DE102011085766A1

DE102011085766A1 - Rasche Erstellung von bezüglich eines Kontrasts gewichteten MR-Bildern

Info

Publication number: DE102011085766A1
Application number: DE102011085766A
Authority: DE
Inventors: Peter Speier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: KR20130049744A; CN103091655A; US9146291B2; CN103091655B; KR101579341B1; US20130113482A1; DE102011085766B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines MR-Bildes, ausgehend von einer MR-Messung mit einer Magnetresonanzanlage (5), wobei MR-Daten in einem K-Raum erfasst werden. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Schalten eines HF-Anregungspulses. Schalten weiterer HF-Pulse und mindestens eines Magnetfeldgradienten, um die MR-Daten auf mehreren gleichförmigen Trajektorien in dem K-Raum innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (T) zu erfassen. Erstellen des MR-Bildes abhängig von den erfassten MR-Daten. Die Trajektorien werden dabei vor einem vorbestimmten Zeitpunkt (t0) zeitlich in einer vorbestimmten Reihenfolge erfasst. Nach dem Zeitpunkt (t0) werden die Trajektorien zeitlich in einer anderen Reihenfolge erfasst, so dass die i-te Trajektorie nach dem Zeitpunkt (t0) gemäß der anderen Reihenfolge benachbart bezüglich der (n – i + 1)-ten Trajektorie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge liegt. Dabei entspricht n der Anzahl der vor dem Zeitpunkt und der Anzahl der nach dem Zeitpunkt erfassten Trajektorien. Zwei Trajektorien gelten als benachbart, wenn ein Abstand (β) zwischen den zwei Trajektorien unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Dabei weist außer der (n – i + 1)-ten Trajektorie keine der Trajektorien, welche vor dem Zeitpunkt (t0) erfasst werden, einen Abstand zu der i-ten Trajektorie auf, welcher kleiner als der Schwellenwert ist. Die vorbestimmte Zeitspanne (T) wird derart innerhalb einer Zeitspanne nach dem Schalten des HF-Anregungspulses gewählt, dass eine Kontraständerung innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne (T) möglichst linear über der Zeit verläuft. Der Zeitpunkt (t0) liegt in der Mitte dieser Zeitspanne (T).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines MR-Bildes ausgehend von einer MR-Messung mit einer Magnetresonanzanlage sowie eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage.
Zur raschen Erstellung bezüglich eines Kontrasts gewichteter MR-Bilder wird nach dem Stand der Technik zuerst ein möglichst optimaler Kontrast mittels bestimmter Präparationsmodule, wie z. B. IR ("Inversion Recovery"), SR ("Saturation Recovery"), T2prep (T2 Präparationssequenz), bereitgestellt. Anschließend wird das Signal mit Hilfe einer SSFP-Sequenz (SSFP "Steady State Free Precession") innerhalb eines erweiterten Erfassungsfensters ausgelesen, während der Kontrast zu dem Kontrast, welcher bei der freien Präzession im stationären Zustand vorherrscht, abklingt. Dabei führen Kontraständerungen während der MR-Datenerfassung im K-Raum nachteiligerweise zu Artefakten in den sich ergebenden MR-Bildern. Der Kontrast wird durch denjenigen Kontrast bestimmt, welcher zu demjenigen Zeitpunkt vorhanden ist, zu welchem die Mitte des K-Raums abgetastet wird.
Verfahren zur MR-Datenerfassung, welche die Mitte des K-Raums mehrfach abtasten, wie radiale Verfahren, segmentierte spiralförmige Verfahren oder ein als PROPELLER ("Periodically Rotated Overlapping ParallEL Lines with Enhanced Reconstruction") bekanntes Verfahren führen zu einem hervorragenden Signal-Rausch-Verhältnis und weisen andere Vorteile, wie beispielsweise eine Unempfindlichkeit gegenüber einer Bewegung des Untersuchungsobjekts oder eine beschleunigte parallele (mit mehreren Empfangsspulen arbeitende) Datenerfassung auf. Allerdings weisen diese Verfahren bei einer raschen Erstellung bezüglich eines Kontrasts gewichteter MR-Bilder nachteiligerweise einen undefinierten Kontrast auf, welcher sich als Mittelwert über das Erfassungsfenster ergibt.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine rasche Erstellung bezüglich eines Kontrasts gewichteter MR-Bilder bereitzustellen, wobei kein undefinierter Kontrast auftritt und wobei alle erfassten MR-Daten zur MR-Bild-Rekonstruktion eingesetzt werden, welche ausreichend schnell durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines MR-Bildes nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 14, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 16 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines MR-Bildes ausgehend von einer MR-Messung mit einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Bei dieser MR-Messung werden MR-Daten in einem K-Raum bereitgestellt, welcher mit einem Volumenabschnitt korrespondiert, für welchen das MR-Bild zu erstellen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Schalten mindestens eines HF-Anregungspulses oder eines HF-Präparationsmoduls.
– Schalten weiterer HF-Pulse (z.B. Refokussierungspulse) und mindestens eines Magnetfeldgradienten, um die MR-Daten auf oder entlang mehrerer gleichförmiger Trajektorien bzw. Linien in dem K-Raum innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne zu erfassen. Die MR-Daten werden erfasst, indem diese MR-Daten für Punkte entlang oder auf einer Trajektorie oder Linie im K-Raum erfasst werden. Unter gleichförmigen Trajektorien bzw. Linien werden dabei Trajektorien bzw. Linien innerhalb des K-Raums verstanden, welche dieselbe Form und dieselben Abmessungen aufweisen. Beispielsweise können alle Linien geradlinig oder spiralförmig oder eine andere Form aufweisen, solange sie deckungsgleich sind. Mit anderen Worten unterscheiden sich die Linien nur hinsichtlich der Lage im K-Raum. Das Erfassen einer der Linien umfasst ein Auslesen von MR-Daten entlang dieser Linie.
– Abhängig von den auf den Linien erfassten MR-Daten wird das MR-Bild rekonstruiert.

Zur MR-Datenerfassung werden die Linien vor einem vorbestimmten Zeitpunkt innerhalb der Zeitspanne in einer vorbestimmten Reihenfolge und nach dem vorbestimmten Zeitpunkt innerhalb der Zeitspanne in einer vorbestimmten anderen Reihenfolge erfasst. Dabei werden die vor dem Zeitpunkt erfassten Linien derart mit den nach dem Zeitpunkt erfassten Linien synchronisiert, dass die i-te Linie nach dem Zeitpunkt (gemäß der anderen Reihenfolge) benachbart zu der (n – i + 1)-ten Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge liegt. Dabei beginnt sowohl die vorbestimmte als auch die vorbestimmte andere Reihenfolge mit einer 1-ten Linie (es gibt keine 0-te Linie), und es existieren sowohl n Linien vor dem Zeitpunkt als auch n Linien nach dem Zeitpunkt.
