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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer radialen Abtastung eines Rohdatenraums mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage, wobei unbeabsichtigte zeitliche Verzögerungen der zu erzeugenden Gradientenfelder korrigiert werden. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage.
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Üblicherweise wird in der Magnetresonanztomographie ein Rohdatenraum (auch als Messraum oder K-Raum bekannt) zeilenweise abgetastet. Allerdings sind auch andere Abtastmuster bekannt, wobei insbesondere die radiale Abtastung entlang von Speichen (d. h. durch das K-Raum-Zentrum verlaufende Geraden) in den letzten Jahren zunehmendes Interesse gewonnen hat. Die radiale Abtastung bietet verschiedene Vorteile, wie beispielsweise eine reduzierte Bewegungssensitivität oder die Möglichkeit, mit ultrakurzen Echozeiten (UTE) abzutasten. Die radiale Abtastung ist ein seit langer Zeit bekanntes Verfahren aus den frühen Tagen der Magnetresonanz-Technik, wobei sie sich allerdings bisher nicht auf breiter Ebene durchsetzen konnte. Ursächlich dafür sind in erster Linie inhärente technische Schwierigkeiten, welche beim Übergang der Abtasttrajektorie entlang von parallelen Linien auf gegenläufige, überlappende Speichen entstehen.
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Ein Kernproblem stellen dabei zeitliche Verzögerungen der bei der Abtastung erzeugten Gradientenfelder dar, welche zu einer Abweichung zwischen der angenommenen und der tatsächlich abgetasteten Koordinate der Fouriertransformierten (d. h. im K-Raum) führen. Bei der konventionellen zeilenweisen Abtastung sind diese Abweichungen irrelevant, da hierbei alle Zeilen gleichermaßen bezüglich der Ausleserichtung verschoben werden. Diese Verschiebung führt aufgrund der Verschiebungseigenschaft der Fouriertransformation (Shift-Theorem) zu einer linearen Phasenmodulation des Objektes im Bildraum bei der zeilenweisen Abtastung. Da jedoch üblicherweise nur die Betragswerte (und nicht die Phase) bei der Bildgebung betrachtet werden, bleibt die Phasenmodulation bei zeilenweiser Abtastung ohne eine Auswirkung auf das dargestellte Bild.
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Bei der radialen Abtastung führen die Gradientenverzögerungen ebenfalls zu einer linearen Phasenmodulation der abgetasteten Komponenten im Bildraum. Da sich jedoch die Ausleserichtung bei jeder Speiche von der Ausleserichtung einer jeweils beliebig anderen Speiche unterscheidet, ergibt sich jeweils eine unterschiedliche Phasenmodulation der enthaltenen räumlichen Information. Diese unterschiedliche Phasenmodulation führt zu teilweise starken Bildartefakten durch Interferenzeffekte, welche den diagnostischen Wert von mit radialer Abtastung erstellten MR-Bildern erheblich mindern.
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Nach dem Stand der Technik existieren bisher keine genauen und schlüssigen Erkenntnisse über die physikalischen Ursachen der Gradientenverzögerungen. Einen großen Einfluss scheint das bauformbedingte Antwortverhalten von Gradientenspulen zu haben, da die beobachteten Gradientenverzögerungen meistens anisotrop sind, d. h. die Gradientenverzögerung der Gradientenspule in x-Richtung unterscheidet sich von der Gradientenverzögerung der Gradientenspule in y-Richtung. Darüber hinaus hängen die Gradientenverzögerungen von der gewählten Auslesegeschwindigkeit oder Bandbreite (”Bandwidth”) ab, was einerseits auf eine Amplitudenabhängigkeit oder auf Verzögerungen aufgrund der Digitalisierungshardware deuten könnte. Schließlich scheint es einen Einfluss von Wirbelstromeffekten sowie der System-Justage (Shim-Einstellungen) zu geben.
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Nach dem Stand der Technik sind im Wesentlichen zwei Methoden zur Korrektur von Gradientenverzögerungen bekannt. Bei der ersten Methode werden die tatsächlich erzeugten Gradientenfelder (und somit die im Frequenzraum erzeugte Trajektorie) vermessen, welche dann anschließend für die Zuordnung der Messdaten im Frequenzraum verwendet werden. Für die dabei notwendigen Trajektorienmessungen sind nach dem Stand der Technik die beiden folgenden Druckschriften bezüglich der ersten Methode bekannt, welche für die Trajektorienmessungen teilweise spezielle Sensorhardware einsetzen.
