DE102011078849B4 - Determining excitation parameters for parallel MR imaging using elements of a k-space covariance matrix for signal noise in k-space data - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Festlegen von Anregungsparametern, insbesondere zum Festlegen eines Anregungsprofils, für eine MR-Bildgebung werden Elemente einer k-Raum-Kovarianzmatrix für Signalrauschen in k-Raum-Daten, die bei einer Datenerfassung an einem Untersuchungsobjekt mit den mehreren Empfangskanälen erfasst werden, ermittelt. Für mehrere Voxel des Untersuchungsobjekts werden rechnerisch Elemente wenigstens einer Bildraum-Kovarianzmatrix abhängig von der k-Raum-Kovarianzmatrix ermittelt. Die Anregungsparameter (41) werden abhängig von den ermittelten Elementen der wenigstens einen Bildraum-Kovarianzmatrix festgelegt.In a method and a device for determining excitation parameters, in particular for determining an excitation profile, for MR imaging, elements of a k-space covariance matrix for signal noise in k-space data, which in a data acquisition on an examination subject with the plurality of receive channels be detected. For several voxels of the examination subject, computationally elements of at least one image space covariance matrix are determined as a function of the k-space covariance matrix. The excitation parameters (41) are determined as a function of the determined elements of the at least one image space covariance matrix.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Festlegen von Anregungsparametern für eine MR-Bildgebung. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine MR-Datenerfassung, die unter Verwendung mehrerer Sendekanäle die Erzeugung räumlich variierender Anregungsprofile erlaubt.The invention relates to a method and a device for determining excitation parameters for MR imaging. More particularly, the invention relates to a method and apparatus for MR data acquisition that allows the generation of spatially varying excitation profiles using multiple transmit channels.
Die MR-Bildgebung findet mittlerweile weite Anwendung, da sie die Aufnahme zweidimensionaler oder dreidimensionaler Bilddaten ermöglicht, die Strukturen im Inneren eines Untersuchungsobjekts mit hoher Auflösung abbilden können. Bei der MR-Bildgebung werden die Kernspins von Wasserstoffkernen im Untersuchungsobjekt in einem Hauptmagnetfeld (B0) ausgerichtet und anschließend durch das Einstrahlen von HF(Hochfrequenz)-Pulsen angeregt. Die angeregte Magnetisierung wird detektiert, wobei durch verschiedene bekannte Methoden eine Ortskodierung erzielt wird.MR imaging is now widely used because it allows the acquisition of two-dimensional or three-dimensional image data that can image structures inside a high-resolution object. In MR imaging, the nuclear spins of hydrogen nuclei in the examination subject are aligned in a main magnetic field (B 0 ) and then excited by the irradiation of RF (radio-frequency) pulses. The excited magnetization is detected, whereby a spatial coding is achieved by various known methods.
Durch eine parallele Datenerfassung mit mehreren Empfangsspulen kann die für eine Datenerfassung erforderliche Zeit verringert werden. Jedoch kann eine derartige Datenerfassung zur Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses führen. Beispielsweise ist es nicht möglich, Signalbeiträge von unterschiedlichen Voxeln in den mit den mehreren Empfangskanälen erfassten k-Raum-Daten zu separieren. Die resultierende Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses wird häufig durch einen ortsabhängigen Geometriefaktor (g-Faktor) quantifiziert.Parallel data acquisition with multiple receive coils can reduce the time required for data collection. However, such data acquisition may result in degradation of the signal-to-noise ratio. For example, it is not possible to separate signal contributions from different voxels in the k-space data acquired with the plurality of receive channels. The resulting degradation of the signal-to-noise ratio is often quantified by a location-dependent geometry factor (g-factor).
Neben einer parallelen Datenerfassung mit mehreren Empfangsspulen kann in der MR-Bildgebung auch eine parallele Anregung („parallel transmit”) mit mehreren Sendekanälen erfolgen. Die mehreren Sendekanäle können mehrere Sendespulen sein, die jeweils kontrolliert so steuerbar sind, dass ein gewünschtes örtlich variierendes Anregungsprofil entsteht. Zur parallelen Anregung und parallelen Datenaufnahme können dieselben Spulen oder Spulensegmente verwendet werden, die über eine Sende-/Empfangsweiche jeweils sowohl mit einem Sendepfad für eine Anregung als auch mit einem Empfangspfad für die Datenaufnahme gekoppelt sind.In addition to a parallel data acquisition with multiple receiving coils, a parallel excitation ("parallel transmit") with multiple transmit channels can be carried out in MR imaging. The plurality of transmission channels may be a plurality of transmitting coils, which are controlled in each controlled so that a desired spatially varying excitation profile is formed. For parallel excitation and parallel data recording the same coils or coil segments can be used, which are coupled via a transmitting / receiving pair each with both a transmission path for an excitation and with a reception path for data acquisition.
Beispiele für eine MR-Bildgebung, die mehrere Sendekanälen zur Anregung und mehrere Empfangskanäle zur Datenaufnahme verwendet, sind in Lawrence L. Wald, Elfar Adalsteinsson: „Parallel Transmit Technology for High Field MRI”, MAGNETOM Flash 1/2009, S. 124–135 (2009), Siemens AG, Erlangen, Deutschland und in Andrew G. Webb, Christopher M. Collins, „Parallel Transmit and Receive Technology in High Field Magnetic Resonance Neuroimaging”, International Journal of Imaging Systems and Technology – Special Issue an Neuroimaging, Vol. 20, 2–13 (2010), Wiley, New York, USA beschrieben.Examples of MR imaging using multiple transmit channels for excitation and multiple receive channels for data acquisition are described in Lawrence L. Wald, Elfar Adalsteinsson: "Parallel Transmit Technology for High Field MRI", MAGNETOM Flash 1/2009, pp. 124-135 (2009), Siemens AG, Erlangen, Germany, and Andrew G. Webb, Christopher M. Collins, "Parallel Transmit and Receive Technology in High Field Magnetic Resonance Neuroimaging," International Journal of Imaging Systems and Technology - Special Issue to Neuroimaging,
Die
D. Mitsouras et al., ”Strategies for inner volume 3D fast sein echo magnetic resonance imaging using non-selective refocusing radio frequency Pulses”, Med. Phys. 33 (2006), S. 173–186 beschreibt ”Fast Spin Echo”(FSE)-Methoden, bei denen durch selektive Anregung ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt wird.D. Mitsouras et al., "Strategies for Inner Volume 3D almost echoing magnetic resonance imaging using non-selective refocusing radio frequency pulses", Med. Phys. 33 (2006), p. 173-186 describes "Fast Spin Echo" (FSE) methods in which an improved signal-to-noise ratio is achieved by selective excitation.
F. H. Lin et al., ”Parallel MRI reconstruction using variance partitioning regularization”, Magn. Reson. Med. 58 (2007), S. 735–744 beschreibt ein Regularisierungsverfahren zur Verarbeitung von bei MR-Bildgebung gewonnenen Daten.Lin H. Lin et al., "Parallel MRI reconstruction using variance partitioning regularization", Magn. Reson. Med. 58 (2007), pp. 735-744 describes a regularization method for processing data obtained in MR imaging.
Y. Ding et al., ”Accurate Noise Level and Noise Covariance Matrix Assessment in Phased Array Coil Without a Noise Scan”, Proc. Int. Soc. Magn. Reson. Med. 2010, Nr. 648 beschreibt ein Verfahren, mit dem eine Kovarianzmatrix des k-Raum-Rauschens aus den k-Raum-Daten bei der Bilderfassung und ohne separate Datenerfassung gewonnen werden kann.Y. Ding et al., "Accurate Noise Level and Noise Covariance Matrix Assessment in Phased Array Coil Without a Noise Scan", Proc. Int. Soc. Magn. Reson. Med. 2010, no. 648 describes a method with which a covariance matrix of the k-space noise can be obtained from the k-space data during image acquisition and without separate data acquisition.
