DE102009012109B4 - Digitales Verfahren zur Kanalreduktion in MR Empfangs-Systemen und entsprechende Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Auswertung (BR) von mit Spulen (S_L, S_M, S_R) eines Magnetresonanztomographiegerätes (1) empfangenen Signalen (L, M, R),
wobei (St₁) mittels Spulen (M, R, L) durch aus einem Körper (5) kommende Magnetfelder (B_L, B_M, B_R) erste Signale (R₁, M₁, L₁) generiert werden,
wobei (St₂) ein Bereich (POI) im Körper definiert wird,
wobei (St₃) mit Hilfe der ersten Signale (R₁, M₁, L₁) Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) berechnet (DRX, BR) werden,
wobei (St₇) mit den Spulen (M, R, L) durch aus einem Körper (5) kommende Magnetfelder (B_L, B_M, B_R) zweite Signale (R₂, M₂, L₂) generiert werden, wobei die zweiten Signale (R₂, M₂, L₂) höher aufgelöst als die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) sind,
wobei durch Summieren mehrerer mit je einem der Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) multiplizierter zweiter Signale (R₂, M₂, L₂) jeweils gewichtete Signale (P,...

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Auswertung von mit Spulen eines Magnetresonanztomographiegerätes empfangenen Signalen
• Magnetresonanzgeräte zur Untersuchung insbesondere von Patienten durch Magnetresonanztomographie sind beispielsweise aus der DE 103 14 215 B4 , US 2006/0273792 A1 , US 6 680 610 B1 , US 7 394 252 B1 , US 2001/0043068 A1 und US 7 282 917 B1 bekannt. Moderne Magnetresonanzanlagen arbeiten mit Spulen zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang induzierter Magnetresonanzsignale. Üblicherweise besitzt eine Magnetresonanzanlage (MRT- oder MR-Anlage) eine größere, in der Regel fest im Gerät eingebaute sogenannte Ganzkörperspule (auch Bodycoil oder BC genannt), sowie mehrere kleine Lokalspulen (auch Oberflächenspulen oder LC genannt).
• Zum Auslesen von Informationen, aus denen Bilder generiert werden können, werden mit Gradientenspulen für drei Achsen (z. B. X, Y transversal zum Patienten, Z in Längsrichtung des Patienten) ausgewählte Bereiche des zu untersuchenden Objektes bzw. Patienten ausgelesen. Die Ortskodierung in der Magnetresonanztomographie wird üblicherweise mit Hilfe eines Gradientenspulensystems mit drei unabhängig ansteuerbaren, magnetisch orthogonalen Gradienten-Feldspulen-Systemen realisiert. Durch Überlagerung der drei frei skalierbaren Felder (in drei Richtungen X, Y, Z) kann die Orientierung der kodierenden Ebene (,Gradientenfeld') frei gewählt werden. Moderne Magnetresonanzanlagen arbeiten in der Regel mit mehreren verschiedenen Antennen (im Folgenden auch Spulen genannt) zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfang der induzierten Magnetresonanzsignale. Üblicherweise besitzt eine Magnetresonanzanlage eine größere, in der Regel eine fest im Gerät eingebaute sogenannte Ganzkörperspule sowie mehrere kleine Lokalspulen. Die Lokalspulen dienen im Gegensatz zu der Ganzkörperspule dazu, Aufnahmen mit sehr hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu machen. Zu diesem Zweck werden die Lokalspulen direkt an der Stelle des Patienten appliziert, an der sich der zu untersuchende Bereich befindet. Bei einem Einsatz einer solchen Lokalspule wird in vielen Fällen mit der in der Magnetresonanzanlage fest eingebauten Ganzkörperspule (als Sendespule) gesendet und mit der Lokalspule (als Empfangsspule) werden die induzierten Magnetresonanzsignale empfangen.
