DE102021208176A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit für die Anordnung innerhalb eines Hauptmagnetfelds einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung, wobei die MR-Lokalspuleneinheit zumindest ein Spulenelement, ein Referenzsensorsystem und zumindest einen zum Referenzsensorsystem in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor aufweist, umfasst folgende Schritte:
- Bereitstellen einer ersten 3D-Relativposition des Referenzsensorsystems in Bezug auf das Hauptmagnetfeld,
- Empfangen eines Beschleunigungsvektors aus dem zumindest einen Beschleunigungssensor,
- Abrufen eines die feste Relativposition beschreibenden Abstandsvektors in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit,
- Berechnen einer zweiten 3D-Relativposition des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf das Hauptmagnetfeld, wobei die erste 3D-Relativposition und der abgerufene Abstandsvektor Eingangsparameter der Berechnung sind und die zweite 3D-Relativposition ein Ausgangsparameter der Berechnung ist, und
- Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ersten 3D-Relativposition und der zweiten 3D-Relativposition als Eingangsparameter.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit, die MR-Lokalspuleneinheit, eine Magnetresonanztomographie-Einrichtung, eine MR-PET-Bildgebungseinrichtung sowie ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.
• Für eine Magnet-Resonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung), auch Magnetresonanztomographie genannt, wird ein Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein Patient, innerhalb eines Hauptmagnetfelds einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung angeordnet. Während der MR-Bildgebung wird das Hauptmagnetfeld von Gradientenspulen für eine Ortskodierung überlagert, um im Untersuchungsobjekt angeregte und von diesem ausgesendete MR-Signale dreidimensional zuordnen zu können, so dass ein 3D-Bild des Untersuchungsobjekts rekonstruiert werden kann.
• Die ausgesendeten MR-Signale werden typischerweise mit direkt am Untersuchungsobjekt angebrachten Spulenelementen empfangen. Eine MR-Lokalspuleneinheit mit solchen Spulenelementen ist relativ zum Untersuchungsobjekt typischerweise fixiert, allerdings ist deren Position in Bezug zum Hauptmagnetfeld zunächst unbekannt.
• Insbesondere bei einer Kombination der MR-Bildgebung mit einer Positronen-Emissions-Tomographie innerhalb einer MR-PET-Bildgebungseinrichtung ist die Information über die Position und/oder Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit vorteilhaft, weil ein PET-Signal bei einem Durchdringen der MR-Lokalspuleneinheit abgeschwächt werden kann. Je mehr Spulenelemente oder (andere Elektronik) in der MR-Lokalspuleneinheit vorgesehen sind, desto stärker kann die Abschwächung sein.
• Aus dem Stand der Technik sind solche Verfahren allgemein bekannt, die die Abschwächung in fest verbauten MR-Spuleneinheiten nachträglich korrigieren. Dafür wird eine Schwächungskarte beispielsweise mittels eines Computertomographen erstellt. Mittels der Schwächungskarte und der Flugrichtung der die PET-Signale darstellenden Gamma-Quanten kann die Abschwächung der PET-Signale berechnet und gegebenenfalls korrigiert werden.
• Bei MR-Lokalspuleneinheiten ist es hingegen besonders herausfordernd deren Position und/oder deren Orientierung für die Berechnung der Schwächungskarte zu ermitteln, weil die MR-Lokalspuleneinheit typischerweise flexibel und/oder beliebig am oder auf dem Untersuchungsobjekt angeordnet sein kann.
• Diese Herausforderung ist im Stand der Technik bereits wie folgt adressiert worden, z.B. indem in der MR-Lokalspuleneinheit verbaute Marker bei der MR- und/oder PET-Bildgebung erfasst werden und somit die MR-Lokalspuleneinheit sichtbar machen. Alternativ können aktive oder passive optische Marker auf der Spulenoberfläche verwendet werden, die die Spulenoberfläche im sichtbaren oder infraroten Licht für 3D- oder 2D-Kameras sichtbar machen. Eine Möglichkeit zur Positionsbestimmung einer innerhalb eines Hauptmagnetfelds flexibel anordenbaren Vorrichtung mittels eines Positionsmarker ist in der US 9,638,769 B2 beschrieben. US 2014/171 784 A1 offenbart kabellose Marker mit einer vorgegebenen Relativposition zueinander für die Bewegungserkennung sowie -korrektur bei der MR-Bildgebung. Zijlstra, F. et al. beschreiben in „Fast Fourier-based simulation of off-resonance artifacts in steady-state gradient echo MRI applied to metal object localization,“ Magnetic Resonance in Medicine 78, 2035-2041 (Nov. 2017) ein Verfahren zur Lokalisierung von metallischen Objekten.
• Das Ermitteln der Position einer MR-Lokalspuleneinheit kann weiterhin mittels eines Referenzsensorsystems, wie in DE 10 2016 203 255 A1 beschrieben, erfolgen, wofür zumindest ein Sensor (z.B. ein Hall-Sensor und/oder ein Ultraschallsensor und/oder ein Neigungssensor) in der MR-Lokalspuleneinheit vorgesehen ist. DE 10 2016 203 255 A1 offenbart insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung und einen Magnetresonanztomographen zur Bestimmung einer Position der Vorrichtung an der z-Koordinatenachse relativ zu einem BO-Feldmagneten des Magnetresonanztomographen. Die z-Koordinatenachse ist durch eine Symmetrieachse des B0-Feldmagneten in Vorzugsrichtung des BO-Feldes definiert. Die Vorrichtung weist einen an der Vorrichtung in fester Relativposition angeordneten Magnetfeldstärkesensors auf.
• Die in der DE 10 2016 203 255 A1 beschriebene Lösung erfordert relativ viele komplexe Sensoren, welche das Ermitteln der Position der MR-Lokalspuleneinheit zwar ermöglicht, dadurch aber vergleichsweise kostenintensiv sein kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit, die MR-Lokalspuleneinheit, eine Magnetresonanztomographie-Einrichtung, eine MR-PET-Bildgebungseinrichtung sowie ein zugehöriges Computerprogrammprodukt anzugeben, welche technisch weniger komplex ist.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit für die Anordnung innerhalb eines Hauptmagnetfelds einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung, wobei die MR-Lokalspuleneinheit zumindest ein Spulenelement, ein Referenzsensorsystem und zumindest einen zum Referenzsensorsystem in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor aufweist, umfasst folgende Schritte:
• - Bereitstellen einer ersten 3D-Relativposition des Referenzsensorsystems in Bezug auf das Hauptmagnetfeld,
• - Empfangen eines Beschleunigungsvektors aus dem zumindest einen Beschleunigungssensor,
• - Abrufen eines die feste Relativposition beschreibenden Abstandsvektors in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit,
• - Berechnen einer zweiten 3D-Relativposition des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf das Hauptmagnetfeld, wobei die erste 3D-Relativposition und der abgerufene Abstandsvektor Eingangsparameter der Berechnung sind und die zweite 3D-Relativposition ein Ausgangsparameter der Berechnung ist, und
• - Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ersten 3D-Relativposition und der zweiten 3D-Relativposition als Eingangsparameter.
• Das Verfahren weist insbesondere folgende Vorteile auf:
• Im Vergleich zur in der DE 10 2016 203 255 A1 beschriebenen Lösung kann die zweite 3D-Relativposition berechnet werden, ohne dass an dieser Stelle ein vergleichsweise komplexer Sensor, insbesondere ein weiteres Referenzsensorsystem mit z.B. einem Hall-Sensor, vorgesehen ist. Die zweite 3D-Relativposition wird also insbesondere in Abhängigkeit von der ersten 3D-Relativposition ermittelt, was im Speziellen durch den zumindest einen Beschleunigungssensor ermöglicht wird. Der zumindest eine Beschleunigungssensor kann insbesondere aufgrund der erfindungsgemäßen Berechnungsweise der zweiten 3D-Relativposition in Abhängigkeit der ersten 3D-Relativposition das weitere Referenzsensorsystem ersetzen. In dem Referenzsensorsystem ist typischerweise ein Hall-Sensor und ein Neigungssensor kombiniert. Der Wegfall des weiteren Referenzsensorsystem durch den Ersatz mit dem zumindest einen Beschleunigungssensor verringert somit insgesamt den Grad an technischer Komplexität, welche als Teil der MR-Spuleneinheit ansonsten gemäß dem Stand der Technik vorgesehen sein müsste, wodurch die vorliegende Erfindung üblicherweise mit einem Kostenvorteil einhergeht.
