DE102011006436A1

DE102011006436A1 - Verfahren zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresoanzaufnahme

Info

Publication number: DE102011006436A1
Application number: DE102011006436A
Authority: DE
Inventors: Jan Ole BLUMHAGEN; Matthias Fenchel; Ralf Ladebeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-04
Also published as: US20120249141A1; CN102736048A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme (30) bereit. Eine Verzeichnung gibt einen Versatz zwischen einer verzeichneten Position eines Bildpunkt in der Magnetresonanzaufnahme (30) und einer tatsächlichen Position des Bildpunkts an. Bei dem Verfahren werden eine B0-Feldabweichung und eine Gradientenfeldabweichung für mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage (1) bestimmt. Weiterhin wird eine Magnetresonanzaufnahme (30) eines Untersuchungsobjekts (4; 31) erfasst und die tatsächlichen Position eines Bildpunkts der Magnetresonanzaufnahme (30) in Abhängigkeit von der verzeichneten Position des Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme (30), der B0-Feldabweichung an der tatsächlichen Position und der Gradientenfeldabweichung an der tatsächlichen Position bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme und eine Magnetresonanzanlage hierfür.
Das messbare Volumen in einer Magnetresonanzanlage ist aufgrund von physikalischen und technischen Bedingungen, wie z. B. einer begrenzten Magnetfeld-Homogenität und Nichtlinearitäten der Gradientenfelder, in allen drei Raumrichtungen beschränkt. Daher wird ein Aufnahmevolumen, ein sogenanntes Gesichtsfeld oder Field of View (FoV), auf ein Volumen beschränkt, in welchem die oben genannten physikalischen Bedingungen innerhalb vorgegebener Toleranzbereiche liegen und daher eine originalgetreue Abbildung des zu untersuchenden Objekts mit üblichen Messsequenzen möglich ist. Dieses Gesichtsfeld ist insbesondere in einer Transversalebene, d. h. in x- und y-Richtung senkrecht zu einer Längsachse eines Tunnels der Magnetresonanzanlage, erheblich geringer als das durch die Tunnelöffnung der Magnetresonanzanlage beschränkte Volumen. Bei üblichen Magnetresonanzanlagen beträgt ein Durchmesser des Tunnels beispielsweise 60 oder 70 cm, wohingegen der Durchmesser des üblicherweise verwendeten Gesichtsfelds, in welchem die oben genannten physikalischen Bedingungen innerhalb der Toleranzbereiche liegen, näherungsweise 50 bzw. 60 cm beträgt.
Magnetresonanzaufnahmen können daher abhängig von Ort, Bandbreite und Architektur des Magnet- und Gradientenfelds starke Verzeichnungen aufweisen. Eine Verzeichnung gibt einen Versatz zwischen einer Position eines Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme und der tatsächlichen Position des Bildpunkts in dem Untersuchungsobjekt an. Viele Anwendungen benötigen jedoch eine hohe ortsgenaue Abbildung, wie z. B. eine Bestimmung einer humanen Schwächungskorrektur für Positronenemissionstomographieaufnahmen, Magnetresonanzbasierte Interventionen oder Anwendungen, bei denen ortsgenaue Abbildungsverfahren, wie z. B. eine Computertomographie oder eine Positronenemissionstomographie, mit magnetresonanzbasierten Verfahren kombiniert werden.
Das Problem, dass insbesondere im Randbereich des Tunnels der Magnetresonanzanlage keine ortsgenaue Abbildung des Messobjekts möglich ist, wird bei reinen Magnetresonanzaufnahmen üblicherweise dadurch gelöst, dass der Bereich des zu untersuchenden Objekts nicht am Rand des Tunnels, sondern im homogenen, verzeichnungsarmen Bereich oder sogar möglichst im Zentrum des Tunnels, dem sogenannten Isozentrum der Magnetresonanzanlage, angeordnet wird. Bei Hybridsystemen, wie z. B. einem Hybridsystem bestehend aus einem Magnetresonanztomographen und einem Positronenemissionstomographen, einem sogenannten MR-PET Hybridsystem, ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, Strukturen auch im Randbereich möglichst ortsgenau zu bestimmen. Bei einem MR-PET Hybridsystem ist beispielsweise die humane Schwächungskorrektur von entscheidender Bedeutung. Die humane Schwächungskorrektur ermittelt die Intensitätsabschwächung der nach einer Interaktion von Positronen und Elektronen ausgesandten Photonen auf ihrem Weg durch absorbierendes Gewebe zum Detektor und korrigiert das empfange Signal um eben diese Abschwächung. Hierfür wird eine Magnetresonanzaufnahme erfasst, welche die komplette Anatomie des zu untersuchenden Objekts in Richtung der durch die Positronenemissionstomographie ausgesandten hochenergetischen Photonen abbildet. Dies bedeutet, dass die Anatomie des zu untersuchenden Objekts auch in dem Randbereich des Tunnels des Hybridsystems möglichst genau zu erfassen ist. Die in diesem Bereich befindlichen Strukturen sind bei einem zu untersuchenden Patienten beispielsweise vor allem die Arme, welche in dem Randbereich nahe der Tunnelinnenwand des Hybridsystems angeordnet sein können.
