DE102006017049B3

DE102006017049B3 - Verfahren zur Aufnahme von Magnet-Resonanz-Bilddaten und Magnet-Resonanz-Gerät

Info

Publication number: DE102006017049B3
Application number: DE102006017049A
Authority: DE
Inventors: David Andrew Dr. Porter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: US7417427B2; US20070236217A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Bilddaten bei einem Magnet-Resonanz-Bild, bei dem die Bilddaten mit einer Aufnahmesequenz (41) aufgezeichnet werden, - bei der eine den Bilddaten entsprechende k-Raum-Matrix (101) durch zumindest zwei Teilaufzeichnungen (43) segmentiert abgetastet wird, und - bei der jede der Teilaufzeichnungen (43) neben dem Messsignal (45), mit dem jeweils ein bestimmtes k-Raum-Segment (103) abgetastet wird, ein Navigator-Signal (47) enthält, mit dem jeweils ein selbes mehrdimensionales Navigator-Segment (105) der k-Raum-Matrix (101) abgetastet wird, wobei bei einer der Teilaufzeichnungen (43) ein Maß (49) ermittelt wird, das eine Breite einer Verteilung von Signalwerten des Navigator-Signals (47) bezüglich der k-Raum-Matrix (101) charakterisiert, und wobei die Teilaufzeichnung (43) wiederholt wird, wenn das Maß (49) außerhalb eines Toleranzbereiches (51) liegt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magnet-Resonanz-Gerät (1) mit einer Rechnereinheit (37), die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Magnet-Resonanz-Bilddaten sowie ein Magnet-Resonanz-Gerät.
Die Magnet-Resonanz-(MR)-Bildgebung ist ein bekanntes und fest etabliertes Verfahren, das insbesondere bei der medizinischen Bildgebung eingesetzt wird. Hierbei wird ein zu untersuchender Körper in ein starkes homogenes statisches Magnetfeld, das sogenannte Hauptmagnetfeld, eingebracht, das in dem Körper eine Ausrichtung der Kernseins von Atomkernen, insbesondere von an Wasser gebundenen Wasserstoffatomkernen (Protonen), bewirkt. Mittels hochfrequenter Anregungspulse werden diese Kerne zu einer Präzessionsbewegung um das Hauptmagnetfeld angeregt. Nach dem Ende eines entsprechenden Hochfrequenz-(HF-)Anregungspulses präzedieren die Kernseins mit der sogenannten Larmorfrequenz, die von der Stärke des Hauptmagnetfeldes abhängt. Aufgrund verschiedener Wechselwirkungsarten richten sich die Kernseins mit einem charakteristischen zeitlichen Verlauf wieder entlang der durch das Hauptmagnetfeld vorgegebenen Vorzugsrichtung aus. Der zeitliche Verlauf ist unter anderem gewebeabhängig und kann anhand von sogenannten Relaxationszeiten beschrieben werden. Durch rechnerische und/oder messtechnische Analyse der integralen, hochfrequenten Kernsignale kann aus der räumlichen Verteilung der Kernspindichte in Verbindung mit den jeweiligen Relaxationszeiten ein Bild generiert werden. Die Zuordnung des infolge der Präzessionsbewegung nachweisbaren Kernresonanzsignals zum Ort seiner Entstehung erfolgt durch Anwendung von magnetischen Feldgradienten. Dazu werden entsprechende Gradientenfelder dem Hauptmagnetfeld überlagert und so gesteuert, dass nur in einer abzubildenden Schicht eine Anregung der Kerne erfolgt. Sowohl zur HF-Anregung der Kernseins als auch zur Detektion der Kernantwortsignale ist eine HF-Spuleneinrichtung erforderlich. Auf diesen physikalischen Effekten basie rende Abbildungssysteme sind auch bekannt unter den Bezeichnungen Kernsein-Tomographie, Nuclear-Magnetic-Resonance (NMR)-Tomographie oder Magnetic Resonance Imaging (MRI).
Eine Besonderheit der MR-Verfahren besteht darin, dass die aufgezeichneten Messsignale und die daraus zu rekonstruierenden Bilddaten über eine Fouriertransformation zusammenhängen. Um beispielsweise tomographische Bilddaten einer Schicht durch ein zu untersuchendes Objekt zu erhalten, wird ein zweidimensionaler Raum, der sogenannte k-Raum, durch Serie von Messsignalen abgetastet und das Bild anschließend durch eine Fouriertransformation einer aus den Messsignalen ermittelten, zweidimensionalen k-Raum-Matrix rekonstruiert. Da ein Messsignal üblicherweise das Einstrahlen eines Anregungspulses, das Schalten diverser Gradientenfelder und das Aufzeichnen der abklingenden Transversalmagnetisierung der Kernseins umfasst, kann es mitunter vergleichsweise lange dauern, bis die zweidimensionale k-Raum-Matrix in einer für die Bildqualität notwendigen Auflösung abgetastet worden ist.
Um dem Problem der langen Aufnahmezeit zu begegnen, sind verschiedene, sogenannte „Single-shot"-Verfahren entwickelt worden. Bei diesen Verfahren wird durch geschickte Schaltung von Gradientenfeldern, HF-Pulsen oder einer Kombination davon der k-Raum mit dem Messsignal nach einem einzigen Anregungspuls („Single-shot") abgetastet, sodass in kurzer Zeit die Bilddaten aufgezeichnet werden können.
Diese Verfahren sind unter anderem als Gradienten-Echo-Sequenzen oder auch EPI-(Echo-Planar-Imaging)-Sequenzen, als Sein-Echo-Sequenzen und als GRASE-(Gradient-and-Sein-Echo)-Sequenzen bekannt. Nachteil der genannten Verfahren ist die oft unzureichende Auflösung, mit der der k-Raum abgedeckt wird, sodass die Bilddaten nicht immer den notwendigen Detaillierungsgrad aufweisen. Zudem sind die „Single-shot"-Verfahren, insbesondere EPI-Sequenzen, anfällig für Suszeptibilitäts- und Wirbelstrom-Artefakte, die die Qualität der rekonstruierten Bilder zum Teil erheblich mindern.
Einen Kompromiss zwischen schneller Aufzeichnung und guter Bildqualität stellen sogenannte „Multi-shot"-Verfahren dar. Hierbei wird der k-Raum nicht mit einem einzigen Anregungspuls (mit nachfolgender Aufzeichnung des Messsignals) abgetastet, sondern sukzessive anhand von mehreren Anregungspulsen segmentiert abgetastet. Unter der segmentierten Abtastung wird dabei eine Abtastung des k-Raumes verstanden, mit der bei jedem Anregungspuls jeweils ein bestimmtes Segment der k-Raum-Matrix abgetastet wird. Auf diese Weise können die einzelnen Segmente mit einer größeren Genauigkeit abgetastet werden als bei den „Single-shot"-Verfahren. Das Bild kann dann beispielsweise aus den Messsignalen rekonstruiert werden, indem die einzelnen k-Raum-Segmente zu Teilbildern Fourier-transformiert werden und die Teilbilder anschließend addiert werden.
Ein Problem, das bei „Multi-shot"-Verfahren auftritt, ist eine erhöhte Empfindlichkeit für Bewegungsartefakte. Insbesondere dann, wenn sich angeregte Spins entlang von Magnetfeldgradienten bewegen, ändert sich die Phase der Transversalmagnetisierung der angeregten Spins. Bei einer einfachen Bewegung wie einer Translation während der Messsignalaufzeichnung nach einem Anregungspuls wird der Transversalmagnetisierung eine globale Phasenverschiebung aufgeprägt, die sich in einer globalen Phasenverschiebung im Bildraum widerspiegelt. Bei komplexeren Bewegungen während der Messsignalaufzeichnung – z.B. bei pulsierenden, durch den Blutfluss verursachten Ausdehnungen – wird der Transversalmagnetisierung eine lokal variierende Phasenverteilung aufgeprägt, die sich als lokal variierende Phasenverteilung im rekonstruierten Bild widerspiegelt.