Die parallele Anregung zur Erzeugung eines in mehr als einer Dimension räumlich veränderlichen Anregungsprofils kann verwendet werden, um die bei einer Datenerfassung mit mehreren Empfangskanälen auftretende Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses wenigstens teilweise zu vermindern. Beispielsweise wäre es durch Beschränkung der Anregung auf den interessierenden Teilbereich des Untersuchungsobjekts („Region of Interest”, RoI) möglich, Signalverschlechterung aufgrund von korreliertem Rauschen von Voxeln außerhalb der RoI zu reduzieren. Um eine derartige Lokalisierung der Anregung zu erreichen, kann es jedoch erforderlich sein, lange Anregungspulse und/oder eine hohe Anregungsleistung zu verwenden. Dies ist unerwünscht.The parallel excitation to generate a spatially varying excitation profile in more than one dimension can be used to at least partially reduce the degradation in signal-to-noise ratio that occurs in multi-channel data acquisition. For example, by limiting the excitation to the region of interest of the subject of interest (RoI), it would be possible to reduce signal degradation due to correlated noise from voxels outside the RoI. However, to achieve such excitation localization, it may be necessary to use long excitation pulses and / or high excitation power. This is undesirable.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem bzw. mit der Anregungsparameter, insbesondere ein Anregungsprofil, für eine MR-Bildgebung so ermittelt werden können, dass das Signal-Rausch-Verhältnis für Voxel der RoI verbessert werden kann.It is the object of the invention to provide a method and a device with which the excitation parameter, in particular an excitation profile, for MR imaging can be determined so that the signal-to-noise ratio for voxels of the RoI can be improved ,
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung anzugeben, die keine vollständige Unterdrückung des Anregungssignals außerhalb der RoI erfordern.In particular, it is an object of the invention to provide such a method and apparatus which does not require complete suppression of the excitation signal outside the RoI.
Es werden ein Verfahren, eine Vorrichtung, eine MR-Anlage und ein Computerprogramm mit den in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalen angegeben. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsbeispiele.A method, a device, an MR system and a computer program having the features defined in the independent claims are specified. The dependent claims define embodiments.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Festlegen von Anregungsparametern für eine MR-Bildgebung angegeben, bei der eine parallele Anregung mit mehreren Sendekanälen und eine parallele Datenerfassung mit mehreren Empfangskanälen erfolgt. Bei dem Verfahren werden Elemente einer k-Raum-Kovarianzmatrix für Signalrauschen in k-Raum-Daten, die bei einer Datenerfassung an einem Untersuchungsobjekt mit den mehreren Empfangskanälen erfasst werden, ermittelt. Für mehrere Voxel des Untersuchungsobjekts werden rechnerisch Elemente wenigstens einer Bildraum-Kovarianzmatrix abhängig von der k-Raum-Kovarianzmatrix ermittelt. Die Anregungsparameter werden abhängig von den ermittelten Elementen der wenigstens einen Bildraum-Kovarianzmatrix festgelegt.According to one aspect of the invention, there is provided a method of determining excitation parameters for MR imaging in which a parallel excitation with multiple transmit channels and a parallel data acquisition with multiple receive channels occurs. In the method, elements of a k-space covariance matrix for signal noise in k-space data acquired during a data acquisition on an examination object with the plurality of reception channels are determined. For several voxels of the examination subject, computationally elements of at least one image space covariance matrix are determined as a function of the k-space covariance matrix. The excitation parameters are determined as a function of the determined elements of the at least one image space covariance matrix.
Die Anregungsparameter, die ermittelt werden, können einem Anregungsprofil entsprechen oder dieses beeinflussen. Die Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix, die ermittelt werden, können Diagonal- oder Außerdiagonalelemente der Bildraum-Kovarianzmatrix für Voxel in der RoI sein. Es können auch alle Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix ermittelt werden.The excitation parameters that are determined may correspond to or influence an excitation profile. The elements of the image space covariance matrix that are detected may be diagonal or extra-diagonal elements of the image space covariance matrix for voxels in the RoI. All elements of the image space covariance matrix can also be determined.
Bei dem Verfahren werden Anregungsparameter, die ein Anregungsprofil für die MR-Bildgebung darstellen oder beeinflussen, systematisch abhängig von einer Kovarianz zwischen Voxeln des Untersuchungsobjekts bestimmt. Dadurch können Anregungsparameter derart gewählt werden, dass der lokale Geometriefaktor für Voxel in einer RoI verringert werden.In the method, excitation parameters that represent or influence an excitation profile for MR imaging are determined systematically as a function of a covariance between voxels of the examination subject. As a result, excitation parameters can be selected in such a way that the local geometry factor for voxels in a RoI is reduced.
Bei dem Verfahren wird berücksichtigt, dass bei paralleler Datenerfassung durch die unterschiedlichen Empfangsspulen und deren jeweilige ortsabhängige Sensitivität eine Unterscheidung zwischen Voxeln möglich ist. Dieser Möglichkeit wird durch die für die jeweilige Spulenanordnung und den jeweils untersuchten Abschnitt des Untersuchungsobjekts charakteristische Kovarianzmatrix im k-Raum bzw. im Ortsraum Rechnung getragen. Die Auswahl eines Anregungsprofils in Abhängigkeit von der Bildraum-Kovarianzmatrix berücksichtigt, dass für die jeweilige Spulenanordnung nicht das Signal aller Punkte außerhalb der RoI unterdrückt werden muss, und erlaubt die systematische Identifizierung eines geeigneten Anregungsprofils.The method takes into account that a differentiation between voxels is possible with parallel data acquisition by the different receiving coils and their respective location-dependent sensitivity. This possibility is taken into account by the covariance matrix in k-space or in space, which is characteristic for the respective coil arrangement and the respectively examined section of the examination subject. The selection of an excitation profile as a function of the image space covariance matrix takes into account that the signal of all points outside the RoI need not be suppressed for the respective coil arrangement, and permits the systematic identification of a suitable excitation profile.
Bei dem Verfahren kann die k-Raum-Kovarianzmatrix basierend auf den in einer Datenerfassung gewonnenen Daten ermittelt werden, bei der ein Anregungsprofil eingesetzt wird, das in dem Sinne homogen ist, dass es innerhalb einer angeregten Schicht nicht signifikant variiert. Es kann zur Ermittlung der k-Raum-Kovarianzmatrix ein homogenes Anregungsprofil eingesetzt werden, bei dem relative Schwankungen der Amplitude in einer Schicht kleiner als ein Schwellenwert sind.In the method, the k-space covariance matrix may be determined based on the data obtained in a data acquisition using an excitation profile that is homogeneous in the sense that it does not vary significantly within an excited layer. A homogeneous excitation profile can be used to determine the k-space covariance matrix, in which relative fluctuations of the amplitude in a layer are smaller than a threshold value.
Die Anregungsparameter können vor der MR-Datenerfassung bekannte Informationen repräsentieren oder beeinflussen, von denen die Bildraum-Kovarianzmatrix abhängt. Die Anregungsparameter können so ermittelt werden, dass die Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix eine vorgegebene Bedingung erfüllen.The excitation parameters may represent or influence known information prior to MR data acquisition, on which the image space covariance matrix depends. The excitation parameters can be determined such that the elements of the image space covariance matrix satisfy a predetermined condition.
