DE102013108467A1

DE102013108467A1 - Segment-Akquisition mit mehrfacher Anregung zur Bewegungskorrektur in der Magnetresonanztomographie

Info

Publication number: DE102013108467A1
Application number: DE102013108467.2A
Authority: DE
Inventors: Dawei Gui; Ajeetkumar Gaddipati; Xiaoli Zhao; Shaorong Chang; Zhiqiang Li
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2014-05-22
Also published as: US20140043024A1; CN103576116B; CN103576116A; US9322894B2

Abstract

In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Durchführen einer Magnetresonanz-(MR-)Datenakquisitionssequenz, die die Akquisition einer Vielzahl von um einen Abschnitt des k-Raums gedrehten Segmenten von k-Raum-Daten beinhaltet. Die k-Raum-Daten sind für gyromagnetisches Material in einem Gegenstand von Interesse repräsentativ und jedes Segment beinhaltet eine Vielzahl von Codierungszeilen, die eine Breite des jeweiligen Segments definieren. Die Akquisition jedes Segments beinhaltet das Empfangen eines MR-Signals aus Echos in zwei oder mehr getrennten Echozügen, um wenigstens einen Teil der Vielzahl von Codierungszeilen zu füllen, und die Echozüge sind durch einen Anregungspuls getrennt.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen basieren Magnetresonanztomographie(MRI-)Untersuchungen auf den Wechselwirkungen zwischen einem Hauptmagnetfeld, einem Hochfrequenz-(HF-)Magnetfeld und zeitabhängigen Magnetgradientenfeldern mit gyromagnetischem Material mit Kernspins innerhalb eines Gegenstands von Interesse, wie z.B. einem Patienten. Gewisse gyromagnetische Materialien wie Wasserstoffkerne in Wassermolekülen weisen als Reaktion auf externe magnetische Felder ein charakteristisches Verhalten auf. Die Präzession von Spins dieser Kerne kann beeinflusst werden, indem die Felder manipuliert werden, so dass sie HF-Signale erzeugen, die erfasst, verarbeitet und zur Rekonstruktion eines nützlichen Bilds verwendet werden können.
Zu den zum Erzeugen von Bildern in MRT-Systemen verwendeten Magnetfeldern gehören ein hoch gleichförmiges, statisches Magnetfeld, das von einem Hauptmagneten erzeugt wird. Eine Reihe von Gradientenfeldern werden von einem Satz Gradientenspulen erzeugt, die um den Gegenstand herum angeordnet sind. Die Gradientenfelder codieren Positionen von einzelnen Ebenen- oder Volumenelementen (Pixel oder Voxel) in zwei oder drei Dimensionen. Zum Erzeugen eines HF-Magnetfelds wird eine HF-Spule eingesetzt. Dieses HF-Magnetfeld lenkt die Spins von einigen der gyromagnetischen Kerne aus ihren Gleichgewichtsrichtungen ab, was verursacht, dass die Spins um die Achse ihrer Gleichgewichtsmagnetisierung präzessieren. Während dieser Präzession werden von den kreiselnden präzessierenden Kernen HF-Felder emittiert und von der gleichen sendenden HF-Spule oder einer separaten Spule detektiert. Diese Signale werden verstärkt, gefiltert und digitalisiert. Die digitalisierten Signale werden dann mit Hilfe von einem oder mehreren Algorithmen zur Rekonstruktion eines nützlichen Bilds verarbeitet.
