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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzdatensatzes eines zumindest teilweise und periodisch bewegten Untersuchungsbereichs.
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Bewegte Untersuchungsbereiche führen u.a. aufgrund von Phasenfehlern zu Artefakten in Magnetresonanzbildern und - spektren. Es ist daher bekannt, Bewegungen im Untersuchungsbereich zu berücksichtigen.
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Als periodische Bewegungen werden im Zusammenhang mit Magnetresonanzuntersuchungen üblicherweise Bewegungen aufgrund des Herzschlags und/oder der Atmung bezeichnet. Bei diesen ist es möglich, einen Bewegungszyklus in mehrere Bewegungsphasen aufzuteilen.
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Es sind mehrere Strategien möglich, um die Bewegungsartefakte zu minimieren. Zum Ersten kann die Aufnahme in Bewegungsphasen des Bewegungszyklus gelegt werden, in denen die Bewegungsamplitude gering ist. Bei Cardio-Aufnahmen kann z.B. in der Diastole gemessen werden und bei Lungenaufnahmen während der Exspiration.
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Ausgehend von einem Triggersignal können eine oder mehrere Teilaufnahmen gestartet werden, um zu jeder Bewegungsphase den Teil eines Datensatzes zu generieren. Bei Bewegungen des Herzens wird ein EKG-Signal des Probanden bzw. Patienten ausgewertet und in Abhängigkeit des EKG-Signals die Datenaufnahme getriggert. Im Fall von Cine-Aufnahmen kann nach einem Triggersignal aufeinanderfolgend jeweils eine k-Raum-Zeile eines Bildes akquiriert werden. So erhält man mehrere Bilder, eines zu einem Bewegungsabschnitt der Herzzyklus. Spielt man die Bilder hintereinander ab sieht man das Herz schlagen.
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Zur Feststellung von Atembewegungen sind mehrere Verfahren bekannt. Es können die Bewegungen des Abdomens mittels eines Messgürtels festgestellt werden. Dieser beeinflusst MR-Messungen nicht, gibt aber lediglich eine ungefähre Information über die Deformation des Abdomens im Untersuchungsbereich.
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Es ist daher weiterhin bekannt, sogenannte Navigatorechos aufzunehmen. Dabei werden ein oder mehrere 2D-Schichten oder 3D-Volumina in vorgegebenen Orientierungen ausgelesen und anhand der Differenzen bei ansonsten gleichen Aufnahmebedingungen auf Translationen und Drehungen des betrachteten Bereichs geschlossen. Mit diesem Verfahren können Bewegungen zwar sehr exakt erfasst werden, dafür wird durch diese Messungen aber auch das Signal im Bildbereich eines Bildes teilweise gesättigt.
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Ein Problem ergibt sich bei allen Sequenzen, die mit einer Sättigung arbeiten. Diese ergibt sich, wenn mit einem Fett- oder Wasserunterdrückungsmodul gearbeitet wird oder Sequenzen, die im steady-state messen, verwendet werden.
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Geht man wie beschrieben vor wird nach dem Eingang des Triggersignals eine Messung begonnen, unabhängig vom Sättigungszustand der Magnetisierung im Untersuchungsbereich. Dies ist bei Cine-Aufnahmen kein Problem, da diese aufgrund des Inflow-Effektes im interessierenden Bereich immer mit einer völlig ungesättigten Magnetisierung starten. In allen anderen Fällen ist der Zustand der Magnetisierung grundsätzlich undefiniert.
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Um bei steady-state-Sequenzen Relaxationseffekte aufgrund des Abstand vom Ende der Aufnahme bis zum nächsten Triggersignal auszugleichen ist es bekannt, HF-Impulse auch ohne Datenaufnahme weiter zu geben um den steady-state zu erhalten. Diese werden auch Sättigungspulse genannt. Überschneiden sich Impulsabgabe und Triggersignal ungünstig kann die anvisierte Bewegungsphase nicht eingehalten werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines Magnetresonanzdatensatzes anzugeben, bei dem Bewegungsartefakte auch bei teilweiser oder vollständiger Sättigung der Magnetisierung vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzdatensatzes eines zumindest teilweise und periodisch bewegten Untersuchungsbereichs mit den Schritten:
- - Aufnahme wenigstens eines Messsignals des Magnetresonanzdatensatzes,
- - Abfragen eines Triggersignals, und
- - Ausgabe eines Sättigungspulses zur zumindest teilweisen Sättigung der Magnetisierung des Untersuchungsbereichs in Abhängigkeit des Triggersignals.