Zwei Linien gelten als benachbart, wenn ein räumlicher Abstand im K-Raum zwischen den beiden Linien unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Dabei werden die Linien derart synchronisiert abgetastet, dass außer der (n – i + 1)-ten Linie keine derjenigen Linien, welche vor dem Zeitpunkt erfasst werden, einen Abstand zu der i-ten Linie aufweist, welcher kleiner als der Schwellenwert ist. Anders ausgedrückt liegt keine vor dem Zeitpunkt abgetastete Linie dichter an der i-ten nach dem Zeitpunkt abgetasteten Linie als die (n – i + 1)-Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge.
Die vorbestimmte Zeitspanne liegt derart innerhalb einer Zeitdauer, welche nach dem Schalten des HF-Anregungspulses beginnt, dass eine Kontraständerung innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne möglichst linear über der Zeit verläuft. Dabei liegt der vorbestimmte Zeitpunkt mittig innerhalb dieser Zeitspanne, so dass die Hälfte der Zeitspanne vor dem Zeitpunkt und die andere Hälfte der Zeitspanne nach dem Zeitpunkt verstreicht.
Mit anderen Worten liegt eine Linie, welche ein Zeitinterval nach dem Zeitpunkt abgetastet wird, benachbart bezüglich derjenigen Linie, welche das Zeitinterval vor dem Zeitpunkt abgetastet wird. Da sich der Kontrast während der Zeitspanne linear mit der Zeit ändert, entspricht der Mittelwert aus dem Kontrast, welcher das Zeitinterval nach dem Zeitpunkt erfasst wird, und dem Kontrast, welcher das Zeitinterval vor dem Zeitpunkt erfasst wird, dem Kontrast, welcher zum vorbestimmten Zeitpunkt erfasst wird (wenn beiden Linien gleich sind).
Da zum einen erfindungsgemäß während der Zeitspanne die Kontraständerung im Wesentlichen linear über der Zeit verläuft und da zum anderen die während der Zeitspanne zu erfassenden Linien mittels der beiden vorab definierten Reihenfolgen erfasst werden, können vorteilhafterweise nahezu Artefakt-freie MR-Bilder erstellt werden, welche den zum Zeitpunkt gültigen Kontrast aufweisen.
Es sei explizit darauf hingewiesen, dass es erfindungsgemäß möglich ist, zusätzlich noch eine K-Raum-Linie zu dem vorbestimmten Zeitpunkt abzutasten. Da diese K-Raum-Linie definitionsgemäß weder vor noch nach dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet wird, gehört sie weder zu den vor dem Zeitpunkt abgetasteten Linien noch zu den nach dem Zeitpunkt abgetasteten Linien.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung, rasch MR-Bilder, welche bezüglich ihres Kontrasts gewichtet sind, zu erstellen, wird demnach durch folgende Merkmale erreicht:

– Das Erfassungsfenster bzw. die Erfassungszeit wird auf eine Zeitdauer beschränkt, während welcher die Kontraständerung im zu erfassenden Gewebe im Wesentlichen linear verläuft. Die Erfassungszeit bzw. Zeitspanne kann durch Vormessungen an dem zu untersuchenden Volumenabschnitt bestimmt werden. Dabei wird durch die Vormessung der Kontrastverlauf über der Zeit erfasst und anschließend die Zeitspanne bzw. Erfassungszeit derart gelegt, dass die Kontraständerung im zu erfassenden Gewebe während der Zeitspanne im Wesentlichen linear verläuft.
– Die abzutastenden K-Raum-Linien oder K-Raum-Zeilen werden derart sortiert, dass Abtastzeitpunkte von Paaren dieser K-Raum-Zeilen symmetrisch zu dem Zeitpunkt liegen. Dabei wird jedes Paar von einer vor und einer nach dem Zeitpunkt zu erfassenden K-Raum-Zeile gebildet, wobei diese beiden K-Raum-Zeilen räumlich benachbart zueinander angeordnet sind.

Insbesondere weisen diejenigen beiden Linien, welche durch ihre Nachbarschaftsbeziehung ein Paar bilden oder welche gemäß der oben genannten Definition (Abstand im K-Raum liegt unter dem vorbestimmten Schwellenwert) benachbart sind, eine zeitliche Symmetrie zum vorbestimmten Zeitpunkt auf. Diese zeitliche Symmetrie zeichnet sich dadurch aus, dass die eine der beiden Linien dasselbe Zeitintervall vor dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet wird wie die andere der beiden Linien dasselbe Zeitintervall nach dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet wird. Diese zeitliche Symmetrie gilt dabei für alle Paare.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der räumliche Abstand zwischen zwei Linien im K-Raum als ein Winkelabstand definiert, um welchen die eine der zwei Linien gegenüber der anderen der zwei Linien um den Mittelpunkt des K-Raums (K-Raum-Zentrum) gedreht ist.
Dieser Winkel oder Winkelabstand lässt sich beispielsweise dadurch bestimmen, dass derselbe ausgezeichnete Punkt sowohl für die eine als auch für die andere Linie bestimmt wird, wobei dieser ausgezeichnete Punkt nicht dem Mittelpunkt des K-Raums entspricht. Da die beiden Linien definitionsgemäß gleichförmig sind, liegt dieser Punkt bezüglich der jeweiligen Linie an derselben Stelle. Der Winkelabstand wird nun zwischen einem ersten Schenkel, welcher sich von dem Punkt der einen Linie zu dem Mittelpunkt des K-Raums erstreckt, und einem zweiten Schenkel, welcher sich von dem Punkt der anderen Linie zu dem Mittelpunkt des K-Raums erstreckt, bestimmt.
Dieser Winkelabstand β genügt dabei vorteilhafterweise folgender Ungleichung (1). β ≤ 360° / 2·n (1).
Dabei entspricht n der Anzahl der Linien, welche vor dem bestimmten Zeitpunkt abgetastet werden.
Die obige Ungleichung (1) setzt voraus, dass ein Winkelabstand zwischen den Linien, welche vor dem Zeitpunkt abgetastet werden, konstant ist. Anders ausgedrückt setzt die obige Ungleichung (1) voraus, dass jede Linie, welche vor dem Zeitpunkt abgetastet wird, einen bestimmten Winkelabstand zu ihrer am nächsten liegenden Nachbar-Linie aufweist. Dabei ist dieser bestimmte Winkelabstand für alle Linien, welche vor dem Zeitpunkt abgetastet werden, gleich. Eine Linie kann dabei mehrere (z.B. zwei) Nachbar-Linien aufweisen, welche dann jeweils den bestimmten Winkelabstand zu ihr aufweisen.
