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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion
fehlerhafter Magnetresonanz(MR)-Daten im k-Raum bei einer Aufnahme
von MR-Signalen eines Untersuchungsobjekts. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein geeignetes Ersetzen derartiger fehlerhafter MR-Daten.
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Die
Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein bildgebendes Verfahren,
das in vielen Bereichen der Medizin zur Untersuchung und Diagnose
eingesetzt wird. Die MRT beruht auf dem physikalischen Effekt der
Kernspinresonanz. Zur Aufnahme von Magnetresonanzsignalen wird dabei
ein statisches (B0) Grundmagnetfeld im Untersuchungsbereich
erzeugt, an welchem sich die Kernspins bzw. magnetischen Momente
der Atome im Untersuchungsobjekt ausrichten. Durch Einstrahlen hochfrequenter
elektromagnetischer Strahlung (HF-Pulse) können die Kernspins
aus der ausgerichteten Lage ausgelenkt werden. Die Relaxation aus
dieser angeregten Position erzeugt ein Zerfallsignal, das mittels
einer Empfangsspule induktiv detektiert werden kann.
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Durch
Anlegen eines Schichtselektionsgradienten beim Einstrahlen der HF-Pulse
werden dabei nur Kernspins in einer Schicht des Untersuchungsobjekts
angeregt. Eine weitere Ortskodierung kann durch Anlegen eines Phasenkodiergradienten,
sowie eines Frequenzkodiergradienten während des Auslesens
erfolgen. Es ist auch möglich, eine Phasenkodierung in
zwei oder drei Raumrichtungen auszuführen. Bei einer 3D-Bildgebung
werden beispielsweise zwei Raumrichtungen phasenkodiert, wobei eine Frequenzkodierung
in der dritten Raumrichtung erfolgt. Die Kodierung mittels der Magnetfeldgradienten
spannt den k-Raum auf, wobei ein frequenzkodiertes MR-Signal im
Wesentlichen einer Linie im k-Raum entspricht. Durch Schalten verschiedener Phasenkodiergradienten
kann der k-Raum zeilenweise aufgefüllt werden. Aus einem
derartigen digitalisierten Rohdatensatz können durch Fourier-Transformation
Bilddaten rekonstruiert werden. Aufgrund dieser Beziehung entspricht
ein Punkt im k-Raum einer bestimmten Ortsfrequenz im Bildraum.
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Beim
Aufnehmen von Magnetresonanzsignalen mittels der Empfangsspulen
können einzelne oder mehrere Datenpunkte im k-Raum fehlerbehaftet sein,
beispielsweise wenn sie durch starkes Rauschen oder Störsignale/Störspitzen überlagert
sind. Dieser so genannte „Spike Noise” führt
zu Streifenartefakten in rekonstruierten Bildern. Durch Spike Noise
wird somit die Qualität rekonstruierter MR-Bilder wesentlich
beeinträchtigt.
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Zur
Umgehung dieses Problems wird bei einigen herkömmlichen
Magnetresonanzanlagen eine besondere Antenne verwendet, die an einem
hinteren Teil der Magnetresonanzanlage angebracht ist. Wird mittels
der Antenne eine derartige Störspitze detektiert, so wird
der entsprechende k-Raum-Punkt auf Null gesetzt. Zwar ermöglicht
diese einfache Methode ein sicheres und automatisches Auffinden
der Störspitze, jedoch werden dafür zusätzliche
Geräte, wie beispielsweise die Antenne, Verkabelung, Empfänger
usw. benötigt, und die Korrektur durch Nullsetzen des entsprechenden
Wertes ist darüber hinaus sehr ungenau und führt
zur Verringerung der Bildqualität.
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Weiterhin
ist aus der
US
2002/0084782 A1 ein Verfahren bekannt, mit welchem Störspitzen durch
Messen der Amplitude von Signalen, deren Frequenzen nahe der in
dem MR-Experiment verwendeten Frequenzen liegen, detektiert werden (Nahbandsignale).
Wenn die Signale einen bestimmten Schwellwert überschreiten,
wird das Vorhandensein von Störspitzen festgestellt. Auch
diese Methode benötigt zusätzliche Vorrichtungen.
Wird für die Störspitzendetektion die gleiche
Antenne wie für die MR-Messung verwendet, so muss weiterhin
das Signal zur Störspitzendetektion vor der Weiterverarbeitung
des MR-Signals abgezweigt werden.
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Insbesondere
in der zentralen k-Raum-Region, wo die Variation der MR-Signale
groß ist, sind derartige Schwellwertverfahren nachteilig.
Weiterhin führt das auf Null setzen eines fehlerhaften
Datenpunkts oder das Interpolieren eines solchen Datenpunkts aus
benachbarten Datenpunkten zu falschen Ergebnissen und somit zu einer
unbefriedigenden Wiederherstellung des fehlerhaften Datenpunkts. Damit
geht eine verminderte Bildqualität einher. Ebenfalls nachteilig
sind Verfahren, die zur Entfernung der resultierenden Artefakte
eine Filterung im Bildraum verwenden. Diese Techniken setzen in
der Regel Annahmen über den Inhalt der Bilddaten voraus,
die ebenfalls fehlerbehaftet sind.
