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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von Magnetresonanz-Angiographiebildern eines Untersuchungsvolumens eines Patienten unter Verwendung von Time-of-Flight-Angiographie in einer Magnetresonanzeinrichtung, wobei mit der Magnetresonanzeinrichtung durch kontinuierliche Aufnahme eine Vielzahl von schichtweise, insbesondere überlappend, das Untersuchungsvolumen entlang einer Axialrichtung abdeckenden, zweidimensionalen Schichtbildern aufgenommen werden. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung und ein Computerprogramm.
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Die Magnetresonanzbildgebung ist im Stand der Technik bereits als Modalität für Erstellung von Magnetresonanz-Angiographiebildern bekannt. Dabei existieren zwei grundsätzlich verschiedene Ansätze. In einem ersten Ansatz wird vor der Erstellung der Magnetresonanzbilder ein Kontrastmittel injiziert, bei welchem die das Kontrastmittel führenden Gefäße deutlich hervorgehoben werden. Nachdem aber die Gabe von Kontrastmittel in der modernen medizinischen Bildgebung möglichst weitgehend vermieden werden soll, wurden auch Vorgehensweisen vorgeschlagen, bei welchen auf das Injizieren eines Kontrastmittels verzichtet werden kann (häufig als „noncontrast MR angiography” bezeichnet). Das bekannteste Beispiel hierfür ist die sogenannte Time-of-Flight-Angiographie mit einer Magnetresonanzeinrichtung. Hierbei wird ausgenutzt, dass dann, wenn in einer Schicht eine Sättigung von Spins erreicht wird, dieser Schicht zugeführtes Blut, welches die zur Sättigung führenden Hochfrequenzpulse nicht erfahren hat, deutlich signalreicher ist. Idealerweise misst man also lediglich das Signal von Blut, welches in die Schicht eingeflossen ist.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Messung in der arteriellen Phase stattfindet, nachdem das arterielle Blut in einer pulsierenden Form durch die Arterien gepumpt wird. Unter der arteriellen Phase wird also die Phase des Herzzyklus verstanden, in welcher das Herz das Blut in die Arterien pumpt. Dagegen handelt es sich bei der venösen Phase um diejenige Phase des Herzzyklus, in welcher das Blut über die Venen zum Herz zurückgeführt wird. In der arteriellen Phase dringt also schnell Blut mit nicht gesättigten Spins in die Gefäße im Untersuchungsvolumen vor, so dass diese besonders deutlich zu erkennen sind.
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Daher wurde vorgeschlagen, die Aufnahme der Magnetresonanz-Angiographiebilder getriggert vorzunehmen, insbesondere anhand eines EKGs (Elektrokardiogramms). Auf diese Weise kann die arterielle Phase zeitlich verortet werden, so dass die Messung idealerweise dann stattfindet, wenn Blut mit nicht gesättigten Spins in großer Menge durch die Blutgefäße im Untersuchungsvolumen strömt. Bei der Verwendung von EKG-Signalen zur Triggerung der Time-of-Flight-Magnetresonanzangiographie existiert jedoch eine Reihe von Nachteilen. So sind zunächst Einkopplungen der von der Magnetresonanzeinrichtung erzeugten Hochfrequenzsignale in die EKG-Einrichtung denkbar, die zu falschen Ansteuersignalen seitens der EKG-Einrichtung führen können. Ein weiteres Problem liegt bei einem sich verändernden Herzschlag des Patienten (Arrhythmie) vor, nachdem dann Probleme bei der Datenerfassung auftreten können, insbesondere, was die Bestimmung der Phase angeht. Schließlich muss möglichst exakt eine Verzögerungszeit eingeplant werden, denn je weiter die zu untersuchenden Blutgefäße vom Herz entfernt sind, desto länger benötigt das Blut, um tatsächlich in das Untersuchungsvolumen einzutreten. Diese Verzögerungszeiten sind häufig äußerst schwer zu schätzen. Schließlich weisen EKG-Ansteuersignale und die entsprechende arterielle beziehungsweise venöse Phase an distalen Abschnitten eines Blutgefäßbaums nur gering Korrelationen auf, so dass die EKG-Ansteuersignale gerade bei vorhandenen Normabweichungen der Physiologie des Patienten, denen gegebenenfalls die Untersuchung gilt, nicht optimal mit den jeweiligen Phasen übereinstimmen.
