DE102011005046A1

DE102011005046A1 - Verfahren zum Erzeugen eines MR-Bildes mit einem Trackinfaktor und entsprechende Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102011005046A1
Application number: DE102011005046A
Authority: DE
Inventors: Dr. Greiser Andreas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-06
Also published as: US9354290B2; US20130060126A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Erzeugung eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines lebenden Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5). Dabei werden folgende Schritte abgearbeitet: Bestimmen jeweils eines Trackingfaktors (30) für unterschiedliche Bereiche des Volumenabschnitts, wobei mit dem jeweiligen Trackingfaktor (30) abhängig von einer Position eines Leitbereichs (33) des Untersuchungsobjekts (O) die Position des jeweiligen Bereichs bestimmbar ist. Erfassen von MR-Bilddaten des Volumenabschnitts für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs (33). Zur Rekonstruktion des MR-Bildes für jeden der Bereiche werden folgende Schritte abgearbeitet: • Berechnen der Position des Leitbereichs (33) abhängig von der Position des jeweiligen Bereichs und dem Trackingfaktor (30) des jeweiligen Bereichs. • Konstruieren der MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs anhand der der berechneten Position des Leitbereichs (33) entsprechenden MR-Bilddaten des Volumenabschnitts. Erzeugen des MR-Bildes des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels einer Kombination der konstruierten MR-Bilddaten der Bereich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von MR-Bildern mit einem Trackingfaktor, welcher insbesondere einen linearen Zusammenhang zwischen einer Diaphragmaposition und einer Herzposition (oder zwischen einer Diaphragmaverschiebung und einer Herzverschiebung) angibt.
Nach dem Stand der Technik werden bei einer MR-Koronarienbildgebung zur Rekonstruktion die MR-Daten gegatet aufgenommen. D. h., dass MR-Daten, welche außerhalb eines vorher festgelegten Akzeptanzfensters für die Diaphragmaposition gemessen werden, verworfen und nochmals gemessen werden, bis die Datenerfassung innerhalb des vorgegebenen Akzeptanzfensters stattgefunden hat.
Gemäß einem neueren Verfahren (A Fully Automatic and Highly Efficient Navigator Gating Technique for High-Resolution Free-Breathing Acquisitions: Continuously Adaptive Windowing Strategy", P. Jhooti u. a., Magnetic Resonance in Medicine, 2010) werden die MR-Daten gesammelt, bis für eine beliebige Atemposition die MR-Daten in ausreichender Weise erfasst worden sind. Anschließend findet anhand dieser MR-Daten eine Rekonstruktion für diese Atemposition statt. MR-Daten, welche dabei zur Rekonstruktion nicht benötigt werden, werden wiederum verworfen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, MR-Bilder mit Hilfe eines adaptiven Trackingfaktors zu erzeugen, wobei die derart erzeugten MR-Bilder eine höhere Qualität als nach dem Stand der Technik üblich aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen eines MR-Bildes nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Bilddaten nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines lebenden Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

• Für mehrere Bereiche des Volumenabschnitts werden jeweils entsprechende Trackingfaktoren bestimmt, so dass jeder Bereich seinen individuellen Trackingfaktor aufweist. Abhängig von einer Position eines Leitbereichs (z. B. des Diaphragmas) des Untersuchungsobjekts ist die Position des jeweiligen Bereichs über den entsprechenden Trackingfaktor (dieses Bereichs) bestimmbar. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß nicht mit nur einem Trackingfaktor gearbeitet, sondern mit mehreren Trackingfaktoren, wobei jeder Bereich zumindest einen individuellen Trackingfaktor besitzt. Diese Trackingfaktoren können beispielsweise in einer Vormessung bestimmt werden. Jeder Trackingfaktor gibt insbesondere einen linearen Zusammenhang zwischen der Position des Leitbereichs und der Position des jeweiligen Bereichs, für welchen der jeweilige Trackingfaktor bestimmt wurde, (oder zwischen der Verschiebung des Leitbereichs und der Verschiebung des jeweiligen Bereichs) an.
• Für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs werden MR-Bilddaten des Volumenabschnitts erfasst. Mit anderen Worten wird bei jeder Erfassung von MR-Bilddaten des Volumenabschnitts die Position des Leitbereichs erfasst, so dass für die erfassten MR-Bilddaten jeweils die Position des Leitbereichs bekannt ist, bei welcher die MR-Bilddaten erfasst worden sind.
• Bei der Rekonstruktion eines MR-Bildes für einen der Bereiche werden folgende Schritte durchgeführt:
– Abhängig von der Position des jeweiligen Bereiches wird mit Hilfe des Trackingfaktors des jeweiligen Bereichs die entsprechende Position des Leitbereichs berechnet. Mit anderen Worten erfolgt erfindungsgemäß umgekehrt zum Stand der Technik die Berechnung der Position des Leitbereichs ausgehend von der Position des jeweiligen Bereichs mittels des Trackingfaktors.
– Für die derart berechnete Position des Leitbereichs werden die vorher für diese Position des Leitbereichs erfassten MR-Bilddaten des Volumenabschnitts ermittelt (z. B. aus einem entsprechenden Speicher ausgelesen) oder aus anderen erfassten MR-Bilddaten die MR-Bilddaten für die berechnete Position erzeugt (rekonstruiert). Zur Konstruktion oder Rekonstruktion der MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs werden dann diese ermittelten oder erzeugten MR-Bilddaten verwendet. Abhängig vom Trackingfaktor werden also die für eine bestimmte Position des Leitbereichs ermittelten MR-Daten einer bestimmten (neuen oder anderen) Position innerhalb des Volumenabschnitts zugewiesen.
• Die derart konstruierten MR-Bilddaten der verschiedenen Bereiche werden kombiniert, um das MR-Bild des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erzeugen.