• Weitere Vorteile der Erfindung sind, dass das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässiger als ein optisches Verfahren ist, weil ein Verdecken der MR-Lokalspuleneinheit z.B. mit einer Wärmedecke und/oder das seitliche Wickeln der MR-Lokalspuleneinheit um die Oberfläche des Untersuchungsobjekts und somit ein möglicher Verlust der für das optische Verfahren nötigen Sichtachse unproblematisch ist. Weiterhin sind keine potenziell gesundheitsschädlichen Marker als Teil der MR-Spuleneinheit vorgesehen. Der Wegfall jeglicher Marker wirkt sich außerdem positiv auf die Bildqualität aus, da durch diese keine Bildartefakte hervorgerufen werden können.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich vor, während oder nach einer bildgebenden Untersuchung erfolgen, vorausgesetzt, dass die Position und/oder Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit relativ zum Hauptmagnetfeld und somit zur Magnetresonanztomographie-Einrichtung für den Zeitraum der Untersuchung und des erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen konstant bleibt. Die bildgebende Untersuchung umfasst beispielsweise eine MR-Bildgebung in der Magnetresonanztomographie-Einrichtung und/oder eine PET-Bildgebung in der Positronen-Emissions-Tomographie-Einrichtung.
• Das Hauptmagnetfeld der Magnetresonanztomographie-Einrichtung wird regelmäßig B0-Feld bezeichnet. Für die Erzeugung des insbesondere statischen Hauptmagnetfelds weist die Magnetresonanztomographie-Einrichtung eine Magneteinheit auf. In dem Hauptmagnetfeld werden typischerweise die Kernspins des Untersuchungsobjekts entlang der Symmetrieachse der Magneteinheit ausgerichtet. Die Symmetrieachse entspricht insbesondere einer Mittenachse des Patiententunnels der Magnetresonanztomographie-Einrichtung.
• Die MR-Lokalspuleneinheit ist typischerweise eine Oberflächenspule, welche zur Optimierung eines Signal-Rauschverhältnisses in einem möglichst geringen Abstand zum Untersuchungsobjekt angeordnet wird. Die MR-Lokalspuleneinheit wird vorzugsweise Untersuchungsobjekt-abhängig am oder auf dem Untersuchungsobjekt individuell platziert. Üblicherweise kann die MR-Lokalspuleneinheit MR-Signale, welche im Untersuchungsobjekt angeregt werden, empfangen. Alternativ oder zusätzlich können mittels der MR-Lokalspuleneinheit RF-Signale zur Anregung der MR-Signale im Untersuchungsobjekt ausgesendet werden. Die MR-Lokalspuleneinheit kann mehrere Spulenelemente als Antennen zum Senden von RF-Signalen und/oder zum Empfangen von MR-Signalen aufweisen. Die mehreren Spulenelemente sind beispielsweise in einer Matrix angeordnet, um eine parallele und somit beschleunigte MR-Bildgebung zu ermöglichen.
• In der MR-Lokalspuleneinheit sind das zumindest eine Spulenelement, das Referenzsensorsystem und der zumindest eine Beschleunigungssensor typischerweise fest verbaut. Durch die Befestigung in der MR-Lokalspuleneinheit sind die jeweiligen Relativpositionen zueinander typischerweise fest, sprich nicht veränderbar.
• Das Referenzsensorsystem ist insbesondere dazu ausgebildet, die erste 3D-Relativposition des Referenzsensorsystem als Teil der MR-Spuleneinheit in Bezug auf das Hauptmagnetfeld im Weltkoordinatensystem bereitzustellen. Das Referenzsensorsystem kann typischerweise zusätzlich die Orientierung des Referenzsensorsystems bereitstellen. Die erste 3D-Relativposition umfasst insbesondere die Referenz-z-Koordinate des Referenzsensorsystems. Vorteilhafterweise umfasst die erste 3D-Relativposition zusätzlich die Referenz-x- und/oder Referenz-y-Koordinate. Also umfasst die erste 3D-Relativposition insbesondere die Referenz-x-y-z-Koordinaten des Referenzsensorsystems. Die Orientierung des Referenzsensorsystems umfasst insbesondere einen, vorzugsweise drei Raumwinkel alpha, beta, gamma.
• Das Referenzsensorsystem weist insbesondere einen Hall-Sensor und einen Orientierungssensor zur Ermittlung der Referenz-z-Koordinate, insbesondere der Referenz-x-y-z-Koordinaten und/oder der drei Raumwinkel auf. Das Referenzsensorsystem kann dafür gemäß der DE 10 2016 203 255 A1 ausgebildet sein und/oder eingesetzt werden. Diesbezüglich sei insbesondere darauf hingewiesen, dass das Ermitteln der ersten 3D-Relativposition des Referenzsensorsystems in Bezug auf das Hauptmagnetfeld ein Verfahren des Referenzsensorsystems entlang der Symmetrieachse und ein Messen von Magnetfeldstärken des Hauptmagnetfelds umfassen kann. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die erste 3D-Relativposition mittels eines optischen Verfahrens, beispielsweise einer stereoskopischen Kamera, oder mittels eines Marker-basierten Verfahrens erfolgen kann.
• Dass die erste 3D-Relativposition in Bezug auf das Hauptmagnetfeld bereitgestellt wird, bedeutet insbesondere, dass es mit den Informationen aus der ersten 3D-Relativposition möglich ist, das Referenzsensorsystem relativ zum und innerhalb des Hauptmagnetfelds und somit zur Magnetresonanztomographie-Einrichtung zu lokalisieren. Es ist aus dem Stand der Technik, z.B. aus der DE 10 2016 203 255 A1 , bekannt, wie die erste 3D-Relativposition dazu verwendet werden kann, die Position des Referenzsensorsystems zu ermitteln. Nach der erfindungsgemäßen Berechnung der zweiten 3D-Relativposition kann entsprechend mit den Informationen aus der zweiten 3D-Relativposition der zumindest eine Beschleunigungssensor relativ zum und innerhalb des Hauptmagnetfelds und somit zur Magnetresonanztomographie-Einrichtung lokalisiert werden. Die Symmetrieachse der Magnetresonanztomographie-Einrichtung kann Teil eines Weltkoordinatensystems sein, welches mit einem Koordinatensystem des Hauptmagnetfelds übereinstimmen kann.
• Das Bereitstellen der ersten 3D-Relativposition kann das Ermitteln der ersten 3D-Relativposition und/oder das Übertragen der ersten 3D-Relativposition und/oder Abspeichern der ersten 3D-Relativposition für ein Abrufen derselben umfassen. Das Bereitstellen der ersten 3D-Relativposition kann in einer Recheneinheit erfolgen. Das Bereitstellen der ersten 3D-Relativposition erfolgt insbesondere nach dem Anordnen der MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds. Innerhalb des Hauptmagnetfelds schließt begrifflich insbesondere den Bereich, in welchem das Hauptmagnetfeld im Wesentlichen konstant ist, und den Randbereich, in welchem das Hauptmagnetfeld von quasi null bis zum konstanten Wert hin ansteigt, ein.
• Das Empfangen des Beschleunigungsvektors aus dem zumindest einen Beschleunigungssensor umfasst insbesondere ein Messen des Beschleunigungsvektors mittels des zumindest einen Beschleunigungssensors. Das Messen kann in einer Frequenz höher 0,01 Hz, insbesondere höher 1 Hz, vorzugsweise höher 100 Hz erfolgen. Das Messen des Beschleunigungsvektors kann ein Auswählen eines insbesondere statischen Beschleunigungsvektors aus einer Vielzahl an gemessenen Beschleunigungsvektoren umfassen. Das Messen des Beschleunigungsvektors erfolgt typischerweise im Weltkoordinatensystem. Der gemessene Beschleunigungsvektor wird typischerweise vom den zumindest einen Beschleunigungssensor für das Empfangen übertragen. Das Empfangen kann beispielsweise in der Recheneinheit erfolgen. Nach dem Empfangen und vor dem Berechnen der zweiten 3D-Relativposition kann der Beschleunigungsvektor beispielsweise durch eine Mittelwertbildung und/oder durch ein Filtern und/oder durch ein Modellieren der gemessenen Beschleunigungsvektoren ermittelt werden.
• Mittels des zumindest einen Beschleunigungssensors wird insbesondere ein auf die Erdgravitationsachse bezogener und auf die Raumachsen des Weltkoordinatensystems projizierter Beschleunigungsvektor gemessen. Der Beschleunigungsvektor umfasst insbesondere die Messwerte acc_x, acc_y, acc_z: $$\begin{array}{cc}\text{acc\_x}& =1\text{ g}\cdot \text{sin}\left(\text{theta}\right)\cdot \text{cos}\left(\text{phi}\right)\\ \text{acc\_y}& =-1\text{ g}\cdot \text{sin}\left(\text{theta}\right)\cdot \text{sin}\left(\text{phi}\right)\\ \text{acc\_z}& =1\text{ g}\cdot \text{cos}\left(\text{theta}\right)\\ \text{acc\_y/acc\_x}& =-\text{tan}\left(\text{phi}\right)\end{array}$$