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Dementsprechend
ist es wünschenswert, Störspitzen bei aufgenommenen
Magnetresonanzsignalen ohne zusätzliche Vorrichtungen verlässlich
zu detektieren und durch geeignete Werte zu ersetzen. Insbesondere
soll die Ersetzung die Bildqualität von rekonstruierten
Bilddaten möglichst wenig beeinträchtigen.
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Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zum Detektieren und Ersetzen fehlerhafter MR-Daten bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst. In den abhängigen Ansprüchen
sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion fehlerhafter
MR-Daten im k-Raum bei einer Aufnahme von MR-Signalen eines Untersuchungsobjekts
mit zumindest zwei Empfangsspulen bereitgestellt. Das Verfahren
umfasst ein Aufnehmen von MR-Daten zum Erzeugen zumindest eines
Rohdatensatzes mit jeder der zumindest zwei Empfangsspulen und ein Überprüfen für
zumindest einen k-Raum-Punkt, ob die für diesen k-Raum-Punkt
aufgenommenen MR-Daten ersetzt werden sollen oder nicht. Falls die Überprüfung
ergibt, dass die für den zumindest einen k-Raum-Punkt aufgenommenen
MR-Daten er setzt werden sollen, werden die MR-Daten durch rekonstruierte
MR-Daten ersetzt, die basierend auf zumindest zwei der aufgenommenen
Rohdatensätze rekonstruiert werden.
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Zur
Rekonstruktion werden dabei vorzugsweise Rohdatensätze
verwendet, die mit verschiedenen der zumindest zwei Empfangsspulen
aufgenommen wurden. Bei der Verwendung von zumindest zwei der Rohdatensätze
können für einen k-Raum-Punkt redundante MR-Daten
vorliegen, so dass ein fehlerhafter Datenpunkt durch einen geeigneten,
rekonstruierten Datenpunkt ersetzt werden kann. Das Verwenden rekonstruierter
MR-Daten zum Ersetzen eines fehlerhaften Datenpunkts hat den Vorteil,
dass diese nicht im selben Maße wie interpolierte MR-Daten
fehlerbehaftet sind, und den für die k-Raum-Position ohne
Störung aufzunehmenden MR-Daten wesentlich besser entsprechen.
Durch das Ersetzen mit rekonstruierten MR-Daten wird folglich die
Qualität rekonstruierter Bilddaten wesentlich verbessert.
Insbesondere können Streifenartefakte reduziert werden.
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Die
Rekonstruktion kann dabei nicht nur im k-Raum, sondern auch im Bildraum
oder in einem Hybridraum erfolgen. Ein Hybridraum ist beispielsweise
ein Raum, der sowohl Orts- als auch Frequenzkoordinaten verwendet.
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Gemäß einer
Ausführungsform erfolgt das Überprüfen
durch einen Vergleich der für den zumindest einen k-Raum-Punkt
aufgenommenen MR-Daten mit einem Schwellwert. Störspitzen
in den aufgenommenen MR-Daten lassen sich somit auf einfache Weise
identifizieren.
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Eine
effektive Ermittlung fehlerhafter MR-Daten kann auch dadurch erreicht
werden, dass das Überprüfen durch einen Vergleich
der für den zumindest einen k-Raum-Punkt aufgenommenen
MR-Daten mit einer Vergleichsgröße erfolgt, die
ein ermitteltes oder geschätztes Signalrauschen in aufgenommenen
MR-Daten berücksichtigt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform kann das Überprüfen
durch einen Vergleich der für den zumindest einen k-Raum-Punkt
aufgenommenen MR-Daten mit einer Vergleichsgröße
erfolgen, die auf Basis der rekonstruierten MR-Daten bestimmt wird. Die
Rekonstruktion der MR-Daten für den zu überprüfenden
k-Raum-Punkt kann also vor dem eigentlichen Überprüfen
erfolgen. Die rekonstruierten MR-Daten können dann der Überprüfung
zugrunde gelegt werden, wobei ein Vergleich der aufgenommenen MR-Daten
mit den rekonstruierten MR-Daten eine verlässliche Bestimmung
des Vorliegens fehlerhafter aufgenommener MR-Daten ermöglicht.
Basierend auf den rekonstruierten MR-Daten kann so beispielsweise
unter Berücksichtigung des zu erwartenden Signalrauschens
ein Schwellwert für den k-Raum-Punkt bestimmt werden.
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Die
rekonstruierten MR-Daten können beispielsweise mit einem
partiellen parallelen Akquisitions(PPA)-Rekonstruktionsverfahren
rekonstruiert werden. Derartige Rekonstruktionsverfahren ermöglichen
eine effektive Rekonstruktion sowohl im k-Raum, im Hybridraum als
auch im Bildraum. Insbesondere nutzen derartige Rekonstruktionsverfahren die
zusätzlichen Ortsinformationen aus, die bei Aufnahme der
Rohdatensätze mit zwei verschieden positionierten Empfangsspulen
erhalten werden.