Da im Gegensatz zum Stand der Technik mehrere Trackingfaktoren eingesetzt werden, wobei jeder Bereich des Volumenabschnitts seinen genau für ihn passenden Trackingfaktor aufweist, kann das für den Volumenabschnitt rekonstruierte MR-Bild mit einer höheren Qualität erzeugt werden. Dabei wird erfindungsgemäß beispielsweise bei der Darstellung des menschlichen Herzens die Mannigfaltigkeit von MR-Koronariendaten bezüglich der Atemposition (Diaphragmaposition) derart ausgenutzt, dass die MR-Bilddaten für verschiedene Trackingfaktor rekonstruiert werden.
Indem verschiedene MR-Bilddaten, welche jeweils mit einem lokal optimalen Trackingfaktor rekonstruiert worden sind, zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, kann beispielsweise die Darstellung der Koronarien mittels MR-Bildgebung aufgrund verringerter Atemartefakte verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, dass auch außerhalb eines nach dem Stand der Technik bekannten Akzeptanzfensters erfasste MR-Daten genutzt werden können, um MR-Bilddaten für weitere Positionen des Leitbereichs (z. B. Atempositionen) zu rekonstruieren.
Wie es vorab bereits bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorteilen angedeutet ist, ist das Untersuchungsobjekt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Säugetier und der Leitbereich ein Diaphragma dieses Säugetiers und/oder der vorbestimmte Volumenabschnitt zumindest ein Teilgebiet des Herzens des Säugetiers, wobei dieses Teilgebiet auch eine unmittelbare Umgebung des Herzens einschließen kann. Gemäß dieser Ausführungsform kann der vorbestimmte Volumenabschnitt auch das gesamte Herz mit oder ohne unmittelbare Umgebung des Herzens umfassen.
Beispielsweise kann es sich bei dem vorbestimmten Volumenabschnitt um den Koronarbereich (d. h. insbesondere die Herzkranzgefäße) des Säugetiers bzw. des Menschen handeln. Dabei kann jeder Koronarbereich einem Bereich entsprechen, für den dann ein individueller Trackingfaktor bestimmt wird. Es ist auch möglich, dass jeder Koronarbereich in mehrere Bereiche unterteilt wird und dass für jeden dieser Bereiche ein individueller Trackingfaktor bestimmt wird.
Die Bereiche des Volumenabschnitts können beispielsweise in Z-Richtung (d. h. in Richtung des Grundmagnetfelds der Magnetresonanzanlage) übereinander bzw. hintereinander angeordnet werden, so dass sich die Positionen dieser in Z-Richtung hintereinander angeordneten Bereiche jeweils in ihrer Z-Koordinate unterscheiden.
Mit anderen Worten ist bei dem vorab genannten Beispiel der Trackingfaktor von der Z-Position abhängig. Damit ist der Trackingfaktor erfindungsgemäß von folgenden Einflussgrößen abhängig:

• Von dem Untersuchungsobjekt, insbesondere von dem zu untersuchenden Menschen oder besser von der individuellen Anatomie des Patienten.
• Von einem Volumenteilabschnitt des Volumenabschnitts, in welchem sich der jeweilige Bereich befindet. Dabei kann es sich beispielsweise bei dem Volumenteilabschnitt um einen bestimmten Koronarzweig (um ein bestimmtes Herzkranzgefäß) handeln, so dass der jeweilige Trackingfaktor spezifisch für einzelne Kornarienzweige sein kann.
• Von einer Z-Position innerhalb des entsprechenden Volumenteilabschnitts.