Bei „Single-shot"-Verfahren stellt eine lokal variierende Phasenverteilung im rekonstruierten Bild üblicherweise kein Problem dar, da für das rekonstruierte Bild vornehmlich der Betrag der Transversalmagnetisierung der Spins ausschlaggebend ist. Wenn jedoch „Multi-shot"-Verfahren angewendet wer den, wird das Gesamtbild aus den einzelnen, den k-Raum-Segmenten entsprechenden Teilbildern errechnet. Weisen die verschiedenen Teilbilder jeweils unterschiedliche Phasenverteilungen auf, da zum Aufzeichnungszeitpunkt der zugehörigen k-Raum-Segmente das zu untersuchende Objekt jeweils ein anderes Bewegungsmuster hatte, können die unterschiedlichen Phasenverteilungen bei der Bildrekonstruktion zu erheblichen, störenden Interferenzen führen.
Insbesondere bei der diffusionsgewichteten Bildgebung, bei der üblicherweise „Multi-shot"-Verfahren angewendet werden, werden vornehmlich bei hohen Diffusionswerten starke Feldgradienten geschaltet. Dadurch wird der Transversalmagnetisierung eines sich bewegenden Objektes eine besonders deutliche Phasenverteilung aufgeprägt, sodass die eben angesprochenen Artefakte aufgrund der bewegungsinduzierten, unterschiedlichen Phasenverteilung bei den einzelnen Teilbildern besonders deutlich hervortreten.
Eine Möglichkeit, diese Art von bewegungsinduzierten Artefakten auszugleichen, besteht in der Verwendung sogenannter Navigator-Signalen oder Navigator-Echos. Unter einem Navigator-Signal versteht man hierbei ein Messsignal, das nach jedem Anregungspuls zusätzlich zu dem Messsignal des k-Raum-Segmentes aufgezeichnet wird, und mit dem stets das gleiche, vorzugsweise zentrale Segment des k-Raumes abgetastet wird.
Die Messsignale der unterschiedlichen k-Raum-Segmente können nicht direkt miteinander verglichen werden, da sich die k-Raum-Segmente üblicherweise nicht überdecken. Die Navigator-Signale jedoch, die stets das gleiche k-Raum-Segment aufzeichnen, können aufgrund dessen miteinander verglichen werden. Durch die Auswertung der Navigator-Signale und durch deren Vergleich lässt sich daher die Phasenverteilung, die jeweils bei der Aufzeichnung der zugehörigen k-Raum-Segmente aufgetreten ist, ermitteln. Die zu den k-Raum-Segmenten gehörigen Teilbilder können so phasenkorrigiert und bei der Re konstruktion des Bildes weitgehend interferenzfrei addiert werden.
Dieses Korrekturverfahren liefert zwar bedeutend bessere Bilder als eine Rekonstruktion ohne Berücksichtigung der Phasenverteilung, jedoch stößt auch dieses Verfahren an seine Grenzen. Das Navigator-Signal überdeckt üblicherweise nur einen vergleichsweise kleinen zentralen Bereich der k-Raum-Matrix. Die daraus errechnete Phasenverteilung spiegelt daher nur die niederfrequenten Anteile wider. Wenn die Bewegung des Objektes während der Aufzeichnung eines Mess- und Navigator-Signals derart komplex war, dass das Teilbild eine stark variierende Phasenverteilung aufweist – also eine Phasenverteilung mit ausgeprägten hochfrequenten Anteilen – kann es geschehen, dass diese Phasenverteilung nur unzureichend durch das Navigator-Signal ermittelt wird.
Die Druckschrift von Nguyen Q, Clemence M, Ordidge RJ; „The use of intelligent re-acquisition to reduce scan time in MRI degraded by motion."; In: Proceedings, ISMRM, 6th Annual Meeting, Sydney, Australia 1998, p. 134, offenbart eine Methode, mit der die diffusionsgewichtete Bildgebung hinsichtlich Verzeichnungen durch Geister-Bilder anhand von Navigator-Echos verbessert werden kann. Das in der Schrift offenbarte Navigator-Echo ist dabei ein eindimensionales Navigator-Echo in Frequenzkodierrichtung. Nach der Lehre dieser Schrift liefert das integrierte Navigator-Echo ein Maß, das das Bild-zu-Geistbild-Verhältnis angibt, also die Qualität des Bildes kennzeichnet. Die Methode implementiert weiterhin diverse Aufzeichnungsalgorithmen, mit denen diejenigen Echo-Signale wiederholt aufgezeichnet werden, deren Navigator-Signale auf ein besonders ungünstiges Bild-zu-Geistbild-Verhältnis hindeuten.
Ein auf diesem Verfahren basierendes Verfahren wird in der Druckschrift von Nguyen Q, Clemence M, Thornton J, Ordidge RJ; „Isotropic diffusion-weighted multishot imaging using automatic reacquisition." In: Proceedings, ISMRM, 7th Annual Meeting, Philadelphia, USA, p. 559, offenbart. Ein diffusionsgewichtetes Bild wird dabei mit einer „Multi-shot"-Spin-Echo-Sequenz mit Navigator-Echos aufgezeichnet. Nach Aufzeichnung der Messsignale wird aus den verschiedenen Navigator-Echos dasjenige Navigator-Echo identifiziert, das einen besonders geringen Geisterbild-Anteil kennzeichnet. Anhand dieses Navigator-Echos werden nun diejenigen Echos identifiziert, die im Bild die größten Geisterbild-Artefakte verursachen. Diese Echos werden daraufhin erneut aufgezeichnet.
Die beiden Verfahren offenbaren zwar eine Methode, mit der speziell diejenigen Echos identifiziert werden, die zu Geisterbild-Artefakten führen, sodass diese Echos erneut aufgezeichnet werden können. Andere Arten von Artefakten, die beispielsweise durch eine hochfrequente Phasenverteilung in den einzelnen Teilbildern hervorgerufen werden, werden durch diese Verfahren jedoch nicht berücksichtigt, sodass man weiterhin bemüht ist, die Bildqualität zu verbessern.
Die US 6,842,000 B2 offenbart ein Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung. Wenn ein zu untersuchendes Objekt bewegt wird, kann dies zu Phasenveränderungen führen, die zu Artefakten führen. Diese störenden Phasenveränderungen werden durch die Analyse eines Navigator-Signals gemessen. Das Ergebnis dieser Messungen wird verwendet, um die gemessenen Phasenveränderungen zu kompensieren.
In der Schrift von Mengershausen et. al, „3D diffusion tensor imaging with 2D navigated turbo sein echo", MAGMA (2005) 18: 206-216, ist ein zweidimensionales Navigator-Echo mit einer änderbaren Orientierung zur Online Bewegungskorrektur offenbart.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aufnahme von Magnet-Resonanz-Bilddaten anzugeben, mit dem aus den aufgezeichneten Messsignalen ein Bild hoher Qualität mit geringen Artefaktverzeichnungen rekonstruiert werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Magnet-Resonanz-Gerät gemäß Anspruch 13.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme von Bilddaten bei einem Magnet-Resonanz-Bild

– werden die Bilddaten mit einer Aufnahmesequenz aufgezeichnet, bei der eine den Bilddaten entsprechende k-Raum-Matrix durch zumindest zwei Teilaufzeichnungen segmentiert abgetastet wird, und bei der jede der Teilaufzeichnungen neben dem Messsignal, mit dem jeweils ein bestimmtes k-Raum-Segment abgetastet wird, ein Navigator-Signal enthält, mit dem jeweils ein selbes mehrdimensionales Navigator-Segment der k-Raum-Matrix abgetastet wird,
– wobei bei zumindest einer der Teilaufzeichnungen ein Maß ermittelt wird, das eine Breite einer Verteilung von Signalwerten des Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix charakterisiert, und
– wobei die Teilaufzeichnung wiederholt wird, wenn das Maß außerhalb eines Toleranzbereiches liegt.