Die vor der MR-Datenerfassung bekannten Informationen werden hier auch als Prior-Informationen bezeichnet, da sie vorab („prior”) bekannt sind. Falls die Anregungsparameter ein örtlich veränderliches Anregungsprofil darstellen oder festlegen, sind jedenfalls Nullstellen der örtlich veränderlichen Signalamplitude eine Prior-Information. Beispielsweise ist vorab bekannt, dass Voxel, in denen keine Anregung erfolgt, keinen Signalbeitrag liefern. Auf diese Weise kann der Einfluss der Anregungsparameter auf die Bildraum-Kovarianzmatrix systematisch berücksichtigt werden.The information known before MR data acquisition is also referred to as prior information since it is known in advance ("prior"). In any case, if the excitation parameters represent or specify a spatially varying excitation profile, zeros of the spatially varying signal amplitude are prior information. For example, it is known in advance that voxels in which no excitation occurs do not provide a signal contribution. In this way, the influence of the excitation parameters on the image space covariance matrix can be systematically taken into account.
Die Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix, die ermittelt werden, können wenigstens Diagonalelemente der Bildraum-Kovarianzmatrix beinhalten, die Voxeln aus der RoI entsprechen. Die Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix, die ermittelt werden, können alternativ oder zusätzlich Außerdiagonalelemente der Bildraum-Kovarianzmatrix beinhalten, die Kovarianzen zwischen einem Voxel in der RoI und Voxeln außerhalb der RoI angeben. The elements of the image space covariance matrix that are detected may include at least diagonal elements of the image space covariance matrix corresponding to voxels from the RoI. The elements of the image space covariance matrix that are detected may alternatively or additionally include extradiagonal elements of the image space covariance matrix indicating covariances between a voxel in the RoI and voxels outside the RoI.
Zum Festlegen der Anregungsparameter können Kovarianzen der Prior-Informationen so ermittelt werden, dass Geometriefaktoren für Voxel in einer RoI des Untersuchungsobjekts eine vorgegebene Bedingung erfüllen. Auf diese Weise können zunächst Kovarianzen der Prior-Informationen systematisch so ermittelt werden, dass die Bildraum-Kovarianzmatrix eine gewünschte Bedingung erfüllt. Aus den Kovarianzen der Prior-Informationen können dann Rückschlüsse auf ein zu verwendendes Anregungsprofil gezogen werden.To define the excitation parameters, covariances of the prior information can be determined such that geometry factors for voxels in a RoI of the examination object fulfill a predetermined condition. In this way, covariances of the prior information can first be systematically determined such that the image space covariance matrix fulfills a desired condition. The covariances of the prior information can then be used to draw conclusions about an excitation profile to be used.
Zum Festlegen der Anregungsparameter kann eine Kovarianzmatrix der Prior-Informationen bestimmt werden, für die die Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix die vorgegebene Bedingung erfüllen. Das Bestimmen der Kovarianzmatrix der Prior-Informationen kann ein Lösen der Gleichung umfassen, wobei C0 die Kovarianzmatrix der Prior-Informationen, E die Codiermatrix, C die k-Raum-Kovarianzmatrix, Dρ eine Bildraum-Kovarianzmatrix, deren Elemente die vorgegebene Bedingung erfüllen, und I eine Einheitsmatrix bezeichnet. Dies erlaubt eine systematische Ermittlung der Matrix C0. Aus der Matrix C0 kann auf ein geeignetes Anregungsprofil geschlossen werden. Insbesondere kann durch rechnerische Ermittlung von C0 systematisch ermittelt werden, an welchen Voxeln eine Anregung unterdrückt werden muss, um unter Berücksichtigung der räumlichen Selektivität der Empfangsspulen Rauschen in den resultierenden Bilddaten für die RoI zu unterdrücken. Es kann auch ermittelt werden, in welchen Voxeln keine Unterdrückung der Signalamplitude erforderlich ist. Dadurch werden die Anforderungen an das Anregungsprofil reduziert.For setting the excitation parameters, a covariance matrix of the prior information can be determined for which the elements of the image space covariance matrix satisfy the predetermined condition. Determining the covariance matrix of the prior information may involve solving the equation where C 0 denotes the covariance matrix of the prior information, E the coding matrix, C the k-space covariance matrix, D ρ a picture space covariance matrix whose elements satisfy the given condition, and I denotes a unit matrix. This allows a systematic determination of the matrix C 0 . From the matrix C 0 can be concluded that a suitable excitation profile. In particular, it can be systematically determined by computational determination of C 0 on which voxels an excitation must be suppressed in order to suppress noise in the resulting image data for the RoI, taking into account the spatial selectivity of the receiver coils. It can also be determined in which voxels no suppression of the signal amplitude is required. This reduces the requirements for the excitation profile.
Die Kovarianzen der Prior-Informationen können in einem iterativen Verfahren bestimmt werden. Dadurch können die Anregungsparameter in einem systematischen Verfahren bestimmt werden.The covariances of the prior information can be determined in an iterative procedure. As a result, the excitation parameters can be determined in a systematic method.
Die Kovarianzen der Prior-Informationen können unter Zwangsbedingungen automatisch rechnerisch bestimmt werden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass auch mit mehreren Anregungsspulen nicht jede beliebige Kovarianzmatrix von Signalamplituden realisiert werden kann. Typischerweise ist es z. B. möglich, Diagonalelemente einer derartigen Kovarianzmatrix der Prior-Informationen zu unterdrücken, während eine unmittelbare Kontrolle der Außerdiagonalelemente nicht oder nur schwerer möglich ist.The covariances of the prior information can be determined automatically under compulsory conditions. It can thereby be taken into account that even with a plurality of excitation coils not every arbitrary covariance matrix of signal amplitudes can be realized. Typically, it is z. For example, it is possible to suppress diagonal elements of such a covariance matrix of the prior information, while an immediate control of the extradiagonal elements is impossible or only possible with difficulty.
Bei dem Verfahren können für mehrere Sätze der Anregungsparameter rechnerisch die Elemente der Bildraum-Kovarianzmatrix, die dem entsprechenden Satz von Anregungsparametern zugeordnet sind, ermittelt werden. Die Anregungsparameter für die MR-Bildgebung können abhängig von den für die mehreren Sätze der Anregungsparameter jeweils ermittelten Elementen der Bildraum-Kovarianzmatrix festgelegt werden. Beispielsweise kann eine Bewertungsfunktion definiert werden, die abhängig von den ermittelten Elementen der Bildraum-Kovarianzmatrix bestimmt wird. Es kann derjenige Satz von Anregungsparametern für die nachfolgende MR-Bildgebung festgelegt werden, für den die Bewertungsfunktion extremal ist. Die Bewertung kann unter der Zwangsbedingung erfolgen, dass die Amplitude des Anregungsprofils in der RoI nicht unterdrückt wird.In the method, the elements of the image space covariance matrix, which are assigned to the corresponding set of excitation parameters, can be computationally determined for a plurality of sets of the excitation parameters. The excitation parameters for the MR imaging can be determined as a function of the elements of the image space covariance matrix respectively determined for the several sets of the excitation parameters. For example, a weighting function can be defined, which is determined depending on the determined elements of the image space covariance matrix. The set of excitation parameters for the subsequent MR imaging for which the evaluation function is extremal can be defined. The evaluation can be made under the constraint that the amplitude of the excitation profile in the RoI is not suppressed.