• Bilder mit hohem Signal-/Rauschverhältnis werden in der MR-Tomographie heute in der Regel mit so genannten Lokalspulen (auch Loops genannt) aufgenommen. Dabei induzieren die angeregten Kerne in der Spule eine Spannung, die dann mit einem rauscharmen Vorverstärker (= LNA) verstärkt und schließlich kabelgebunden mit ihrer MR-Frequenz an die Empfangselektronik weitergeleitet wird. Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (= SNR) auch bei hochaufgelösten Bildern werden auch so genannte Hochfeldanlagen eingesetzt. Deren Grundfeldstärken liegen heute bei 3 Tesla und höher. Da an ein MR-Empfangssystem mehr Spulenelemente (Loops) angeschlossen werden können sollen, als Empfänger vorhanden sind, wird zwischen Empfangsantennen und Empfänger eine Schaltmatrix (hier RCCS genannt) eingebaut. Diese routet die momentan aktiven Empfangskanäle auf die vorhandenen Empfänger. Um die Möglichkeiten der parallelen Bildgebung (z. B. SENSE und GRAPPA, SMASH, etc.) nutzen zu können, werden Empfangsspulen mit mehr und mehr Kanälen entwickelt.
• Stand der Technik sind Empfangsspulen mit 32–128 Kanälen. Die hohe Anzahl an Empfangskanälen setzt hohe Anforderungen an die dahinter liegende Empfangskette: Die hohe Empfangskanalanzahl erfordert einerseits eine hohe Anzahl an Empfängern (Kosten) und hohen Rechenaufwand in der Bildverarbeitung (Rechenzeit oder Kosten für Rechenleistung). Der Einsatz der Modenmatrix ist aus Kosten-Gesichtspunkten zusammen mit einem Frequenzmultiplexverfahren nicht mehr sinnvoll, da die Modenmatrix zwischen Vorverstärker und Mischer sitzen müsste, was den Aufbau und die Kosten dieser Baugruppe erhöht. Da die Zwischenfrequenzempfänger gemäß der noch nicht veröffentlichten Anmeldung DE 10 2008 023 467 A1 günstiger sind als in der aktuellen Produktgeneration, verringert sich das Einsparungspotenzial im Backend der Empfangskette oder RX-Kette (z. B. in Form eines Analog Receivers) deutlich, während der Einsatz der Modenmatrix zusammen mit dem neuen Zwischenfrequenzkonzept technisch deutlich komplizierter und teurer ausfallen würde.
• Gemäß internem Stand der Technik des Anmelders ist eine sogenannte Hardware Modenmatrix bekannt. Dies ist auch veröffentlicht (Reykowski et al. in DE 103 13 004 B3 ) Diese Modenmatrix fasst benachbarte Empfangskanäle zu sogenannten Moden zusammen. Die Modenmatrix (= MoMa) ist eine Kombinationsschaltung aus Phasenschiebern und Hybriden, die die Signale nach Betrag und Phase so kombiniert, dass aus N Eingangssignalen von N Spulen N Moden werden. Der erste Mode enthält dabei schon die wichtigste Bild-Information und bietet das maximale SNR im Zentrum des Patientenkörpers. Die Verwendung höherer Moden bietet zunehmendes SNR in peripheren Körperbereichen und ermöglicht die Anwendung von parallelen Bildgebungstechniken (wie z. B. SENSE oder GRAPPA, SMASH, etc.). Details zur Modenmatrix sind von Reykowski z. B. in DE 103 13 004 B3 beschrieben, deren Offenbarung durch Inbezugnahme Teil dieser Anmeldung ist. Die Modenmatrix wird in heutigen Produkten der Anmelderin eingesetzt, um die gleichen Spulen mit unterschiedlicher Empfängerkanalzahl betreiben zu können.
• Ein Beispiel für eine bisherige Lösung ist folgendes: An ein MR-System können 120 Spulenelemente angeschlossen werden. Die Schaltmatrix hat zwar 120 Eingänge und 32 Ausgänge, es sind aber nur 8 Empfangskanäle (Empfänger) vorhanden. Lösung: Durch eine Modenmatrix, die in der Spule, aber in Signalübertragungsrichtung hinter dem Vorverstärker liegt, werden z. B. je 4 Kanäle zu 4 Moden kombiniert. Aus den 32 Kanälen werden damit 8 × 4 Moden. Werden nun nur die 8 Grundmoden (das sind bevorzugt die zirkular polarisierten Moden = CP Mode) dieser 8 × 4 Moden ausgelesen, so reichen 8 Empfangskanäle aus. Dies ist heute Stand der Technik gemäß der DE 103 13 004 B3 .
• Dieser Technik erlaubt die Nutzung einer hoch-kanaligeren (= mit mehr Kanälen versehenen) Spule an einem niedriger- kanaligen Empfangssystem (mit Einschränkungen bei der parallelen Bildgebung und beim Oberflächen- nahen SNR). Jedoch ist dazu zusätzliche Hardware in den Spulen notwendig; daher ist das oben genannte Problem bisher nicht gelöst.