Es wurden Techniken zur Durchführung von MRT-Bildgebungssequenzen zur Korrektur für Bewegungen des Patienten entwickelt, um z.B. das von Patienten erforderte lange Atemanhalten zu vermeiden und zur Berichtigung bei willkürlichen/unwillkürlichen Patientenbewegungen. Aktuelle Techniken für eine derartige Korrektur sind aber oft unzulänglich oder von einer weiteren Verbesserung abhängig. Zum Beispiel können einige Techniken für die Bewegungskorrektur möglicherweise die Durchführung gewisser Arten der Bildgebung, wie z.B. T1-gewichtete MR-Bildgebung, nicht ermöglichen. Dementsprechend wird jetzt anerkannt, dass ein Bedarf an verbesserten Verfahren zur Datenerfassung und Rekonstruktion in Magnetresonanztomographietechniken besteht, die gegenüber Bewegungen des Patienten empfindlich sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Unten werden gewisse Ausführungsformen, die umfangsmäßig der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechen, zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht beschränken, vielmehr sollen diese Ausführungsformen nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. Die Erfindung kann allerdings eine Vielzahl von Formen umfassen, die den unten dargelegten Ausführungsformen ähnlich sein oder sich von ihnen unterscheiden können.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren das Durchführen einer Magnetresonanz-(MR-)Datenakquisitionssequenz, die die Akquisition einer Vielzahl von um einen Abschnitt des k-Raums gedrehten Segmenten von k-Raum-Daten beinhaltet. Die k-Raum-Daten sind für gyromagnetisches Material in einem Gegenstand von Interesse repräsentativ und jedes Segment beinhaltet eine Vielzahl von Codierungszeilen, die eine Breite des jeweiligen Segments definieren. Die Akquisition jedes Segments beinhaltet das Empfangen eines MR-Signals aus Echos in zwei oder mehr getrennten Echozügen, um wenigstens einen Teil der Vielzahl von Codierungszeilen zu füllen, und die Echozüge sind durch Anregungspulse getrennt.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Magnetresonanztomographie-(MRT-)System einen Hauptfeldmagneten, der zum Versetzen von gyromagnetischen Kernen in einem Patienten in eine Gleichgewichtsmagnetisierung konfiguriert ist, eine Vielzahl von Gradientenfeldspulen, die zum Codieren von Positionsinformationen in die gyromagnetischen Kerne konfiguriert sind, eine Hochfrequenz(HF-)Sendespule, die zum Stören der gyromagnetischen Kerne aus ihrer Gleichgewichtsmagnetisierung konfiguriert ist, eine Vielzahl von HF-Empfangsspulen, die zum Empfangen von MR-Signalen aus den gyromagnetischen Kernen bei ihrer Relaxation in ihre Gleichgewichtsmagnetisierung konfiguriert sind, und eine Steuerschaltungsanordnung, die mit den Gradientenfeldspulen, der HF-Sendespule und der Vielzahl von HF-Empfangsspulen gekoppelt ist. Die Steuerschaltungsanordnung ist konfiguriert zum Anlegen von Steuersignalen an die Gradienten-, HF-Sende- oder HF-Empfangsspule(n) oder eine beliebige Kombination davon, um Segmente von k-Raum-Daten, die für gyromagnetisches Material in einem Gegenstand von Interesse repräsentativ sind, zu akquirieren, wobei die Segmente, verglichen mit jedem anderen Segment, um einen Abschnitt von k-Raum gedreht werden. Jedes Segment beinhaltet eine Vielzahl von Codierungszeilen, die wenigstens teilweise von zwei oder mehr Echozügen gefüllt werden, die mithilfe von zwei oder mehr Fast-Spin-Echo-(FSE-)Sequenzen akquiriert wurden.
In einer weiteren Ausführungsform sind ein oder mehrere reale maschinenlesbare Datenträger zum Speichern von Anweisungen vorgesehen, die von einem oder mehreren Prozessor(en) ausführbar sind zum: Veranlassen eines Magnetresonanz-(MR-)tomographiesystems zur Akquisition von Segmenten von k-Raum-Daten, die, verglichen mit jedem anderen Segment, um einen Abschnitt des k-Raums gedreht werden, wobei jedes Segment eine Vielzahl von Codierungszeilen hat, die von wenigstens zwei Echozügen gefüllt werden, die während separater Fast-Spin-Echo-Sequenzen akquiriert werden, und Bewegungskorrigieren der Segmente gemäß einem PROPELLER-Algorithmus (PROPELLER: periodically rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction (periodisch gedrehte überlappende parallele Linien mit verbesserter Rekonstruktion) zum Erzeugen eines bewegungskorrigierten Bilds.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die Begleitzeichungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen durchgehend gleiche Teile bezeichnen, wobei:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Magnetresonanztomographiesystems ist, das zum Durchführen der hierin beschriebenen Datenerfassung und Bildrekonstruktion konfiguriert ist,
2 eine Explosionszeichnung einer Ausführungsform eines mithilfe mehrfacher Anregungen erzeugten Segments im k-Raum gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist,
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Akquisitionstrajektorie im k-Raum mit Bildgebungssegmenten, die jeweils mithilfe von zwei oder mehr Anregungen akquiriert werden, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist,
4 ein Prozessablaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Akquirieren von Segmenten im k-Raum, wobei jedes Segment Daten aufweist, die von mehr als einer Anregung akquiriert wurden, Bewegungskorrigieren der Segmente und Erzeugen eines Bilds aus ihnen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, und
5 ein Prozessablaufdiagramm ist, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Akquirieren eines einzelnen Segments im k-Raum mithilfe von zwei oder mehr separaten Akquisitionssequenzen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen beschrieben. Im Bemühen, eine prägnante Beschreibung dieser Ausführungsformen zu geben, werden in der Patentbeschreibung möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Es ist zu beachten, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Implementierung wie bei jedem Bau- oder Planungsprojekt zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Zielsetzungen der Entwickler zu erzielen, wie z.B. die Einhaltung systembezogener und geschäftsbezogener Beschränkungen, die bei jeder Implementierung verschieden sein können. Es ist darüber hinaus zu beachten, dass ein derartiges Entwicklungsvorhaben komplex und zeitraubend sein kann, trotzdem aber für den von dieser Offenbarung profitierenden Durchschnittsfachmann bezüglich Entwurf, Fertigung und Herstellung eine Routineangelegenheit wäre.
