DE19959720B4

DE19959720B4 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts

Info

Publication number: DE19959720B4
Application number: DE19959720A
Authority: DE
Inventors: Stefan Thesen; Edgar Dipl.-Phys. Müller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: DE19959720A1; JP2001187042A; US6509735B2; US20010048306A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts (1) mit einer Shim-Spulenanordnung (7) sowie einer Gradientenspulenanordnung (6), bei dem zum Erzeugen eines Bilddatensatzes von einem abzubildenden Bereich eines Untersuchungsobjekts (4) wenigstens der abzubildende Bereich in einem Abbildungsvolumen (5) des Geräts (1) gelagert wird und bei dem ein initialer Shim-Einstellvorgang durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lageveränderung des abzubildenden Bereichs bezüglich des Abbildungsvolumens (5) erfaßt wird und ein Strom in der Shim-Spulenanordnung (7) entsprechend der erfaßten Lageveränderung angepaßt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts mit einer Shim-Spulenanordnung sowie einer Gradientenspulenanordnung, bei dem zum Erzeugen eines Bilddatensatzes von einem abzubildenden Bereich eines Untersuchungsobjekts wenigstens der abzubildende Bereich in einem Abbildungsvolumen des Geräts gelagert wird und bei dem ein initialer Shim-Einstellvorgang durchgeführt wird.
Bei der Magnetresonanztomographie ist die Homogenität des Grundmagnetfeldes ein entscheidender Faktor für die Qualität der Magnetresonanzbilder. Dabei verursachen Feldinhomogenitäten des Grundmagnetfeldes innerhalb eines Abbildungsvolumens eines Magnetresonanztomographiegeräts geometrische Verzerrungen des Magnetresonanzbildes, die den Feldinhomogenitäten proportional sind. Besonders wichtig ist die Feldhomogenität bei den sogenannten schnellen Pulssequenzen, beispielsweise beim Echoplanarverfahren.
Maßnahmen zur Verbesserung der Grundmagnetfeldhomogenität bezeichnet man als Shim-Maßnahmen. Dabei unterscheidet man passive und aktive Shim-Maßnahmen. Bei der passiven Shim-Maßnahme wird eine Anzahl von Eisenblechen im Untersuchungsraum des Magnetresonanztomographiegeräts in einer geeigneten Anordnung angebracht. Dazu wird das Grundmagnetfeld im Abbildungsvolumen vor dem Anbringen der Eisenbleche vermessen. Aus den gemessenen Werten ermittelt ein Rechenprogramm die geeignete Anzahl und Anordnung der Eisenbleche.
Bei der aktiven Shim-Maßnahme werden Korrekturspulen, sogenannte Shim-Spulen, in einer Shim-Spulenanordnung eingesetzt, die das Grundmagnetfeld homogenisieren. Zum Betrieb der Shim-Spulenanordnung ist ein Netzgerät erforderlich, das sehr konstante und reproduzierbar einstellbare Gleichströme liefert.
Die Shim-Spulenanordnung wird zur Feinkorrektur verwendet, wenn es auf eine sehr hohe Homogenität ankommt, beispielsweise um durch die Suszeptibilität eines Untersuchungsobjekts verursachte Feldverzerrungen zu korrigieren.

Wie beispielsweise aus der Patentschrift DE 195 11 791 C1 bekannt ist, läßt sich das Grundmagnetfeld innerhalb des Abbildungsvolumens mit Koeffizienten von sphärischen harmonischen Funktionen beschreiben. Ferner ist aus vorgenannter Patentschrift bekannt, daß lineare Grundmagnetfeldabweichungen, d.h. Feldstörungen erster Ordnung, dadurch kompensiert werden können, daß man Gradientenspulen mit einem Offset-Strom beaufschlagt. Der Offset-Strom ist ein konstanter Strom, der einem eine Gradientensequenz ausführenden Strom überlagert wird. Zur Kompensation von Feldinhomogenitäten höherer Ordnung ist entsprechend der zu kompensierenden Ordnung jeweils eine im Wesentlichen die entsprechende Feldstörung kompensierende Shim-Spule vorgesehen, die dazu mit einem geeigneten Strom zu beaufschlagen ist. In der Magnetresonanztomographie kommt man im Allgemeinen auch bei hohen Anforderungen mit neun Shim-Spulen aus, so daß zusammen mit den drei Gradientenspulen zwölf sphärische Koeffizienten, die die Feldhomogenität am meisten stören, gegen Null gebracht werden können.