• Außerdem bringt eine derartige Hardware-Modenmatrix das Problem mit sich, dass bei mechanisch flexiblen Spulen, die verbogen werden können, das optimale SNR im Zentrum des Patientenkörpers nur für eine Biegeposition der Spule gilt (aufgrund der relativen Lage der Empfangs-Loops zum Empfangsfeld). Allgemein gilt, dass die Zusammenfassung von einzelnen Signalen zu Moden problematisch ist, wenn die Antennen, von denen die Signale kommen, keine definierte Lage zueinander haben oder die Antennen selbst deformierbar sind.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Auswertung von mit mehreren Spulen in einem Magnetresonanztomographiegerät empfangenen Signalen effizient zu optimieren. Die Aufgabe wird jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Auswertung von mit Spulen eines Magnetresonanztomographiegerätes empfangenen Signalen,
  wobei mittels Spulen durch aus einem Körper kommende Magnetfelder erste Signale generiert werden,
  ein Bereich im Körper definiert wird,
  mit Hilfe der ersten Signale Gewichtungsfaktoren berechnet werden,
  mit den Spulen durch aus einem Körper kommende Magnetfelder zweite Signale generiert werden,
  wobei aus den zweiten Signalen mit Hilfe der Gewichtungsfaktoren gewichtete Signale berechnet werden,
  wobei die gewichteten Signale weiter verarbeitet werden.
• Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zur Auswertung von mit Spulen eines Magnetresonanztomographiegerätes empfangenen Signalen,
  welche eine Einrichtung zum Empfang von ersten Signalen aufweist, die mit Hilfe von Spulen aus einem Körper austretenden Magnetfeldern gewonnenen wurden,
  und welche eine Einrichtung aufweist, um einen Bereich im Körper zu definieren,
  und welche eine Einrichtung aufweist, um mit Hilfe der ersten Signale Gewichtungsfaktoren zu berechnen,
  und welche eine Einrichtung aufweist, um zweite Signale zu empfangen, die mit Hilfe von Spulen aus dem Körper austretenden Magnetfeldern erzeugt wurden,
  und welche eine Einrichtung aufweist, um die zweiten Signale mit Hilfe der Gewichtungsfaktoren zu gewichten (z. B. durch Multiplikation), um gewichtete Signale zu gewinnen,
  mit einer Einrichtung, um die gewichteten Signale einem Bildverarbeitungsrechner zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.
• Die Signale gemäß den Patentansprüchen können z. B. analoge oder digitalisierte (DRX) Signale (oder Daten) sein. Dies kann z. B. davon abhängen, ob sie vor oder nach einer Digitalisierung betrachtet werden.
• Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Kanalreduktion der effektiven Empfangskanalzahl auch ohne weiteren Hardwareaufwand (z. B. aber nicht nur auch als Software). Dieses Kanalreduktionsverfahren setzt vorzugsweise nach der Digitalisierung (DRX) der Daten an. Gewichtungsfaktoren können anstatt fest in Hardware gegossen auch adaptiv einstellbar sein (für jeden Patienten und/oder für jede Spule). Beliebige Reduktionsfaktoren (Zahl der Eingangs- versus Zahl der Ausgangskanäle) zur Reduktion der Anzahl in einem Bildverarbeitungsrechner zur Bildverarbeitung zu berücksichtigender Signale können realisiert werden. Das Verfahren lässt sich auf unterschiedlichste Spulen anwenden.
• Die ersten Signale können insbesondere auf einer Akquisition von niedrig aufgelösten MR Bild-Datenoder einer Prescan-Messung oder einer Adjustment-Messung oder wenigen zentralen k-Raum-Zeilen basieren.
• Die zweiten Signale (aus denen Bilder für den Anwender gewonnen werden können) sind zweckmäßig höher auflösend als die ersten Signale (aus denen die Gewichtungsfaktoren gewonnen werden).