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Bei der zweiten Methode wird die zu erwartende zeitliche Verschiebung abgeschätzt und abhängig davon das Moment des Dephasierungsgradienten derart angepasst, dass der tatsächliche Echozeitpunkt (Abtastung der Ursprungsposition des Frequenzraums) mit der angenommenen Echozeit zusammenfällt. Diese Methode ist in
"Centering the Proection Reconstruction Trajectory: Reducing Gradient Delay Errors"; D. C. Peters, J. A. Derbyshire, E. R. McVeigh, Magn Reson Med., Juli 2003, 50(1): 1–6 vorgestellt, wobei die Verzögerung für ein festes Messprotokoll mit einer einmaligen Kalibrierungsmessung bestimmt wird.
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In "Robust radial imaging with predetermined isotropic gradient delay correction, P. Speier, F. Trautwein, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 14 (2006) 2379 wird die zu erwartende Verzögerung anhand eines linearen Modells ermittelt, so dass es nicht notwendig ist, eine neue Kalibrierung bei einer Änderung der Messparameter durchzuführen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die entsprechende Korrektur nicht ausreicht, da die ursächlichen Effekte anscheinend systemabhängig, justageabhängig und teilweise auch patientenabhängig sind. Daher reicht die sich ergebende Bildqualität nicht für einen klinischen Einsatz, insbesondere nicht für morphologische Untersuchungen, aus.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Gradientenverzögerungen bei einer radialen Abtastung besser zu korrigieren, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer radialen Abtastung des Rohdatenraums mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mit einer radialen Abtastung mittels einer Magnetresonanzanlage dargestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:
Für eine oder für mehrere vorbestimmte Speichen wird jeweils eine oder jeweils mehrere Kalibrierungsmessungen durchgeführt. Bei jeder Kalibrierungsmessung wird dabei eine Gradientenmomentdifferenz zwischen einem angenommenen und einem tatsächlich angelegten Gradientenmoment entlang der jeweiligen Speiche bestimmt. Da das angenommene bzw. tatsächlich angelegte Gradientenmoment dem angenommenen bzw. tatsächlich abgetasteten Abtastpunkt im Frequenzraum entspricht, kann aus der Gradientenmomentdifferenz jederzeit die aufgrund der Gradientenverzögerung resultierende Pixelverschiebung zwischen dem angenommenen Abtastpunkt und dem tatsächlichen Abtastpunkt im K-Raum oder Frequenzraum bestimmt werden.
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Anschließend werden alle Speichen eines vorbestimmten Rohdatenraums ausgelesen, wobei mehrere Magnetfeldgradienten in jeweils einer Raumrichtung (d. h. zwei Magnetfeldgradienten zum Auslesen einer Schicht oder drei Magnetfeldgradienten zum Auslesen eines dreidimensionalen Raumsegments) geschaltet werden, um jeweils Abtastpunkte einer jeweiligen Speiche zu erfassen.
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Nach dem Auslesen des entsprechenden Abtastpunkts wird eine Position jedes Abtastpunkts jeder Speiche abhängig von der Gradientenmomentdifferenz korrigiert. Dazu wird die angenommene Position des jeweiligen Abtastpunkts, welche durch die jeweils geschalteten Magnetfeldgradienten definiert ist, um die Gradientenmomentdifferenz verschoben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen praktischen Einsatz einer radialen Abtastung, da die unerwünschten zeitlichen Verzögerungen der erzeugten Gradientenfelder bei der Bestimmung der tatsächlichen Position des jeweiligen Abtastpunkts korrigiert werden.
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Zur Bestimmung der Gradientenmomentdifferenz gibt es mehrere Möglichkeiten:
- 1. Die Gradientenmomentdifferenz wird nur anhand genau einer vorbestimmten Speiche ermittelt. Dazu kann eine beliebige Speiche gewählt werden; allerdings wird die Speiche meist in der Richtung der zwei oder drei Gradientenspulen gewählt werden.