Zusammenfassend ist der Trackingfaktor gemäß dem vorab beschriebenen Beispiel von der genauen betrachteten Position im Herzen abhängig, so dass für jede dieser Positionen der Trackingfaktor in der Vormessung bestimmt werden muss. Dadurch ist die Korrektur aufgrund des Trackingfaktors genauer als nach dem Stand der Technik und führt im Ergebnis zu keinen verbleibenden Bewegungsunschärfen bei der Kornariendarstellung.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Trackingfaktor neben der Z-Position innerhalb des entsprechenden Volumenteilabschnitts erfindungsgemäß auch von der X-Position und/oder der Y-Position (auf den Achsen senkrecht zur Z-Richtung) innerhalb des entsprechenden Volumenteilabschnitts abhängig sein kann. Dies ist z. B. der Fall, wenn eine Koronarie an der Hinterwand des Herzens verläuft und dort in der Vormessung unterschiedliche Trackingfaktoren für verschiedene X-Positionen und/oder Y-Positionen gemessen werden.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die MR-Bilddaten des Volumenabschnitts schrittweise erfasst. Dabei werden bei jedem Schritt nur MR-Daten eines Teilsegments des K-Raums (und nicht die gesamten Daten des K-Raums) erfasst. Der gesamte K-Raum korrespondiert dabei mit dem vorbestimmten Volumenabschnitt oder genauer mit einem Volumen, welches unabhängig von der Position des Leitbereichs (und damit unabhängig von der Bewegung der zu erfassenden Bereiche des Volumenabschnitts) den vorbestimmten Volumenabschnitt umfasst. Da sich der Leitbereich (insbesondere wenn es sich um das Diaphragma handelt) ständig bewegt und somit seine Position ändert, werden bei dieser Ausführungsform die unterschiedlichen Teilsegmente des K-Raums für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs erfasst. Anders ausgedrückt sind nach einer vollständigen Erfassung des K-Raums zwar alle Teilsegmente des K-Raums erfasst worden, wobei allerdings jedes Teilsegment bei einer anderen Position des Leichtbereichs erfasst worden ist. Natürlich können dabei auch zufälligerweise zwei oder mehr Teilsegmente bei derselben Position des Leitbereichs erfasst worden sein.
Nach einer mehrfachen Abtastung des K-Raums ist demnach jedes Teilsegment des K-Raums mehrfach bei (in aller Regel) verschiedenen Positionen des Leitbereichs erfasst worden. Dennoch kann erfindungsgemäß der Fall auftreten, dass beim Rekonstruieren der MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs ein bestimmtes Teilsegment für die aus der Position des jeweiligen Bereichs und dem entsprechenden Trackingfaktor berechnete Position des Leitbereichs nicht vorhanden ist (da das Teilsegment beim Erfassen der Daten aus dem K-Raum nicht für diese Position des Leitbereichs erfasst worden ist). In diesem Fall existieren erfindungsgemäß folgende Möglichkeiten:

• Anstelle der MR-Daten des Teilsegments für die gesuchte Position des Leitbereichs wird mit MR-Daten gearbeitet, welche ebenfalls für dieses Teilsegment aber nicht für die gesuchte Position des Leitbereichs, sondern für eine Position des Leitbereichs erfasst worden sind, welche der gesuchten Position möglichst nahe liegt.
• Mit Hilfe des Verfahrens des komprimierten Abtastens (”compressed sensing”) werden MR-Daten für jede Kombination von Teilsegment und Position des Leitbereichs aus den im K-Raum erfassten MR-Daten konstruiert, ohne dass jedes Teilsegment bei jeder möglichen oder vorbestimmten Position des Leitbereichs abgetastet worden ist. Das Verfahren des komprimierten Abtastens ist dabei als Synonym für ein Verfahren zu verstehen, mittels welchem man auch ausgehend von Abtastverfahren bzw. Messverfahren, welche nicht dicht (sondern mit Löchern oder spärlich) abtasten bzw. messen, vergleichsweise gute Ergebnisse für Stellen rekonstruieren kann, für welche Abtastwerte bzw. Messwerte zumindest teilweise fehlen.