• Weitere mögliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dort zeigt:
• 1 eine Skizze eines bekannten Magnetresonanzgeräts,
• 2 mehrere Lokalspulen, die Feldlinien eines Magnetfelds aus einem zu untersuchenden Körper aus verschiedenen Winkeln empfangen,
  und eine Moden-Matrix zur Gewichtung von Signalen die mit den drei Feldspulen empfangen wurden,
• 3 schematisch Bilder B_R, B_M und B_L, die mit den drei Feldspulen empfangen wurden und die Bilder nach einer Gewichtung der den Bildern B_R, B_M und B_L zugrundeliegenden zweiten Signale mit einer Moden-Matrix,
• 4 ein Programm zur Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 5 ein Bild zum Signal-/Rauschverhältnis SNR ohne Gewichtung und mit einer ersten Gewichtung (Gewichtungsfaktor abs(ratio) = 1,8 und angle(ratio) = 131°),
• 6 ein Bild zum Signal-/Rauschverhältnis SNR ohne Gewichtung und mit einer zweiten Gewichtung (Gewichtungsfaktor abs(ratio) = 12 und angle(ratio) = 75°),
• 7 ein Bild zum Signal-/Rauschverhältnis SNR ohne Gewichtung und mit einer dritten Gewichtung (Gewichtungsfaktor abs(ratio) = 1,3 und angle(ratio) = 140°),
• 8 ein Flussdiagramm zu einer Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 9 ein Blockschaltbild zu einer Implementierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 10 ein Blockschaltbild eines Elementes dieser Implementierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• 1 zeigt ein Magnetresonanzgerät MRT 1 mit einer Ganzkörperspule 2 mit einem Rohr- oder C-förmigen Raum 3, in welchen eine Patientenliege 4 mit z. B. einem Patienten 5 und Lokalspulen S_L, S_M, S_R (jede dieser Lokalspulen kann auch wiederum mehrere Lokalspulen oder Lokalspulenkanäle umfassen) in Richtung des Pfeiles z gefahren werden kann, um Aufnahmen des Patienten 5 zu generieren. Auf dem Patienten ist hier ein Lokalspulenarray 6 (mit mehreren Lokalspulen und Kanälen für Signale von den Lokalspulen) aufgelegt, mit welchem in einem lokalen Bereich gute Aufnahmen ermöglicht werden, und dessen Signale (6) von einer an sich bekannten, über Koaxialkabel etc anschließbaren Auswerteeinrichtung ausgewertet (d. h. in ausgebbare Bilder umgesetzt usw.) werden können.
• 2 zeigt im Querschnitt den untersuchten Oberkörper des Patienten 5, wobei auf dem Patienten 5 mehrere Lokalspulen S_L, S_M, S_R jeweils Feldlinien eines Magnetfelds aus dem untersuchten Körper 5 aus verschiedenen Winkeln empfangen. Die Feldlinien entstehen durch an sich bekannte Anregung von Atomkernen (z. B. H-Kernen) in einem aktuell untersuchten Bereich des Körpers 5.
• Die in 2 linke Lokalspule S_L empfängt z. B. ein Signal L (L₁ oder L₂) aufgrund von Feldlinien B_L die unter einem Winkel ϕ_L zur Senkrechten aus der hier zu untersuchenden Region (ROI) in der Mitte des Körpers 5 aus diesem austreten, die in 2 mittlere Lokalspule S_M empfängt z. B. ein Signal M aufgrund von Feldlinien B_M die unter in 2 nach oben in Richtung der Senkrechten aus der hier zu untersuchenden Region (ROI) in der Mitte des Körpers 5 aus diesem austreten, und die in 2 rechte Lokalspule S_R empfängt z. B. ein Signal R aufgrund von Feldlinien B_R die unter einem Winkel ϕ_R zur Senkrechten aus der hier zu untersuchenden Region (ROI) in der Mitte des Körpers 5 aus dem Körper 5 austreten.
• Die durch die in 2 links gezeigte Lokalspule S_L empfangenen Feldlinien B_L erzeugen dort Signale L (die zur Generierung eines Bildes verwendet werden können),
  die durch die mittlere Lokalspule S_M empfangenen Feldlinien B_M erzeugen dort Signale M (die zur Generierung eines Bildes verwendet werden können), und
  die durch die rechte Lokalspule S_R empfangenen Feldlinien B_R erzeugen dort Signale R (die zur Generierung eines Bildes verwendet werden können).
• Um bei der nachfolgenden Bildbearbeitung durch einen Bildrechner (in 9 ganz rechts) nicht zu viele Daten miteinberechnen zu müssen, werden Signale L, M, R mehrerer Spulen S_L, S_M, S_R gewichtet zusammengefasst und die daraus resultierende Daten einem Bildrechner zugeführt.
