用於對脈衝序列的總參數進行確定的方法與流程
2023-06-06 14:21:12
本發明涉及一種用於對具有多個用於磁共振檢查設備的脈衝序列模塊的脈衝序列的總參數進行確定的方法、一種相應的裝置以及一種相應的電腦程式產品。
背景技術：
為了在磁共振掃描儀（MR掃描儀）上對患者進行醫學檢查，使用不同的脈衝方案（MR脈衝序列），通過所述脈衝方案能夠確定組織的不同特徵。在這些脈衝方案中，將單個射頻脈衝（RF脈衝）或RF脈衝序列發送到位於強磁場內的組織上。通過核自旋共振信號、NMR信號或自由感應衰減（FID–FreeInducitonDecay）的接收和隨後的傅立葉變換，然後能夠獲得受檢查組織的圖像。MR脈衝序列可以例如由一個或者多個不同的序列模塊組成，就像例如內核（Kernel）、飽和器和EKG觸發器，其通常被周期性地使用。在這種情況下，將這些序列模塊嵌入到由嵌套循環所組成的結構中，這些循環中的每一個實現MR測量的一種周期性，就像例如在k空間中的行、取平均或者相位。所使用的序列模塊的特徵尤其體現於在其使用期間所應用的頻率、持續時間和能量。為了例如為用戶提供檢查測量的持續時間，則通過序列的不同序列模塊計算所用應用的總持續時間。以相應的方式可以算出測量的總能量。然後從這兩個數值中可以計算所應用的功率和特定的吸收率（SAR–SpecificAbsorptionRate）。依據該特定的吸收率可以例如判定是否可以實施測量而不使患者有危險。除了測量的總持續時間和總能量之外，具有不變功率的時間間隔是用來對測量進行描述的重要參數。為了確定上述參數（例如脈衝序列的總能量或總持續時間），在現有技術中使用了公式。在此，這表現出這樣的缺點，即，必須針對循環結構的每一種改變來對這些公式進行匹配。根據檢查協議設置，也就是根據選擇是否被激活而改變脈衝序列的循環結構，並且由此改變了與此相匹配的用於能量和測量持續時間的計算公式。因此，如果脈衝順序發生改變，則經常需要匹配這些計算公式，以便避免錯誤的計算。這帶來了升高了的實施開銷和較高的易出錯性，原因是，典型的MR序列具有尤其複雜的含有大量不同脈衝的循環結構。
技術實現要素：
本發明要解決的基本的技術問題是，藉助一般性方法來確定序列的（物理學的）總參數。按照第一方面，所述技術問題通過一種用來對用於磁共振檢查設備的具有多個脈衝序列模塊的脈衝序列的總參數進行確定的方法來解決，其具有下述步驟：將脈衝序列模塊的參數信息存儲在樹形結構的葉和節點內；以及評估在樹形結構中所存儲的參數信息以便確定脈衝序列的總參數。由此，例如實現了這樣的技術優點，即，針對每個任意的脈衝序列，可以依據簡單地待遍歷的（durchlaufend）循環結構或樹形結構來確定總參數。不同於以預先給定的公式為基礎的計算，在基於樹形結構計算總參數時，可以根據脈衝序列的變化以簡單和一般性的方式來考慮總參數的計算。這帶來了實施開銷的降低，減少了為實施方法所需要的計算步驟並且由此可以被高效能地實施。此外，降低了易出錯性，並且為患者提供了總體上更為安全的檢查，原因在於能夠在檢查中更準確地確定和遵守極限值。該方法是計算機實施的，並且優選完全自動地運行，也就是說，無需操作者的任何用戶交互。該方法可以部分地或者完全地基於軟體。此外，可以將該方法或系統完全地或者僅將軟體解決方案作為「嵌入式系統」嵌入或者集成在磁共振檢查設備中和/或（例如在中央伺服器的範圍內）有關的控制計算機中，使得其與所述磁共振檢查設備或控制計算機進行交互。該方法藉助基於計算機在其它主管部門的技術設備（網絡）對所提供的（以控制信號、參數和/或對脈衝或測量序列的指令的形式的）數據進行存儲、處理和傳輸。按照本發明，將用於磁共振檢查設備的控制指令不規則地分配地址並且由此進行修正地儲存。