Vorteilhafterweise liegen die innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne zu erfassenden Linien in einer Ebene.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die zu erfassenden Linien entweder im dreidimensionalen K-Raum verteilt sind oder nur auf eine zweidimensionale Ebene dieses K-Raums beschränkt sind.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform existiert ein Winkel α, um welchen die (i + 1)-te Linie gegenüber der i-ten Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge um das K-Raum-Zentrum (Mittelpunkt des K-Raums) gedreht ist. Bei dieser Ausführungsform liegen die zu erfassenden Linien in einer Ebene. Die vorbestimmte Reihenfolge wird demnach anhand dieses Winkels α bestimmt, so dass jede Linie um diesen Winkel α gegenüber ihrer direkten Vorgänger-Linie gedreht ist.
Da erfindungsgemäß die i-te Linie nach dem Zeitpunkt gemäß der anderen Reihenfolge benachbart bezüglich der (n – i + 1)-ten Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge (vor dem Zeitpunkt) liegt, ist es sinnvoll, wenn auch die Linien, welche nach dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet werden, den Winkel α aufweisen, um welchen die (i + 1)-te Linie gegenüber der i-ten Linie gemäß der anderen Reihenfolge um das K-Raum-Zentrum (Mittelpunkt des K-Raums) gedreht ist.
Vorteilhafterweise weist der Winkel α folgende Beziehung zu dem Winkelabstand β auf: α ≥ 2·β(2) .
Gemäß der Ungleichung (2) weist jede Linie, welche nach dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet wird, einen Winkelabstand zu ihrer vor dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetasteten Partner-Linie auf, welcher maximal der Hälfte des Winkels entspricht, den diese Partner-Linie gemäß dieser Ausführungsform zu ihrer direkten Vorgänger-Linie oder Nachfolger-Linie aufweist. Unter der Partner-Linie wird dabei erfindungsgemäß diejenige nach dem Zeitpunkt abgetastete Linie verstanden, zu welcher die vor dem Zeitpunkt abgetastete Linie nach der obigen Definition benachbart liegt. Die (n – i + 1)-te Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge ist demnach die Partner-Linie der i-ten Linie gemäß der anderen Reihenfolge.
Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, dass die Linien segmentiert erfasst werden. Das bedeutet, dass die Linien innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne nicht ausgehend von nur einem HF-Anregungspuls oder HF-Präparationsmodul erfasst werden, sondern dass mehrere dieser HF-Anregungspulse oder HF-Präparationsmodule mit nachfolgendem Schalten weiterer HF-Pulse und Magnetfeldgradienten eingesetzt werden, um die Linien zu erfassen. Die Anzahl der benötigten HF-Anregungspulse oder HF-Präparationsmodule entspricht der Anzahl der Segmente. Dabei kann die Anzahl der Segmente geradzahlig oder ungeradzahlig sein, wobei allerdings eine geradzahlige Anzahl bevorzugt wird.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden einer ersten Menge der Segmente diejenigen Linien zugeordnet, welche bei einer unsegmentierten Erfassung der MR-Daten vor dem vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet werden. Einer zweiten zu der ersten disjunkten Menge dieser Linien werden die Linien zugeordnet, welche bei der unsegmentierten Erfassung der MR-Daten nach dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst werden. Dabei weisen die erste Menge und die zweite Menge jeweils die Hälfte der Segmente auf. Bei der Erfassung der Linien in Segmenten existiert eine Drehrichtung, um welche eine erfasste Linie um das K-Raum-Zentrum um einen selben Winkel gedreht wird, um die der jeweiligen Linie direkt nachfolgende Linie zu erzeugen. Wenn die Linien mit mehreren Segmenten erfasst werden, wird diese Drehrichtung bei dem Erfassen der Linien desselben Segments nicht geändert.
Bei einer segmentierten Erfassung der MR-Daten entspricht jeder Zeitraum, in welchem die K-Raum-Linien des jeweiligen Segments erfasst werden, vorteilhafterweise der vorbestimmten Zeitspanne. Werden alle Linien aller Segmente entsprechend desjenigen Zeitpunkts sortiert, zu welchem die jeweilige Linie bezüglich des vorbestimmten Zeitpunkts der Zeitspanne ihres Segments abgetastet wird, dann können die Linien erfindungsgemäß in der vorbestimmten Reihenfolge und der anderen Reihenfolge angeordnet werden. Anders ausgedrückt kann jede dieser Linien (außer der/den Linien, die zum vorbestimmten Zeitpunkt abgetastet werden) einem Paar zugeordnet werden, so dass dieses Paar symmetrisch zum vorbestimmten Zeitpunkt liegt und so dass die zwei Linien des Paars erfindungsgemäß benachbart zueinander liegen.
Ein Endpunkt jeder während der Zeitspanne zu erfassenden Linie kann dem Zentrum des K-Raums entsprechen.
Mit anderen Worten endet bzw. beginnt gemäß dieser Ausführungsform jede Linie im Zentrum des K-Raums.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden diejenigen Linien, welche nach dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst werden, um 180° um das K-Raum-Zentrum gedreht, bevor die jeweilige Linie erfasst wird.
Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform eine nach dem vorbestimmten Zeitpunkt zu erfassende Linie zuerst um das K-Raum-Zentrum punktgespiegelt, bevor sie tatsächlich erfasst wird. Diese Ausführungsform ist demnach sowohl für in einer Ebene liegende Linien als auch für im dreidimensionalen Raum verteilte Linien möglich.
Diese Ausführungsform existiert sowohl für Linien, welche im K-Raum-Zentrum enden, als auch für Linien, welche nicht im K-Raum-Zentrum enden. Diese Ausführungsform gilt sowohl für Linien, welche symmetrisch zum K-Raum-Zentrum sind, als auch für Linien, welche asymmetrisch zum K-Raum-Zentrum sind. Damit deckt diese Ausführungsform vorteilhafterweise auch den klinisch interessanten Fall von zum K-Raum-Zentrum asymmetrischen Linien ab, welche nicht im K-Raum-Zentrum enden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Ausleserichtung bei zum K-Raum-Zentrum symmetrischen Linien für das Kontrastverhalten beliebig ist, so dass die Ausleserichtung in diesem Fall frei z.B. abhängig von anderen Anforderungen (z.B. der Vermeidung von Wirbelstromeffekten) gewählt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform wird mit anderen Worten die Symmetrie für das jeweilige Paar von Linien dadurch hergestellt, dass eine dieser Zeilen um 180° um das K-Raum-Zentrum gedreht wird.
Gemäß dieser Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Definition, wann zwei Linien benachbart sind, dahingehend geändert, dass zwei Linien benachbart sind, wenn entweder ein Abstand zwischen den zwei Linien unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt oder wenn ein Abstand zwischen der einen Linie und der anderen um 180° gedrehten Linie unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts liegt.