Die Aufnahmesequenz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist folglich eine sogenannte „Multi-shot"-Sequenz, wobei bei jeder Teilaufzeichnung zusätzlich zum Messsignal jeweils ein Navigator-Signal aufgezeichnet wird. Anhand der Navigator-Signale können in bekannter Weise die zu den einzelnen k-Raum-Segmenten gehörigen Messsignale so korrigiert werden, dass eine optimierte Rekonstruktion des Magnet-Resonanz-Bildes aus den einzelnen Teilaufzeichnungen ermöglicht wird. Insbesondere kann anhand eines Navigator-Signals die Phasenverteilung ermittelt werden, die bei der Aufzeichnung des Messsignals des zugehörigen k-Raum-Segmentes aufgrund einer Bewegung des zu untersuchenden Objektes aufgetreten ist. Die zu den k-Raum-Segmenten gehörigen Teilbilder können dadurch phasenkorrigiert werden, sodass die Bilddaten weitgehend interferenzfrei optimiert rekonstruiert werden.
Mit den Messsignalen und den Navigator-Signalen werden bestimmte Bereiche oder Segmente der k-Raum-Matrix abgetastet, d.h. durch das Messsignal bzw. Navigator-Signal lässt sich jedem Punkt des abgetasteten Bereiches der k-Raum-Matrix ein bestimmter Signalwert zuordnen. Insbesondere die Signalwerte eines Navigator-Signals zeigen – wenn sie gegenüber der k-Raum-Matrix aufgetragen betrachtet werden – eine Verteilung, die ein Maximum im Bereich des Zentrums der k-Raum-Matrix aufweist, und deren Signalwerte mit zunehmendem Abstand von dem Maximum abfallen. Eine derartige Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix tritt üblicherweise bei Objekten, wie sie in der medizinischen Bildgebung untersucht werden, auf. Die genaue Verteilung der Signalwerte hängt da bei auch von der Phasenverteilung ab, die durch eine Bewegung des zu untersuchenden Objektes während der Aufzeichnung induziert worden ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer der Teilaufzeichnungen ein Maß ermittelt, das eine Breite einer Verteilung von Signalwerten des Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix charakterisiert. Je nachdem, ob das Maß außerhalb eines Toleranzbereiches liegt, wird die Teilaufzeichnung wiederholt.
Anhand dieses Maßes wird unter anderem die Phasenverteilung bewertet, die durch ein bestimmtes Bewegungsmuster des Objektes während der Anfertigung der Teilaufzeichnung entstanden ist. Je nach Komplexität des Bewegungsmusters enthält die Phasenverteilung mehr oder weniger stark ausgeprägte hochfrequente Anteile. Wenn die Phasenverteilung beispielsweise einen beträchtlichen hochfrequenten Anteil aufweist, ist die Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix wesentlich breiter, verglichen mit einem Navigator-Signal mit einer vornehmlich niederfrequenten Phasenverteilung.
Durch die Ermittlung des Maßes bei einer Teilaufzeichnung wird folglich bewertet, wie breit die Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix ist. Weist die Verteilung der Signalwerte eine große Breite auf, deutet das auf einen nicht zu vernachlässigenden Anteil hoher Frequenzen im Frequenzspektrum der Phasenverteilung hin, sodass aus dem Navigator-Signal, das üblicherweise einen zentralen Ausschnitt aus der k-Raum-Matrix abtastet und das daher lediglich niederfrequente Anteile der Phasenverteilung erfasst, die Phasenverteilung nur unzureichend ermittelt werden kann. In diesem Fall wird die Teilaufzeichnung wiederholt aufgezeichnet. Umgekehrt deutet ein im Toleranzbereich liegendes Maß auf eine Phasenverteilung hin, die durch das Navigator-Signal hinreichend genau ermittelt werden kann.
Üblicherweise wird das Objekt bei der wiederholten Anfertigung der Teilaufzeichnung ein anderes, oft günstigeres Bewegungsmuster aufweisen, sodass die wiederholt angefertigte Teilaufzeichnung für die Bildrekonstruktion verwendet werden kann. Falls gewünscht, kann auch bei der wiederholten Teilaufzeichnung die Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix ermittelt werden, und gegebenenfalls die Aufzeichnung erneut wiederholt werden.
Die Teilaufzeichnung, bei der das Maß ermittelt wird, kann eine für die Rekonstruktion der Bilddaten besonders wichtige Teilaufzeichnung sein, beispielsweise die Teilaufzeichnung, die ein zentrales k-Raum-Segment abtastet. Es kann aber auch bei allen Teilaufzeichnungen jeweils ein Maß ermittelt werden, sodass all diejenigen Teilaufzeichnungen wiederholt werden, bei denen die aufgetretene bewegungsinduzierte Phasenverteilung derart komplex ist, dass sie durch das Navigator-Signal nur unzureichend ermittelt werden kann.
Der Toleranzbereich seinerseits kann dabei auf unterschiedliche Arten festgelegt werden. Eine Möglichkeit ist es, den Toleranzbereich für eine bestimmte Untersuchungsart a priori festzulegen, beispielsweise anhand von Vorversuchen. Mit derartigen Vorversuchen kann abgeschätzt werden, welche Breite die Verteilung der Signalwerte der Navigator-Signale typischerweise aufweist und wie stark die Bildqualität davon beeinflusst wird.
Durch das Verfahren wird folglich eine Teilaufzeichnung – genauer die Breite der Verteilung der Signalwerte ihres Navigator-Signals – bewertet und gegebenenfalls wiederholt. Magnet-Resonanz-Bilder, die aus den derart aufgezeichneten Daten rekonstruiert werden, weisen weniger Artefakte auf, da diejenigen Teilaufzeichnungen, aus denen sich die bewegungsinduzierte Phasenverteilung nur unzureichend ermitteln lässt, wiederholt aufgezeichnet werden.
Bevorzugterweise wird für die Ermittlung des Maßes die Verteilung der Signalwerte in einem mehrdimensionalen Bereich des Navigator-Signals verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird bei zumindest zwei, insbesondere bei jeder der Teilaufzeichnungen jeweils das Maß ermittelt, das die Breite der Verteilung der Signalwerte des zugehörigen Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix charakterisiert. Der Toleranzbereich wird daraufhin dadurch bestimmt, dass die ermittelten Maße zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Auf diese Weise wird der Toleranzbereich nicht rein a priori festgelegt, sondern während der Aufzeichnung der Bilddaten ermittelt, und ist – da er aus den ermittelten Maßen selbst bestimmt wird – den jeweiligen Gegebenheiten, die einen Einfluss auf die Breite einer Verteilung der Signalwerte haben, bei einer Aufzeichnung der Bilddaten angepasst.