- 2. Die Gradientenmomentdifferenz wird anhand mehrerer vorbestimmter Speichen ermittelt. In der Regel entspricht die Anzahl der vorbestimmten Speichen bei dieser Möglichkeit der Anzahl der Magnetfeldgradienten oder der Gradientenspulen, wobei sich jeweils eine dieser zwei oder drei Speichen in der Richtung des jeweiligen Magnetfeldgradienten oder in der Richtung der jeweiligen Gradientenspule erstreckt. Es ist allerdings auch möglich, dass die Anzahl der vorbestimmten Speichen die Anzahl der Magnetfeldgradienten oder Gradientenspulen übersteigt. Bei dieser Möglichkeit wird die Gradientenmomentdifferenz als Mittelwert derjenigen Gradientenmomentdifferenzen berechnet, welche für die vorbestimmten Speichen bestimmt worden sind.
- 3. Die Anzahl der vorbestimmten Speichen, anhand derer die Gradientenmomentdifferenz bestimmt wird, entspricht der Anzahl der Magnetfeldgradienten oder Gradientenspulen. Dabei erstreckt sich jeweils eine dieser zwei oder drei Speichen in der Richtung des jeweiligen Magnetfeldgradienten oder der jeweiligen Gradientenspule. Es wird für jede Speiche eine Gradientenmomentdifferenz bestimmt, so dass sich die Gradientenmomentdifferenz quasi aus zwei oder drei Komponenten zusammensetzt.
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Während die Möglichkeiten 1 und 2 nur eine isotrope Korrektur der Gradientenverzögerungen ermöglicht, ermöglicht die Möglichkeit 3 auch eine anisotrope Korrektur. Natürlich ist es bei allen vorab beschriebenen Möglichkeiten möglich, dass die Gradientenmomentdifferenz für die jeweilige vorbestimmte Speiche mehrfach bestimmt wird, um dann beispielsweise mit einem Mittelwert dieser Gradientenmomentdifferenzen als der Gradientenmomentdifferenz für diese Speiche zu arbeiten.
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Bei der im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt eine isotrope Korrektur, d. h. die Gradientenmomentdifferenz wird gemäß der vorab beschriebenen Möglichkeiten 1 oder 2 bestimmt. Dabei sei angenommen, dass die angenommene Position eines Abtastpunkts durch eine x-Koordinate k'x und durch eine y-Koordinate k'y und die korrigierte Position durch eine x-Koordinate kx und durch eine y-Koordinate ky definiert wird. Dann berechnet sich abhängig von der Gradientenmomentdifferenz GMD und dem Winkel φ, welcher zwischen der jeweiligen Speiche, auf welchem der Abtastpunkt liegt, und der x-Achse vorhanden ist, die x-Koordinate kx der korrigierten Position aus der x-Koordinate k'x der angenommenen Position gemäß Gleichung (1) und die y-Koordinate ky der korrigierten Position aus der y-Koordinate k'y der angenommenen Position gemäß Gleichung (2). kx = k'x – GMD × cos(φ) (1) ky = k'y – GMD × sin(φ) (2)
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Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform die angenommene Position des jeweiligen Abtastpunkts um die Gradientenmomentdifferenz entlang der Speiche, auf welcher sich der Abtastpunkt befindet, verschoben.
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Über die folgende Gleichung (3) kann die Gradientenmomentdifferenz GMD in eine Pixelverschiebung PV umgerechnet werden.
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Dabei steht N für die Anzahl der Abtastpunkte entlang einer Speiche und k'max für das maximale angenommene Gradientenmoment. Die Verzögerung wird demnach in Form einer Pixel- oder Sampleverschiebung bestimmt. Eine Pixelverschiebung PV von 2 bedeutet z. B., dass das Echozentrum 2 Sampleabstände neben der angenommenen Echoposition liegt.