Es ist erfindungsgemäß allerdings auch möglich, dass vorbestimmte Positionen des Leitbereichs (beispielsweise durch vorbestimmte Positionen entlang der Z-Achse, z. B. zu jedem vollen Millimeter der z-Position) bestimmt werden, und dass so lange MR-Daten der Teilsegmente des K-Raums erfasst werden, bis MR-Daten für jede Kombination eines Teilsegments und einer vorbestimmten Position erfasst worden sind.
In diesem Fall ist sichergestellt, dass bei der Rekonstruktion des MR-Bildes für einen beliebigen Bereich für die gesuchte Position des Leitbereichs auch die MR-Daten aller Teilsegmente vorhanden sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Bilddaten bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung, um das Gradientenfeldsystem und die HF-Antenne zu steuern, von der HF-Antenne aufgenommene Messsignale zu empfangen, diese Messsignale auszuwerten und somit MR-Bilddaten zu erfassen. Die Magnetresonanzanlage umfasst darüber hinaus einen Navigator, um während des Erfassens der Messsignale oder MR-Bilddaten eine Position eines Leitbereichs (insbesondere des Diaphragmas) zu bestimmen. Dadurch ist die Magnetresonanzanlage in der Lage, jeweils einen Trackingfaktor für verschiedene Bereiche des Volumenabschnitts zu bestimmen. Darüber hinaus ist die Magnetresonanzanlage derart ausgestaltet, dass MR-Bilddaten des Volumenabschnitts für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs erfassbar sind, wobei jeweils beim Erfassen der MR-Bilddaten die jeweilige Position des Leitbereichs ermittelbar ist. Bei der Rekonstruktion des MR-Bildes für den jeweiligen Bereich führt die Magnetresonanzanlage folgende Schritte durch:

• Die Magnetresonanzanlage bestimmt die Position des Leitbereichs in Abhängigkeit von der Position des jeweiligen Bereichs und des Trackingfaktor, welcher für diesen Bereich bestimmt worden ist.
• Die Magnetresonanzanlage rekonstruiert die MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs anhand derjenigen MR-Bilddaten des Volumenabschnitts, welche für die vorab berechnete Position des Leitbereichs erfasst worden sind.

