DE102009053522B4

DE102009053522B4 - Phasenabhängige Magnetresonanzbilderzeugung mit mehreren Spulen

Info

Publication number: DE102009053522B4
Application number: DE102009053522A
Authority: DE
Inventors: Dr. Jellus Vladimir
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: SIEMENS HEALTHINEERS AG, DE
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2029-11-17
Also published as: DE102009053522A1; US20120119737A1; US8587309B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimrung eines Magnetresonanzbilds eines Untersuchungsobjekts, wobei für das Magnetresonanzbild mehrere spulenspezifische Magnetresonanzdatensätze verwendet werden, die von mehreren Spulen (6–10) erfasst werden. Jeder Bildpunkt des MR-Bilds wird aus mindestens zwei spulenspezifischen MR-Datensätzen von verschiedenen Spulen (6–10) bestimmt und jeder Bildpunkt umfasst einen Bildpunktbetrag und eine Bildpunktphase. Bei dem Verfahren werden mehrere spulenspezifische Basisphasen φ bestimmt, die jeweils einer der mehreren Spulen (7–10) zugeordnet sind. Für jeden Bildpunkt werden mehrere spulenspezifische Beträge und mehrere spulenspezifische Bildpunktphasen bestimmt. Ein spulenspezifischer Bildpunktbetrag und eine spulenspezifische Bildpunktphase werden jeweils aus einem spulenspezifischen MR-Datensatz einer der mehreren Spulen (7–10) bestimmt. Die spulenspezifischen Bildpunktphasen werden mit der entsprechenden spulenspezifischen Basisphase φ korrigiert und die mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und die mehreren spulenspezifischen Bildpunktphasen werden zu dem Bildpunktbetrag und der Bildpunktphase des Bildpunkts kombiniert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur phasenabhängigen oder phasensensitiven Erzeugung eines Magnetresonanzbilds eines Untersuchungsobjekts, bei welchem mehrere Spulen zur Erfassung von Magnetresonanzbilddatensätzen verwendet werden, und eine Magnetresonanzanlage, bei welcher das Verfahren verwendet wird.
Herkömmliche Magnetresonanzbildgebungssysteme verwenden bei vielen Anwendungen ein Empfangssystem mit mehreren Spulen. Um ein endgültiges Bild zu erhalten, werden unterschiedliche Techniken verwendet. Beispielsweise wird eine Quadratsummentechnik, eine sogenannte „Sum of Squares” Technik (SOS) verwendet. Diese Technik erzielt gute Betragsbilder, wenn das Signal-zu-Rauschverhältnis (Signal-to-Noise-Ratio, SNR) hoch genug ist. Bei Messungen mit geringem Signal-zu-Rauschverhältnis ist das Ergebnis nicht optimal. Ein weiterer Nachteil dieser Quadratsummentechnik ist, dass die Phaseninformation verloren geht.
Die Phaseninformation kann bewahrt werden, wenn z. B. eine (gewichtete) Linearkombination (Linear Combination, LC) verwendet wird. Alternativ kann ein Verfahren mit einer adaptiven Spulenkombination, ein sogenanntes Adaptive Coil Combine (ACC), diese Probleme bewältigen. Das sich ergebende Bild, welches eine Phaseninformation umfasst, ist komplex und die Bilderstellung ist auch für Bilder mit niedrigem Signal-zu-Rauschverhältnis optimal. Das gemeinsame Problem dieser beiden phasenabhängigen Bilderzeugungsverfahren (LC und ACC) ist, dass unter bestimmten Umständen Phasensingularitäten auftreten können. Um diese zu vermeiden, sind verschiedene spezielle Lösungen im Stand der Technik bekannt, wie z. B. in den Druckschriften „Reconstruction of Phase Imaging for GRAPPA based Susceptibility Weighted Imaging (SWI)” von Witoszynskyj, Herrmann und Reichenbach, erschienen in den Proceedings of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 16, Toronto, Canada, 2008, und „A General Method for Generating Multichannel Phase Images without using a Body Coil” von Schäfer und Turner für den ISMRM Workshop an High Field Systems and Applications, Rom, Italien, 15. Oktober 2008 und in dem Stand der Technik bekannten Verfahren weisen jedoch viele Einschränkungen auf, wodurch diese Verfahren nicht generell verwendbar sind. Die Auswirkungen dieses Problems hängen von der Anwendung ab. So können z. B. bei einigen Anwendungen bei Verwendung der ACC-Artefakte mit „dunklen Punkten”, so genannte „dark point artifacts”, auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes allgemeines Verfahren zur phasenabhängigen Erzeugung von Magnetresonanzbildern, die mit mehreren Spulen aufgenommen werden, insbesondere bei z. B. einer ACC, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Bestimmung eines MR-Bildes nach Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 11, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines MR-Bildes eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Für das MR-Bild werden mehrere spulenspezifische MR-Datensätze verwendet, die von mehreren Spulen erfasst werden. Jeder Bildpunkt des MR-Bildes wird aus mindestens zwei spulenspezifischen MR-Datensätzen von verschiedenen Spulen bestimmt. Jeder Bildpunkt umfasst einen Bildpunktbetrag und eine Bildpunktphase. Bei dem Verfahren werden mehrere spulenspezifische Basisphasen, sogenannte Base Phases, bestimmt, wobei jede der mehreren spulenspezifischen Basisphasen einer der mehreren Spulen zugeordnet ist. Für jeden Bildpunkt des MR-Bildes werden mehrere spulenspezifische Bildpunktbeträge und mehrere spulenspezifische Bildpunktphasen von den verschiedenen Spulen bestimmt. Ein spulenspezifischer Bildpunktbetrag und eine spulenspezifische Bildpunktphase werden jeweils aus einem spulenspezifischen MR-Datensatz einer der mehreren Spulen bestimmt. Dann werden für jeden Bildpunkt die spulenspezifischen Bildpunktphasen mit den entsprechenden spulenspezifischen Basisphasen korrigiert, d. h. eine spulenspezifische Bildpunktphase, welche von einer Spule bestimmt wurde, wird mit der dieser Spule zugeordneten spulenspezifischen Basisphase korrigiert. Dann werden für jeden Bildpunkt die mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und die mehreren spulenspezifischen Bildpunktphasen zu dem Bildpunktbetrag und der Bildpunktphase des Bildpunkts kombiniert.
