DE102011006851B4

DE102011006851B4 - Gruppierung von diffusionsgewichteten MR-Bildern nach den verwendeten Diffusionsgradienten zur Erstellung einer Diffusionsinformation

Info

Publication number: DE102011006851B4
Application number: DE102011006851A
Authority: DE
Inventors: Stefan Huwer; Dr. Porter David Andrew
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: CN102736046A; US20120259199A1; US9250307B2; CN102736046B; DE102011006851A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Erstellung einer Diffusionsinformation. Dazu werden diffusionsgewichtete MR-Bilder (31) von einem Untersuchungsobjekt (O) erzeugt, wobei jedes MR-Bild (31) mit einem individuellen Diffusionsgradienten erzeugt wird. Die Diffusionsgradienten und damit die MR-Bilder (31) werden derart sortiert, dass nach der Sortierung eine vorbestimmte Anzahl der Diffusionsgradienten jeweils eine Gruppe bildet. Jeder Diffusionsgradient gehört zu mindestens einer dieser Gruppen, wobei die Diffusionsgradienten der jeweils selben Gruppe wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander sind. Die MR-Bilder (31), deren Diffusionsgradienten eine Gruppe bilden, werden zu einem MR-Ergebnisbild (32) zusammengefasst. Örtliche Transformationen zwischen diesen MR-Ergebnisbildern (32) werden bestimmt und anhand dieser örtlichen Transformationen werden die MR-Bilder (31) modifiziert. Die Diffusionsinformation wird mit Hilfe der modifizierten MR-Bilder (31) gebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um mittels einer Magnetresonanzanlage Diffusionsinformationen (z. B. diffusionsgewichtete MR-Bilder) zu erstellen und entsprechend darzustellen, sowie eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage.
Die DE 198 11 360 A1 , die DE 10 2005 038 940 A1 , die US 2010/0137703 A1 und die US 5 329 925 A beschreiben verschiedene Verfahren zur Sortierung von MR-Daten.
Diffusionsgerichtete Magnetresonanz-(MR-)Bilder können in der klinischen Routine wichtige diagnostische Informationen, beispielsweise bei der Schlaganfall- und Tumordiagnostik liefern. Bei der diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI, ”diffusion weighted imaging”) werden Diffusionsgradienten in bestimmten Richtungen geschaltet, wobei die Diffusion von Wassermolekülen entlang des angelegten Diffusionsgradienten das gemessene Magnetresonanzsignal abschwächt. In Gebieten mit geringerer Diffusion erfolgt somit eine geringere Signalabschwächung, so dass diese Gebiete bei einer bildgebenden Magnetresonanztomographie-(MRT-)Messung mit höherer Bildintensität abgebildet werden. Die Stärke der Diffusionsgewichtung ist dabei mit der Stärke der angelegten Diffusionsgradienten korreliert. Die Diffusionsgewichtung kann mit dem so genannten b-Wert charakterisiert werden, welcher eine Funktion von Gradientenparametern, wie beispielsweise der Gradientenstärke, der Dauer, mit welcher die Diffusionsgradienten anliegen, oder des Abstands zwischen den angelegten Diffusionsgradienten, ist.
Bei diffusionsgewichteten MR-Messungen hat man auch die Möglichkeit, die Orientierungsabhängigkeiten der Diffusion zu untersuchen. Bei dieser Form der Diffusionsbildgebung werden in der Regel mehrere MR-Bilder (30 bis mehrere 100) mit unterschiedlichen Diffusionsrichtungen (Richtungen der Diffusionsgradienten) aufgenommen und miteinander kombiniert, um beispielsweise Parameterkarten (ADC (”Apparent Diffusion Coefficient”) oder FA (”Fractional Anisotropy”)) zu berechnen. Diese Daten werden auch bei „Diffusion Tractography”-Studien verwendet, um z. B. Information über die Anatomie von Nervenbahnen zu bekommen. Die zeitliche Dauer zur Erfassung solcher diffusionsgewichteten MR-Bildserien liegt in der Regel zwischen 5 bis 20 min, kann aber auch länger sein. Da während dieser Zeit die diffusionsgewichteten MR-Bilder zeitlich nacheinander erstellt werden, müssen die zahlreichen diffusionsgewichteten MR-Bilder anschließend registriert werden, um eine Bewegung des Objekts zu berücksichtigen. Unter der Registrierung von zwei oder mehreren MR-Bildern wird dabei ein Verfahren verstanden, bei welchem diese MR-Bilder, welche dasselbe Objekt darstellen, bestmöglich in Übereinstimmung miteinander gebracht werden. Diese Registrierung besteht aus zwei Teilen: Der erste Teil ist eine Bewegungsdetektion, um eine örtliche Transformation zu bestimmen, welche die relativen Positionen und Orientierungen der zwei Bilder beschreibt; der zweite Teil ist ein „Regridding”, wobei die örtliche Transformation verwendet wird, um die Position und Orientierung des Objekts in den beiden Bildern zur Übereinstimmung zu bringen. Eine fehlerhafte Berücksichtigung einer Objektbewegung führt zu einer fehlerhaften Berechnung der Diffusionsergebnisse oder Diffusionsinformationen.
In der US 5 539 310 A wird eine Objektbewegung mittels einer Kostenfunktion erfasst, welche nur gering von Kontraständerungen der MR-Bilder abhängt. Ein solches Verfahren zeigt gerade bei hohen b-Werten schlechte Ergebnisse bei der Registrierung von MR-Bildern, da der Bildkontrast eine starke Abhängigkeit auf die Richtung der Diffusionsgradienten hat.
Auch ”Comprehensive Approach for Correction of Motion and Distortion in Diffusion-Weighted MRI”, G. K. Rhode u. a., Magnetic Resonance in Medicine 51: 103–114, von 2004 beschreibt eine Kostenfunktion, welche auf der Transformation (”Mutual Information”) der zu registrierenden MR-Bilder basiert. Diese Kostenfunktion wird eingesetzt, um die diffusionsgewichteten MR-Bilder zu registrieren.
