of non-linear gradient fields, Journal of Magnetic Resonance Imaging 1999, 9 (6), S. 821–831 und in Doran et al, A complete distortion correction for MR images, I. Gradient warp correction, Phys Med Biol, 2005, 50 (7), S. 1343–1361 eine Gradientenverzeichniskorrektur vorgeschlagen. Weiterhin wird in Reinsberg et al, A complete distortion correction for MR images: II. Rectification of static-field inhomogeneities by similarity-based Profile mapping, Phys Med Biol, 2005, 50 (11), S. 2651–2661 eine entsprechende Bo-Feld Korrektur vorgeschlagen.
• Eine spezielle Gesichtfelderweiterung für eine Anwendung bei einer Ganzkörper MR-PET ist jedoch in dem Stand der Technik nicht bekannt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine insbesondere für eine Ganzkörper MR-PET geeignete originalgetreue Abbildung von Strukturen eines zu untersuchenden Objekts in einem Bereich außerhalb des üblichen Gesichtsfelds, d. h. beispielsweise in einem Randbereich eines Ringtunnels der Magnetresonanzanlage, bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs eines Untersuchungsobjekts in einer Magnetresonanzanlage nach Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 13, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 16 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs eines Untersuchungsobjekts, wie z. B. eines Patienten, in einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Der Teilbereich des Untersuchungsobjekts ist am Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage angeordnet. Bei dem Verfahren wird mindestens eine Schichtposition für ein MR Bild automatisch bestimmt, in der das B₀ Feld am Rand des MR Bilds ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium erfüllt. Weiterhin wird ein MR Bild in der bestimmten Schichtposition aufgenommen, welches den Teilbereich am Rand des Gesichtsfelds beinhaltet. Die Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts wird durch die Lage des Teilbereichs in dem aufgenommenen MR Bild automatisch bestimmt.
• Die eingangs erwähnten physikalischen und technischen Bedingungen, beispielsweise eine Magnetfeldinhomogenität, herrschen üblicherweise nicht im gesamten Randbereich des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage, sondern sind im Randbereich des Gesichtsfelds in Abhängigkeit von der Position stark unterschiedlich. Indem zunächst einige Schichtpositionen bestimmt werden, in denen das B₀ Feld am Rand des MR Bilds ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium erfüllt, werden einige ausgewählte Schichtpositionen bestimmt, in denen MR Bilder aufgenommen werden, welche auch im Randbereich eine originalgetreue Abbildung des Untersuchungsobjekts liefern können. Da sich bei üblichen Untersuchungsobjekten, wie z. B. einem Patienten, die Teilbereiche des Patienten, welche sich in dem Randbereich befinden, beispielsweise die Arme des Patienten, kontinuierlich in dem Randbereich erstrecken, kann anhand von Informationen aus den zuvor bestimmten MR Bildern an den ausgewählten Schichtpositionen die gesamte Lage dieser Teilbereiche, z. B. der Arme, bestimmt werden. Die Arme des Patienten können beispielsweise als Zylinderstrukturen angesehen werden, sodass einzelne MR Bilder, welche transversale Schichtbildaufnahmen der Arme in beabstandeten Bildaufnahmen darstellen, ausreichen, um die Struktur der Arme insgesamt zu erfassen. Eine Beschränkung auf einzelne und somit wenige Schichten für die aufzunehmenden MR Bilder lässt darüber hinaus bei einer vorgegebenen maximalen spezifischen Absorptionsrate (SAR) höhere Gradientenstärken zu, wodurch eine Verzeichnung in den aufgenommenen Schichten weiter reduziert werden kann.