Wegen der feldverzerrenden Wirkung des Untersuchungsobjekts wird im Zuge der Erstellung von Magnetresonanzbildern ein Shim-Einstellvorgang durchgeführt. Dabei werden die Ströme für die einzelnen Shim-Spulen sowie die Offset-Ströme für die Gradientenspulen einmal nach einer Positionierung eines abzubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts im Abbildungsvolumen bestimmt. Entsprechend vorgenannter Patentschrift wird der Shim-Einstellvorgang gemäß den nachfolgend erläuterten Schritten durchgeführt.

In einem ersten Schritt werden zwei dreidimensional ortsaufgelöste Magnetresonanzrohdatensätze in Form zweier dreidimensionaler Rohdatenmatrizen, deren Phasen unterschiedlich sen sitiv auf Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes sind, bestimmt. Dazu gewinnt man mit einer ersten Sequenzfolge mit einer ersten Echozeit die erste Rohdatenmatrix. Dieselbe Sequenzfolge wird nochmals mit einer zweiten Echozeit, die größer ist als die erste Echozeit, wiederholt. Daraus gewinnt man die zweite Rohdatenmatrix. Bei der zweiten Rohdatenmatrix wirken sich Grundmagnetfeldinhomogenitäten stärker auf die Phase der gemessenen Signale aus, da wegen der längeren Echozeit die Grundmagnetfeldinhomogenitäten länger einwirken.

In einem zweiten Schritt werden beide Rohdatenmatrizen einer dreidimensionalen Fouriertransformation unterzogen.

In einem dritten Schritt wird eine dreidimensionale Phasendifferenzmatrix PD ermittelt, indem zwischen entsprechenden Voxeln beider fouriertransformierter Matrizen Phasendifferenzen bestimmt werden.

In einem vierten Schritt werden innerhalb der Phasendifferenzmatrix PD Phasendifferenzen zwischen räumlich benachbarten Voxeln ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise für alle drei Raumrichtungen, so daß je Raumrichtung ein Phasenfehlerdatensatz erstellt wird.

In einem fünften Schritt werden die Ströme für jede Shim-Spule und für jede Gradientenspule aufgrund der gemessenen Phasenfehlerdatensätze und einer vorbestimmten Matrix A ermittelt. Dabei charakterisiert die Matrix A für jede Shim-Spule und für jede Gradientenspule die Wirkung eines Einheitsstromes auf jedes Voxel des Phasenfehlerdatensatzes. Diese Matrix A muß für jedes Magnetresonanztomographiegerät nur einmal bestimmt werden und bleibt dann, sofern sich nicht Geräteänderungen ergeben, konstant.

In einem sechsten und letzten Schritt werden die ermittelten Shim-Ströme in der Shim-Spulenanordnung und die Offset-Ströme in den Gradientenspulen entsprechend eingestellt.

Die so ermittelte Shim-Einstellung bleibt für alle zu erstellenden Magnetresonanzbilder vom Untersuchungsobjekt unverändert. Bei vorausgehend beschriebenem initialen Shim-Einstellvorgang ist, abgesehen von der einmaligen Bestimmung der Matrix A, der erste Schritt, der mit Abstand zeitaufwendigste. Selbst wenn anstelle der ersten und der zweiten Sequenzfolge lediglich eine Sequenz eingesetzt wird, die nach einer einzelnen Anregung zwei Signale mit unterschiedlichen Echozeiten liefert, und zusätzlich gegenüber einem diagnostischen Magnetresonanzbild eine deutlich niedrigere Ortsauflösung gewählt wird, liegt der Zeitrahmen für den Schritt eins immer noch im 30-Sekunden-Bereich.