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Die
Rekonstruktion erfolgt beispielsweise durch eine Kombination von
MR-Daten aus den Rohdatensätzen für die verschiedenen
Empfangsspulen im k-Raum. Beispielsweise werden MR-Daten, die mit
einem Satz von Empfangsspulen aufgenommen wurden, unter Verwendung
von Gewichtungskoeffizienten für die Rekonstruktion kombiniert.
Derartige Koeffizienten können beispielsweise auf Grundlage von
MR-Daten, die in den aufgenommenen Rohdatensätzen enthalten
sind, bestimmt werden. Sie können jedoch auch in zusätzlichen
Messungen bestimmt werden.
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Die
Rekonstruktion kann beispielsweise unter Verwendung eines GRAPPA-(Generalized
Autocalibrating Partially Parallel Acquisition) oder SMASH-(Simultaneous
Acquisition of Spatial Harmonics)Rekonstruktionsverfahrens erfolgen.
Dazu zählen natür lich auch von diesen abgeleitete
Rekonstruktionsverfahren, wie beispielsweise G-SMASH, Auto-SMASH-,
VD-Auto-SMASH, usw. Auch für diese Verfahren ist eine Rekonstruktion
im Bildraum möglich.
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Auch
ist es möglich, dass die Rekonstruktion unter Verwendung
eines bildraumbasierten Rekonstruktionsverfahrens, wie beispielsweise
des SENSE-(Sensitivity Encoding)Rekonstruktionsverfahrens erfolgt.
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Bei
einer Ausführungsform wird mit jeder der zumindest zwei
Empfangsspulen zumindest ein vollständiger Rohdatensatz
aufgenommen. Ein vollständiger Datensatz liegt beispielsweise
dann vor, wenn alle k-Raum-Punkte abgetastet werden, um eine vorbestimmte
Auflösung von zu rekonstruierenden Bilddaten zu erhalten.
Gemäß der zu erzielenden Auflösung werden
beispielsweise eine vorbestimmte Anzahl von Phasenkodierschritten,
die k-Raum-Positionen in einer k-Raum-Richtung entsprechen, vorgegeben,
wobei ein Abtasten dieser Positionen einen vollständigen
Datensatz ergibt. Durch Aufnehmen eines vollständigen Rohdatensatzes
mit jeder der zumindest zwei Empfangsspulen können für
im Wesentlichen alle vorbestimmten k-Raum-Punkte redundante MR-Daten
vorliegen, so dass für jede k-Raum-Position fehlerhafte
MR-Daten durch rekonstruierte MR-Daten ersetzt werden können.
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Bei
einer anderen Ausführungsform erfolgt das Aufnehmen der
Rohdatensätze mit den mindestens zwei Empfangsspulen mit
einem parallelen partiellen Akquisitions(PPA)-Verfahren, mit welchem
für jede Empfangsspule mindestens ein reduzierter Rohdatensatz
aufgenommen wird, wobei die reduzierten Rohdatensätzen
Daten zur Rekonstruktion eines vollständigen Rohdatensatzes
für den abzutastenden k-Raum umfassen. Bei der Aufnahme
eines reduzierten bzw. unvollständigen Rohdatensatzes werden
also beispielsweise bestimmte Phasenkodierschritte ausgelassen,
wodurch eine schnellere Aufnahme ermöglicht wird. Durch
das Auslassen dieser Kodierschritte liegen nicht für alle
Bereiche des k-Raums redundante MR-Daten vor, so dass das Ersetzen
durch rekonstruierte MR-Daten nur in bestimmten Bereichen des k-Raums
vorgenommen werden kann. Beispielsweise werden beim GRAPPA-Verfahren
für einen zentralen k-Raum-Bereich vollständige
MR-Daten aufgenommen, so dass für diesen ein Ersetzen fehlerhafter
MR-Daten möglich ist. Da gerade dieser Bereich Daten enthält,
die in rekonstruierten Bilddaten für die Intensität
von Bildpunkten ausschlaggebend sind, ist gerade dort ein Ersetzen
fehlerhafter MR-Daten vorteilhaft.
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Vorteilhafterweise
erfolgt das Ersetzen der aufgenommenen MR-Daten für einen
k-Raum-Punkt nur für solche k-Raum-Punkte, für
welche die mit den mindestens zwei Empfangsspulen aufgenommenen Rohdatensätze
redundante Informationen umfassen.