Schließlich rekonstruiert die Magnetresonanzanlage das MR-Bild des vorbestimmten Volumenabschnitts, indem die Magnetresonanzanlage die rekonstruierten MR-Bilddaten der Bereiche kombiniert.
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.
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 oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 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 (übersetzt) 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.
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.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur im Vergleich zum Stand der Technik schärferen MR-Koronarienbildgebung unter Berücksichtigung der Herzverschiebung aufgrund von Atembewegungen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung prinzipiell in jedem Fall eingesetzt werden kann, in dem ein fester z. B. linearer Zusammenhang zwischen der Bewegung eines Leitbereichs und der Bewegung eines Volumenabschnitts, der während der Bewegung bildlich erfasst werden soll, vorliegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dargestellt.
In 2 ist schematisch dargestellt, wie MR-Daten des Herzens eines Untersuchungsobjekts erfasst werden.
3 stellt ein Flussablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers (z. B. des Herzens), welcher auf einem Tisch 23 liegend zur Datenerfassung in die Magnetresonanzanlage 5 geschoben wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z. B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
In 2 ist schematisch und beispielhaft dargestellt, wie die MR-Bilddaten des Volumenabschnitts, in diesem Fall des Herzens 36 eines Patienten O, erfasst werden. Die MR-Daten werden insbesondere mit einer dreidimensionalen segmentierten Aufnahmetechnik erfasst, bei welcher jeweils der gesamte interessierende Herzbereich mit einem HF-Puls angeregt wird. Es ist allerdings auch möglich, die MR-Daten zweidimensional, d. h. Schicht für Schicht 34 zu erfassen.
Bei der Datenerfassung bewegt sich das Herz oder der Koronarbereich des Herzens 36 wie es anhand des Doppelpfeils 31 dargestellt ist. Diese Bewegung oder Positionsänderung eines bestimmten Bereichs innerhalb des Herzens 36 korrespondiert mit der Bewegung des Diaphragmas 33, wobei die Bewegung oder Positionsänderung des Diaphragmas 33 durch den Doppelpfeil 32 dargestellt ist. Die Bewegung des Diaphragmas 33 wird auch Atembewegung genannt. Der Trackingfaktor 30 definiert nun einen Zusammenhang zwischen der Bewegung eines bestimmten Bereichs im Herzen 36 und der Bewegung des Diaphragmas 33. Der Trackingfaktor 30 ist dabei neben dem jeweiligen Koronarbereich auch von der Z-Koordinate entlang der Z-Richtung 35, welche der Richtung des Grundmagnetfelds der Magnetresonanzanlage entspricht, (also von der Z-Position innerhalb des Koronarbereichs) abhängig.
In 3 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Im ersten Schritt S1 werden im Rahmen einer Vormessung Trackingfaktoren für mehrere Koronarbereiche des Herzens 36 bestimmt. Dabei wird jeder Koronarbereich in mehrere Bereiche unterteilt, welche entlang der Z-Richtung 35 übereinander liegen, so dass sich diese Bereiche hinsichtlich ihrer Z-Position unterscheiden. Für jeden dieser Bereiche wird ein individueller Trackingfaktor bestimmt.
Im folgenden Schritt S2 werden MR-Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts (d. h. des Herzens 36 und seiner Umgebung) erfasst. Dabei wird jeweils gleichzeitig mit der Erfassung der MR-Bilddaten mit Hilfe des Navigators die Position des Diaphragmas zu dem Zeitpunkt erfasst, zu welchem auch die MR-Bilddaten erfasst werden. Die erfassten MR-Bilddaten werden zusammen mit der Position des Diaphragmas abgespeichert.
Gemäß dem dargestellten Verfahren wird für jeden Koronarbereich folgende Programmschleife durchgeführt.
Für jeden Bereich innerhalb des jeweiligen Koronarbereichs wird abhängig von dem Trackingfaktor und der Z-Position des Bereichs in dem Schritt S3 die Position des Diaphragmas berechnet.
Anschließend werden die der berechneten Position des Diaphragmas entsprechenden MR-Bilddaten dazu benutzt, die MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs im Schritt S4 zu rekonstruieren. Die entsprechenden MR-Bilddaten einer Diaphragmaposition sind am besten diejenigen MR-Bilddaten, welche im Schritt S2 für diese Diaphragmaposition erfasst und abgespeichert worden sind. Sind im Schritt S2 für eine Diaphragmaposition keine MR-Bilddaten erfasst worden, werden die der Diaphragmaposition entsprechenden MR-Bilddaten aus MR-Bilddaten von zumindest einer Diaphragmaposition, welche der berechneten Diaphragmaposition benachbart ist, berechnet.
Wenn die Schritte S3 und S4 für alle Bereiche des jeweiligen Koronarbereichs abgearbeitet worden sind, werden die lokalen Rekonstruktionen der jeweiligen Bereiche zu einem Gesamt-MR-Bild des jeweiligen Koronarbereichs im Schritt S6 zusammengesetzt.
Wenn ein Gesamt-MR-Bild für alle Koronarbereiche vorhanden ist, wird das MR-Bild des Herzens erstellt, indem die MR-Bilder aller Koronarbereiche im Schritt S8 zusammengesetzt werden. Dies kann beispielsweise derart bewerkstelligt werden, dass das aus dem Gesamt-MR-Bild des jeweiligen Koronarbereichs der jeweilige Koronarbereich herausgeschnitten wird. Die herausgeschnitten Koronarbereiche werden dann in dem MR-Bild aller Koronarbereiche wieder zusammengesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

A Fully Automatic and Highly Efficient Navigator Gating Technique for High-Resolution Free-Breathing Acquisitions: Continuously Adaptive Windowing Strategy”, P. Jhooti u. a., Magnetic Resonance in Medicine, 2010 [0003]