In dem Stand der Technik sind verschiedene Korrekturalgorithmen bekannt, um eine Verzeichnung insbesondere außerhalb des Volumens, in dem Magnetfeld-Inhomogenität und Nichtlinearität des Gradientenfeldes innerhalb von Spezifikationen liegen, zu korrigieren. Beispielsweise wird von S. Langlois et al. in „MRI Geometric Distortion: a simple approach to correcting the effects of non-linear gradient fields" (J Magn Reson Imaging 1999, 9(6): 821–31) und von S. J. Doran et al. in „A complete distortion correction for MR images: I. Gradient warp correction" (Phys Med Biol. 2005 Apr 7; 50(7): 1343–61) eine Gradientenverzeichniskorrektur vorgeschlagen. Weiterhin wird von S. A. Reinsberg et al. in „A complete distortion correction for MR images: II. Rectification of static-field inhomogeneities by similarity-based profile mapping" (Phys Med Biol. 2005 Jun 7; 50(11): 2651–61) eine B₀-Feld-Korrektur vorgeschlagen. Die Ergebnisse der vorgeschlagenen Verfahren stellen jedoch insbesondere für eine Verzeichniskorrektur im Randbereich, wie sie insbesondere für eine Bestimmung einer Schwächungskorrektur für eine PET erforderlich sind, keine optimalen Ergebnisse bereit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine ortsgenaue Abbildung von Strukturen eines zu untersuchenden Objekts in einem Bereich außerhalb des üblichen Gesichtsfelds, d. h., insbesondere in einem Randbereich des Tunnels der Magnetresonanzanlage, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme nach Anspruch 10, eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme bereitgestellt. Die Magnetresonanzaufnahme umfasst Bildpunkte einer Schnittbildaufnahme eines Untersuchungsobjekts in einer Magnetresonanzanlage. Die Schnittbildaufnahme kann beispielsweise eine zweidimensionale Magnetresonanzaufnahme oder eine dreidimensionale Magnetresonanzaufnahme umfassen. Als Verzeichnung in der Magnetresonanzaufnahme wird ein Versatz zwischen einer Position eines Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme und einer tatsächlichen Position des Bildpunkts in dem Untersuchungsobjekt bezeichnet. Anders ausgedrückt gibt die Verzeichnung einen Versatz zwischen einer verzeichneten Position eines Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme und der tatsächlichen Position des Bildpunkts, an welcher der Bildpunkt in der Magnetresonanzaufnahme eigentlich dargestellt werden sollte, an. Dabei wird üblicherweise angenommen, dass Bildpunkte im Isozentrum der Magnetresonanzanlage keine oder nur einer sehr geringe Verzeichnung aufweisen und daher als Referenz für die Positionen und Verzeichnungen der übrigen Bildpunkte dienen können. Bei dem Verfahren wird eine B₀-Feldabweichung und eine Gradientenfeldabweichung für mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage bestimmt. Das Bestimmen der B₀-Feldabweichung und der Gradientenfeldabweichung kann durch eine Vorabmessung für beliebige Positionen in der Magnetresonanzanlage bestimmt werden und in beispielsweise einem Speicher einer Verarbeitungseinheit der Magnetresonanzanlage abgelegt werden. Dabei können beispielsweise mithilfe einer Magnetresonanzsonde das B₀-Feld und das Gradientenfeld einmalig ausgemessen werden. Bei dem Verfahren wird weiterhin eine Magnetresonanzaufnahme des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage erfasst und die tatsächliche Position eines Bildpunkts der Magnetresonanzaufnahme in Abhängigkeit von der verzeichneten Position des Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme, der B₀-Feldabweichung an der tatsächlichen Position und der Gradientenfeldabweichung an der tatsächlichen Position bestimmt. Somit können anhand berechenbarer Zusammenhänge zwischen verzeichneter und tatsächlicher Position die einzelnen Bildpunkte der Magnetresonanzaufnahme in einer Nachkorrektur entsprechend verschoben werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird zur Bestimmung der B₀-Feldabweichung und der Gradientenfeldabweichung für die mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage eine B₀-Feldstärke und eine Gradientenfeldstärke an der mindestens einen tatsächlichen Position in der Magnetresonanzanlage erfasst und eine ideale B₀-Feldstärke und eine ideale Gradientenfeldstärke für die mindestens eine tatsächliche Position bestimmt. In Abhängigkeit von der erfassten B₀-Feldstärke und der idealen B₀-Feldstärke wird die B₀-Feldabweichung bestimmt und in Abhängigkeit von der erfassten Gradientenfeldstärke und der idealen Gradientenfeldstärke wird die Gradientenfeldabweichung bestimmt. Die B₀-Feldstärke und die Gradientenfeldstärke können für jede tatsächliche Position vorab einmalig ausgemessen werden und beispielsweise auf das ideale Feld normiert werden, wodurch Feldkoeffizienten