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Die vorgenannten Schritte werden automatisiert von einer Steuerungseinrichtung vorgenommen.
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Bei bekannten Messverfahren wird bei Vorliegen des Triggersignals baldmöglichst die Datenaufnahme gestartet. Dies kann insbesondere bei Bilddaten dazu führen, dass bei Beginn eines Aufnahmezyklus eine variierende Ausgangsmagnetisierung vorliegen kann. Sind alle Aufnahmezyklen durchgeführt und werden die Daten prozessiert kann es hierdurch zu Artefakten kommen.
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Unter einem Aufnahmezyklus wird dabei der Abschnitt einer Messung verstanden der die Aufnahme eines Messsignals, und zwar eines FIDs oder eines Echos, umfasst. Ein derartiger Messabschnitt kann vom ersten Anregungsimpuls eines Aufnahmezyklus bis zum ersten Anregungsimpuls des nächsten Aufnahmezyklus reichen. Er dauert eine Repetitionszeit TR lang. Bspw. wird in einem Aufnahmezyklus eine k-Raum-Zeile aufgenommen.
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Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kontrolliert nicht der Sensor, also der Triggersignalgeber, die Messung sondern umgekehrt. Daher wird das Triggersignal durch die Steuerungseinrichtung aktiv abgefragt und bei Vorliegen des Signals nicht zwingend die Datenaufnahme gestartet sondern eine Auswahlentscheidung getroffen, ob nochmals ein Sättigungspuls ausgegeben wird oder die Datenaufnahme gestartet wird. Da sich der Sättigungszustand der Magnetisierung relativ genau abschätzen lässt wird es so möglich, mögliche Artefakte aufgrund einer Verschiebung der Bewegungsphase und Artefakte aufgrund einer abweichenden Sättigung gegeneinander abzuwägen.
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Vorteilhafterweise kann ein Maximalabstand zu einem vorhergehenden Sättigungspuls zur zumindest teilweisen Sättigung der Magnetisierung des Untersuchungsbereichs vorgegeben werden. Ein Zeitvergleich ist einfach und zuverlässig umzusetzen.
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Der Maximalabstand kann vorteilhafterweise in Abhängigkeit der Messsequenz vorgegeben werden. Die Abhängigkeit der Signalintensität von der Sättigung ist bei Messsequenzen unterschiedlich. Es ist daher sinnvoll, den Maximalabstand messsequenzabhängig vorzugeben.
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Vorzugsweise kann bei Überschreiten des Maximalabstandes ein weiterer Sättigungspuls zur zumindest teilweisen Sättigung der Magnetisierung des Untersuchungsbereichs ausgegeben werden. Ansonsten wird bspw. direkt die Datenaufnahme gestartet.
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Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Navigatorecho zur Bestimmung des Bewegungszustands des Untersuchungsbereichs aufgenommen werden. Der Bewegungszustand ist dabei die Bewegungsphase zum Aufnahmezeitpunkt. Ein Navigatorecho ist eine bekannte Möglichkeit zur Ermittlung des Bewegungszustands insbesondere bei Atembewegungen. Mittels des Navigatorechos kann das Triggersignal erzeugt bzw. der Triggerzeitpunkt ermittelt werden.
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Bevorzugt kann die Abfrage des Triggersignals und/oder die Ausgabe eines Sättigungsimpulses in einem Aufnahmezyklus mehrmals vorgenommen werden. Insbesondere kann die Abfrage des Triggersignals nach dem Abschluss der Datenaufnahme kontinuierlich, d.h. mit fest vorgegebenen Zeitabständen, erfolgen bis es vorliegt. Alternativ kann die Abfrage eine Zeit lang ausgesetzt sein, wenn während dieser Zeit kein Triggersignal vorkommen kann.
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Vorteilhafterweise kann ein MR-unabhängiger Sensor zur Erzeugung des Triggersignals verwendet werden. Wie eingangs beschrieben kann ein Messgürtel zur Feststellung der Atmungsbewegungsphasen verwendet werden. Alternativ können Bildaufnahmen verwendet werden. Diese können mit Kameras, Fotoapparaten oder auch anderen medizinischen Bildgebungsmodalitäten aufgenommen werden.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzdatensatzes eines zumindest teilweise und periodisch bewegten Untersuchungsbereichs mit den Schritten:
- - Bereitstellung wenigstens zweier Atemverlaufskurven,
- - Ermittlung eines Triggerzeitpunktes aus den Atemverlaufskurven, und
- - Festlegung wenigstens eines Parameters einer Magnetresonanzsequenz in Abhängigkeit des berechneten Triggerzeitpunktes.