Die eingangs erwähnten Phasensingularitäten werden durch einen Phasenversatz der Signale der einzelnen Spulen aufgrund von Fehlern oder Ungenauigkeiten in Empfängerschaltungen der entsprechenden Spulen bewirkt. Indem für jede Spule dieser Phasenversatz, d. h. die Basisphase, bestimmt wird, und diese Basisphasen zur Korrektur der Phaseninformationen der einzelnen Spulen verwendet werden, können die Phaseninformationen der einzelnen Spulen auf einfache Art und Weise zuverlässig korrigiert werden und somit Phasensingularitäten vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Magnetresonanzbild (MR-Bild) mehrere MR-Bildbereiche, wobei jeder Bildpunkt des MR-Bildes einen der mehreren MR-Bildbereiche zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform werden jeder Spule mehrere spulenspezifische Basisphasen zugeordnet, die zusätzlich bereichspezifisch sind, d. h. jede dieser mehreren spulen- und bereichsspezifischen Basisphasen ist einer Kombination aus einer der mehreren Spulen und einem der mehreren MR-Bildbereiche zugeordnet. Für jeden Bildpunkt wird die spulenspezifische Bildpunktphase mit der entsprechenden spulen- und bereichspezifischen Basisphase korrigiert.
Da die Basisphase einer Spule in Abhängigkeit des MR-Bildbereichs unterschiedlich sein kann, werden bei dieser Ausführungsform jeder Spule mehrere Basisphasen zugeordnet werden, wobei diese mehreren Basisphasen einer Spule den unterschiedlichen Bildbereichen zugeordnet sind. Dies ermöglicht eine genauere Korrektur der Phaseninformation, die von einer Spule für einen Bildpunkt bereitgestellt wird. Dadurch können Phasensingularitäten auch dann zuverlässig verhindert werden, wenn sich die Basisphase einer Spule in Abhängigkeit des Bildpunktorts, d. h. des MR-Bildbereichs, ändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für jede der mehreren Spulen die spulenspezifische Basisphase mithilfe einer Vorabmessung bestimmt. Die Vorabmessung kann beispielsweise eine sogenannte One-Shot-Messung ohne räumliche Auflösung sein. In diesem Fall umfasst ein Signalwert einer Spule einen Integralwert der Spuleneigenschaften. Das Untersuchungsobjekt kann beispielsweise mit einem Hochfrequenzimpuls angeregt werden und mit jeder der mehreren Spulen können jeweils mehrere Signalwerte erfasst werden. Als Signalwert kann beispielsweise ein Spinecho oder ein Gradientenecho oder ein sogenanntes FID-Signal (Free Induction Decay Signal) erfasst werden. Die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Spulen wird jeweils in Abhängigkeit von den erfassten Signalwerten der mehreren Spulen bestimmt. Als Signalwerte einer Spule können beispielsweise mehrere zeitlich versetzte Abtastwerte bestimmt werden.
Durch die Verwendung der Vorabmessung können die Basisphasen der mehreren Spulen auf einfache Art und Weise schnell bestimmt werden.
Die mehreren Spulen können beispielsweise mehrere Oberflächenspulen umfassen, welche an dem Untersuchungsobjekt angeordnet sind. Die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Oberflächenspulen kann in Abhängigkeit von den erfassten Signalwerten der mehreren Oberflächenspulen mithilfe einer Autokorrelationsfunktion bestimmt werden. Mithilfe der Autokorrelationsfunktion können mehrere Autokorrelationsvektoren bestimmt werden, wobei jeder Autokorrelationsvektor z. B. eine Zeile der Autokorrelationsmatrix sein kann, welche als Ergebnis der Autokorrelationsfunktion gebildet wird. Jeder Autokorrelationsvektor weist für jede Oberflächenspule einen Autokorrelationskoeffizient und eine Autokorrelationsphase auf. Die Autokorrelationsphasen eines Autokorrelationsvektors stellen Phasenverschiebungen der einzelnen Oberflächenspulen untereinander dar, d. h. die Autokorrelationsphasen sind unabhängig von einem Phasensignal einer Bildpunktphase des Untersuchungsobjekts. Zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen wird beispielsweise derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt, bei welchem der minimale Autokorrelationskoeffizient maximal ist. Den spulenspezifischen Basisphasen werden die Autokorrelationsphasen des ausgewählten Autokorrelationsvektors zugeordnet. Durch Auswählen des Autokorrelationsvektors, bei welchem der minimale Autokorrelationskoeffizient maximal ist, wird sichergestellt, dass insbesondere bei kleinen Signalen von einer oder mehreren Spulen derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt wird, bei welchem ein möglichst großer Signalhub auch bei den kleinen Signalen vorhanden ist.