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Die
vorab beschriebenen Verfahren werden beispielsweise automatisch
von einer Rechnereinheit einer MR-Anlage durchgeführt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetresonanzanlage zur
Detektion fehlerhafter MR-Daten im k-Raum bei einer Aufnahme von
MR-Signalen eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Die Magnetresonanzanlage
umfasst zumindest zwei Empfangsspulen, die zum Aufnehmen von MR-Signalen
ausgestaltet sind, sowie eine Rechnereinheit, die zum Durchführen
der folgenden Schritte ausgestaltet ist: Aufnehmen von MR-Daten
zur Erzeugen zumindest eines Rohdatensatzes mit jeder der zumindest
zwei Empfangsspulen und Überprüfen, für
zumindest einen k-Raum-Punkt, ob die für diesen k-Raum-Punkt
aufgenommenen MR-Daten ersetzt werden sollen oder nicht, wobei, falls
die Überprüfung ergibt, dass die für
den zumindest einen k-Raum-Punkt aufgenommenen MR-Daten ersetzt
werden sollen, die MR-Daten durch rekonstruierte MR-Daten ersetzt
werden, die basierend auf zumindest zwei der aufgenommenen Rohdatensätze rekonstruiert
werden.
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Mit
einer derartigen Magnetresonanzanlage können ähnliche
wie die vorab genannten Vorteile erzielt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist die Magnetresonanzanlage zum Durchführen
eines der vorab genannten Verfahren ausgestaltet. Insbesondere kann
die Rechnereinheit derart ausgestaltet sein, dass sie des Weiteren
einen oder mehrere der vorab genannten Verfahrensschritte durchführt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt
mit einem Computerprogramm bereitgestellt, welches bei Ausführung
in einem Rechnersystem, das beispielsweise mit einer Magnetresonanzanlage funktionell
verbunden ist, eines der vorab genannten Verfahren ausführt.
Das Computerprorammprodukt kann dabei auf einem Datenträger
oder auch über eine Netzwerkverbindung zur Verfügung
gestellt werden. Weiterhin wird ein elektronisch lesbarer Datenträger
mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen
bereitgestellt, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung
des Datenträgers in einem Rechnersystem, das beispielsweise
mit einer Magnetresonanzanlage funktionell verbunden ist, eines
der vorab genannten Verfahren durchführen.
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Selbstverständlich
können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen
und Aspekte der vorliegenden Erfindung kombiniert werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen
gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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4 veranschaulicht
schematisch die Rekonstruktion von Magnetresonanzdaten.
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1 zeigt
schematisch eine Magnetresonanzanlage, welche zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten
mit einem Satz von Empfangsspulen konfiguriert ist. Eine derartige
Magnetresonanz(MR)-Anlage weist einen Magneten 10 zur Erzeugung
eines Polarisationsfelds B0 auf. Ein Untersuchungsobjekt, hier
eine Untersuchungsperson 11, kann auf einem Liegetisch 13 in
den Magneten 10 geschoben werden, wie es schematisch durch
die Pfeile dargestellt ist. Die MR-Anlage weist weiterhin ein Gradientensystem 14 zur
Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für die Bildgebung
und Ortskodierung verwendet werden. Zur Anregung der sich im Hauptmagnetfeld
ergebenden Polarisation ist eine Hochfrequenzspulenanordnung 15 vorgesehen,
die ein Hochfrequenz(HF)-Feld in die untersuchte Person 11 einstrahlt,
um die Magnetisierung aus der Gleichgewichtslage auszulenken. Zur
Steuerung der Magnetfeldgradienten ist eine Gradienteneinheit 17 vorgesehen,
und zur Steuerung der eingestrahlten HF-Pulse ist eine HF-Einheit 16 vorgesehen.
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Zur
Aufnahme von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsbereich 12 sind
die Empfangsspulen oder Komponentenspulen 21 und 22 vorgesehen.
Es kann auch ein größerer Spulen-Array vorgesehen
werden, der mehr als die gezeigten zwei Spulen umfasst (vorzugsweise
2–200 Spulen, z. B. 3, 6, 32 oder sogar 128 Spulen). Aufgrund
der räumlich unabhängigen Anordnung der Spulen
werden zusätzliche räumliche Informationen erhalten, die
genutzt werden können, um eine zusätzliche Ortskodierung über
eine Kombination der von den Spulen simultan aufgenommenen Magnetresonanzdaten
zu erreichen. Dafür werden z. B. Sensitivitätsprofile
der Spulen gemessen oder bestimmt. Andere Verfahren kommen ohne
derartige Profile aus. Dadurch lassen sich beispielsweise aus einer k-Raum-Zeile
bei einer bestimmten k-Raum-Position andere, im k-Raum verschobe ne
Zeilen bestimmen. Die Empfangsspulen 21 und 22 haben
jeweils eine eigene Empfangseinheit 23 bzw. 24,
so dass parallel für jede Empfangsspule ein Rohdatensatz
mit MR-Daten aufgenommen werden kann. Es sollte klar sein, dass
bei anderen Ausführungsformen die Spulen 21 und 22 nicht
nur zum Detektieren, sondern auch zum Erzeugen eines HF-Feldes verwendet
werden können. Weiterhin kann eine Detektion von HF-Feldern
bzw. MR-Signalen mittels der Hochfrequenzspulenanordnung 15 erfolgen.