  
• Aus diesem Zusammenhang können die Neigungswinkel phi und theta gegen die Erdgravitationsachse wie folgt berechnet werden: $$\begin{array}{l}\text{theta }=\text{acos}\left(\text{acc\_z/1g}\right)\\ \text{phi }=-\text{atan}\left(\text{acc\_y/acc\_x}\right)\end{array}$$

  
• Die Neigungswinkel phi, theta können beispielsweise mit den Begriffen Roll- und Nickwinkel unterschieden werden und können typischerweise eine Orientierung des Beschleunigungssensors angeben. Grundsätzlich kann eine Angleichung dieser Winkel theta, phi um plus/minus 90° erfolgen, um bei den diesen entsprechenden Neigungswinkeln alpha, beta eine horizontale Ausrichtung mit 0° definieren zu können. Alpha, beta sind insbesondere auf dieselben Raumachsen wie theta, phi bezogen und weisen gegebenenfalls eine Normalisierung je nach Art des Beschleunigungssensors und/oder des gemessenen Beschleunigungssensors auf.
• Neigung liegt insbesondere vor, wenn der zumindest eine Beschleunigungssensor oder das Referenzsensorsystem jeweils nicht horizontal ausgerichtet sind. Die Neigung kann allgemein mittels der Messwerte eines Beschleunigungssensors und/oder eines Beschleunigungsvektors und/oder Neigungssensors ermittelt werden. Die Neigung ist insbesondere als die Neigung in Bezug auf die Erdgravitationsachse definiert. In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff Neigung im Gegensatz zum Begriff Krümmung lokal für die jeweiligen Sensoren verwendet und unterschieden, während die Krümmung sich global auf die MR-Lokalspuleneinheit bezieht.
• Das Bereitstellen des Beschleunigungsvektors kann das Bereitstellen der Messwerte acc_x, acc_y, acc_z und/oder der berechneten Neigungswinkel phi, theta umfassen. Der bzw. die Neigungswinkel des Beschleunigungsvektors (und somit des zumindest einen Beschleunigungssensors) beschreiben die Orientierung des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf das Weltkoordinatensystem.
• Grundsätzlich kann es sinnvoll sein, dass für die MR-Lokalspuleneinheit ein vom Weltkoordinatensystem x,y,z verschiedenes Spulenkoordinatensystem u,v,w verwendet wird. Das Spulenkoordinatensystem wird mit CCS abgekürzt, was für Coil Coordinate System steht. Ein Punkt im Weltkoordinatensystem, welcher z.B. die erste 3D-Relativposition oder die zweite 3D-Relativposition angibt, kann in einen Punkt im Spulenkoordinatensystem umgerechnet werden, beispielsweise mittels einer Transformationsmatrix, welche insbesondere eine Translation und/oder Rotation beschreibt, und umgekehrt. Das Spulenkoordinatensystem der MR-Lokalspuleneinheit kann so definiert sein, dass die 3D-Relativposition und somit die Position des Referenzsensorsystems den Ursprung des Spulenkoordinatensystems bilden. Eine Abweichung zwischen den Koordinatensystemen kann beispielsweise durch die Randbedingung verringert werden, dass die MR-Lokalspuleneinheit durch einen Nutzer im Wesentlichen parallel zur Patientenliege ausgerichtet wird.
• Der zumindest eine Beschleunigungssensor ist in fester Relativposition zum Referenzsensorsystem beabstandet angeordnet. Die feste Relativposition wird beispielsweise durch eine physische Verbindung des zumindest einen Beschleunigungssensors mit dem Referenzsensorsystem aufrechterhalten. Die physische Verbindung kann ein Teil, insbesondere ein Gehäuse, der MR-Lokalspuleneinheit bilden. Je nach Ausgestaltung der physischen Verbindung, insbesondere je nach Elastizitätsgrad der physischen Verbindung, kann ein absoluter Abstand zwischen dem zumindest einen Beschleunigungssensor und dem Referenzsensorsystem trotz der festen Relativposition variabel sein, beispielsweise indem die MR-Lokalspuleneinheit gekrümmt wird.
• Krümmung ist insbesondere derart definiert, dass zumindest ein Neigungswinkel des zumindest einen Beschleunigungssensors und zumindest ein Neigungswinkel des Referenzsensorsystems sich unterscheiden. Die Krümmung folgt insbesondere dadurch, dass die beispielsweise flache MR-Lokalspuleneinheit mit einer elastischen physischen Verbindung um eine nicht-flache Oberfläche des Untersuchungsobjekts herum angelegt wird. Die Krümmung ist insbesondere eine direkte Folge der Schwerkraft auf die MR-Lokalspuleneinheit und/oder einer Befestigung der MR-Lokalspuleneinheit mittels eines Spulengurts. Bei einer nicht-elastischen physischen Verbindung ist keine patientenabhängige Krümmung vorgesehen. Die Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit ergibt sich insbesondere aus dem Neigungswinkel des zumindest einen Beschleunigungssensors typischerweise im Vergleich zum Neigungswinkel des Referenzsensorsystems. Wenn beispielsweise das Referenzsensorsystem gemäß dessen Neigungswinkel horizontal ausgerichtet ist und beim zumindest einen Beschleunigungssensor eine Neigung vorliegt, ist die MR-Lokalspuleneinheit dazwischen zumindest bereichsweise gekrümmt.
• Der Eingangsparameter Beschleunigungsvektor ermöglicht die Feststellung, inwiefern der zumindest eine Beschleunigungssensor im Vergleich zum Referenzsensorsystem auf der gleichen Höhe angeordnet ist. In anderen Worten, ob der zumindest eine Beschleunigungsvektor und das Referenzsensorsystem im Wesentlichen den gleichen Betrag an Erdbeschleunigung erfahren. Für diesen Erdbeschleunigungsvergleich kann es vorteilhaft sein, wenn zusätzlich zur ersten 3D-Relativposition die Orientierung in Form der Neigungswinkel des Referenzsensorsystems bereitgestellt wird.
• Der Abstandsvektor bildet den in fester Relativposition eingerichteten Abstand mathematisch vorzugsweise im Spulenkoordinatensystem u,v,w ab, wobei der Vektor vom zumindest einen Beschleunigungssensor zum Referenzsensorsystem reicht oder umgekehrt. Der Abstandsvektor gibt somit insbesondere einen Betrag des Abstands und die, beispielweise zweidimensionale in Bezug auf u,v oder dreidimensionale in Bezug auf u,v,w, Richtung zwischen dem zumindest einen Beschleunigungsvektor zum Referenzsensorsystem (oder umgekehrt) an. Die w-Koordinate variiert typischerweise in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors, um den Einfluss der Krümmung zu berücksichtigen. Der in der Speichereinheit vorgehaltene Abstandsvektor berücksichtigt nicht die durch die Krümmung entstandene Verkürzung des Abstands.
• Das Abrufen des Abstandsvektors erfolgt in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors derart, dass der abgerufene Abstandsvektor der krümmungsabhängige Abstandsvektor ist. Aufgrund der festen Relativposition ist der krümmungsabhängige Abstandsvektor vorzugsweise unveränderlich und kann daher in der Speichereinheit vorgehalten werden.
• In der Speichereinheit ist vorzugsweise für jeden Beschleunigungssensor mindestens ein Abstandsvektor enthalten. Typischerweise ist in der Speichereinheit je ein krümmungsabhängiger Abstandsvektor für je eine Krümmung des zumindest einen Beschleunigungssensors enthalten. Alternativ kann der krümmungsabhängige Abstandsvektor in Abhängigkeit des Beschleunigungsvektors, insbesondere des Neigungswinkels, aus einem ungekrümmten Abstandsvektor berechnet werden, z.B. unter der Annahme, dass der Abstand und die zweidimensionale Richtung u,v gleich ist und eine Rotation gegen die Erdgravitationsachse um den Neigungswinkel erfolgt. Die Berechnung des krümmungsabhängigen Abstandsvektors kann in der Recheneinheit erfolgen. Der Schritt der Berücksichtigung der Schwerkraft und somit der Krümmung kann alternativ beim Berechnen der zweiten 3D-Relativposition erfolgen.
• Der Abstandsvektor ist regelmäßig in einer Speichereinheit für das Abrufen hinterlegt. Das Abrufen erfolgt insbesondere durch die Recheneinheit. Die Speichereinheit kann der Arbeitsspeicher der Recheneinheit oder ein anderer insbesondere Nur-Lesen-Speicher sein. Der Abstandsvektor wird insbesondere nicht erst ermittelt, nachdem die MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds angeordnet worden ist. Der Abstandsvektor wird üblicherweise vor der Anordnung der MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds ermittelt, beispielsweise durch einen Hersteller oder Nutzer der MR-Lokalspuleneinheit.
• Die zweite 3D-Relativposition ergibt sich insbesondere durch die Addition der ersten 3D-Relativposition mit dem Abstandsvektor. Mathematisch kann eine solche Operation eine Multiplikation erfordern. Es kann grundsätzlich dafür sinnvoll sein, die Berechnung zumindest teilweise im Weltkoordinatensystem und zumindest teilweise im Spulenkoordinatensystem durchzuführen. Der Abstandsvektor definiert die Differenz aus dem Vektor zur zweiten 3D-Relativposition und dem Vektor zur ersten 3D-Relativposition.Beispielhaft sei im Folgenden eine mögliche Berechnungsformel unter Berücksichtigung der verschiedenen Koordinatensysteme wiedergegeben: $$\begin{array}{l}{\text{T}}_{\text{world}}=\text{Erste 3D}-\text{Relativposition}\\ ={\left(\text{x}\text{,y}\text{,z}\right)}_{\text{world}},{\left({\text{alpha}}_0,{\text{beta}}_0,{\text{gamma}}_0\right)}_{\text{world}}\end{array}$$