Beispielsweise kann aus den ermittelten Maßen ein Mittelwert gebildet und eine Streuung der ermittelten Maße berechnet werden. Auf diese Weise kann abgeschätzt werden, welche Breite der Verteilung der Signalwerte bei den einzelnen Navigator-Signalen üblicherweise zu erwarten ist und wie stark die einzelnen Maße untereinander abweichen. Diejenigen Teilaufzeichnungen, deren Maße auf eine besonders breite Verteilung der Signalwerte hindeuten, kennzeichnen die Ausreißer bei den Teilaufzeichnungen, bei denen eine Wiederholung der Teilaufzeichnung zu einer wesentlich besseren Bildqualität führt, und können daraufhin wiederholt aufgezeichnet werden.
In einer besonders einfachen und vorteilhaften Ausgestaltung wird der Toleranzbereich durch dasjenige Maß bestimmt, das zu dem Navigator-Signal mit der geringsten Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix gehört. Dieses Maß kennzeichnet also dasjenige Navigator-Signal, aus dem sich die Phasenverteilung, die bei der Aufzeichnung aufgetre ten ist, besonders gut ermitteln lässt. An diesem Maß werden nun die anderen Maße gemessen.
In einer besonders einfachen Ausführungsform wird der Toleranzbereich als derjenige Bereich festgelegt, der unterhalb eines Schwellenwertes liegt, wobei der Schwellenwert ein Vielfaches desjenigen Maßes ist, das zu dem Navigator-Signal mit der geringsten Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix gehört. Der Faktor, mit dem dieses Maß multipliziert wird, um den Schwellenwert zu erhalten, hängt dabei von der jeweiligen Untersuchung ab und kann z.B. anhand von Vorversuchen ermittelt werden.
All diejenigen Maße, die innerhalb des Bereiches liegen, kennzeichnen folglich die Teilaufzeichnungen, deren Navigator-Signal eine vergleichsweise schmale Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix aufweisen und aus deren Navigator-Signalen die Phasenverteilung für die Bildrekonstruktion hinreichend genau ermittelt werden kann. Diejenigen Maße, die außerhalb des Bereiches liegen, kennzeichnen die Teilaufzeichnungen, bei denen die Phasenverteilung nur unzulänglich ermittelt werden kann und die daher wiederholt aufgezeichnet werden.
In unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung charakterisiert das Maß die Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix in Ausleserichtung und/oder Phasenkodierrichtung.
In welcher Richtung bzw. in welchen Richtungen das Maß die Breite der Verteilung der Signalwerte angibt, hängt von der Form des durch das Navigator-Signal abgetasteten k-Raum-Segmentes ab. Wenn beispielsweise die Länge des k-Raum-Segmentes in Phasenkodierrichtung der Länge der gesamten k-Raum-Matrix entspricht, die Breite des k-Raum-Segmentes in Ausleserichtung lediglich ein Bruchteil der Breite der k-Raum-Matrix umfasst, enthält das Navigator-Signal bezüglich der Phasenverteilung in Phasenkodierrichtung wesentlich mehr Informationen als in Ausleserichtung. Daher ist es hier vorteilhaft, die Breite der Verteilung in Ausleserichtung zu ermitteln, da die Phasenverteilung in Ausleserichtung bei einem ungünstigen Bewegungsmuster deutlich schlechter zu ermitteln ist als die Phasenverteilung in Phasenkodierrichtung.
In analoger Weise erfolgt die Bestimmung der Breite der Verteilung der Signalwerte in Phasenkodierrichtung, wenn das k-Raum-Segment in Phasenkodierrichtung lediglich einen Teil der k-Raum-Matrix abtastet, in Ausleserichtung jedoch die gesamte k-Raum-Matrix.
Wenn das k-Raum-Segment in beiden Richtungen nur einen Teil der k-Raum-Matrix abtastet, ist es vorteilhaft, die Breite der Verteilung der Signalwerte sowohl in Phasenkodierrichtung als auch in Ausleserichtung zu ermitteln, da sich dann bei einem ungünstigen Bewegungsmuster die Phasenverteilung in beiden Richtungen nur unzureichend ermitteln lässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Maß dadurch ermittelt, dass eine Summe von Absolutbeträgen der Signalwerte, die jeweils mit einem Abstand ihrer zugehörigen k-Raum-Koordinate von einer k-Raum-Koordinate eines Signalmaximums der Verteilung multipliziert werden, gebildet wird. Hierdurch wird die Breite der Verteilung der Signalwerte auf eine Weise bewertet, die ähnlich zu einer Bewertung der Streuung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung mit Hilfe der mittleren absoluten Abweichung bezüglich des Maximums der Wahrscheinlichkeitsverteilung erfolgt.
Wenn bei dieser Ausführungsform ein Maß W_x ermittelt wird, das die Breite der Verteilung der Signalwerte in Ausleserichtung charakterisiert, kann dies nach folgendem Zusammenhang erfolgen:
k_x kennzeichnet dabei die Koordinatenwerte des k-Raumes in Ausleserichtung, k_y in Phasenkodierrichtung. n_x und n_y geben die Anzahl der abgetasteten Datenpunkte in Ausleserichtung bzw. Phasenkodierrichtung an. S(k_x,k_y) ist das komplexe k-Raum-Signal und Ω_x die k_x-Koordinate des Datenpunktes mit der maximalen Signalamplitude.
In analoger Weise kann ein Maß W_y ermittelt werden, das die Breite der Verteilung der Signalwerte in Phasenkodierrichtung charakterisiert:
Ω_y kennzeichnet hierbei die k_y-Koordinate des Datenpunktes mit der maximalen Signalamplitude.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden all diejenigen Teilaufzeichnungen wiederholt, bei denen jeweils das zugehörige Maß ermittelt wurde und bei denen das ermittelte Maß außerhalb des Toleranzbereiches liegt.
Vorteilhafterweise richtet sich – falls mehr als eine Teilaufzeichnung wiederholt wird – eine Reihenfolge der Wiederholung der Teilaufzeichnungen nach der Position ihrer zugehörigen k-Raum-Segmente, derart, dass diejenige zu wiederholende Teilaufzeichnung zuerst wiederholt wird, deren zugehöriges k-Raum-Segment am zentralsten liegt. Auf diese Weise werden diejenigen k-Raum-Segmente wiederholt aufgezeichnet, die für die Bildrekonstruktion den größten Einfluss haben, da sie in der k-Raum-Matrix am zentralsten liegen. Sollte die Aufzeichnung der zu wiederholenden Teilaufzeichnungen vorzeitig abgebrochen werden müssen, kann so oftmals trotzdem ein Magnet-Resonanz-Bild mit ausreichender Qualität erstellt werden, da die für die Bildrekonstruktion wichtigeren Teilaufzeichnungen mit zentral gelegenen k-Raum-Segmenten eine hinreichend einfache Phasenverteilung aufweisen.
Vorteilhafterweise ist das mehrdimensionale Navigator-Signal ein zweidimensionales Navigator-Signal.
Bevorzugterweise verwendet die Aufnahmesequenz Gradienten-Echos und/oder Spin-Echos. Derartige Aufnahmesequenzen werden oftmals in bekannter Weise im „Multi-shot"-Verfahren ausgeführt, sodass derartige Aufnahmesequenzen ohne großen Aufwand so weitergebildet werden können, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt.