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Die
Magnetresonanzanlage wird zentral von der Rechnereinheit 18 gesteuert,
welche dafür eine Steuereinheit umfassen kann. Rechnereinheit 18 steuert
somit beispielsweise das Einstrahlen von HF-Pulsen und das Aufnehmen
resultierender MR-Signale. Über eine Eingabeeinheit 19 kann
eine Bedienperson ein Frequenzprotokoll auswählen und Bildgebungsparameter
eingeben und abändern, die auf einer Anzeige 20 angezeigt
werden.
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Die
allgemeine Funktionsweise einer MR-Anlage ist dem Fachmann bekannt,
so dass auf eine detaillierte Beschreibung der allgemeinen Komponenten
verzichtet wird.
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Rechnereinheit 18 kann
die Magnetresonanzanlage nun derart steuern, dass mit jeder Empfangsspule 21 und 22 ein
vollständiger Rohdatensatz aufgenommen wird, oder dass
mit jeder Empfangsspule nur ein partieller oder reduzierter Rohdatensatz aufgenommen
wird. Rechnereinheit 18 kann beispielsweise zum Durchführen
eines partiellen parallelen Akquisitions(PPA)-Verfahrens ausgestaltet sein,
bei welchem die Anzahl der verwendeten Phasenkodierschritte reduziert
ist. Fehlende k-Raum-Linien eines solchen unvollständigen
Datensatzes können anschließend in Rechnereinheit 18 mit
bekannten Rekonstruktionsverfahren rekonstruiert werden, beispielsweise
mit einem GRAPPA- oder SENSE-Rekonstruktionsverfahren. Rekonstruktion
bedeutet dabei, dass für einen vorbestimmten k-Raum-Punkt
Magnetresonanzdaten basierend auf den mit mindestens zwei Empfangsspulen
aufgenommenen Datensätzen bestimmt werden. Da für werden
beispielsweise benachbarte k-Raum-Punkte oder k-Raum-Zeilen aus
den Datensätzen verwendet. Die Rekonstruktion kann beispielsweise
durch eine gewichtete Kombination der MR-Daten aus den Rohdatensätzen
unter Berücksichtigung der jeweiligen Spulensensitivitäten
erfolgen. Die Rekonstruktion entspricht somit im Wesentlichen einer
Abschätzung der MR-Daten für den k-Raum-Punkt,
die man bei einer fehlerfreien Abtastung des k-Raum-Punkts erwarten
würde.
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Werden
für k-Raum-Punkte, für welche sich aus den aufgenommenen
Rohdatensätzen MR-Daten rekonstruieren lassen, ebenfalls
MR-Daten aufgenommen, so liegen redundante Informationen für diese
k-Raum-Punkte vor. Für derartige Punkte erfolgt in Rechnereinheit 18 eine Überprüfung,
ob die aufgenommenen MR-Daten fehlerbehaftet sind, und falls dies
festgestellt werden sollte, erfolgt ein Ersetzen der aufgenommenen
MR-Daten durch die für den jeweiligen k-Raum-Punkt rekonstruierten
MR-Daten.
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Rechnereinheit 18 kann
dafür zur Durchführung eines GRAPPA-, SMASH-,
SENSE- oder ähnlichen Rekonstruktionsverfahrens oder eines
Derivats dieser Verfahren, konfiguriert sein. Rechnereinheit 18 kann
die Rekonstruktion sowohl im k-Raum als auch im Bildraum oder in
einem Hybridraum durchführen. Rechnereinheit 18 ist
damit ebenfalls zur Rekonstruktion von Bilddaten aus aufgenommenen
Magnetresonanzdaten konfiguriert.
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Es
sollte klar sein, dass 1 nur eine beispielhafte Konfiguration
veranschaulicht, und dass Rechnereinheit 18 beispielsweise
in mehrere Komponenten aufgeteilt sein kann. Rechnereinheit 18 kann
beispielsweise ein Anlagenrechner mit einem Bildrechner, eine Sequenzsteuerung
und ein Terminal umfassen, an welches Angabeeinheit 19 und
Anzeige 20 angeschlossen sind.
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2 zeigt
beispielhaft den Ablauf eines Verfahrens gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das beispielsweise
auf Rechnereinheit 18 implementiert werden kann. Zunächst
erfolgt in Schritt 201 das Aufnehmen von Magnetreso nanzdaten
mit zumindest zwei Empfangsspulen, wobei mindestens zwei MR-Rohdatensätze
erzeugt werden. Zum Aufnehmen des Rohdatensatzes wird der k-Raum
durch Schalten von Frequenz- und Phasenkodiergradienten und jeweiliges
Detektieren von MR-Signalen mit MR-Daten gefüllt. Für
jeden geschalteten Phasenkodiergradienten wird dabei beispielsweise
eine k-Raum-Zeile aufgenommen. Es kann ein vollständiger
Rohdatensatz aufgenommen werden, oder es können k-Raum-Zeilen
ausgelassen werden wie bei einem PPA-Verfahren. Für vorbestimmte
k-Raum-Punkte erfolgt anschließend in Schritt 202 ein Überprüfen
der aufgenommenen MR-Daten. Dies können die k-Raum-Punkte
sein, für welche redundante Informationen vorliegen. In Schritt 202 können
die MR-Daten für den jeweiligen k-Raum-Punkt beispielsweise
mit einem Schwellwert verglichen werden, wobei das Überschreiten
des Schwellwerts auf fehlerhafte MR-Daten hindeutet. Erfolgt eine
Störung bei der Detektion der MR-Signale, so kann der entsprechende
Datenpunkt im k-Raum Störspitzen oder „Spike Noise” aufweisen. Da
die Rohdatensätze parallel mit den Empfangsspulen aufgenommen
werden, resultiert ein derartiges Störereignis in fehlerhaften
MR-Daten in allen Rohdatensätzen an den entsprechenden k-Raum-Punkten.