Die mehreren Sätze der Anregungsparameter können mehreren Anregungsprofilen entsprechen. Beispielsweise können die Anregungsprofil als Funktion des Ortes sinus- oder cosinusförmig moduliert sein. Die getesteten Anregungsprofile können unter zusätzlichen Bedingungen gewählt werden. Beispielsweise können nur Anregungsprofile zur Bewertung ausgewählt werden, die keine Nullstelle in der RoI aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können Anregungsprofile bewertet werden, die ein Maximum in der RoI aufweisen.The multiple sets of excitation parameters may correspond to multiple excitation profiles. For example, the excitation profile may be sinusoidally or cosinusoidally modulated as a function of location. The tested excitation profiles can be chosen under additional conditions. For example, only excitation profiles can be selected for evaluation that have no zero in the RoI. Alternatively or additionally, excitation profiles can be evaluated which have a maximum in RoI.
Bei dem Verfahren können Außerdiagonalelemente der wenigstens einen Bildraum-Kovarianzmatrix ermittelt und daraus Voxel des Untersuchungsobjekts bestimmt werden, deren Korrelation mit Voxeln in einer RoI des Untersuchungsobjekts einen Schwellenwert übersteigt. Auf diese Weise kann unmittelbar aus der Bildraum-Kovarianzmatrix auf heuristische Weise ermittelt werden, welche Voxel unterdrückt werden sollen.In the method, extra-diagonal elements of the at least one image space covariance matrix can be determined and voxels of the examination object can be determined therefrom whose correlation with voxels in a RoI of the examination object exceeds a threshold value. In this way it can be determined directly from the image space covariance matrix in a heuristic manner which voxels are to be suppressed.
Die Anregungsparameter können derart ermittelt werden, dass eines von Diagonalelementen der Bildraum-Kovarianzmatrix, die Voxeln in einer RoI des Untersuchungsobjekts entsprechen, abhängige Bewertungsfunktion minimiert wird. Beispielsweise kann für mehrere Anregungsprofil die Größe
Die ermittelten Elemente der k-Raum-Kovarianzmatrix können Kovarianzen von mit unterschiedlichen Aufnahmespulen erfassten k-Raum-Daten umfassen. Auf diese Weise werden Korrelationen zwischen den mit unterschiedlichen Aufnahmespulen erfassten k-Raum-Daten bei der Bestimmung eines Anregungsprofils berücksichtigt.The determined elements of the k-space covariance matrix may include covariances of k-space data acquired with different take-up coils. In this way, correlations between the k-space data acquired with different pickup coils are taken into account in determining an excitation profile.
Mit dem Verfahren kann ein Anregungsprofil für eine MR-Bildgebung zur Messung echozeitabhängiger Größen, insbesondere für eine Multi-Echo-Bildgebungssequenz, ermittelt werden. Bei derartigen Anwendungen sind räumliche Variationen des Flip-Winkels für die Spins innerhalb der RoI weniger kritisch als bei anderen Anwendungen, die einen im Wesentlichen konstanten Flip-Winkel in der RoI erfordern, um übermäßige Kontrastschwankungen zu vermeiden. Somit besteht bei Anwendungen zur Ermittlung echozeitabhängiger Größen, beispielsweise T2*-Messungen, größere Freiheit bei der Wahl eines Anregungsprofils. Dies erleichtert die Wahl eines Anregungsprofils mit dem Ziel, Rauschen in Bildraum-Daten für die RoI zu verringern.With the method, an excitation profile for MR imaging for measuring echo-time-dependent quantities, in particular for a multi-echo imaging sequence, can be determined. In such applications, spatial variations of the flip angle are less critical to the spins within the RoI than in other applications that require a substantially constant flip angle in the RoI to avoid excessive contrast variations. Thus, in applications for determining echo-time dependent quantities, for example T 2 * measurements, there is greater freedom in choosing an excitation profile. This facilitates the selection of an excitation profile with the aim of reducing noise in image space data for the RoI.
Die Anregungsparameter können so ermittelt werden, dass für unterschiedliche Echozeiten unterschiedliche Anteile des erfassten MR-Bildes unterdrückt sind.The excitation parameters can be determined such that different portions of the acquired MR image are suppressed for different echo times.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum Festlegen von Anregungsparametern für eine MR-Bildgebung, bei der eine parallele Anregung mit mehreren Sendekanälen und eine parallele Datenerfassung mit mehreren Empfangskanälen erfolgt, angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle zum Empfangen von bei einer Datenerfassung an einem Untersuchungsobjekt mit den mehreren Empfangskanälen erfassten k-Raum-Daten und eine elektronische Recheneinrichtung. Die elektronische Recheneinrichtung ist eingerichtet, um Elemente einer k-Raum-Kovarianzmatrix für Signalrauschen in den mit den mehreren Empfangskanälen erfassten k-Raum-Daten zu ermitteln. Die Recheneinrichtung ist weiterhin eingerichtet, um für mehrere Voxel des Untersuchungsobjekts rechnerisch Elemente wenigstens einer Bildraum-Kovarianzmatrix abhängig von der k-Raum-Kovarianzmatrix zu ermitteln. Die Recheneinrichtung ist weiterhin eingerichtet, um die Anregungsparameter abhängig von den ermittelten Elementen der wenigstens einen Bildraum-Kovarianzmatrix automatisch festzulegen.According to a further aspect, an apparatus for determining excitation parameters for MR imaging, in which a parallel excitation with a plurality of transmit channels and a parallel data acquisition with a plurality of receive channels, is specified. The device comprises an interface for receiving k-space data acquired in a data acquisition on an examination object with the plurality of reception channels and an electronic computing device. The electronic computing device is set up to determine elements of a k-space covariance matrix for signal noise in the k-space data acquired with the plurality of reception channels. The computing device is furthermore designed to computationally determine elements of at least one image space covariance matrix as a function of the k-space covariance matrix for a plurality of voxels of the examination subject. The computing device is further configured to automatically set the excitation parameters as a function of the determined elements of the at least one image space covariance matrix.
Mit einer derartigen Vorrichtung kann unter Berücksichtigung von Korrelationen in den rekonstruierten Bilddaten systematisch ein Anregungsprofil ermittelt werden, mit dem Signalrauschen in Bilddaten für die RoI verringert wird. Das Anregungsprofil kann unter der Zwangsbedingung optimiert werden, dass keine signifikante Unterdrückung der Anregung in der RoI stattfinden soll.With such a device, taking into account correlations in the reconstructed image data, an excitation profile can be systematically determined with which signal noise in image data for the RoI is reduced. The excitation profile can be optimized under the constraint that there should be no significant suppression of the excitation in the RoI.
Die Vorrichtung kann zur Durchführung des Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel eingerichtet sein.The apparatus may be adapted to carry out the method according to one aspect or embodiment.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Magnetresonanzanlage zur MR-Bildgebung angegeben. Die Magnetresonanzanlage umfasst eine Anregungseinrichtung mit mehreren Sendekanälen, die zur steuerbaren Erzeugung eines räumlich veränderlichen Anregungsprofils eingerichtet ist. Die Magnetresonanzanlage umfasst weiterhin eine Empfangseinrichtung mit mehreren Empfangskanälen zur MR-Datenerfassung nach einer Anregung. Die Magnetresonanzanlage umfasst auch eine mit der Anregungseinrichtung gekoppelte Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel, um ein Anregungsprofil festzulegen und die Anregungseinrichtung entsprechend zu steuern.According to a further aspect, a magnetic resonance system for MR imaging is specified. The magnetic resonance system comprises an excitation device with a plurality of transmission channels, which is set up for the controllable generation of a spatially variable excitation profile. The magnetic resonance system further comprises a receiving device with a plurality of receiving channels for MR data acquisition after an excitation. The magnetic resonance system also includes a device coupled to the excitation device according to an exemplary embodiment, in order to define an excitation profile and to control the excitation device accordingly.
