DE102008047218B4

DE102008047218B4 - Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern mittels einer Magnetresonanzanlage sowie entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102008047218B4
Application number: DE102008047218A
Authority: DE
Inventors: Stefan Huwer; Josef Dr. Pfeuffer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: US20100066364A1; DE102008047218A1; US8354843B2

Abstract

Ein Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern mittels einer Magnetresonanzanlage (5) und eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage (5) werden beschrieben. Dabei werden mittels einer rein phasenkodierten Bildgebung in einem K-Raum (20) mit einer vorbestimmten Menge (21) potentieller Messpunkte MR-Daten erfasst, wobei allerdings nur für eine vorbestimmte Teilmenge (22) von Messpunkten dieser Menge (21) MR-Daten erfasst werden. Aus den erfassten Messpunkten der Teilmenge (22) wird derart ein Bild rekonstruiert, dass auch eine Information über nicht erfasste Messpunkte (23) der Menge (21) gewonnen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern mittels einer Magnetresonanzanlage, wobei bei einer Bildgebung zur Kodierung des Ortes nur eine Phasenkodierung eingesetzt wird. Darüber hinaus beschreibt die vorliegende Erfindung eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage.
In „Optimal k-space sampling for single point imaging of transient systems” von P. Parasoglou et al., Journal of Magnetic Resonance 194 (2008), Seiten 99–107 ist ein Ansatz beschrieben, um den K-Raum bei einer rein phasenkodierten Bildgebungssequenz abzutasten.
Die US 2008/0197842 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bildgebung mittels der Magnetresonanztomographie, wobei ein komprimiertes Abtasten („compressed sensing”) eingesetzt wird.
Die DE 10 2004 060 513 A1 beschreibt ein Bildgebungsverfahren, bei welchem K-Raum-Datensätze von niedriger Ortsauflösung mit K-Raum-Datensätzen höherer Ortsauflösung addiert werden.
Bei einer MR-Bildgebung, bei der im zweidimensionalen oder dreidimensionalen K-Raum zur Ortskodierung mit reinen Phasenkodierschemata gearbeitet wird, ist die Messzeit proportional zu der Anzahl der zu erfassenden Messpunkte in dem zweidimensionalen oder dreidimensionalen K-Raum, so dass die Messzeit im zweidimensionalen Fall von dem Produkt N_x·N_y·TR und im dreidimensionalen Fall von dem Produkt N_x·N_y·N_z·TR abhängt. Dabei beschreibt N_x bzw. N_y bzw. N_z die Kantenlänge des K-Raums in Messpunkten entlang der x-Achse bzw. y-Achse bzw. z-Achse. Mit TR ist die Wiederholzeit („Time to Repetition”) oder Messzeit pro zu erfassendem Messpunkt angegeben. Auch mit einer sehr kurzen TR von 10 ms benötigt man für einen K-Raum von 64·64·64 zu erfassenden Messpunkten eine Gesamtmesszeit von 44 Minuten, und selbst bei einem K-Raum von 32·32·32 zu erfassenden Messpunkten werden noch 5,5 Minuten benötigt. Daher werden nach dem Stand der Technik bei einer Bildgebung am lebenden Objekt, z. B. einem Patienten, typischerweise nur sehr kleine Messräume (K-Räume) gewählt oder nur mit einer geringen räumlichen Auflösung gearbeitet.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches mit einer rein räumlich phasenkodierten Bildgebung arbeitet und dennoch die Gesamtmesszeit im Vergleich zum Stand der Technik stark reduziert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern mittels einer Magnetresonanzanlage nach Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, um MR-Bilder mittels einer Magnetresonanzanlage zu erstellen, wobei dieses Verfahren folgende Schritte umfasst:

• Erfassen von MR-Daten mittels einer Bildgebung in einem K-Raum, welcher eine vorbestimmte Menge von Messpunkten umfasst. Dabei wird nur ein Teil dieser vorbestimmten Menge von Messpunkten erfasst oder abgetastet und die Kodierung des Ortes bei der Bildgebung erfolgt nur über eine Phasenkodierung (und keine Frequenzkodierung).