  
• Der empfangene Beschleunigungsvektor ergibt $$={\left(\text{alpha}\text{,beta}\right)}_{\text{world}}$$

  
• Daraus folgt im Spulenkoordinatensystem: $${\left(\text{alpha}\text{,beta}\right)}_{\text{ccs}}={\left(\text{alpha}\text{,beta}\right)}_{\text{world}}-{\left({\text{alpha}}_0{\text{,beta}}_0\right)}_{\text{world}}$$

  
• Hilfsweise wird im Folgenden die Neigung gemäß (alpha, beta)_ccs in 2D betrachtet: $$\begin{array}{l}{\text{P}}_{\text{u}}={\text{Rotation}}_{\text{v}}\left(\text{alpha}\right)\cdot {\text{Abstandsvektor}}_{\text{u}}=\left(\text{u}\mathrm{1,0,}\text{wu}\right)\\ {\text{P}}_{\text{v}}={\text{Rotation}}_{\text{u}}\left(\text{beta}\right)\cdot {\text{Abstandsvektor}}_{\text{v}}=\left(\mathrm{0,}\text{v}\mathrm{1,}\text{wv}\right)\end{array}$$

  

  wobei Rotation, bzw. Rotation_u eine Rotation um die v- bzw. u-Achse beschreiben.
• Erfindungsgemäß ergibt die Berechnung der zweiten 3D-Relativposition: $$\begin{array}{l}{\text{P}}_{\text{ccs}}=\text{Zweite 3D}-\text{Relativposition im Spulenkoordinatensystem}\\ =\left(\text{u}\mathrm{1,}\text{v1}\text{, MINIMUM}\left(\text{wu}\text{,wv}\right)\right)\end{array}$$

  
• Der Minimalwert von wu, wv wird verwendet, wenn die w-Achse definitionsgemäß nach oben zeigt, während die MR-Lokalspuleneinheit bei einem Neigungswinkel größer 0° nach unten gekrümmt ist. $$\begin{array}{l}{\text{P}}_{\text{world}}=\text{Zweite 3D}-\text{Relativposition im Weltkoordinatensystem}\\ ={\text{T}}_{\text{world}}+\text{Rotation}{\left({\text{alpha}}_0,{\text{beta}}_0,{\text{gamma}}_0\right)}_{\text{world}}\cdot {\text{P}}_{\text{ccs}}\end{array}$$