Beim Vorstellen von Elementen von diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, dass die Artikel „ein”, „eine”, „der/die/das” und „genannte” bedeuten, dass es eines oder mehrere der Elemente gibt. Es ist vorgesehen, dass die Begriffe „aufweisen”, „beinhalten” und „haben” einschließlich sind und bedeuten, dass es außer den angeführten Elementen noch zusätzliche Elemente geben kann. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass alle numerischen Beispiele in der folgenden Besprechung nicht begrenzend sind und zusätzliche Zahlenwerte, Bereiche und Anteile daher innerhalb des Umfangs der offenbarten Ausführungsformen liegen.
Wie oben angegeben, kann es in Situationen, in denen der abgebildete Patient sich bewegt, schwierig sein, klinisch nützliche Bilder mithilfe beschleunigter Bildgebungsmethoden zu erhalten. In einigen Situationen können Techniken für die Bewegungskorrektur große Bereiche des k-Raums nutzen, die mithilfe einer nicht-kartesischen Akquisition in einer einzelnen Repetitionszeit (TR), der Zeit zwischen Anregungen, während der Daten akquiriert werden, akquiriert werden. Die in separaten TR akquirierten k-Raum-Bereiche können nach Durchführung eines Bewegungskorrekturalgorithmus zur Erzeugung eines einzelnen Bilds kombiniert werden. Eine derartige Technik ist PROPELLER (Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction, d.h. periodisch gedrehte Überlappung paralleler Linien mit hervorgehobener Rekonstruktion), bei der Segmente des k-Raums jeweils in einer separaten TR akquiriert werden, wobei jedes Segment, verglichen mit anderen akquirierten Segmenten, um die Mitte des k-Raums gedreht wird. Das heißt, zum Erhalten jedes Segments wird eine einzelne Anregung, gefolgt von der Akquisitionssequenz, verwendet. Jedes Segment kann ganz oder teilweise (z.B. Teile in der Mitte des k-Raums) zu einem niedrigaufgelösten Bild rekonstruiert werden und die Bilder können verglichen werden, um einen relativen Grad an Bewegung zwischen den Bilder zu ermitteln. Die k-Raum-Daten jedes Segments werden dann bewegungskorrigiert und die Segmente werden kombiniert, um einen vollständig akquirierten Datenbestand zu erzeugen, der zum Erzeugen eines bewegungskorrigierten Bilds rekonstruiert wird.
In einem typischen Szenarium für die Akquisition der Segmente wird eine einzelne Anregung verwendet, um Kerne innerhalb eines Gegenstands von Interesse anzuregen. Nach dieser Anregung wird eine Reihe von Echos akquiriert und jedes Echo füllt eine k-Raum-Zeile in jedem Segment. Die Segmente können eine an der Anzahl der akquirierten k-Raum-Zeilen gemessene Mindestbreite haben, die für die PROPELLER-Technik zum Bereitstellen eines akzeptablen Bewegungskorrekturniveaus geeignet ist. Diese Breite beträgt gewöhnlich wenigstens 13 phasencodierte Zeilen. Es können aber auch breitere Segmente (z.B. mehr als 13, wie z.B. 16, 20 oder mehr) erwünscht sein, um eine robuste Bewegungskorrektur zu ermöglichen.