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US 2013/0 119 983 A1 schlägt ein Verfahren zur Erzeugung von Angiographiebildern vor, das ohne Verwendung einer EKG-Einrichtung oder eines Triggersignals Angiographiebilder, insbesondere Angiographiebilder der arteriellen Phase, feststellen kann. Es wird vorgeschlagen, die Magnetresonanzdaten im k-Raum in unterschiedliche Gruppen bezüglich des Herzzyklus einzuteilen, indem eine Fourier-Transformation der erfassten Magnetresonanzdaten in zeitlicher Hinsicht durchgeführt wird, um ein Frequenzspektrum der Magnetresonanzdaten zu erzeugen. Durch entsprechende Analyse des Frequenzspektrums, insbesondere des zeitlichen Verlaufs der gemittelten Energie von erfassten Speichen bei einer radialen Abtastung des k-Raums, kann die arterielle Phase von der venösen Phase unterschieden werden und es können Magnetresonanz-Angiographiebilder im Ortsraum aus den Magnetresonanzdaten der arteriellen Phase erzeugt werden. Diese Analyse ist jedoch relativ aufwendig und nicht immer vollständig verlässlich.
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US 2009/0 219 021 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Artefakten bei der Time-of-Flight-Angiographie. Es wurde erkannt, dass in Maximalintensitätsprojektionen neben den vaskulären Signalen auch starke Hintergrundsignale betont werden, was zu Bildartefakten führen kann. Mithin wird vorgeschlagen, zusätzlich zu den Maximalintensitätsprojektionen auch gewichtete Summen aller 2D-Einzelbilder eines Sets zu gewinnen, die die Hintergrundsignale schwächen. Durch Überlagerung der Maximalintensitätsprojektionen und der gewichteten Summe soll so ein artefaktreduziertes Bild geschaffen werden, dass dennoch die vaskulären Signale deutlich zeigt.
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US 6 043 655 A betrifft die Magnetresonanzbildgebung unter Ausnutzung des Time-of-Flight-Effekts. Dort soll ein den Blutfluss verstärkt zeigendes Bild eines Paars von Bildern derselben Ebene oder Schicht erzeugt werden. Bei Subtraktion verbleibt dann nur ein Bild des Blutflusses. Bilder können dort auch durch Maximalintensitätsprojektion gewonnen werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben, welches insbesondere als Nachverarbeitungsschritt im Ortsraum durchgeführt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
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Dabei wird ausgenutzt, dass moderne Bildgebungsverfahren es erlauben, Schichtbilder mit einem Zeitabstand aufzunehmen, der kürzer als eine übliche Herzphase ist, das bedeutet, die Bildaufnahmerate der Schichtbilder ist größer als die Herzfrequenz. Dabei können grundsätzliche bekannte, schnelle Magnetresonanzbildgebungsmethoden, die beispielsweise eine radiale Abtastung des k-Raums oder eine kartesische Abtastung des k-Raums verwenden, um dann insbesondere eine iterative Bildrekonstruktion durchzuführen, verwendet werden können, so dass eine Time-of-Flight-Angiographie mit Raten von beispielsweise zehn Schichtbildern pro Sekunde und mehr denkbar ist. Es entsteht mithin eine Serie von Schichtbildern, die insbesondere jeweils gruppenweise zeitlich wenigstens einen Herzzyklus abdecken.