因此，通過針對設備的運行來變化地對部件和其控制程序進行響應，該方法也考慮數據處理裝置的實際情況。該方法通常是計算機實施的。在此可以將特定的方法段作為微處理器解決方案的部分並且由此固定地布線，而將該方法的其他段設計為軟體。在這種情況下，只有方法的單獨的段或部分是軟體實施的。通常將所有的或者選取的方法段進行二進位編碼，或者其以數字形式存在。磁共振檢查設備是用於對試樣（例如在人體或動物體內的組織和/或器官）進行檢查和顯示的設備，該設備利用了原子核在磁場中的核磁共振效應。這樣的設備例如被稱為磁共振斷層造影設備、核磁共振斷層造影設備或磁共振掃描儀，並且根據測量數據生成三維的圖像數據記錄（MRT–MagneticResonanceImaging，磁共振成像）。脈衝序列是一系列的單脈衝。單脈衝是在磁場中影響核自旋的電磁脈衝。脈衝序列模塊或者是單脈衝，或者是由多個單脈衝組合成的部分脈衝序列。總參數是整體上對脈衝序列進行描述的物理學的參數。該總參數可以例如是脈衝序列的總能量、脈衝序列的平均功率、脈衝序列的總持續時間、平均的脈衝持續時間、特定的吸收率或者每個其他的可以從脈衝序列中確定出的技術物理學的參數。脈衝序列模塊的參數信息是關於脈衝模塊的技術物理學特徵的信息，例如持續時間、功率、能量、頻率和/或幅值。樹形結構是藉助連續的圖形構造的，所述圖形不包含循環。該圖形最大限度是不含循環的，並且最小限度是連續的，從而不能向邊集合添加新的邊而不生成循環，並且不能去掉存在的邊而不破壞其連續的特徵。樹在最上面的等級層次上具有根單元，並且在最下面的等級層次上以葉結束。位於下層的單元被稱作子單元，而位於上層的單元被稱作父單元。作為脈衝序列數據的數據結構可以應用樹形結構、尤其是有根樹（gewurzelterBaum）、尤其是輸出樹（Out-Tree）。在層數受限制的情況下，可以這樣實施有根樹，使得每個節點都包含關於變量的固定數組或者用於指示其孩子的矩陣。通常節點還具有對其父節點的指示，也被稱為反向指針（Back-Pointer）。可以通過使用動態列表代替矩陣來實施層數不受限制的樹。存儲是在暫時存儲器或非暫時存儲器（例如RMA存儲器、FLASH存儲器或硬碟）中對數據進行歸檔（Ablegen）和寫入的技術過程。評估是對存儲在樹形結構中的信息進行處理的技術過程。例如可以藉助不同的搜索算法來對樹形結構進行遍歷，以便對存儲在樹形結構中的信息進行評估。可以通過電路或者微處理器實現所述評估。為了支持微處理器可以提供存儲器以便記錄數據。確定是依據一個或多個輸入值來獲得輸出值的技術過程，例如通過藉助公式形式的關聯進行計算。可以通過電路或微處理器來實現所述獲得。在一個優選的實施方式中，本方法包含將子單元的重複數目存儲在樹形結構的至少一個節點中的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，減少了用於計算總參數的計算步驟，因為所述總參數可以至少部分地通過乘法來計算。子單元是樹形結構的位於其父單元下面的等級層次上的單元。在另一個優選的實施方式中，本方法包含將子單元的重複數目分配給樹形結構的至少一個邊的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，可以以簡單並且技術上容易評估的方式在樹形結構中描述脈衝序列。一條邊連接樹形結構的兩個節點或者單元。在再一個優選的實施方式中，本方法包含對存儲在部分樹中的參數信息進行評估以便確定脈衝序列的部分參數的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，通過分別評估樹形結構的各個區域以及隨後組合各個數值可以獲得總參數。