Mit Vorteil ist die Aufnahmesequenz eine Aufnahmesequenz zur diffusionsgewichteten Bildgebung. Bei diesen Aufnahmesequenzen weisen die Teilaufzeichnungen aufgrund einer Bewegung des Objektes in den vergleichsweise starken Diffusions-Gradienten eine besonders deutliche Phasenverteilung auf, sodass durch die Anwendung des Verfahrens bei der diffusionsgewichteten Bildgebung eine besonders deutliche Verbesserung der Bildqualität erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Magnet-Resonanz-Gerät umfasst eine Rechnereinheit, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Es zeigen:
1 den schematischen Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes,
2 eine schematische Übersicht über das Verfahren, bei dem die Bilddaten mit einer „Multi-shot"-Aufnahmesequenz aufgezeichnet werden,
3 die Verfahrensschritte, die bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt werden,
4 eine Aufnahmesequenz, bei der die Verfahrensschritte durchgeführt werden,
5 eine der Aufnahmesequenz entsprechend segmentierte k-Raum-Matrix,
6 eine Verteilung von Signalwerten eines Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix mit einer geringen Breite, und
7 eine weitere Verteilung von Signalwerten eines Navigator-Signals bezüglich der k-Raum-Matrix mit einer größeren Breite.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes 1. Die Komponenten des Magnet-Resonanz-Gerätes 1, mit denen die eigentliche Messung durchgeführt wird, befinden sich in einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten Messkabine 3. Um einen Körper mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper eingestrahlt.
Ein starker Magnet, üblicherweise ein Kryomagnet 5 mit einer tunnelförmigen Öffnung, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld 7, das üblicherweise 0,2 Tesla bis 3 Tesla und mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper – hier nicht dargestellt – wird auf einer Patientenliege 9 gelagert und in dem Hauptmagnetfeld 7 positioniert.
Die Anregung der Kernseins des Körpers erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Körperspule 13 dargestellte Hochfrequenzantenne eingestrahlt werden. Die Hochfrequenz-Anregungspulse werden von einer Pulserzeugungseinheit 15 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 19 werden sie zur Hochfrequenzantenne geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Üblicherweise werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 15, mehr als ein Hochfre quenzverstärker 19 und mehrere Hochfrequenzantennen in einem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eingesetzt.
Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 1 über Gradientenspulen 21, mit denen bei einer Messung Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 21 werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 23 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 15 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 in Verbindung steht.
Die von den angeregten Kernseins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 13 und/oder von Lokalspulen 25 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 27 verstärkt und von einer Empfangseinheit 29 weiterverarbeitet und digitalisiert.
Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z.B. die Körperspule 13, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 39 geregelt.
Eine Bildverarbeitungseinheit 31 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 33 einem Anwender dargestellt oder in einer Speichereinheit 35 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 37 steuert die einzelnen Anlagekomponenten. Die Rechnereinheit 37 ist dabei so ausgebildet, dass mit ihr das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
2 zeigt eine schematische Übersicht über das erfindungsgemäße Verfahren, mit dem die Bilddaten für ein Magnet-Resonanz-Bild aufgezeichnet werden. Wie bei der Magnet-Resonanz-Bildgebung üblich, wird mit den Messsignalen ein dem Bildraum entsprechender k-Raum abgetastet, genauer eine der Bild-Matrix entsprechende k-Raum-Matrix. Die Werte der k-Raum-Matrix und die Werte der Bild-Matrix des zu rekonstruierenden Mag net-Resonanz-Bildes hängen dabei über eine Fouriertransformation zusammen.
Bei der Aufnahmesequenz 41, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird, findet das sogenannte „Multi-shot"-Verfahren Anwendung. Dies bedeutet, dass die Bilddaten in mehreren Teilaufzeichnungen 43 aufgezeichnet werden, wobei in jeder Teilaufzeichnung 43 ein Messsignal 45 aufgezeichnet wird, das jeweils ein anderes Segment der K-Raum-Matrix abtastet.
Zusätzlich zu dem eigentlichen Messsignal 45 wird bei jeder Teilaufzeichnung 43 ein Navigator-Signal 47 aufgezeichnet, das stets den gleichen Bereich der k-Raum-Matrix abtastet. Bei der Bildrekonstruktion wird das Navigator-Signal 47 unter anderem dazu verwendet, die Phasenverteilung in den einzelnen Teilbildern, die jeweils aus den Messsignalen 45 einer Teilaufzeichnung 43 rekonstruiert werden, zu ermitteln und bei dem Zusammenfügen der einzelnen Teilbilder zu berücksichtigen und so zu korrigieren, sodass möglichst wenig störende Interferenzen auftreten.
Wie eingangs geschildert, entstehen Phasenverteilungen bei der Aufzeichnung der Messsignale 45 immer dann, wenn sich angeregte Kernseins entlang von Magnetfeldgradienten bewegen. Je nach Bewegungsmuster kann dies im Bildraum eine einfache Phasenverteilung – wie eine globale Phasenverschiebung – erzeugen oder aber auch eine lokal stark variierende Phasenverteilung.
Das Navigator-Signal 47 tastet üblicherweise lediglich einen kleinen, zentralen Bereich der k-Raum-Matrix ab. Wenn bei einer Teilaufzeichnung 43 aufgrund der Bewegung des Objektes eine hochfrequente Phasenverteilung aufgetreten ist, lässt sich anhand des Navigator-Signals 47, das lediglich die niederfrequenten Anteile der Phasenverteilung enthält, die Phasenverteilung nur unzureichend rekonstruieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus dem Navigator-Signal 47 ein Maß 49 ermittelt, das die Breite der Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals 47 bezüglich der k-Raum-Matrix kennzeichnet und damit mit der Verteilung hoch- und niederfrequenter Anteile im Navigator-Signal 47 korreliert. Ein Navigator-Signal 47 mit einer schmalen Verteilung der Signalwerte deutet auf eine Phasenverteilung hin, die vornehmlich durch niederfrequente Anteile gekennzeichnet ist. Da das Navigator-Signal 47 üblicherweise zentrale Bereiche der k-Raum-Matrix – also die niederfrequenten Anteile – abtastet, lässt sich die Phasenverteilung aus einem Navigator-Signal 47 mit einer schmalen Verteilung der Signalwerte gut rekonstruieren. Ein Navigator-Signal 47 mit einer breiten Verteilung der Signalwerte deutet hingegen auf eine Phasenverteilung mit nicht zu vernachlässigenden hochfrequenten Anteilen hin, sodass sich die Phasenverteilung aus dem Navigator-Signal 47 unzureichend rekonstruieren lässt.
In einem nächsten Schritt erfolgt der Vergleich 52 des ermittelten Maßes 49 mit einem Toleranzbereich 51. Je nachdem, ob das ermittelte Maß 49 innerhalb des Toleranzbereiches 51 liegt oder nicht, erfolgt eine Verwendung 53 der Teilaufzeichnung 43 für die Bildrekonstruktion oder eine Wiederholung 55 der Teilaufzeichnung 43.
Der Toleranzbereich 51 kann dabei auf unterschiedliche Arten festgelegt werden. Eine Möglichkeit ist es, den Toleranzbereich 51 für eine bestimmte Untersuchungsart a priori festzulegen, beispielsweise anhand von Vorversuchen. Mit derartigen Vorversuchen kann abgeschätzt werden, welche Breite die Verteilungen der Signalwerte der Navigator-Signale 47 bezüglich der k-Raum-Matrix typischerweise aufweisen und wie sehr die Bildqualität davon beeinflusst wird. Eine andere Möglichkeit, mit der der Toleranzbereich 51 flexibel an die jeweiligen Gegebenheiten bei einer Aufnahme angepasst werden kann, wird nun anhand von 3 erläutert.
3 zeigt die Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Aufzeichnung der Magnet-Resonanz-Bilddaten.
In einem ersten Schritt 61 erfolgt die Aufzeichnung aller zur Rekonstruktion der Magnet-Resonanz-Bilddaten erforderlichen Teilaufzeichnungen 43. Eine spezielle Aufnahmesequenz, bei der eine den Bilddaten entsprechende k-Raum-Matrix mit mehreren Teilaufzeichnungen 43 segmentiert abgetastet wird, wird später anhand von 4 und 5 erläutert.