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Betrachtet wird nun weiter die Tatsache, dass das stärkste gemessene Signal in der Time-of-Flight-Angiographie aus der arteriellen Phase herrührt, in der ja, wie dargelegt wurde, pulsartig frisches Blut in die Blutgefäße der durch das Schichtbild abgebildeten Schicht eindringt, bei dem keine Sättigung vorliegt, so dass es mithin deutlich zu erkennen ist. Es sind also lediglich in der arteriellen Phase besonders hohe Signalwerte in den Schichtbildern zu erwarten, insbesondere dann, wenn aufgrund der erwarteten Blutflussrichtung, wie grundsätzlich bekannt, weitere Sättigungsbereiche in der Richtung, aus der der venöse Rückfluss erwartet wird, gesetzt werden. Geht man nun davon aus, dass die Schichtbilder in Gruppen unterteilt werden, die im Wesentlichen einen kompletten Herzzyklus zeitlich abdecken, ist davon auszugehen, dass im Idealfall nur eines dieser Bilder, nämlich das, welches während der pulsartigen Einflutung frischen Blutes aufgenommen wurde, starke Signale zeigt. Bildet man nun ein Maximalintensitätsprojektionsbild (MIP – „maximum intensity projection”) über einen Stapel der vorbestimmten Zahl von zeitlich unmittelbar nacheinander aufgenommenen Schichtbildern, wird der Kontrast des arteriellen Peaks in einem einzigen Bild gesammelt. Bei der Maximalintensitätsprojektion wird über alle Bilder der Gruppe mithin der Bildwert (des bereits rekonstruierten Schichtbildes im Ortsraum) gewählt, der das höchste Magnetresonanzsignal zeigt, mithin (von Rauscheffekten abgesehen) aus der arteriellen Phase stammt, in der frisches Blut pulsartig in die Blutgefäße eingeströmt ist.
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Dabei werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Schichtbilder zur Ermittlung des Maximalintensitätsprojektionsbildes, wie bereits erwähnt, im Ortsraum ausgewertet. Das bedeutet, es handelt sich um einen Nachverarbeitungsschritt, nachdem die Schichtbilder rekonstruiert wurden. Die Aufnahme der Schichtbilder kann dabei, wie dies beispielsweise auch in der eingangs bereits genannten
US 2013/0119983 A1 beschrieben wurde, mittels Gradientenechosequenzen aufgenommen werden, beispielsweise konkret mit einer FLASH-Aufnahmetechnik („Fast Low Angle SHot”) oder einer TrueFISP-Technik („True Fast Imaging with Steady State Precession”). Die Rekonstruktion der Schichtbilder im Ortsraum kann auf herkömmliche Weise erfolgen, bevorzugt jedoch mit Hilfe eines iterativen Rekonstruktionsverfahrens, in dem vorteilhafterweise fehlende beziehungsweise nicht erfasste Magnetresonanzdaten durch ein Vorwissen über das zu erstellende Schichtbild ergänzt werden können. Dabei kann es sich beispielsweise um die Lage und/oder die Abmessungen von Blutgefäßen in dem zu erfassenden Volumenabschnitt handeln. Abweichungen von einer derartigen einmal erfassten Lage beziehungsweise einmal erfassten Abmessungen können durch einen entsprechenden Strafterm bei der iterativen Rekonstruktion berücksichtigt werden. Insbesondere ist es mithin möglich, als Variante des iterativen Rekonstruktionsverfahrens zuvor ein komprimiertes Abtasten („compressed sensing”) einzusetzen, bei dem es sich um eine statistische Technik zur Datenerfassung und Datenabschätzung handelt, welche darauf abzielt, nur vergleichsweise wenige Messpunkte im k-Raum zu erfassen beziehungsweise abzutasten. Unter bestimmten Bedingungen können derartige, spärlich im k-Raum erfasste Magnetresonanzdaten dennoch nahezu die vollständige Information wiedergeben.