Wenn Spin- oder Gradientenechosequenzen zum Füllen der Zeilen verwendet werden, füllt jedes erfasste Echo eine Zeile in einem Segment. So werden möglicherweise viele Echos benötigt, um ein breites Segment zu füllen, was zu längeren TR führt. Weil die Echos nach der anfänglichen Anregung (z.B. 90°-Puls) sequentiell erfasst werden, führen die zum Füllen der breiteren Segmente verwendeten längeren TR gewöhnlich zur Akquisition von T2-gewichteten Daten. Dementsprechend ist erkennbar, dass kurze TR nicht unbedingt zum Füllen breiter Segmente geeignet sind. Aus diesem Grund ist es möglich, dass gemäß einer PROPELLER-Technik akquirierte Segmente nicht zum Bereitstellen ausreichender T1-Wichtungskontraste, die gewöhnlich mithilfe kurzer TR akquiriert werden, um ein T1-gewichtetes Bild zu erzeugen, geeignet sind.
Zum Beispiel kann in einer Fast-Spin-Echo-(FSE-)Sequenz die Anzahl von Echos, die während einer einzelnen TR akquiriert werden können, als die Echozuglänge (ETL) bekannt ist, auf der Basis der Dauer der TR für jedes Segment ermittelt werden und auch auf der Basis der Art der während der FSE-Sequenz erfassten Daten. In Ausführungsformen, bei denen eine T1-Wichtung erwünscht ist, kann eine relativ kurze ETL gewählt werden, wie z.B. weniger als 13, was wenigstens teilweise auf der zum Erhalten T1-gewichteter Daten verwendeten kurzen Echozeit (TE) beruht. Außerdem können andere Techniken, welche die Dämpfung von Signalen beinhalten, die Zeitdauer während jeder TR begrenzen, in der erwünschte Daten aus Echos erfasst werden können. Zum Beispiel kann während einer T1-gewichteten Fluid-Attenuated Inversion Recovery-(FLAIR-)Sequenz die Zeit, während der nützliche Echos erfasst werden, auf der Basis der Inversionszeit (TI) des unterdrückten Materials (z.B. Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit (CSF), Wasser) begrenzt sein. Dementsprechend wird es jetzt anerkannt, dass die ETL für gewisse Techniken wie T1 FLAIR, verglichen mit einer ETL, die für die robuste Bewegungskorrektur mithilfe der PROPELLER-Technik gewöhnlich erwünscht wäre, relativ kurz sein kann.
Die vorliegenden Ausführungsformen behandeln diese und andere Nachteile typischer Ansätze, indem sie ein System und ein Verfahren zur Durchführung einer Bewegungskorrektur in der MR-Tomographie unter Verwendung mehrerer Anregungen (d.h. mehrerer „Shots“) zum Füllen jedes Segments des k-Raums bereitstellen. Zum Beispiel kann gemäß vorliegenden Ausführungsformen jedes Segment mithilfe von zwei oder mehr Anregungen akquiriert werden. Eine „Anregung“, wie hierin definiert, soll das Anlegen eines Pulses bezeichnen, der zum Kippen von wenigstens einem Teil der Längsmagnetisierung gewisser gyromagnetischer Kerne (z.B. Protonen in einer Anatomie von Interesse) in die Quermagnetisierung konfiguriert ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann daher ein Anregungspuls alle Kipp-Pulse (z.B. 90°-Kipp-Pulse) beinhalten, welche die Längsmagnetisierung in die Quermagnetisierung kippen, kann aber möglicherweise keine Rephasierungspulse und Inversionspulse (z.B. 180°-Rephasierungs- und -Inversionspulse) beinhalten, welche die Längsmagnetisierung nicht unbedingt in Quermagnetisierung umwandeln.
In gewissen Ausführungsformen können die vorliegenden Ansätze die Akquisition von breiten Segmenten (z.B. 16 oder mehr phasencodierte Zeilen), die mit T1-gewichteten MR-Daten gefüllt sind, ermöglichen. Zum Beispiel, wie oben angegeben, könnte es erwünscht sein, MR-Daten mithilfe einer relativ kurzen TR und einer relativ kurzen TE zu akquirieren, so dass die akquirierten Daten in jedem einzelnen Echo in einem Echozug eine T1-Wichtung haben, die ausreicht, um ein echt T1-gewichtetes Bild (z.B. ausreichend Kontrast zwischen Fett und Wasser) zu erzeugen. Die vorliegenden Ausführungsformen ermöglichen eine derartige Datenakquisition, indem jedes Segment mit einer Vielzahl von Anregungen akquiriert wird, wobei die ETL auf höchstens eine vorbestimmte Anzahl von Echos begrenzt ist. Dementsprechend führt jede TR zum Füllen der vorbestimmten Anzahl von phasencodierten Zeilen für jedes Segment. Gemäß vorliegenden Ausführungsformen kann die ETL auf 10 oder weniger Echos, 9 oder weniger Echos, 8 oder weniger Echos und so weiter begrenzt werden. In Ausführungsformen, in denen eine verbesserte T1-Wichtung erwünscht ist, kann die ETL auf höchstens 5, höchstens 4, höchstens 3, höchstens 2 oder höchstens 1 begrenzt werden.