• Gemäß einer Ausführungsform wird das MR Bild in einer ersten Schichtebene aufgenommen und zum Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR Bild, in der das B₀ Feld am Rand des MR Bilds das vorbestimmte Homogenitätskriterium erfüllt, zuvor ein weiteres MR Bild in einer zweiten Schichtebene aufgenommen. In dem weiteren MR Bild wird mindestens eine Schichtposition für das MR Bild bestimmt, in der der Signalwerte am Rand des weiteren MR Bilds ein vorbestimmte Signalwertkriterium erfüllen. Die zweite Schichtebene kann z. B. eine Koronalebene des Untersuchungsobjekts sein. Die erste Schichtebene kann beispielsweise eine Sagittal- oder Transversalebene des Untersuchungsobjekts sein. Da sich die Magnetfeldstärke des B₀ Feldes am Rand des Gesichtsfelds üblicherweise räumlich periodisch erhöht und erniedrigt, gibt es Positionen, in denen die Feldstärke des B₀ Feldes näherungsweise gleich der Magnetfeldstärke in dem üblicherweise verwendeten Gesichtsfeld bzw. in dem Isozentrum der Magnetresonanzanlage ist. Diese Positionen können beispielsweise in einem MR Bild in einer Koronalebene des Untersuchungsobjekts gefunden werden, indem Signalwerte für den Teilbereich des Untersuchungsobjekts am Rand des Gesichtsfelds erfasst werden. Diese Signalwerte überschreiten beispielsweise nur dann einen vorbestimmten Schwellwert, wenn die Magnetfeldstärke des B₀ Feldes in diesem Bereich näherungsweise dem B₀ Feld im Isozentrum entspricht. Weiterhin können diese Signalwerte auch mit benachbarten Signalwerten verglichen werden und so Schichtpositionen gefunden werden, in denen die Signalwerte am Rand innerhalb eines vorbestimmten Signalwertverhältnisses zu den benachbarten Signalwerten liegen. Die benachbarten Signalwerte können beispielsweise Signalwerte sein, welche in benachbarten Schichten oder weiter in Richtung des Isozentrums liegen. Demzufolge können aus dem MR Bild in der Koronalebene Schichtpositionen für MR Bilder in beispielsweise einer Transversalebene oder Sagittalebene bestimmt werden, in denen das B₀ Feld am Rand des MR Bilds hinreichend homogen ist. Auf diese Art und Weise kann durch die Aufnahme des MR Bildes in der zweiten Schichtebene (z. B. Koronalebene) eine Planung für weitere MR Bilder in der ersten Schichtebene (z. B. Transversalebene) automatisch durchgeführt werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zum Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR Bild, in der das B₀ Feld am Rand des MR Bilds das vorbestimmte Homogenitätskriterium erfüllt, zuvor mehrere MR Bilder in Schichtebenen aufgenommen, welche parallel zu der Schichtebene des MR Bilds sind, beispielsweise mehrere MR Bilder in Sagittal- oder Transversalebenen. Dann werden die Randbereiche der mehreren MR Bilder untersucht und diejenigen der mehreren MR Bilder bestimmt, bei denen Signalwerte am Rand ein vorbestimmtes Signalwertkriterium erfüllen. Dazu können die Signalwerte am Rand beispielsweise mit einem Schwellwert verglichen werden. Die Signalwerte überschreiten beispielsweise nur dann den vorbestimmten Schwellwert, wenn die Magnetfeldstärke des B₀ Feldes in diesem Bereich näherungsweise dem B₀ Feld im Isozentrum entspricht. Weiterhin können diese Signalwerte auch beispielsweise mit benachbarten Signalwerten verglichen werden und so Schichtpositionen gefunden werden, in denen die Signalwerte am Rand innerhalb eines vorbestimmten Signalwertverhältnisses zu den benachbarten Signalwerten liegen. Die benachbarten Signalwerte können beispielsweise Signalwerte sein, welche in benachbarten Schichten oder weiter in Richtung des Isozentrums liegen. Die mehreren MR Bilder können beispielsweise mit einer verringerten Auflösung aufgenommen werden, da sie lediglich zur Planung der eigentlichen MR Bildaufnahme dienen. Die Aufnahmeebenen der mehreren MR Bilder