• 2 zeigt unten eine sogenannte Moden-Matrix zur Gewichtung von Signalen L, M, R, die mit den drei Feldspulen S_L, S_M, S_R empfangen wurden.
• Die empfangenen Signale werden also mit der dreizeiligen, dreispaltigen Matrix in der Mitte der Gleichung multipliziert, um die in der Gleichung links stehenden gewichteten Signale P, S, R zu erhalten. Die Signale P, S, R sind also jeweils eine mit einer Modenmatrix gewichtete Zusammenfassung der Signale R, M, L der drei Spulen S_L, S_M, S_R. Die Faktoren p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3 in der Matrix MM in 2 unten sind Gewichtungsfaktoren; diese können z. B. durch eine der Aufnahme des eigentlichen Bildes vorausgehende Aufnahme (prescan), mit z. B. niedriger Auflösung als bei der Aufnahme des eigentlichen Bildes, gewonnen werden.
• 3 zeigt Bilder B_R, B_M, B_L, die jeweils auf Signalen R, M, L basieren, die mit den drei Feldspulen empfangen wurden, sowie schematisch eine Vorrichtung (Modenmatrix-Rechner, MMR), die aus Signalen R, M, L mit einer (in 2 dargestellten) Modenmatrix MM die Bilder P, S, T generiert. Das Bild P weist als Primär-Modus-Bild das beste Signal-/Rauschverhältnis im untersuchten Zentrum (POI) eines Patienten 5 auf, das Bild S und das Bild T weisen als Sekundär-Modus-Bild und Tertiär-Modus-Bild das beste Signal-Rauschverhältnis in Bereichen seitlich des Zentrums eines Patienten 5 (POI) auf. Ggf. können z. B. von einem Bildbearbeitungsrechner nur bestimmte Moden, z. B. nur Primärmoden oder Moden, die den zu untersuchenden Bereich am besten zeigen (bezüglich SNR etc.), berücksichtigt werden, um Kapazität zu sparen.
• 4 zeigt beispielhaft ein Programm zur Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 5 zeigt ein Bild zum Signal-/Rauschverhältnis SNR ohne und mit einer ersten Gewichtung (Gewichtungsfaktor abs(ratio) = 1,8 und angle(ratio) = 131°).
• 6 zeigt ein Bild zum Signal-/Rauschverhältnis SNR ohne und mit einer zweiten Gewichtung (Gewichtungsfaktor abs(ratio) = 12 und angle(ratio) = 75°).
• 7 zeigt ein Bild zum Signal-/Rauschverhältnis SNR ohne Gewichtung und mit einer dritten Gewichtung (Gewichtungsfaktor abs(ratio) = 1,3 und angle(ratio) = 140°).
• 8 zeigt ein Flussdiagramm zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Im Schritt St₁ werden (verglichen zum später aufgenommenen Bild) niedrig auflöste erste Bild-Signale R1, M1, L1 als eine erste Aufnahme (MR-Scan) mit dem Magnetresonanzgerät MRT 1 mit Spulen M, R, L gewonnen.
• Im Schritt St₂ wird ein interessierender Bereichs ROI des Körpers 5, der gut in einem Bild dargestellt sein soll, (also ein Bereich mit gewünschtem maximalem Signal-Rausverhältnis SNR etc.) definiert (durch Eingabe oder automatisiert). Im Schritt St₃ wird ein Plausibilitäts-Check durchgeführt, ob dieser Bereich ROI eine plausible Wahl war; falls die Wahl nicht gut war wird der vorige Schritt eventuell wiederholt. Im Schritt St₄ werden aus niedrig aufgelösten ersten Bild-Signalen R1, M1, L1. Gewichtungsfaktoren p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3 berechnet.
• Im Schritt St₅ werden diese Gewichtungsfaktoren p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3 an den Modenmatrixrechner MMR gesendet und dort gespeichert.
• Im Schritt St7 werden höher (als im ersten Bild in St₁) aufgelöste zweite Bild-Signale R1, M1, L1 aus einem zweiten MR-Scan mit den Spulen M, R, L gewonnen.
• 9 zeigt ein Blockschaltbild zur Implementierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Von Spulen S_L, S_M, S_R werden Signale empfangen, die jeweils mit einem Vorverstärker (Preamp) verstärkt und dem Element RCS zugeführt werden.