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Dieses Verfahren kann alternativ oder zusätzlich zu den bereits beschriebenen Verfahrensausgestaltungen durchgeführt werden. Der Kern der Idee besteht darin, dass der kommende Triggerzeitpunkt geschätzt wird anhand von aufgenommenen Atmungskurven. Es kann sich hierbei um kontinuierlich, quasikontinuierlich oder punktuell aufgenommene Atmungskurven handeln. Mit Hilfe des beschriebenen Messgürtels können zum Beispiel quasikontinuierliche Messdaten der Atmung erhalten werden. Der Unterschied liegt dabei lediglich in der Messpunktdichte. Quasikontinuierliche Messdaten weisen eine höhere Dichte auf als punktuelle Messdaten.
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Die Ermittlung des erwarteten Triggerzeitpunktes findet bevorzugt vor der weiter oben beschriebenen Abfrage des Triggerzeitpunktes statt. Dann kann die Abfrage in Abhängigkeit des berechneten Triggerzeitpunkts modifiziert werden. Bspw. kann zum erwarteten Triggerzeitpunkt hin die Abfragedichte steigen.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem Messgürtel können die Atmungskurven auch mit Navigatorechos bestimmt werden. Mit Navigatorechos lässt sich die Position des Zwerchfells direkt bestimmen, was die Genauigkeit erhöht.
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Die gemessenen Atmungskurven werden vorteilhafterweise gemittelt. Dabei kann sowohl das geometrische Mittel oder das arithmetische Mittel oder auch jedes andere Lagemaß verwendet werden.
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Vorzugsweise können die Messdaten der Atmungskurven gewichtet akkumuliert werden. Bei der Berechnung der Lagemaße kann also ein Wichtungsfaktor verwendet werden. Bspw. können die älteren Messdaten ein geringeres Gewicht erhalten, sodass Änderungen der Atmungskurve genügend Gewicht erhalten, aber Ausreißer nicht überbewertet sind.
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Statt der originalen Atmungskurven können auch abgeleitete Atmungskurven verwendet werden. Vorzugsweise kann eine Fitfunktion über die Atmungskurve oder die Atmungskurven gelegt werden. Dies ist sowohl vor als auch nach einer Lagemaß- bzw. Mittelwertbildung möglich.
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Vorzugsweise kann der Verlauf der aktuellen Atemverlaufskurve mit wenigstens einer vorherigen Atemverlaufskurve zur Kontrolle des berechneten Triggerzeitpunktes verglichen werden. Es wird also der Verlauf der aktuell aufgenommenen Atmungskurve mit bspw. dem gemittelten Verlauf der letzten Atmungskurven verglichen. So kann während der Messung eine Abweichung des nächsten Triggerzeitpunkts vom berechneten Zeitpunkt vorhergesagt werden, also eine Korrektur der Berechnung vorgenommen werden.
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Vorteilhafterweise kann in Abhängigkeit des berechneten Triggerzeitpunktes die Anzahl der Sättigungspulse zur zumindest teilweisen Sättigung der Magnetisierung des Untersuchungsbereichs festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen den Sättigungspulsen in Abhängigkeit des berechneten Triggerzeitpunktes eingestellt werden. Dadurch können Abweichungen der Ist-Sättigung bei Beginn eines Aufnahmezyklus von der Soll-Sättigung der Magnetisierung minimiert werden.
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Vorteilhafterweise kann zur Aufnahme eines Magnetresonazdatensatzes eine steady-state-Sequenz verwendet werden. Diese bieten eine höhere SNR-Effizienz als andere Sequenzen.
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Daneben betrifft die Erfindung einen Datenträger für eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung einer Datenerzeugungseinheit einer Magnetresonanzanlage mit Daten zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens. Vorteilhafterweise kann die Datenerzeugungseinheit eine Bilderzeugungseinheit sein.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzanlage mit einer Steuerungseinrichtung. Die Magnetresonanzanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie beschrieben ausgebildet ist.
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Die Implementierung der vorgenannten Verfahren in der Steuervorrichtung kann dabei als Software oder aber auch als (fest verdrahtete) Hardware erfolgen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage korrespondieren zu entsprechenden Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird somit auf die entsprechenden Verfahrensmerkmale und deren Vorteile verwiesen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Magnetresonanzanlage,
- 2 einen Messablauf in einer ersten Ausgestaltung (Stand der Technik),
- 3 einen Messablauf in einer zweiten Ausgestaltung,
- 4 einen Messablauf in einer dritten Ausgestaltung,
- 5 einen Messablauf in einer vierten Ausgestaltung,
- 6 ein Ablaufschema zur Aufnahme eines Magnetresonanzdatensatzes.