Derartige Fehler können beispielsweise für einen
oder mehrere Punkte in Frequenzkodierrichtung für einen
bestimmten Phasenkodiergradienten vorkommen.
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Derartige
fehlerhafte MR-Daten können sich durch besonders hohe Amplituden
auszeichnen, die mit dem vorab genannten Schwellwert aufgefunden werden
können. In einer Abbildung des k-Raums sind dies also die
Punkte, die besonders hell erscheinen. Das Überprüfen
in Schritt 202 kann jedoch nicht nur durch einen einfachen
Schwellwertvergleich erfolgen, sondern auch, wie mit Bezug auf 3 nachfolgend
beschrieben, durch einen Vergleich mit einem für den k-Raum-Punkt
rekonstruierten Wert, insbesondere unter Berücksichtigung
des Signal/Rausch-Verhältnisses.
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Wird
in Schritt 203 festgestellt, dass die für den
k-Raum-Punkt aufgenommenen MR-Daten fehlerhaft sind, so erfolgt
in Schritt 204 ein Ersetzen der fehlerhaften MR-Daten durch
rekonstruierte MR-Daten. Die MR-Daten werden beispielsweise nur
dann rekonstruiert, wenn die aufgenommenen MR-Daten ersetzt werden
sollen, jedoch kann bei anderen Ausführungsformen eine
Rekonstruktion auf bereits vor dem Überprüfen
in Schritt 202 erfolgen. Der fehlerhafte Datenpunkt wird
im Wesentlichen wie ein nicht abgetasteter k-Raum-Punkt behandelt,
und die fehlenden MR-Daten werden basierend auf den aufgenommenen
Rohdatensätzen rekonstruiert. Wie vorab erwähnt,
kommen dabei insbesondere bei der PPA-Bildgebung eingesetzte Rekonstruktionsverfahren
zur Anwendung, wie SMASH, SENSE, GRAPPA oder Abwandlungen davon.
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Ein
beispielhaftes Rekonstruktionsverfahren wird nachfolgend mit Bezug
auf 4 beschrieben. 4 zeigt
zwei vollständige Rohdatensätze 410 und 411,
die beispielsweise mit Empfangsspulen 21 und 22 aufgenommen
wurden. Die Rohdatensätze sind in x-Richtung frequenzkodiert
und in y-Richtung phasenkodiert, und enthalten k-Raum-Zeilen 412.
Mit einem PPA-Rekonstruktionsverfahren wird es nun ermöglicht,
aus einer Phasenkodierzeile mehrere andere im k-Raum verschobene
Zeilen zu bestimmen. Durch die Aufnahme der MR-Daten mit räumlich
unabhängigen Spulen tragen die Rohdatensätze zusätzliche
räumliche Informationen, welche genutzt werden, um die
fehlenden Informationen zu bestimmen. Aufgrund der räumlichen
Sensitivitäten der Spulen können also räumliche
Informationen erhalten werden, um bestimmte Phasenkodierungen zu ersetzen.
Die örtliche Spulensensitivität stellt somit eine
weitere Ortskodierung dar.
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Die
Bestimmung der Spulensensitivitäten kann beispielsweise
durch Messung von Kalibrierscans vor Beginn der Aufnahme der Rohdatensätze oder
mittels während der Aufnahme der MR-Daten aufgenommenen
k-Raum-Zeilen, insbesondere aus dem mittleren Bereich des k-Raums,
erfolgen. Zur Rekonstruktion von MR-Daten eines Datensatzes werden
MR-Daten aus den aufgenommenen Datensätzen 410 und 411 durch
Gewichten mit einem Wichtungsfaktor kombiniert. Die Wichtungskoeffizienten
werden bei spielsweise so gewählt, dass die Kombination
der von dem Spulen aufgenommenen MR-Daten unter Berücksichtigung
der jeweiligen Spulenposition den Effekt eines Phasenkodiergradienten
simuliert. Die Koeffizienten zur Kombination der MR-Daten können
dabei auch basierend auf den vorab genannten zusätzlichen
k-Raum-Linien im mittleren k-Raum-Bereich bestimmt werden, was einer
Selbstkalibrierung entspricht. Ein solches Vorgehen findet beispielsweise
bei den Auto-SMASH-, VD-Auto-SMASH- oder GRAPPA-Verfahren statt.