”Spatial Registration and Normalization of Images”, K. J. Friston u. a., Human Brain Mapping 2: 165–189, von 1995 offenbart eine Fehlerquadrat-Kostenfunktion, welche beispielsweise bei einer funktionalen Magnetresonanz-Bildgebung eingesetzt wird.
Gemäß ”Characterization of Anisotropy in High Angular Resolution Diffusion-Weighted MRI”, L. R. Frank u. a., Magnetic Resonance in Medicine 47: 1083–1099, von 2002 wird eine Reihe von ersten MR-Bildern, welche mit einem b-Wert = 0 erfasst wurden, verschachtelt in einer Erfassung von zweiten MR-Bildern mit einem hohen b-Wert, aufgenommen. Die ersten MR-Bilder werden miteinander registriert und die daraus gewonnenen Parameter werden bei der Registrierung der zweiten MR-Bilder eingesetzt. Dieses Verfahren weist eine geringe zeitliche Auflösung auf, da im Allgemeinen nur wenige erste Bilder (mit einem b-Wert = 0) erfasst werden, so dass der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten Bildern relativ groß ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, diffusionsgewichtete MR-Bilder derart zu erzeugen, dass die Registrierung der erzeugten diffusionsgewichteten MR-Bilder zu weniger Problemen führt, als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung einer Diffusionsinformation nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 15, durch ein Computerprogrammprodukt durch Anspruch 17 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung einer Diffusionsinformation bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Erzeugen diffusionsgewichteter MR-Bilder von einem Untersuchungsobjekt, wobei jedes dieser MR-Bilder mit einem individuellen oder anderen Diffusionsgradienten erzeugt wird. Jedes MR-Bild weist demnach einen eigenen Diffusionsgradienten auf, mit welchem die in diesem MR-Bild enthaltene Diffusionsinformation erfasst wird.
• Sortieren der MR-Bilder und damit der Diffusionsgradienten derart, dass jeder der Diffusionsgradienten und damit die entsprechenden MR-Bilder zu mindestens einer Gruppe gehört. Dabei umfasst jede dieser Gruppen dieselbe vorher festgesetzte Anzahl von Diffusionsgradienten oder MR-Bildern. Die Diffusionsgradienten (MR-Bilder) werden derart den einzelnen Gruppen zugeordnet, dass die Diffusionsgradienten innerhalb einer Gruppe wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander sind.
• Die MR-Bilder derselben Gruppe werden zu einem MR-Ergebnisbild zusammengefasst.
• Eine Bewegungsdetektion wird verwendet, um örtliche Transformationen zwischen MR-Ergebnisbildern zu bestimmen. D. h. die Bewegung eines in den MR-Ergebnisbildern (und damit in den MR-Bildern) dargestellten Objekts wird erfasst und diese Bewegung anhand der örtlichen Transformationen beschrieben.
• Die örtlichen Transformationen werden verwendet, um Positionen und Orientierungen der entsprechenden MR-Bilder (z. B. Positionen und Orientierungen eines von den MR-Bildern dargestellten Objekts) an die erfasste Bewegung anzupassen und die entsprechenden MR-Bilder entsprechend zu modifizieren. Insbesondere wird eine örtliche Transformation zwischen einem vorherigen MR-Ergebnisbild und einem aktuellen MR-Ergebnisbild bestimmt. Diese örtliche Transformation wird dann eingesetzt, um die MR-Bilder des aktuellen MR-Ergebnisbildes an die erfasste Bewegung anzupassen.
• Erzeugen der Diffusionsinformation mit Hilfe der modifizierten MR-Bilder.

Die oben angegebenen Schritte müssen nicht in der oben angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Diffusionsgradienten zuerst sortiert und anschließend (nach der Sortierung) die MR-Bilder (insbesondere in einer zeitlichen Reihenfolge, welche der Reihenfolge der sortierten Diffusionsgradienten entspricht) erstellt.
Die Sortierung der Diffusionsgradienten bzw. MR-Bilder erst nach der Erstellung der MR-Bilder durchzuführen, kann insbesondere dann sinnvoll durchgeführt werden, wenn die relative Bewegung zwischen den MR-Bildern derselben Gruppe nicht zu groß ist.
Indem die Diffusionsgradienten und damit die MR-Bilder derart gruppiert werden, dass die Diffusionsgradienten innerhalb derselben Gruppe wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander sind, weisen die MR-Ergebnisbilder, welche aus den MR-Bildern derselben Gruppe kombiniert sind, alle einen ähnlichen Kontrast auf. Mit anderen Worten ist der Kontrast eines MR-Ergebnisbildes, welches sich aus den MR-Bildern einer der Gruppen ergibt, nahezu gleich einem Kontrast eines anderen MR-Ergebnisbildes, welches sich aus den MR-Bildern einer anderen der Gruppen ergibt. Da die Registrierung von MR-Bildern, welche einen ähnlichen Kontrast aufweisen, wesentlich einfacher oder wesentlich robuster (weniger fehleranfällig) ist, führt die Registrierung der erfindungsgemäß sortierten MR-Bilder zu einem wesentlich besseren Ergebnis, als wenn die MR-Bilder nicht erfindungsgemäß sortiert sind.
Zur Bestimmung der Diffusionsgradienten (und damit der diffusionsgewichteten MR-Bilder) einer Gruppe dient insbesondere folgende Gleichung (1):
Dabei ist D_ij eine Komponente des symmetrischen Diffusionstensors D, und b_ij sind bekannte Messparameter, die von den zu bestimmenden Diffusionsgradienten abhängig sind. A(0) ist die Signalamplitude in einem nicht diffusionsgewichteten MR-Bild, und A(b) ist die Signalamplitude eines diffusionsgewichteten MR-Bildes mit der b-Matrix b. Da der Diffusionstensor D symmetrisch ist, gilt D_ij = D_ji, so dass 7 unbekannte Parameter (die 6 verschiedenen Komponenten D_ij und A(0)) bestimmt werden müssen, was über ein entsprechendes Gleichungssystem möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Eigenschaft des Diffusionstensors D ausgenutzt, dass die Spur (”trace”) des Diffusionstensors gegenüber einer Rotation des Diffusionstensors D invariant ist. Die Diffusionsgradienten werden sortiert, damit ein spurgewichtetes (”trace weighted”) MR-Ergebnisbild mit Hilfe der Richtungen (d. h. Diffusionsgradienten) einer Gruppe berechnet werden kann. Dieses MR-Ergebnisbild hat die Eigenschaft, dass der Kontrast unabhängig von den absoluten Richtungen der Diffusionsgradienten in der Gruppe ist.