bestimmt werden können, welche in einer Verarbeitungseinheit der Magnetresonanzanlage gespeichert werden können. Somit stehen nach einer einmaligen Bestimmung der B₀-Feldabweichung und der Gradientenfeldabweichung alle Informationen zur Verfügung, um aus einer erfassten Magnetresonanzaufnahme des Untersuchungsobjekts Verzeichnungen in einer Nachkorrektur bestimmen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine korrigierte Magnetresonanzaufnahme bestimmt, indem einem Bildpunkt an einer tatsächlichen Position in der korrigierten Magnetresonanzaufnahme ein Bildpunkt der entsprechenden verzeichneten Position in der erfassten Magnetresonanzaufnahme zugeordnet wird. Somit kann auf einfache Art und Weise durch eine bildpunktweise Bearbeitung eine verzeichnungskorrigierte Magnetresonanzaufnahme erstellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein Bestimmen einer Anordnung des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage auf der Grundlage der korrigierten Magnetresonanzaufnahme und ein Bestimmen einer Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographieaufnahme in Abhängigkeit von der Anordnung des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage. Da zur Bestimmung der Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographieaufnahme eine möglichst genaue Kenntnis der Anordnung des Untersuchungsobjekts in einer Positronenemissionstomographieanlage erforderlich ist, kann diese Information auf zuverlässige Art und Weise mithilfe einer Magnetresonanzanlage aus der korrigierten Magnetresonanzaufnahme bestimmt werden. Bei einer kombinierten Anlage mit einem Magnetresonanztomographen und einem Positronenemissionstomographen, einer so genannten MR-PET-Hybridanlage, kann die so bestimmte Schwächungskorrektur direkt für eine Positronenemissionstomographieaufnahme verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Magnetresonanzanlage eine tunnelförmige Öffnung zur Aufnahme des Untersuchungsobjekts auf. Ein Rand des Gesichtsfelds der Magnetresonanzanlage umfasst einen Mantelbereich entlang einer Innenoberfläche der tunnelförmigen Öffnung. In diesem Mantelbereich wird üblicherweise ein Homogenitätskriterium von sowohl dem B₀-Feld als auch den Gradientenfeldern nicht hinreichend erfüllt, so dass in diesem Mantelbereich üblicherweise keine originalgetreue ortsgenaue Abbildung des Untersuchungsobjekts möglich ist. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die tatsächliche Position in diesem Mantelbereich. Der Mantelbereich kann beispielsweise eine Manteldicke von näherungsweise 5 cm aufweisen. Der Mantelbereich beschreibt somit einen ringförmigen Bereich von näherungsweise 5 cm Dicke, welcher direkt an eine Oberfläche der tunnelförmigen Öffnung der Magnetresonanzanlage grenzt. Bei einer Magnetresonanzanlage mit einem Tunneldurchmesser von beispielsweise 60 cm werden Homogenitätskriterien für das B₀-Feld und die Gradientenfelder beispielsweise nur in einem mittleren Bereich von näherungsweise 50 cm erfüllt, so dass der Mantelbereich sich außerhalb des Homogenitätsbereichs bis zu der Innenoberfläche des Tunnels der Magnetresonanzanlage erstreckt. In diesem Bereich können aber beispielsweise Arme eines Patienten angeordnet sein, welche einen erheblichen Einfluss auf die Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographieaufnahme haben. Daher ist eine genaue Positionsbestimmung der Arme erforderlich. Durch die Verzeichnung in dem Mantelbereich wird die Positionsbestimmung der Arme jedoch erheblich erschwert. Durch das zuvor beschriebene Verfahren zur Korrektur der Verzeichnung in dem Mantelbereich kann die Position der Arme mit hoher Genauigkeit bestimmt werden und somit eine geeignete Schwächungskorrektur bestimmt werden, insbesondere wenn die Magnetresonanzaufnahme in einer Transversalebene in Bezug auf das Untersuchungsobjekt erfasst wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme bereitgestellt. Die Magnetresonanzaufnahme umfasst Bildpunkte einer Schnittbildaufnahme eines Untersuchungsobjekts in einer Magnetresonanzanlage. Eine Verzeichnung in der Magnetresonanzaufnahme bezeichnet einen Versatz zwischen einer verzeichneten Position eines Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme und einer tatsächlichen Position des Bildpunkts in dem Untersuchungsobjekt. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle zum Empfangen einer Magnetresonanzaufnahme, einen Speicher zum Speichern einer vorbestimmten B₀-Feldabweichung und einer vorbestimmten Gradientenfeldabweichung für mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage und eine Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit ist in der Lage, die Magnetresonanzaufnahme des Untersuchungsobjekts über die Schnittstelle von der Magnetresonanzanlage zu empfangen und die tatsächliche Position eines Bildpunkts der Magnetresonanzaufnahme in Abhängigkeit von der verzeichneten Position des Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme, der B₀-Feldabweichung an der tatsächlichen Position und der Gradientenfeldabweichung an der tatsächlichen Position zu bestimmen. Somit ist eine Nachkorrektur einer erfassten Magnetresonanzaufnahme möglich, um eine ortsgenaue Information über die Anordnung des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage zu erhalten. Diese ortsgenaue Information kann beispielsweise zur Bestimmung einer Schwächungskorrektur für eine nachfolgende Positronenemissionstomographieaufnahme verwendet werden.
Die Vorrichtung kann weiterhin zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens oder einer seiner Ausführungsformen ausgestaltet sein und daher die zuvor beschriebenen Vorteile umfassen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Magnetresonanzanlage mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen mit einem Magneten zur Erzeugung eines B₀-Feldes in einem Gesichtsfeld der Magnetresonanzanlage und zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen und einer Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen bereit. Die Magnetresonanzanlage umfasst weiterhin die zuvor beschriebene Vorrichtung und weist daher auch die zuvor beschriebenen Vorteile auf. Darüber hinaus kann die Magnetresonanzanlage einen Positronenemissionstomographen umfassen. Eine derartige Anlage wird auch als MR-PET-Hybridanlage bezeichnet. Da mithilfe der Magnetresonanzanlage eine ortsgenaue Bestimmung des Untersuchungsobjekts in der Magnetresonanzanlage durchgeführt werden kann, kann auch eine genaue Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographieaufnahme durchgeführt werden.
Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit einer Vorrichtung zur Korrektur einer Verzeichnung geladen werden kann, bereit. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Verarbeitungseinheit läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, beispielsweise Bibliotheken oder Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Anders ausgedrückt 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, beispielsweise C++, welcher noch kompiliert oder übersetzt und gebunden oder welcher nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, welcher zur Ausführung nur noch in die entsprechende Verarbeitungseinheit zu laden ist.
Schließlich stellt die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, zum Beispiel eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, bereit, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, wie sie zuvor beschrieben wurde, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen bzw. Software von dem Datenträger gelesen und in der Verarbeitungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des zuvor beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert werden.
1 zeigt schematisch eine Magnetresonanzanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, welches Schritte zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme umfasst.
3 zeigt eine Magnetresonanzaufnahme mit einer verzeichneten Struktur eines Untersuchungsobjekts.
4 zeigt eine Magnetresonanzaufnahme, welche durch Korrigieren der Magnetresonanzaufnahme der 3 erzeugt wurde.
1 zeigt eine Magnetresonanzanlage 1. Die Magnetresonanzanlage 1 umfasst den eigentlichen Tomographen 2, einen Untersuchungstisch 3 für einen Patienten 4, welcher sich in einer Öffnung 5 des Tomographen 2 befindet, eine Steuereinheit 6, eine Auswertevorrichtung 7, eine Antriebseinheit 8 für den Untersuchungstisch 3 und eine Vorrichtung 12 zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme. Die Steuereinheit 6 steuert den Tomographen 2 an und empfängt Signale von dem Tomographen 2, welche von dem Tomographen 2 aufgenommen werden. Weiterhin steuert die Steuereinheit 6 die Antriebseinheit 8 an, um den Untersuchungstisch 3 entlang einer Richtung Z zusammen mit dem Patienten 4 durch die Öffnung 5 des Tomographen 2 zu bewegen. Die Auswertevorrichtung 7 wertet die von dem Tomographen 2 aufgenommenen Signale zur Erstellung eines Magnetresonanzbilds (MR-Bilds) bzw. einer Magnetresonanzaufnahme aus. Die Auswertevorrichtung 7 ist beispielsweise ein Computersystem mit einem Bildschirm, einer Tastatur, einem Zeigereingabegerät, wie zum Beispiel einer Maus, und einem Datenträger 13, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen gespeichert sind, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 13 in der Auswertevorrichtung 7 und der Vorrichtung 12 das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme durchführen.