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Eine
GRAPPA-Rekonstruktion kann im k-Raum oder im Bildraum erfolgen.
Die Wichtungskoeffizienten können dabei von den Kalibrierungsdaten (z.
B. aus dem mittleren k-Raum-Bereich) abgeleitet werden (autocalibration).
Die Wichtungskoeffizienten können dann mittels eines Faltungsverfahrens
auf die k-Raum-Daten oder direkt auf die „gefalteten” Bilddaten
durch Multiplikation im Bildraum angewandt werden. Die Koeffizienten
für eine Bildraumrekonstruktion lassen sich dabei aus den
k-Raum-Koeffizienten über eine inverse Fouriertransformation bestimmen.
Bei GRAPPA kann dabei ein vollständiger Rohdatensatz/Bilddatensatz
für jede Komponentenspule erhalten werden, wobei die Sätze
für die verschiedenen Spulen durch Summation oder ähnliches
zusammengefügt werden können. Details zur GRAPPA-Rekonstruktion
können der Druckschrift „A general formulation
for quantitative g-factor calculation in GRAPPA reconstructions" von
F. A. Breuer, M. Blaimer, N. Seiberlich, P. M. Jakob und M. A. Griswold,
Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 16 (2008) entnommen werden.
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Wie
in 4 grob schematisch veranschaulicht erfolgt eine
Rekonstruktion der k-Raum-Linie 415 auf Basis der k-Raum-Linien 413 und 414 aus den
Rohdatensätzen 410 bzw. 411. Da auch
für k-Raum-Linie 415 MR-Daten aufgenommen wurden, kann
somit ein Vergleichen der aufgenommenen und der rekonstruierten
MR-Daten erfolgen, sowie gegebenenfalls ein Ersetzen der aufgenommenen
Daten durch die rekonstruierten Daten. Natürlich können mehr
als zwei Datensätze zur Rekonstruktion der MR-Daten herangezogen
werden. Es kann zum Beispiel eine pa rallele Aufnahme mit mehr als
100 Spulen erfolgen, und Datensätze eines Satzes vorbestimmter
Spulen können zur Rekonstruktion herangezogen werden.
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4 zeigt
weiterhin die partiellen oder reduzierten Datensätze 420 und 421,
wobei für die Phasenkodierzeilen 416 (gestrichelte
Zeilen) keine MR-Daten aufgenommen wurden. Die unvollständigen
Datensätze 420 und 421 können
wie vorab beschrieben durch Rekonstruktion vervollständigt
werden. Für einen mittleren Bereich des k-Raums liegen jedoch
auch hier redundante Informationen vor, so dass für diese
k-Raum-Punkte ein Überprüfen und Ersetzen der
aufgenommenen Magnetresonanzdaten erfolgen kann. Basierend auf k-Raum-Zeilen 422 und 423 kann
so beispielsweise k-Raum-Zeile 424 rekonstruiert werden,
und fehlerbehaftete aufgenommene Datenpunkte der k-Raum-Zeile 424 können durch
die rekonstruierten MR-Daten ersetzt werden.
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Obwohl
hier beispielhaft eine Rekonstruktion im k-Raum veranschaulicht
ist, kann die Rekonstruktion selbstverständlich auch im
Bildraum oder in einem Hybridraum erfolgen. Derartige Rekonstruktionsverfahren
sind dem Fachmann bekannt und sollen hier nicht näher beschrieben
werden. Weitere Informationen zur Rekonstruktion beispielsweise
mit dem GRAPPA-Verfahren können den Druckschriften
DE 101 26 078 B4 und
DE 103 53 342 B4 entnommen
werden.
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Wieder
Bezug nehmend auf 2 erfolgt in Schritt 204 das
Ersetzen der fehlerhaften MR-Daten mit den derart rekonstruierten
MR-Daten. Sind in Schritt 205 weitere k-Raum-Punkte zu
prüfen, so wird das Überprüfen in Schritt 202 fortgesetzt.
Nach dem Überprüfen des letzten vorbestimmten k-Raum-Punkts
endet das Verfahren.
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Bei
der Rekonstruktion mit GRAPPA werden beispielsweise k-Raum-Zeilen
verwendet, die benachbart zu der zu rekonstruierenden Zeile sind.
Bei GRAPPA werden für eine Anzahl von N Spulen eines Spulensatzes
N vollständige Rohdatensätze rekonstruiert. Bei
anderen Rekonstruktionsverfahren, die hier auch zum Einsatz kommen
können, wird demgegenüber nur ein vollständiger
Datensatz rekonstruiert. Gegebenenfalls ist dann eine Rückrechnung
auf einzelne Spulendatensätze möglich. Bei SENSE
erfolgt die Rekonstruktion beispielsweise durch Entfalten im Bildraum.