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Die Pixelverschiebung oder Echoverschiebung kann bei einer Bildrekonstruktion verwendet werden, um Fehler bei der Positionsbestimmung der Abtastpunkte auszugleichen. Ähnlich wie bei den Gleichungen (1) und (2) erfordern die radialen Trajektorien eine spezielle Rekonstruktionsmethode, welche auch als ”Gridding” bekannt ist, wobei die Messdaten von den jeweiligen Speichenpositionen auf ein reguläres Gitter interpoliert werden. Dafür wird die Position der einzelnen Abtastpunkte im Frequenzraum gemäß der folgenden Gleichungen (4) und (5) berechnet. kx = (–kmax + i × Δk) × cos(φ) (4) ky = (–kmax + i × Δk) × sin(φ) (5)
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Dabei steht k
max für ein um die Gradientenmomentdifferenz korrigiertes maximales Gradientenmoment, i steht für den jeweiligen Index der Abtastposition (d. h. i läuft von 0 bis N) und Δk ist die Differenz zwischen dem Gradientenmoment eines Abtastpunkts und dem Gradientenmoment desjenigen Abtastpunkts, welcher ihm direkt benachbart ist. Demnach lässt sich Δk durch folgende Gleichung (6) berechnen:
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Um die Gradientenverzögerung bei den Gleichungen (4) und (5) zu berücksichtigen, wird durch die folgende Gleichung (7) quasi die Außenposition ±kmax der jeweiligen Speiche um die ermittelte Verzögerung oder Pixelverschiebung PV verschoben.
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Werden mit den Gleichungen (4) bis (7) die Positionen der Abtastpunkte im K-Raum bestimmt, werden die an den entsprechenden Abtastpunkten erfassten Messdaten Gitterpositionen zugeordnet, welche näherungsweise mit den tatsächlichen Frequenzraum-Positionen zum Abtastzeitpunkt übereinstimmen, d. h. Gradientenverzögerungen werden dabei berücksichtigt oder korrigiert.
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Die vorab beschriebenen Ausführungsformen, mit welchen die korrigierten Positionen der Abtastpunkte bestimmt werden, gelten für eine zweidimensionale radiale Abtastung. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auch für eine dreidimensionale radiale Abtastung gültig. In diesem Fall werden drei Gleichungen zur Ermittlung der Koordinaten kx, ky, kz benötigt. Die Gleichung (7) behält bei einer isotropen Korrektur ihre Gültigkeit.
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Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform zur Bestimmung der Gradientenmomentdifferenz entlang einer der vorbestimmten Speichen beschrieben. Dazu wird ein erstes Signal S0(t) entlang dieser Speiche in einer vorbestimmten Richtung (es gibt nur zwei Möglichkeiten für diese Richtung, nämlich die Hinrichtung und die Rückrichtung entlang der Speiche) über eine vorbestimmte Strecke dieser Speiche ausgelesen. Darüber hinaus wird ein zweites Signal S180(t) entlang dieser Speiche in einer der vorbestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung (also in der anderen Richtung) über dieselbe Strecke ausgelesen.
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Legt man die x-Achse entlang dieser Speiche, so entspricht das erste Signal S0(t) einer Messung mit dem Winkel 0° und das zweite Signal S180(t) einer Messung mit dem Winkel 180°. Wenn keine Gradientenverzögerung vorliegt, ist das erste Signal S0(t) lediglich bezüglich der Reihenfolge gegenüber dem zweiten Signal S180(t) vertauscht. Mit anderen Worten sind beide Signale identisch, wenn man die Sortierung der aufgenommenen Werte des zweiten Signals S180(t) umdreht. Wird nun ein weiteres zweites Signal S'180(t) gemäß der folgenden Gleichung (8) definiert, bei welchem die Reihenfolge der Samples gegenüber dem zweiten Signal S180(t) vertauscht ist, dann ist dieses weitere zweite Signal S'180(t) gleich dem ersten Signal S0(t), wenn keine Gradientenverzögerung vorhanden ist. S'180(t) = S180(N – 1 – t) (8)
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Mit N gleich der Anzahl der Samples (d. h. t = 0, 1, ..., N – 1) auf der entsprechenden Speiche bzw. in diesem Fall auf der x-Achse.
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Liegt allerdings eine Gradientenverzögerung vor, so existiert die doppelte Pixelverschiebung 2 × PV zwischen den beiden Signalen S0(t) und S'180(t), so dass folgende Gleichung (9) gilt. S0(t) = S'180(t + 2 × PV) (9)
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Mit anderen Worten ergibt sich, da sowohl das erste Signal S0(t) als auch das weitere zweite Signal S'180(t) verzögert sind, die Echoverzögerung oder Pixelverschiebung PV aus dem halben Pixelversatz zwischen dem ersten Signal S0(t) und dem weiteren zweiten Signal S'180(t).