können iterativ gewählt werden, wobei mit einem groben Raster begonnen wird, welches dann iterativ verfeinert wird. Somit können aus den mehreren MR Bildern geeignete Schichtpositionen für die MR Bilder in beispielsweise einer Transversalebene oder Sagittalebene bestimmt werden, in denen das B₀ Feld am Rand des MR Bilds hinreichend homogen ist. Auf diese Art und Weise kann durch die Aufnahmen der mehreren MR Bilder eine Planung für die MR Bilder, in denen das B₀ Feld am Rand des MR Bilds hinreichend homogen ist und welche dann mit höherer Auflösung aufgenommen werden können, automatisch durchgeführt werden.
• In einer weiteren Ausführungsform wird zum Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR Bild, in der das B₀ Feld am Rand des MR Bilds das vorbestimmte Homogenitätskriterium erfüllt, eine B₀ Feldverteilung in dem Gesichtsfeld einschließlich des Randes des Gesichtsfelds bestimmt. Diese Bestimmung kann beispielsweise durch automatisches Ausmessen des B₀ Feldes in dem gesamten Tunnel der Magnetresonanzanlage durchgeführt werden. Die ausgemessenen Werte können dann beispielsweise in einer Steuereinheit der Magnetresonanzanlage gespeichert werden und zum Bestimmen der Schichtposition für das MR Bild ausgewertet werden. Dadurch wird ermöglicht, auch ohne die zuvor beschriebene Messung in beispielsweise der koronalen Schicht, Schichtpositionen für MR Bilder zu bestimmen, welche zur Bestimmung der Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts am Rand des Gesichtsfelds verwendet werden können.
• Wie zuvor beschrieben, kann der Teilbereich des Untersuchungsobjekts eine Struktur eines Patienten, beispielsweise einen Arm des Patienten, umfassen, welche am Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage angeordnet ist. Aufgrund einer Vorkenntnis über die Struktur, beispielsweise der zylinderartigen Struktur des Arms des Patienten, kann die Bestimmung der Lage der Struktur in der Magnetresonanzanlage durch Analysieren der wenigen beabstandet aufgenommenen MR Bilder besonders einfach bestimmt werden.
• Die Magnetresonanzanlage umfasst eine tunnelförmige Öffnung zur Aufnahme des Untersuchungsobjekts und der Rand des Gesichtsfelds umfasst einen Mantelbereich entlang einer Innenoberfläche der tunnelförmigen Öffnung. Der Mantelbereich kann beispielsweise eine Manteldicke von näherungsweise 5 cm aufweisen. Bei einer üblichen Magnetresonanzanlage mit beispielsweise einer tunnelförmigen Öffnung von ca. 60 cm Durchmesser, ist das B₀ Feld üblicherweise in einem kugelförmigen Bereich mit einem Durchmesser von näherungsweise 50 cm homogen. In dem Mantelbereich von beispielsweise 5 cm Dicke erhöht und erniedrigt sich jedoch räumlich periodisch das B₀ Feld erheblich und ist daher dort inhomogen. Indem Schichtpositionen für ein MR Bild bestimmt werden, in denen das B₀ Feld am Rand des MR Bilds homogener als ein vorbestimmter Schwellwert ist, können jedoch auch für den Mantelbereich in den bestimmten Schichtpositionen MR Bilder in beispielsweise einer transversalen Ebene aufgenommen werden. Aus diesen MR Bildern in der Transversalebene kann dann die Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts, beispielsweise eines Arms eines Patienten, durch die Lage des Teilbereichs in den erfassten MR Bildern zuverlässig bestimmt werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographie in Abhängigkeit von der bestimmten Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts bestimmt. Bei einer Positronenemissionstomographie ist eine Berücksichtigung einer Schwächung der empfangenen Strahlung (Photonen) durch die Struktur bzw. Anatomie des Untersuchungsobjekts in Strahlrichtung von entscheidender Bedeutung. Indem die Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts am Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage durch die Lage des Teilbereichs in den bestimmten MR Bildern bestimmt werden kann, ist eine gesamte Bestimmung der Lage und Struktur des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage möglich und somit eine genaue Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographie möglich. Da die Schwächungskorrektur allein auf Informationen aus den MR Bildern basiert, ist eine Positronenemissionstomographie auch mit weniger stark angereicherten PET-Tracern, wie beispielsweise Rubidium, durchführbar.
• Ebenso ermöglicht das Bestimmen der Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts am Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage eine Unterstützung einer Radiotherapieplanung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Magnetresonanzanlage bereitgestellt, welche eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen mit einem Magneten zur Erzeugung eines B₀ Feldes, eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen, und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und Erstellung von MR Bildern umfasst. Die Magnetresonanzanlage ist in der Lage, mindestens eine Schichtposition für ein MR Bild zu bestimmen, in der das B₀ Feld am Rand des MR Bilds ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium erfüllt. Weiterhin ist die Magnetresonanzanlage geeignet, in der bestimmten Schichtposition ein MR Bild aufzunehmen. Das MR Bild beinhaltet einen Teilbereich eines Untersuchungsobjekts am Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage. Aus der Lage des Teilbereichs in dem MR Bild bestimmt die Magnetresonanzanlage die Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage.
• Die Magnetresonanzanlage kann ferner einen Positronenemissionstomographen umfassen und eine Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographie in Abhängigkeit von der bestimmten Lage des Teilbereichs des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage bestimmen.
• Weiterhin kann die Magnetresonanzanlage zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens und seiner Ausführungsformen ausgestaltet sein und umfasst daher die zuvor beschriebenen Vorteile.
• Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, bereit, welches in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung einer Magnetresonanzanlage geladen werden kann. Mit Programmmitteln dieses Computerprogrammprodukts können alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
• Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine CD oder DVD, bereit, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert sind. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in einer Steuereinheit der Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des zuvor beschriebenen Verfahrens mit der Magnetresonanzanlage durchgeführt werden.
• Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
• 1 zeigt schematisch eine Magnetresonanzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 zeigt eine B₀ Feldabweichung in einer transversalen Schichtebene der Magnetresonanzanlage.
• 3 zeigt eine B₀ Feldabweichung in einer sagittalen Schichtebene der Magnetresonanzanlage.
• 4 zeigt eine B₀ Feldabweichung in einer koronalen Schichtebene der Magnetresonanzanlage.
• 5 zeigt eine B₀ Feldabweichung in einer koronalen Schicht nahe dem Isozentrum der Magnetresonanzanlage.
• 6 zeigt ein B₀ Feld mit einem überlagerten Gradientenfeld in einer koronalen Schicht nahe dem Isozentrum der Magnetresonanzanlage.
• 7 zeigt eine Schichtverzeichnung einer koronalen Schicht bei einer Schichtanregung bei einer Schichtposition bei 0 cm.
• 8 zeigt eine Schichtverzeichnung einer koronalen Schicht bei einer Schichtanregung bei einer Schichtposition von 0 mm.