  
• Die zweite 3D-Relativposition wird insbesondere in der Recheneinheit anhand von Programmcodemitteln berechnet, welche eine Formel mit den Eingangsparametern abbilden. Die Eingangsparameter der Berechnung ergeben nach der Berechnung die zweite 3D-Relativposition. Es ist denkbar, dass die Formel Zwischenschritte zur Aufbereitung einzelner oder aller Eingangsparameter aufweist.
• Die Position und/oder die Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit wird insbesondere in der Recheneinheit ermittelt. Die Position und/oder die Orientierung beschreiben insbesondere eine 3D-Ausrichtung der MR-Lokalspuleneinheit in Bezug auf das Hauptmagnetfeld im Weltkoordinatensystem. In anderen Worten sind durch die ermittelte Position und/oder Orientierung die Koordinaten von wenigstens zwei Elementen, insbesondere Stützstellen, der MR-Lokalspuleneinheit, insbesondere des Referenzsensorsystems und des zumindest einen in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensors, in Bezug auf das Hauptmagnetfeld vorteilhafterweise bekannt. Mittels der ersten 3D-Relativposition und der zweiten 3D-Relativposition als Eingangsparameter kann insbesondere gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Stützstellen-basierten und/oder anderen Modell-basierten und/oder numerischen Verfahren die Position und/oder die Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit ermittelt werden.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass beim Berechnen der zweiten 3D-Relativposition ein die Neigung des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf die Neigung des Referenzsensorsystems beschreibender Differenzwinkel ermittelt wird. Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere das Ermitteln, inwiefern das Referenzsensorsystem und/oder der zumindest eine Beschleunigungssensor nicht im Wesentlichen gleich ausgerichtet sind, was durch eine gestreckte Ausrichtung der MR-Lokalspuleneinheit bedingt sein kann. Vorteilhafterweise kann in Abhängigkeit des Differenzwinkels entschieden werden, ob eine für die nächste Ausführungsform relevante Krümmung vorliegt. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine elastische physische Verbindung und somit die MR-Lokalspuleneinheit gestreckt und nicht gekrümmt ist, wenn die jeweiligen Neigungswinkel identisch und/oder nicht-horizontal sind, wobei somit der Differenzwinkel null beträgt. In anderen Worten können beide, das Referenzsensorsystem und der zumindest eine Beschleunigungssensor, relativ zum Weltkoordinatensystem, insbesondere im gleichen Neigungswinkel geneigt, die MR-Lokalspuleneinheit aber nicht gekrümmt sein.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein weiterer Eingangsparameter der Berechnung der zweiten 3D-Relativposition ein die Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit zwischen dem zumindest einen Beschleunigungssensor und dem Referenzsensorsystem zumindest teilweise kompensierender Korrekturwert ist, welcher für das Berechnen der zweiten 3D-Relativposition in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit abgerufen wird. Der Korrekturwert ist typischerweise desto größer, je stärker die Krümmung ist. Wenn die MR-Lokalspuleneinheit nicht gekrümmt ist, ist der Korrekturwert insbesondere null. Der Korrekturwert verkürzt insbesondere den Betrag des Abstandsvektors. Die Speichereinheit kann eine Zuordnungstabelle aufweisen, in welcher verschiedenen Beschleunigungsvektoren und/oder deren Neigungswinkel jeweils ein bestimmter Korrekturwert zugeordnet ist. Der Korrekturwert kann in der Speichereinheit bereits dem Abstandsvektor zugeordnet sein. Die zweite 3D-Relativposition wird insbesondere mit dem Korrekturwert derart verrechnet, dass die zweite 3D-Relativposition näher an die erste 3D-Relativposition heranrückt.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Korrekturwert aus einem künstlichen System nach dessen Lernphase mittels eines Lerntransfers generiert wird und danach für das Abrufen in der Speichereinheit bereitgestellt wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil das künstliche System vorteilhafterweise bereits an verschiedenste Ausgestaltungen der MR-Lokalspuleneinheit oder vergleichbarer MR-Lokalspuleneinheiten angepasst ist, und somit der Korrekturwert die tatsächliche Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit exakter kompensieren kann. Das künstliche System kann ein statistisches Modell, welches gemäß einem Maschinen-Lernen aufgebaut worden ist, oder ein künstliches neuronales Netz umfassen, welches mit entsprechenden Trainingsdaten trainiert worden ist. Nach der Lernphase des künstlichen Systems bedeutet, dass das statistische Modell bereits aufgebaut bzw. das künstliche neuronale Netz bereits trainiert ist, wenn der Korrekturwert generiert wird. Das Generieren mittels des Lerntransfers bedeutet, dass der Korrekturwert nicht basierend auf der tatsächlichen Ausgestaltung der MR-Lokalspuleneinheit, insbesondere nicht basierend auf der tatsächlichen Krümmung, beispielsweise mittels einer Kamera erfasst wird, sondern durch das künstliche System angenähert wird basierend auf den zuvor beschriebenen Eingangsparametern. In dieser Ausführungsform kann beispielsweise das künstliche System in Programmcodemitteln der Recheneinheit abgebildet sein. Die Recheneinheit generiert beispielsweise in Abhängigkeit des Beschleunigungsvektors den Korrekturwert und/oder speichert den generierten Korrekturwert wenigstens im Arbeitsspeicher zwischen, z.B. indem die Recheneinheit den Korrekturwert einer Variablen zuweist.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Korrekturwert nach dem Berechnen der zweiten 3D-Relativposition für eine Lernphase eines künstlichen Systems bereitgestellt wird. Die Lernphase des künstlichen Systems kann eine Anpassung des statistischen Modells bzw. eines Kantengewichts im künstlichen neuronalen Netz umfassen. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil das künstliche System entsprechend kontinuierlich lernen kann.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach einer Unterschreitung eines Schwellwerts des zumindest einen Beschleunigungssensors und/oder des Referenzsensorsystems erfolgt. Das Messen des Beschleunigungsvektors kann wiederholt, insbesondere kontinuierlich erfolgen. Der Schwellwert kann sich auf den Betrag des Beschleunigungsvektors oder auf einzelne oder eine Kombination der Messwerte acc_x, acc_y, acc_z beziehen. Wenn der Beschleunigungsvektor und/oder die Messwerte acc_x, acc_y, acc_z den Schwellwert unterschreiten, werden vorzugsweise diese (oder ein weiterer später gemessene Beschleunigungsvektor und/oder weitere später gemessene Messwerte) derart für den Schritt des Empfangens als statischer Beschleunigungsvektor bereitgestellt. Das Unterschreiten des Schwellwerts kann ein Normalisieren von aufeinander folgenden Beschleunigungsvektoren, beispielsweise mittels einer Differenz- und/oder Mittelwert- und/oder Medianbildung als Referenzwert und/oder ein Vergleichen mit dem Referenzwert umfassen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass zusätzlich oder alternativ eine Überschreitung eines weiteren Schwellwerts geprüft wird. Insbesondere kann der Schwellwert ein Intervall definieren, in welchem die MR-Lokalspuleneinheit per definitionem statisch ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Berechnung der zweiten 3D-Relativposition genauer wird, wenn die MR-Lokalspuleneinheit im Wesentlichen statisch ist. Im Wesentlichen statisch bedeutet, dass die MR-Lokalspuleneinheit nicht bewegt wird. Diese Ausführungsform stellt vorteilhafterweise einen statischen Zustand der MR-Lokalspuleneinheit bei der Messung des Beschleunigungsvektors, insbesondere der Messwerte acc_x, acc_y, acc_z sicher.