Die Vorrichtung 12 umfasst eine Verarbeitungseinheit 15, einen Speicher 14 und eine Schnittstelle 16 zur Kopplung der Vorrichtung 12 mit der Auswertevorrichtung 7. Der Datenträger 13 kann beispielsweise Programmmittel für die Auswertevorrichtung 7 und die Vorrichtung 12 umfassen. Weiterhin können die Steuereinheit 6, die Auswertevorrichtung 7 und/oder die Vorrichtung 12 auch in Form einer gemeinsamen Vorrichtung ausgebildet sein, welche eine gemeinsame Verarbeitungseinheit und einen gemeinsamen Speicher verwenden.
Die Magnetresonanzanlage 1 ist in der Lage, innerhalb des Volumens, welches durch die Öffnung 5 im Inneren des Tomographen 2 begrenzt ist, eine Magnetresonanztomographieaufnahme zu erstellen. Aufgrund von physikalisch-technischen Unzulänglichkeiten, wie zum Beispiel einer Magnetfeldinhomogenität eines in Z-Richtung verlaufenden B₀-Felds und einer Nichtlinearität von Gradientenfeldern in dem Tomographen 2, ist das tatsächlich für Magnetresonanzaufnahmen nutzbare Volumen der Magnetresonanzanlage 1 auf beispielsweise das Volumen 9 beschränkt, welches sich kugelförmig oder zylinderförmig im Inneren der Öffnung 5 erstreckt. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist insbesondere ein Mantelbereich 10, welcher sich zwischen dem nutzbaren Volumen 9 und einer Innenwand oder Innenoberfläche des Tomographen 2 befindet, aufgrund der zuvor beschriebenen physikalisch-technischen Unzulänglichkeiten nicht oder nur eingeschränkt nutzbar. Wird die Magnetresonanzanlage 1 zur Bestimmung der Lage und Anatomie des Patienten 4 verwendet, um beispielsweise in Kombination mit einem nicht gezeigten Positronenemissionstomographen verwendet zu werden, ist jedoch eine Bestimmung der gesamten Anatomie des Patienten 4 in Strahlrichtung des Positronenemissionstomographen erforderlich, d. h. insbesondere wird auch die Anatomie des Patienten 4 in dem Mantelbereich 10 benötigt, um beispielsweise die Arme 11 des Patienten 4 zu erfassen. Aus der erfassten Anatomie des Patienten 4 lässt sich eine humane Schwächungskorrektur bestimmen, welche für die Auswertung der Positronenemissionstomographie von entscheidender Bedeutung ist.
Bei Magnetresonanzaufnahmen treten in dem Mantelbereich 10 aufgrund der zuvor beschriebenen physikalisch-technischen Unzulänglichkeiten so genannte Verzeichnungen auf. Eine Verzeichnung bedeutet, dass ein Bildpunkt in der Magnetresonanzaufnahme nicht an der Stelle erscheint, an welcher er gemäß dem aufgenommenen Untersuchungsobjekt tatsächlich erscheinen sollte. Statt an der tatsächlichen Position erscheint der Bildpunkt an einer verzeichneten Position. Ein Verfahren, welches die Schritte zur Korrektur einer derartigen Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme umfasst, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
Im Schritt 21 wird das B₀-Feld ausgemessen und bezogen auf ein ideales Feld normiert, wodurch B₀-Feldkoeffizienten und Gradientenfeldkoeffizienten bestimmt werden. Die B₀-Feldkoeffizienten bezeichnen somit eine Feldabweichung dB₀ des B₀-Felds zum Nominalwert des idealen Felds und die Gradientenfeldkoeffizienten bezeichnen die Feldabweichungen dB_gx, dB_gy und dB_gz zum jeweiligen Nominalwert der idealen Gradientenfelder G_x, G_y, und G_z. Die Feldkoeffizienten bzw. Feldabweichungen werden in dem Speicher 14 der Vorrichtung 12 für vorbestimmte Punkte oder alle Punkte des Volumens 9 und insbesondere des Mantelbereichs 10 gespeichert.