In einem zweiten Schritt 63 erfolgt die Auswertung der Navigator-Signale 47 einer jeden Teilaufzeichnung 43 hinsichtlich der Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix. Hierbei wird zu jedem Navigator-Signal 47 jeweils ein Maß 49 ermittelt, das die Breite der Verteilung seiner Signalwerte charakterisiert. Eine Methode der Berechnung des Maßes 49 für die in 4 und 5 gezeigte Aufnahmesequenz wird nach der Beschreibung zu 4 und 5 erläutert.
In einem dritten Schritt 65 wird unter den ermittelten Maßen 49 dasjenige Maß als Referenzmaß bestimmt, das die geringste Breite der Verteilung der Signalwerte kennzeichnet. Dieses Maß ist also demjenigen Navigator-Signal 47 zugeordnet, aus dessen Verteilung der Signalwerte sich die Phasenverteilung am besten ermitteln lässt, da das Frequenzspektrum der Phasenverteilung den größten Anteil niederfrequenter Anteile aufweist, die durch das Navigator-Signal 47 auch erfasst worden sind.
In einem vierten Schritt 67 wird ein Toleranzbereich 51 durch dieses Referenzmaß, genauer durch ein Vielfaches des Referenzmaßes, festgelegt. Der Toleranzbereich wird dabei als derjenige Bereich festgelegt, der unterhalb des Vielfachen des Referenzmaßes liegt. Die Navigator-Signale 47, deren Maße 49 innerhalb des Toleranzbereiches 51 liegen – deren Verteilung der Signalwerte also eine vergleichsweise geringe Breite aufweisen – können für die Rekonstruktion des Magnet-Resonanz-Bildes verwendet werden. Die Navigator-Signale 47, deren Maße 49 jedoch außerhalb des Toleranzbereiches 51 liegen – deren Verteilung der Signalwerte also eine vergleichsweise breit ist – eignen sich nicht, um die Phasenverteilung im zugehörigen Teilbild hinreichend genau zu ermitteln, sodass die zugehörigen Teilbilder zu Artefakten im Magnet-Resonanz-Bild führen würden.
Der Faktor, mit dem das Referenzmaß multipliziert wird, um einen für die Bildqualität passenden Toleranzbereich zu erhalten, hängt dabei von der jeweiligen Untersuchung ab und kann z.B. anhand von Vorversuchen ermittelt werden.
In einem fünften Schritt 69 werden daher diejenigen Teilaufzeichnungen 43 gekennzeichnet, deren zugehörige Navigator-Signale 47 jeweils ein Maß 49 außerhalb des Toleranzbereiches 51 aufweisen. Diejenigen Teilaufzeichnungen 43, deren Maße innerhalb des Toleranzbereiches 51 liegen, können direkt für die Rekonstruktion des Magnet-Resonanz-Bildes verwendet werden, die in einem neunten Schritt 77 durchgeführt wird.
In einem sechsten Schritt 71 wird die Reihenfolge bestimmt, mit der die zu wiederholenden Teilaufzeichnungen 43 aufgezeichnet werden. Dabei wird jeweils diejenige Teilaufzeichnung als nächstes wiederholt, deren zugehöriges k-Raum-Segment in der k-Raum-Matrix am zentralsten liegt.
In einem siebten Schritt 73 erfolgt die wiederholte Aufzeichnung der gekennzeichneten Teilaufzeichnungen mit der im sechsten Schritt 71 festgelegten Reihenfolge.
Der Vorteil dieses Vorgehens liegt darin, dass die für die Rekonstruktion des Magnet-Resonanz-Bildes wichtigeren zentralen Segmente zuerst aufgezeichnet werden. Falls die Aufzeichnung der Daten unerwarteterweise vorzeitig abgebrochen werden muss, lässt sich daher oftmals aus den bereits aufgezeichneten Daten trotzdem ein Magnet-Resonanz-Bild rekonstruieren, dessen Qualität zur Beantwortung der klinischen Fragestellung ausreicht.
Wie bereits geschildert, hängt die Phasenverteilung, die ein aus einer Teilaufzeichnung 43 rekonstruiertes Teilbild aufweist, von dem Bewegungsmuster des Objektes zum Zeitpunkt der Aufzeichnung ab. Da lediglich diejenigen Teilaufzeichnungen 43 mit einer zu stark variierenden Phasenverteilung wiederholt werden – also diejenigen Teilaufzeichnungen 43, bei denen das zu untersuchende Objekt zum Aufzeichnungszeitpunkt eine vergleichsweise komplexe Bewegung ausgeführt hat – wird ein Großteil der wiederholten Teilaufzeichnungen 43 eine günstigere Phasenverteilung aufweisen.
Nach der Wiederholung der Teilaufzeichnungen 43 können die wiederholten Teilaufzeichnungen für die im neunten Schritt 77 durchgeführte Rekonstruktion des Magnet-Resonanz-Bildes verwendet werden.
Falls gewünscht, können in einem achten Schritt 75 die wiederholten Teilaufzeichnungen 47 – genauer die Verteilung der Signalwerte der zugehörigen Navigator-Signale 47 – erneut hinsichtlich ihrer Breite mit einem Maß 49 bewertet werden, wie es analog im zweiten Schritt 63 durchgeführt worden ist. Analog zum fünften Schritt 69 werden diejenigen Teilaufzeichnungen 43 erneut zur Wiederholung gekennzeichnet, wenn die Maße 49 außerhalb des Toleranzbereiches liegen. Daraufhin erfolgen wiederum eine Sortierung der erneut zu wiederholenden Teilaufzeichnungen analog zum sechsten Schritt 71 und eine erneute Aufzeichnung analog im siebten Schritt 73.
Dieser Prozess kann iterativ solange fortgesetzt werden, bis alle Maße, die bei den wiederholten Teilaufzeichnungen 47 ermittelt werden, im Toleranzbereich 51 liegen, oder bis die Aufzeichnungszeit ein vorher festgelegtes Zeitmaximum überschritten hat.
4 zeigt eine Aufnahmesequenz, bei der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, und 5 die entsprechende k-Raum-Matrix 101, die durch die Aufnahmesequenz abgetastet wird.
Die Aufnahmesequenz 41 zeigt eine diffusionsgewichtete, navigatorbasierte Sequenz im „Multi-shot"-Verfahren mit einer Echo-Planaren-Bildgebung („Echo-Planar-Imaging", EPI), bei dem eine Abtastung des k-Raumes durch mosaikartig Segmente in Ausleserichtung durchgeführt wird. Eine derartige Sequenz ist aus der Porter DA, Mueller E; „Multi-shot diffusion-weighted EPI with readout mosaic segmentation and 2D navigator correction." In: Proceedings, ISMRM, 12th Annual Meeting, Kyoto, Japan 2004, p. 442, oder – in leicht abgewandelter Form ohne Aufzeichnung von Navigator-Signalen – aus der DE 103 18 990 A1 bekannt.
In der obersten Zeile RF (RF für „radio frequency") ist ein anfänglicher 90°-Anregungspuls dargestellt, gefolgt von zwei 180°-Refokussierungspulsen. Diese Hochfrequenzpulse dienen dazu, die Kernseins zu einer Präzessionsbewegung anzuregen, bzw. die während der Präzessionsbewegung auseinander laufenden Kernspinsignale wieder zu refokussieren.
Zur Selektion einer bestimmten Schicht wird während des 90°-Anregungspulses sowie während des 180°-Refokussierungspulses jeweils ein Schichtselektions-Gradient 81 (Zeile G_S) geschaltet. Nach dem 90°-Anregungspuls und nach dem ersten 180°-Anregungspuls wird jeweils ein Diffusions-Gradient 83 (Zeile G_D) geschaltet, wie sie in bekannter Weise bei der diffusionsgesichteten Bildgebung eingesetzt werden.