例如，針對樹形結構的各個部分區域可以使用特別合適的評估算法，從而進一步降低了算術運算的數目。在再一個優選的實施方式中，本方法包含對子單元的參數信息進行評估並且將從子單元中獲得的參數信息存儲在該子單元的父單元中的步驟。由此，例如實現了這樣的優勢，即，如果脈衝序列的與該部分樹相對應的部分沒有發生變化，則不用對該部分樹進行重新分析。特別是可以進一步地減少對於計算總參數所需要的算術運算的數目。在再一個優選的實施方式中，本方法包含使用深度搜索或廣度搜索以便對樹進行遍歷並且評估在樹形結構中所存儲的參數信息的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，可以以特別高效的算法和較少的算術運算對整個樹形結構進行評估。深度搜索是一種這樣的不知情搜索，其通過在圖形中逐步地從起始節點開始擴展各個首先出現的後續節點來在深度上進一步搜索。廣度搜索是一種這樣的不知情搜索，其通過從圖形的起始節點出發擴展圖形的各個等級層次來在廣度上搜尋一個單元。在再一個優選的實施方式中，本方法包含依據樹形結構生成參數順序（Parameterabfolge）的步驟，所述參數順序具有用於每個脈衝序列模塊的參數信息。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，在脈衝序列期間可以對各個參數的時間順序進行模擬和評估。在再一個優選的實施方式中，該方法包含對彼此緊挨著的脈衝序列模塊的參數信息進行比較的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，當在相鄰的脈衝序列模塊中存在相同或相似的參數時可以簡化算術運算。例如當在多個彼此緊挨著的脈衝序列模塊中存在相同的參數時，可以通過乘法代替通過加法來進行評估，並且由此可以更快地並以少量的計算步驟來實施評估。在再一個優選的實施方式中，如果兩個彼此緊挨著的塊的參數信息是相同的，該方法包含對參數信息進行聯合的步驟。由此例如實現了這樣的技術優勢，即，進一步減少了為評估所需要的計算步驟的數目，並且該方法可以更有效地被實施。在再一個優選的實施方式中，參數信息是功率信息或者關於脈衝序列模塊的特定吸收率的信息，並且本方法包含對用於總的脈衝序列的特定的吸收率進行計算的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，可以以技術上簡單的方式獲得總參數，所述總參數特別適合作為用於確定是否可以實施測量的邊界值。在再一個優選的實施方式中，參數信息是關於脈衝序列模塊的持續時間的信息，並且本方法包含計算脈衝序列的總持續時間的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，可以特別簡單地獲得檢查的持續時間。在再一個優選的實施方式中，參數信息是關於脈衝序列模塊的能量的信息，並且本方法包含計算脈衝順序的總能量的步驟。由此，例如實現了這樣的技術優勢，即，可以以特別簡單的技術方式獲得脈衝順序的總能量。按照第二方面，通過一種磁共振檢查設備來解決按照本發明的技術問題，其中，磁共振檢查設備被匹配用於按照第一方面所述的方法。由此實現了與通過按照第一方面所述的方法相同的技術優勢。按照第三方面，通過一種包含電腦程式的電腦程式產品來解決按照本發明的技術問題，所述電腦程式被存儲在數據載體上或者計算機的存儲器上，並且包含可由計算機讀取的命令，如果在計算機上運行所述命令，其用於實施按照第一方面所確定的方法。由此，實現了和通過按照第一方面所述的方法相同的技術優點。