Die Anregungseinrichtung kann mehrere separate Spulen oder Segmente eines Spulen-Arrays beinhalten. Die Empfangseinrichtung kann mehrere separate Spulen oder Segmente eines Spulen-Arrays beinhalten. Die Spulen oder das Spulen-Array können sowohl von der Anregungseinrichtung als auch von der Erfassungseinrichtung genutzt werden, wobei entsprechende Sende-/Empfangsweichen vorgesehen sind.The exciter may include a plurality of separate coils or segments of a coil array. The receiving device may include a plurality of separate coils or segments of a coil array. The coils or the coil array can be used both by the excitation device and by the detection device, with corresponding transceiver switches being provided.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm angegeben, das direkt in einen Speicher einer programmierbaren Vorrichtung einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, wobei das Computerprogramm eine Folge von Steuerbefehlen umfasst, die bei Ausführung durch die Vorrichtung der Magnetresonanzanlage die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel veranlassen. Das Computerprogramm kann auf einem nicht-transienten Datenträger gespeichert sein. According to a further aspect, a computer program is specified which can be loaded directly into a memory of a programmable device of a magnetic resonance system, the computer program comprising a sequence of control commands which, when executed by the device of the magnetic resonance system, the device for carrying out the method according to one aspect or exemplary embodiment cause. The computer program may be stored on a non-transient medium.
Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können insbesondere zur MR-Bildgebung eingesetzt werden, bei der ein gleichmäßiger Flip-Winkel der Spins in der RoI nicht unbedingt erforderlich ist, beispielsweise zur Erstellung einer T2*-Karte. Die Ausführungsbeispiele sind nicht auf diese Anwendung beschränkt.Methods and devices according to embodiments can be used in particular for MR imaging, in which a uniform flip angle of the spins in the RoI is not absolutely necessary, for example, to create a T 2 * card. The embodiments are not limited to this application.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings.
Während in der nachfolgenden Beschreibung zur Erläuterung teilweise auf bestimmte MR-Bildgebungssequenzen, beispielsweise zur Ermittlung von T2*-Zeiten, Bezug genommen wird, können auch andere als die genannten Sequenzen eingesetzt werden.While reference is made in the following description for explanation in part to certain MR imaging sequences, for example for determining T 2 * times, it is also possible to use sequences other than those mentioned.
Zur Anregung der magnetischen Polarisation, die im B0-Feld erzeugt wird, ist eine Hochfrequenz(HF)-Spulenanordnung
Die Aufnahme von MR-Signalen aus einem Untersuchungsbereich
Während in
Die MR-Anlage
Die Steuereinheit
Wie nachfolgend ebenfalls noch ausführlicher beschrieben wird, können zur Ermittlung des Anregungsprofils in Abhängigkeit von der k-Raum-Kovarianzmatrix Zwangsbedingungen berücksichtigt werden, die durch die mehreren Anregungsspulen
Die erste MR-Datenerfassung, die mit einer homogenen Anregung durchgeführt werden kann und zur Ermittlung der k-Raum-Kovarianzmatrix dient, kann so durchgeführt werden, dass die resultierenden Daten eine niedrigere Auflösung als die spätere MR-Datenerfassung unter Verwendung des Anregungsprofils aufweisen. Auf diese Weise kann der rechnerische Aufwand bei der Ermittlung des Anregungsprofils moderat gehalten werden.The first MR data acquisition, which can be performed with a homogeneous excitation and serves to determine the k-space covariance matrix, can be carried out such that the resulting data have a lower resolution than the subsequent MR data acquisition using the excitation profile. In this way, the arithmetic effort in determining the excitation profile can be kept moderate.
Die MR-Datenerfassung unter Verwendung homogener Anregung kann dabei ebenfalls in kürzerer Zeit durchgeführt werden als die nachfolgende höher auflösende MR-Datenerfassung.The MR data acquisition using homogeneous excitation can also be carried out in a shorter time than the subsequent higher-resolution MR data acquisition.
Die Steuereinheit
Die MR-Anlage
Die Bildrekonstruktion der Bilddaten kann von Recheneinrichtung
Die Arbeitsweise der Recheneinrichtung
Das Rauschen für Voxel in der RoI
Mit Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen werden in systematischer Weise abhängig von bei einer ersten MR-Datenerfassung erfassten Kovarianzen des Signalrauschens diejenigen Voxel
In einem Bereich, der der RoI
Das Anregungsprofil ist so gewählt, dass die Amplitude in Bereichen
Mit Verfahren und Vorrichtungen kann der Einfluss verschiedener Anregungsprofile auf ein Signalrauschen der Bilddaten in der RoI vorab rechnerisch ermittelt werden. Eine quantitative Bewertung unterschiedlicher Anregungsprofile kann vorgenommen werden. Auf diese Weise kann ein Anregungsprofil ermittelt werden, für das das Signal-Rausch-Verhältnis der Voxel in der RoI größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Alternativ kann ein Anregungsprofil unter einer vorgegebenen Klasse möglicher Anregungsprofile ermittelt werden, für das das Rauschen der Bilddaten in der RoI unter der Zwangsbedingung minimiert wird, dass das Signal für Voxel der RoI nicht reduziert wird. With methods and devices, the influence of different excitation profiles on a signal noise of the image data in the RoI can be determined in advance by calculation. A quantitative assessment of different excitation profiles can be made. In this way, an excitation profile can be determined for which the signal-to-noise ratio of the voxels in the RoI is greater than a predetermined threshold value. Alternatively, an excitation profile can be determined under a given class of possible excitation profiles for which the noise of the image data in the RoI is minimized under the constraint that the signal for voxels of the RoI is not reduced.
Durch die rechnerische Ermittlung des Einflusses unterschiedlicher Anregungsprofile auf das Rauschen in der RoI in den Bilddaten können auch diejenigen Voxel ermittelt werden, die nur einen geringen Einfluss auf das Rauschen in Voxeln der RoI in den Bilddaten haben. Somit können Voxel ermittelt werden, die das Signalrauschen in der RoI in den Bilddaten nur schwach beeinflussen. Die Kenntnis dieser Voxel gibt größere Freiheit bei der Wahl eines geeigneten Anregungsprofils. Insbesondere können Anregungsprofile gewählt werden, die an den Voxeln, die nur schwach mit Voxeln in der RoI korreliert sind, eine Amplitude aufweisen, die nicht notwendig unterdrückt sein muss und sogar der Amplitude für Voxel in der RoI vergleichbar sein kann. Dadurch werden die Anforderungen an mögliche Anregungsprofile im Vergleich zu einer Stufenfunktion gelockert.By computationally determining the influence of different excitation profiles on the noise in the RoI in the image data, it is also possible to determine those voxels which have only a small influence on the noise in voxels of the RoI in the image data. Thus, voxels can be detected that only slightly influence the signal noise in the RoI in the image data. The knowledge of these voxels gives greater freedom in choosing a suitable excitation profile. In particular, excitation profiles can be selected which have an amplitude at the voxels which are only weakly correlated with voxels in the RoI, which does not necessarily have to be suppressed and can even be comparable to the amplitude for voxels in the RoI. This loosens the requirements for possible excitation profiles compared to a step function.