Es ist zu erkennen, dass es möglich ist, dass 10 oder weniger Echos nicht unbedingt eine ausreichende Anzahl von Zeilen in einem Segment füllen, um eine robuste Bewegungskorrektur zu erhalten. Das heißt, es kann sein, dass 10 oder weniger Echos nicht unbedingt Segmente mit einer ausreichenden Breite für die Bewegungskorrektur mit einem Bewegungskorrekturalgorithmus wie PROPELLER erzeugen. Die vorliegenden Ausführungsformen sehen aber die Durchführung von mehreren Anregungen vor, so dass ein erster Echosatz, der einen ersten Teil eines Segments füllt, nach einer ersten Anregung erfasst wird, gefolgt von der Erfassung eines zweiten Echosatzes nach einer zweiten Anregung, die einen zweiten Teil des Segments füllt, und so weiter, bis eine vorbestimmte Gesamtzahl von Echos erfasst wurde, die ausreicht, um ein Segment mit einer vorbestimmten Breite (z.B. einer für die Bewegungskorrektur ausreichenden Breite) zu füllen. Des Weiteren wird jetzt anerkannt, dass es vorteilhaft sein kann, unmittelbar nach der Erfassung des ersten Echosatzes (d.h. ohne absichtliche Verzögerung und unter Berücksichtigung unvermeidlicher Systemverzögerungen) die zweite Anregung mit der zweiten TR durchzuführen, um die Wirkung von Positionsdifferenzen des Gegenstands von Interesse zwischen Anregungen zu begrenzen. Indem die ETL auf höchstens eine gewisse Anzahl (z.B. höchstens 4) begrenzt wird, kann die TR tatsächlich verkürzt werden, was die Wahrscheinlichkeit verringert, dass zwischen Anregungen ausreichend Bewegung stattgefunden hat, und die Kombination von Echos, die aus mehreren Anregungen erfasst wurden, zu einem einzelnen Segment ermöglicht. Ein Beispielsystem zur Durchführung der hierin beschriebenen Techniken wird in Bezug auf 1 besprochen, wobei bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Ansätze in Bezug auf die 2 bis 5 besprochen werden.
Wie oben angegeben, können die hierin beschriebenen Ausführungsformen von einem Magnetresonanztomographie-(MRT-)System durchgeführt werden, wobei spezifische Bildgebungsroutinen (z.B. beschleunigte Bildgebungsroutinen für MRT-Sequenzen) von einem Benutzer (z.B. einem Radiologen) eingeleitet werden. Des Weiteren kann das MRT-System Datenerfassung, Datenaufbau und Bildsynthese durchführen. Dementsprechend wird, Bezug nehmend auf 1, ein Magnetresonanztomographiesystem 10 schematisch mit einem Scanner 12, einer Scannersteuerschaltung 14 und einer Systemsteuerschaltung 16 dargestellt. Gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen ist das MRT-System allgemein zur Durchführung von MR-Tomographie, wie z.B. Bildgebungssequenzen zur Bewegungskorrektur, T1-, T2-, Protonendichte-(PD-)Wichtung, Fluidunterdrückung, Perfusion und so weiter konfiguriert. System 10 beinhaltet außerdem Fernzugriff- und Speichersysteme oder -geräte wie Bildarchivierungs- und Kommunikationssysteme (PACS) 18 oder andere Geräte wie Teleradiologieausrüstung, so dass der Zugriff auf von dem System 10 akquirierte Daten intern und extern möglich ist. Auf diese Weise können akquirierte Daten akquiriert werden, gefolgt von interner oder externer Verarbeitung und Auswertung. Das MRT-System 10 kann zwar einen geeigneten Scanner oder Detektor aufweisen, in der veranschaulichten Ausführungsform weist das System 10 aber einen Ganzkörperscanner 12 auf, der ein Gehäuse 20 hat, durch das eine Röhre 22 ausgebildet ist. Ein Tisch 24 kann axial in die Röhre 22 hinein bewegt werden, damit ein Patient 26 zur Abbildung einer ausgewählten Anatomie im Patienten in ihr positioniert werden kann.