Damit Gleichung (1) erfüllt werden kann, müssen die Diffusionsgradienten derselben Gruppe gewisse Bedingungen erfüllen, was dem Artikel ”(Mathematical) necessary conditions for the selection of gradient vectors in DTI”, von A. Özcan, J. Magn. Reson. 172, Seiten 238–241, 2005 entnommen ist. Zum Beispiel müssen mindestens 6 Diffusionsgradienten die folgenden Eigenschaften erfüllen, wobei zu berücksichtigen ist, dass die 6 Diffusionsgradienten alle folgenden Bedingungen erfüllen müssen, während bei Gruppen mit mehr als 6 Diffusionsgradienten einige der folgenden Regeln auch verletzt werden dürfen.

1. Zwei Diffusionsgradienten derselben Gruppe dürfen nicht parallel oder antiparallel sein. D. h. ein Diffusionsgradient derselben Gruppe darf nicht ein (positives oder negatives) Mehrfaches eines anderen Diffusionsgradienten derselben Gruppe sein.
2. Wenn drei Diffusionsgradienten derselben Gruppe in derselben Ebene liegen (d. h. die drei Diffusionsgradienten sind koplanar, so dass die drei möglichen Kreuzprodukte kollinear sind), dann müssen die restlichen drei Diffusionsgradienten dieser Gruppe linear unabhängig sein. Anders ausgedrückt dürfen die restlichen drei Diffusionsgradienten nicht koplanar sein (d. h. nicht in derselben Ebene liegen).
3. Höchstens drei Diffusionsgradienten derselben Gruppe dürfen in derselben Ebene liegen oder koplanar sein. Anders ausgedrückt dürfen vier Diffusionsgradienten derselben Gruppe nicht in derselben Ebene liegen oder koplanar sein.

Die bevorzugte Implementierung dieses Verfahrens besteht aus drei Diffusionsgradienten, die senkrecht zueinander sind. In diesem Fall kann ein ”trace weighted” MR-Ergebnisbild durch das geometrische Mittel der drei MR-Bilder berechnet werden.
Anders ausgedrückt weist das Signal (der Pixelwert) für ein bestimmtes Pixel bei jedem MR-Bild derselben Gruppe eine exponentielle Abhängigkeit von dem Diffusionskoeffizienten entlang der Richtung des dem jeweiligen MR-Bild entsprechenden Diffusionsgradienten auf. Das geometrische Mittel der Pixelwerte der drei MR-Bilder derselben Gruppe für ein bestimmtes Pixel weist eine exponentielle Abhängigkeit von der Summe der Diffusionskoeffizienten der Richtungen der drei senkrechten Diffusionsgradienten derselben Gruppe auf. Die Summe der drei Diffusionskoeffizienten entspricht dem Trace (der Spur bzw. Hauptdiagonalen (links oben nach rechts unten) des Diffusionstensors D) des Diffusionstensors, was zu dem Ausdruck spurgeführtes (”trace weighted”) MR-Ergebnisbild führt.
Wie oben beschrieben ist, kann für den Fall von drei senkrechten Diffusionsgradienten die Zusammenfassung der MR-Bilder derselben Gruppe zu dem ”trace weighted” MR-Ergebnisbild z. B. derart erfolgen, dass jeder Pixelwert eines bestimmten Pixels des MR-Ergebnisbildes dem geometrischen Mittel der Pixelwerte dieses bestimmten Pixels der entsprechenden MR-Bilder entspricht. Bei den drei MR-Bildern in jeder Gruppe entspricht der Pixelwert der dritten Wurzel des Produkts der drei Pixelwerte der drei MR-Bilder. Bei mehr als sechs MR-Bildern in jeder Gruppe könnte die Zusammenfassung der MR-Bilder derselben Gruppe zu dem ”trace weighted” MR-Ergebnisbild derart erfolgen, dass man die Gleichung (1) für die sieben unbekannten Parameter löst und davon ein ”trace weighted” MR-Ergebnisbild berechnet.
Wie oben bereits angedeutet ist, existieren erfindungsgemäß zwei unterschiedliche Varianten:

• Gemäß der bevorzugten ersten Variante werden die Diffusionsgradienten vor der Erfassung der MR-Bilder erfindungsgemäß sortiert. Daher werden die diffusionsgewichteten MR-Bilder bereits in der sortierten Reihenfolge erfasst, indem die MR-Bilder derselben Gruppe direkt aufeinanderfolgend erfasst werden.
• Gemäß der allgemeineren zweiten Variante werden die diffusionsgelichteten MR-Bilder in einer beliebigen Reihenfolge erfasst. Erst nach der Erfassung werden die MR-Bilder erfindungsgemäß sortiert, die MR-Ergebnisbilder erzeugt und diese MR-Ergebnisbilder registriert (d. h. die örtlichen Transformationen bestimmt).

Da die Wahrscheinlichkeit einer Objektbewegung umso größer ist, je größer der zeitliche Abstand zwischen den Erfassungszeitpunkten der MR-Bilder ist, weist die erste Variante Vorteile gegenüber der zweiten Variante auf.
Allerdings sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch dann vorteilhaft eingesetzt werden kann, wenn bereits erzeugte diffusionsgewichtete MR-Bilder (welche also nicht in der erfindungsgemäßen Reihenfolge erfasst worden sind) registriert werden sollen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die diffusionsgewichteten MR-Bilder mit einem ersten b-Wert erzeugt. Zusätzlich werden weitere diffusionsgewichtete MR-Bilder mit einem zweiten b-Wert erzeugt, wobei der zweite b-Wert kleiner als der erste b-Wert ist. Die MR-Ergebnisbilder werden gemäß dieser Ausführungsform direkt mit den weiteren MR-Bildern registriert.