In der DE 195 08 715 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Positionieren eines abzubildenden Bereich s eines Patienten im Abbildungsvolumen eines medizinischen Diagnosegeräts beschrieben. Dazu wird der abzubildende Bereich mit einer Markierung versehen, die beim Verfahren einer verfahrbaren Lagerungsvorrichtung des Geräts, auf der der Patient gelagert ist, von einem Bildaufnahmegerät erkannt wird, womit das Verfahren der Lagerungsvorrichtung derart gesteuert wird, daß der abzubildende Bereich im Abbildungsvolumen des Geräts positioniert wird.

In der EP 0 927 889 A2 ist ein Magnetresonanztomographiegerät beschrieben, bei dem wenigstens ein Grundfeldmagnet, beispielsweise je nach Erfordernissen eines im Sitzen oder Liegen zu untersuchenden Patienten, in seiner räumlichen Position gegenüber anderen Komponenten des Magnetresonanztomographiegeräts beweglich ausgebildet ist. In einer Ausführung ist dabei das komplette Magnetresonanztomographiegerät verfahrbar ausgebildet. Dabei umfaßt das Magnetresonanztomographiegerät eine Shim-Spulenanordnung, mit der nach einer räumlichen Positionsveränderung des Grundfeldmagneten eine Homogenisierung des Grundmagnetfeldes durchgeführt und mit dem daran anschließend nach einem Positionieren des Patienten im Magnet resonanztomographiegerät eine zweite Feineinstellung durchgeführt werden kann.

Nach einer Lageveränderung des abzubildenden Bereichs, beispielsweise infolge einer Bewegung des Untersuchungsobjekts, ist die im initialen Shim-Einstellvorgang ermittelte Shim-Einstellung nicht mehr optimal, so daß die im weiteren Verlauf der Magnetresonanztomographie erzeugten Bilder in Abhängigkeit von der Lageveränderung Verzerrungen aufweisen. Vorgenannte Verzerrungen nach einer Lageveränderung des abzubildenden Bereichs können durch einen neuen, vorausgehend beschriebenen Shim-Einstellvorgang vermieden werden. Dazu ist die Magnetresonanztomographie des Untersuchungsobjekts zu unterbrechen und der zeitaufwendige Shim-Einstellvorgang durchzuführen. Dies würde insbesondere bei wiederholten Lageveränderungen zu einer inakzeptablen Verlängerung der Dauer der Magnetresonanztomographie führen und wird deswegen in der Betriebspraxis nicht angewandt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem in zeiteffizienter Weise zu jedem Zeitpunkt einer Magnetresonanztomographie eine optimale Shim-Einstellung erreichbar ist, auch wenn der abzubildende Bereich seine Lage verändert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Lageveränderung des abzubildenden Bereichs bezüglich des Abbildungsvolumens erfaßt wird und ein Strom in der Shim-Spulenanordnung entsprechend der erfaßten Lageveränderung angepaßt wird.