• 9 zeigt eine Schichtverzeichnung einer koronalen Schicht bei einer Schichtanregung bei einer Schichtposition von 35 mm.
• 10 zeigt eine Schichtverzeichnung einer koronalen Schicht bei einer Schichtanregung bei einer Schichtposition von –50 mm.
• 11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs eines Untersuchungsobjekts in einer Magnetresonanzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 1 zeigt eine Magnetresonanzanlage 1, welche den eigentlichen Tomographen 2, einen Untersuchungstisch 3 für einen Patienten 4, welcher sich in einer Öffnung 5 des Tomographen 2 befindet, eine Steuereinheit 6, eine Auswertevorrichtung 7 und eine Antriebseinheit 8 umfasst. Die Steuereinheit 6 steuert den Tomographen 2 an und empfängt Signale von dem Tomographen 2, welche von dem Tomographen 2 aufgenommen werden. Weiterhin steuert die Steuereinheit 6 die Steuereinheit 8 an, um den Untersuchungstisch 3 entlang einer Richtung Z zusammen mit dem Patienten 4 durch die Öffnung 5 des Tomographen 2 zu bewegen. Die Auswertevorrichtung 7 wertet die von dem Tomographen 2 aufgenommenen Signale zur Erstellung eines Magnetresonanzbilds (MR-Bild) aus. Die Auswertevorrichtung 7 ist beispielsweise ein Computersystem mit einem Bildschirm, einer Tastatur, einem Zeigereingabegerät, wie z. B. einer Maus, und einem Datenträger, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen gespeichert sind, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in der Auswertevorrichtung 7 das nachfolgend beschriebene Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs eines Patienten in der Magnetresonanzanlage durchführen.
• Die Magnetresonanzanlage 1 ist in der Lage, innerhalb des Volumens, welches durch die Öffnung 5 im Inneren des Tomographen 2 begrenzt ist, eine Magnetresonanztomographieaufnahme zu erstellen. Aufgrund von physikalisch-technischen Unzulänglichkeiten, wie z. B. einer Magnetfeldinhomogenität eines in Z-Richtung verlaufenden B₀ Feldes und einer Nichtlinearität von Gradientenfeldern, ist das tatsächlich für Magnetresonanzaufnahmen nutzbare Volumen der Magnetresonanzanlage 1 auf beispielsweise das Volumen 9 beschränkt, welches sich kugelförmig im Inneren der Öffnung 5 erstreckt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist insbesondere ein Mantelbereich 10, welcher sich zwischen dem nutzbaren Volumen 9 und einer Innenwand des Tomographen 2 befindet, aufgrund der zuvor beschriebenen physikalisch-technischen Unzulänglichkeit nicht oder nur eingeschränkt nutzbar. Wird die Magnetresonanzanlage 1 zur Bestimmung der Lage und Anatomie des Patienten 4 verwendet, um in Kombination mit einem nicht gezeigten Positronenemissionstomographen verwendet zu werden, ist jedoch eine Bestimmung der kompletten Anatomie des Patienten 4 in Strahlrichtung erforderlich, d. h., dass insbesondere auch die Anatomie des Patienten 4 in dem Mantelbereich 10 benötigt wird, um beispielsweise die Arme des Patienten 4 mit zu erfassen. Aus der erfassten Anatomie des Patienten 4 lässt sich eine humane Schwächungskorrektur bestimmen, welche für die Auswertung der Positronenemissionstomographie von entscheidender Bedeutung ist.
• Ein Verfahren zum Bestimmen der genauen Anatomie des Patienten 4 wird weiter unten unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden. Zuvor werden jedoch unter Bezugnahme auf 2 bis 10 einige Grundlagen erörtert werden, welche zum Verständnis des im Zusammenhang mit 11 beschriebenen Verfahrens bedeutend sind.