Alternativ kann zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt werden, welcher den maximalen Autokorrelationskoeffizienten aufweist. Den spulenspezifischen Basisphasen werden wiederum die Autokorrelationsphasen des ausgewählten Autokorrelationsvektors zugeordnet. Durch Verwenden des Autokorrelationsvektors mit dem maximalen Autokorrelationskoeffizient werden die Basisphasen anhand der Signalwerte bestimmt, welche einen maximalen Signalpegel und somit ein gutes Signal-zu-Rauschverhältnis aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassend die mehreren Spulen mehrere Oberflächenspulen und eine Körperspule. Die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Oberflächenspulen wird in Abhängigkeit von den erfassten Signalwerten der mehreren Oberflächenspulen und von den erfassten Signalwerten der Körperspule mithilfe einer Korrelationsfunktion bestimmt. Die Korrelationsfunktion kann beispielsweise eine Matrixmultiplikation einer Matrix der Signalwerte der Oberflächenspulen mit einem Vektor der Werte der Körperspule umfassen. Zur Bestimmung der Signalwerte der Oberflächenspulen und der Körperspule können beispielsweise zwei Vorabmessungen, wie z. B. One-Shot-Messungen ohne räumliche Auflösung, durchgeführt werden, wobei bei einer ersten Vorabmessung die Signalwerte der Körperspule und bei einer zweiten Vorabmessung die Signalwerte der mehreren Oberflächenspulen gleichzeitig bestimmt werden.
Das Ergebnis der Korrelationsfunktion ergibt einen Korrelationsvektor, der für jede Oberflächenspule einen Korrelationskoeffizient und eine Korrelationsphase aufweist. Den spulenspezifischen Basisphasen der Oberflächenspulen werden die entsprechenden Korrelationsphasen zugeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird eine Phasenverschiebung der mehreren Oberflächenspulen jeweils zu der Körperspule, welche als Referenz dient, bestimmt, wodurch ein robustes Verfahren erreicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird für jede der mehreren Spulen die spulenspezifische Basisphase mithilfe einer ortsauflösenden Vorabmessung bestimmt. Bei der ortsauflösenden Vorabmessung wird das Untersuchungsobjekt mit einem Hochfrequenzimpuls und Gradientenfeldern angeregt und mit jeder der mehreren Spulen werden jeweils mehrere Signalwerte erfasst, aus denen spulenspezifische Bildpunktbeträge und spulenspezifische Bildpunktphasen bestimmt werden. Die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Spulen wird in Abhängigkeit von den bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen der mehreren Spulen bestimmt. Die ortsauflösende Vorabmessung kann gegenüber einer endgültigen Messung zur Bestimmung des MR-Bildes des Untersuchungsobjekts mit einer gröberen Auflösung durchgeführt werden. Die spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen können aus den Signalwerten, beispielsweise mithilfe einer Fourier Transformation, gebildet werden.
Durch die Verwendung einer gröberen Ortsauflösung bei der Vorabmessung können die spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen schnell ohne großen Rechenaufwand bestimmt werden. Die ortsauflösende Vorabmessung kann beispielsweise eine sogenannte 3D-Messung sein, wodurch eine kurze Erfassungszeit für die Vorabmessung erreicht wird. Mithilfe der ortsauflösenden Vorabmessung können ortsabhängige Phasenverschiebungen bestimmt werden, was bei einer ortsabhängigen Schwankung der Basisphase einer Spule vorteilhaft ist, da diese Ortsabhängigkeit in Form von spulen- und ortsabhängigen Basisphasen mitberücksichtigt werden kann.
Die mehreren Spulen können mehrere Oberflächenspulen und eine Körperspule umfassen. Die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Oberflächenspulen kann in Abhängigkeit von den bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen der mehreren Oberflächenspulen und den spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen der Körperspule mithilfe einer Korrelationsfunktion bestimmt werden. Die Korrelationsfunktion kann eine Matrixmultiplikation umfassen, bei welcher eine Matrix der spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen der mehreren Oberflächenspulen mit einem Vektor der spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen der Körperspule multipliziert werden. Das Ergebnis der Matrixmultiplikation ist ein Korrelationsvektor, welcher Korrelationskoeffizienten und Korrelationsphasen für jede der mehreren Oberflächenspulen aufweist. Den spulenspezifischen Basisphasen werden die Korrelationsphasen entsprechend zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die mehreren Spulen mehrere Oberflächenspulen. Für jede der mehreren Oberflächenspulen wird die spulenspezifische Basisphase mithilfe der mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen bestimmt, die für jeden Bildpunkt bestimmt werden. Die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Oberflächenspulen wird in Abhängigkeit von den bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen mithilfe einer Autokorrelationsfunktion bestimmt.