Verschiedene Verfahren, mit denen ein Anregungsprofil so festgelegt werden kann, dass das Signal-Rausch-Verhältnis für Voxel der RoI verbessert werden kann, werden nachfolgend näher beschrieben. Mit derartigen Verfahren kann somit der lokale Geometriefaktor in der RoI verringert werden. Die Verfahren können von der Recheneinrichtung
Die Kovarianzmatrix von Bilddaten kann allgemein dargestellt werden als The covariance matrix of image data can be generally represented as
Dabei bezeichnet Cρ die Bildraum-Kovarianzmatrix, E die Codiermatrix, C die k-Raum-Kovarianzmatrix, C0 eine Kovarianzmatrix für vorab bekannte Informationen und I eine Einheitsmatrix. In konventioneller Notation bezeichnet das hochgestellte Kreuz („dagger”) die Adjungierte der entsprechenden Matrix, d. h. die Transponierte der komplex konjugierten Matrix.Here, C ρ denotes the image space covariance matrix, E the coding matrix, C the k-space covariance matrix, C 0 a covariance matrix for previously known information, and I a unit matrix. In conventional notation, the superscript dagger designates the adjoint of the corresponding matrix, ie the transpose of the complex conjugate matrix.
Bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen kann basierend auf Gleichung (3), die einen Bezug zwischen Kovarianzen C von bei einer ersten MR-Datenerfassung erfassten k-Raum-Daten und Kovarianzen Cρ Bilddaten herstellt, ermittelt werden, für welches Anregungsprofil Rauschen für Voxel, die in der RoI liegen, verringert werden kann. Die Ermittlung des entsprechenden Anregungsprofils kann auf verschiedene Weisen geschehen, wie unter Bezugnahme auf
Falls mit M die Anzahl von Bildpunkten, mit K die Anzahl von mit jeder der Empfängerspulen erfassten k-Raum-Punkten und mit L die Anzahl der Empfängerspulen bezeichnet wird, ist die Bildraum-Kovarianzmatrix Cρ eine M×M-Matrix. Die k-Raum-Kovarianzmatrix C ist eine NxN-Matrix, wobei N = K·L die Gesamtanzahl von mit den L Empfängerspulen abgetasteten k-Raum-Punkten ist. Die Matrix C0 und die Matrix I in Gleichung (3) sind M×M-Matrizen.If M denotes the number of pixels, K the number of k-space points detected with each of the receiver coils, and L the number of receiver coils, then the image space covariance matrix C ρ is an M × M matrix. The k-space covariance matrix C is an NxN matrix, where N = K * L is the total number of k-space points sampled with the L receiver coils. The matrix C 0 and the matrix I in equation (3) are M × M matrices.
Die Codiermatrix E ist die Matrix, die die Amplitude eines bei der MR-Datenerfassung vorliegenden Signals im Ortsraum abbildet in einen Vektor von k-Raum-Daten mit N Elementen, die im rauschfreien Fall erfasst werden würden. Allgemein ist
Für eine Codiermatrix mit der in Gleichung (5) angegebenen Form kann der Spaltenvektor von erfassten k-Raum-Daten dargestellt werden als wobei in dem Vektor d →Spule l mit K Elementen jeweils die k-Raum-Daten zusammengefasst sind, die mit der l-ten Spule abgetastet werden.For a coding matrix of the form given in equation (5), the column vector of detected k-space data may be represented as wherein in the vector d → coil l with K elements in each case the k-space data are combined, which are scanned with the l-th coil.
Die Matrix C in Gleichung (3) repräsentiert die Kovarianzmatrix für Signalrauschen im k-Raum. Die Matrix kann aus den k-Raum Daten, die bei einer ersten MR-Datenerfassung, insbesondere bei einer Datenerfassung mit homogener Anregung, gewonnen werden, abgeschätzt werden.The matrix C in equation (3) represents the covariance matrix for signal noise in k-space. The matrix can be estimated from the k-space data obtained in a first MR data acquisition, in particular in homogeneous excitation data acquisition.
Unter der Annahme, dass das Rauschen n → in Gleichung (4) Gaußsches weißes Rauschen ist, kann die Wahrscheinlichkeitsverteilung für gemessene k-Raum-Daten dargestellt werden als
Dabei bezeichnen {w} weitere Parameter, von denen die Wahrscheinlichkeitsverteilung bedingt abhängen kann. Die Korrelationsmatrix C des Rauschens im k-Raum kann bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen beispielsweise aus den k-Raum-Signalen ermittelt werden, die für eine Datenerfassung mit homogener Anregung gewonnen werden.Here {w} designate further parameters on which the probability distribution can conditionally depend. The correlation matrix C of the noise in k-space can be determined in methods and devices according to exemplary embodiments, for example from the k-space signals, which are obtained for a data acquisition with homogeneous excitation.
Zur Vereinfachung wird eine Koordinatentransformation derart eingeführt, dass
Eine entsprechende Transformation kann bei Bildgebungssequenzen, bei denen mehrere Echosignale erfasst werden, für jede von mehreren Echozeiten definiert werden.A corresponding transformation can be defined for each of several echo times in imaging sequences in which a plurality of echo signals are detected.
Die in Gleichungen (8)–(11) definierte Transformation definiert eine Abbildung derart, dass
Unter Verwendung von Gleichung (8) und (12) kann die Wahrscheinlichkeitsverteilung nach Gleichung (7) ausgedrückt werden als
Der Vektor A → repräsentiert nach Gleichung (8) die mit der Matrix T transformierte ortsaufgelöste Signalamplitude. Der Vektor A → kann allgemein komplexwertige Vektorelemente aufweisen.The vector A → represents the spatially resolved signal amplitude transformed by the matrix T according to equation (8). The vector A → can generally have complex-valued vector elements.
Bei einem MR-Bildgebungsverfahren und einer entsprechenden MR-Anlage, die eine ortsaufgelöste Anregung erlauben, ist es möglich, Elemente des Vektors ρ → dadurch auf den Wert 0 zu zwingen, dass an dem entsprechenden Voxel keine Anregung erfolgt. Entsprechend ist durch die Wahl des Anregungsprofils eine gewisse Information über den Vektor A → vorbekannt. Dies kann mathematisch derart repräsentiert werden, dass eine konditionelle Wahrscheinlichkeitsverteilung für A → so definiert wird, dass
Hierbei bezeichnet A →0 den wahrscheinlichsten Wert für den Vektor A → und C0 die Kovarianzmatrix für den nach Gleichung (8) definierten Vektor A →. A →0 und C0 stellen Hyperparameter dar. A →0 und C0 stehen durch die in Gleichung (8) definierte Transformation mit physikalischen Größen in Zusammenhang:
Die Kovarianzmatrix C0 für den nach Gleichung (8) definierten Vektor A → hängt bei einer MR-Bildgebung, bei der das Anregungsprofil gesteuert werden kann, von dem Anregungsprofil ab. Durch das Anregungsprofil kann festgelegt werden, welche Voxel keine Signalbeiträge liefern. Diese vorab bekannten Informationen („Prior-Informationen”) können bei der Rekonstruktion verwendet werden. Die Kovarianzmatrix C0 stellt Kovarianzen der Prior-Informationen dar.The covariance matrix C 0 for the vector A → defined according to equation (8) depends on the excitation profile in the case of MR imaging in which the excitation profile can be controlled. The excitation profile can be used to specify which voxels do not supply signal contributions. This prior information ("prior information") can be used in the reconstruction. The covariance matrix C 0 represents covariances of the prior information.