Diese Ausführungsform verringert Artefakte, welche aufgrund einer Signalabschwächung oder aufgrund von auf der Trajektorie liegenden Störungen während des Auslesens einer Zeile auftreten.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht die andere Reihenfolge der umgekehrten vorbestimmten Reihenfolge, so dass gemäß dieser Ausführungsform nach dem vorbestimmten Zeitpunkt dieselben Linien (oder dieselben um 180° gedrehten Linien) wie vor dem Zeitpunkt erfasst werden. Demnach entspricht die zuerst nach dem Zeitpunkt erfasste Linie der zuletzt vor dem Zeitpunkt erfassten Linie.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen der nach dem Zeitpunkt erfassten Linie und ihrer Partner-Linie 0 (d.h. es existiert kein Abstand, da die Linien aufeinander fallen) bzw. 0°.
Zur Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jede Linie geradlinig im K-Raum verlaufen.
Bei der Erstellung des MR-Bildes wird vorteilhafterweise ein Mittelwert von MR-Daten der jeweils zwei benachbarten Linien bzw. der nach dem Zeitpunkt abgetasteten Linie und ihrer vor dem Zeitpunkt abgetasteten Partner-Linie gebildet.
Diese Mittelwertbildung kann beispielsweise bewerkstelligt werden, indem für jeden abgetasteten K-Raum-Punkt der einen Linie die MR-Daten dieses K-Raum-Punktes mit den MR-Daten des korrespondierenden K-Raum-Punkts der Partner-Linie gemittelt werden.
Bei Ausführungsformen, bei welchen ein Abstand zwischen den Linien eines Paares existiert, können die Ergebnisse der Mittelwertbildung als Startwerte für eine iterative Rekonstruktion des MR-Bildes eingesetzt werden. Indem iterativ aus dem in jeder Iterationsschleife erstellten Zwischen-MR-Bild MR-Daten der K-Raum-Linien erstellt werden und mit den gemessenen MR-Daten verglichen und korrigiert werden, können demnach auch die pro K-Raum-Linie gemessenen MR-Daten (und nicht nur die Mittelwerte) zur Rekonstruktion des MR-Bildes beitragen.
Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt jede Linie (mit Ausnahme der ersten bzw. letzten Linie gemäß der anderen Reihenfolge), welche nach dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst wird, in der Mitte zwischen zwei im K-Raum benachbarten Linien, welche vor dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst werden. Die erste bzw. letzte Linie gemäß der anderen Reihenfolge spielt eine Sonderrolle, da diese Linie unter den vor dem Zeitpunkt erfassten Linien nur ihre Partner-Linie besitzt, zu welcher sie den geringsten Abstand aufweist (alle anderen Linien besitzen zwei Linien, zu welchen sie den geringsten Abstand aufweisen).
Gemäß dieser Ausführungsform weist jede nach dem Zeitpunkt abgetastete Linie denselben Abstand zu ihrer vor dem Zeitpunkt abgetasteten Partner-Linie auf. Dieser Abstand entspricht der Hälfte desjenigen Abstands, welchen zwei räumlich nebeneinander angeordnete vor dem Zeitpunkt abgetastete Linien aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines MR-Bildes ausgehend von einer MR-Messung, bei welcher die Magnetresonanzanlage MR-Daten in einem K-Raum erfasst, bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine oder mehrere HF-Antennen und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der HF-Antenne(n), zum Empfang der Messsignale, welche von der/den HF-Antenne(n) aufgenommen werden, und zur Auswertung der Messsignale sowie zur Erstellung der MR-Bilddatensätze. Die Magnetresonanzanlage regt den Volumenabschnitt, welcher mit dem K-Raum korrespondiert, mit einem HF-Anregungspuls an und schaltet weitere HF-Pulse und zumindest einen Magnetfeldgradienten, um die MR-Daten entlang mehrerer gleichförmiger Trajektorien bzw. Linien in dem K-Raum innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne zu erfassen. Die Magnetresonanzanlage ist in der Lage, das MR-Bild abhängig von den im K-Raum erfassten MR-Daten zu erstellen. Dabei erfasst die Magnetresonanzanlage die Linien vor einem vorbestimmten Zeitpunkt, welcher in der Mitte der Zeitspanne liegt, zeitlich in einer vorbestimmten Reihenfolge. Die Linien nach dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst die Magnetresonanzanlage zeitlich in einer anderen Reihenfolge derart, dass die i-te Linie nach dem Zeitpunkt gemäß der anderen Reihenfolge benachbart zu der (n – i + 1)-ten Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge (vor dem Zeitpunkt) liegt. Dabei entspricht n der Anzahl der vor dem Zeitpunkt und der Anzahl der nach dem Zeitpunkt erfassten Linien. Zwei Linien sind dabei erfindungsgemäß benachbart, wenn ein Abstand zwischen diesen beiden Linien unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Dabei weist außer der (n – i + 1)-ten Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge keine der vor dem Zeitpunkt erfassten Linien einen Abstand zu der i-ten Linie (gemäß der anderen Reihenfolge) auf, welcher kleiner als der Schwellenwert ist. Die Magnetresonanzanlage bestimmt die vorbestimmte Zeitspanne (insbesondere unter Berücksichtigung bestimmter Benutzereingaben) derart, dass sie innerhalb eines Zeitintervalls nach dem Schalten des HF-Anregungspulses derart gewählt ist, dass eine Kontraständerung innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne möglichst linear über der Zeit verläuft.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail beschrieben worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung 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 Steuereinrichtung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere 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 und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung 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 Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung kann zur Erstellung des MR-Bildes ausgehend von den erfindungsgemäß erfassten MR-Daten verschiedene Rekonstruktionsverfahren einsetzen. Dazu zählen insbesondere radiale Rekonstruktionsverfahren, wie z.B. Backprojection und Regridding.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Erstellung von MR-Bildern geeignet, auf welchen Narben im Bereich des Herzens dargestellt werden. Dabei kann der Kontrast zwischen Geweben durch Injizieren von Gadolinium (einem Kontrastmittel) verstärkt werden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch zur Erstellung von MR-Bildern eingesetzt werden kann, welche andere Bereiche des menschlichen Körpers darstellen oder welche sogar tote Materie abbilden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dar.
In 2 ist der Winkel einer jeweiligen K-Raum-Zeile über der Zeit für eine lineare Reihenfolge dargestellt, wobei jede nach dem Zeitpunkt abgetastete K-Raum-Zeile exakt einer vor dem Zeitpunkt abgetasteten K-Raum-Zeile entspricht.
In 3 ist der Winkel einer jeweiligen K-Raum-Zeile über der Zeit für eine lineare Reihenfolge dargestellt, wobei jede nach dem Zeitpunkt abgetastete K-Raum-Zeile in der Mitte zwischen zwei vor dem Zeitpunkt abgetasteten K-Raum-Zeilen liegt.