附圖說明在附圖中示出了本發明的實施例並且在下文中進行更詳細地描述，其中，圖1示出了磁共振檢查設備和脈衝序列的示意圖；圖2示出了樹形結構；圖3示出了脈衝序列和其在樹形結構中的圖示；圖4示出了計算過程的示意性圖示；圖5示出了計算過程的進一步的示意性圖示；圖6示出了具有多個塊的參數順序；圖7示出了按照本發明的方法的框圖。具體實施方式圖1示意性地示出了磁共振掃描儀105以及示例性的脈衝序列101。當在磁共振掃描儀（MR掃描儀）105上對患者進行檢查時，運行不同的掃描程序。該掃描程序對例如布置在MR掃描儀中的線圈進行控制，以便獲得不同的檢查數據和結果，例如和組織的自旋-自旋弛豫或自旋-晶格弛豫有關的圖像數據或數據。另外，在MR掃描儀內部生成了梯度磁場，在該梯度磁場中通過由線圈發出的電磁脈衝來激發試樣的各個核自旋。根據這些脈衝的類型和順序，可以對試樣的不同特徵進行探測。在現有技術中公知大量用於不同檢查方法的脈衝序列（例如SE、FISP、GRE）。這些脈衝序列常常包含幾百個單脈衝。然而，根據檢查方法和檢查選項，所使用的脈衝序列的單脈衝並不是固定地被預先給定的，而是作為替代地關於功率、持續時間、在脈衝之間的時間距離或者頻率常常發生變化的。脈衝101通常由一個或多個序列模塊構成，就像例如核（Kernel）、飽和器和EKG觸發器，其通常被周期性地在脈衝序列之間使用。這些所使用的序列模塊的特徵尤其體現在其在應用中所使用的持續時間和能量上。在檢查期間，將這些序列模塊嵌入到由嵌套循環所組成的結構中，這些循環中的每一個實現MR測量的一種周期性，就像例如在k空間中的行、取平均或者相位。圖1還示例性地示出了脈衝序列101的時間進程，所述脈衝序列由三個脈衝模塊103-1、103-2和103-3組成。脈衝序列103-1由一個具有功率P1的矩形的單脈衝構成，脈衝模塊103-2由四個具有不同功率P的矩形的單脈衝107-1至107-4構成，並且脈衝103-3又由一個具有功率P1的矩形的單脈衝構成。第二脈衝模塊103-2由多個單脈衝組成，並且包含具有功率P1的單脈衝107-1，其後緊接兩個具有功率P2的單脈衝107-2和107-3。然後直接接著具有功率P1的單脈衝107-4。通常，脈衝序列的每個單脈衝可以具有獨特的持續時間、獨特的功率、獨特的頻率和獨特的形狀。除了測量的總持續時間和總能量，具有相同功率的時間間隔是用於描述脈衝序列的重要參數。與基於總測量持續時間和總能量所實現的相比較，該間隔實現了對特定吸收率（SpeicificAbsorptionRate–SAR）的精確預測。例如可以通過具有較低SAR值的間隔來對具有增大的SAR值的間隔進行補償。然而，為了可以為用戶顯示出檢查的持續時間，對序列的所有序列模塊的總持續時間進行計算。此外，算出測量的總能量。然後從這些數值中可以計算出所應用的功率和特定的吸收率，以便確定出是否可以實施測量，而不使患者有危險。單獨的脈衝序列和其循環結構發生變化的情況使得計算上述用於脈衝序列的總參數變得困難，所述總參數例如是脈衝序列的所有脈衝的總能量、脈衝序列的持續時間、脈衝序列的平均功率、特定吸收率和其他參數。圖2示出了用於對具有三個等級層次的數據和信息進行構造的樹形結構205。樹205是連續的圖形並且包含根單元211。從位於最上面的等級層次的根單元211出發，樹205包含其他的被標記為節點203或葉201的其他單元。樹205的各個單元通過邊207來彼此連接。節點203的特徵在於，從該節點出發可以發出其他分支到在樹203的下面等級層次上的所謂的子單元201。與子單元201相對地，於是將這些節點203成為父單元。葉201代表了樹的末端，從此處不再發出其他的分支。樹205包含部分樹209，其再次包含根單元213。通常，節點203的數量、葉201的數量和等級層次的數量不被限制在特定的數量上。從每個節點出發可以發出任意數量的子單元。