DE102010032450A1

DE102010032450A1 - Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen, Computerprogrammprodukt, elektronisch lesbarer Datenträger, Verarbeitungseinrichtung und Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102010032450A1
Application number: DE102010032450A
Authority: DE
Inventors: Dr. Heid Oliver
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2012-02-02
Also published as: WO2012013436A1; DE112011102508A5; US20130134974A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen umfasst eine Kombination von n zusammengehörigen MR-Messsignalen, wobei die Kombination der MR-Messsignale die Bildung eines Medians der n MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen MR-Messsignals umfasst. Eine Bestimmung eines mittleren Wertes über einen Median hat den Vorteil, dass sie auch gegenüber einer Folge von nicht-gaußverteilten Werten, d. h. Folgen, welche sogenannte „Ausreißer” enthalten, unempfindlich ist. Die „Ausreißer” werden nämlich bei der Bestimmung des Medians nicht mit berücksichtigt. Als Folge hiervon kann weiterhin ein bisher betriebener mit hohen Kosten verbundener Aufwand zur Vermeidung derartiger Ausreißer zumindest verringert werden. Es werden weiterhin ein Computerprogrammprodukt, ein elektronisch lesbarer Datenträger, eine Verarbeitungseinrichtung und eine Magnetresonanzanlage zur Durchführung des Verfahrens beansprucht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen, ein Computerprogrammprodukt, einen elektronisch lesbaren Datenträger, eine Verarbeitungseinrichtung und eine Magnetresonanzanlage.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld B0 (Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr) positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden mittels mindestens einer Sendespule hochfrequente Anregungspulse (HF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen (Signale) mittels Empfangsspulen gemessen, und auf Basis der gemessenen Signale z. B. anatomische MR-Bilder rekonstruiert. Die magnetische Flussdichte dieser HF-Pulse wird üblicherweise mit B1 bezeichnet. Das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird daher im Allgemeinen auch kurz B1-Feld genannt. Mittels dieser Hochfrequenzpulse werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt dabei derart angeregt, dass sie um einen sogenannten ”Anregungsflipwinkel” (im Folgenden auch kurz ”Flipwinkel” genannt) aus ihrer Gleichgewichtslage parallel zum Grundmagnetfeld B0 ausgelenkt werden. Die Kernspins präzedieren dann um die Richtung des Grundmagnetfelds D0. Die dadurch erzeugten Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Die so aufgezeichneten Messsignale werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte, auch Rohdaten genannt, in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Durch mehrdimensionale Fouriertransformation der Werte der k-Raum-Matrix können die Messsignale z. B. zu Bilddaten verrechnet werden, um aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ein zugehöriges MR-Bild zu rekonstruieren. Mithilfe der Magnetresonanz-Technik können neben anatomischen Bildern auch Spektroskopiedaten, Bewegungsdaten oder Temperaturdaten eines untersuchten bzw. behandelten Gebietes ermittelt werden.
Bei der Auswertung von MR-Messsignalen werden üblicherweise ausreichend viele Signale aufgenommen, um z. B. zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR, engl. „signal to noise ratio”) arithmetische Summen und Mittelwerte bilden zu können, und so Fehler in den Messdaten ausgleichen zu können. Wegen der hohen Empfindlichkeit der Signalaufnahme und z. B. durch HF-Interferenzen auftretende Ausreißer in den Signalen, treten hierbei häufig grobe Fehler auf.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen, ein Computerprogrammprodukt, einen elektronisch lesbaren Datenträger, eine Verarbeitungseinrichtung und eine Magnetresonanzanlage anzugeben, mit welchen eine gegenüber Ausreißern stabile Auswertung ermöglicht wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen umfasst eine Kombination von n zusammengehörigen MR-Messsignalen, wobei die Kombination der MR-Messsignale die Bildung eines Medians der n MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen MR-Messsignals umfasst.
Eine Bestimmung eines mittleren Wertes über einen Median hat den Vorteil, dass sie auch gegenüber einer Folge von nicht-gaußverteilten Werten, d. h. Folgen, welche sogenannte „Ausreißer” enthalten, unempfindlich ist. Die „Ausreißer” werden nämlich bei der Bestimmung des Medians nicht mit berücksichtigt. Als Folge hiervon kann weiterhin ein bisher betriebener mit hohen Kosten verbundener Aufwand zur Vermeidung derartiger Ausreißer zumindest verringert werden.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm und ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ladbar. Es umfasst weiter Programm-Mittel, um alle Schritte des obigen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage das obige Verfahren durchführen.