In 4 ist der Winkel einer jeweiligen K-Raum-Zeile über der Zeit für eine verschachtelte Reihenfolge dargestellt, wobei jede nach dem Zeitpunkt abgetastete K-Raum-Zeile exakt einer vor dem Zeitpunkt abgetasteten K-Raum-Zeile entspricht.
In 5 ist der Winkel einer jeweiligen K-Raum-Zeile über der Zeit für eine verschachtelte Reihenfolge dargestellt, wobei jede nach dem Zeitpunkt abgetastete K-Raum-Zeile in der Mitte zwischen zwei vor dem Zeitpunkt abgetasteten K-Raum-Zeilen liegt.
In 6 ist der Winkel einer jeweiligen K-Raum-Zeile über der Zeit für eine mittels goldenen Winkels ermittelten Reihenfolge dargestellt, wobei jede nach dem Zeitpunkt abgetastete K-Raum-Zeile exakt einer vor dem Zeitpunkt abgetasteten K-Raum-Zeile entspricht.
In 7 ist der Winkel einer jeweiligen K-Raum-Zeile über der Zeit für eine mittels goldenen Winkels ermittelten Reihenfolge dargestellt, wobei jede nach dem Zeitpunkt abgetastete K-Raum-Zeile in der Mitte zwischen zwei vor dem Zeitpunkt abgetasteten K-Raum-Zeilen liegt.
Mit 8 und 9 wird eine segmentierte erfindungsgemäße MR-Datenerfassung erläutert.
In 10 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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 Volumenabschnitt eines Objekts O, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers angeordnet werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d.h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Mittenfrequenz entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild bzw. dreidimensionaler Bilddatensatz rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des K-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z.B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
Mit Hilfe der 2 bis 7 sollen sechs erfindungsgemäße Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft dargestellt werden. In jeder dieser 2 bis 7 ist der Winkel φ, welchen die jeweilige K-Raum-Zeile zu einer vorbestimmten Achse im K-Raum aufweist, für den Erfassungszeitpunkt der entsprechenden K-Raum-Zeile dargestellt. Streng genommen handelt es sich nicht um einen Erfassungszeitpunkt, da zur Erfassung der MR-Daten der K-Raum-Punkte der jeweiligen K-Raum-Zeile eine gewisse Zeitdauer verstreicht. Da diese Zeitdauer aber klein gegenüber der Erfassungszeit T, in welcher alle K-Raum-Zeilen zu erfassen sind, ist, wird hier dennoch mit dem Begriff Erfassungszeitpunkt gearbeitet. Darüber hinaus liegen die K-Raum-Zeilen bei den mit Hilfe der 2 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen in einer zweidimensionalen Ebene des K-Raums.
In 2 ist ein Beispiel einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt. Gemäß dieser ersten Ausführungsform werden innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne T n Zeilen vor dem Zeitpunkt t0 und n Zeilen nach dem Zeitpunkt t0 abgetastet. Dabei werden vor dem Zeitpunkt t0 abzutastende Zeilen derart angeordnet, dass der K-Raum radial gleichmäßig abgetastet wird. Dadurch weisen zwei räumlich benachbarte K-Raum-Zeilen, welche vor dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden, denselben Winkelabstand α auf.
Gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge werden die K-Raum-Zeilen vor dem Zeitpunkt t0 derart abgetastet, dass die jeweils aktuell abgetastete K-Raum-Zeile diesen Winkelabstand α zu ihrer zeitlichen Vorgänger-K-Raum-Zeile aufweist. Gemäß einer anderen Reihenfolge werden die K-Raum-Zeilen nach dem Zeitpunkt t0 derart abgetastet, dass die jeweils aktuell abgetastete K-Raum-Zeile denselben Winkelabstand α zu ihrer zeitlichen Vorgänger-K-Raum-Zeile aufweist. Dabei entspricht jede nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete K-Raum-Zeile einer vor dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile.
Gemäß dieser ersten Ausführungsform ist die andere Reihenfolge gleich der umgekehrten vorbestimmten Reihenfolge, so dass die i'-te K-Raum-Zeile gemäß der anderen Reihenfolge gleich der (n – i' + 1)-ten K-Raum-Zeile gemäß der vorbestimmten Reihenfolge ist. Daher weisen auch die K-Raum-Zeilen gemäß der anderen Reihenfolge den Winkelabstand α auf. D.h. auch bei der anderen Reihenfolge gilt, dass eine gemäß dieser anderen Reihenfolge abgetastete K-Raum-Zeile diesen Winkelabstand α zu ihrer zeitlichen Vorgänger-K-Raum-Zeile aufweist.
In 2 entsprechen die Zähl-Indices ohne "'" dem Zählindex der vorbestimmten Reihenfolge und die Zählindices mit "'" dem Zählindex der anderen Reihenfolge.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist die zum Zeitpunkt (t0 – t) abgetastete K-Raum-Zeile gleich der zum Zeitpunkt (t0 + t) abgetasteten K-Raum-Zeile.
Erfindungsgemäß existieren zu allen mit Hilfe der 2 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen zwei Varianten. Bei der einen Variante wird zum Zeitpunkt t0 eine K-Raum-Zeile abgetastet, und bei der anderen Variante ist dies nicht der Fall. Falls eine K-Raum-Zeile zum Zeitpunkt t0 abgetastet wird, zählt diese weder zu den vor dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeilen noch zu den nach dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeilen.
Mit Hilfe der 3 wird eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform beispielhaft dargestellt.
Diese zweite Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform ähnlich. Insbesondere entsprechen die n K-Raum-Zeilen, welche vor dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden, bei der zweiten Ausführungsform den K-Raum-Zeilen der ersten Ausführungsform, welche vor dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden. Mit anderen Worten unterscheidet sich die zweite Ausführungsform nur hinsichtlich derjenigen K-Raum-Zeilen, welche nach dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden, von der ersten Ausführungsform.
Bei dieser zweiten Ausführungsform entsprechen die nach dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeilen nicht einer der vor dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeilen, sondern stattdessen liegt jede nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete Zeile quasi zwischen zwei K-Raum-Zeilen, welche vor dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden. Anders ausgedrückt ist jede K-Raum-Zeile, welche nach dem Zeitpunkt t0 abgetastet wird, gegenüber der entsprechenden K-Raum-Zeile der ersten Ausführungsform um denselben (konstanten) Winkelabstand β verschoben. Dabei entspricht dieser Winkelabstand β der Hälfte desjenigen Winkelabstands α, um welchen zwei räumlich benachbarte K-Raum-Zeilen der vorbestimmten oder anderen Reihenfolge beabstandet sind.