在樹形的數據結構中，可以為每個節點、每個葉和每個邊分配特定的信息。按照本發明，藉助樹形結構來顯示和存儲在檢查中所使用的脈衝序列。在重複脈衝模塊的情況下，脈衝序列的循環結構同樣可以存儲在樹形結構中。由此，明顯地簡化了取決於各個脈衝序列模塊的總參數的計算。這是特別地有優勢的，如果根據檢查來匹配脈衝序列的各個脈衝序列模塊，並且由此能夠不使用固定的預先給定的公式用以計算這些總參數。圖3在樹形結構303中示出了脈衝序列301。節點307和309表示例如序列模塊305或循環311，所述循環包含其他的循環或序列模塊。例如，在樹形結構303的根單元315中示出了「重複」循環313。在根單元315中可以保存下層脈衝單元的重複次數。根單元315具有子單元307和309。節點307包含用於脈衝序列模塊305（「TokTokTok」）的參數信息，並且節點309包含與在循環311（「Lines」，線）內的下層的子單元的重複次數有關的信息。節點309具有子單元317和319，這些子單元同時是樹303的葉。葉317包含用於脈衝序列模塊323（「Kernel」，核）的參數信息，而葉319包含用於脈衝序列模塊321（「FatSat」）的參數信息。以這種方式，可以以簡單的方式將任意脈衝序列的脈衝序列模塊與樹形結構的各個單元相對應。然後可以在樹形結構的單元中的每一個中存儲一個或多個參數，所述參數描述脈衝序列模塊的特徵，例如長度、能量、功率或SAR值。下層單元的重複次數，也就是待重複的脈衝序列模塊的重複次數，可以被放置在各個節點中。在替換的實施方式中，然而也可以將該信息分配給樹的各個邊，從而形成加權了的圖形。按照本發明的技術上尤其簡單和有效的方法基於該樹作為描述脈衝序列和其循環結構的基礎，以便計算總測量持續時間和總能量或者其他的技術參數。在本方法的第一實施方式中，從樹形結構的中葉所位於的最下層的等級或者分支層次處開始計算。葉表示脈衝序列的各個脈衝序列模塊，並且包含和各個脈衝序列模塊的的持續時間和能量有關的信息。各個數值被傳遞給父單元並且歸併（zusammenführen）在所述父單元中。這例如通過疊加兩個數值並且將結果存儲在父單元中來進行。在替換的實施方式中也可以從兩個數值中生成時間上的平均值。但是，通常也可以考慮其他的計算方法。在該過程之後，父單元包含例如關於脈衝序列的以下部分的信息，所述部分對應於從該父單元中發出的子樹或部分樹。圖4依據在圖3中示出的樹形結構303示出了該過程。父單元是循環309（「Lines」）。子單元317和319的參數值被疊加並且與循環長度相乘。以這種方式為父單元309「Lines」分配了其持續時間和能量。圖5示出了在計算總參數時的下一個步驟。在該計算步驟中，第二最下層的分支層次的單元（在這裡是指子單元307和309（「TokTokTok」和「Lines」））將其中所包含的和持續時間以及能量有關的信息提供給父單元315，所述父單元在此同時是根單元315。在單元307（「TokTokTok」）中預先存儲了和相應的脈衝序列模塊的持續時間以及能量有關的信息。對於單元309（「Lines」），在上面參考圖4所描述的計算步驟中確定了持續時間和能量。兩個單元307和309的這些數值被傳遞給下一個更高的分支層次，並且在根單元315中藉助計算進行歸併。由此，如果單個的脈衝模塊發生了變化，於是可以以特別簡單的方式並且藉助少量的計算步驟自身確定用於脈衝序列的總參數。這在時間關鍵的應用中是特別有優勢的。通常，對於任意的脈衝序列樹來說，這些步驟一直重複直到到達了最上層的分支層次，並且由此確定了整個樹地持續時間和能量。通過實施該方法，由此可以對存儲在樹形結構中的每一個任意的脈衝序列的測量時間和能量進行計算。