Die spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen können mithilfe einer ortsauflösenden Magnetresonanzmessung bestimmt werden. Für die Autokorrelationsfunktion kann eine Untermenge der bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen verwendet werden. Das Ergebnis der Autokorrelationsfunktion kann eine Autokorrelationsmatrix mit mehreren Autokorrelationsvektoren sein, wobei jeder Autokorrelationsvektor für jede Oberflächenspule einen Autokorrelationskoeffizient und eine Autokorrelationsphase aufweist. Zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen kann derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt werden, bei welchem der minimale Autokorrelationskoeffizient maximal ist, wobei den spulenspezifischen Basisphasen die Autokorrelationsphasen des ausgewählten Autokorrelationsvektors zugeordnet werden. Alternativ kann derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt werden, welcher den maximalen Autokorrelationskoeffizient aufweist, wobei den spulenspezifischen Basisphasen die Autokorrelationsphasen des ausgewählten Autokorrelationsvektors zugeordnet werden. Der erste Fall kann insbesondere bei kleinen Signalen verwendet werden, da hier ein ausreichender Signalhub sichergestellt wird. Der zweite Fall stellt allgemein sicher, dass derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt wird, bei welchem ein gutes Sinal-zu-Rauschverhältnis vorhanden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Die Magnetresonanzanlage umfasst mehrere Spulen zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfangen des vom Kernmoment ausgehenden Feldes. Die Magnetresonanzanlage umfasst ferner eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der mehreren Spulen und einer Auswertevorrichtung zum Bestimmen eines MR-Bildes eines Untersuchungsobjekts. Jeder Bildpunkt des MR-Bildes wird aus mindestens zwei oder mehr spulenspezifischen MR-Datensätzen von verschiedenen Spulen bestimmt, wobei jeder Bildpunkt einen Bildpunktbetrag und eine Bildpunktphase umfasst. Die Magnetresonanzanlage ist ausgestaltet, mehrere spulenspezifische Basisphasen zu bestimmen, wobei jede der mehreren spulenspezifischen Basisphasen einer der mehreren Spulen zugeordnet ist. Die Magnetresonanzanlage ist ferner ausgestaltet für jeden Bildpunkt des Bildbereichs mehrere spulenspezifische Bildpunktbeträge und mehrere spulenspezifische Bildpunktphasen zu bestimmen. Ein spulenspezifischer Bildpunktbetrag und eine spulenspezifische Bildpunktphase werden jeweils aus einem entsprechenden spulenspezifischen MR-Datensatz bestimmt. Die spulenspezifischen Bildpunktphasen werden mit den entsprechenden spulenspezifischen Basisphasen korrigiert und die mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und die mehreren korrigierten spulenspezifischen Bildpunktphasen werden zu dem Bildpunktbetrag und der Bildpunktphase des Bildpunkts kombiniert. Die derart ausgestaltete Magnetresonanzanlage ist zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens und seiner Ausführungsformen ausgestaltet und umfasst somit die zuvor beschriebenen Vorteile.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine MR-Anlage zur phasenabhängigen Erzeugung eines MR-Bildes,
2 ein Flussdiagramm mit den Schritten zur phasenabhängigen Erzeugung eines MR-Bildes,
3 einen Signalimpulsverlauf für eine Vorabmessung zur Bestimmung von spulenspezifischen Basisphasen,
4 einen Signalverlauf für eine Vorabmessung zum Bestimmen spulenspezifischer Basisphasen gemäß einer weiteren Ausführungsform,
5 ein Flussdiagramm mit den Schritten zur phasenabhängigen Erzeugung eines MR-Bildes gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
6 ein Flussdiagramm mit den Schritten zur phasenabhängigen Erzeugung eines MR-Bildes gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
In 1 ist eine Magnetresonanzanlage 1 dargestellt, mit der erfindungsgemäß phasenabhängige Magnetresonanzbilder erzeugt werden können. Die MR-Anlage 1 weist einen Magneten 2 zur Erzeugung eines Polarisationsfeldes B₀ auf. Ein auf einer Patientenliege 3 angeordneter Patient 4 wird mithilfe eines Antriebs 5 in den Magneten 2 gefahren, wo die Aufnahme von MR-Datensatzsignalen aus einem Untersuchungsbereich durch Einstrahlen von HF-Pulsen und Schalten von Gradienten mit beispielsweise einer Körperspule 6 und Oberflächenspulen 7–10 durchgeführt wird. Wie in einer Pulssequenz durch Abfolge von HF-Pulsen und Schalten von Gradienten MR-Bilder erzeugt werden können, ist dem Fachmann grundsätzlich geläufig und wird hier im Detail nicht genauer beschrieben werden. Die MR-Anlage 1 ist mit einer Steuervorrichtung 11 gekoppelt, mit der die MR-Anlage 1 gesteuert wird. Die Steuervorrichtung 11 weist unter anderem eine HF-Steuereinheit auf, welche die Schaltung der HF-Pulse zur Auslenkung der Magnetisierung steuert. Eine Auswertevorrichtung 12 berechnet aus den mit den Spulen 6–10 detektierten MR-Signalen durch beispielsweise eine Fourier Transformation in bekannter Art und Weise MR-Bilder, die auf einer Anzeigeeinheit 13 angezeigt werden können. Mit einer Bedieneinheit 14 kann die MR-Anlage 1 von einer Bedienperson gesteuert werden. Weitere übliche Komponenten einer MR-Anlage 1 wurden aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen.
Die in 1 gezeigte Magnetresonanzanlage 1 ist in der Lage, Magnetresonanzbilder unter Verwendung mehrerer Spulen 6–10 zu erzeugen. Dabei können mehrere oder alle Spulen 6–10 zu der Erzeugung eines jeden Bildpunktes des endgültigen Bildes beitragen. Um ein phasenabhängiges MR-Bild zu erzeugen, d. h. ein MR-Bild, bei dem jeder Bildpunkt neben einer Betragsinformation auch eine Phaseninformation aufweist, wird für jeden Bildpunkt, d. h. für jedes Volumenelement, ein komplexes Signal aus den komplexen Signalwerten der verschiedenen Spulen 6–10 durch eine Linearkombination berechnet. Gleichung (1) zeigt eine derartige Linearkombination für nCha Spulen.
wobei S_m(x, y, z) das gemessene Signal für einen Bildpunkt oder ein Volumenelement an der Stelle x, y, z ist, S_k(x, y, z) das gemessene Signal der Spule k am Ort x, y, z ist, und E_k(x, y, z) die Größe der Spulenempfindlichkeit der Spule k und φ_k(x, y, z) die Phase der Empfindlichkeit der Spule k aufgrund der Spuleneigenschaften selbst und der nachgeschalteten Verstärkerschaltung und weiterer Einflussfaktoren an dem Ort x, y, z ist.