Bei dem in 3 dargestellten Beispiel wird der Winkel φ, welchen jede K-Raum-Zeile zu der vorbestimmten Achse innerhalb des K-Raums aufweist, bei den nach dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeilen im Vergleich zur ersten Ausführungsform um den Winkelabstand β verringert. Da bei der in 3 dargestellten Ausführungsform eine K-Raum-Zeile zum Zeitpunkt t0 abgetastet wird, liegt daher die erste nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete K-Raum-Zeile (mit dem Index 1') räumlich zwischen der zum Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile und der letzten vor dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile (mit dem Index n). Daher liegt die zweite nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete K-Raum-Zeile räumlich zwischen der vorletzten und der letzten vor dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeilen. Für den allgemeinen Fall gilt, dass die i'-te Zeile gemäß der anderen Reihenfolge zwischen der (n – i' + 1)-ten und der (n – i' + 2)-ten gemäß der vorbestimmten Reihenfolge liegt.
Im Vergleich zur ersten Ausführungsform weist die zweite Ausführungsform eine um den Faktor 2 verbesserte Abdeckung des K-Raums auf.
In 4 ist ein Beispiel für eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt.
Diese dritte Ausführungsform weist im Vergleich zur ersten Ausführungsform nur den Unterschied auf, dass die K-Raum-Zeilen sowohl vor als auch nach dem Zeitpunkt t0 verschachtelt erfasst werden. Das bedeutet, dass die n K-Raum-Zeilen, welche vor bzw. nach dem Zeitpunkt t0 erfasst werden, in mehrere Segmente unterteilt sind. Dagegen werden bei der dritten Ausführungsform dieselben K-Raum-Zeilen wie bei der ersten Ausführungsform erfasst, nur die zeitliche Reihenfolge (d.h. die vorbestimmte und die andere Reihenfolge) haben sich geändert. Wenn s der Anzahl der Segmente vor bzw. nach dem Zeitpunkt t0 entspricht, und wenn n durch s teilbar ist, dann werden pro Segment n/s K-Raum-Zeilen abgetastet. Der Winkelabstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgend abgetasteten K-Raum-Zeilen im selben Segment entspricht s·α. Die Reihenfolge, in welcher die K-Raum-Zeilen in dem j-ten Segment (1 ≤ j ≤ s) vor dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden, ist wie folgt: j, j + s, j + 2·s, ..., n – (s – j), wenn die Indices gemäß der Reihenfolge der ersten Ausführungsform oder gemäß der Reihenfolge, in welcher die K-Raum-Zeilen aufgrund ihres Winkels φ zur vorbestimmten Achse sortiert sind, verwendet werden.
Wie bei der ersten Ausführungsform entspricht bei der dritten Ausführungsform die andere Reihenfolge der umgekehrten vorbestimmten Reihenfolge. Anders ausgedrückt entspricht die i'-te K-Raum-Zeile gemäß der anderen Reihenfolge der (n – i' + 1)-ten K-Raum-Zeile gemäß der vorbestimmten Reihenfolge, oder die zum Zeitpunkt (t0 – t) abgetastete K-Raum-Zeile entspricht der zum Zeitpunkt (t0 + t) abgetasteten K-Raum-Zeile.
Die vierte erfindungsgemäße Ausführungsform, welche in 5 beispielhaft dargestellt ist, ist eine Variante der dritten Ausführungsform. Der Unterschied zwischen der vierten und der dritten Ausführungsform ist derselbe wie der Unterschied zwischen der zweiten und ersten Ausführungsform.
Wie bei der zweiten Ausführungsform liegt bei der vierten Ausführungsform jede nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete K-Raum-Zeile (außer der ersten oder der letzten) räumlich in der Mitte zwischen zwei K-Raum-Zeilen, welche vor dem Zeitpunkt t0 abgetastet werden. Das bedeutet, dass jede nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete K-Raum-Zeile gegenüber der entsprechenden K-Raum-Zeile der dritten Ausführungsform um denselben (konstanten) Winkelabstand β verschoben ist. Dieser Winkelabstand β entspricht wie bei der zweiten Ausführungsform der Hälfte des Winkelabstands α.
Bei dem in 5 dargestellten Beispiel wird der Winkel φ, welchen jede K-Raum-Zeile zu der vorbestimmten Achse aufweist, bei der nach dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile im Vergleich zur dritten Ausführungsform um den Winkelabstand β verringert. Daher liegt die erste nach dem Zeitpunkt t0 abgetastete K-Raum-Zeile (mit dem Index 1') räumlich zwischen der letzten vor dem Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile (mit dem Index n) und der zum Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile. Im Gegensatz zur 3 liegt die 1'-te K-Raum-Zeile allerdings in 5 nicht in der Mitte zwischen der n-ten K-Raum-Zeile und der zum Zeitpunkt t0 abgetasteten K-Raum-Zeile, sondern liegt deutlich dichter an der n-ten K-Raum-Zeile, da aufgrund der zwei Segmente (s = 2) der Winkelabstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfassten K-Raum-Zeilen innerhalb desselben Segments 2·α und damit dem Vierfachen des Winkelabstands β entspricht.
Mit Hilfe der 6 und 7 werden beispielhaft eine fünfte und eine sechste erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, bei welchen die jeweiligen Winkel φ, welche zwischen der jeweiligen K-Raum-Zeile der vorbestimmten Achse liegen, mit Hilfe des goldenen Winkels ψ bestimmt werden. Dabei kann es sich bei dem goldenen Winkel ψ entweder um den kleinen goldenen Winkel ψ₁ gemäß der folgenden Gleichung (3) oder um den großen goldenen Winkel ψ₂ gemäß der Gleichung (4) handeln. Es ist auch möglich, anstelle des kleinen oder großen goldenen Winkels die Hälfte des großen goldenen Winkels ψ₂ zu verwenden.
Bei der fünften Ausführungsform entspricht der Winkelabstand zwischen der i-ten K-Raum-Zeile und der (i + 1)-ten Zeile gemäß der vorbestimmten Reihenfolge dem goldenen Winkel ψ. Mit anderen Worten weisen zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfasste K-Raum-Zeilen vor dem Zeitpunkt den goldenen Winkel ψ als Winkelabstand auf.
Die andere Reihenfolge entspricht wie bei der ersten und dritten Ausführungsform der umgekehrten vorbestimmten Reihenfolge, so dass nach dem Zeitpunkt t0 gemäß der fünften Ausführungsform dieselben K-Raum-Zeilen abgetastet werden, wie vor dem Zeitpunkt. Damit weisen auch bei den nach dem Zeitpunkt t0 erfassten K-Raum-Zeilen zwei zeitlich aufeinanderfolgend abgetastete K-Raum-Zeilen den goldenen Winkel ψ als Winkelabstand auf.