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Zur Bestimmung der Pixelverschiebung PV aus den Kalibrierungsmessungen wird eine Kreuzkorrelationsanalyse durchgeführt, wie es im Folgenden beschrieben wird.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren robust gegenüber Phasenmodulationen auszugestalten, wird nach der Umsortierung zunächst der Betrag der komplexen Signale S0(t) und S'180(t) berechnet. Anschließend wird die Fouriertransformierte der Beträge für beide Signale berechnet. Durch die bereits vorab angesprochene Verschiebungseigenschaft der Fouriertransformation wird der Pixelversatz von S'180(t) in eine Phasenmodulation gegenüber der Fouriertransformierten von S0(t) übersetzt. Diese Phasenmodulation wird ermittelt, indem die Fouriertransformierte des Betrages von S0(t) mit der komplexkonjugierten Fouriertransformierten des Betrages von S'180(t) multipliziert wird, wodurch sich eine Funktion g(x) gemäß Gleichung (10) ergibt. g(x) = FT(|S0(t)|) × Conj(FT(|S'180(t)|)) (10)
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Abhängig von dieser Funktion g(x) kann nun die Gradientenmomentdifferenz bezüglich dieser Speiche bestimmt werden.
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Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ansatz wird dazu die inverse Fouriertransformation von g(x) bestimmt, wodurch man die Kreuzkorrelationsfunktion von S0(t) und S'180(t) erhält. Ein Abstand zwischen der Position des Maximums dieser Kreuzkorrelationsfunktion invFT(g(x)) und dem k-Raum-Zentrum entspricht der zweifachen Pixelverschiebung 2 × PV.
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Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ansatz wird die Steigung des Phasenverlaufs von g(x) bestimmt. Bei einer einfachen (d. h. gleichartigen Verzögerung entlang der Speiche) ist dieser Phasenverlauf rein linear. Da jedoch der Messraum in der Regel größer als das Messobjekt ist, ist die Phase von g(x) nur innerhalb des Messobjekts bestimmt. Um diesem Sachverhalt Rechnung zu tragen, wird in einem ersten Schritt das Betragsmaximum von g(x) ermittelt. Ausgehend von diesem Maximum wird ein Intervall derart bestimmt, dass der Betrag von g(x) in diesem Intervall, in welchem sich auch das Maximum befindet, niemals kleiner als ein vorbestimmter Betragsschwellenwert ist. Dabei ist dieser Betragsschwellenwert einen vorbestimmten Prozentsatz (z. B. 5%) kleiner als das Betragsmaximum. Innerhalb dieses Intervalls wird anschließend eine lineare Funktion beispielsweise mit einer linearen Ausgleichsrechnung an den Phasenverlauf von g(x) angepasst (gefittet). Aus der Steigung S der linearen Funktion bzw. Geraden ergibt. sich dann die Pixelverschiebung PV gemäß der folgenden Gleichung (11).
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Mit Hilfe der Gleichung (3) lässt sich daraus gemäß der folgenden Gleichung (12) die Gradientenmomentdifferenz GMD entlang der Speiche bestimmen.
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Um eine anisotrope Korrektur der Verzögerung durchzuführen, werden bei einer zweidimensionalen radialen Abtastung eine Kalibrierungsmessung entlang der x-Achse zur Ermittlung der Gradientenmomentdifferenz GMDx entlang der x-Achse und eine Kalibrierungsmessung entlang der y-Achse zur Ermittlung der Gradientenmomentdifferenz GMDy entlang der y-Achse durchgeführt. Bei einer dreidimensionalen radialen Abtastung müsste zusätzlich noch eine Kalibrierungsmessung entlang der z-Achse zur Ermittlung der Gradientenmomentdifferenz GMDz entlang der z-Achse durchgeführt werden. Über die Gleichung (3) kann die entsprechende Gradientenmomentdifferenz GMDx, GMDy bzw. GMDz einfach in die entsprechende Pixelverschiebung PVx, PVy bzw. PVz umgerechnet werden. Zur anisotropen Korrektur wird nun die Gleichung (7) durch die folgende Gleichung (13) ersetzt.
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Über die Gleichungen (4) und (5) kann dann unter Berücksichtigung der Gleichung (13) die anisotrop korrigierte Position des entsprechenden Abtastpunkts bestimmt werden.