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Nachdem die Schichtbilder selbstverständlich, um einen Stapel von überlappenden Schichtbildern, die das Untersuchungsvolumen entlang einer Axialrichtung abdecken, zu erhalten, jeweils einer unterschiedlichen Aufnahmeposition entlang der Axialrichtung zugeordnet sind, muss selbstverständlich auch den Angiographiebildern eine derartige Position entlang der Axialrichtung zugeordnet werden. Grundsätzlich ist es hierbei denkbar, die Maximalintensitätsprojektionsbilder selbst als die Maximalintensitätsprojektionsbilder zu bestimmen, denen dann selbstverständlich auch eine Aufnahmeposition zugeordnet werden sollte, um sie räumlich einordnen zu können, beispielsweise dann, wenn ein dreidimensionaler Datensatz oder eine dreidimensionale Darstellung erfolgen sollen. Dabei ist es selbstverständlich möglich, eine mittlere Aufnahmeposition der Schichtbilder der Gruppe, aus der das Maximalintensitätsprojektionsbild hervorging, zu verwenden. Diesbezüglich sieht die Erfindung jedoch in zweierlei Hinsicht Verbesserungsmöglichkeiten vor, zum einen hinsichtlich der Ermittlung der Angiographiebilder selber, nachdem die Maximalintensitätsprojektionsbilder durch die Bildung der Maximalintensitätsprojektion rauschverstärkt sein könnten, zum anderen aber auch hinsichtlich der Bestimmung der zu verwendenden Position des Angiographiebildes entlang der Axialrichtung.
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Die Erfindung sieht vor, dass ein Korrelationsmaß für alle Schichtbilder der Gruppe bezüglich des Maximalintensitätsprojektionsbilds ermittelt wird. Dieses Korrelationsmaß kann auf zweierlei Maß vorteilhaft verwendet werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Schichtbild mit dem höchsten Korrelationsmaß und/oder alle Schichtbilder, deren Korrelationsmaß einen Schwellwert für das Korrelationsmaß übersteigt, als Angiographiebild verwendet werden. In diesem Fall werden also nicht die Maximalintensitätsprojektionsbilder als Angiographiebilder verwendet, nachdem diese mit einem stärkeren Rauschen belastet sein könnten und hinsichtlich der Aufnahmeposition gegebenenfalls nicht hinreichend genau zugeordnet werden können, sondern die Maximalintensitätsprojektionsbilder werden als eine Art Referenzbild verwendet, bezüglich dessen die Korrelation der Schichtbilder der Gruppe als Korrelationsmaß bestimmt wird. Liegt ein äußerst hohes Korrelationsmaß vor, ist davon auszugehen, dass es sich bei dem entsprechenden Schichtbild um jenes handelt, das die stärksten Magnetresonanzsignale, mithin die arterielle Einflutung zeigt, aus dem mithin die meisten Bildwerte in das Maximalintensitätsprojektionsbild übernommen wurden. Dabei kann idealerweise die vorbestimmte Zahl der in Axialrichtung aufeinanderfolgenden Schichtbilder so gewählt sein, dass immer ein Herzzyklus erfasst wird, mithin auch nur eines der Schichtbilder tatsächlich das pulsartige Einströmen des Blutes in der arteriellen Phase zeigt. Dennoch kann es selbstverständlich in der Praxis, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, vorkommen, dass zwei arteriell einströmendes Blut zeigende Schichtbilder in einer Gruppe enthalten sind. Dann ist es denkbar, dennoch nur das Schichtbild mit dem höchsten Korrelationsmaß zu verwenden; zweckmäßig kann es jedoch auch sein, bei mehreren Schichtbildern mit hohem Korrelationsmaß, insbesondere also einem einen Schwellwert übersteigenden Korrelationsmaß, sämtliche dieser Schichtbilder als Angiographiebild weiter zu verwerten. Unabhängig davon, wie konkret vorgegangen wird, sind selbstverständlich Schichtbildern, wie dargelegt wurde, jeweils bereits Aufnahmepositionen zugeordnet, so dass sie innerhalb des entstehenden Angiographiebildersatzes räumlich ohnehin problemlos zugeordnet werden können.
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Eine alternative Ausgestaltungsform sieht vor, insbesondere dann, wenn eine derart hohe Bildaufnahmerate gewählt wurde, dass das pulsartige Einströmen des Blutes in der arteriellen Phase durch mehrere Bilder erfasst sein kann, mithin zweckmäßig in dem Maximalintensitätsprojektionsbild bereits zusammengefasst ist, das Korrelationsmaß zu nutzen, dieses räumlich genauer zu positionieren. So kann in dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass eine dem Schichtbild mit dem höchsten Korrelationsmaß zugeordnete Aufnahmeposition dem Maximalintensitätsprojektionsbild als Angiographiebild zugeordnet wird. Letztlich zeigt das höchste Korrelationsmaß an, aus welchem der Schichtbilder die meisten der Bildwerte des Maximalintensitätsprojektionsbildes stammen, welches zweckmäßigerweise auch genutzt wird, um das Maximalintensitätsprojektionsbild korrekt zu verorten.