Die MR-Bilder mit dem zweiten (kleinen (z. B. im Bereich von 0 bis 50 s/mm²)) b-Wert können problemlos zueinander registriert werden, da deren Kontrast gleich (oder sehr ähnlich) ist. Da hingegen der Kontrast dieser Bilder im Vergleich zu dem Kontrast der MR-Bilder mit dem ersten (hohen) b-Wert sehr unterschiedlich ist, können die MR-Bilder mit unterschiedlichen b-Werten nicht leicht registriert werden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die diffusionsgewichteten MR-Bilder mit einem ersten b-Wert erzeugt. Wiederum werden weitere diffusionsgewichtete MR-Bilder mit einem zweiten b-Wert erzeugt, welcher kleiner als der erste b-Wert ist. Wie bei der vorherigen Ausführungsform werden die weiteren diffusionsgewichteten MR-Bilder insbesondere zwischen der Erfassung der diffusionsgewichteten MR-Bilder mit dem ersten b-Wert erfasst. Gemäß dieser weiteren Ausführungsform werden Informationen, welche bei der Registrierung der MR-Ergebnisbilder abgeleitet worden sind, zur Registrierung der weiteren MR-Bilder eingesetzt.
Bei der Registrierung der MR-Ergebnisbilder werden Informationen erfasst, welche beispielsweise darüber Auskunft geben, wie sich das Objekt zwischen dem Erfassungszeitpunkt des einen MR-Ergebnisbildes und dem Erfassungszeitpunkt des anderen MR-Ergebnisbildes bewegt hat. Da die weiteren MR-Bilder eingeschachtelt in die Erfassung der MR-Bilder erfasst werden, gilt diese Bewegungsinformation auch für die weiteren MR-Bilder und kann daher vorteilhafterweise zur Registrierung dieser weiteren MR-Bilder eingesetzt werden.
Gemäß einer Variante dieser weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vorregistrierung der weiteren MR-Bilder durchgeführt, wobei eine erste Bewegungsinformation abgeleitet wird. Bei dieser Vorregistrierung werden (insbesondere nur) alle MR-Bilder mit dem zweiten (kleinen) b-Wert zueinander registriert. Eine zweite Bewegungsinformation wird bei der. Registrierung der MR-Ergebnisbilder mit dem ersten (hohen) b-Wert abgeleitet. Die eigentliche Registrierung der weiteren MR-Bilder wird mittels Bewegungsparametern durchgeführt, welche am besten sowohl den ersten Bewegungsinformationen als auch den zweiten Bewegungsinformationen entsprechen.
Die vorbestimmte Anzahl der Diffusionsgradienten, welche jeweils eine Gruppe bilden, ist vorteilhafterweise 3. In diesem Fall sind die Diffusionsgradienten einer Gruppe dann wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander, wenn die drei Diffusionsgradienten wechselseitig möglichst senkrecht aufeinander stehen.
Um die Diffusionsgradienten derart zu sortieren, dass die Diffusionsgradienten jeder Gruppe möglichst senkrecht aufeinander stehen, kann für jede Gruppe eine Maßzahl berechnet werden, welche umso kleiner ist, je genauer die Diffusionsgradienten derselben Gruppe wechselseitig aufeinander senkrecht stehen. Eine Summe der Maßzahlen aller Gruppen gibt dann ein Maß dafür an, wie gut das erfindungsgemäße Sortierungskriterium erfüllt worden ist. Beispielsweise können die Diffusionsgradienten derart sortiert werden, dass diese Summe möglichst klein ist.
Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Sortierung der Diffusionsgradienten besteht in der Forderung, dass für jede Gruppe von Diffusionsgradienten folgende Gleichung (2) erfüllt ist: max(|DV₁·DV₂|, |DV₁·DV₃|, |DV₂·DV₃|) < S (2), dabei ist max(a, b, c) eine Funktion, welche das Maximum von a, b und c als Funktionswert zurückgibt. DV_i ist der i-te auf die Länge l normierte Diffusionsgradient der jeweiligen Gruppe und S ist ein Schwellenwert. Die Diffusionsgradienten werden nun derart den einzelnen Gruppen zugeteilt, dass der Schwellenwert S möglichst klein ist.
Ein Suchalgorithmus, welcher eine Sortierung der Diffusionsgradienten DV_i derart vorzunehmen hat, dass die Diffusionsgradienten aller Gruppen die Gleichung (oder besser Ungleichung) (2) erfüllen, verändert den Schwellenwert S, um eine Lösung zu finden. Der optimale (minimale) Wert des Schwellenwerts S hängt zum einen von den vorgegebenen Diffusionsgradienten und zum anderen davon ab, zu wie vielen Gruppen derselbe Diffusionsgradient gehört.
Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit, dass derselbe Diffusionsgradient zu mehreren Gruppen gehört. Beispielsweise ist es möglich, dass jeder zweite Diffusionsgradient zu zwei Gruppen gehört. Es ist auch möglich, dass mit Ausnahme der beiden ersten Diffusionsgradienten und der beiden letzten Diffusionsgradienten (nach der Sortierung) jeder Diffusionsgradient zu drei Gruppen gehört.
Diese Varianten sollen im Folgenden genauer erläutert werden. Dabei sei angenommen, dass die Gruppen (und damit die Diffusionsgradienten der Gruppen) aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Die Variante, dass jeder zweite Diffusionsgradient zu zwei Gruppen gehört, kann so dargestellt werden, dass jeweils der dritte Diffusionsgradient jeder Gruppe gleichzeitig der erste Diffusionsgradient der dieser Gruppe folgenden Gruppe ist.