Eine erfindungsgemäße Verarbeitungseinrichtung ist zur Durchführung des obigen Verfahrens ausgeführt.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, welche zur Durchführung des obigen Verfahrens ausgeführt ist.
Die bezüglich des Verfahrens genannten Vorteile und Ausgestaltungen gelten für das Computerprogrammprodukt, den elektronisch lesbaren Datenträger, die Verarbeitungseinrichtung und die Magnetresonanzanlage analog.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 schematisch ein Magnetresonanzgerät zur Durchführung des Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist eine Magnetresonanzanlage dargestellt. Die Magnetresonanzanlage umfasst ein Magnetresonanzgerät 1, welches hier durch seine Magneteinheit 2 repräsentiert ist. Weitere Einheiten des Magnetresonanzgeräts 1 wie Gradientenspuleneinheit und HF-Einheiten, sowie deren Zusammenwirken sind bekannt und daher hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Bei einer MR-Untersuchung befindet sich ein Untersuchungsobjekt in einem Untersuchungsvolumen U innerhalb des Magnetresonanzgeräts 1. Wie oben bereits beschrieben werden während einer MR-Untersuchung HF-Pulse in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt und daraus resultierende MR-Messsignalen gemessen. Die gemessenen MR-Messsignalen werden an eine mit dem Magnetresonanzgerät 1 verbundene Verarbeitungseinheit 6 übertragen und dort gespeichert und ggf. nach einer Vorverarbeitung z. B. zu Bilddaten verarbeitet.
Die Verarbeitungseinheit 6 ist weiterhin mit einer Eingabe-/Ausgabeeinheit 9 verbunden, welche Daten von der Verarbeitungseinheit 6 empfangen und z. B. Bilddaten für einen Nutzer darstellen kann, sowie von einem Nutzer eingegebene Daten, z. B. Steuerbefehle für die Aufnahme von MR-Messsignalen mit dem Magnetresonanzgerät 1 oder zur Verarbeitung von bereits gemessenen MR-Messsignalen, an die Verarbeitungseinheit 6 senden kann.
Wird ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt 7 in die programmierbare Verarbeitungseinheit 6 des Magnetresonanzgeräts 1 geladen, kann das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden, wenn das auf dem Computerprogrammprodukt 7 umfasste Programm auf der Verarbeitungseinheit 6 ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt 7 kann auch als elektronisch lesbare Steuerinformationen auf einen elektronisch lesbaren Datenträger 8 gespeichert werden, und so bei Verwendung des Datenträgers 8 in der Verarbeitungseinheit 6 des Magnetresonanzgeräts 1 eine Durchführung des Verfahrens ermöglichen.
2 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dazu werden in einer Verarbeitungseinheit 6 n zusammengehörige MR-Messsignale geladen (101) und ausgewertet, wobei die Auswertung eine Kombination der n zusammengehörigen MR-Messsignale umfasst (102). Die Kombination der n zusammengehörigen MR-Messsignale umfasst dabei die Bildung eines Medians (M) der n zusammengehörigen MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen Messsignals. Das Ergebnis der Auswertung unter Verwendung des als idealem Messsignal ermittelten Messignals wird z. B. zur Weiterverarbeitung gespeichert oder für eine Ausgabe an einer Ausgabeeinrichtung 9 bereit gemacht (103).
Zusammengehörige MR-Messsignale können hierbei z. B. Rohdaten sein. Die Zusammengehörigkeit rührt beispielsweise daher, dass die MR-Messsignale an einer selben k-Raumposition akquiriert wurden oder sonst eine selbe Bedingung, z. B. Akquisition in einer selben Schicht bzw. Position des Untersuchungsobjekts oder auch eine Akquisition der MR-Messsignalen an einer selben Stelle innerhalb eines von dem Untersuchungsobjekt durchgeführten periodischen Bewegung, bei der Akquisition der MR-Messsignalen vorliegt. Insbesondere bei der Aufnahme von MR-Messsignalen in Verbindung mit Strahlentherapie und/oder Isotopengeneratoren ist eine Wiederholte Aufnahme von zusammengehörigen MR-Messsignalen und eine Bestimmung eines idealen MR-Messsignales aus diesen zusammengehörigen MR-Messsignalen in der Regel durchzuführen.