Eine genaue Korrektur der Phasen der Spulen würde eine bildpunktbasierte Korrektur erfordern. Dies ist im Allgemeinen nicht praktikabel. Zur Vermeidung von Phasensingularitäten ist es darüber hinaus ausreichend, für jede Spule eine Basisphase zu kompensieren, wie es in Gleichung (2) angegeben ist.
wobei φ_k die mittlere Phase aufgrund der Spule k selbst, der der Spule k nachgeschalteten Empfängerschaltung und weiteren Systemeigenschaften ist, und S_c(x, y, z) das korrigierte Signal für den Bildpunkt am Ort x, y, z ist.
Zum Bestimmen der Basisphasen φ_k werden nachfolgend drei Verfahren beschrieben werden.
1. Spezielle Phasen-Vorabmessung
Das Flussdiagramm der 2 zeigt den Ablauf eines Verfahrens mit einer speziellen Phasen-Vorabmessung, einem so genannten Phase Prescan. Wie in 2 gezeigt, wird in Block 21 eine Phasen-Vorabmessung durchgeführt. Diese Phasen-Vorabmessung kann beispielsweise eine sogenannte One-Shot-Messung ohne räumliche Auflösung sein. 3 und 4 zeigen schematisch Signalabläufe für derartige Phasen-Vorabmessungen. Die Messung kann, wie in 3 gezeigt, in Form einer Gradienten-/Spinechomessung oder, wie in 4 gezeigt, in Form einer FID-Messung (Free Induction Decay) erfolgen. In 3 wird das Untersuchungsobjekt 4 mit einem Hochfrequenzimpuls 31 angeregt und ein Spinecho- oder Gradientenechosignal 32 von den Spulen 6–10 erfasst. In 4 wird das Untersuchungsobjekt 4 mit einem Hochfrequenzimpuls 41 angeregt und ein FID-Signal 42 von den Spulen 6–10 erfasst.
In beiden Fällen (3 oder 4) sind zwei Varianten möglich, und zwar eine Vorabmessung mit nur den Oberflächenspulen 7–10 oder zwei Vorabmessungen, eine nur mit der Körperspule 6 und eine weitere mit nur den Oberflächenspulen 7–10. Wenn Gradienten ausgelesen werden, vorzugsweise bei der Gradienten-/Spinechomessung, sollte zunächst eine Fourier-Transformation angewendet werden.
Für jede Oberflächenspule 7–10 wird eine vorbestimmte Anzahl von Signalwerten für die weitere Berechnung ermittelt. Es können alle gemessenen Signalwerte oder eine Teilmenge gemäß einem vorbestimmten Kriterium (z. B. einer Signalintensität) ausgewählt werden. Die Anzahl der ausgewählten Signalwerte, welche für die weitere Berechnung verwendet werden, wird nachfolgend mit nSig bezeichnet. Mit den derart bestimmten Signalwerten der Oberflächenspulen 7–10 wird eine Matrix S gemäß der Gleichung (3) wie nachfolgend beschrieben gebildet. Die Matrix S umfasst für jede der nCha Oberflächenspulen 7–10 jeweils nSig Signalwerte.
Falls auch für die Körperspule 6 eine spezielle Phasen-Vorabtastung durchgeführt wurde, wird ein Vektor B der Signalwerte, welche für die Körperspule 6 erfasst wurden, gebildet, wie in Gleichung (4) dargestellt. B = ⌊b1 b2 ... ... ... b_nSig⌋ (4)
Mithilfe der Matrix S kann anhand der Phasenverschiebungen der einzelnen Oberflächenspulen 7–10 untereinander für jede der Oberflächenspulen 7–10 eine Basisphase für eine Phasenkorrektur bestimmt werden, indem eine Autokorrelationsmatrix gemäß der nachfolgenden Gleichung (5) als Produkt der Matrix S mit der transponierten konjugiert komplexen Matrix S* gebildet wird. A = S·S* (5)
Die Autokorrelationsmatrix A umfasst demzufolge nCha Zeilen und nCha Spalten, wie in Gleichung (6) gezeigt:
Jedes Element der Autokorrelationsmatrix A umfasst einen Autokorrelationskoeffizienten |a| und eine Autokorrelationsphase φ, wie in Gleichung (7) gezeigt:
Jede Zeile der Autokorrelationsmatrix A stellt somit nCha Autokorrelationsphasen φ bereit, welche als spulenspezifische Basisphasen für die Oberflächenspulen 7–10 verwendet werden können. Vorteilhafterweise wird diejenige Zeile, d. h. derjenige Vektor, der Autokorrelationsmatrix zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen verwendet, bei welcher der Signalpegel möglichst hoch ist, um die Basisphasen auf der Grundlage von Signalwerten zu bestimmen, welche ein möglichst hohes Signal-zu-Rauschverhältnis aufweisen. Demzufolge kann beispielsweise die Zeile der Autokorrelationsmatrix gewählt werden, die den maximalen Autokorrelationskoeffizienten |a| aufweist. Um sicherzustellen, dass die Zeile der Autokorrelationsmatrix A ausgewählt wird, die Signalwerte umfasst, die für alle Spulen einen möglichst hohen Signalhub aufweist, kann alternativ die Zeile der Autokorrelationsmatrix A ausgewählt werden, in welcher der minimale Autokorrelationskoeffizient |a| maximal ist. Dies stellt sicher, dass diese Zeile der Autokorrelationsmatrix A für alle Oberflächenspulen 7–10 eine zuverlässige Phaseninformation als Basisphase bereitstellt.