Zur einfachen Erläuterung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ohne beschränkende Wirkung auf das Verfahren davon ausgegangen, daß das Grundmagnetfeld im Abbildungsvolumen ohne ein darin gelagertes Untersuchungsobjekt hinreichend homogen ist und daß ein abzubildender Bereich des Untersuchungsobjekts ein Kopf eines Patienten ist. Nach einer Positionierung des Kopfes im Abbildungsvolumen eines Magnetresonanztomographiegeräts wird, wie eingangs beschrieben, ein initialer Shim-Einstellvorgang durchgeführt. Damit ist eine homogenitätsverzerrende Wirkung des Kopfes auf das als hinreichend homogen vorausgesetzte Grundmagnetfeld bekannt und die Ströme in einer Shim-Spulenanordnung werden derart eingestellt, daß sie vorgenannter Verzerrung entgegenwirken. Jede Lageveränderung des Kopfes, beispielsweise durch eine Bewegung des Patienten, führt zu einer Veränderung der Homogenitätseigenschaften im Abbildungsvolumen, so daß die initial ermittelte Shim-Einstellung nicht mehr optimal ist, was zu entsprechenden Bildverzerrungen führt. Deswegen wird erfindungsgemäß eine Lageveränderung des Kopfes erfaßt und die Ströme in der Shim-Spulenanordnung werden entsprechend der erfaßten Lageveränderung angepaßt. Dadurch wird für alle Magnetresonanzbilder eine hohe Bildqualität sichergestellt. Die Anpassung der Shim-Spulenströme erfolgt in zeiteffizienter Weise dadurch, daß die im initialen Shim-Einstellvorgang ermittelte feldverzerrende Wirkung des Kopfes lediglich auf eine neue Position bzw. Ausrichtung des Kopfes im Abbildungsvolumen übertragen wird. Eine zeitaufwendige Sequenz, ähnlich eingangs beschriebenem Schritt eins des initialen Shim-Einstellvorgangs ist nicht durchzuführen. Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Shim-Einstellung bedeutet vorgenanntes beispielsweise, daß die Phasendifferenzmatrix PD ent sprechend der erfaßten Translation bzw. Rotation des Kopfes verschoben bzw. gedreht wird und als neue Phasendifferenzmatrix in das verbleibende Shim-Einstellverfahren ab Schritt vier eingespeist wird.

Vorgenanntes gilt in entsprechender Weise auch für Grundmagnetfelder, die ohne ein darin gelagertes Untersuchungsobjekt mehr oder weniger inhomogen sind. Zusätzlich zu vorausgehend beschriebenem Verfahren ist dabei die Kenntnis der Homogenitätsverteilung des Grundmagnetfeldes im Abbildungsvolumen ohne ein darin gelagertes Untersuchungsobjekt notwendig. In einem initialen Shim-Einstellvorgang wird beispielsweise die – homogenitätsverzerrende Wirkung des Kopfes plus die ohne Untersuchungsobjekt vorhandene Inhomogenität des Grundmagnetfeldes kompensiert. Bei Kenntnis vorgenannter Homogenitätsverteilung sowie der Lage des Kopfes im Abbildungsvolumen ist die alleine vom Kopf hervorgerufene homogenitätsverzerrende Wirkung ermittelbar. Bei einer Lageveränderung des Kopfes erfolgt die Anpassung der Shim-Spulenströme dadurch, daß die homogenitätsverzerrende Wirkung auf die neue Position bzw. Ausrichtung des Kopfes übertragen wird und zusätzlich die bekannte Homogenitätsverteilung an der neuen Position berücksichtigt wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Offset-Strom in der Gradientenspulenanordnung entsprechend der erfaßten Lageveränderung angepaßt. Erst durch ein Nachführen der Offset-Ströme in den Gradientenspulen in Verbindung mit einem Nachführen der Shim-Spulenströme findet eine vollständige Anpassung der Shim-Einstellung statt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lageveränderung aus zeitlich aufeinanderfolgend erzeugten Bilddatensätzen ermittelt. Dadurch sind in vorteilhafter Weise zur Detektion von Lageveränderungen keine zusätzlichen Vorrichtungen oder Sequenzen notwendig. Wie eingangs beschrieben, führen Lageveränderungen des abzubildenden Bereiches zu Bildverzerrun gen. Deswegen müssen für eine sichere Erfassung von Lageveränderungen die auftretenden Bildverzerrungen gegenüber der Lageveränderung im Magnetresonanzbild hinreichend klein sein. Dies ist insbesondere bei größeren Lageveränderungen, beispielsweise bei Drehungen des Kopfes um mehrere 5°, erfüllt und wirkt sich dahingehend vorteilhaft aus, daß beispielsweise bei großen Drehungen die Drehungserfassung aus den Bilddatensätzen sicher erfolgt und entsprechend der großen Lageveränderung eine vergleichsweise große verzerrende Wirkung kompensiert wird.