Bei dieser Variante können die Diffusionsgradienten derselben Gruppe senkrecht zueinander angeordnet sein, obwohl stärkere Restriktionen bezüglich der Anordnung aller Diffusionsgradienten in der erfindungsgemäßen Reihenfolge existieren, als wenn jeder Diffusionsgradient nur zu einer Gruppe gehört. Im Vergleich zu der Variante, dass jeder Diffusionsgradient nur zu einer Gruppe gehört, ist bei dieser Variante die zeitliche Auflösung verbessert, da eine Bewegungserkennung und damit eine Bewegungskorrektur nach jedem zweiten diffusionsgewichteten MR-Bild (und nicht erst nach jedem dritten diffusionsgewichteten MR-Bild) möglich ist, da nach jedem zweiten erfassten MR-Bild aus drei MR-Bildern ein MR-Ergebnisbild kombiniert wird.
Die Variante, dass mit Ausnahme der beiden ersten/letzten Diffusionsgradienten jeder Diffusionsgradient zu drei Gruppen gehört, kann so dargestellt werden, dass der zweite Diffusionsgradient jeder Gruppe auch zu der vorherigen und zu der nachfolgenden Gruppe gehört. Der erste Diffusionsgradient jeder Gruppe gehört dann auch zu den beiden vorherigen Gruppen und der dritte Diffusionsgradient jeder Gruppe gehört dann auch zu den beiden nachfolgenden Gruppen.
Bei dieser Variante können die Diffusionsgradienten derselben Gruppe nicht wirklich senkrecht (sondern nur möglichst senkrecht) aufeinander angeordnet werden. Vorteilhafterweise ist aber im Vergleich zu der Variante, dass jeder Diffusionsgradient nur zu einer Gruppe gehört oder auch zu der Variante, dass jeder zweite Diffusionsgradient zu zwei Gruppen gehört, die zeitliche Auflösung bei der Bewegungserkennung bzw. Bewegungskorrektur weiter verbessert, da diese Bewegungserkennung bzw. Bewegungskorrektur nun nach jedem diffusionsgewichteten MR-Bild möglich ist. (Nach jedem erfassten MR-Bild wird ein neues MR-Ergebnisbild berechnet, das sich aus diesem MR-Bild und den beiden vorherigen zusammensetzt.)
Vorteilhafterweise werden die Diffusionsgradienten derart bestimmt, dass eine Verteilung der Richtungen der Diffusionsgradienten möglichst gleichmäßig im Raum verteilt ist. Wenn man sich beispielsweise die Diffusionsgradienten als Einheitsvektoren der Länge l vorstellt, welche jeweils im Ursprung des Koordinatensystems beginnen, dann sollten die Punkte auf einer Kugel mit dem Radius l und dem Ursprung als Mittelpunkt möglichst gleichmäßig auf der Kugeloberfläche angeordnet sein, wenn die Punkte dem jeweiligen Ende (der Spitze) des jeweiligen Einheitsvektors entsprechen.
Umso gleichmäßiger die Verteilung der Richtungen der Diffusionsgradienten ist, desto einfacher oder besser können die Gruppen jeweils mit Diffusionsgradienten versehen werden, welche im Wesentlichen wechselseitig aufeinander senkrecht stehen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Registrierung der diffusionsgewichteten MR-Bilder in Echtzeit vorgenommen, so dass auch die Bewegungserkennung in Echtzeit stattfindet. Dadurch kann die Ausrichtung einer aktuell bei der Erzeugung der diffusionsgewichteten MR-Bilder gemessenen Schicht an die erkannte Bewegungsrichtung angepasst werden. Dazu wird z. B. der Normalenvektor der als nächstes zu messenden Schicht (d. h. der Vektor, der senkrecht auf dieser Schicht steht) und damit die Schicht selbst derart modifiziert, dass der Normalenvektor möglichst parallel zu der Richtung der erfassten Bewegung angeordnet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung kann zur Erzeugung der diffusionsgewichteten MR-Bilder auch eine Mehrfachabtast-Technik (”Multi-Shot”) eingesetzt werden. Zur Korrektur von Phasenfehlern, welche beispielsweise durch eine Bewegung induziert werden, werden Navigatorsignale erfasst, welche bei jedem Abtastschritt der Mehrfachabtastung durch ein Abtasten des Zentrums des K-Raums erfasst werden. Die Registrierung der MR-Bilder wird dann abhängig von Informationen durchgeführt, welche durch diese Navigatorsignale erfasst worden sind.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass verschiedene Navigatormessverfahren existieren. Bei einigen dieser Navigatormessverfahren wird der Navigator (z. B. die Navigatorsignale) vor dem eigentlichen Abtastschritt (also vor dem Erfassen des eigentlichen K-Raum-Segments) erfasst. Bei anderen dieser Navigatormessverfahren erfolgt das Messen des Navigators nach dem eigentlichen Abtastschritt. Darüber hinaus können die Navigatordaten oder die Navigatorsignale auch ein Bestandteil des eigentlich zu messenden K-Raum-Segments sein, so dass die Navigatorsignale quasi im Rahmen des Abtastschritts mit erfasst werden (entsprechende Navigatormessverfahren werden auch Self-Navigator-Verfahren genannt).
Diese Navigatorsignale stellen MR-Bilder einer vergleichsweise geringen Auflösung bereit, indem das Zentrum des K-Raums bei bzw. vor jedem Schuss (Aufnahme) abgetastet wird. Durch die aus den Navigatorsignalen gewonnenen Informationen kann eine räumlich fehlerhafte Registrierung aufgrund von Bewegung vermieden oder korrigiert werden.
Bei der Mehrfachabtast-Technik werden insbesondere mehrere Schichten nacheinander abgetastet, indem dasselbe K-Raum-Segment für jede Schicht abgetastet wird, bevor ein anderes K-Raum-Segment abgetastet wird. Dabei wird mit den Diffusionsgradienten derselben Gruppe dasselbe K-Raum-Segment für alle Schichten abgetastet, bevor ein anderes K-Raum-Segment abgetastet wird. Ein anderes K-Raum-Segment wird demnach erst dann abgetastet, wenn das K-Raum-Segment mit allen Diffusionsgradienten der Gruppe für alle Schichten abgetastet worden ist.