Anstatt die Basisphasen der Oberflächenspulen 7–10 untereinander zu betrachten und dementsprechende Basisphasen zu bestimmen, kann die Phasenverschiebung der Oberflächenspulen 7–10 in Bezug auf die Körperspule 6 zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen für die Oberflächenspulen 7–10 verwendet werden. Dazu wird eine Korrelationsmatrix C als Matrixprodukt des Vektors B der Signalwerte der Körperspule 6 mit der transponierten konjugiert komplexen Matrix S* der Signalwerte der Oberflächenspulen 7–10 gebildet, wie in Gleichung (8) dargestellt. C = B·S* (8)
Das Ergebnis der Matrixmultiplikation ist ein Vektor C mit nCha Komponenten, wie in Gleichung (9) gezeigt: C = [c1 c2 ... ... c_nCha] (9)
Jede Komponente c der Korrelationsmatrix bzw. des Vektors C umfasst einen Betrag c und eine Phase φ, wie in Gleichung (10) gezeigt:
Die Phasen φ₁ bis φ_nCha stellen die Phasenverschiebungen der einzelnen Oberflächenspulen 7–10 in Bezug auf die Körperspule 6 dar und können somit als Basisphasen für die Oberflächenspulen 7–10 in der Gleichung (2) wie zuvor beschrieben verwendet werden.
Bezugnehmend auf 2 werden somit die Basisphasen φ der Oberflächenspulen 7–10 im Block 22 aus der Phasen-Vorabmessung im Block 21 bestimmt. Danach erfolgt im Block 23 eine phasenabhängige MR-Bildmessung. Die mithilfe der Spulen 6–10 bestimmten Beiträge zu jedem einzelnen Bildpunkt werden im Block 24 mithilfe der Basisphasen φ korrigiert und zu einem MR-Bild zusammengefasst (Block 25), wie im Zusammenhang mit Gleichung (2) beschrieben. Alternativ zu dieser linearen Kombination (LC) der Gleichung (2) kann auch eine andere phasenempfindliche Bildrekonstruktion verwendet werden, z. B. ein ”Adaptive Coil Combine” (ACC). Durch die Phasenkorrektur können Phasensingularitäten und ”Dark Point Artifacts” zuverlässig vermieden werden.
2. Verwendung einer Normalisierungsinformation einer Vorabmessung
Im Zusammenhang mit 5 wird ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Basisphasen und zur Bestimmung eines phasenabhängigen MR-Bilds beschrieben werden. Hierbei wird beispielsweise eine 3D-Vorabmessung, ein so genannter 3D-Prescan verwendet, welche beispielsweise bereits für andere Zwecke, z. B. für eine Normalisierung durchgeführt wurde.
Im Block 51 wird eine ortsauflösende Vorabmessung, z. B. mithilfe einer 3D-Messung, eines sogenannten 3D-Scans, durchgeführt. Das Ergebnis dieser Vorabmessung sind dreidimensionale Bilder von jeweils den Oberflächenspulen 7–10 und der Körperspule 6. Zum Bilden der Signalmatrizen gemäß der Gleichungen (3) und (4) können Signalwerte auf folgende Arten aus der Vorabmessung ausgewählt werden:

– es werden alle Punkte oder Messwerte der 3D-Messung mit der gleichen Korrektur für alle gemessenen Scheiben des 3D-Volumens ausgewählt, oder
– es werden Punkte aus der 3D-Messung ausgewählt, welche für eine Position einer ausgewählten Scheibe interpoliert werden, wodurch eine scheibenspezifische Korrektur erreicht wird.

In beiden Fällen können entweder alle Punkte des 3D-Volumens oder der Scheibe verwendet werden oder nur einige Punkte gemäß einem vorgegebenen Kriterium, z. B. Punkte mit einer Signalintensität über einem vorgegebenen Schwellenwert, oder nur Punkte aus einem zentralen Bereich.
Für die Berechnung der spulenspezifischen Basisphasen werden dann die zuvor beschriebenen Gleichungen (3), (4), (8), (9) und (10) verwendet. Somit werden die Basisphasen φ der Spulen 7–10 aus der Vorabmessung der Blocks 51 im Block 52 bestimmt.
Danach wird eine ortsauflösende MR-Bildmessung mit einer höheren Auflösung, welche für das endgültige MR-Bild geeignet ist, durchgeführt (Block 53). Wie im Zusammenhang mit Gleichung (2) beschrieben, liefert jede der Spulen 6–10 einen Beitrag zu dem MR-Bild. Die Beiträge umfassen jeweils eine Betrags- und eine Phaseninformation. Die Phaseninformation wird in Block 54 mithilfe der Basisphasen φ der Spulen 7–10 korrigiert. Mithilfe der korrigierten Phaseninformationen wird aus den Beiträgen der Spulen 6–10 ein endgültiges phasenabhängiges MR-Bild im Block 55 erstellt, wie im Zusammenhang mit Gleichung (2) beschrieben. Alternativ zu dieser linearen Kombination (LC) der Gleichung (2) kann auch eine andere phasenempfindliche Bildrekonstruktion verwendet werden, z. B. ein Adaptive Coil Combine (ACC). Durch die Phasenkorrektur können Phasensingularitäten und Dark Point Artifacts zuverlässig vermieden werden.