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Wie bereits dargelegt wurde, ist es besonders zweckmäßig, wenn die vorbestimmte Zahl in Abhängigkeit der Bildaufnahmerate der Schichtbilder und einer Dauer eines Herzzyklus ermittelt wurde, insbesondere als die Dauer multipliziert mit der Bildaufnahmerate. Dann deckt eine Gruppe im Wesentlichen einen Herzzyklus ab, sollte also meist ziemlich genau ein Einströmen von frischem Blut in der arteriellen Phase umfassen. Dabei ist es erfindungsgemäß aufgrund der einfachen Realisierung bevorzugt, wenn als Dauer eine vorgegebene Maximaldauer eines Herzzyklus verwendet wird, insbesondere im Bereich von 800 bis 1100 ms, bevorzugt 1000 ms. Zweckmäßig wird dabei von längeren Dauern ausgegangen, um in jedem Fall in einer Gruppe wenigstens einen Einstrom von Blut in der arteriellen Phase zu umfassen, um „dunkle” Angiographiebilder zu vermeiden, die aus einer Gruppe hervorgehen würden, in der zeitlich das pulsartige Einströmen in die durch die Schichtbilder der Gruppe abgebildeten Volumenabschnitte nicht enthalten wäre. Bevorzugt wird daher als Vorgabe 1000 ms verwendet, was einer eher langen Dauer eines Herzzyklus entspräche, die in den meisten Fällen bereits sinnvolle und nützliche Ergebnisse liefert.
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Alternativ ist es selbstverständlich auch denkbar, eine patientenspezifische Dauer des Herzzyklus als Dauer zu verwenden. Dabei ist es grundsätzlich möglich, die Dauer des Herzzyklus eines spezifischen Patienten durch eine Messung mit weiteren Messvorrichtungen außer der Magnetresonanzeinrichtung zu ermöglichen, beispielsweise durch Verwendung eines EKG, was aber aus den bereits eingangs genannten Gründen weniger bevorzugt ist. Mithin ist es bereits grundsätzlich bevorzugt, eine patientenspezifische Dauer des Herzzyklus mit der Magnetresonanzeinrichtung zu ermitteln, wobei beispielsweise Navigator-Messungen und dergleichen, die der Aufnahme der Schichtbilder vorgeschaltet sind, eingesetzt werden können; als besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass eine patientenspezifische Dauer des Herzzyklus durch Auswertung der Schichtbilder ermittelt wird. Denn dadurch, dass hohe Magnetresonanzsignale, wie dargelegt wurde, immer letztlich beim pulsartigen Einströmen des Blutes in der arteriellen Phase auftreten, ist es selbstverständlich denkbar, durch Analyse der Schichtbilder auch eine Dauer des Herzzyklus abzuschätzen. Beispielsweise können dabei Signalfrequenzen in der Serie der Schichtbilder analysiert werden und/oder es können Schichtbilder bestimmten Signalinhalts gesucht werden und deren Abstände betrachtet werden. Selbstverständlich sind grundsätzlich auch andere Möglichkeiten denkbar. Um das Verfahren einfach zu halten, kann jedoch dennoch bevorzugt werden, die vorgegebene Maximaldauer eines Herzzyklus als Dauer des Herzzyklus anzusetzen.