Bei der sechsten Ausführungsform unterscheiden sich die vor dem Zeitpunkt erfassten K-Raum-Zeilen nicht von den vor dem Zeitpunkt t0 erfasst K-Raum-Zeilen der fünften Ausführungsform. Allerdings werden die nach dem Zeitpunkt t0 erfassten K-Raum-Zeilen bei der sechsten Ausführungsform jeweils gegenüber der korrespondierenden K-Raum-Zeile nach dem Zeitpunkt t0 gemäß der fünften Ausführungsform um einen Winkel δ um das K-Raum-Zentrum gedreht, welcher über die folgende Gleichung (4) berechnet wird. δ = 360° / 4·n (4)
Bei dieser sechsten Ausführungsform liegt demnach jede K-Raum-Zeile, welche nach dem Zeitpunkt t0 erfasst wird, (mit Ausnahme der ersten bzw. letzten) mittig zwischen zwei vor dem Zeitpunkt t0 erfassten K-Raum-Zeilen, wobei der Winkelabstand der jeweiligen nach dem Zeitpunkt t0 erfassten K-Raum-Zeile zu den beiden benachbarten vor dem Zeitpunkt t0 erfassten K-Raum-Zeilen dem Winkel δ entspricht.
Dabei existieren zwei Varianten. Entweder werden alle K-Raum-Zeilen, welche nach dem Zeitpunkt erfasst werden, im Vergleich zu den nach dem Zeitpunkt erfassten K-Raumzeilen der fünften Ausführungsform um den Winkel δ im Uhrzeigersinn oder um den Winkel δ entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.
Mit den 8 und 9 wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform erläutert, bei welcher die K-Raum-Zeilen segmentweise abgetastet werden. Dazu ist in 8 die unsegmentierte Erfassung der K-Raum-Zeilen dargestellt, wobei die in 8 dargestellte Beziehung des Winkels φ der jeweiligen K-Raum-Zeile zu dem Abtastzeitpunkt der jeweiligen K-Raum-Zeile prinzipiell der ersten Ausführungsform entspricht, welche in 2 dargestellt ist.
Bei der segmentierten Erfassung der K-Raum-Zeilen, welche in 9 dargestellt ist, werden in einem ersten Segment die K-Raum-Zeilen, welche bei der unsegmentierten Erfassung (8) vor dem vorbestimmten Zeitpunkt t0 erfasst werden, abgetastet, während in einem zweiten Segment die K-Raum-Zeilen, welche bei der unsegmentierten Erfassung (8) nach dem vorbestimmten Zeitpunkt t0 erfasst werden, abgetastet werden. Dabei ist die Zeitspanne T, in welcher alle 20 K-Raum-Zeilen im unsegmentierten Fall abgetastet werden, gleich derselben Zeitspanne T, in welcher die K-Raum-Zeilen des ersten Segments oder des zweiten Segments abgetastet werden. Mit anderen Worten verdoppelt sich bei der segmentierten Erfassung der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden K-Raum-Zeilen im Vergleich zum unsegmentierten Erfassen.
Dabei können die K-Raum-Zeilen vor dem vorbestimmten Zeitpunkt t0 in eine vorbestimmte Reihenfolge gemäß ihrer Erfassungszeitpunkte und die K-Raum-Zeilen nach dem vorbestimmten Zeitpunkt t0 in eine andere Reihenfolge gemäß ihrer Erfassungszeitpunkte gebracht werden, so dass die i-te Linie nach dem Zeitpunkt t0 gemäß der anderen Reihenfolge benachbart bezüglich der [n – i + 1]-ten Linie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge liegt, wie es in 9 dargestellt ist.
Auch die erfindungsgemäße zeitliche Symmetrie der K-Raum-Zeilen bleibt bei der segmentierten Erfassung erhalten. D.h. die beiden K-Raum-Zeilen, welche nach der erfindungsgemäßen Definition benachbart sind und daher ein Paar bilden, weisen Abtastzeitpunkte auf, welche denselben zeitlichen Abstand zu dem vorbestimmten Zeitpunkt t0 besitzen.
In 10 ist ein beispielhafter Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Im ersten Schritt S1 werden die zu erfassenden K-Raum-Zeilen bestimmt und in eine vorbestimmte Reihenfolge gebracht, in welcher sie zeitlich aufeinanderfolgend abgetastet werden sollen.
Im zweiten Schritt S2 wird ein HF-Präparationspuls eingestrahlt.
Im folgenden Schritt S3 werden die K-Raum-Zeilen gemäß der im Schritt S1 bestimmten Reihenfolge vor einem vorbestimmten Zeitpunkt t0 erfasst.
Anschließend werden dieselben K-Raum-Zeilen in einer anderen Reihenfolge, welche der umgekehrten vorbestimmten Reihenfolge entspricht, nach dem vorbestimmten Zeitpunkt t0 erfasst.
Da für jede K-Raum-Zeile zweimal eine MR-Daten-Erfassung stattgefunden hat, werden im Schritt S5 die für die jeweilige K-Raum-Zeile vor dem Zeitpunkt und nach dem Zeitpunkt erfassten MR-Daten gemittelt.
Abhängig von diesen gemittelten MR-Daten wird im Schritt S6 das MR Bild erstellt. Zur Erstellung des MR-Bildes können iterative Rekonstruktionsverfahren eingesetzt werden, bei welchen pro Iteration jedem Pixel des zu erstellenden MR-Bildes ein Modellwert zugeordnet wird. Diese Modellwerte werden über eine Fouriertransformation wieder in den K-Raum transformiert, wodurch Differenzen zu den im K-Raum gemessenen MR-Daten ermittelt und in der nächsten Iteration verringert werden können. Ein Beispiel eines solchen iterativen Rekonstruktionsverfahrens ist in der Diplomarbeit "Modellbasierte Rekonstruktion unterabgetasteter radialer Daten am Beispiel der Herzperfusion", von J. Tran-Gia, an der Universität Würzburg, 2010, beschrieben.