• Im Element RCS kann eine Schaltmatrix (switch-Matrix) angeordnet sein, die aus von den Spulen empfangenen, mit Vorverstärkern (Preamp) verstärkten Bild-Signalen R, M, L die Signale von bestimmten Spulen (hier Spulen S_L, S_M, S_R) auswählt und weiterleitet, während die Signale von anderen Spulen (wie der untersten in 9) aktuell nicht berücksichtigt werden (also aussortiert werden schon vor der Gewichtung mit der Modenmatrix). Eine Schaltmatrix RCCS routet die momentan aktiven oder interessierenden Empfangskanäle der Spulen S_L, S_M, S_R auf die Empfänger, die zusammen schematisch durch das Element „Analog RX” dargestellt sind.
• Von den Empfängern (Analog RX (ARX)) werden die ggf. verstärkten Signale an den Analog-Digital-Wandler (DRX) und von dort digitalisiert an einen Bildrechner BR gesendet, der dem Benutzer des MRT anzuzeigende Bilder aus den mit den Spulen gewonnenen Bild-Signalen generiert.
• Ein Rechner, der mit der Modenmatrix MM Bilddaten gewichtet, kann z. B. im Bildrechner BR oder im Element DRX angeordnet sein.
• Wenn der Rechner, der mit der Modenmatrix MM Bilddaten gewichtet, im Bildrechner BR angeordnet ist, werden wie dargestellt von DRX zum Bildrechner die Daten R, M, L übertragen. Wenn der Rechner, der mit der Modenmatrix MM Bilddaten gewichtet, im Element DRX angeordnet ist, werden von DRX zum Bildrechner stattdessen mit der Modenmatrix gewichtete Daten R2, M2, L2 übertragen.
• 10 zeigt schematisch als Blockschaltbild einen Bildrechner BR
• – mit einer Empfangseinrichtung in Form z. B. eines Interfaces E zum Empfang von ersten Signalen R₁, M₁, L₁ und zweiten Signalen R₂, M₂, L₂,
• – mit einer Einrichtung EP, um einen Bereich im Körper zu definieren (der in Bildern gut sichtbar sein soll verglichen mit anderen Bereichen),
• – mit einer Gewichtungsfaktorenberechnungseinrichtung GBE, ium mit Hilfe der ersten Signale R₁, M₁, L₁ Gewichtungsfaktoren p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3 zu berechnen,
• – mit einer Gewichtungseinrichtung GE, um die zweiten Signale R₂, M₂, L₂ mit Hilfe der Gewichtungsfaktoren p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3 zu gewichten (MMR), also um gewichtete Signale P, S, T zu gewinnen, und
• – mit einer Einrichtung W, um die gewichteten Signale P, S, T einem Rechner GRAPPA zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.
• Vorgeschlagen wird insbesondere auch, die gewichtete Signalkombination, die bisher in einer bestimmten Hardware-Modenmatrix geschieht, in einem Bildrechner BR (z. B. mit Software) oder einem anderen System zur digitalen Signalverarbeitung durchzuführen. Da nach der Übertragung der Empfangssignale über die gesamte Empfangskette (= RX-Kette, mit z. B. Vorverstärker, Mischer, Kabel, Stecker, Analog RX, Digital RX) die Phasenbeziehungen der benachbarten Signale nicht bekannt sind, können intelligente Verfahren zur Ermittlung der komplex-signaligen Gewichtungskoeffizienten, die bei der Signaladdition eingesetzt werden, vorgesehen werden. (Die Transmissionsphase ist nicht bekannt, da es ein immenser Aufwand wäre, die gesamte RX-Kette bzgl. ihrer Phasen-Transmissionseigenschaften zu charakterisieren.) Da parallele Bildgebungsverfahren sehr hohe Ansprüche an die Rechenleistung und den Speicherbedarf der Bildrekonstruktion stellen, kann eine Modenmatrix im Bildrechner (z. B. dort als Software) signifikant zur Einsparung von Kosten und/oder Rechenzeit beitragen. (z. B. bei GRAPPA steigt der Speicherbedarf mit der Zahl der Kanäle mehr als quadratisch).
• Ein hier vorgestelltes Verfahren kann folgende Teilschritte umfassen:
• 1. Akquisition von niedrig aufgelösten MR-Bilddaten (z. B. 10 × 10- oder 50 × 50-Matrix) (z. B. in einer Prescan-Messung oder einer Adjustment-Messung oder aus zur parallelen Bildgebung notwendigen zentralen k-Raum-Zeilen).
