Computersimulation eines klinischen Magnetresonanztomographen für Ausbildungszwecke

Zusammenfassung

Zielsetzung: Die Idee zu diesem Projekt entsprang aus der Notwendigkeit, angehenden Medizinern einen einfachen Zugang zu den theoretischen Grundlagen der Magnetresonanztomographie anbieten zu können. Ziel war es, Eigenschaften und Verhalten eines solchen Tomographen durch ein Computerprogramm auf einem handelsüblichen PC zu simulieren. Methode: Die Simulation wurde in der Programmiersprache Java unter der GNU General Public License programmiert und ist kostenlos verfügbar. Sie benötigt einen handelsüblichen PC mit Windows-, Macintosh- oder Linux-Betriebssystem. Die grafische Benutzeroberfläche orientiert sich an einem realen Magnetresonanztomographen. In einem externen Programm werden aus klinischen Untersuchungen Parameterbilder für die Protonendichte und die Relaxationszeiten T1 und T2 berechnet. Im Simulationsprogramm erfolgt hieraus die Bildberechnung pixelweise anhand einer vom Anwender ausgewählten und modifizierten Pulssequenz. Die Bilder können gespeichert und ausgedruckt werden. Ferner besteht die Möglichkeit, die Bilder im k-Raum zu betrachten und zu modifizieren. Ergebnisse: Es sind 7 Klassen von Pulssequenzen implementiert, wobei bis zu 14 relevante Sequenzparameter, wie Repetitions- und Echozeit, verändert werden können. Einfaltungs- und Bewegungsartefakte werden simuliert. Da die Bildberechnung lediglich einige Sekunden dauert, ist ein interaktives Arbeiten möglich. Schlussfolgerung: Die Simulation wird seit über einem Jahr in der universitären Lehre eingesetzt. Die Simulation stellt in anschaulicher Weise die Abhängigkeiten der MR-Bilder von den Messparametern dar. Dadurch sollte Studierenden in Zukunft der Zugang zum Verständnis der MR-Bildgebung erleichtert werden.

Abstract

Purpose: The idea for this project was born by the necessity to offer medical students an easy approach to the theoretical basics of magnetic resonance imaging. The aim was to simulate the features and functions of such a scanner on a commercially available computer by means of a computer program. Materials and Methods: The simulation was programmed in pure Java under the GNU General Public License and is freely available for a commercially available computer with Windows, Macintosh or Linux operating system. The graphic user interface is oriented to a real scanner. In an external program parameter, images for the proton density and the relaxation times T1 and T2 are calculated on the basis of clinical examinations. From this, the image calculation is carried out in the simulation program pixel by pixel on the basis of a pulse sequence chosen and modified by the user. The images can be stored and printed. In addition, it is possible to display and modify k-space images. Results: Seven classes of pulse sequences are implemented and up to 14 relevant sequence parameters, such as repetition time and echo time, can be altered. Aliasing and motion artifacts can be simulated. As the image calculation only takes a few seconds, interactive working is possible. Conclusion: The simulation has been used in the university education for more than 1 year, successfully illustrating the dependence of the MR images on the measuring parameters. This should facititate the approach of students to the understanding MR imaging in the future.

Key words

MRI; simulation - computer program - magnet resonance tomography - Simulation - Computer Programm

Literatur

• 1 Schalla C, Trümper A. Diplomarbeit . Entwicklung eines virtuellen klinischen Kernspintomographen.  Interner Bericht der Universität Dortmund, Fachbereich Informatik. 1999; 
• 2 Hackländer T, Schalla C, Trümper A. et al . Virtueller Kernspintomograph. 81. Deutscher Röntgenkongreß, Wiesbaden. Fortschr Röntgenstr.  2000;  172 135
• 3 Hackländer T, Schalla C, Trümper A. et al .A Virtual MR Scanner for Education. RSNA 2002, 88th Scientific Assembly and Annual Meeting Chicago, USA; Radiology 2002 225 (P): 757