Die Auslesung der Spin-Echo-Signale, genauer des Messsignals 45 und des Navigator-Signals 47 (Zeile Signal) erfolgt in Form von Gradientenechos mit jeweils einem sogenannten Auslese-Gradientenpulszug 85 (Zeile G_R). Der Auslese-Gradientenpulszug 85 besteht dabei aus mehreren alternierenden, beispielsweise sinus- oder trapezförmigen Teilpulszügen 87 in Ausleserichtung (engl: „readout direction"), die während der Auslesung der Spin-Echo-Signale appliziert werden. Während eines jeden Nulldurchganges des Auslese-Gradientenpulszuges 85 wird ein kurzer Phasenkodiergradient 89 (Zeile G_P, engl.: „blip") geschaltet. Die Kombination aus alternierenden Teilpulszügen 87 und geblippten Phasenkodiergradienten 89 führt dazu, dass bei jedem ausgelesenen Spin-Echo bezüglich der Ausleserichtung ein nur verhältnismäßig schmaler Bereich der k-Raum-Matrix 101 abgetastet wird, während in Phasenkodierrichtung die gesamte Breite der k-Raum-Matrix 101 abgetastet wird.
Während der Auslesung des Messsignals 45 wird bei jeder Teilaufzeichnung 43 ein anderes k-Raum-Segment 103 einer k-Raum-Matrix 101 abgetastet. Hierzu wird bei jeder Teilaufzeichnung 43 vor jedem Auslese-Gradientenpulszug 85 ein variabler Vorgradient 91 geschaltet, der bei jeder Teilaufzeichnung 43 zu einem anderen Offset in Ausleserichtung führt, sodass jeweils ein anderes k-Raum-Segment 103 von den in 5 insgesamt elf dargestellten k-Raum-Segmenten 103 abgetastet wird. In 5 dargestellt ist die Abtastung eines nicht zentralen k-Raum-Segmentes 103 durch das Messsignal 45.
Das Flächenintegral eines Teilpulszuges 87 im Auslese-Gradientenpulszug 85 legt dabei die Breite des abgetasteten k-Raum-Segmentes 103 der k-Raum-Matrix 101 in Ausleserichtung fest. Ebenso definiert das Flächenintegral des Vorgradienten 91 den Offset des k-Raum-Segmentes 103 in Ausleserichtung. Nach dem Auslese-Gradientenpulszug 85 wird der Vorgradient 91 invertiert geschaltet, um den Offset wieder zurückzusetzen.
Die Auslesung des Navigator-Signals 47 erfolgt in analoger Weise. Der Vorgradient 91 ist dabei bei jeder Teilaufzeichnung 43 konstant und führt dazu, dass stets dasselbe zentrale k-Raum-Segment 105 der k-Raum-Matrix 101 abgetastet wird. Das so ausgelesene Spin-Echo dient als Navigator-Signal 47, mit dem bei der Rekonstruktion des Magnet-Resonanz-Bildes die Phasenverteilung im Bildraum bei den einzelnen Teilbildern ermittelt wird, und bei dem Zusammenfügen der einzelnen Teilbilder berücksichtigt wird.
Nach Aufzeichnung aller Teilaufzeichnungen 43 wird bei jeder Teilaufzeichnung 43 ein Maß 49 ermittelt, das die Breite der Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals 47 angibt. Bei der in 4 gezeigten Aufnahmesequenz erfolgt die Ermittlung des Maßes W_x nach folgendem Zusammenhang:
k_x kennzeichnet dabei die Koordinatenwerte der k-Raum-Matrix in Ausleserichtung, k_y in Phasenkodierrichtung. n_x und n_y, geben die Anzahl der abgetasteten Datenpunkte in Ausleserichtung bzw. Phasenkodierrichtung an. S(k_x,k_y) ist das komplexe k-Raum-Signal und Ω_x die k_x-Koordinate des Datenpunktes mit der maximalen Signalamplitude.
Das Maß W_x, das die Breite einer Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals 47 bezüglich des zentralen k-Raum-Segmentes 105 kennzeichnet, wird in diesem Beispiel also auf ähnliche Weise ermittelt wie die Bewertung der Streuung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung mit Hilfe der mittleren absoluten Abweichung bezüglich des Maximums der Wahrscheinlichkeitsverteilung.
Bei der Ermittlung des Maßes W_x wird die gesamte Information des zentralen, zweidimensionalen k-Raum-Segmentes 105, das durch das Navigator-Signal 47 abgetastet worden ist, verwendet.
Allerdings werden bei der Ermittlung der Abweichung der Signalwerte die Abstände der Koordinaten der Signalwerte zur Koordinate des Signalmaximums (|k_x – Ω_x|) lediglich in Ausleserichtung betrachtet.
Die Besonderheit, dass die absolute Abweichung von dem Signalmaximum lediglich in Ausleserichtung ermittelt wird, hängt mit der speziellen zweidimensionalen Form des zentralen k-Raum-Segmentes 105 zusammen, das durch das Navigator-Signal 47 abgetastet wird:
Bei der hier dargestellten Aufnahmesequenz wird durch das Navigator-Signal 47 ein k-Raum-Segment 105 abgetastet, das in Ausleserichtung nur einen vergleichsweise schmalen Teil der k-Raum-Matrix 101 abtastet, während in der hierzu orthogonalen Phasenkodierrichtung stets die gesamte Länge der k-Raum-Matrix 101 abgetastet wird. Für die Phasenverteilung bei einem Teilbild, die aus dem Navigator-Signal 47 ermittelt wird, bedeutet dies, dass in y-Richtung sowohl nieder- als auch hochfrequente Anteile berücksichtigt werden, in x-Richtung jedoch lediglich niederfrequente Anteile. Die y-Richtung ist dabei die Richtung im Bildraum, die der Phasenkodierrichtung im k-Raum entspricht, die x-Richtung diejenige Richtung im Bildraum, die der Ausleserichtung im k-Raum entspricht.
Das ermittelte Maß W_x, das die Breite der Verteilung der Signalwerte in Ausleserichtung angibt, gibt folglich Aufschluss darüber, wie groß das Ausmaß der hochfrequenten Anteile der Phasenverteilung in x-Richtung ist, die durch das Navigator-Signal 47 nicht ermittelt werden kann. Ein kleiner Wert des Maßes W_x – damit verbunden eine schmale Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals 47 in Ausleserichtung – deutet darauf hin, dass wesentliche Anteile des Frequenzspektrums der Phasenverteilung durch das Navigator-Signal 47 erfasst worden sind. Ein großer Wert des Maßes W_x – und damit eine breite Verteilung der Signalwerte des Navigator-Signals 47 in Ausleserichtung – deutet im Gegensatz hierzu darauf hin, dass das Frequenzspektrum der Phasenverteilung ein nicht unerhebliches Ausmaß an hochfrequenten Anteilen umfasst, die durch das Navigator-Signal 47 nicht erfasst worden sind, sodass bei einer Wiederholung dieser Teilaufzeichnung 43 eine günstigere und besser ermittelbare Phasenverteilung erwartet werden kann.
Die Breite der Verteilung der Signalwerte eines Navigator-Signals 47 in Ausleserichtung gibt daher an, wie groß der Anteil der Informationen bezüglich der Phasenverteilung in Ausleserichtung ist, die durch das Navigator-Signal 47 nicht erfasst worden ist.