Der Scanner 22 weist eine Reihe von zugeordneten Spulen zur Erzeugung geregelter Magnetfelder zur Anregung des gyromagnetischen Materials innerhalb der Anatomie des abgebildeten Gegenstands auf. Speziell ist zur Erzeugung eines Hauptmagnetfelds, das allgemein mit der Röhre 22 fluchtet, eine Hauptmagnetspule 28 bereitgestellt. Eine Reihe von Gradientenspulen 30, 32 und 34 erlaubt die Erzeugung von geregelten Magnetgradientenfeldern für die Positionscodierung gewisser gyromagnetischer Kerne in dem Patienten 26 während Untersuchungssequenzen. Eine Hochfrequenzspule (HF-Spule) 36 ist zur Erzeugung von Hochfrequenzpulsen zur Anregung der gewissen gyromagnetischen Kerne in dem Patienten bereitgestellt und konfiguriert. Zusätzlich zu den Spulen, die sich am Scanner 12 befinden können, weist das System 10 auch einen Satz Empfangsspulen 38 (z.B. ein Phased-Array von Spulen) auf, die zur Positionierung nahe am Patienten 26 (z.B. an ihm anliegend) konfiguriert sind. Die Empfangsspulen 38 können jede beliebige Geometrie haben, einschließlich geschlossenen und einseitigen Geometrien. Zum Beispiel können die Empfangsspulen 38 Zervikal-Thorakal-Lumbar-Spulen, Kopfspulen, einseitige Wirbelsäulenspulen und so weiter beinhalten. Im Allgemeinen werden die Empfangsspulen 38 nahe an oder auf den Patienten 26 gelegt, um die schwachen HF-Signale (schwach im Verhältnis zu den von den Scannerspulen erzeugten gesendeten Pulsen) zu empfangen, die von gewissen der gyromagnetischen Kerne in dem Patienten 26 erzeugt werden, während sie in ihren relaxierten Zustand zurückkehren. Die Empfangsspulen 38 können abgeschaltet werden, so dass sie die von den Scannerspulen erzeugten Sendepulse nicht empfangen oder nicht mit ihnen resonieren, und können eingeschaltet werden, um die von den relaxierenden gyromagnetischen Kernen erzeugten HF-Signale zu empfangen oder mit ihnen zu resonieren.
Die verschiedenen Spulen des Systems 10 werden von einer externen Schaltungsanordnung gesteuert, um das gewünschte Feld und die gewünschten Pulse zu erzeugen und um Emissionen aus dem gyromagnetischen Material kontrolliert auszulesen. In der veranschaulichten Ausführungsform versorgt eine Hauptstromversorgung 40 die Hauptfeldspule 28 mit Energie. Eine Treiberschaltung 42 ist zum Pulsen der Gradientenfeldspulen 30, 32 und 34 bereitgestellt. Eine derartige Schaltung kann eine Verstärkungs- und Steuerschaltungsanordnung zum Versorgen der Spulen mit Strom aufweisen, wie durch von der Scannersteuerschaltung 14 ausgegebene digitalisierte Pulssequenzen definiert wird. Zur Regulierung des Betriebs der HF-Spule 36 ist eine weitere Steuerschaltung 44 bereitgestellt. Die Schaltung 44 weist eine Schaltvorrichtung zum Wechseln zwischen der aktiven und inaktiven Betriebsart, in der die HF-Spule 36 Signale sendet bzw. nicht sendet, auf. Die Schaltung 44 weist auch eine Verstärkungsschaltungsanordnung zur Erzeugung der HF-Pulse auf. Desgleichen sind die Empfangsspulen 38 mit dem Schalter 46 verbunden, der die Empfangsspulen 38 zwischen den Empfangs- und Nicht-Empfangs-Betriebsarten umschalten kann, so dass die Empfangsspulen 38 im Empfangszustand mit den HF-Signalen resonieren, die von den relaxierenden gyromagnetischen Kernen von innerhalb des Patienten 26 erzeugt werden, und im Nicht-Empfangs-Zustand nicht mit HF-Energie von den Sendespulen (z.B. Spule 36) resonieren, um unerwünschten Betrieb zu verhüten. Außerdem ist eine Empfangsschaltung 48 zum Empfangen der von den Empfangsspulen 38 detektierten Daten bereitgestellt und kann eine oder mehrere Multiplex- und/oder Verstärkungsschaltungen beinhalten.