Da die durch das iterative Rekonstruktionsverfahren zu korrigierenden Effekte aufgrund der erfindungsgemäßen Erfassung der MR-Daten vergleichsweise klein sind, genügen wenige Iterationen zur Rekonstruktion des MR-Bildes. Da das iterative Rekonstruktionsverfahren aus den MR-Daten vergleichsweise rasch ein MR-Bild rekonstruieren kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch im klinischen Alltag einsetzbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

"Modellbasierte Rekonstruktion unterabgetasteter radialer Daten am Beispiel der Herzperfusion", von J. Tran-Gia, an der Universität Würzburg, 2010 [0099]

Claims

Verfahren zur Erstellung eines MR-Bildes, ausgehend von einer MR-Messung mit einer Magnetresonanzanlage (5), wobei MR-Daten in einem K-Raum erfasst werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schalten eines HF-Anregungspulses, Schalten weiterer HF-Pulse und mindestens eines Magnetfeldgradienten, um die MR-Daten auf mehreren gleichförmigen Trajektorien in dem K-Raum innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (T) zu erfassen, und Erstellen des MR-Bildes abhängig von den erfassten MR-Daten, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien vor einem vorbestimmten Zeitpunkt (t0) zeitlich in einer vorbestimmten Reihenfolge erfasst werden, dass die Trajektorien nach dem Zeitpunkt (t0) zeitlich in einer anderen Reihenfolge erfasst werden, so dass die i-te Trajektorie nach dem Zeitpunkt (t0) gemäß der anderen Reihenfolge benachbart bezüglich der [n – i + 1]-ten Trajektorie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge liegt, wobei n der Anzahl der vor dem Zeitpunkt und der Anzahl der nach dem Zeitpunkt erfassten Trajektorien entspricht, dass zwei Trajektorien benachbart sind, wenn ein Abstand (β) zwischen den zwei Trajektorien unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, dass außer der [n – i + 1]-ten Trajektorie keine der Trajektorien, welche vor dem Zeitpunkt (t0) erfasst werden, einen Abstand zu der i-ten Trajektorie aufweist, welcher kleiner als der Schwellenwert ist, dass die vorbestimmte Zeitspanne (T) innerhalb einer Zeitspanne nach dem Schalten des HF-Anregungspulses derart gewählt ist, dass eine Kontraständerung innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne (T) möglichst linear über der Zeit verläuft, und dass der Zeitpunkt (t0) in der Mitte der Zeitspanne (T) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der zwei Trajektorien, welche benachbart sind, zu einem ersten Zeitpunkt erfasst wird, dass eine zweite der zwei Trajektorien, welche benachbart sind, zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, dass der erste Zeitpunkt ungleich dem zweiten Zeitpunkt ist, und dass eine erste zeitliche betragsmäßige Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem vorbestimmten Zeitpunkt gleich einer zweiten zeitlichen betragsmäßigen Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem vorbestimmten Zeitpunkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei Trajektorien als ein Winkelabstand (β) definiert wird, um welchen die eine der zwei Trajektorien gegenüber der anderen der zwei Trajektorien um das K-Raum-Zentrum gedreht ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabstand β folgender Ungleichung genügt: β ≤ 360° / 2·n (1).
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien jeweils in einer Ebene verlaufen, und dass ein Winkel (α) definiert wird, um welchen die [i + 1]-te Trajektorie gegenüber der i-ten Trajektorie jeweils gemäß der vorbestimmten Reihenfolge um das K-Raum-Zentrum gedreht ist, und dass die vorbestimmte Reihenfolge anhand des Winkels (α) bestimmt wird, so dass jede Trajektorie um den Winkel (α) gegenüber ihrem direkten Vorgänger gedreht ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) folgende Beziehung zu dem Winkelabstand (β) aufweist: α ≥ 2·β (2).
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien segmentiert erfasst werden, dass die Anzahl von Segmenten geradzahlig ist, dass in einer Hälfte der Segmente die Trajektorien erfasst werden, welche im unsegmentierten Fall vor dem vorbestimmten Zeitpunkt (t0) erfasst werden, und dass in der anderen Hälfte der Segmente die Trajektorien erfasst werden, welche im unsegmentierten Fall nach dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst werden, dass eine Drehrichtung definiert wird, um welche eine erfasste Trajektorie um das K-Raum-Zentrum um einen selben Winkel (α) zu drehen ist, um die der Trajektorie direkt nachfolgend zu erfassende Trajektorie zu erzeugen, und dass bei dem Erfassen der Trajektorien eines der Segmente die Drehrichtung nicht geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endpunkt jeder Trajektorie dem Zentrum des K-Raums entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien, welche nach dem Zeitpunkt (t0) erfasst werden, um 180° um das K-Raum-Zentrum gedreht werden, bevor die jeweilige Trajektorie erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Reihenfolge der umgekehrten vorbestimmten Reihenfolge entspricht, so dass nach dem Zeitpunkt (t0) dieselben Trajektorien wie vor dem Zeitpunkt (t0) erfasst werden und so dass die zuerst nach dem Zeitpunkt (t0) erfasste Trajektorie der zuletzt vor dem Zeitpunkt (t0) erfassten Trajektorie entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Trajektorie geradlinig im K-Raum verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Erstellung des MR-Bildes ein Mittelwert von MR-Daten der jeweils zwei benachbarten Trajektorien gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Trajektorie, welche nach dem vorbestimmten Zeitpunkt (t0) erfasst wird, denselben ersten Abstand zu ihrer benachbarten Trajektorie aufweist, welche vor dem vorbestimmten Zeitpunkt (t0) erfasst wird, dass zwei räumliche nebeneinander liegende Zeilen, welche vor dem vorbestimmten Zeitpunkt erfasst werden, jeweils denselben zweiten Abstand aufweisen, und dass derselbe erste Abstand der Hälfte desselben zweiten Abstands entspricht.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines MR-Bildes ausgehend von einer MR-Messung, bei welcher die Magnetresonanzanlage (5) MR-Daten in einem K-Raum erfasst, 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 Erstellung der MR-Daten umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) einen HF-Anregungspuls, weitere HF-Pulse und mindestens einen Magnetfeldgradienten schaltet, um die MR-Daten auf mehreren gleichförmigen Trajektorien in dem K-Raum innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (T) zu erfassen, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) zur Erstellung des MR-Bildes abhängig von den erfassten MR-Daten ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Trajektorien vor einem vorbestimmten Zeitpunkt (t0) zeitlich in einer vorbestimmten Reihenfolge erfasst, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Trajektorien nach dem Zeitpunkt (t0) zeitlich in einer anderen Reihenfolge erfasst, so dass die i-te Trajektorie nach dem Zeitpunkt (t0) gemäß der anderen Reihenfolge benachbart der [n – i + 1]-ten Trajektorie gemäß der vorbestimmten Reihenfolge liegt, wobei n der Anzahl der vor dem Zeitpunkt und der Anzahl der nach dem Zeitpunkt erfassten Trajektorien entspricht, dass zwei Trajektorien benachbart sind, wenn ein Abstand (β) zwischen den zwei Trajektorien unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, dass außer der [n – i + 1]-ten Trajektorie keine der Trajektorien, welche vor dem Zeitpunkt (t0) erfasst werden, einen Abstand zu der i-ten Trajektorie aufweist, welcher kleiner als der Schwellenwert ist, dass die vorbestimmte Zeitspanne (T) innerhalb einer Zeitspanne nach dem Schalten des HF-Anregungspulses derart gewählt ist, dass eine Kontraständerung innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne möglichst linear über der Zeit verläuft, und dass der Zeitpunkt (t0) in der Mitte der Zeitspanne (T) liegt.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–13 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–13 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–13 durchführen.