Wenn das k-Raum-Segment, das durch das Navigator-Signal 47 abgetastet wird, eine andere Form aufweist als das in 5 gezeigte zentrale k-Raum-Segment 105, wenn also beispielsweise weder in Phasenkodierrichtung noch in Ausleserichtung nicht die gesamte Breite der k-Raum-Matrix abgetastet wird, ist es vorteilhaft, ein Maß 49 zu verwenden, das neben der Breite der Verteilung der Signalwerte in Ausleserichtung auch die Breite der Verteilung der Signalwerte in Phasenkodierrichtung berücksichtigt.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Maß 49 sowohl die absolute Abweichung der Verteilung der Signalwerte in Ausleserichtung als auch die absolute Abweichung der Verteilung der Signalwerte in Phasenkodierrichtung berücksichtigt, beispielsweise durch ein Produkt zweier Größen G_x, G_y:
die sich in analoger Weise zu dem oben angeführten Maß W_x errechnen.
Alternativen, die Breite einer Verteilung der Signalwerte eines Navigator-Signals 47 bezüglich der k-Raum-Matrix 101 zu ermitteln, ist die Ermittlung anderer Größen, die die Breite einer Verteilung kennzeichnen, wie zum Beispiel die Varianz oder die Standardabweichung einer Verteilung bezüglich des Maximums oder des Schwerpunktes der Verteilung.
Ebenso ist es möglich, die Verteilung der Signalwerte mit einer Modellkurve, beispielsweise einer zweidimensionalen Gauß kurve, zu fitten und aus den Fit-Parametern – bei der Gaußkurve beispielsweise die Standardabweichung – das Maß 49, das die Breite kennzeichnet, zu ermitteln.
Anhand von 6 und 7 wird nun das Konzept der Breite einer Verteilung von Signalwerten bezüglich der k-Raum-Matrix 101 erläutert. Die gezeigten Verteilungen sind dabei idealisierte Verteilungen, anhand derer sich jedoch das Konzept besonders deutlich erläutern lässt. In 6 und 7 ist jeweils eine Verteilung von Signalwerten bezüglich der k-Raum-Matrix 101, genauer desjenigen zentralen k-Raum-Segmentes 105, gezeigt, das durch das Navigator-Signal 47 abgetastet wird. Dargestellt ist jeweils der Absolutbetrag der komplexen Signalwerte des Navigator-Signals 47, aufgetragen gegenüber den Koordinaten der zweidimensionalen k-Raum-Matrix 101, deren Koordinaten eine Ausleserichtung und eine Phasenkodierrichtung sind.
In dem Beispiel wird das Konzept der Breite einer Verteilung von Signalwerten anhand einer zweidimensionalen k-Raum-Matrix 101 und eines zweidimensionalen zentralen k-Raum-Segmentes 105 erläutert; jedoch lässt sich das Konzept auch in analoger Weise auf eine dreidimensionale k-Raum-Matrix bzw. eines dreidimensionalen k-Raum-Segmentes übertragen. Weiterhin zeigen die dargestellten Verteilungen idealisierte Fälle, an denen sich jedoch das Konzept der Breite einer Verteilung besonders anschaulich erläutern lässt.
Bei der Abtastung des zentralen k-Raum-Segmentes in 6 und 7 weist ein zu untersuchende Objekt jeweils ein anderes Bewegungsmuster auf.
Bei der in 6 gezeigten Verteilung ist das Bewegungsmuster derart, dass hierdurch lediglich eine einfache, vornehmlich durch niederfrequente Anteile geprägte Phasenverteilung aufgetreten ist. Hieraus ergibt sich eine Verteilung mit einer vergleichsweise geringen Breite, sodass sich die Phasen verteilung aus dem Navigator-Signal 47 selbst in Ausleserichtung gut rekonstruieren lässt.
Bei der in 7 gezeigten Verteilung ist das Bewegungsmuster derart komplex, dass die Phasenverteilung auch erhebliche hochfrequente Anteile aufweist. Dies beeinflusst unter anderem auch die Verteilung der Signalwerte, die nun vergleichsweise breit ausfällt. Insbesondere in Ausleserichtung kann durch das vergleichsweise schmale k-Raum-Segment 105 die Phasenverteilung nicht hinreichend korrekt ermittelt werden, da wesentliche Teile zur Ermittlung der tatsächlich aufgetretenen Phasenverteilung durch das Navigator-Signal 47 nicht abgetastet worden sind.

Claims

Verfahren zur Aufnahme von Bilddaten bei einem Magnet-Resonanz-Bild, – bei dem die Bilddaten mit einer Aufnahmesequenz (41) aufgezeichnet werden, bei der eine den Bilddaten entsprechende k-Raum-Matrix (101) durch zumindest zwei Teilaufzeichnungen (43) segmentiert abgetastet wird, und bei der jede der Teilaufzeichnungen (43) neben dem Messsignal (45), mit dem jeweils ein bestimmtes k-Raum-Segment (103) abgetastet wird, ein Navigator-Signal (47) enthält, mit dem jeweils ein selbes mehrdimensionales Navigator-Segment (105) der k-Raum-Matrix (101) abgetastet wird, – wobei bei einer der Teilaufzeichnungen (43) ein Maß (49) ermittelt wird, das eine Breite einer Verteilung von Signalwerten des Navigator-Signals (47) bezüglich der k-Raum-Matrix (101) charakterisiert, und – wobei die Teilaufzeichnung (43) wiederholt wird, wenn das Maß (49) außerhalb eines Toleranzbereiches (51) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Maßes (49) die Verteilung der Signalwerte in einem mehrdimensionalen Bereich des Navigator-Signals (47) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest zwei, insbesondere bei jeder der Teilaufzeichnungen (43) jeweils das Maß (49) ermittelt wird, das die Breite der Verteilung der Signalwerte des zugehörigen Navigator-Signals (47) bezüglich der k-Raum-Matrix (101) charakterisiert, und dass der Toleranzbereich (51) dadurch bestimmt wird, dass die ermittelten Maße (49) zueinander in Beziehung gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzbereich (51) durch dasjenige Maß (49) bestimmt wird, das zu dem Navigator-Signal (47) mit der geringsten Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix (101) gehört.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzbereich (51) der Bereich ist, der unterhalb eines Schwellenwertes liegt, wobei der Schwellenwert ein Vielfaches desjenigen Maßes (49) ist, das zu dem Navigator-Signal (47) mit der geringsten Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix (101) gehört.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß (49) die Breite der Verteilung der Signalwerte bezüglich der k-Raum-Matrix (101) in Ausleserichtung und/oder Phasenkodierrichtung charakterisiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß (49) ermittelt wird, indem eine Summe von Absolutbeträgen der Signalwerte, die jeweils mit einem Abstand ihrer zugehörigen k-Raum-Koordinate von einer k-Raum-Koordinate eines Signalmaximums der Verteilung multipliziert werden, gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Teilaufzeichnungen (43) wiederholt werden, bei denen jeweils das zugehörige Maß (49) ermittelt wurde und bei denen das ermittelte Maß (49) außerhalb des Toleranzbereiches (51) liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – falls mehr als eine Teilaufzeichnung (43) wiederholt wird – sich eine Reihenfolge der Wiederholung der Teilaufzeichnungen (43) nach der Position ihrer zugehörigen k-Raum-Segmente (103) richtet, derart, dass diejenige zu wiederholende Teilaufzeichnung (43) zuerst wiederholt wird, deren zugehöriges k-Raum-Segment (103) am zentralsten liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigator-Signal (47) ein zweidimensionales Navigator-Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmesequenz (41) Gradienten-Echos und/oder Spin-Echos verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmesequenz (41) eine Aufnahmesequenz zur diffusionsgewichteten Bildgebung ist.
Magnet-Resonanz-Gerät (1) mit einer Rechnereinheit (37), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.