Es ist zu beachten, dass der/die oben beschriebene Scanner 12 und Steuer-/ Verstärkungsschaltungsanordnung zwar durch eine einzelne Leitung gekoppelt abgebildet sind, dass aber in einer tatsächlichen Instanziierung viele derartige Leitungen vorkommen können. Zum Beispiel können für Steuerung, Datenkommunikation usw. separate Leitungen verwendet werden. Des Weiteren kann zur richtigen Handhabung der Daten an jedem Leitungstyp entlang geeignete Hardware angeordnet sein. Zwischen dem Scanner und der Scanner- und/oder der Systemsteuerschaltungsanordnung 14, 16 können durchaus verschiedene Filter, Digitalisierer und Prozessoren angeordnet sein. Als den Schutzbereich nicht einschränkendes Beispiel sind gewisse der unten ausführlich beschriebenen Steuer- und Analyseschaltungen zwar als einzelne Einheit dargestellt, beinhalten aber zusätzliche Hardware, wie z.B. Bildrekonstruktionshardware, die zur Durchführung der hierin beschriebenen Bewegungskorrektur- und Bildrekonstruktionstechniken konfiguriert ist.
Wie dargestellt, weist die Scannersteuerschaltung 14 eine Schnittstellenschaltung 50 auf, die Signale zum Ansteuern der Gradientenfeldspulen und der HF-Spule und zum Empfangen der Daten, die für die in Untersuchungssequenzen erzeugten Magnetresonanzsignale repräsentativ sind, ausgibt. Die Schnittstellenschaltung 50 ist mit einer Steuer- und Analyseschaltung 52 gekoppelt. Die Steuer- und Analyseschaltung 52 führt die Befehle zur Ansteuerung der Schaltung 42 und der Schaltung 44 auf der Basis definierter Protokolle aus, die über die Systemsteuerschaltung 16 ausgewählt werden. Die Steuer- und Analyseschaltung 52 dient auch zum Empfangen der Magnetresonanzsignale und führt die anschließende Verarbeitung durch, bevor sie die Daten an die Systemsteuerschaltung 16 weiterleitet. Die Scannersteuerschaltung 14 weist auch wenigstens eine Speicherschaltung 54 auf, die während des Betriebs Konfigurationsparameter, Pulssequenzbeschreibungen, Untersuchungsergebnisse und so weiter speichert. Die Schnittstellenschaltung 56 ist für den Datenaustausch zwischen der Scannersteuerschaltung 14 und der Systemsteuerschaltung 16 mit der Steuer- und Analyseschaltung 52 gekoppelt. Zu derartigen Daten gehören gewöhnlich eine Auswahl von durchzuführenden spezifischen Untersuchungssequenzen, Konfigurationsparameter dieser Sequenzen und akquirierte Daten, die in roher oder verarbeiteter Form von der Scannersteuerschaltung 14 zur nachfolgenden Verarbeitung, Speicherung, Übertragung und Anzeige übertragen werden können. Daher können die Steuer- und Analyseschaltung 52 in gewissen Ausführungsformen eine oder mehrere Hardwarevorrichtungen beinhalten, auch wenn sie als einzelne Einheit dargestellt sind.