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Stillstandsignal einer Patientenliege, auf welcher die MR-Lokalspuleneinheit direkt oder indirekt angeordnet ist, bereitgestellt wird und ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach dem Bereitstellen des Stillstandsignals erfolgt. Diese Ausführungsform stellt ebenfalls vorteilhafterweise den statischen Zustand der MR-Lokalspuleneinheit bei der Messung des Beschleunigungsvektors, insbesondere der Messwerte acc_x, acc_y, acc_z sicher. Das Stillstandsignal kann beispielsweise von einer Steuereinheit der Patientenliege bereitgestellt werden, wenn ein Verfahren der Patientenliege abgeschlossen ist. Die MR-Lokalspuleneinheit ist auf der Patientenliege beispielsweise direkt angeordnet, wenn die MR-Lokalspuleneinheit zwischen der Patientenliege und dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist. Die MR-Lokalspuleneinheit ist auf der Patientenliege beispielsweise indirekt angeordnet, wenn die MR-Lokalspuleneinheit auf dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist, so dass das Untersuchungsobjekt zwischen der MR-Lokalspuleneinheit und der Patientenliege angeordnet ist.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach dem Anordnen der MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds erfolgt. Das Anordnen der MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds ist vorteilhaft, weil regelmäßig die erste 3D-Relativposition nach der Anordnung des Referenzsensorsystems ermittelt wird. Das Anordnen kann, wie zur vorherigen Ausführungsform ausgeführt, eine direkte oder indirekte Anordnung in Bezug auf die Patientenliege sein.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgt. Diese Ausführungsform stellt ebenfalls vorteilhafterweise den statischen Zustand der MR-Lokalspuleneinheit bei der Messung des Beschleunigungsvektors, insbesondere der Messwerte acc_x, acc_y, acc_z sicher. Diese Ausführungsform basiert auf der Annahme, dass innerhalb der vorgebbaren Zeitspanne das Untersuchungsobjekt ruhig verharrt.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass nach dem Bereitstellen der ersten 3D-Relativposition und vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors eine Patientenliege, auf welcher die MR-Lokalspuleneinheit direkt oder indirekt angeordnet ist, in das Hauptmagnetfeld gefahren wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch ein Zeitraum, in welchem die MR-Lokalspuleneinheit unabsichtlich bewegt werden kann, verkürzt wird. Diese Ausführungsform kann insbesondere bei einer Ausgestaltung der Bereitstellung der ersten 3D-Relativposition gemäß der DE 10 2016 203 255 A1 möglich sein.
• Eine Ausführungsform sieht vor, dass nach dem Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit eine Schwächungskarte der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ermittelten Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit berechnet wird. Das Berechnen der Schwächungskarte kann beispielsweise in der Recheneinheit erfolgen. Das Berechnen unter Verwendung der ermittelten Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit kann einem Korrigieren einer Schwächungskarte entsprechen. Die Schwächungskarte kann eine sogenannte my-Map für die PET-Bildgebung sein.
• Die erfindungsgemäße MR-Lokalspuleneinheit weist
• - zumindest ein Spulenelement,
• - ein Referenzsensorsystem,
• - zumindest einen zum Referenzsensorsystem in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor und
• - die Recheneinheit auf. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die MR-Lokalspuleneinheit weitere Referenzsensorsysteme und/oder mehrere Beschleunigungssensoren aufweist. Die MR-Lokalspuleneinheit weist insbesondere eine Vielzahl an Beschleunigungssensoren auf, welche über das Gehäuse verteilt angeordnet sind. Die Vielzahl beträgt zwischen 3 und 1000, insbesondere zwischen 5 und 500, vorzugsweise zwischen 10 und 100. Die MR-Lokalspuleneinheit kann mehrere Referenzsensorsysteme aufweisen, welche gemeinsam mit der Vielzahl an Beschleunigungssensoren über das Gehäuse gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
• Die erfindungsgemäße Magnetresonanztomographie-Einrichtung weist
• - die MR-Lokalspuleneinheit und
• - einen Hauptmagneten zur Bereitstellung des Hauptmagnetfeldes auf, wobei die MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfeldes angeordnet ist. Die Magnetresonanztomographie-Einrichtung ist für eine Durchführung der MR-Bildgebung ausgebildet und teilt durch den Einsatz der MR-Lokalspuleneinheit deren zuvor beschriebenen Vorteile.
• Die erfindungsgemäße MR-PET-Bildgebungseinrichtung weist
• - die Magnetresonanztomographie-Einrichtung und
• - eine Positronen-Emissions-Tomographie-Einrichtung auf. Die MR-PET-Bildgebungseinrichtung ist für eine Durchführung der MR-Bildgebung und der PET-Bildgebung ausgebildet und teilt durch den Einsatz der MR-Lokalspuleneinheit deren zuvor beschriebenen Vorteile.
• Das Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein oder ein Computerprogramm umfassen. Das Computerprogrammprodukt weist insbesondere die Programmcodemittel auf, welche die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte abbilden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren definiert und wiederholbar ausgeführt sowie eine Kontrolle über eine Weitergabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeübt werden. Das Computerprogrammprodukt ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass die Recheneinheit mittels des Computerprogrammprodukts die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Programmcodemittel können insbesondere in einen Speicher der Recheneinheit geladen und typischerweise mittels eines Prozessors der Recheneinheit mit Zugriff auf den Speicher ausgeführt werden. Wenn das Computerprogrammprodukt, insbesondere die Programmcodemittel, in der Recheneinheit ausgeführt wird, können typischerweise alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem physischen, computerlesbaren Medium gespeichert und/oder digital als Datenpaket in einem Computernetzwerk hinterlegt. Das Computerprogrammprodukt kann das physische, computerlesbare Medium und/oder das Datenpaket in dem Computernetzwerk darstellen. So kann die Erfindung auch von dem physischen, computerlesbaren Medium und/oder dem Datenpaket in dem Computernetzwerk ausgehen. Das physische, computerlesbare Medium ist üblicherweise unmittelbar mit der Recheneinheit verbindbar, beispielsweise indem das physische, computerlesbare Medium in ein DVD-Laufwerk eingelegt oder in einen USB-Port gesteckt wird, wodurch die Recheneinheit auf das physische, computerlesbare Medium insbesondere lesend zugreifen kann. Das Datenpaket kann vorzugsweise aus dem Computernetzwerk abgerufen werden. Das Computernetzwerk kann die Recheneinheit aufweisen oder mittels einer Wide-Area-Network-(WAN) bzw. einer (Wireless-)Local-Area-Network-Verbindung (WLAN oder LAN) mit der Recheneinheit mittelbar verbunden sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt digital auf einem Cloud-Server an einem Speicherort des Computernetzwerks hinterlegt sein, mittels des WAN über das Internet und/oder mittels des WLAN bzw. LAN auf die Recheneinheit insbesondere durch das Aufrufen eines Downloadlinks, welcher zu dem Speicherort des Computerprogrammprodukts verweist, übertragen werden.