Eine Gruppe von Verfahren zur Ermittlung von Lageveränderung aus zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Bilddatensätzen basiert auf einer Beschreibung einer beliebigen Starrkörperbewegung im dreidimensionalen Raum mittels sechs Bewegungsparametern, wobei drei Parameter Translationen und drei Parameter Rotationen kennzeichnen. Vorgenannte Parameter werden beispielsweise in einem Spaltenvektor q → notiert. Die Werte aller Voxel oder ausgewählter Voxel eines ersten Bilddatensatzes und eines zweiten Bilddatensatzes, der dem ersten zeitlich nachfolgend erzeugt worden ist, werden in einer übereinstimmenden Reihenfolge in einem ersten Spaltenvektor x → und einem zweiten Spaltenvektor yy → notiert. Zur Ermittlung einer Lageveränderung zwischen den Aufnahmezeitpunkten des ersten und des zweiten Bilddatensatzes, d.h. zur Bestimmung der Bewegungsparameter wird nachfolgende Gleichung, die auf einer Taylorentwicklung erster Ordnung basiert, beispielsweise durch ein iteratives Verfahren gelöst:

Zur genaueren Beschreibung von bilddatensätzenbasierten Lageveränderungs-Erfassungsalgorithmen vorgenannter Gruppe wird beispielsweise auf das Buch von R.S.J. Frackowiak et al., "Human Brain Function", Academic Press, 1997, insbesondere Kapitel 3, Seiten 43–58 und auf den Artikel von K.J. Friston et al., "Movement-Related Effects in fMRI Time-Series", Magnetic Resonance in Medicine 35 (1996), Seiten 346 bis 355 verwiesen.