Eine Auswertung der Rohdaten kann beispielsweise eine Fouriertransformation umfassen, um aus den Rohdaten Bilddaten oder auch spektroskopische Daten zu errechen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Auswertung eine reine Bildung eines Median oder eines Vielfachen des Medians umfassen, um das SNR der aufgenommenen MR-Messsignale zu verbessern.
Weiter zusätzlich oder alternativ kann die Auswertung eine Korrelation mit einer Zeitfunktion umfassen, um z. B. selbe Zeitpunkte innerhalb einer sich periodisch ändernden Messbedingung zu ermitteln.
Zusammengehörige MR-Messsignale können aber auch bereits aus Rohdaten berechnete Bilddaten sein. Die Zusammengehörigkeit rührt hierbei beispielsweise daher, dass die MR-Messsignale Messignale einer selben Position einzelner MR-Bilder oder Serien von MR-Bildern einer Schicht des Untersuchungsobjekts sind.
Eine Auswertung der Bilddaten kann beispielsweise eine reine Bildung eines Medians oder eines Vielfachen des Medians der n Bilddaten z. B. zur Verstärkung des Kontrasts oder zum Ausgleichen von Intensitätsunterschieden oder zur Verbesserung des SNR.
Derartige Auswertungen bzgl. Rohdaten und auch bzgl. Bilddaten werden in gängigen Verfahren bisher zumeist unter Verwendung eines arithmetischen Mittelwerts oder arithmetischer Summen zur Ermittelung eines idealen Messsignals ausgeführt, was zu einer großen Fehleranfälligkeit bei „Ausreißern” in den aufgenommenen MR-Messsignale führt. Derartige nicht-gaußverteilte Folgen von Messsignalen mit Ausreißern werden z. B. durch nur schwer zu vermeidende, auftretende HF-Interferenzen oder sogenannte „Spikes” (elektrische Entladungen an den Gradientenspulen) verursacht und finden sich daher häufig in MR-Messsignalen.
Ein Median bestimmt aus einer Folge von nach ihrer Größe sortierten Werten einen mittleren Wert. Eine Bestimmung eines mittleren Wertes über einen Median hat den Vorteil, dass sie auch gegenüber einer Folge von nicht-gaußverteilten Werten, d. h. Folgen, welche sogenannte „Ausreißer” enthalten, unempfindlich ist. Die „Ausreißer” werden nämlich bei der Bestimmung des Medians nicht mit berücksichtigt.
Hierbei sind z. B. folgende Arten eines Medians einer Folge von MR-Messwerten (x₁, x₂, ... x_n) denkbar.
Der „gewöhnliche” Median:
Der Untermedian:
Der Obermedian:
Der Obermedian und der Untermedian zeichnen sich dadurch aus, dass der als idealer Wert bestimmte (Ober- bzw. Unter) Median immer ein Wert der ursprünglichen Folge ist, wohingegen beim „gewöhnlichen” Median bei einer geraden Anzahl an Elementen in der Folge der Mittelwert der beiden in der Mitte der Folge liegenden Werte ist.
Durch die Verwendung eines Median anstelle von arithmetischen Mittelwerten oder eines Vielfachen eines Medians anstelle von arithmetischen Summen kann eine ausreichend große Robustheit der Auswertung gegenüber Ausreißern erzielt werden, dass der bisher betriebene apparativer Aufwand zur Vermeidung solcher Ausreißer, wie etwa HF-Schirmkabinen oder ein möglichst lunkerfreier Verguss der Gradientenspulen, zumindest reduziert werden kann, ohne die Stabilität der aus den MR-Messsignalen erhaltbaren Informationen über das Untersuchungsobjekt zu verringern. Somit könnten die mit den apparativen Maßnahmen verbundenen hohen Kosten ebenfalls reduziert werden.

Claims

Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen umfassend eine Kombination von n zusammengehörigen MR-Messsignalen, wobei die Kombination der MR-Messsignale die Bildung eines Medians der n MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen MR-Messsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gebildete Median ein Obermedian ein Untermedian oder ein gewöhnlicher Median ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die n zusamengehörigen MR-Messsignale Rohdaten sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Auswertung der Rohdaten eine Fouriertransformation umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Auswertung eine Korrelation mit einer Zeitfunktion umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die n zusammengehörigen MR-Messsignale Bilddaten sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die n zusammengehörigen MR-Messsignale einzelne MR-Bilder oder Serien von MR-Bildern sind.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 auszuführen, wenn das Programm in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 durchführen.
Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7.
Magnetresonanzanlage mit einer Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7.