• Bei der Beschreibung der Vorrichtung erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können Ansprüche auf das Verfahren mit Merkmalen der Vorrichtung weitergebildet sein und umgekehrt. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem Verfahren verwendet werden.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Grundsätzlich werden in der folgenden Figurenbeschreibung im Wesentlichen gleich bleibende Strukturen und Einheiten mit demselben Bezugszeichen wie beim erstmaligen Auftreten der jeweiligen Struktur oder Einheit benannt.
• Es zeigen:
• 1 ein Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit,
• 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 3 eine MR-Lokalspuleneinheit,
• 4 die MR-Lokalspuleneinheit in einer weiteren Ausführungsform,
• 5 drei Betriebszustände der MR-Lokalspuleneinheit,
• 6 eine MR-PET-Bildgebungseinrichtung,
• 7 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 8 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
• 9 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit für die Anordnung innerhalb eines Hauptmagnetfelds einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung, wobei die MR-Lokalspuleneinheit zumindest ein Spulenelement, ein Referenzsensorsystem und zumindest einen zum Referenzsensorsystem in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor aufweist, in einem Flussdiagramm. Das Verfahren umfasst folgende Schritte S100 bis S104:
• Verfahrensschritt S100 kennzeichnet ein Bereitstellen einer ersten 3D-Relativposition des Referenzsensorsystems in Bezug auf das Hauptmagnetfeld.
• Verfahrensschritt S101 kennzeichnet ein Empfangen eines Beschleunigungsvektors aus dem zumindest einen Beschleunigungssensor.
• Verfahrensschritt S102 kennzeichnet ein Abrufen eines die feste Relativposition beschreibenden Abstandsvektors in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit.
• Verfahrensschritt S103 kennzeichnet ein Berechnen einer zweiten 3D-Relativposition des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf das Hauptmagnetfeld, wobei die erste 3D-Relativposition und der abgerufene Abstandsvektor Eingangsparameter der Berechnung sind und die zweite 3D-Relativposition ein Ausgangsparameter der Berechnung ist.
• Verfahrensschritt S104 kennzeichnet ein Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ersten 3D-Relativposition und der zweiten 3D-Relativposition als Eingangsparameter.
• 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Verfahrens.
• Verfahrensschritt S105 kennzeichnet, dass beim Berechnen der zweiten 3D-Relativposition ein die Neigung des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf die Neigung des Referenzsensorsystems beschreibender Differenzwinkel ermittelt wird.
• 3 zeigt eine Draufsicht auf eine, insbesondere nicht gekrümmte MR-Lokalspuleneinheit 10. Die MR-Lokalspuleneinheit 10 ist für die Anordnung innerhalb eines Hauptmagnetfelds einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung 20 ausgebildet. Nicht in 3 gezeigt ist das zumindest eine Spulenelement der MR-Lokalspuleneinheit 10.
• Die MR-Lokalspuleneinheit 10 zeigt in diesem Ausführungsbeispiel ein Spulenkabel 12. Alternativ kann eine kabellose Übertragung der Signale zur und von der MR-Lokalspuleneinheit 10 vorgesehen sein. Ein Sensorsignal, beispielsweise des gemessenen Beschleunigungsvektors, kann über einen Datenbus 14, welcher insbesondere gemäß einem I2C- und/oder SPI-Standard ausgebildet ist, übertragen werden.
• Die MR-Lokalspuleneinheit 10 umfasst ein Referenzsensorsystem 13. In diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich weitere Referenzsensorsysteme 15 vorgesehen und eine mögliche verteilte Anordnung derselben dargestellt.
• Ferner umfasst die MR-Lokalspuleneinheit 10 zumindest einen zum Referenzsensorsystem 13 in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor 17. In diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Vielzahl an Beschleunigungssensoren vorgesehen, welche über die MR-Lokalspuleneinheit 10 und das Spulenkabel 12 verteilt angeordnet sind. Die gestrichelten Linien 16 deuten an, dass die verschiedenen Sensoren über einen weiteren Datenbus 16 derart miteinander verschaltet sind, dass die verschiedenen Signale an eine nicht gezeigte Recheneinheit weitergegeben werden können. Anstatt der gezeigten sternförmigen Topologie sind selbstverständlich alternative Konfigurationen denkbar.
• Eine nicht in 3 gezeigte Recheneinheit könnte beispielsweise als Teil des Referenzsensorsystems 13 oder neben dem Referenzsensorsystem 13 vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Recheneinheit außerhalb des Hauptmagnetfelds vorgesehen ist, um mögliche Artefakte zu reduzieren.
• 4 zeigt die MR-Lokalspuleneinheit 10 in einer weiteren, gekrümmten Ausführungsform. Die Seitenansicht der MR-Lokalspuleneinheit 10 zeigt die Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit 10 zwischen dem zumindest einen Beschleunigungssensor 17 und dem Referenzsensorsystem 13, z.B. aufgrund der nicht-flachen Oberfläche des nicht gezeigten Untersuchungsobjekts insbesondere in Folge der Schwerkraft und/oder eines Spulengurts, mit welchem die MR-Lokalspuleneinheit 10 an einem nicht gezeigten Patient P befestigt wird. Das Referenzsensorsystem 13 ist in diesem Beispiel nicht geneigt, sondern horizontal ausgerichtet. Der zumindest eine Beschleunigungssensor 17 hingegen weist eine Neigung größer 0° auf, so dass eine Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit 10 vorliegt.
• 4 zeigt insbesondere, dass je nach Anordnung des zumindest einen Beschleunigungssensors 17 nah und fern zum Referenzsensorsystem 13 der Abstandsvektor variiert. Außerdem korreliert ein möglicher Grad der Krümmung mit dem Betrag des Abstandsvektors.
• Weiterhin zeigt 4 den Neigungswinkel alpha des zumindest einen Beschleunigungssensors 17 an den beiden Positionen. Das Spulenkoordinatensystem zeigt in diesem Ausführungsbeispiel entlang der w-Achse die Erdgravitation.
• 5 zeigt drei Betriebszustände a), b), c) der MR-Lokalspuleneinheit 10. Die drei Betriebszustände unterscheiden sich im Neigungswinkel alpha, wobei a) alpha = 0°, b) alpha = 45°, c) alpha = 62°. Die MR-Lokalspuleneinheit 10 ist im Betriebszustand a) nicht gekrümmt und in den Betriebszuständen b), c) gekrümmt. Ohne die durch die Krümmung verursachten Verschiebung db und dc in den Betriebszuständen b), c) liegt der zumindest eine Beschleunigungssensor 17 näherungsweise auf dem Kreis mit dem Radius des Betrags R des Abstands des Abstandsvektor liegt. Der in manchen Ausführungsbeispielen vorgesehene Korrekturwert K dient der Korrektur dieser Verschiebung db, dc.
• Die Vektoren h, a, b, c sind im Spulenkoordinatensystem angegeben. Die erste 3D-Relativposition ist mit h gekennzeichnet und entspricht T_world. Die zweite 3D-Relativposition P_ccs ist abhängig vom Betriebszustand mit a, b, c gekennzeichnet. Somit ergeben sich in diesem vereinfachten zweidimensionalen Fall folgende Gleichungen: $$\text{a}=\text{h}+\left(\text{a}-\text{h}\right)=\text{h}+\text{Rotation}\left(\text{R}\text{,0}°\right)$$