Durch dieses Vorgehen haben die derart erstellten diffusionsgerichteten MR-Bilder eine ähnliche zeitliche Auflösung (womit eine entsprechend gute Bewegungserkennung möglich ist) wie bei einer Einfachabtast-Technik (”Single Shot”).
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 diffusionsgewichtete MR-Bilder zu erfassen. Die Magnetresonanzanlage erzeugt jedes diffusionsgewichtete MR-Bild mit einem eigenen (anderen) Diffusionsgradienten. Dabei sortiert die Magnetresonanzanlage die Diffusionsgradienten und somit die diffusionsgewichteten MR-Bilder derart, dass anschließend (nach der Sortierung) eine vorbestimmte Anzahl dieser Diffusionsgradienten jeweils eine Gruppe bildet. Dabei gehört jeder Diffusionsgradient zu mindestens einer dieser Gruppen. Die Diffusionsgradienten derselben Gruppe sind wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander. Die Magnetresonanzanlage fasst diejenigen MR-Bilder deren Diffusionsgradienten zur selben Gruppe gehören, zu einem MR-Ergebnisbild zusammen. Dann bestimmt die Magnetresonanzanlage örtliche Transformationen zwischen den MR-Ergebnisbildern und modifiziert die MR-Bilder abhängig von diesen örtlichen Transformationen. Schließlich bestimmt die Magnetresonanzanlage eine Diffusionsinformation durch diese derart modifizierten MR-Bilder.
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 adressiert im Wesentlichen die Vermeidung von Kontrastunterschieden, welche zwischen zwei zu registrierenden MR-Bildern auftreten, die mit Diffusionsgradienten unterschiedlichen Richtungen, aber insbesondere mit demselben b-Wert erfasst worden sind. Nach dem Stand der Technik werden allerdings zur Ermittlung einer Diffusionsinformation neben einer großen Anzahl von MR-Bildern, welche mit demselben b-Wert erzeugt werden, auch eine geringe Anzahl von MR-Bildern erzeugt, welche mit anderen (sehr geringen (z. B. 0–50 s/mm²)) b-Werten aufgenommen werden. Es sind auch Verfahren zur Erfassung einer Diffusionsinformation bekannt, bei welchen MR-Bildern mit mehr als zwei unterschiedlichen b-Werten erzeugt werden. Dabei ist anzumerken, dass die Registrierung von diffusionsgewichteten MR-Bildern, welche mit einem b-Wert um die 1000 s/mm² aufgenommen worden sind, mit MR-Bildern, welche mit einem geringen b-Wert (z. B. 0–50 s/mm²) erzeugt worden sind, aufgrund der großen Kontrastunterschiede zwischen den zu registrierenden MR-Bildern eine große Herausforderung darstellt.
Dazu sei angemerkt, dass die Registrierung eines erfindungsgemäß erstellten MR-Ergebnisbildes mit einem MR-Bild, welches mit einem geringen b-Wert erstellt worden ist, zu weniger Problemen führt, als die Registrierung eines nach dem Stand der Technik erstellten MR-Ergebnisbildes mit einem MR-Bild, welches mit einem geringen B-Wert erstellt worden ist. Daher ist es erfindungsgemäß möglich, ein erfindungsgemäß erstelltes MR-Ergebnisbild direkt mit einem MR-Bild zu registrieren, welches mit einem geringen b-Wert erstellt worden ist.
Falls eine direkte Registrierung zwischen einem erfindungsgemäß erstellten MR-Ergebnisbild und einem MR-Bild, welches mit einem geringen b-Wert erstellt worden ist, nicht möglich ist, können die Signalwerte des MR-Bildes, welches mit einem geringen b-Wert erstellt worden ist, künstlich geschwächt oder gedämpft werden, um eine Art Schätzung eines trace weighted MR-Bildes zu erzeugen, welches dann mit dem erfindungsgemäß erstellten MR-Ergebnisbild, welches in aller Regel mit einem hohen b-Wert (z. B. um die 1000 s/mm²) erstellt worden ist, zu registrieren. Diese Schwächung oder Dämpfung wird mit Schätzwerten für ein mittleres Diffusionsvermögen eines Gewebes, welches mit den unterschiedlichen Gewebetypen (z. B. weiße oder graue Gehirnsubstanz) in dem MR-Bild, welches mit dem geringen b-Wert erstellt worden ist, übereinstimmt, durchgeführt.
In einigen Fällen ist es notwendig die Bewegungskorrektur mit einer Korrektur einer Bildverzerrung aufgrund von Wirbelstromeffekten zu kombinieren. Dies kann durch ein schichtspezifisches Registrierüngsverfahren realisiert werden. Aber durch diesen Ansatz treten meist Probleme bei der Registrierung der diffusionsgewichteten MR-Ergebnisbilder auf. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in diesem Fall ein Verfahren einzusetzen, welches Kalibrierungsmessungen einsetzt, durch welche K-Raum-Korrekturen während der Datenerfassung oder während der Bildrekonstruktion ermöglicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Erstellung einer Diffusionsinformation in Form von MR-Bildern geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch zur Erstellung von Diffusionsinformation in einer beliebigen Form einsetzbar ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch eine Magnetresonanzanlage dargestellt.
In 2 ist schematisch dargestellt, welche Varianten bei der Zuteilung der Diffusionsgradienten auf einzelne Gruppen erfindungsgemäß möglich sind.
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 Kopfes), 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 Hochfrequenz leistungsverstärker 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 kann aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert werden. 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 dargestellt, wie jeweils drei Diffusionsgradienten (und damit diffusionsgewichtete MR-Bilder 31) einer Gruppe (und damit einem trace weighted MR-Ergebnisbild 32) zugeordnet werden können. Bei jeder der drei dargestellten Varianten A bis C sind die diffusionsgewichteten MR-Bilder 31 derart den jeweiligen trace weighted MR-Ergebnisbildern 32 zugeordnet, dass die den drei diffusionsgewichteten MR-Bildern 31 der jeweiligen Gruppe zugeordneten Diffusionsgradienten möglichst senkrecht zueinander angeordnet sind.