3. Korrektur auf Grundlage der Bildinformation
Ein drittes Verfahren zur Bestimmung der Basisphasen φ der Oberflächenspulen 7–10 wird nachfolgend im Zusammenhang mit 6 beschrieben werden. Bei dem dritten Verfahren werden die Basisphasen φ der Oberflächenspulen 7–10 aus dem Bildsignal selbst berechnet. Vorzugsweise wird das Bild zunächst mit einer geringeren Auflösung berechnet, um die Basisphasen zu bestimmen. Es kann jedoch auch das Bild in seiner vollen Auflösung verwendet werden. Wie in 6 gezeigt, wird zunächst im Block 61 die MR-Bildmessung durchgeführt. Daraus wird im Block 62 ein MR-Bild mit geringerer Auflösung bestimmt. Aus dem MR-Bild mit geringerer Auflösung werden für jede der Oberflächenspulen 7–10 jeweils nSig Signalwerte ausgewählt. Es können beispielsweise Signalwerte mit einer Signalintensität über einem vorbestimmten Schwellenwert oder Signalwerte von Punkten aus einem mittleren Bereich des Bildes ausgewählt werden. Darüber hinaus können aber auch alle Signalwerte von allen Bildpunkten des MR-Bilds mit geringerer Auflösung, welches in Block 62 bestimmt wurde, verwendet werden.
Mit den nSig Signalwerten wird eine Matrix S nach Gleichung (3) gebildet. Im Block 63 werden dann für jede der Oberflächenspulen 7–10 jeweils eine Basisphase φ gemäß der Gleichungen (5) bis (7), wie im Zusammenhang der speziellen Phasen-Vorabtastung beschrieben, bestimmt. In Block 64 werden die Phaseninformationen der Signalwerte der Oberflächenspulen 7–10 mit den entsprechenden Basisphasen korrigiert, und im Block 65 ein phasenabhängiges MR-Bild erstellt, wie im Zusammenhang mit Gleichung (2) erläutert wurde. Alternativ zu dieser linearen Kombination (LC) der Gleichung (2) kann auch eine andere phasenempfindliche Bildrekonstruktion verwendet werden, z. B. ein Adaptive Coil Combine (ACC). Durch die Phasenkorrektur können Phasensingularitäten und Dark Point Artifacts zuverlässig vermieden werden.
Bei den zuvor beschriebenen Verfahren wurde jeweils eine Basisphase φ für jede der Oberflächenspulen 7–10 bestimmt, welche zur Korrektur der Phaseninformationen der Oberflächenspulen 7–10 für alle Bildpunkte des MR-Bildes verwendet wurden. Je nach Anwendung kann es jedoch vorkommen, dass die Basisphase φ in Abhängigkeit des Ortes der Bildpunkte stark schwankt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, mehrere ortsabhängige oder bereichsabhängige Basisphasen zur Korrektur der Phaseninformationen der Oberflächenspulen 7–10 zu bestimmen und zu verwenden. Da sich die Basisphase φ im Allgemeinen lokal nur wenig ändert, sind auch in diesem Fall nur wenige MR-bildbereichsabhängige Basisphasen pro Oberflächenspule 7–10 zu bestimmen und entsprechend bei der Korrektur von Bildpunkten der entsprechenden MR-Bildbereiche zu verwenden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines MR-Bildes eines Untersuchungsobjekts, wobei für das MR-Bild mehrere spulenspezifische MR-Datensätze verwendet werden, die von mehreren Spulen (6–10) erfasst wurden, wobei jeder Bildpunkt des MR-Bildes aus mindestens zwei spulenspezifischen MR-Datensätzen von verschiedenen Spulen (6–10) bestimmt wird, wobei jeder Bildpunkt einen Bildpunktbetrag und eine Bildpunktphase umfasst, wobei das Verfahren umfasst: – Bestimmen mehrerer spulenspezifischer Basisphasen φ von verschiedenen Spulen (7–10), wobei jede der mehreren spulenspezifischen Basisphasen φ einer der mehreren Spulen (7–10) zugeordnet ist, und – für jeden Bildpunkt: – Bestimmen mehrerer spulenspezifischer Bildpunktbeträge und mehrerer spulenspezifischer Bildpunktphasen für den Bildpunkt, wobei ein spulenspezifischer Bildpunktbetrag und eine spulenspezifische Bildpunktphase jeweils aus einem spulenspezifischen MR-Datensatz einer der mehreren Spulen (7–10) bestimmt werden, – Korrigieren der spulenspezifischen Bildpunktphasen mit der entsprechenden spulenspezifischen Basisphase φ, und – Kombinieren der mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und der mehreren spulenspezifischen Bildpunktphasen zu dem Bildpunktbetrag und der Bildpunktphase des Bildpunkts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das MR-Bild mehrere MR-Bildbereiche umfasst und jeder Bildpunkt einem der mehreren MR-Bildbereiche zugeordnet ist, wobei das Bestimmen der mehreren spulenspezifischen Basisphasen φ ein Bestimmen mehrerer spulen- und bereichsspezifischer Basisphasen umfasst, wobei jede der mehreren spulen- und bereichsspezifischen Basisphasen einer der mehreren Spulen (7– 10) und einem der mehreren MR-Bildbereiche zugeordnet ist, wobei für jeden Bildpunkt die spulenspezifische Bildpunktphase mit der entsprechenden spulen- und bereichsspezifischen Basisphase korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für jede der mehreren Spulen (7–10) die spulenspezifische Basisphase φ mit Hilfe einer Vorabmessung bestimmt wird, bei welcher das Untersuchungsobjekt (4) mit einem Hochfrequenzimpuls (31; 41) angeregt wird und mit jeder der mehreren Spulen (6–10) jeweils mehrere Signalwerte (32; 42) erfasst werden, wobei die spulenspezifische Basisphase φ für eine der mehreren Spulen (7–10) in Abhängigkeit von den erfassten Signalwerten der mehreren Spulen (6–10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mehreren Spulen (7–10) mehrere Oberflächenspulen umfassen, und wobei die spulenspezifische Basisphase φ für eine der mehreren Oberflächenspulen (7–10) in Abhängigkeit von den