• Rekonstruieren eines Bildes, insbesondere mittels des Verfahrens des komprimierten Abtastens, aus den erfassten Messpunkten dieses Teiles bzw. der Teilmenge der erfassten Messpunkte, wobei bei dieser Rekonstruktion auch eine Information über nicht erfasste Messpunkte gewonnen wird, indem das Bild mittels des komprimierten Abtastens rekonstruiert wird.

Dadurch wird die Anzahl der in dem K-Raum zu erfassenden Messpunkte reduziert, wodurch auch die Gesamtmesszeit entsprechend reduziert werden kann. Experimente haben gezeigt, dass es ausreicht, wenn die Messpunkte der Teilmenge nur 20% der eigentlich im K-Raum befindlichen potentiellen Messpunkte umfasst, so dass die Gesamtmesszeit im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik um bis zu einem Faktor von 5 verringert werden kann.
Unter einer Bildgebung, bei welcher die Kodierung des Ortes ausschließlich über eine Phasenkodierung erfolgt, wird dabei verstanden, dass Ortsinformationen der MR-Daten der Messpunkte im K-Raum neben dem B0-Feld und den Hochfrequenzpulsen nur mit Phasenkodiergradienten (und nicht mit Frequenzkodiergradienten) ermittelt werden. Eine Frequenzkodierung kann erfindungsgemäß zur Kodierung jeder Information außer der Ortsinformation eingesetzt werden. So kann die Frequenzkodierung beispielsweise zur Kodierung einer spektralen Information eingesetzt werden.
Das komprimierte Abtasten („compressed sensing”) ist eine statistische Technik zur Datenerfassung und Datenabschätzung, welche darauf abzielt, nur vergleichsweise wenige Messpunkte in einem Messbereich, hier im K-Raum, zu erfassen oder abzutasten. Trotzdem können dann diese spärlich im K-Raum erfassten Messwerte unter bestimmten Bedingungen nahezu die vollständige Information wiedergeben, welche ohne das komprimierte Abtasten nur durch ein Erfassen aller Messpunkte im K-Raum rekonstruiert werden kann.
Bei dem komprimierten Abtasten wird die Verbindung zwischen den erfassten Messpunkten im K-Raum und den entsprechenden Bildpunkten im Bildraum über eine Zuordnung Ψ zwischen dem Bildraum und dem K-Raum und einer Fouriertransformation Φ bei Unterabtastung, welche dem Unterabtastschema im K-Raum entspricht, bereitgestellt. Damit kann die Bildrekonstruktion durch das komprimierte Abtasten durch folgendes Optimierungsproblem ausgedrückt werden:

(I) Minimiere ∥⁣Ψm∥⁣₁
(II) und optimiere gleichzeitig ∥⁣Φm – y∥⁣₂ < ε,

y: die gemessenen MR-Daten im K-Raum,
m: das rekonstruierte Bild,
ε: ein Schwellenwert,
∥⁣ ∥⁣₁: die L1-Norm, und
∥⁣ ∥⁣₂: die L2-Norm ist.

Durch die Bedingung I wird die Anzahl der tatsächlich abgetasteten Messpunkte im K-Raum im Verhältnis zu allen im K-Raum vorhandenen Messpunkten, welche von herkömmlichen bildgebenden Verfahren alle erfasst würden, verringert. Dagegen verstärkt die Bedingung II die Konsistenz zwischen den rekonstruierten Daten und den erfassten MR-Daten. Das Verfahren des komprimierten Abtastens wurde von Emmanuel Candes und Terence Tao erfundenen.
Würde man eine gewöhnliche schnelle Fouriertransformation einsetzen, um ausgehend von einem nicht vollständig abgetasteten Datensatz im K-Raum ein entsprechendes Bild zu rekonstruieren, würde dieses Bild im Vergleich zu einer erfindungsgemäßen Rekonstruktion mit dem komprimierten Abtasten zahlreiche das Bild entstellende Artefakte aufweisen.
Das oben bei der Beschreibung des komprimierten Abtastens genannte Optimierungsproblem lässt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten lösen. Beispielsweise kann die Rekonstruktion des Bildes unter Hinzunahme weiterer Randbedingungen unter Beibehaltung der beiden oben genannten Bedingungen I und II erfolgen.