• 2. Automatischer Algorithmus zur Auswahl eines günstigen Punktes für die Bestimmung der Gewichtungskoeffizienten und Plausibilitätsprüfung.
• 3. Erzeugung der Gewichtungsfaktoren.
• 4. Anwendung der Gewichtungsfaktoren auf die digitalisierten Bilddaten zur Reduktion der Kanalzahl vor Einspeiung der Daten in die Bildrekonstruktionskette.
• zu 1.: Da die Gewichtungskoeffizienten aus Bilddaten erzeugt werden müssen, ist es zweckmäßig, Bilddaten bereits vor der eigentlichen diagnostischen Messung aufzunehmen. Um Messzeit zu sparen bietet es sich an, niedrig auflösende Daten zu verwenden, da diese ausreichend sind. Diese Daten können aus einem niedrig aufgelösten MR-Bild oder aus anderen Daten, die z. B. für die parallele Bildgebung gewonnen werden (zentrale k-Raum Zeilen), gewonnen werden. Aus diesen Messungen kann evtl. ebenfalls abgeleitet werden, wie viele Spulenelemente (Loops) nebeneinander liegen und welche davon später miteinander kombiniert werden sollen.
• zu 2.: Wenn der Kanalreduktionsalgorithmus möglichst einfach gehalten werden soll, kann das optimale SNR nur an einem Punkt – bevorzugt im Zentrum des Patienten – erzeugt werden. Der Punkt an dem auch nach der Kanalreduktion kein SNR-Verlust auftreten soll kann auf verschiedene Weisen gewonnen werden.
• Der Benutzer wählt in einem Menü an der Bedienkonsole manuell eine ROI (region of interest) aus, für die das SNR optimiert werden soll. (Nachteil: Der User muss selbst aktiv werden. Vorteil: Der User kann aber die ROI beliebig platzieren.) Die ROI wird automatisch in der Mitte des Körpers platziert; die Mitte des Körpers wird durch einen Bilderkennunsgalgorithmus bestimmt, der z. B. die im Schritt 1 gewonnenen niedrig auflösenden Daten nutzt; z. B., könnte durch Schwerpunkts bildung aus den Körperkonturen der Mittelpunkt der Körpers gewonnen werden.
• Um zu prüfen, ob die ROI nicht zufälligerweise in einem Bereich gewählt wurde, aus dem wenig Signal empfangen wurde (z. B. in der Lunge), überprüft ein Algorithmus die Plausibilität der ROI-Wahl. Dies kann geschehen durch:
  Prüfung der Signalamplitude oder des SNR in der ROI (Signal sollte stark genug sein!); oder
  Prüfung des Signals der Nachbarpunkte (sicherstellen, dass nicht ein Punkt oder eine ROI am Rande eines Signalschwachen Bereichs gewählt wurde).
• zu 3.: Die Gewichtungsfaktoren werden durch Bildung des Verhältnisses der Signale, die zu kombinieren sind, abgeleitet. Dazu werden die Signale der einzelnen Loopantennen aus der unter 2 definierten ROI verwendet, um in dieser ROI auch nach der Kanalkombination das maximale SNR herzustellen.
• zu 4.: Die Gewichtungsfaktoren werden einer Funktion zur Verfügung gestellt, die während der eigentlichen Messung die ankommenden Signaldaten nach der Digitalisierung (z. B. im Bildrechner oder auf dem Digitalreceiver) kombiniert.
• Die Kombination erfolgt als eine mit den komplex-signaligen (Betrag und Phase!) Gewichtungsfaktoren gewichtete Summenbildung.