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1 zeigt eine Magnetresonanzanlage 1. Diese umfasst eine als Bodycoil ausgebildete Hochfrequenzspule 2 und eine Empfangsspulenanordnung in Form eines Spulenarrays 3 und eine Steuerungseinrichtung 4.
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Eine Bodycoil wie die Spule 2 wird zur Anregung der Magnetisierung verwendet. Das Spulenarray 3 ist dagegen zum Auslesen des Messsignals vorgesehen. Die Spulen des Spulenarrays 3 können das Messsignal gleichzeitig als sogenannte parallele Bildgebung auslesen. Statt eines Spulenarrays 3 kann auch eine einzelne Spule als Detektionsspule verwendet werden.
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Die Magnetresonanzanlage 1 besitzt weiterhin einen Datenträger 5 als Teil der Steuerungseinrichtung 4 oder unabhängig davon. Auf dem Datenträger 5 sind Computerprogramme wie die weiter unten beschriebenen Messabläufe zur Durchführung von Magnetresonanzmessungen abgespeichert.
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2 zeigt einen bekannten Messablauf mit einer Atmungstriggerung. Auf der Achse 6 ist die Zeit aufgetragen. In y-Richtung sind die Einheiten beliebig. Die Kurve 7 beinhaltet vier Atemzyklen oder Atemverlaufskurven 8. Diese starten beim Beginn der Inspiration.
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In Abhängigkeit der Bewegungsphase werden die Triggersignale 9 ausgegeben. Diese liegen am Nulldurchgang zum Beginn der Exspiration. Aufgrund eines Triggersignals 9 wird eine Aufnahmesequenz 10 mit einem oder mehreren Aufnahmezyklen gestartet. Die Aufnahmesequenzen 10 sind Teil einer oder mehrerer Messsequenzen. Beispielsweise kann es sich um ein segmentiertes FLASH handeln. In jeder Aufnahmesequenz 10 werden bspw. vier Aufnahmezyklen durchgeführt und dementsprechend vier k-Raum-Zeilen aufgenommen.
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Nach dem Beenden der jeweiligen Aufnahmesequenz 10 folgen ein oder mehrere Sättigungspulse 11, mit denen die Magnetisierung im Untersuchungsbereich in einem gewünschten Sättigungszustand gehalten wird.
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Zum Zeitpunkt 12 besteht das Problem, dass zum Zeitpunkt des Triggersignals 9 ein Sättigungspuls 11 angelegt ist. Dadurch verschiebt sich die folgende Aufnahmesequenz 10 in einen Bereich des Atemzyklus 8, der mehr Bewegungsartefakte erzeugt als der Bereich direkt nach dem Triggersignal 9.
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Zum Zeitpunkt 13 kann die Aufnahmesequenz zwar direkt gestartet werden, aufgrund des zeitlichen Abstandes zum letzten Sättigungspuls 11 ist die Magnetisierung aber nicht im gewünschten Sättigungszustand.
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3 zeigt einen Messablauf, bei dem die gerade beschriebenen Probleme vermieden werden.
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Dabei wird anhand vergangener Atemzyklen 8 der nächste Triggerzeitpunkt 14 berechnet. Mit dieser Schätzung wird die Anzahl und die Position der Sättigungspulse 11 so gelegt, dass zum Zeitpunkt 15, dem Start einer Aufnahmesequenz 10, eine optimale Sättigung der Magnetisierung vorliegt. Neben der Position und der Anzahl kann auch der Flipwinkel und/oder die Dauer der Sättigungspulse 11 angepasst werden.
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Zusätzlich zur Schätzung des nächsten Triggerzeitpunktes 14 wird das Triggersignal 9 nicht verwendet, um vorbehaltlos die nächste Aufnahmesequenz 10 zu starten. Stattdessen wird das Triggersignal 9 abgefragt und in Abhängigkeit des Vorliegens des Triggersignals 9 entschieden, ob und wann ein Sättigungspuls 11 oder eine Aufnahmesequenz 10 gestartet wird. Es kann also zwischen einer optimierten Sättigung und einer optimierten Atmungs- bzw. Bewegungsphase gewählt werden.
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4 zeigt eine Möglichkeit zur Berechnung eines Triggerzeitpunktes 14. Dabei werden die letzten drei Atemzyklen 16, 17 und 18 gewichtet addiert. Der Atemzyklus 16 ist der älteste Zyklus und geht mit einem Gewicht von „1“ ein. Der Atemzyklus 17 ist jünger und hat ein Gewicht von „2“. Der Atemzyklus 18 ist der jüngste und hat ein Gewicht von „3“. So sind die jüngeren Atemzyklen 17 und 18 stärker gewichtet, ältere Atemzyklen als der Atemzyklus 16 werden gar nicht mehr beachtet.