Die beim komprimierten Abtasten eingesetzten Verfahren zur Bildrekonstruktion arbeiten typischerweise iterativ, wobei Optimierungsverfahren wie beispielsweise „conjugate gradient descent” eingesetzt werden. Dabei können Verfahren wie Wavelets oder die diskrete Kosinustransformation (DCT) eingesetzt werden, um in den transformierten „komprimierten” K-Raum zu gelangen, über welchen dann die Optimierung durchgeführt wird. Diese Verfahren dienen dazu die Teilmenge der tatsächlich im K-Raum zu erfassenden Messpunkte zu optimieren. Andere Transformationsverfahren, wie Codebücher, Gaborfilterung, können ebenfalls eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung kann insbesondere bei einer Einzelpunkt-Bildgebung (SPI, „Single Point Imaging”) eingesetzt werden. Dabei werden die MR-Daten im K-Raum mittels einer Einzelpunkt-Bildgebung erfasst, bei welcher pro Phasenkodierschritt in der Regel nur ein Messpunkt aufgenommen wird. In diesem Fall wird bei der Einzelpunkt-Bildgebung ein kurzer rechteckiger Hochfrequenz-Puls zur Anregung erzeugt und ein einziger Messpunkt im K-Raum direkt nach dieser Anregung abgetastet, indem insbesondere das freie Induktionssignal erfasst wird. Aufgrund der kurzen Echozeit und der direkten oder reinen Phasenkodierung zur Ortskodierung ist die Einzelpunkt-Bildgebung nahezu unbeeinflusst von Inhomogenitäten des B0-Feldes, von Veränderungen der magnetischen Suszeptibilität und von Artefakten der chemischen Verschiebung. Die Einzelpunkt-Bildgebung wird bei Materialien und Kernen mit kurzen T1- und/oder T2-Zeiten, wie z. B. porösen Materialien oder Knochen, eingesetzt.
Dabei soll erfindungsgemäß die Einzelpunkt-Bildgebung auch eine sogenannte verbesserte Einzelpunkt-Bildgebung umfassen. Bei der verbesserten Einzelpunkt-Bildgebung wird das freie Induktionssignal mehrfach in aufeinander folgenden gleichen Zeitabständen abgetastet, wodurch mehrere Messpunkte im K-Raum erfasst werden, ohne dass beispielsweise zum Erfassen jedes dieser Messpunkte der Hochfrequenz-Puls jedes Mal neu erzeugt wird, wie es bei der vorab beschriebenen ‚reinen’ Einzelpunkt-Bildgebung der Fall ist.
Im medizinischen Anwendungsfall kann die Einzelpunkt-Bildgebung in folgenden Fällen eingesetzt werden:

• Zur Erfassung von ¹H-Signalen beispielsweise von einem Rückgrat, einem Knie, einem Knorpel oder von Plaque.
• Zur Erfassung von ²³Na-Signalen bei Anwendungen im Rahmen eines Schlaganfalls.
• Zur Erfassung von ¹⁷O-Signalen von mit ¹⁷O gekennzeichnetem Sauerstoff und Wasser, um einen Blutfluss (rCBF, „regional Cerebral Blood Flow”) und eine Sauerstoff verbrauchsrate (CMRO2, „Cerebral Metabolic Rate Oxygen”) zu messen.

Da die Hochfrequenz-Anregung bei der Einzelpunkt-Bildgebung global erfolgt und nicht örtlich eingeschränkt werden kann, ist eine dreidimensionale Phasenkodierung (alle drei Raumrichtungen müssen kodiert werden) notwendig.
Natürlich ist es erfindungsgemäß auch möglich bestimmte Abarten der Einzelpunkt-Bildgebung (SPI), wie z. B. das SPRITE-Verfahren (SPRITE, „single-point ramped imaging with T1 enhancement”), vgl. S. Gravina, D. S. Cory, JMR 104 (1994), S. 53–61 oder B. J. Balcom et al., JMR 123 (1996), S. 131–134 einzusetzen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die vorliegende Erfindung bei der MR-Spektroskopie (MRSI, „Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging”) einzusetzen. Bei der MR-Spektroskopie werden die aus der Magnetresonanztomographie bekannten physikalischen Zusammenhänge eingesetzt, um den chemischen Zustand innerhalb eines Körpers zu erfassen.