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Wie bereits erwähnt wurde, sind alle Schichtbilder bevorzugt gegeneinander verschoben. Dies kann zwar theoretisch durch Verschiebung des durch das Schichtbild abzubildende Volumenabschnitts im Raum geschehen, weitaus bevorzugter ist es jedoch, wenn die Schichtbilder bei räumlich konstanter Schichtlage, aber mittels einer Patientenliege kontinuierlich bewegte Patienten ermittelt werden. Auf diese Weise wird letztlich der Patient während der Aufnahme langsam durch die Schicht hindurch bewegt, so dass jedes Schichtbild einen leicht in Axialrichtung, die dann die Bewegungsrichtung der Patientenliege ist, verschobenen Volumenabschnitt zeigt.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung in diesem Zusammenhang sieht vor, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Patientenliege so gewählt wird, dass die Patientenliege während der Aufnahme der vorbestimmten Anzahl von Bildern um eine Schichtdicke bewegt wird. Auf diese Weise entstehen als Angiographiebilder im Wesentlichen aneinander anschließende Schichten, die das Untersuchungsvolumen möglichst überlappungsarm abdecken. Werden beispielsweise zehn Schichtbilder pro Sekunde bei einer Schichtdicke von 3 mm aufgenommen, geht man ferner von einer Dauer des Herzzyklus von 1000 ms aus, wählt mithin als vorbestimmte Zahl 10, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Geschwindigkeit der Patientenliege derart anzupassen, dass der Patient zwischen der Aufnahme von zwei Schichtbildern um 0,3 mm weiterbewegt wurde. Auf diese Weise deckt jede Gruppe von Schichtbildern letztlich eine Schichtdicke ab, so dass letztlich der Überlapp bei dennoch guter Abdeckung minimiert wird. Sollte eine dreidimensionale Darstellung gewünscht sein, können, falls Lücken zwischen den einzelnen Angiographiebildern existieren, selbstverständlich auch Interpolationsverfahren und dergleichen eingesetzt werden.
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Dabei sei angemerkt, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, gezielt auf möglichst immer überlappende Angiographiebilder abzustellen, mithin beispielsweise ein kleineres Patientenliegeninkrement zu verwenden, wobei dann mit einer längeren Messzeit gerechnet werden muss.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass selbstverständlich Anteile aus der venösen Phase, wenn das Blut relativ gleichmäßig auch durch die durch ein Schichtbild abgebildete Schicht zurückfließt, entstehende Signalanteile vermieden werden können, indem wie üblich ein Sättigungsbereich in der entsprechenden Richtung verwendet wird. Betrachtet man beispielsweise eine Aufnahme im Beinbereich, ist die Flussrichtung des arteriellen Blutes abwärts, also zu den Füßen hin, gerichtet, während das venöse Blut wieder zum Herzen hin zurückfließt. Wird daher fußseitig ein Sättigungsbereich verwendet, liefert das Blut des venösen Rückflusses in der venösen Phase keine Signalanteile, die für die Maximalintensitätsprojektion relevant sein könnten.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Das bedeutet, der vorgeschlagene Nachbearbeitungsschritt zur Auswahl beziehungsweise Ermittlung von Angiographiebildern aus den Schichtbildern kann auch unmittelbar an einer Magnetresonanzeinrichtung vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung weist dann folglich eine Aufnahmeeinheit, um die sonstigen Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung zur Aufnahme der Magnetresonanzdaten der Schichtbilder anzusteuern, eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruktion der Schichtbilder im Ortsraum aus den Magnetresonanzdaten und eine Nachbearbeitungseinheit zur letztendlichen Ermittlung der Magnetresonanz-Angiographiebilder auf. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm, welches die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung ausgeführt wird. Auch auf das Computerprogramm lassen sich die bisherigen Ausführungen übertragen. Die Recheneinrichtung kann mithin insbesondere die Recheneinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere die zuvor genannte Steuereinrichtung, sein. Das Computerprogramm kann auf einen nicht transienten Datenträger, beispielsweise einer CD-ROM, abgespeichert sein.