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines lebenden Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen jeweils eines Trackingfaktors (30) für unterschiedliche Bereiche des Volumenabschnitts, wobei mit dem jeweiligen Trackingfaktor (30) abhängig von einer Position eines Leitbereichs (33) des Untersuchungsobjekts (O) die Position des jeweiligen Bereichs bestimmbar ist, Erfassen von MR-Bilddaten des Volumenabschnitts für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs (33), wobei zur Rekonstruktion des MR-Bildes für jeden der Bereiche folgende Schritte durchgeführt werden: • Berechnen der Position des Leitbereichs (33) abhängig von der Position des jeweiligen Bereichs und dem Trackingfaktor (30) des jeweiligen Bereichs, • Konstruieren der MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs anhand der der berechneten Position des Leitbereichs (33) entsprechenden MR-Bilddaten des Volumenabschnitts, Erzeugen des MR-Bildes des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels einer Kombination der konstruierten MR-Bilddaten der Bereiche.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersuchungsobjekt ein Säugetier (O) ist, und dass der Leitbereich ein Diaphragma (33) des Säugetiers (O) ist und/oder der vorbestimmten Volumenabschnitt zumindest ein Teilgebiet des Herzens (36) des Säugetiers (O) einschließlich einer unmittelbarer Umgebung des Herzens (36) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Volumenabschnitt ein Koronarbereich des Säugetiers (O) ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des Volumenabschnitts in Richtung (35) des Grundmagnetfelds der Magnetresonanzanlage (5) zumindest teilweise übereinander angeordnet werden, und dass die Position des jeweiligen Bereichs einer Position in der Richtung (35) des Grundmagnetfelds entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der MR-Bilddaten des Volumenabschnitts für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs (33) ein schrittweises Erfassen eines K-Raums umfasst, welcher mit einem Volumen korrespondiert, welches unabhängig von der Position des Leitbereichs (33) den vorbestimmten Volumenabschnitt umfasst, und dass bei jedem Schritt des Erfassens des K-Raums nur MR-Daten eines Teilsegments des K-Raums für die entsprechende Position des Leitbereichs (33) erfasst wird, so dass nach dem Schritt des Erfassens der MR-Bilddaten des Volumenabschnitts die MR-Daten jedes Teilsegments des K-Raums für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs (33) erfasst worden sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Konstruierens der MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs für den Fall, dass ein bestimmtes Teilsegment des K-Raums für die berechnete Position des Leitbereichs (33) nicht erfasst worden ist, statt des bestimmten Teilsegments ein Arbeiten mit MR-Daten erfolgt, welche für dieses Teilsegment des K-Raums für eine Position des Leitbereichs (33) erfasst worden sind, die der berechneten Position des Leitbereichs (33) möglichst nahe liegt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass fehlende MR-Daten für Teilsegmente des K-Raums, welche für bestimmte Positionen des Leitbereichs nicht vorhanden sind, mittels des Verfahrens des komprimierten Abtastens rekonstruiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass vorbestimmte Positionen des Leitbereichs (33) bestimmt werden, und dass der Schritt des Erfassens der MR-Daten des Volumenabschnitts für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs (33) erst dann abgeschlossen wird, wenn für jede vorbestimmte Position des Leitbereichs alle Teilsegmente des K-Raums erfasst worden sind.
Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Bilddaten eines lebenden Untersuchungsobjekts (O), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4), einen Navigator zur Bestimmung einer Position eines Leitbereiches innerhalb des Untersuchungsobjekts (O) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang der von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erfassung von MR-Bilddaten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O) umfasst, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass mittels der Magnetresonanzanlage (5) jeweils ein Trackingfaktor (30) für unterschiedliche Bereiche des Volumenabschnitts bestimmbar ist, wobei mit dem jeweiligen Trackingfaktor (30) abhängig von der Position des Leitbereichs (33) die Position des jeweiligen Bereichs bestimmbar ist, dass mittels der Magnetresonanzanlage (5) MR-Bilddaten des Volumenabschnitts für unterschiedliche Positionen des Leitbereichs (33) erfassbar sind, dass mittels der Magnetresonanzanlage (5) zur Rekonstruktion des MR-Bildes für jeden der Bereiche folgende Schritte durchführbar sind: • mittels der Magnetresonanzanlage (5) ist die Position des Leitbereichs (33) abhängig von der Position des jeweiligen Bereichs und des Trackingfaktors (30) des jeweiligen Bereichs bestimmbar, • mittels der Magnetresonanzanlage (5) sind die MR-Bilddaten des jeweiligen Bereichs anhand der der berechneten Position des Leitbereichs (33) entsprechenden MR-Bilddaten des Volumenabschnitts konstruierbar, dass mittels der Magnetresonanzanlage (5) das MR-Bild des vorbestimmten Volumenabschnitts mit Hilfe einer Kombination der konstruierten MR-Bilddaten der Bereiche erzeugbar.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführt.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.