在用於對脈衝序列的測量時間和能量進行確定的本方法的第二實施方式中，樹形結構被「展開（ausgerollt）」。在這種情況下運行和模擬所有的循環，從而在每個循環過程中查詢並且疊加在葉中所存儲的關於測量持續時間或能量的信息。這種方法的優點在於其一般性，特別是對於在樹形結構的不同單元之間的依賴性。如果在樹的不同單元之間存在依賴性，那麼這種方法由於其簡單性而特別具有優勢。如果例如脈衝序列模塊的持續時間或能量是循環計數的函數，那麼展開該循環是一種計算各個脈衝序列模塊的總持續時間或能量的簡單方法。於是可以從上面描述的方法中計算出平均應用的測量功率。在本方法的第三實施方式中，可以確定參數值（例如SAR值）的時間變化。在該實施方式中，首先展開樹，並且在每次調用葉時都查詢其儲存的與相應的脈衝序列模塊的持續時間或能量有關的信息。如果從葉的數值中計算出的功率（必要時在考慮容許誤差的情況下）與預先給定單元的功率相一致，那麼對各自的單元的持續時間和能量的數值進行疊加並且將兩個單元組合成一個具有均勻功率的塊。如果下一個單元或葉的功率同樣與該塊的功率一致，那麼也將其添加到該塊中。一直重複這些步驟，直到調用到這樣的單元，其存儲的功率與該塊的功率具有較大的偏差。現在該單元形成具有不同功率的新的塊，通過新的單元對該塊一直進行擴展，直到找到這樣的單元，其功率與當前塊的功率再次偏離過大。一直重複這些步驟，直到完全展開該樹形結構並且確定了塊的完整的組以及用於脈衝序列的相關的值。然後，這些塊中的每一個代表一個間隔，在該間隔內脈衝序列的所應用的功率在容許誤差值之內是時間上均勻的。通過該方法明顯地簡化了對具有均勻功率的時間間隔的確定。圖6示出了通過展開樹形結構所獲得的參數順序601，其由在圖1中示出的脈衝序列101生成。該參數順序描述了參數的時間變化。根據上述方法在此構造了具有相同數值的塊。具有功率P1的單脈衝103-1形成了第一塊601-1。在時間間隔T1中，脈衝107-1形成了第二塊602-2。隨後的脈衝107-2和107-3由於相同的功率值P2而形成了共同的第三塊601-3。然後接著參數塊601-4和601-5。通常，同樣可以在本方法中使用其他的參數，例如脈衝的頻率。通常，分別可以使用上述方法的各個最適合評估基本脈衝模塊的實施方式。另外，此外可以在一個樹中使用多個不同的方法，從而例如對於第一部分樹使用根據第一實施方式所述的方法，而對於第二部分樹使用根據第二實施方式所述的方法。對於根據第三實施方式所述的方法也適合於，能夠獨立於各個循環結構地被使用。本方法的不同實施方式由此可以用於計算任意子樹的測量持續時間和能量。圖7示出了用於對具有多個脈衝序列模塊103的脈衝序列101的總參數進行確定的按照本發明的方法的框圖。在第一步驟S701中，將脈衝序列模塊103的參數信息存儲在樹形結構205的葉201和節點303中。然後在第二步驟S703中，對存儲在樹形結構205中的參數信息進行評估以便確定脈衝序列101的總參數SAR。本發明應用了以樹形結構表示脈衝序列和其循環結構，以便計算測量持續時間和能量。通常，可以將上述方法用於每個任意的循環或樹形結構。與基於預先給定公式的計算不同，可以在基於樹形結構的計算中對測量持續時間和能量的計算根據循環結構或脈衝序列模塊的變化進行簡單地匹配。這降低了實施開銷並且減小了檢查的易出錯性。上述實施方式對於確定脈衝序列的測量持續時間和總能量進行了示例性的描述，而這不限制由權利要求所得出的保護範圍。由此，通常本方法也可以用於確定其他的參數，例如由測量引起和用於維持負載循環（Duty-Cycles）的對設備部件的負載。對於本領域技術專業人員，特別明顯的是，本發明能夠部分地或完全地在軟體和/或硬體中和/或分散在多個物理產品上（在此尤其也在電腦程式產品上）實現。