Unter Verwendung Bayes'scher Statistik kann eine von den Hyperparametern A →0 und C0 konditional abhängige effektive Wahrscheinlichkeitsverteilung für erfasste k-Raum-Daten bestimmt werden: wobei das Integral auf der rechten Seite über die M komplexwertigen Vektorelemente des Vektors A → ausgeführt wird. Auf diese Weise wird A → ausintegriert. Die Wahrscheinlichkeitsverteilungen in Gleichung (18) sind durch Gleichungen (13) und (15) gegeben. Durch Multiplikation der Wahrscheinlichkeitsverteilungen in Gleichung (18) resultiert eine Gaußfunktion mit einem Exponenten, der bilinear in A → ist, so dass das entsprechende Integral ausgeführt werden kann.Using Bayesian statistics, an effective probability distribution conditionally dependent on the hyperparameters A → 0 and C 0 for detected k-space data can be determined: wherein the integral on the right side is carried out over the M complex-valued vector elements of the vector A →. In this way A → is integrated. The probability distributions in equation (18) are given by equations (13) and (15). By multiplying the probability distributions in equation (18), a Gaussian function with an exponent bilinear in A → results, so that the corresponding integral can be performed.
Aus der effektiven Wahrscheinlichkeitsverteilung von Gleichung (18) kann die wahrscheinlichste Signalamplitude in Abhängigkeit von erfassten k-Raum-Daten dargestellt werden als From the effective probability distribution of Eq. (18), the most probable signal amplitude can be represented as a function of acquired k-space data as
Die Kovarianzmatrix der ortsaufgelösten Signalamplitude kann ebenfalls ermittelt werden und ergibt Gleichung (4).The covariance matrix of the spatially resolved signal amplitude can also be determined and yields equation (4).
Wie unter Bezugnahme auf Gleichung (15) beschrieben, repräsentiert die Kovarianzmatrix C0 Fluktuationen des Vektors A →, der wiederum nach Gleichung (8) von der ortsabhängigen Signalamplitude abhängt. Durch Wahl des Anregungsprofils kann die Kovarianzmatrix C0 beeinflusst werden. Beispielsweise können Hauptdiagonalelemente von C0 durch Wahl eines geeigneten Anregungsprofils gemäß Gleichung (17) unterdrückt werden, um Signalbeiträge von Voxeln außerhalb der RoI zu reduzieren.As described with reference to equation (15), the covariance matrix C 0 represents fluctuations of the vector A →, which in turn depends on the location-dependent signal amplitude according to equation (8). By selecting the excitation profile, the covariance matrix C 0 can be influenced. For example, main diagonal elements of C 0 can be suppressed by selecting a suitable excitation profile according to equation (17) in order to reduce signal contributions from voxels outside the RoI.
Verschiedene systematische Ansätze sind möglich, um abhängig von der k-Raum-Kovarianzmatrix C und der Codiermatrix E ein Anregungsprofil für eine MR-Bildgebung so zu wählen, dass für eine gewünschte RoI das Rauschen in den Bilddaten verringert wird.Various systematic approaches are possible in order, depending on the k-space covariance matrix C and the coding matrix E, to select an excitation profile for MR imaging in such a way that the noise in the image data is reduced for a desired RoI.
Beispielsweise kann Gleichung (3) rechnerisch so aufgelöst werden, dass eine Soll-Kovarianzmatrix Dρ für Kovarianzen im Bildraum mit gewünschten Eigenschaften resultieren würde: For example, equation (3) can be computationally resolved so that a desired covariance matrix D ρ would result for covariances in the image space with desired properties:
Die Soll-Kovarianzmatrix Dρ für Daten im Bildraum kann so gewählt sein, dass die Hauptdiagonalelemente für Voxel in der RoI kleiner als ein Schwellenwert sind, oder dass die Summe der Hauptdiagonalelemente für die Voxel in der RoI kleiner als ein Schwellenwert ist.The target covariance matrix D ρ for data in the image space may be chosen such that the major diagonal elements for voxels in the RoI are smaller than a threshold, or that the sum of the major diagonal elements for the voxels in the RoI is smaller than a threshold.
Es gibt mehrere Soll-Kovarianzmatrizen Dρ, die zu einem reduziertem Rauschen in Bilddaten für Voxel der RoI führen. Unter diesen können diejenigen ausgewählt werden, die zu einer realisierbaren Kovarianzmatrix C0 führen. Beispielsweise kann durch parallele Anregung mit mehreren Anregungsspulen eine Unterdrückung von Hauptdiagonalelementen der Matrix C0 bzw. Cρ0 erreicht werden. Falls nicht a priori räumliche Korrelationen zwischen Voxeln angenommen werden, sollten Außerdiagonalelemente Null sein. Um Signale aus der RoI nicht zu unterdrücken, sollten Lösungen für C0 bzw. Cρ0, die zu einer Unterdrückung von Signalen aus der RoI führen, nicht akzeptiert werden.There are several target covariance matrices D ρ that result in reduced noise in image data for voxels of RoI. Among these, those can be selected which lead to a realizable covariance matrix C 0 . For example, by parallel excitation with a plurality of excitation coils , a suppression of main diagonal elements of the matrix C 0 or C ρ0 can be achieved. Unless a priori spatial correlations between voxels are assumed, off-diagonal elements should be zero. In order not to suppress signals from the RoI , solutions for C 0 or C ρ 0 , which lead to a suppression of signals from the RoI, should not be accepted.
Ausgehend von Gleichung (4) können unterschiedliche Soll-Kovarianzmatrizen Dρ ausgetestet werden, bis eine technisch realisierbare Kovarianzmatrix C0 gefunden ist. Systematische Techniken zum Auffinden eines Anregungsprofils können beispielsweise iterative Verfahren einsetzen. Verfahren und Vorrichtungen zur Festlegung eines Anregungsprofils nach einem Ausführungsbeispiel werden unter Bezugnahme auf
Bei
Bei
Bei
Bei
Bei
Bei
Bei
Bei
Optional können bei
Bei
Bei
Die vorgegebene Bedingung, deren Erfüllung bei
Bei der Überprüfung von Gleichung (21) kann als Zwangsbedingung berücksichtigt werden, dass die Verringerung von Signalbeiträgen von Voxeln außerhalb der RoI erwünscht ist, nicht jedoch eine Verringerung der Signale aus der RoI.When checking equation (21), it can be taken into account as a constraint that the reduction of signal contributions from voxels outside the RoI is desired, but not a reduction of the signals from the RoI.
Dabei ist in Gleichung (21) die Matrix R eine MR×M-Matrix, wobei MR die Anzahl von Voxeln in der RoI ist. Die Matrixeinträge der Matrix R sind nur 1 oder 0 und wählen aus der Bildraum-Kovarianzmatrix Cρ diejenigen Einträge aus, die einem Voxel der RoI zugeordnet sind. Die Matrix R ist so definiert, dass
Falls bei
Falls bei
Bei
Bei der MR-Datenerfassung bei
Die MR-Datenerfassung bei
Das Abbruchkriterium, das bei dem Verfahren
Unter der Annahme, dass die Außerdiagonalelemente von C0 –1 gleich 0 sind, ist wobei X1 eine MR×MR-Matrix und X2 eine (M – MR)×(M – MR)-Matrix ist. MR bezeichnet dabei weiterhin die Anzahl der Voxel in der RoI. Die Matrizen X1 und X2 sind diagonal und weisen positive Matrixelemente entlang der Hauptdiagonalen auf. Die Matrixelemente liegen jeweils im Intervall von einschließlich 0 bis einschließlich 1.Assuming that the extra-diagonal elements of C 0 -1 are 0, then where X1 is an M R × M R matrix and X2 is an (M-M R ) × (M-M R ) matrix. M R continues to denote the number of voxels in the RoI. The matrices X1 and X2 are diagonal and have positive matrix elements along the main diagonal. The matrix elements each lie in the interval from 0 to 1 inclusive.