Bei einer weiteren Gruppe von Verfahren zur bilddatensätzenbasierten Lageveränderungserfassung werden alle oder bestimmte ausgewählte Punkte eines ersten im k-Raum beschriebenen Bilddatensatz und eines zweiten Bilddatensatzes, der dem ersten zeitlich nachfolgend erzeugten worden ist, miteinander verglichen. Daraus wird in ähnlicher Weise wie bei den weiter hinten erläuterten Navigatorechos eine Lageveränderung ermittelt. Vorgenannte Verfahren sind beispielsweise im Artikel von L.C. Maas et al., "Decoupled Automated Rotational and Translational Registration for Functional MRI Time Series Data: The DART Registration Algorithmn", Magnetic Resonance in Medicine 37 (1997), Seiten 131–139 sowie im Artikel von Q. Chen et al., "Symmetric Phase-Only Matched Filtering of Fourier-Mellin Transforms for Image Registration and Recognition", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 16, No. 12 (1994), Seiten 1156–1168 näher beschrieben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Bilddatensätze zweidimensionale Bilddatensätze. Aus zeitlich aufeinanderfolgend erzeugten zweidimensionalen Bilddatensätzen sind Lageveränderungen schnell und einfach ermittelbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Bilddatensätze dreidimensionale Bilddatensätze. Aus zeitlich aufeinanderfolgend erzeugten dreidimensionalen Bilddatensätzen sind auch komplexe Lageveränderungen in allen drei Raumrichtungen sowie Drehungen ermittelbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Bilddatensätze mittels einem Echoplanarverfahren erzeugt. Dadurch wird eine schnelle Erzeugung insbesondere von großen dreidimensio nalen Bilddatensätzen erreicht. Dazu sind neben dem Echoplanarverfahren auch ähnlich schnelle Verfahren, wie RARE, HASTE und GRASE, einsetzbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lageveränderung durch ein orbitales Navigatorecho erfaßt. Ein orbitales Navigatorecho ist ein Magnetresonanzsignal, das durch einen kreisförmigen k-Raumpfad gekennzeichnet ist und das von einer speziellen Navigator-Sequenz erzeugt wird. Anhand von orbitalen Navigatorechos, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugt werden, sind Lageveränderungen, d.h. Rotationen und Translationen beispielsweise einer Schicht innerhalb einer von der Schicht aufgespannten Ebene ermittelbar. Dazu wird beispielsweise vor einer Aufnahme eines Bilddatensatzes der Schicht mittels einer bildgebenden Sequenz die Navigator-Sequenz ausgeführt und ein Navigatorecho aufgenommen, das als Referenz verwendet wird. Nach einem bestimmten Zeitablauf wird von der Schicht ein weiterer Bilddatensatz erzeugt, wobei vorausgehend ein weiteres Navigatorecho aufgenommen wird. Durch einen Vergleich beider Navigatorechos ist eine zwischen den beiden Navigatorechos erfolgte Lageveränderung der Schicht erfaßbar. Dabei verändert sich bei einer Rotation der Schicht der Betrag und bei einer Translation in eine oder beide Richtungen der Ebenen die Phase des weiteren Navigatorechos gegenüber dem als Referenz dienenden Navigatorecho. Eine Erfassung beliebiger Lageveränderungen im dreidimensionalen Raum erfolgt entsprechend mittels multipler orbitaler Navigatorechos. Letztgenanntes ist beispielsweise in dem Artikel von H.A. Ward et al., "Real-Time Prospective Correction of Complex Multiplanar Motion in fMRI", Proc. of ISMRM 7 (1999), Seite 270 beschrieben. Durch orbitale Navigatorechos sind auch kleine Lageveränderungen erfaßbar und es sind dazu keine zusätzlichen Vorrichtungen am Magnetresonanztomographiegerät vorzusehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lageveränderung optisch erfaßt. Dadurch sind auch kleinste Lageveränderungen zeitlich unabhängig von auszuführenden bildgebenden Sequenzen des Magnetresonanztomographiegeräts sicher erfaßbar. In einer Ausführungsform sind dazu beispielsweise optische Reflektoren am abzubildenden Bereich angebracht, deren räumliche Positionen und Ausrichtungen beispielsweise von einer stereoskopischen Kamera erfaßt werden. Vorgenannte Erfassungsvorrichtung samt dazugehörigen Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung sind beispielsweise in den US-Patentschriften 5,828,770 A und 5,923,417 A näher beschrieben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Lageveränderung in einem zeitlichen Abstand von 0,1 bis 5 s erfaßt. Dadurch wird eine sichere Erfassung von Lageveränderungen erreicht. Insbesondere bei einer funktionellen Magnetresonanztomographie wird der zeitliche Abstand in vorteilhafter Weise gemäß dem Zeittakt gewählt, mit dem im Rahmen der funktionellen Magnetresonanztomographie Bilddatensätze erzeugt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Magnetresonanztomographiegerät mit einer stereoskopischen Kamera zur optischen Erfassung von Lageveränderungen,