  
• Da die Neigung in diesem Fall 0° beträgt, ist kein Korrekturwert aufgrund einer Krümmung nötig. Die Recheneinheit ist vorzugsweise für eine solche Fallunterscheidung ausgebildet.
• Bei den Krümmungen b) und c) mit dem Rollwinkel von 45° bzw. 62° können die Vektoren b und c wegen db != 0 und dc != 0 nur annähernd über $$\text{b}=\text{h}+\left(\text{b}-\text{h}\right)\sim \text{h}+\text{Rotation}\left(\text{R}\text{, 45}°\right)+\text{K bzw}\text{.}$$

  

  $$\text{c}=\text{h}+\left(\text{c}-\text{h}\right)\sim \text{h}+\text{Rotation}\left(\text{R}\text{, 62}°\right)+\text{K}$$

  

  berechnet werden.
• Die Verrechnung des krümmungsabhängigen Korrekturwerts K ermöglicht die Erhöhung der Präzision bei der Berechnung der zweiten 3D-Relativpositionen b, c.
• 6 zeigt eine MR-PET-Bildgebungseinrichtung 30 schematisch.
• Die MR-PET-Bildgebungseinrichtung 30 weist eine Magnetresonanztomographie-Einrichtung 20 und eine Positronen-Emissions-Tomographie-Einrichtung 31 auf. Die Magnetresonanztomographie-Einrichtung 20 weist eine MR-Lokalspuleneinheit 10 und einen Hauptmagneten zur Bereitstellung des Hauptmagnetfeldes auf, wobei die MR-Lokalspuleneinheit 10 innerhalb des Hauptmagnetfeldes angeordnet ist. Bei einem Durchführen der MR-Bildgebung in der MR-PET-Bildgebungseinrichtung 30 werden die MR-Signale erfasst und bei einem Durchführen der PET-Bildgebung in der MR-PET-Bildgebungseinrichtung 30 werden die PET-Signale erfasst.
• Die Magnetresonanztomographie-Einrichtung 20 ist in die Positronen-Emissions-Tomographie-Einrichtung 31 integriert und umgekehrt. Die Magnetresonanztomographie-Einrichtung 20 und die Positronen-Emissions-Tomographie-Einrichtung 31 sind somit innerhalb eines Gehäuses G angeordnet. In diesem Fall ist die MR-Bildgebung und die PET-Bildgebung ohne ein erhebliches Verfahren einer Patientenliege 32 möglich, auf der als Untersuchungsobjekt ein Patient P angeordnet ist. Alternativ können die beiden Einrichtungen 20, 31 in verschiedenen Gehäusen angeordnet sein. Das Gehäuse G weist einen tunnelförmigen Hohlraum auf, in welchem der Patient P für die bildgebende Untersuchung angeordnet ist. Die MR-PET-Bildgebungseinrichtung 30 weist eine Recheneinheit 33 für das Durchführen der zuvor beschriebenen Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit 10.
• 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Verfahrens.
• Verfahrensschritt S106 kennzeichnet, dass ein weiterer Eingangsparameter der Berechnung der zweiten 3D-Relativposition ein die Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit zwischen dem zumindest einen Beschleunigungssensor und dem Referenzsensorsystem zumindest teilweise kompensierender Korrekturwert ist, welcher für das Berechnen der zweiten 3D-Relativposition in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit abgerufen wird.
• Verfahrensschritt S107 kennzeichnet, dass der Korrekturwert aus einem künstlichen System nach dessen Lernphase mittels eines Lerntransfers generiert wird und danach für das Abrufen in der Speichereinheit bereitgestellt wird.
• Der optionale Verfahrensschritt S108 kennzeichnet, dass der Korrekturwert nach dem Berechnen der zweiten 3D-Relativposition für eine Lernphase eines künstlichen Systems bereitgestellt wird.
• 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Verfahrens.
• Verfahrensschritte S109 bis S112 umfassen verschiedene Varianten, welche einzeln oder (zumindest teilweise) kombiniert sicherstellen, dass der für die Berechnung verwendete Beschleunigungsvektor ein statischer Beschleunigungsvektor ist, weil zum Messzeitpunkt die MR-Lokalspuleneinheit nicht bewegt wird.
• Verfahrensschritt S109 kennzeichnet, dass ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach einer Unterschreitung eines Schwellwerts des zumindest einen Beschleunigungssensors und/oder des Referenzsensorsystems erfolgt.
• Verfahrensschritt S110 kennzeichnet, dass ein Stillstandsignal einer Patientenliege, auf welcher die MR-Lokalspuleneinheit direkt oder indirekt angeordnet ist, bereitgestellt wird und ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach dem Bereitstellen des Stillstandsignals erfolgt.
• Verfahrensschritt S111 kennzeichnet, dass ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach dem Anordnen der MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds erfolgt.
• Verfahrensschritt S112 kennzeichnet, dass ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgt.
• Verfahrensschritt S113 kennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen der ersten 3D-Relativposition und vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors eine Patientenliege, auf welcher die MR-Lokalspuleneinheit direkt oder indirekt angeordnet ist, in das Hauptmagnetfeld gefahren wird.
• 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des in 1 gezeigten Verfahrens.
• Verfahrensschritt S114 kennzeichnet, dass nach dem Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit eine Schwächungskarte der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ermittelten Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit berechnet wird.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 9638769 B2 [0007]
• US 2014171784 A1 [0007]
• DE 102016203255 A1 [0008, 0009, 0013, 0020, 0021, 0053]

Claims (15)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Position und/oder einer Orientierung einer MR-Lokalspuleneinheit für die Anordnung innerhalb eines Hauptmagnetfelds einer Magnetresonanztomographie-Einrichtung, wobei die MR-Lokalspuleneinheit zumindest ein Spulenelement, ein Referenzsensorsystem und zumindest einen zum Referenzsensorsystem in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor aufweist, mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen einer ersten 3D-Relativposition des Referenzsensorsystems in Bezug auf das Hauptmagnetfeld, - Empfangen eines Beschleunigungsvektors aus dem zumindest einen Beschleunigungssensor, - Abrufen eines die feste Relativposition beschreibenden Abstandsvektors in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit, - Berechnen einer zweiten 3D-Relativposition des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf das Hauptmagnetfeld, wobei die erste 3D-Relativposition und der abgerufene Abstandsvektor Eingangsparameter der Berechnung sind und die zweite 3D-Relativposition ein Ausgangsparameter der Berechnung ist, und - Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ersten 3D-Relativposition und der zweiten 3D-Relativposition als Eingangsparameter.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein weiterer Eingangsparameter der Berechnung der zweiten 3D-Relativposition ein die Krümmung der MR-Lokalspuleneinheit zwischen dem zumindest einen Beschleunigungssensor und dem Referenzsensorsystem zumindest teilweise kompensierender Korrekturwert ist, welcher für das Berechnen der zweiten 3D-Relativposition in Abhängigkeit des empfangenen Beschleunigungsvektors aus einer Speichereinheit abgerufen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Korrekturwert aus einem künstlichen System nach dessen Lernphase mittels eines Lerntransfers generiert wird und danach für das Abrufen in der Speichereinheit bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Korrekturwert nach dem Berechnen der zweiten 3D-Relativposition für eine Lernphase eines künstlichen Systems bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Berechnen der zweiten 3D-Relativposition ein die Neigung des zumindest einen Beschleunigungssensors in Bezug auf die Neigung des Referenzsensorsystems beschreibender Differenzwinkel ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach einer Unterschreitung eines Schwellwerts des zumindest einen Beschleunigungssensors und/oder des Referenzsensorsystems erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stillstandsignal einer Patientenliege, auf welcher die MR-Lokalspuleneinheit direkt oder indirekt angeordnet ist, bereitgestellt wird und ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach dem Bereitstellen des Stillstandsignals erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach dem Anordnen der MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfelds erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Messen des Beschleunigungsvektors vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors sowie nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Bereitstellen der ersten 3D-Relativposition und vor dem Empfangen des Beschleunigungsvektors eine Patientenliege, auf welcher die MR-Lokalspuleneinheit direkt oder indirekt angeordnet ist, in das Hauptmagnetfeld gefahren wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Ermitteln der Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit eine Schwächungskarte der MR-Lokalspuleneinheit unter Verwendung der ermittelten Position und/oder der Orientierung der MR-Lokalspuleneinheit berechnet wird.
12. MR-Lokalspuleneinheit, aufweisend - zumindest ein Spulenelement, - ein Referenzsensorsystem, - zumindest einen zum Referenzsensorsystem in fester Relativposition beabstandeten Beschleunigungssensor und - eine Recheneinheit, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
13. Magnetresonanztomographie-Einrichtung, aufweisend - eine MR-Lokalspuleneinheit nach Anspruch 12 und - einen Hauptmagneten zur Bereitstellung des Hauptmagnetfeldes, wobei die MR-Lokalspuleneinheit innerhalb des Hauptmagnetfeldes angeordnet ist.
14. MR-PET-Bildgebungseinrichtung, aufweisend - die Magnetresonanztomographie-Einrichtung nach Anspruch 13 und - eine Positronen-Emissions-Tomographie-Einrichtung.
15. Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Recheneinheit ladbar ist, mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit ausgeführt wird.

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