Die MR-Spektroskopie kann mit der vorliegenden Erfindung beispielsweise zur Erfassung eines ¹H-Signals eines Metabolits, wie z. B. Kreatin oder Laktat, eingesetzt werden, obwohl die zu messende Metabolit-Konzentration um 4 Größenordnungen geringer ist als bei der Bildgebung von Wasser (1–10 mM verglichen mit 55 M). Daher werden nach dem Stand der Technik aufgrund der hohen Anforderungen an die Messgeschwindigkeit bei der MR-Spektroskopie in diesem Fall auch nur geringe räumliche Auflösungen oder niedrige Signalrauschabstände erreicht, was durch die vorliegende Erfindung deutlich verbessert werden kann, indem bei gleicher Messqualität die Messzeit um bis zu einem Faktor von 5 reduziert wird oder indem bei gleicher Messzeit die Aufnahmequalität (räumliche Auflösung, Signal-/Rausch-Abstand) entsprechend verbessert wird.
Die Wahl, welche der potentiellen Messpunkte im K-Raum durch das erfindungsgemäße Verfahren tatsächlich erfasst werden, kann dabei zufällig erfolgen, so dass das Ergebnis der erfassten Messpunkte im K-Raum eine zufällige Verteilung dieser Messpunkte im K-Raum ergibt. Es ist allerdings erfindungsgemäß auch möglich, dass die erfassten Messpunkte im K-Raum gleichmäßig oder entsprechend vorgegebener Muster verteilt sind. Dabei wird typischerweise ein dreidimensionales Abtastschema oder eine Abtastvorschrift eingesetzt, mit welcher die erfindungsgemäß abzutastenden Messpunkte im dreidimensionalen K-Raum bestimmt werden. Es ist allerdings erfindungsgemäß auch möglich, mit eindimensionalen oder zweidimensionalen Abtastvorschriften zu arbeiten, wobei die zweidimensionale Abtastvorschrift die abzutastenden Messpunkte in einer Schicht des K-Raums und die eindimensionale Abtastvorschrift die abzutastenden Messpunkte in einer Reihe einer Schicht des K-Raums angibt.
Anstelle einer gleichmäßigen Verteilung der im K-Raum zu erfassenden Messpunkte kann die Verteilung der Messpunkte im K-Raum auch ungleichmäßig oder variabel gestaltet werden, was sich positiv auf die Punktantwort bzw. Punktspreizfunktion (PSF, „Point Spread Function”) bei der Auflösung des zu rekonstruierenden Bildes und damit positiv auf die Bildqualität auswirkt. Zum Beispiel kann die variable Verteilung der Messpunkte im K-Raum derart erfolgen, dass die Messpunkte der Teilmenge, d. h. die tatsächlich im K-Raum erfassten Messpunkte, in der Nähe des Zentrums des K-Raums eine höhere Dichte aufweisen als im restlichen K-Raum bzw. am Rand des K-Raums. Damit werden im Zentrum des K-Raums mehr Messpunkte erfasst als im Äußeren des K-Raums.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform können ausgewählte Messpunkte im K-Raum mehrfach gemessen werden. Mit einer solchen akquisitionsgewichteten Abtastvorschrift kann ebenfalls die Punktantwort verbessert werden.
Dabei können die Messpunkte im K-Raum verschieden oft gemessen und damit gemittelt werden, wobei insbesondere die Messpunkte in der Nähe des Zentrums des K-Raums öfter (z. B. 5- fach) als die Messpunkte am Rand des K-Raums (z. B. 1-fach) gemittelt werden können. Durch diese Art der Erfassung der MR-Daten entsteht ein K-Raum-Filter, welcher eine Akquisitionsgewichtung definiert. Ein solches Verfahren spart im Vergleich zu einem Verfahren, bei welchem alle Messpunkte im K-Raum gleich oft gemessen werden, Zeit, da weniger gewichtete Messpunkte im K-Raum weniger oft gemessen werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der K-Raum in mehrere Abschnitte aufgeteilt werden. Dabei werden die in einem entsprechenden Abschnitt erfindungsgemäß abzutastenden Messpunkte erfasst und anschließend wird für die in diesem Abschnitt erfassten Messpunkte bereits mit der Rekonstruktion des Bildes oder der Information begonnen, während gleichzeitig die erfindungsgemäß bestimmten Messpunkte eines zweiten Abschnitts erfasst werden usw.