Claims (16)

1. Verfahren zur Auswertung (BR) von mit Spulen (S_L, S_M, S_R) eines Magnetresonanztomographiegerätes (1) empfangenen Signalen (L, M, R), wobei (St₁) mittels Spulen (M, R, L) durch aus einem Körper (5) kommende Magnetfelder (B_L, B_M, B_R) erste Signale (R₁, M₁, L₁) generiert werden, wobei (St₂) ein Bereich (POI) im Körper definiert wird, wobei (St₃) mit Hilfe der ersten Signale (R₁, M₁, L₁) Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) berechnet (DRX, BR) werden, wobei (St₇) mit den Spulen (M, R, L) durch aus einem Körper (5) kommende Magnetfelder (B_L, B_M, B_R) zweite Signale (R₂, M₂, L₂) generiert werden, wobei die zweiten Signale (R₂, M₂, L₂) höher aufgelöst als die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) sind, wobei durch Summieren mehrerer mit je einem der Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) multiplizierter zweiter Signale (R₂, M₂, L₂) jeweils gewichtete Signale (P, S, T) berechnet werden, wobei die gewichteten Signale (P, S, T) weiter verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) durch eine Akquisition von niedrig aufgelösten MR Bild-Daten, insbesondere in einer Matrix mit weniger als 50·50 Bildpunkten oder mit weniger als 10·10 Bildpunkten gewonnen werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) durch eine Prescan-Messung gewonnen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) durch eine Adjustment-Messung gewonnen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) aus zentralen k-Raum-Zeilen gewonnen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei manuell oder automatisch ein Punkt (POI) vor der Bestimmung der Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) gesucht wird, an dem ein Signal-Rauschen-Verhältnis niedriger ist als an anderen Punkten im Körper 5).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) in Bezug auf einen zu untersuchenden Bereich (POI) im Körper (5) berechnet werden, insbesondere hinsichtlich einer stärkeren Berücksichtigung von dort als von woanders kommender Signalen in den gewichteten Signalen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) mit Bezug auf einen zu untersuchenden Bereich (ROI) im Körper (5) berechnet werden, der im Schwerpunkt oder anderswo innerhalb des Körpers (5) liegt.
9. Vorrichtung (BR; DRX) zur Auswertung (BR) von mit Spulen (S_L, S_M, S_R) eines Magnetresonanztomographiegerätes (1) empfangenen Signalen (L, M, R), welche eine Empfangseinrichtung (E) zum Empfang von (St₁) ersten Signalen (R₁, M₁, L₁) aufweist, die mit Hilfe von Spulen (M, R, L) aus aus einem Körper (5) austretenden Magnetfeldern (B_L, B_M, B_R) gewonnenen wurden, welche (BR; DRX) eine Einrichtung aufweist um (St₂) einen Bereich (POI) im Körper (5) zu definieren, welche eine Gewichtungsfaktorenberechnungseinrichtung (GBE; MMR) aufweist, um (St₃) mit Hilfe der ersten Signale (R₁, M₁, L₁) Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) zu berechnen (DRX, BR), welche eine Empfangseinrichtung (E) aufweist um (St₇) zweite Signale (R₂, M₂, L₂) zu empfangen, die mit Hilfe von Spulen (M, R, L) aus aus dem Körper (5) austretenden Magnetfeldern (B_L, B_M, B_R) erzeugt wurden, welche eine Gewichtungseinrichtung (GE; MME) aufweist, um die zweiten Signale (R₂, M₂, L₂) mit Hilfe der Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) zu gewichten, um damit gewichtete Signale (P, S, T) durch Summieren mehrerer mit je einem der Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) multiplizierter zweiter Signale (R₂, M₂, L₂) zu gewinnen, mit einer Einrichtung (W), um die gewichteten Signale (P, S, T) einem Rechner zur Weiterverarbeitung zur Verfügung zu stellen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) auf einer Akquisition von niedrig aufgelösten MR Bild-Daten, insbesondere in einer Matrix mit weniger als 50·50 Bildpunkten oder mit weniger als 10·10 Bildpunkten, basieren.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–10, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) durch eine Prescan-Messung gewonnen werden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) durch eine Adjustment-Messung gewonnen werden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–12, wobei die ersten Signale (R₁, M₁, L₁) aus zentralen k-Raum-Zeilen gewonnen werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–13, mit einer Einrichtung zur manuellen oder automatischen Suche eines Punktes für die Bestimmung der Gewichtungskoeffizienten, andern das Signal-Rausch-Verhältnis niedriger ist als an anderen Punkten im Körper (5).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–14, wobei die Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) einen zu untersuchenden Punkt (POI) im Körper (5) berücksichtigen, insbesondere hinsichtlich einer stärkeren Berücksichtigung von dort als von woanders kommender Signalen in den gewichteten Signalen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–15, wobei die Gewichtungsfaktoren (p1, p2, p3, s1, s2, s3, t1, t2, t3) die Größe von Signalen relativ zur Größe von Signalen aus einem zu untersuchenden Punkt (POI) im Körper (5) berücksichtigen, und der (POI) im Schwerpunkt oder anderswo innerhalb des Körpers (5) liegt.

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