-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Weiterhin ist aus der
US 2002/0 084 782 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.
-
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.
-
Die Druckschrift „Correction of MR k-Space Data Corrupted by Spike Noise”, Kao, Y. H. et al. in IEEE Transactions an Medical Imaging, 2000, Vol. 19, S. 671–680 offenbart ein Verfahren, das mittels Fourier-Transformationen fehlerhafte Datenpunkte detektiert und wiederherstellt. Dabei wird eine bekannte Signalverteilung, wie beispielsweise ein Hintergrundsignal, mittels der Fourier-Transformation analysiert, um „Spike Noise” im k-Raum aufzufinden. Die im k-Raum aufgefundenen Peaks werden anschließend von den zu korrigierenden k-Raum-Daten subtrahiert, um den Spike Noise zu entfernen.
-
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.
-
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Detektieren und Ersetzen fehlerhafter MR-Daten bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
-
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 paralleles 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 ersetzt werden sollen, werden die MR-Daten durch rekonstruierte MR-Daten ersetzt, die basierend auf zumindest zwei der parallel aufgenommenen Rohdatensätze unter Verwendung der zusätzlichen Ortsinformationen, die bei Aufnahme der Rohdatensätze mit den zwei verschieden positionierten Empfangsspulen erhalten werden, rekonstruiert werden.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Die Rekonstruktion kann beispielsweise unter Verwendung eines GRAPPA-(Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition) oder SMASH-(Simultaneous Acquisition of Spatial Harmonics)Rekonstruktionsverfahrens erfolgen. Dazu zählen natürlich 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.
-
Auch ist es möglich, dass die Rekonstruktion unter Verwendung eines bildraumbasierten Rekonstruktionsverfahrens, wie beispielsweise des SENSE-(Sensitivity Encoding)Rekonstruktionsverfahrens erfolgt.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Die vorab beschriebenen Verfahren werden beispielsweise automatisch von einer Rechnereinheit einer MR-Anlage durchgeführt.
-
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: paralleles Aufnehmen von MR-Daten zum 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 parallel aufgenommenen Rohdatensätze unter Verwendung der zusätzlichen Ortsinformationen, die bei Aufnahme der Rohdatensätze mit den zwei verschieden positionierten Empfangsspulen erhalten werden, rekonstruiert werden.
-
Mit einer derartigen Magnetresonanzanlage können ähnliche wie die vorab genannten Vorteile erzielt werden.
-
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.
-
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 Computerprogrammprodukt 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.
-
Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung kombiniert werden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
3 zeigt ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
4 veranschaulicht schematisch die Rekonstruktion von Magnetresonanzdaten.
-
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.
-
Zur Aufnahme von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsbereich 12 sind die Empfangsspulen oder Komponentenspulen 21 und 22 vorgesehen. Es kann auch ein größeres Spulen-Array vorgesehen werden, das 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 verschobene 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.
-
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.
-
Die allgemeine Funktionsweise einer MR-Anlage ist dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der allgemeinen Komponenten verzichtet wird.
-
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. Dafür 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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 Magnetresonanzdaten 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.
-
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.
-
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 auch 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.
-
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.
-
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 beispielsweise so gewählt, dass die Kombination der von den 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.
-
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.
-
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 parallele Aufnahme mit mehr als 100 Spulen erfolgen, und Datensätze eines Satzes vorbestimmter Spulen können zur Rekonstruktion herangezogen werden.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.