Indem gleichzeitig Messpunkte erfasst werden und aus bereits erfassten Messpunkten das Bild rekonstruiert wird, wird eine Parallelisierung der Erfassung der Messpunkte und der Rekonstruktion des Bildes erzielt, wodurch die Gesamtzeit zur Erstellung des Bildes weiter abgesenkt werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage bereitgestellt, um damit MR-Bilder zu erstellen. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen, eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und zur Erstellung von MR-Bildern. Die Magnetresonanzanlage ist dabei derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage in dem K-Raum, welcher eine vorbestimmte Menge von potentiellen Messpunkten umfasst, MR-Daten nur für einen Teil dieser potentiellen Messpunkte mittels einer reinen Phasenkodierung erfasst. Aus den erfassten Messpunkten rekonstruiert die Magnetresonanzanlage mittels der Auswertevorrichtung derart ein Bild unter Umständen samt Spektralinformationen des entsprechenden Bildpunktes, so dass dabei auch Informationen über nicht erfasste Messpunkte im K-Raum gewonnen werden, indem die Magnetresonanzanlage das Bild mittels des komprimierten Abtastens rekonstruiert.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Darüber hinaus beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten, es soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. in C++), der noch compiliert und gebunden werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Information, welche in nicht erfassten Messpunkten im K-Raum vorhanden ist, durch die Art und Weise, in welcher das Bild insbesondere mittels des komprimierten Abtastens rekonstruiert wird, quasi ersetzt. Damit werden die Nachteile der Zeitersparnis, welche erfindungsgemäß während der Erfassung der MR-Daten aufgrund der verringerten Anzahl der erfassten Messpunkte im K-Raum erzielt wird, in dem Rekonstruktionsschritt, in welchem aus den MR-Daten das Bild rekonstruiert wird, aufgehoben. Bezahlt wird dieses zwar mit einer im Vergleich zum Stand der Technik längeren Verarbeitungszeit der erfassten MR-Daten zur Rekonstruktion des Bildes, was aber aufgrund der heute verfügbaren Rechenleistung quasi keinen Nachteil bedeutet. Insgesamt ergibt sich für den Patienten eine kürzere Verweildauer in einer Magnetresonanzanlage bei einer entsprechenden Untersuchung.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere dafür geeignet, um mittels einer Magnetresonanzanlage MR-Bilder (u. U. inklusive chemischer Informationen) vom Körperinneren eines Patienten zu erstellen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann beispielsweise auch eingesetzt werden, um eine chemische Zusammensetzung beliebiger (auch toter) Körper zu untersuchen.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren im Detail erläutert.
1 zeigt schematisch eine bekannte Magnetresonanzanlage, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren weitergebildet wird.
In 2 sind verschiedene erfindungsgemäße Abtastvorschriften dargestellt.
In 1 ist die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 5 schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzanlage 5 umfasst im Wesentlichen einen Tomograph 3, mit welchem das für die MR-Untersuchung notwendige Magnetfeld in einem Messraum 4 erzeugt wird, einen Tisch 2, eine Steuereinrichtung 6, mit welcher der Tomograph 3 gesteuert wird und MR-Daten von dem Tomograph 3 erfasst werden, und ein an die Steuereinrichtung 6 angeschlossenes Terminal 7.
Die Steuereinrichtung 6 umfasst ihrerseits eine Steuereinheit 11, eine Erfassungseinheit 12 und eine Auswertevorrichtung 13. Während einer MR-Untersuchung werden MR-Daten mittels des Tomograph 3 von der Erfassungseinheit 12 erfasst, wobei der Tomograph 3 von der Steuereinheit 11 derart angesteuert wird, dass nur ein bestimmter Teil aller potentieller Messpunkte in einem Messvolumen 15, welches sich im Körperinneren eines auf dem Tisch 2 liegenden Patienten O befindet und dem K-Raum entspricht, erfasst werden. Die Auswertevorrichtung 13 rekonstruiert dann aus den erfassten MR-Daten mittels des Verfahrens des komprimierten Abtastens ein Bild.