• Eine Magnetfeldinhomogenität am äußersten Rand des messbaren Volumens, d. h. im Bereich der Mantelschicht 10 in 1, führt zu einer starken Verkrümmung der zu messenden Schicht. In 2 bis 4 ist eine B₀ Magnetfeldinhomogenität in verschiedenen Ebenen dargestellt. In 2 ist eine B₀ Feldabweichung in einer transversalen Schicht, in 3 eine B₀ Feldabweichung in einer sagittalen Schicht und in 4 eine B₀ Feldabweichung in einer koronalen Schicht dargestellt. In der in 2 gezeigten B₀ Feldabweichung der transversalen Schicht sind drei Linien mit konstanter B₀ Feldabweichung für eine Abweichung um 5 ppm, um 10 ppm und um 50 ppm dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich ist, steigt die Abweichung des B₀ Feldes in dem Mantelbereich 10, insbesondere in den äußersten 5 cm erheblich an. Die Dicke der Mantelschicht, in welcher die B₀ Feldabweichung in einer transversalen Schnittebene erheblich ansteigt, hängt jedoch auch stark von der Position der Transversalschicht in Z-Richtung ab. Dies wird aus den B₀ Feldabweichungen, welche in 3 in der Sagittalebene und in 4 in der Koronalebene dargestellt sind, deutlich. Wie in den 3 und 4 gezeigt, erhöht und erniedrigt sich die Magnetfeldstärke des B₀ Feldes am Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage räumlich-periodisch. Der Grund dafür ist üblicherweise die Anordnung von Magnetfeldspulen in der Magnetresonanzanlage. In dem in 4 gezeigten Fall führen fünf Magnetfeldspulen zu entsprechenden Magnetfelderhöhungen (in der koronalen Darstellung jeweils auf der linken und rechten Seite) nahe dieser Spulen und zu den Magnetfelderniedrigungen zwischen den Magnetfeldspulen. Dadurch ergibt sich das gezeigte periodische Magnetfeldverhalten. Das Magnetfeld ist zwischen den beschriebenen Erhöhungen und Erniedrigungen verhältnismäßig homogen und ermöglicht hier eine Schichtaufnahme in einem erweiterten Gesichtsfeld einschließlich des Rands. Somit gibt es Positionen, in denen die B₀ Feldabweichung in Richtung des äußeren Randes nur sehr gering ist und andere Positionen, in denen die B₀ Feldabweichung bereits in einiger Entfernung vom Rand der Öffnung 5 erheblich abweicht. Wird ein MR Bild in einer Transversalschicht aufgenommen, in welcher die Abweichung des B₀ Feldes in dem Mantelbereich 10 sehr gering ist, so ergibt sich in dieser Schichtposition eine verringerte Schichtverkrümmung, sodass eine originalgetreue Abbildung des Patienten 4 auch in dem Mantelbereich 10 in diesen Schichten möglich ist.
• In den 5 bis 7 wird das Problem der Schichtverkrümmung im Detail dargestellt. In 5 ist eine B₀ Feldabweichung einer koronalen Schicht nahe dem Isozentrum dargestellt. Die B₀ Feldabweichung ist in Form von Linien mit konstanter B₀ Feldabweichung (10 ppm, 20 ppm, 50 ppm, 100 ppm und 150 ppm) dargestellt. Die Darstellung der 5 entspricht im Wesentlichen einer Ausschnittsdarstellung der B₀ Feldabweichung der 4.
• 6 zeigt das B₀ Feld der 5, welches mit einem idealen schichtselektiven Z-Gradienten von 3 mT/m überlagert wird, wobei eine einzelne Transversalschicht im Isozentrum angeregt wird. Wie aus 6 ersichtlich ist, werden Linien gleicher Magnetfeldstärke (2894,1, 2498,2 und 2894,3) im Randbereich, d. h. im Bereich von x = –200 mm bis x = –300 mm stark verkrümmt. Daraus ergibt sich eine in 7 gezeigte starke Schichtverzeichnung am Rand aufgrund der B₀ Feldinhomogenität.
• Unter Bezugnahme auf 8 bis 10 wird deutlich, dass diese Schichtverzeichnung erheblich von der Schichtposition abhängt. 8 zeigt eine Schichtverzeichnung für eine Schichtposition bei Z = 0 mm, wo gemäß 5 und 6 eine starke B₀ Feldabweichung vorherrscht und somit eine starke Krümmung der koronalen Schicht auftritt. 9 zeigt die Schichtverzeichnung einer koronalen Schicht bei einer Schichtanregung einer Schichtposition bei Z = 35 mm, wo gemäß 5 und 6 eine verhältnismäßig geringe B₀ Feldabweichung im Randbereich, d. h. im Mantelbereich 10, besteht. 10 zeigt eine entsprechende Schichtverzeichnung einer koronalen Schicht für eine Schichtanregung bei Z = –50 mm. Weiterhin ist in 9 eine tendenzielle Aufweitung der Schicht und in 10 eine Zusammenstauchung der Schicht am Rand zu erkennen. Eine Aufweitung ist im Allgemeinen einer Zusammenstauchung vorzuziehen, da ansonsten ein Informationsverlust auftreten kann. Dies ist von der Schichtposition und der Gradientenpolarität abhängig.