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Insgesamt ermöglicht es die vorliegende Erfindung also, Time-of-Flight-Magnetresonanzangiographie in Echtzeit mit hinreichender Hintergrundunterdrückung zu realisieren. Konkret können beispielsweise Schichtbilder mit schnellen Gradientenechosequenzen unter Verwendung radialer oder kartesischer Abtastung aufgenommen werden, während eine Patientenliege kontinuierlich bewegt wird, so dass ein Stapel zweidimensionaler Schichtbilder mit beträchtlichen Überlapp zwischen den einzelnen Schichten entsteht. Dann wird ein retrospektives Gating im Ortsraum durchgeführt, indem in jedem Fall Techniken der Maximalintensitätsprojektion (MIP) eingesetzt werden. In besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen werden durch die Betrachtung der Kreuzkorrelation zwischen den Maximalintensitätsprojektionsbild und den ursprünglichen Eingangsbildern, also den Schichtbildern der Gruppe, weitere Verbesserungen erreicht. Auf diese Weise können entweder aus den ursprünglichen Schichtbildern je die arterielle Phase zeigende Angiographiebilder ausgewählt werden, denkbar ist es jedoch auch, die Maximalintensitätsprojektionsbilder als Angiographiebilder zu verwenden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden dargestellten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine Prinzipskizze zur Abfolge von Schichtbildern in Axialrichtung, und
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3 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Magnetresonanz-Angiographiebildern der Time-of-Flight-Magnetresonanzangiographie. Dabei werden in einem Schritt S1 Magnetresonanzdaten in einem Untersuchungsvolumen mit einer Magnetresonanzeinrichtung aufgenommen, die in einer Axialrichtung des Untersuchungsvolumens aufeinanderfolgende, deutlich überlappende Schichten betreffen. Die Schichtdicke ist vorliegend als 3 mm gewählt, wobei die Verschiebung der einzelnen Schichten gegeneinander bei räumlich konstanter Schichtlage dadurch erreicht werden kann, dass der Patient auf einer Patientenliege mit einer bestimmten Geschwindigkeit in Axialrichtung bewegt wird. Zur Aufnahme der Schichtbilder aus den verschiedenen Schichten wird vorliegend eine schnelle Gradientenechosequenz, beispielsweise FLASH, verwendet, wobei vorliegend zehn Bilder pro Sekunde aufgenommen werden. Der Vorschub der Patientenliege, also das Patientenliegeninkrement, beträgt dabei 0,3 mm pro Schichtbild, was im Hinblick auf 2 genauer dargestellt werden soll. Dort ist die Axialrichtung 1 mit den Ausdehnungen 2 aufeinanderfolgend aufgenommener Schichten gezeigt. Ersichtlich beträgt der Vorschub 3 der Patientenliege genau 1/10 der durch die Ausdehnung 2 angezeigten Schichtdicke, so dass nach zehn Schichten, also mit der elften Schichte, das Ende der ersten Schicht erreicht wurde, wie durch die Hilfslinie 4 angezeigt wird.
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Würde man nun davon ausgehen, dass sich das Ereignis, das in der arteriellen Phase pulsartig frisches, ungesättigtes Blut in die aufzunehmende Schicht eintritt, spätestens alle zehn Aufnahmen eines Schichtbildes wiederholt, sollte in einer Gruppe von zehn aufeinanderfolgenden Schichtbildern, deren Ausdehnungen 2 immer innerhalb einer einzigen Schichtdicke liegen, wenigstens ein Schichtbild ist, das dieses Ereignis zeigt. Der Vorschub 3 wurde vorliegend nicht willkürlich gewählt, sondern genau im Hinblick auf diese Tatsache: Wird von einer Dauer des Herzzyklus ausgegangen, hier einer vorgegebenen Maximaldauer von 1000 ms, ist immer innerhalb des Vorschubs um eine Schichtdicke auch ein Herzzyklus als durchlaufen anzunehmen, was letztlich das Vorliegen eines pulsartigen Einströmens von signalreichem Blut bei der Aufnahme zumindest eines der Schichtbilder innerhalb einer Gruppe von zehn Schichtbildern sicherstellt. Die Dauer kann als vorgegebene Maximaldauer gewählt werden, wie dargestellt, was sich meist als zweckmäßig erweist, es ist jedoch auch denkbar, eine tatsächliche, patientenspezifische Dauer zu messen und/oder aus den Schichtbildern selbst zu bestimmen, die durch das pulsartige Einströmen ein zeitlich regelmäßig wiederkehrendes stärkeres Signal zeigen werden.