Bei Variante A (siehe 2A) teilen sich die einzelnen Gruppen 32 (MR-Ergebnisbilder 32) keinen Diffusionsgradienten (keine diffusionsgewichteten MR-Bilder 31), bei Variante B (siehe 2B) teilen sich die einzelnen MR-Ergebnisbilder 32 jeweils ein diffusionsgewichtetes MR-Bild 31 und bei Variante C (siehe 2C) teilen sich die einzelnen MR-Ergebnisbilder 32 jeweils zwei diffusionsgewichteten MR-Bilder 31.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer Diffusionsinformation als Flussablaufdiagramm dargestellt.
Im ersten Schritt S1 werden zahlreiche Diffusionsgradienten (beispielsweise 60) bestimmt. Mit jedem dieser Diffusionsgradienten wird dann im Schritt S3 ein diffusionsgewichtetes MR-Bild erstellt. Wenn jeder dieser Diffusionsgradienten im Ursprung beginnt und eine Kugeloberfläche einer Kugel schneidet, wobei diese Kugel ihren Mittelpunkt im Ursprung hat, dann erzeugt jeder Diffusionsgradient auf der Kugeloberfläche einen Schnittpunkt. Die Diffusionsgradienten werden nun derart ausgewählt, dass diese Schnittpunkte die Kugeloberfläche möglichst gleichmäßig überdecken, so dass beispielsweise der Abstand zwischen einem Schnittpunkt und seinem nächsten Nachbarn möglichst für jeden Schnittpunkt gleich ist.
Im nächsten Schritt S2 werden Diffusionsgradienten derart in eine Reihenfolge sortiert, dass jeweils drei gemäß der Reihenfolge hintereinander angeordnete Diffusionsgradienten eine Gruppe bilden. Dabei stehen die drei Diffusionsgradienten derselben Gruppe, wechselweise möglichst gut senkrecht aufeinander, so dass der Betrag des Skalarprodukts von zwei beliebigen dieser drei Diffusionsgradienten derselben Gruppe möglichst klein ist.
Im folgenden Schritt S3 werden anhand der drei Diffusionsgradienten derselben Gruppe drei diffusionsgewichtete MR-Bilder erzeugt.
Diese drei diffusionsgewichteten MR-Bilder werden im Schritt S4 zu einem spurgewichteten (”trace weighted”) MR-Ergebnisbild zusammengefasst. Da die MR-Ergebnisbilder 32 jeweils mittels Diffusionsgradienten erstellt werden, welche wechselseitig möglichst senkrecht zueinander angeordnet sind, gleichen sich alle MR-Ergebnisbilder bezüglich ihres Kontrastes. D. h. die erfindungsgemäß erzeugten MR-Ergebnisbilder weisen vorteilhafterweise nur geringe Kontrastunterschiede auf.
Bezüglich dieses aktuellen MR-Ergebnisbildes und des vorherigen MR-Ergebnisbildes wird im Schritt S5 eine örtliche Transformation bestimmt, was auch als Teil einer Registrierung bekannt ist. Mittels dieser örtlichen Transformation können Objekte innerhalb des MR-Ergebnisbildes in entsprechende Objekte in dem vorherigen MR-Ergebnisbild überführt werden, wodurch eine Bewegung dieser Objekte zwischen dem vorherigen MR-Ergebnisbild und dem aktuellen MR-Ergebnisbild berücksichtigt wird. Da sich alle MR-Ergebnisbilder bezüglich ihres Kontrastes gleichen, existiert höchstens ein geringer Kontrastunterschied zwischen einem MR-Ergebnisbild und seinem Vorgänger-MR-Ergebnisbild, wodurch vorteilhafterweise die Bestimmung der örtlichen Transformation zwischen dem MR-Ergebnisbild und seinem Vorgänger-MR-Ergebnisbild erleichtert wird.
Im nächsten Schritt S6 wird diese im Schritt S5 bestimmte örtliche Transformation nun eingesetzt, um entsprechende Positionen und Orientierungen (insbesondere von Objekten) in denjenigen drei MR-Bildern, aus denen das aktuelle MR-Ergebnisbild entstanden ist, entsprechend zu korrigieren oder anzupassen. Anders ausgedrückt wird die im Schritt S5 bestimmte örtliche Transformation eingesetzt, um die MR-Bilder zu registrieren.
Falls bei der Abfrage S7 erfasst wird, dass noch nicht verarbeitete Diffusionsgradienten (also Diffusionsgradienten, mit welchen noch kein diffusionsgewichtetes MR-Bild erstellt worden ist) existieren, kehrt das Verfahren zu Schritt S3 zurück. Ansonsten fährt das Verfahren bei Schritt S8 fort.
In diesem Schritt S8 wird anhand der korrigierten oder angepassten MR-Bilder eine Diffusionsinformation erzeugt.