Dieses Bild kann auf einem Bildschirm 8 des Terminals 7 dargestellt werden. Neben der Darstellung des Bildes kann mit dem Terminal 7, welches neben dem Bildschirm 8 eine Tastatur 9 und eine Maus 10 umfasst, von einem Anwender vorgegeben werden, mittels welcher Abtastvorschrift die zu messenden Messpunkte im K-Raum ausgesucht werden. Über das Terminal 7 kann auch die Software für die Steuereinrichtung 6 in die Steuereinrichtung 6, insbesondere in die Recheneinheit 13, geladen werden. Diese Software der Steuereinrichtung 6 umfasst dabei auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern und kann ebenfalls auf einer DVD 14 gespeichert sein, so dass diese Software dann von dem Terminal 7 von der DVD 14 gelesen und in die Steuereinrichtung 6 kopiert werden kann.
Mit 2 werden verschiedene erfindungsgemäße Abtastvorschriften schematisch beschrieben. In 2a sind alle potentiellen Messpunkte 21 eines zweidimensionalen K-Raums 20 dargestellt. Bei einem Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren bzw. SPI-Verfahren nach dem Stand der Technik würden alle diese 100 Messpunkte 21 erfasst werden.
Dagegen werden entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich weniger Messpunkte erfasst. Dabei gibt es allerdings erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten, diejenigen Messpunkte 22 zu bestimmen, welche mittels einer rein phasenkodierten Erfassung aufgenommen werden. In 2b ist beispielsweise eine gleichmäßige Abtastvorschrift dargestellt, bei welcher jeder vierte Messpunkt 21 abgetastet oder erfasst wird. Dabei beginnt die in 2b dargestellte Abtastvorschrift mit dem Messpunkt oben links und schreitet zeilenmäßig von links nach rechts fort, wobei nach dem Punkt rechts am Ende einer Zeile am linken Ende der darunter liegenden Zeile fortgesetzt wird. Mit dem Bezugszeichen 23 sind in der 2 diejenigen Messpunkte gekennzeichnet, die nicht erfasst oder abgetastet werden.
Dagegen stellt die 2c eine Abtastvorschrift dar, bei welcher die zu erfassenden Messpunkte 22 zufällig aus der Menge aller Messpunkte 21 ausgewählt werden. In 2d ist eine Abtastvorschrift dargestellt, bei welcher Messpunkte in der Nähe des Zentrums des K-Raums 20 häufiger abgetastet werden als am Rand des K-Raums 20, so dass die erfassten Messpunkte 22 in der Nähe des K-Raumzentrums eine höhere Dichte aufweisen als im restlichen K-Raum 20. Im Allgemeinen kann mit einem Verteilungsmuster („pattern based”) gearbeitet werden, mit welchem die zu erfassenden Messpunkte 22 bestimmt werden, wobei eine zentrale Abtastung (siehe 2d) ein Beispiel davon ist. Die Dichte dieses Verteilungsmusters kann dabei gleichmäßig oder nicht gleichmäßig (oder variabel) im K-Raum sein, wobei eine Ungleichverteilung auch als variable Dichte („variable density”) bezeichnet wird.
Zu den in 2 dargestellten Abtastvorschriften sei noch angemerkt, dass diese aus darstellerischen Gründen zeilen- und spaltenorientiert sind, während das erfindungsgemäße Verfahren natürlich auch andere Abtastvorschriften, wie z. B. spiralförmige, umfasst. Darüber hinaus sind die in 2 dargestellten Abtastvorschriften auf zweidimensionale Abtastvorschriften beschränkt, während die vorliegende Erfindung auch eindimensionale, dreidimensionale und vierdimensionale Abtastvorschriften umfasst. Dabei wird als die vierte Dimension die spektrale Information eines Punktes angesehen.