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Genauer betrachtet liegen zu jedem Atemzyklus lediglich die Messpunkte 19 vor. Von diesen sind der Übersichtlichkeit halber nur einige mit Bezugszeichen versehen. Um den Zeitpunkt 14 des nächsten Triggersignals 9 hervorzusagen werden die Atemzyklen 16, 17 und 18 zu jedem Zeitpunkt 20 zu gemittelten Messpunkten 21 akkumuliert, die den gemittelten Atemzyklus 22 darstellen. Auch von den gemittelten Messpunkten 21 sind nur wenige mit Bezugszeichen versehen. Zur verbesserten Ermittlung des Zeitpunkts 19 des nächsten Triggersignals 14 kann über die gemittelten Messpunkte 21 eine Fitfunktion 23 gelegt werden.
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Dabei sind die Atemzyklen 16, 17 und 18 anfangs mit Inspiration und einer danach folgenden Exspiration dargestellt. Dies ist rein exemplarisch, die Atemzyklen können bei einer beliebigen Bewegungsphase starten, um einen gemittelten Atemzyklus 22 zu berechnen.
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5 zeigt einen Ablauf zur Korrektur eines Triggerzeitpunktes 14. Dabei wird der aktuelle Atemzyklus 24 bzw. dessen Messpunkte 25 aufgenommen und mit dem gemittelten Atemzyklus 22 verglichen. Bei Abweichungen 26 vom aktuellen Atemzyklus 24 zum gemittelten Atemzyklus 22 kann aus diesen ein korrigierter Triggerzeitpunkt 27 ermittelt werden. Auch der korrigierte Triggerzeitpunkt 27 ist ein geschätzter Triggerzeitpunkt.
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Durch die Korrektur kann eine Veränderung des Atemzyklus direkt erkannt werden. Sie vergrößert allerdings den Rechenaufwand, da zu jedem Messpunkt eine Überprüfung seiner Lage im Vergleich zum mittleren Atemzyklus 22 oder einem älteren Atemzyklus oder einer angefitteten Zyklusverlauf stattfindet.
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Nach der Aufnahme aller Aufnahmesequenzen 10 kann aus diesen ein Spektrum oder ein Bilddatensatz erzeugt werden.
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6 zeigt ein Ablaufschema zur Aufnahme eines Magnetresonanzdatensatzes.
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Dabei wird davon ausgegangen, dass der Patient sich bereits in der Magnetresonanzanlage 1 befindet und alle vorbereitenden Schritte wie Shimmen und Scoutscans durchgeführt wurden. Auch die Messsequenz wurde ausgewählt und die Schichten positioniert.
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In Schritt S1 wird dann ein Sättigungsmodul mit einem oder mehreren Sättigungspulsen 11 gestartet, sodass die Magnetisierung im Untersuchungsbereich eine vorgegebene Sättigung aufweist.
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Gleichzeitig wird in Schritt S2 durch die Steuerungseinrichtung 4 das Vorliegen eines Triggersignals 9 abgefragt. Dabei kann auch ohne Prädiktion des genauen Zeitpunktes in einem Bereich um den erwarteten Triggerzeitpunkt herum der zeitliche Abstand der Abfrage verkürzt werden. Es wird in einem Bereich um diesen Zeitpunkt herum also häufiger abgefragt.
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Ist das Abfrageergebnis positiv wird in Schritt S3 ein Auswahl getroffen, ob ein weiterer Sättigungspuls 11 angelegt wird oder ob und wann eine Aufnahmesequenz 10 gestartet wird. Das Ergebnis wird dahingehend ausgewählt, dass der Sättigungsgrad möglichst eng am Soll-Sättigungsgrad liegt und andererseits die Bewegungsphase möglichst exakt eingehalten wird. Am einfachsten lässt sich dies realisieren, indem in Schritt S3 der Zeitabstand zwischen dem Zeitpunkt des Triggersignals 9 und dem Zeitpunkt des letzten Sättigungspulses 11 mit einem Maximalabstand bzw. Schwellenwert verglichen wird. Wird der Schwellenwert überschritten wird als Schritt S4 ein Sättigungspuls 11 angelegt und andernfalls als Schritt S5 eine Aufnahmesequenz 10 gestartet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009061198 B3 [0005]
- US 9414767 B2 [0005]
- US 7620441 B2 [0005]