• Wie im Zusammenhang mit den 2 bis 10 beschrieben wurde, ist es möglich, bei geeigneter Wahl der Schichtpositionen einzelne transversale MR Schichtbildaufnahmen zu erstellen, welche eine originalgetreue Abbildung eines Untersuchungsobjekts, wie z. B. des Patienten 4, bis in den Randbereich des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage ermöglichen. Daher wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es in 11 dargestellt ist, in einem ersten Schritt 101 eine koronale Schicht des Untersuchungsobjekts bzw. des Patienten 4 aufgenommen. Hierbei ist es sinnvoll, für die Ausleserichtung (Readout-Richtung, welche frequenzkodiert ist) der koronalen Schicht die gleiche Richtung zu wählen wie die Schichtauswahlrichtung (Slice-Selection Richtung, welche ebenfalls frequenzkodiert ist) des später im Schritt 103 aufzunehmenden MR Bilds in der Transversalebene. Dadurch wird die Verbiegung des im Schritt 103 aufzunehmenden MR Bilds bereits in der koronalen Schicht sichtbar und ist bei der Planung berücksichtigbar.
• Im Schritt 102 werden dann Schichtpositionen für transversale Schichtbildaufnahmen bestimmt, bei denen eine große Homogenität des B₀ Feldes im Randbereich besteht. Diese Schichtpositionen werden in dem MR Bild der koronalen Schicht bestimmt, indem in dem koronalen Schichtbild Positionen im Mantelbereich 10 gesucht werden, welche einen hohen Signalpegel aufweisen, da an diesen Positionen die Homogenität des B₀ Feldes am höchsten ist. Alternativ oder zusätzlich können die transversalen Schichtpositionen mit großer Homogenität des B₀ Felds im Randbereich auch aus einer vorab bestimmten B₀ Feldverteilung, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit den 2 bis 4 beschrieben wurde, bestimmt werden. Das Ausmessen des B₀ Feldes kann beispielsweise einmalig bei der Herstellung der Magnetresonanzanlage 1 für verschiedene Betriebszustände erfasst werden und in der Steuereinheit 6 oder der Auswertevorrichtung 7 abgelegt werden. Weiterhin ist es möglich, eine 3D Volumenaufnahme zu erfassen und in dieser Aufnahme geeignete transversale Schichtpositionen zu bestimmen.
• Im Schritt 103 werden dann MR Bilder in transversalen Schichten bei den bestimmten Schichtpositionen aufgenommen und im Schritt 104 die Position und der Querschnitt des Untersuchungsobjekts in den aufgenommenen MR Bildern bestimmt. Weiterhin können auch MR Bilder in Ebenen aufgenommen werden, welche schräg verlaufen, d. h. welche sich sowohl in transversaler als auch in sagittaler Richtung erstrecken, um beispielsweise MR Bilder im erweiterten Gesichtsfeld mit größerem Abstand in Z-Richtung vom Isozentrum zu erfassen.
• Unter Einbringung von Vorwissen, wie z. B., dass die Struktur eines Arms des Patienten 4 im Wesentlichen eine zylindrische Struktur ist, welche sich kontinuierlich zwischen mehreren beabstandeten transversalen MR Schichtbildern erstreckt, wird im Schritt 104 zusätzlich die Position und der Querschnitt des Untersuchungsobjekts insgesamt beispielsweise durch Interpolation bestimmt. Im Schritt 105 kann dann unter Berücksichtigung der Position und des Querschnittes des Untersuchungsobjekts 4 eine Schwächungskorrektur für eine PET Aufnahme bestimmt werden. Im Schritt 106 werden dann PET Aufnahmen erfasst und unter Verwendung der zuvor bestimmten Schwächungskorrektur berechnet.
• Bezugszeichenliste