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Es ist aber auch möglich, aus der angenommenen Position (k'x, k'y) des jeweiligen Abtastpunkts abhängig von den Gradientenmomentdifferenzen GMDx und GMDy entlang der x-Achse und der y-Achse die korrigierte Position (kx, ky) des Abtastpunkts gemäß der folgenden Gleichungen (14) und (15) zu bestimmen.
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Eine anisotrope Gradientenverzögerung kann dazu führen, dass Speichen, welche durch eine Überlagerung der X- und Y-Gradienten (und gegebenenfalls mit einer Überlagerung des Z-Gradienten im dreidimensionalen Fall) erzeugt werden, gegenüber dem K-Raum-Zentrum versetzt sind. Diese Verschiebung gegenüber dem K-Raum-Zentrum lässt sich durch die vorab mit den Gleichungen (13) bis (15) beschriebenen Ausführungsformen korrigieren.
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Die Durchführung der Kalibrierungsmessungen zur Bestimmung der Gradientenmomentdifferenzen bzw. Pixelverschiebungen kann in einer Vorbereitungsphase der eigentlichen MR-Messung durchgeführt werden. Insbesondere bei gradientenechobasierten Messsequenzen, welche eine kurze Repetitionszeit verwenden (z. B. 3D FLASH oder 2D FLASH), ist es üblicherweise erforderlich, dass vor der Aufnahme der eigentlichen Messdaten so genannte ”Prep-Shots” durchgeführt werden, damit die Magnetisierung innerhalb des Messobjekts in einen Gleichgewichtszustand gebracht wird. Diese vorbereitenden Messungen sind insbesondere bei radialen Sequenzen wichtig, da alle Speichen gleich wichtige Informationen (Messdaten) zum Gesamtergebnis beitragen, so dass auch die über die ersten Speichen erfassten Informationen für das Gesamtergebnis wichtig sind. Werden keine vorbereitenden Messungen (Prep-Shots) durchgeführt, so ist die Signalstärke bei den Messungen der ersten Speichen durch die noch nicht vorhandene Absättigung der Magnetisierung im Messobjekt zu hoch, was zu so genannten Verschmierungsartefakten führt.
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Bei beispielsweise 200 Prep-Shots können 100 Gradientenmomentdifferenzen entlang einer Speiche berechnet werden. Da bei einer zweidimensionalen radialen Abtastung im Wesentlichen nur die Speichen entlang der x-Gradientenspule und entlang der y-Gradientenspule interessant sind, kann also die Gradientenmomentdifferenz entlang der x-Achse und die Gradientenmomentdifferenz entlang der y-Achse jeweils 50-Mal bestimmt werden. Die endgültige Gradientenmomentdifferenz entlang der x-Achse und die endgültige Gradientenmomentdifferenz entlang der y-Achse werden dann über eine Mittelwertbildung berechnet. Dazu besteht zum einen die Möglichkeit die erfassten Signale (z. B. S0(t), S180(t)) zu mitteln und anhand dieser gemittelten Signale dann die endgültige Gradientenmomentdifferenz zu bestimmen. Die andere Möglichkeit besteht darin, aus jeweils zwei entsprechenden Signalen (z. B. S0(t), S180(t)) die jeweilige Gradientenmomentdifferenz zu bestimmen und dann aus diesen z. B. 50 Gradientenmomentdifferenzen die endgültige Gradientenmomentdifferenz über Mittelwertbildung zu bestimmen.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann eine beliebige vorher beschriebene Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem vorher beschriebenen Verfahren zur Vorkompensation der Gradientenverzögerung durch Anpassung des Moments des Vordephasierungsgradienten (siehe D. C. Peters und andere oder P. Speier und andere) kombiniert werden. Die vorliegende Erfindung korrigiert dann insbesondere diejenigen Verzögerungen der Gradientenfelder, welche trotz des angepassten Vordephasierungsgradienten noch vorhanden sind.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer radialen Abtastung bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen der Magnetresonanzanlage, eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und zur Erstellung des Bilddatensatzes. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage eine oder mehrere Kalibrierungsmessungen für eine oder mehrere vorbestimmte Speichen durchführt, um eine Gradientenmomentdifferenz entlang der einen oder der mehreren Speichen zu bestimmen. Die Magnetresonanzanlage liest alle Speichen des Rohdatenraums aus, indem die Magnetresonanzanlage mehrere Magnetfeldgradienten in jeweils eine Raumrichtung schaltet, um jeweils Abtastpunkte einer dieser Speichen auszulesen. Die Magnetresonanzanlage korrigiert eine Position jedes Abtastpunkts jeder Speiche abhängig von der Gradientenmomentdifferenz, indem die Magnetresonanzanlage eine aufgrund der jeweils geschalteten Magnetfeldgradienten angenommene Position des jeweiligen Abtastpunkts um die Gradientenmomentdifferenz verschiebt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