Claims

Verfahren zur Erstellung einer Diffusionsinformation, folgende Schritte umfassend: Erzeugen diffusionsgewichteter MR-Bilder (31) von einem Untersuchungsobjekt (O), wobei jedes MR-Bild (31) mit einem individuellen Diffusionsgradienten erzeugt wird, Sortieren der Diffusionsgradienten und damit der MR-Bilder (31) derart, dass nach der Sortierung eine vorbestimmte Anzahl der Diffusionsgradienten jeweils eine Gruppe bildet, wobei jeder Diffusionsgradient zu mindestens einer der Gruppen gehört, wobei die Diffusionsgradienten der jeweils selben Gruppe wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander sind, Zusammenfassen derjenigen MR-Bilder (31), deren Diffusionsgradienten eine Gruppe bilden, zu einem MR-Ergebnisbild (32), Bestimmen von örtlichen Transformationen zwischen einem vorherigen MR-Ergebnisbild und einem aktuellen MR-Ergebnisbild, um Positionen und Orientierungen der entsprechenden MR-Bilder an die erfasste Bewegung anzupassen und die entsprechenden MR-Bilder entsprechend zu modifizieren, Modifizieren der MR-Bilder (31) mit Hilfe der örtlichen Transformationen, und Bilden der Diffusionsinformation ausgehend von den modifizierten MR-Bildern (31).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sortierung der Diffusionsgradienten vor der Erzeugung der MR-Bilder (31) erfolgt, und dass die MR-Bilder derselben Gruppe direkt aufeinanderfolgend erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionsgewichteten MR-Bilder (31) mit einem ersten b-Wert erzeugt werden, dass weitere diffusionsgewichtete MR-Bilder mit einem zweiten b-Wert erzeugt werden, wobei der zweite b-Wert kleiner als der erste b-Wert ist, und dass die MR-Ergebnisbilder (32) direkt mit den weiteren MR-Bildern registriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffusionsgewichteten MR-Bilder (31) mit einem ersten b-Wert erzeugt werden, dass weitere diffusionsgewichtete MR-Bilder mit einem zweiten b-Wert erzeugt werden, wobei der zweite b-Wert kleiner als der erste b-Wert ist, und dass Bewegungsinformationen, welche bei der Registrierung der MR-Ergebnisbilder (32) gewonnen werden, bei der Registrierung der weiteren MR-Bilder eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren MR-Bilder vorregistriert werden, wobei erste Bewegungsinformationen gewonnen werden, dass bei der Registrierung der MR-Ergebnisbilder (32) zweite Bewegungsinformationen gewonnen werden, und dass zur eigentlichen Registrierung der weiteren MR-Bilder Bewegungsparameter bestimmt werden, welche am besten den ersten Bewegungsinformationen und den zweiten Bewegungsinformationen entsprechen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anzahl gleich 3 ist, und dass die Diffusionsgradienten derart sortiert werden, dass die Diffusionsgradienten jeder Gruppe wechselseitig möglichst senkrecht aufeinander stehen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Gruppe eine Maßzahl berechnet wird, welche umso kleiner ist, je besser die drei Diffusionsgradienten wechselweise zueinander senkrecht stehen, dass eine Summe der Maßzahlen aller Gruppen gebildet wird, und dass die Diffusionsgradienten derart sortiert werden, dass die Summe möglichst klein ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Gruppe folgende Gleichung (1) erfüllt sein muss, max(|DV₁·DV₂|, |DV₁·DV₃|, |DV₂·DV₃|) < S (1), wobei max(a, b, c) eine Funktion ist, welche das Maximum von a, b und c als Funktionswert aufweist, wobei DV_i der i-te auf die Länge l normierte Diffusionsgradient der jeweiligen Gruppe und S ein Schwellenwert ist, und dass die Diffusionsgradienten derart sortiert werden, dass der Schwellenwert S möglichst klein ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsgradienten derart bestimmt und/oder sortiert werden, dass zwei aufeinanderfolgende Gruppen jeweils einen selben Diffusionsgradienten aufweisen, welcher zu diesen beiden Gruppen gehört.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsgradienten derart bestimmt und sortiert werden, dass zwei in der Reihenfolge aufeinanderfolgende Gruppen jeweils zwei selbe Diffusionsgradienten aufweisen, welche zu diesen beiden Gruppen gehören.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsgradienten derart bestimmt werden, dass eine Verteilung der Richtungen der Diffusionsgradienten möglichst gleichmäßig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierung der MR-Bilder und damit eine Bewegungserkennung in Echtzeit vorgenommen wird, und dass eine Richtung einer aktuell bei der Erzeugung der diffusionsgewichteten MR-Bilder gemessenen Schicht an die erkannte Bewegungsrichtung angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der diffusionsgewichteten MR-Bilder (31) eine Mehrfachabtast-Technik eingesetzt wird, dass zur Korrektur von Phasenfehlern Navigatorsignale erfasst werden, welche bei jeder Abtastung der Mehrfachabtastung im Zentrum des K-Raums abgetastet werden, und dass die Registrierung der MR-Bilder (31) abhängig von mittels der Navigatorsignale erfassten Informationen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der diffusionsgewichteten MR-Bilder (31) eine Mehrfachabtast-Technik eingesetzt wird, bei welcher mehrere Schichten nacheinander abgetastet werden, indem ein K-Raum-Segment jeder Schicht abgetastet wird, bevor ein weiteres K-Raum-Segment jeder Schicht abgetastet wird, dass mit den Diffusionsgradienten derselben Gruppe dasselbe K-Raum-Segment für die Schichten abgetastet wird, bevor ein weiteres K-Raum-Segment abgetastet wird, und dass das weitere K-Raum-Segment erst dann abgetastet wird, wenn dasselbe K-Raum-Segment mit allen Diffusionsgradienten der Gruppe für die Schichten abgetastet worden ist.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung einer Diffusionsinformation, wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) 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 Erzeugung von diffusionsgewichteten MR-Bildern (31) eines Untersuchungsobjekts (O) umfasst, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) jedes diffusionsgewichtete MR-Bild (31) mit einem individuellen Diffusionsgradienten erzeugt, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Diffusionsgradienten und damit die MR-Bilder (31) derart sortiert, dass nach der Sortierung eine vorbestimmte Anzahl jeweils eine Gruppe bildet, wobei jeder Diffusionsgradient zu mindestens einer der Gruppen gehört, wobei die Diffusionsgradienten der jeweils selben Gruppe wechselseitig möglichst linear unabhängig voneinander sind, dass die Magnetresonanzanlage (5) diejenigen MR-Bilder (31), deren Diffusionsgradienten eine Gruppe bilden, zu einem MR-Ergebnisbild (32) zusammenfasst, und dass die Magnetresonanzanlage (5) örtliche Transformationen zwischen einem vorherigen MR-Ergebnisbild und einem aktuellen MR-Ergebnisbild bestimmt, um Positionen und Orientierungen der entsprechenden MR-Bilder an die erfasste Bewegung anzupassen und die entsprechenden MR-Bilder entsprechend zu modidfizieren, die MR-Bilder (31) mit Hilfe der örtlichen Transformationen modifiziert und die Diffusionsinformation ausgehend von den modifizierten MR-Bildern (32) bildet.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14 durchführt.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–14 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) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–14 durchführen.