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens bei einer funktionellen Magnetresonanztomographie mit einer Erfassung von Lageveränderungen aus aufeinanderfolgend erzeugten Bilddatensätzen und
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens bei einer funktionellen Magnetresonanztomographie mit einer Erfassung von Lageveränderungen durch orbitale Navigatorechos.
1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch ein Magnetresonanztomographiegerät 1 mit einer stereoskopischen Kamera 2 zur optischen Erfassung von Lageveränderungen eines abzubildenden Bereichs. Das Gerät 1 umfaßt eine verfahrbare Lagerungsvorrichtung 3, auf der ein Patient 4 gelagert ist. Der Kopf als abzubildender Bereich des Patienten 4 ist dabei innerhalb eines Abbildungsvolumens 5 des Geräts 1 positioniert. Das Gerät 1 beinhaltet ferner eine Gradientenspulenanordnung 6 sowie eine Shim-Spulenanordnung 7. Von der Gradientenspulenanordnung 6 ist exemplarisch eine transversale Gradientenspule, bestehend aus vier Sattelspulen, angedeutet. Die Gradientenspule ist mit einer gesteuerten Stromversorgungsvorrichtung G_x verbunden, so daß ein Strom I_Gx in der Gradientenspule steuerbar ist. Dabei umfaßt der Strom I_Gx beispielsweise einen Anteil zum Ausführen einer Gradientensequenz und einen Offset-Anteil zur Kompensation von Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes. Von der Shim-Spulenanordnung 7 sind exemplarisch drei Shim-Spulen angedeutet. Dabei ist jede der Shim-Spulen mit einer gesteuerten Stromversorgungsvorrichtung S1 bis S3 verbunden, so daß Ströme I_S1 bis I_S3 in den Shim-Spulen einstellbar sind. Ferner umfaßt das Gerät 1 ein Hochfrequenzsystem, von dem der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Hochfrequenzantenne 9 angedeutet ist. Dabei werden von der Hochfrequenzantenne 9 erzeugten Hochfrequenzsignale zur Auslösung von Magnetresonanzsignalen im Kopf des Patienten 4, ebenso wie die von der Gradientenspulenanordnung 6 erzeugten Gradientenfelder unter anderem so eingestellt, daß sie eine Ortscodierung der Magnetresonanzsignale innerhalb des Kopfes bewirken.
Zur Erfassung von Lageveränderungen des Kopfes sind am Kopf des Patienten 4 mehrere optische Reflektoren 8 angebracht. Die räumliche Position und Ausrichtung der Reflektoren 8 und damit des Kopfes wird von einer stereoskopischen Kamera 2 erfaßt. Mit dem Erfassen von Lageveränderungen des Kopfes werden zur Anpassung der Kompensation von Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes die Offset-Ströme in der Gradientenspulenanordnung 6 sowie die Ströme in der Shim-Spulenanordnung 7 entsprechend nachgeführt. Gegebenenfalls werden darüber hin aus zur Anpassung der Ortscodierung an die Lageveränderung auch die eine Gradientensequenz ausführenden Anteile der Gradientenspulenströme sowie das Hochfrequenzsystem entsprechend nachgeführt.
Als funktionelle Bildgebung werden in der Medizin grundsätzlich alle Verfahren bezeichnet werden, die eine wiederholte Abtastung einer Struktur von Organen und Geweben dazu nutzen, um zeitlich sich ändernde Prozesse, wie physiologische Funktionen oder pathologische Vorgänge, abzubilden. Im engeren Sinne versteht man in der Magnetresonanztomographie unter dem Begriff "funktionelle Bildgebung" Meßmethoden, die es ermöglichen, die an einer bestimmten motorischen, sensorischen oder kognitiven Aufgabe beteiligten Hirnareale zu identifizieren und abzubilden. Dazu werden beispielsweise alle zwei bis vier Sekunden dreidimensionale Bilddatensätze des Hirns beispielsweise mittels einem Echoplanarverfahren aufgenommen. Echoplanarverfahren haben dabei den Vorteil, daß die Bilddatensatzaufnahme mit weniger als 100 ms, die für ein einzelnes Bild benötigt werden, sehr schnell sind.