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Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist vorteilhafterweise adaptiv, benötigt keine Benutzerinteraktion und erfordert keine vorherigen Kalibrierungsschritte, so dass die Messzeit nicht verlängert wird. Die vorliegende Erfindung korrigiert vorteilhafterweise gerätespezifische und patientenabhängige Verzögerungen, welche nach dem Stand der Technik ein deutliches Problem für den routinemäßigen Einsatz von radialen Messtechniken darstellen.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für MR-Verfahren, welche mit einer radialen Abtastung arbeiten, geeignet. Darunter fallen auch MR-Verfahren, bei welchen eine Speiche in mehreren Schritten, d. h. mit mehreren HF-Anregungen abgetastet wird. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bevorzugten Anwendungsbereiche eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch bei einer Einzelpunkt-Bildgebung eingesetzt werden könnte.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
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In 1 sind eine radiale Abtastung und eine zeilenweise Abtastung dargestellt.
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In 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dargestellt.
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In 3 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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In 1a ist eine radiale Abtastung und in 1b eine konventionelle zeilenweise Abtastung dargestellt. Bei der gewöhnlicherweise eingesetzten zeilenweisen Abtastung wird ein Messraum 4 oder eine Schicht des K-Raums Zeile für Zeile abgetastet, wobei pro Zeile mehrere Punkte erfasst werden. Dadurch wird die abgetastete Schicht sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung gleichmäßig abgetastet. D. h. Abtastpunkte haben in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung meist denselben Abstand zu ihrem Nachbarn.
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Dagegen wird bei der in 1a dargestellten zweidimensionalen radialen Abtastung der Messraum 4 oder die abgetastete Schicht mittels Speichen 1 abgetastet, welche wie die Speichen eines Rades durch das Zentrum Z der Schicht verlaufen. Dabei werden pro Speiche 1 mehrere Punkte erfasst, welche normalerweise äquidistant auf der Speiche 1 angeordnet sind.
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Daher werden bei einer radialen Abtastung im Bereich um das Zentrums Z auf derselben Fläche mehr Abtastpunkte erfasst als in den Randbereichen des Messraums 4.
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Zur Orientierung sind in 1a eine Speiche x als x-Achse und eine dazu senkrecht stehende Speiche y als y-Achse gekennzeichnet. Diese Bezeichnung ist willkürlich, d. h. es können zwei beliebige aufeinander senkrecht stehende Speichen 1 als x-Achse und y-Achse gekennzeichnet werden. Ein Winkel φ bezeichnet denjenigen Winkel, welchen die entsprechende Speiche 1 mit der x-Achse einschließt.
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Bei einer dreidimensionalen radialen Abtastung würden die Speichen 1 ebenfalls durch dasselbe Zentrum verlaufen. In diesem Fall liegen die Speichen allerdings nicht in einer Ebene, sondern sind derart angeordnet, dass ihre Enden auf einer Art Kugeloberfläche liegen, wobei das Zentrum der Mittelpunkt der zugehörigen Kugel ist.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 5 schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzanlage 5 umfasst im Wesentlichen einen Tomograph 3, mit welchem das für die MR-Untersuchung notwendige Magnetfeld in einem Messraum 4 erzeugt wird, einen Tisch oder Liegenbrett 2, eine Steuereinrichtung 6, mit welcher der Tomograph 3 gesteuert wird und MR-Daten von dem Tomograph 3 erfasst werden, und ein an die Steuereinrichtung 6 angeschlossenes Terminal 7.
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Die Steuereinrichtung 6 umfasst ihrerseits eine Ansteuereinheit 11, eine Empfangsvorrichtung 12 und eine Auswertevorrichtung 13. Während der Erstellung eines Bilddatensatzes werden MR-Daten mittels des Tomograph 3 von der Empfangsvorrichtung 12 erfasst, wobei der Tomograph 3 und der Tisch 2 von der Ansteuereinheit 11 derart angesteuert werden, dass MR-Daten in einem Messvolumen, welches sich im Körperinneren eines auf dem Tisch 2 liegenden Patienten O befindet, erfasst werden.