Im Schritt 22 wird eine Magnetresonanzaufnahme von beispielsweise einer Transversalschicht des Untersuchungsobjekts 4 aufgenommen. Über die Schnittstelle 16 wird die so erstellte Magnetresonanzaufnahme an die Verarbeitungseinheit 15 der Vorrichtung 12 zur Nachkorrektur der Verzeichnung übertragen. Von dem Speicher 14 werden die gemessenen B₀-Feldkoeffizienten und Gradientenfeldkoeffizienten an die Verarbeitungseinheit 15 übergeben. In der Verarbeitungseinheit 15 wird eine bandbreitenabhängige Skalierung und Überlagerung der B₀-Feldkoeffizienten mit den Gradientenfeldkoeffizienten durchgeführt (Schritt 24) und im Schritt 25 für jeden Bildpunkt eine Verzeichnungskorrektur gemäß der folgenden Gleichungen durchgeführt:
In den obigen Gleichungen bezeichnen x, y und z Koordinaten der tatsächlichen Position eines Bildpunkts und x₁, y₁ und z₁ Koordinaten der verzeichneten Position des Bildpunkts. Weiterhin bezeichnet dB₀(x, y, z) den B₀-Feldkoeffizienten an der tatsächlichen Position x, y, z und dB_gx, dB_gy und dB_gz die Gradientenfeldkoeffizienten der Gradienten in x-, y- bzw. z-Richtung an der tatsächlichen Position x, y, z. G_x, G_y und G_z bezeichnen die Gradientenfeldstärken der Gradientenfelder in x-, y- bzw. z-Richtung. Wie aus den obigen Gleichungen ersichtlich ist, ist der letzte Summand Null, wenn der Gradient in der entsprechenden Richtung ein Phasenkodiergradient ist. Anderenfalls, d. h. wenn der Gradient in der entsprechenden Richtung ein Schichtselektionsgradient oder ein Frequenzkodiergradient ist, ist für den letzten Summanden der B₀-Feldkoeffizient normiert auf die entsprechende Gradientenfeldstärke zu verwenden. Durch Anwenden dieses Verzeichniskorrekturalgorithmus in der Verarbeitungseinheit 15 kann jeder Bildpunkt der verzeichneten Magnetresonanzaufnahme entsprechend verschoben werden und somit eine korrigierte Magnetresonanzaufnahme erstellt werden. Diese kann beispielsweise über die Schnittstelle 16 zu der Auswertevorrichtung 7 übertragen werden und dort dargestellt oder weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann auf der Grundlage der korrigierten Magnetresonanzaufnahme im Schritt 26 eine Bestimmung von Position und Querschnitt des Untersuchungsobjekts bzw. des Patienten 4 insbesondere in einer transversalen Magnetresonanzaufnahme durchgeführt werden. Durch die zuvor durchgeführte Verzeichnungskorrektur sind Position und Querschnitt des Untersuchungsobjekts erheblich genauer bestimmbar. Daher ist es nun möglich, aus der so bestimmten Position und dem so bestimmten Querschnitt des Patienten 4 im Schritt 27 eine Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographieaufnahme (PET-Aufnahme) zu bestimmen. Im Schritt 28 werden Daten zur Erstellung einer PET-Aufnahme erfasst und unter Verwendung der zuvor bestimmten Schwächungskorrektur eine PET-Aufnahme des Untersuchungsobjekts bzw. Patienten 4 berechnet.
Da die B₀-Feldkoeffizienten und Gradientenfeldkoeffizienten auch für den Mantelbereich 10 bestimmt wurden, kann die Verzeichniskorrektur auch in dem Mantelbereich 10 zuverlässig durchgeführt werden. Dadurch können auch Bereiche des Patienten 4, beispielsweise die Arme 11, welche in dem Mantelbereich 10 während der Untersuchung angeordnet sind, zuverlässig erkannt und ihre Position und ihr Querschnitt zuverlässig bestimmt werden, um beispielsweise bei der Bestimmung der Schwächungskorrektur für die PET-Aufnahme berücksichtigt werden können. Das nutzbare Gesichtsfeld (FoV) wird dadurch auf den gesamten Innendurchmesser der tunnelförmigen Öffnung des Tomographen 2 erweitert. Dies kann nicht nur zur Bestimmung der humanen Schwächungskorrektur bei PET-Aufnahmen verwendet werden, sondern darüber hinaus auch beispielsweise eine Unterstützung einer bildgesteuerten Radiotherapieplanung und Biopsie ermöglichen.
3 zeigt eine Magnetresonanzaufnahme 30 einer Transversalschicht eines Strukturphantoms 31, welches in einem Tomographen mit 700 mm Durchmesser bei x = –310 mm angeordnet ist. Der Koordinatenursprung, d. h. x = 0 und y = 0 befindet sich im Mittelpunkt des Tomographen 2. Die Transversalschicht wurde bei z = 0, d. h. auch in Längsrichtung in der Mitte des Tomographen 2 erfasst. 3 zeigt die Magnetresonanzaufnahme 30 ohne Nachkorrektur. Die Verzeichnung des Strukturphantoms 31 ist deutlich zu erkennen. Viele Bildpunkte des Strukturphantoms 31 erscheinen in der Magnetresonanzaufnahme der 3 im Bereich von x = –310 bis –350 mm, obwohl das Strukturphantom in Wirklichkeit nicht über x = –310 mm hinausragt.