1

Magnetresonanzanlage

2

Tomograph

3

Untersuchungstisch

4

Untersuchungsobjekt, Patient

5

Öffnung

6

Steuereinheit

7

Auswertevorrichtung

8

Antriebseinheit

9

üblicherweise genutztes Gesichtsfeld

10

Mantelbereich

11

Teilbereich eines Untersuchungsobjekts, Arm

101–106

Schritt

Claims (17)

1. Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Teilbereichs (11) eines Untersuchungsobjekts (4) in einer Magnetresonanzanlage (1), wobei der Teilbereich (11) am Rand (10) eines Gesichtsfelds (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1) angeordnet ist, wobei die Magnetresonanzanlage (1) eine tunnelförmige Öffnung (5) zur Aufnahme des Untersuchungsobjekts (4) aufweist und der Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) einen Mantelbereich (10) entlang einer Innenoberfläche der tunnelförmigen Öffnung (5) umfasst, wobei in dem Mantelbereich (10) das B0-Feld inhomogen ist, mit den folgenden Schritten: – Bestimmen mindestens einer Schichtposition für ein MR-Bild, in der das B0-Feld am Rand (10) des MR-Bildes ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium erfüllt, – Aufnehmen eines MR-Bildes in der bestimmten Schichtposition, wobei das MR-Bild den Teilbereich (11) am Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) beinhaltet, und – Bestimmen der Lage des Teilbereichs (11) des Untersuchungsobjekts (4) durch die Lage des Teilbereichs (11) in dem MR-Bild.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das MR-Bild in einer ersten Schichtebene aufgenommen wird, und dass zum Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR-Bild, in der das B0-Feld am Rand des MR-Bildes das vorbestimmte Homogenitätskriterium erfüllt, ein weiteres MR-Bild in einer zweiten Schichtebene aufgenommen wird und in dem weiteren MR-Bild mindestens eine Schichtposition für das MR-Bild bestimmt wird, in der Signalwerte am Rand des weiteren MR-Bilds ein vorbestimmtes Signalwertkriterium erfüllen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schichtebene eine Coronalebene des Untersuchungsobjekts (4) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR-Bild, in der das B0-Feld am Rand des MR-Bildes das vorbestimmte Homogenitätskriterium erfüllt, folgende Schritte ausgeführt werden: Aufnehmen von mehreren MR-Bildern in zu der Schichtebene des MR-Bildes parallelen Schichtebenen, und Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR-Bild in Abhängigkeit von Schichtpositionen derjenigen der mehreren MR-Bilder, bei denen Signalwerte am Rand ein vorbestimmtes Signalwertkriterium erfüllen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Signalwerte am Rand das Signalwertkriterium erfüllen, welche einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Signalwerte am Rand das Signalwertkriterium erfüllen, welche ein vorbestimmtes Signalwertverhältnis zu benachbarten Signalwerten aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der mindestens einen Schichtposition für das MR-Bild, in der das B0-Feld am Rand des MR-Bildes das vorbestimmte Homogenitätskriterium erfüllt, eine B₀ Feldverteilung in dem Gesichtsfeld (9, 10) einschließlich des Randes (10) des Gesichtsfelds (9, 10) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich (11) des Untersuchungsobjekts (4) eine anatomische Struktur (11) eines Patienten (4) umfasst, welche am Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1) angeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die anatomische Struktur (11) einen Arm des Patienten (4) umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelbereich (10) eine Manteldicke von näherungsweise 5 cm aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das MR-Bild in einer Transversalebene aufgenommen wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographie in Abhängigkeit von der bestimmten Lage des Teilbereichs (11) des Untersuchungsobjekts (4) bestimmt wird.
13. Magnetresonanzanlage, wobei die Magnetresonanzanlage (1) eine Steuereinheit (6) zur Ansteuerung eines Tomographen (2) mit einem Magneten zur Erzeugung eines B0-Feldes in einem Gesichtsfeld (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1), und zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen, und eine Auswertevorrichtung (7) zur Auswertung der Signale und Erstellung von MR-Bildern umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (1) eine tunnelförmige Öffnung (5) zur Aufnahme eines Untersuchungsobjekts (4) aufweist und ein Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) einen Mantelbereich (10) entlang einer Innenoberfläche der tunnelförmigen Öffnung (5) umfasst, wobei in dem Mantelbereich (10) das B0-Feld inhomogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (1) derart ausgestaltet ist, dass sie – mindestens eine Schichtposition für ein MR-Bild bestimmt, in der das B0-Feld am Rand (10) des MR-Bildes ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium erfüllt, – ein MR-Bild in der bestimmten Schichtposition aufnimmt, wobei das MR-Bild einen Teilbereich (11) eines Untersuchungsobjekts (4) am Rand (10) des Gesichtsfelds (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1) beinhaltet, und - die Lage des Teilbereichs (11) des Untersuchungsobjekts (4) durch die Lage des Teilbereichs (11) in dem MR-Bild bestimmt.
14. Magnetresonanzanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgestaltet ist.
15. Magnetresonanzanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (1) ferner einen Positronenemissionstomographen umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (1) zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 12 ausgestaltet ist.
16. Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinheit (6, 7) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programmmitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinheit (6, 7) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
17. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinheit (6, 7) einer Magnetresonanzanlage (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchführen.

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