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Die Auswertevorrichtung 13 bereitet dann die MR-Daten derart auf, dass sie auf einem Bildschirm 8 des Terminals 7 grafisch dargestellt werden können und dass erfindungsgemäß erstellte Bilder, bei welchen Verzögerungen der erzeugten Gradientenfelder korrigiert sind, angezeigt werden. Neben der grafischen Darstellung der MR-Daten kann mit dem Terminal 7, welches neben dem Bildschirm 8 eine Tastatur 9 und eine Maus 10 umfasst, von einem Anwender z. B. ein zu vermessender dreidimensionaler Volumenabschnitt oder eine quasi zweidimensionale Schicht vorgegeben werden und weitere Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Über das Terminal 7 kann auch die Software für die Steuereinrichtung 6 in die Steuereinrichtung 6 geladen werden. Diese Software der Steuereinrichtung 6 kann dabei auch das erfindungsgemäße Verfahren umfassen. Es ist dabei auch möglich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Software enthalten ist, welche in dem Terminal 7 abläuft. Unabhängig davon, in welcher Software das erfindungsgemäße Verfahren enthalten ist, kann die Software auf einer DVD 14 gespeichert sein, so dass diese Software dann von dem Terminal 7 von der DVD 14 gelesen und entweder in die Steuereinrichtung 6 oder in eine Recheneinheit des Terminals 7 selbst kopiert werden kann.
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In 3 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet.
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Im Schritt S1 werden so genannte Prep-Shots durchgeführt, um die Magnetisierung innerhalb des Messobjekts in einen Gleichgewichtszustand zu bringen. Bei diesen Prep-Shots werden für die auf der x-Achse und auf der y-Achse liegenden Speichen mehrfach die Gradientenmomentdifferenzen zwischen einem angenommenen und einem tatsächlich angelegten Gradientenmoment z. B. mittels des mit den Gleichungen (8) bis (11) beschriebenen erfindungsgemäßen Ansatzes bestimmt.
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Im Schritt S2 werden mehrere Abtastpunkte entlang einer der Speichen 1 abgetastet. Anschließend wird die Position jedes ausgelesenen Abtastpunkts mit Hilfe der in Schritt S1 bestimmten Gradientenmomentdifferenz(en) korrigiert. Diese Korrektur erfolgt insbesondere mit einem mit den Gleichungen (1) bis (7) und (13) bis (15) beschriebenen erfindungsgemäßen Ansatz.
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Im Schritt S4 wird überprüft, ob bereits alle Abtastpunkte im Messraum erfasst worden sind, d. h. ob alle Abtastpunkte aller Speichen ausgelesen worden sind. Wenn dies nicht der Fall ist (nein bei Schritt S4), kehrt das Verfahren zu dem Schritt S2 zurück, in welchem noch fehlende Abtastpunkte einer bereits abgetasteten Speiche oder Abtastpunkte einer weiteren noch nicht abgetasteten Speiche 1 ausgelesen werden. Wenn bereits alle Abtastpunkte erfasst worden sind (ja bei Schritt S4), endet das Verfahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Simple Correction Method for k-Space Trajectory Deviations in MRI”, J. H. Duyn, Y. Yang, J. A. Frank und J. W. van der Veen, JMR Volume 132, Issue 1, Mai 1998, Seiten 150–153 [0007]
- ”Spiral imaging artefact reduction: A comparision of two k-trajectory measurement methods”, S. M. Lechner, P. T. Sipilä, F. Wiesinger, A. B. Kerr, M. W. Vogel, JMRI Volume 29, Issue 6, Seiten 1485–1492 [0008]
- ”Centering the Proection Reconstruction Trajectory: Reducing Gradient Delay Errors”; D. C. Peters, J. A. Derbyshire, E. R. McVeigh, Magn Reson Med., Juli 2003, 50(1): 1–6 [0009]
- ”Robust radial imaging with predetermined isotropic gradient delay correction, P. Speier, F. Trautwein, Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 14 (2006) 2379 [0010]
- D. C. Peters [0045]
- P. Speier [0045]