Es kann eine Block-Darstellung der Matrix definiert werden, wobei F11 eine MR×MR-Matrix, F21 eine MR×(M – MR)-Matrix, F12 eine (M – MR)×M-Matrix und F22 eine (M – MR)×(M – MR)-Matrix ist.It can be a block representation of the matrix where F11 is an M R × M R matrix, F21 is an M R × (M-M R ) matrix,
Es kann eine Block-Darstellung der Selektionsmatrix R
Unter Verwendung der Block-Darstellung kann die Matrix auf der rechten Seite von Gleichung (21) dargestellt werden als Using the block representation, the matrix on the right side of equation (21) can be represented as
Die Spur über diese Größe ist gegeben durch
Eine Verringerung des ersten Terms auf der rechten Seite von Gleichung (27) ist allgemein nicht erwünscht, da er zu einer Verringerung des Signals aus der RoI führen würde. Jedoch kann der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung (27) verringert werden, um das Rauschen der Bilddaten in der RoI zu verringern.A reduction of the first term on the right of equation (27) is generally undesirable because it would result in a reduction of the signal from the RoI. However, the second term on the right side of equation (27) can be reduced to reduce the noise of the image data in the RoI.
Die Bedingung, dass die Spur von Gleichung (27) minimal wird, ohne den ersten Term auf der rechten Seite von Gleichung (27) zu verringern, kann dargestellt werden als wobei
Die Größe κn repräsentiert eine Gewichtung für den Beitrag, den das n-te Voxel, das außerhalb der RoI liegt, zum Rauschen in den Bilddaten in der RoI (hier berechnet nach Gleichung (21)) liefert.The quantity κ n represents a weighting for the contribution that the nth voxel, which lies outside the RoI, to the noise in the image data in the RoI (calculated here according to equation (21)).
Die Größen κn hängen über Gleichung (24) von der Codiermatrix C und der k-Raum-Kovarianzmatrix C ab. Zur Wahl eines geeigneten Anregungsmusters können daher nach einer benutzerdefinierten Auswahl der RoI die Größen κn automatisch berechnet werden. Die Größen κn können graphisch ausgegeben werden, um dem Benutzer eine Auswahl eines geeigneten Anregungsprofils zu ermöglichen, bei der Voxel abhängig von dem ihnen zugeordneten κn unterdrückt werden können. Alternativ kann eine vollautomatische Auswahl eines Anregungsprofils abhängig von den κn erfolgen.The quantities κ n depend on the coding matrix C and the k-space covariance matrix C via equation (24). To select a suitable excitation pattern, therefore, the variables κ n can be calculated automatically after a user-defined selection of the RoI. The quantities κ n can be output graphically in order to allow the user to select a suitable excitation profile in which voxels can be suppressed depending on their associated κ n . Alternatively, a fully automatic selection of an excitation profile can be made dependent on the κ n .
Während unter Bezugnahme auf
Während ein iteratives Verfahren zur Bestimmung eines Anregungsprofils eingesetzt werden kann, können bei weiteren Ausführungsbeispielen sequentiell mehrere Anregungsprofile rechnerisch bewertet werden. Eine Bewertung des Einflusses, den ein Anregungsprofil auf das resultierende Rauschen in Bilddaten aufweist, kann anhand von Gleichung (3) erfolgen. While an iterative method for determining an excitation profile can be used, in further embodiments sequentially several excitation profiles can be evaluated by calculation. An evaluation of the influence that an excitation profile has on the resulting noise in image data can be made by equation (3).
Die MR-Datenerfassung bei
Bei
Bei
Bei einer weiteren Ausgestaltung können alle Voxel außerhalb der RoI identifiziert werden, für die der in Gleichung (29) definierte Gewichtungsfaktor κn, der den Beitrag des Voxels n außerhalb der RoI für das Rauschen der Bilddaten in der RoI quantifiziert, größer als ein Schwellenwert ist.In another embodiment, all voxels outside of the RoI for which the weighting factor κ n defined in equation (29) that quantifies the contribution of the voxel n outside the RoI to the noise of the image data in the RoI is greater than a threshold ,
Bei
Bei
Bei
Falls bei
Falls bei
Bei dem Verfahren von
Die Gruppe von Funktionen, die im Hinblick auf das resultierende Rauschen in Bilddaten der RoI bewertet werden, kann unter Berücksichtigung der Anordnung der Anregungsspulen gewählt werden. Beispielsweise können als Funktion des Ortes sinus- oder cosinusförmig variierende Funktionen bewertet werden. Im k-Raum können derartige Funktionen, mit denen die Anregungsamplitude örtlich moduliert ist, dargestellt werden als Paar von Anregung bei den Wellenvektoren k1 und k2 = –k1. Die Gruppe von zu testenden Anregungsprofilen kann weiter verringert werden durch die Berücksichtigung von Zwangsbedingungen. Beispielsweise sollte das Anregungsprofil keine Nullstelle innerhalb der RoI haben. Dadurch wird eine untere Schranke für k1 bestimmt. Ähnlich kann eine untere Schranke für k1 aus der Zwangsbedingung folgen, dass die Amplitude des Anregungsprofils über die RoI eine relative Veränderung aufweist, die kleiner als ein Schwellenwert ist. Zusätzlich oder alternativ kann gefordert werden, dass die Modulationsvektoren k1 und k2 = –k1 parallel zur Phasenkodierrichtung sind.The group of functions which are evaluated in terms of the resulting noise in image data of the RoI can be selected in consideration of the arrangement of the excitation coils. For example, sinusoidal or cosinusoid varying functions may be evaluated as a function of location. In k-space, such functions with which the excitation amplitude is locally modulated can be represented as a pair of excitations at the wave vectors k 1 and k 2 = -k 1 . The set of excitation profiles to be tested can be further reduced by considering constraints. For example, the excitation profile should have no root within the RoI. This determines a lower bound for k 1 . Similarly, a lower bound for k 1 may result from the constraint that the amplitude of the excitation profile across RoI has a relative change less than a threshold. Additionally or alternatively, it may be required that the modulation vectors k 1 and k 2 = -k 1 are parallel to the phase encoding direction.
Die MR-Datenerfassung bei
Bei
Bei
Bei
Bei
Falls bei
Falls bei
Während Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können Abwandlungen bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden.While methods and devices have been described in accordance with embodiments, modifications may be made in other embodiments.
Beispielsweise können bei weiteren Ausführungsformen andere Gruppen von Anregungsprofilen als sinus- oder cosinusförmig modulierte Profile im Hinblick auf das resultierende Rauschen der Bilddaten bewertet werden. Es ist auch möglich, in einem ersten Schritt eine heuristische Ermittlung von zu unterdrückenden Voxeln wie unter Bezugnahme auf
Während Ausführungsbeispiele zur Festlegung eines Anregungsprofils für die anschließende Verwendung bei der Vermessung echozeitabhängiger Größen beschrieben wurden, können bei weiteren Ausführungsbeispielen die Verfahren und Vorrichtungen auch zur Ermittlung eines Anregungsprofils zur Verwendung bei anderen MR-Sequenzen eingerichtet sein.While exemplary embodiments for determining an excitation profile for the subsequent use in the measurement of echo-time-dependent variables have been described, in other exemplary embodiments the methods and devices can also be set up for determining an excitation profile for use with other MR sequences.
Claims (19)
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Publication number | Publication date |
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DE102011078849A1 (en) | 2013-01-10 |
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