4 zeigt eine verzeichniskorrigierte Magnetresonanzaufnahme 40 des Strukturphantoms 31, welche auf der Grundlage der Magnetresonanzaufnahme 30 der 3 erstellt wurde. Die Anordnung und der Querschnitt des Strukturphantoms 31 sind in 4 erheblich originalgetreuer als in 3.
Für eine erfolgreiche Nachkorrektur ist eine zu stark ausgeprägte Verzeichnung zu vermeiden. Bei einer zu stark ausgeprägten Verzeichnung können sich mehrere Bildpunkte in der nicht korrigierten Magnetresonanzaufnahme überlagern, sodass eine Auflösung im Rahmen der Nachkorrektur nicht mehr möglich ist. Außerhalb des üblicherweise spezifizierten Field of View, beispielsweise außerhalb eines Durchmessers von 500 mm, ist die Verzeichnung jedoch aufgrund von hohen B₀-Feldinhomogenitäten und Gradienten-Nichtlinearitäten häufig sehr stark. Daher kann es vorteilhaft sein, das zuvor beschriebene Verfahren zur Verzeichniskorrektur in Kombination mit einer sequenzseitigen Verzeichnungsreduzierung zu kombinieren. Zur sequenzseitigen Verzeichnungsreduzierung können beispielsweise destruktive Überlagerungseffekte der Nichtlinearitäten des Gradientenfeldes mit den Inhomogenitäten des B₀-Feldes ausgenutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanzanlage
2: Tomograph
3: Untersuchungstisch
4: Patient, Untersuchungsobjekt
5: Öffnung
6: Steuereinheit
7: Auswertevorrichtung
8: Antriebseinheit
9: Volumen, Gesichtsfeld
10: Mantelbereich
11: Arm
12: Vorrichtung
13: Datenträger
14: Speicher
15: Verarbeitungseinheit
16: Schnittstelle
21–28: Schritt
30: Magnetresonanzaufnahme
31: Untersuchungsobjekt
40: Magnetresonanzaufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

S. Langlois et al. in „MRI Geometric Distortion: a simple approach to correcting the effects of non-linear gradient fields” (J Magn Reson Imaging 1999, 9(6): 821–31) [0005]
S. J. Doran et al. in „A complete distortion correction for MR images: I. Gradient warp correction” (Phys Med Biol. 2005 Apr 7; 50(7): 1343–61) [0005]
S. A. Reinsberg et al. in „A complete distortion correction for MR images: II. Rectification of static-field inhomogeneities by similarity-based profile mapping” (Phys Med Biol. 2005 Jun 7; 50(11): 2651–61) [0005]

Claims

Verfahren zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme, wobei die Magnetresonanzaufnahme (30) Bildpunkte einer Schnittbildaufnahme eines Untersuchungsobjekts (4; 31) in einer Magnetresonanzanlage (1) umfasst und wobei eine Verzeichnung in der Magnetresonanzaufnahme (30) einen Versatz zwischen einer verzeichneten Position eines Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme und einer tatsächlichen Position des Bildpunkts in dem Untersuchungsobjekt (4) angibt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Bestimmen einer B₀-Feldabweichung und einer Gradientenfeldabweichung für mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage (1), – Erfassen der Magnetresonanzaufnahme (30) des Untersuchungsobjekts (4; 31) in der Magnetresonanzanlage (1), und – Bestimmen der tatsächlichen Position eines Bildpunkts der Magnetresonanzaufnahme (30) in Abhängigkeit von der verzeichneten Position des Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme (30), der B₀-Feldabweichung an der tatsächlichen Position und der Gradientenfeldabweichung an der tatsächlichen Position.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der B₀-Feldabweichung und der Gradientenfeldabweichung für die mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage (1) umfasst: – Erfassen einer B₀-Feldstärke und einer Gradientenfeldstärke an der mindestens einen tatsächlichen Position in der Magnetresonanzanlage (1), – Bestimmen einer idealen B₀-Feldstärke und einer idealen Gradientenfeldstärke für die mindestens eine tatsächliche Position, – Bestimmen der B₀-Feldabweichung in Abhängigkeit von der erfassten B₀-Feldstärke und der idealen B₀-Feldstärke, und – Bestimmen der Gradientenfeldabweichung in Abhängigkeit von der erfassten Gradientenfeldstärke und der idealen Gradientenfeldstärke.