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In einem Schritt S2, vgl. wiederum 1, werden die Schichtbilder im Ortsraum rekonstruiert. Dazu kann letztlich ein beliebiges Rekonstruktionsverfahren eingesetzt werden, wobei bevorzugt ein iteratives Rekonstruktionsverfahren eingesetzt wird.
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In einem Schritt S3 werden die Schichtbilder dann in Gruppen von jeweils zehn aufeinanderfolgend aufgenommenen Schichtbildern aufgeteilt, die mithin jeweils, vgl. die Erläuterung zu 2, zum einen innerhalb der Vorgabedauer von 1000 ms für einen Herzzyklus aufgenommen wurden, zum anderen auch ihren Startpunkt innerhalb einer einzigen Schichtdicke aufweisen, vgl. dazu auch die Erläuterungen zu 2. Für jede dieser wiederum aufeinanderfolgenden Gruppen wird nun im Schritt S3 ein Maximalintensitätsprojektionsbild (MIP-Bild) durch Maximalintensitätsprojektion, wie grundsätzlich bekannt, bestimmt.
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Dieses Maximalintensitätsprojektionsbild wird im folgenden Schritt S4 als Referenzbild verwendet, um Korrelationsmaße jedes Schichtbildes der Gruppe zum entsprechenden Maximalintensitätsprojektionsbild zu bestimmen.
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In einem Schritt S5 wird dann das Schichtbild, das das höchste Korrelationsmaß zu den Maximalintensitätsprojektionsbild aufweist, aus einer Gruppe als Magnetresonanz-Angiographiebild bestimmt, wobei selbstverständlich zu diesem Schichtbild, das nun als Angiographiebild verwendet wird, auch die genaue Aufnahmeposition bekannt ist, nachdem sie im Schritt S1 mitprotokolliert wurde.
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Aus jeder Gruppe wird mithin ein Schichtbild ausgewählt, so dass, nachdem jede Gruppe eine Schichtbilddicke überstreicht, die Angiographiebilder dicht, jedoch nur selten überlappend oder beabstandet, aufeinander folgen werden. Beispielsweise durch Anpassung des Vorschubs 3 kann auch weniger als eine Schicht pro Herzzyklus überstrichen werden, um dichtere, insbesondere auch sicherer überlappende Angiographiebilder ermitteln zu können.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass auch das Maximalintensitätsprojektionsbild selbst als ein Angiographiebild verwendet werden kann, wobei dann zweckmäßig in einem alternativen Schritt S5 diesem Maximalintensitätsprojektionsbild die Aufnahmeposition, an der das höchste Korrelationsmaß vorliegt, zugeordnet wird.
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3 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 5. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 6 mit einer Patientenaufnahme 7 auf, in die, wie grundsätzlich bekannt, ein Patient mittels einer Patientenliege 8 eingefahren werden kann. Die Patientenaufnahme 7 umgebend sind üblicherweise eine Gradientenspulenanordnung und eine Hochfrequenzspulenanordnung vorgesehen, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Magnetresonanzeinrichtung 5 wird die Patientenliege 8 genutzt, um den Patienten während der Aufnahme der Schichtbilder kontinuierlich durch die räumlich feste Schicht, in der die Aufnahme erfolgt, zu fahren.
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Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 5 wird von einer Steuereinrichtung 9 gesteuert, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Hierzu weist die Steuereinrichtung 9 eine Aufnahmeeinheit auf, die die übrigen Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung 5 zur Aufnahme der Magnetresonanzdaten für die Schichtbilder ansteuert. Gleichzeitig steuert die Aufnahmeeinheit auch den Tischvorschub. Über eine Rekonstruktionseinheit werden die Schichtbilder im Ortsraum ermittelt. Eine Nachverarbeitungseinheit für die Einteilung in Gruppen, die Maximalintensitätsprojektion und darauf basierend die Ermittlung der Angiographiebilder, insbesondere als das Schichtbild mit dem besten Korrelationsmaß, komplettiert die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Einheiten.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