erfassten Signalwerten der mehreren Oberflächenspulen (7–10) mit Hilfe einer Autokorrelationsfunktion A bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei mit Hilfe der Autokorrelationsfunktion A mehrere Autokorrelationsvektoren bestimmt werden, wobei jeder Autokorrelationsvektor für jede Oberflächenspule (7–10) einen Autokorrelationskoeffizient a und eine Autokorrelationsphase φ aufweist, und wobei zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen φ derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt wird, bei welchem der minimale Autokorrelationskoeffizient a maximal ist, wobei den spulenspezifischen Basisphasen φ die Autokorrelationsphasen φ des ausgewählten Autokorrelationsvektors zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei mit Hilfe der Autokorrelationsfunktion A mehrere Autokorrelationsvektoren bestimmt werden, wobei jeder Autokorrelationsvektor für jede Oberflächenspule (7–10) einen Autokorrelationskoeffizient a und eine Autokorrelationsphase φ aufweist, und wobei zur Bestimmung der spulenspezifischen Basisphasen φ derjenige Autokorrelationsvektor ausgewählt wird, welcher den maximalen Autokorrelationskoeffizient a aufweist, wobei den spulenspezifische Basisphasen φ die Autokorrelationsphasen φ des ausgewählten Autokorrelationsvektors zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mehreren Spulen mehrere Oberflächenspulen (7–10) und eine Körperspule (6) umfassen, und wobei die spulenspezifische Basisphase φ für eine der mehreren Oberflächenspulen (7–10) in Abhängigkeit von den erfassten Signalwerten der mehreren Oberflächenspulen (7–10) und von den erfassten Signalwerten der Körperspule (6) mit Hilfe einer Korrelationsfunktion C bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für jede der mehreren Spulen (7–10) die spulenspezifische Basisphase φ mit Hilfe einer ortsauflösenden Vorabmessung bestimmt wird, bei welcher das Untersuchungsobjekt (4) mit einem Hochfrequenzimpuls und Gradientenfeldern angeregt wird und mit jeder der mehreren Spulen (6–10) jeweils mehrere Signalwerte erfasst werden, aus denen spulenspezifische Bildpunktbeträge und spulenspezifische Bildpunktphasen bestimmt werden, wobei die spulenspezifische Basisphase φ für eine der mehreren Spulen (7–10) in Abhängigkeit von den bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen der mehreren Spulen (6–10) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mehreren Spulen (6–10) mehrere Oberflächenspulen (7–10) und eine Körperspule (6) umfassen, und wobei die spulenspezifische Basisphase φ für eine der mehreren Oberflächenspulen (7–10) in Abhängigkeit von den bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen der mehreren Oberflächenspulen (7–10) und den spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen der Körperspule (6) mit Hilfe einer Korrelationsfunktion C bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Spulen mehrere Oberflächenspulen (7–10) umfassen, wobei für jede der mehreren Oberflächenspulen (7–10) die spulenspezifische Basisphase φ mit Hilfe der mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und spulenspezifischen Bildpunktphasen bestimmt wird, die für jeden Bildpunkt bestimmten werden, wobei die spulenspezifische Basisphase für eine der mehreren Oberflächenspulen (7–10) in Abhängigkeit von den bestimmten spulenspezifischen Bildpunktbeträgen und spulenspezifischen Bildpunktphasen mit Hilfe einer Autokorrelationsfunktion A bestimmt wird.
Magnetresonanzanlage umfassend: – mehrere Spulen (6–10) zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes zur Kernresonanzanregung und/oder zum Empfangen des vom Kernmoment ausgehenden Feldes, – eine Steuervorrichtung (11) zum Ansteuern der Spulen (6–10), und – eine Auswertevorrichtung (12) zum Bestimmung eines MR-Bildes eines Untersuchungsobjekts (4), wobei jeder Bildpunkt des MR-Bildes aus mindestens zwei spulenspezifischen MR-Datensätzen von verschiedenen Spulen (6–10) bestimmt wird, wobei jeder Bildpunkt einen Bildpunktbetrag und eine Bildpunktphase umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (1) ausgestaltet ist, – mehrere spulenspezifische Basisphasen φ von verschiedenen Spulen (7–10) zu bestimmen, wobei jede der mehreren spulenspezifischen Basisphasen φ einer der mehreren Spulen (7–10) zugeordnet ist, und – für jeden Bildpunkt des Bildbereichs: – mehrere spulenspezifische Bildpunktbeträge und mehrere spulenspezifische Bildpunktphasen zu bestimmen, wobei ein spulenspezifischer Bildpunktbetrag und eine spulenspezifische Bildpunktphase jeweils aus einem entsprechenden spulenspezifischen MR-Datensatz bestimmt werden, – die spulenspezifischen Bildpunktphasen mit der entsprechenden spulenspezifischen Basisphase φ zu korrigieren, und – die mehreren spulenspezifischen Bildpunktbeträge und die mehreren spulenspezifischen Bildpunktphasen zu dem Bildpunktbetrag und der Bildpunktphase des Bildpunkts zu kombinieren.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–10 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Auswertevorrichtung (12) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programmmitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–10 auszuführen, wenn das Programm in der Auswertevorrichtung (12) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Auswertevorrichtung (12) einer Magnetresonanzanlage (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10 durchführen.