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der B₀-Feldabweichung und der Gradientenfeldabweichung für die mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage (1) ein Erfassen einer B₀-Feldstärke und einer Gradientenfeldstärke an der mindestens einen tatsächlichen Position in der Magnetresonanzanlage (1) mithilfe einer Magnetresonanzsonde umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Bestimmen einer korrigierten Magnetresonanzaufnahme (40), indem einem Bildpunkt an einer tatsächlichen Position in der korrigierten Magnetresonanzaufnahme (40) der Bildpunkt der entsprechenden verzeichneten Position in der erfassten Magnetresonanzaufnahme (30) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: – Bestimmen einer Anordnung des Untersuchungsobjekts (4; 31) in der Magnetresonanzanlage (1) auf der Grundlage der korrigierten Magnetresonanzaufnahme (40), und – Bestimmen einer Schwächungskorrektur für eine Positronenemissionstomographieaufnahme in Abhängigkeit von der Anordnung des Untersuchungsobjekts (4; 31) in der Magnetresonanzanlage (1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage eine tunnelförmige Öffnung (5) zur Aufnahme des Untersuchungsobjekts (4; 31) aufweist, wobei ein Rand (10) eines Gesichtsfelds (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1) einen Mantelbereich (10) entlang einer Innenoberfläche der tunnelförmigen Öffnung (5) umfasst, wobei das B₀-Feld in dem Mantelbereich (10) ein vorbestimmtes Homogenitätskriterium nicht erfüllt, wobei sich die mindestens eine tatsächliche Position in dem Mantelbereich (10) befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelbereich (10) eine Manteldicke von näherungsweise 5 cm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzaufnahme (30) in einer Transversalebene in Bezug auf das Untersuchungsobjekt (4, 31) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Position x, y, z eines Bildpunkts der Magnetresonanzaufnahme (30) in Abhängigkeit von der verzeichneten Position x₁, y₁, z₁ des Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme (30), der B₀-Feldabweichung dB₀ an der tatsächlichen Position x, y, z, der Gradientenfeldabweichung dB_gx, dB_gy, dB_gz an der tatsächlichen Position x, y, z und Gradientenfeldstärken G_x, G_y, G_z gemäß der Gleichungen:
bestimmt wird.
Vorrichtung zur Korrektur einer Verzeichnung in einer Magnetresonanzaufnahme, wobei die Magnetresonanzaufnahme (30) Bildpunkte einer Schnittbildaufnahme eines Untersuchungsobjekts (4; 31) in einer Magnetresonanzanlage (1) umfasst, und wobei eine Verzeichnung in der Magnetresonanzaufnahme (30) einen Versatz zwischen einer verzeichneten Position eines Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme (30) und einer tatsächlichen Position des Bildpunkts in dem Untersuchungsobjekt (4; 31) angibt, wobei die Vorrichtung (12) umfasst: – eine Schnittstelle (16) zum Empfangen einer Magnetresonanzaufnahme (30), – einen Speicher (14) zum Speichern einer vorbestimmten B₀-Feldabweichung und einer vorbestimmten Gradientenfeldabweichung für mindestens eine tatsächliche Position in der Magnetresonanzanlage (1), und – eine Verarbeitungseinheit (15), welche ausgestaltet ist, die Magnetresonanzaufnahme (30) des Untersuchungsobjekts (4; 31) über die Schnittstelle (16) von der Magnetresonanzanlage (1) zu empfangen, und die tatsächliche Position eines Bildpunkts der Magnetresonanzaufnahme (30) in Abhängigkeit von der verzeichneten Position des Bildpunkts in der Magnetresonanzaufnahme (30), der B₀-Feldabweichung an der tatsächlichen Position und der Gradientenfeldabweichung an der tatsächlichen Position zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 ausgestaltet ist.
Magnetresonanzanlage, wobei die Magnetresonanzanlage (1) eine Steuereinheit (6) zur Ansteuerung eines Tomographen (2) mit einem Magneten zur Erzeugung eines B₀-Feldes in einem Gesichtsfeld (9, 10) der Magnetresonanzanlage (1) und zum Empfang von von dem Tomographen (2) aufgenommenen Signalen, und eine Auswertevorrichtung (7) zur Auswertung der Signale und Erstellung von Magnetresonanzaufnahmen (30) umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (1) ferner die Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 umfasst.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (1) ferner einen Positronenemissionstomographen umfasst.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit (15) einer Vorrichtung (12) zur Korrektur einer Verzeichnung ladbar ist, mit Programmmitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 auszuführen, wenn das Programm in der Verarbeitungseinheit (15) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (13) in einer Verarbeitungseinheit (15) einer Vorrichtung (12) zur Korrektur einer Verzeichnung das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 durchführen.