Derartige Verfahren haben den Vorteil, dass im Bildraum die örtlichen
Spulensensitivitäten kompakt sind. Bei SENSE wird beispielsweise
für jeden unvollständigen Datensatz ein entsprechender Bilddatensatz
rekonstruiert, der entsprechend Aliasing-Effekte aufweist. Aus diesem
Satz von Zwischenbildern wird ein Bild des gesamten Gesichtsfelds
erstellt. Bei der Rekonstruktion werden die Beiträge zu
jedem Pixel der Zwischenbilder durch den Rückfaltungseffekt
berücksichtigt. Das resultierende Gesamtbild entspricht
einem vollständigen Rohdatensatz, fehlende k-Raum-Zeilen
lassen sich daraus bestimmen. Beim vorliegenden Verfahren können fehlerhafte
MR-Daten im k-Raum beispielsweise zur Initialisierung einer Rekonstruktion
im Bildraum auf einen Wert von Null gesetzt werden, oder auf einen Wert,
der dem Durchschnitt der umgebenden k-Raum-Punkte entspricht. Die
Rekonstruktion liefert dann eine verbesserte Abschätzung
des entsprechenden Datenpunkts.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Das Verfahren ist eine Abwandlung des in 2 gezeigten
Verfahrens, und entsprechend finden die obigen Ausführungen
mit Bezug auf 2 und 4 auch auf
das Verfahren der 3 Anwendung. Das Verfahren kann
ebenfalls von der Rechnereinheit 18 der erfindungsgemäßen
Magnetresonanzanlage durchgeführt werden. In Schritt 301 erfolgt
ein Aufnehmen eines Rohdatensatzes für jede Empfangsspule
eines Satzes von Empfangsspulen. Der Spulensatz kann beispielsweise
vorbestimmte Spulen aus einer größeren Anzahl
von Komponentenspulen umfassen. In Schritt 302 werden zu
prüfende k-Raum-Punkte bestimmt. In den nachfolgenden Schritten
erfolgt ein Überprüfen der für die bestimmten
k-Raum-Punkte aufgenommenen MR-Daten und gegebenenfalls ein Ersetzen
dieser. Dazu erfolgt zunächst in Schritt 303 ein
Rekonstruieren von MR-Daten für einen zu prüfenden
k-Raum-Punkt basierend auf den aufgenommenen Rohdatensätzen.
Die Rekonstruktion kann wie mit Bezug auf 4 beschrieben
erfolgen. Insbesondere kann für die Rekonstruktion ein
PPA-Rekonstruktionsverfahren verwendet werden. In einem nächsten
Schritt 304 werden die rekonstruierten MR-Daten mit den
MR-Daten verglichen, die für denselben k-Raum-Punkt aufgenommen
wurden. Der Vergleich kann dabei insbesondere ein zu erwartendes
Signalrauschen oder ein bestimmtes Signalrauschen in den aufgenommenen MR-Daten
berücksichtigen. Somit wird ein zuverlässiger
Vergleich ermöglicht. Die Vergleichsgröße
ist hier also nicht ein einfacher Schwellwert, sondern die rekonstruierten
MR-Daten. In Schritt 305 wird überprüft,
ob die Abweichung zwischen den aufgenommenen und den rekonstruierten
MR-Daten über einem vorbestimmten Wert liegt. Wenn das
der Fall ist, so werden die aufgenommenen MR-Daten durch die rekonstruierten
MR-Daten in Schritt 306 ersetzt. Anderenfalls werden die
aufgenommenen MR-Daten beibehalten. In Schritt 307 wird
festgestellt, ob weitere k-Raum-Punkte zu prüfen sind.
Gegebenenfalls wird zu Schritt 303 zurückverzweigt.
Sind keine weiteren k-Raum-Punkte zu prüfen, endet das
Verfahren.
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Die
erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage und das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen
somit ein effizientes Überprüfen und Ersetzen fehlerhafter
MR-Daten. Insbesondere kann damit eine wesentlich höhere
Bildqualität als bei herkömmlichen Fehlerkorrekturverfahren
erzielt werden, bei welchen fehlerhafte Datenpunkte einfach auf
einen Wert von Null gesetzt, oder von benachbarten Datenpunkten
interpoliert werden. Insbesondere wird dies durch die parallele
Aufnahme von Magnetresonanzdaten mit mindestens zwei Empfangsspulen
ermöglicht, wobei redundante Informationen erhalten werden.
Diese Redundanz und die Verwendung von PPA-Rekonstruktionsverfahren
ermöglichen die Ersetzung mit abgeschätzten MR-Daten,
die den für den k-Raum-Punkt tatsächlich zu erwartenden MR-Daten
sehr gut entsprechen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2002/0084782
A1 [0006]
- - DE 10126078 B4 [0051]
- - DE 10353342 B4 [0051]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „A
general formulation for quantitative g-factor calculation in GRAPPA
reconstructions” von F. A. Breuer, M. Blaimer, N. Seiberlich,
P. M. Jakob und M. A. Griswold, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 16
(2008) [0048]