2 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Flußdiagramm für eine funktionelle Magnetresonanztomographie. Innerhalb des Startvorgangs 11 wird beispielsweise der Kopf eines Patienten als abzubildender Bereich im Untersuchungsvolumen eines Magnetresonanztomographiegeräts positioniert, der initiale Shim-Einstellvorgang, beispielsweise gemäß eingangs genannter Patentschrift, durchgeführt und ein beispielsweise dreidimensionaler Referenz-Bilddatensatz des Kopfes aufgenommen, beispielsweise mittels einem Echoplanarverfahren EPI. Nach einem einstellbaren Zeittakt der funktionellen Magnetresonanztomographie wird in einem weiteren Vorgang 12 ein zweiter Bilddatensatz des Kopfes ebenfalls mittels EPI erzeugt. Dieser wird in einem weiteren Vorgang 13 mit dem Referenz-Bilddatensatz verglichen. Wird dabei keine Lageveränderung des Kopfes festgestellt, wird nach dem eingestellten Zeittakt im Rahmen des Vorgangs 12 ein dritter Bilddatensatz ermit telt. Wird dabei allerdings eine Lageveränderung des Kopfes registriert, so wird vor der Aufnahme des dritten Bilddatensatzes sowohl ein entsprechendes Nachführen der Ortscodierung 14 als auch ein entsprechendes Nachführen der Shim-Einstellung 15, gekennzeichnet durch eine Nachführen der Shim-Spulenströme sowie der Offset-Ströme in den Gradientenspulen durchgeführt. Nach dem entsprechenden Nachführen wird entsprechend dem eingestellten Zeittakt der dritte Bilddatensatz gemessen. Danach wird der dritte Bilddatensatz im Vorgang 13 wiederum mit dem Referenz-Bilddatensatz verglichen und so weiter, bis ein Ende der funktionellen Magnetresonanztomographie erreicht ist.
3 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Flußdiagramm für eine funktionelle Magnetresonanztomographie mit einer Erfassung von Lageveränderungen durch orbitale Navigatorechos. Innerhalb eines Startvorgangs 21 wird ein abzubildender Bereich eines Untersuchungsobjekts im Abbildungsvolumen des Geräts positioniert, der initiale Shim-Einstellvorgang beispielsweise gemäß eingangs genannter Patentschrift durchgeführt, ein Referenz-Navigatorecho aufgenommen und ein erster Bilddatensatz des abzubildenden Bereichs aufgenommen. Nach einem einstellbaren Zeittakt der funktionellen Magnetresonanztomographie von beispielsweise drei Sekunden wird in einem Vorgang 22 ein zweites Navigatorecho aufgenommen. Dieses wird in einem nachfolgenden Vorgang 23 mit dem Referenz-Navigatorecho verglichen. Wird dabei keine Lageveränderung des abzubildenden Bereichs festgestellt, so wird in einem weiteren Vorgang 26 ein zweiter Bilddatensatz ermittelt. Wird dabei allerdings eine Lageveränderung des abzubildenden Bereichs registriert, so wird vor der Aufnahme des zweiten Bilddatensatzes sowohl ein entsprechendes Nachführen der Ortscodierung 24 als auch ein entsprechendes Nachführen der Shim-Einstellung 25 durchgeführt. Nach dem entsprechenden Nachführen wird im Vorgang 26 der zweite Bilddatensatz gemessen. Nach dem eingestellten Zeittakt der funktionellen Magnetresonanztomographie wird im Vorgang 22 ein drittes Navigato recho aufgenommen, das im Vorgang 23 wiederum mit dem Referenz-Navigatorecho verglichen wird usw., bis ein Ende der funktionellen Magnetresonanztomographie erreicht ist.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographiegeräts (1) mit einer Shim-Spulenanordnung (7) sowie einer Gradientenspulenanordnung (6), bei dem zum Erzeugen eines Bilddatensatzes von einem abzubildenden Bereich eines Untersuchungsobjekts (4) wenigstens der abzubildende Bereich in einem Abbildungsvolumen (5) des Geräts (1) gelagert wird und bei dem ein initialer Shim-Einstellvorgang durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lageveränderung des abzubildenden Bereichs bezüglich des Abbildungsvolumens (5) erfaßt wird und ein Strom in der Shim-Spulenanordnung (7) entsprechend der erfaßten Lageveränderung angepaßt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Offset-Strom in der Gradientenspulenanordnung (6) entsprechend der erfaßten Lageveränderung angepaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Lageveränderung aus zeitlich aufeinanderfolgend erzeugten Bilddatensätzen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bilddatensätze zweidimensionale Bilddatensätze sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Bilddatensätze dreidimensionale Bilddatensätze sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Bilddatensätze mittels einem Echoplanarverfahren erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lageveränderung durch ein orbitales Navigatorecho erfaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lageveränderung optisch erfaßt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lageveränderung in einem zeitlichen Abstand von 0,1 bis 5 s erfaßt wird.