Claims

Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern mittels einer Magnetresonanzanlage, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen von MR-Daten in einem K-Raum (20) mit einer vorbestimmten Menge (21) von Messpunkten, wobei die Kodierung des Ortes ausschließlich über eine Phasenkodierung erfolgt und wobei nur für eine vorbestimmte Teilmenge (22) von Messpunkten dieser Menge (21) MR-Daten erfasst werden, und Rekonstruieren eines Bildes aus den erfassten Messpunkten der Teilmenge (22) derart, dass auch eine Information über nicht erfasste Messpunkte (23) der Menge (21) gewonnen wird, indem das Bild mittels des komprimierten Abtastens rekonstruiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MR-Daten mittels einer Einzelpunkt-Bildgebung erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Messpunkte in dem K-Raum (20), welche zu der Teilmenge (22) gehören, zufällig aus den Messpunkten der Menge (21) ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte der Teilmenge (22) gleichmäßig im K-Raum (20) verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte der Teilmenge (22) variabel im K-Raum (20) verteilt werden, wobei die variable Verteilung der Messpunkte im K-Raum derart erfolgt, dass die Messpunkte der Teilmenge in der Nähe des Zentrums des K-Raums eine höhere Dichte aufweisen als im restlichen K-Raum.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgewählte Messpunkte der Teilmenge (22) mehrfach gemessen werden, um die Punktantwort zu verbessern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der K-Raum (20) in mehrere Abschnitte aufgeteilt wird, dass die Messpunkte der Teilmenge (22) in einem ersten der mehreren Abschnitte erfasst werden, und dass aus den in dem ersten Abschnitt erfassten Messpunkten ein Abschnitt des Bildes rekonstruiert wird, während gleichzeitig die Messpunkte der Teilmenge (22) in einem zweiten der mehreren Abschnitte erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MR-Daten für eine Spektroskopie erfasst werden, und dass aus den erfassten Messpunkten der Teilmenge (22) ein Bild samt Spektralinformationen derart rekonstruiert wird, indem eine Frequenzkodierung zur Kodierung der spektralen Information eingesetzt wird.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung von MR-Bildern, wobei die Magnetresonanzanlage (5) eine Ansteuereinheit (11) zur Ansteuerung eines Tomographen (3), eine Empfangsvorrichtung (12) zum Empfang von von dem Tomographen (3) aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung (13) zur Auswertung der Signale und Erstellung von MR-Bildern umfasst, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) in einem K-Raum (20), welcher eine vorbestimmte Menge (21) von Messpunkten umfasst, nur für eine vorbestimmte Teilmenge (22) von Messpunkten dieser Menge (21) MR-Daten mittels einer reinen Phasenkodierung zur Kodierung des Ortes von Bildpunkten innerhalb der MR-Bil der erfasst, und dass die Magnetresonanzanlage (5) mittels der Auswertevorrichtung (13) aus den erfassten Messpunkten der Teilmenge (22) ein Bild derart rekonstruiert, dass die Auswertevorrichtung (13) auch eine Information über nicht erfasste Messpunkte (23) der Menge (21) gewinnt, indem die Magnetresonanzanlage (5) das Bild mittels des komprimierten Abtastens rekonstruiert.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die MR-Daten mittels einer Einzelpunkt-Bildgebung erfasst.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) diejenigen Messpunkte in dem K-Raum (20), welche zu der Teilmenge (22) gehören, zufällig aus den Messpunkten der Menge (21) auswählt.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Messpunkte der Teilmenge (22) derart auswählt, dass die Messpunkte gleichmäßig im K-Raum (20) verteilt sind.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Messpunkte der Teilmenge (22) derart auswählt, dass die Messpunkte der Teilmenge (22) variabel im K-Raum (20) verteilt werden, wobei die variable Verteilung der Messpunkte im K-Raum derart erfolgt, dass die Messpunkte der Teilmenge in der Nähe des Zentrums des K-Raums eine höhere Dichte aufweisen als im restlichen K-Raum.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 9–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) ausgewählte Messpunkte der Teilmenge (22) mehrfach misst, um die Punktantwort zu verbessern.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 9–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) den K-Raum (20) in mehrere Abschnitte aufteilt, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Messpunkte der Teilmenge (22) in einem ersten der mehreren Abschnitte erfasst, und dass die Auswertevorrichtung (13) aus den in dem ersten Abschnitt erfassten Messpunkten ein Abschnitt des Bildes rekonstruiert, während die Magnetresonanzanlage (5) die Messpunkte der Teilmenge (22) in einem zweiten der mehreren Abschnitte erfasst.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 9–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die MR-Daten für eine Spektroskopie erfasst, und dass die Magnetresonanzanlage (5) aus den erfassten Messpunkten der Teilmenge (22) ein Bild samt Spektralinformationen derart rekonstruiert, indem eine Frequenzkodierung zur Kodierung der spektralen Information eingesetzt wird.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (6) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (6) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (14) in einer Steuereinrichtung (6) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.