Die Systemsteuerschaltung 16 weist eine Schnittstellenschaltung 58 auf, die Daten von der Scannersteuerschaltung 14 empfängt und Daten und Befehle an die Scannersteuerschaltung 14 zurück sendet. Die Schnittstellenschaltung 58 ist mit einer Steuer- und Analyseschaltung 60 gekoppelt, die eine CPU in einem Universal- oder anwendungsspezifischen Computer oder Arbeitsplatzsystem aufweisen kann. Die Steuer- und Analyseschaltung 60 ist mit einer Speicherschaltung 62 gekoppelt, um Programmiercode für den Betrieb des MRT-Systems 10 zu speichern und um die verarbeiteten Bilddaten zur späteren Rekonstruktion, Anzeige und Übertragung zu speichern. Der Programmiercode kann beispielsweise einen oder mehrere Algorithmen ausführen, welche nicht-kartesische Bildgebungssequenzen durchführen können und abgetastete Bilddaten (z.B. Datensegmenten, undersampled Daten, Fluidunterdrückungs-Daten) verarbeiten können, was unten noch ausführlicher besprochen wird. Eine zusätzliche Schnittstellenschaltung 64 zum Austauschen von Bilddaten, Konfigurationsparametern und so weiter mit externen Systemkomponenten wie Fernzugriff- und Speichervorrichtungen 18 kann bereitgestellt sein. Schließlich kann die Systemsteuer- und -analyseschaltung 60 verschiedene Peripheriegeräte zum Ermöglichen der Bedieneroberfläche und zur Erzeugung von Bildschirmkopien der rekonstruierten Bilder aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform zählen zu diesen Peripheriegeräten ein Drucker 60, ein Monitor 62 und eine Benutzeroberfläche 64 mit Geräten wie einer Tastatur oder einer Maus.
Der Scanner 12 und die ihm zugeordnete Steuer- und Analyseschaltung 52 erzeugen auf geregelte Weise Magnetfelder und Hochfrequenzimpulse zum Anregen und Codieren von spezifischem gyromagnetischem Material innerhalb des Patienten 26. Der Scanner 12 und die Steuer- und Analyseschaltung 52 tasten auch die Signale ab, die von derartigem Material ausgehen, und erstellen ein Bild des gescannten Materials. In gewissen Ausführungsformen kann der Scan ein Scan sein, der zu einer Gruppe von Segmenten von k-Raum-Daten führt, die in Bezug aufeinander um eine Region des k-Raums (z.B. die Mitte des k-Raums) gedreht werden. Es ist zu beachten, dass das beschriebene MRT-System lediglich als beispielhaft vorgesehen ist und andere Systemtypen, wie so genannte „offene“ MRT-Systeme, ebenfalls verwendet werden können. Desgleichen können derartige Systeme nach der Stärke ihres Hauptmagneten eingestuft werden und es kann jedes System mit geeigneter Nennleistung, das die unten beschriebene Datenakquisition und -verarbeitung durchführen kann, verwendet werden.
Speziell beinhalten Aspekte der vorliegenden Offenbarung Verfahren zum Akquirieren von Magnetresonanzdaten und zum Verarbeiten derartiger Daten zum Aufbau eines bewegungskorrigierten Bilds, einschließlich T1-gewichteter Bilder, T1-gewichteter Bilder mit Fluidunterdrückung und dergleichen. Wenigstens ein Teil der offenbarten Verfahren kann von dem oben in Bezug auf 1 beschriebenen System 10 durchgeführt werden. Das heißt, das MRT-System kann die hierin beschriebenen Akquisitionsmethoden und in einigen Ausführungsformen die hierin beschriebenen Datenverabeitungstechniken durchführen. Es ist zu beachten, dass das System 10 im Anschluss an die hierin beschriebenen Akquisitionen die akquirierten Daten einfach für späteren lokalen und/oder Fernzugriff speichern kann, z.B. in einem Speicherschaltung (z.B. Speicher 62). Bei lokalem und/oder Fernzugriff können die akquirierten Daten daher von einem oder mehreren Prozessoren gehandhabt werden, die in einem anwendungsspezifischen oder Universalrechner enthalten sind. Der eine oder die mehreren Prozessor(en) können auf die akquirierten Daten zugreifen und Routinen ausführen, die auf einem oder mehreren nichtflüchtigen maschinenlesbaren Datenträger(n) gespeichert werden, die kollektiv Anweisungen zur Durchführung von Verfahren einschließlich der hierin beschriebenen Bildverarbeitungs- und Rekonstruktionsverfahren speichern.
Wie oben angegeben, sehen die vorliegenden Ausführungsformen Verfahren zum Durchführen von Akquisitionen vor, die zum Ermöglichen der Bewegungskorrektur vorgesehen sind, wie z.B. PROPELLER-Akquisitionen. Wie oben im Allgemeinen besprochen, können PROPELLER-Akquisitionen nicht-kartesische Akquisitionen sein, wobei Segmente von k-Raum-Daten akquiriert und jedes Segment mit Bezug auf jedes andere Segment um die Mitte des k-Raums gedreht wird. Die vorliegenden Ansätze beinhalten ebenfalls Akquisitionen, bei denen die während einer solchen Sequenz akquirierten Segmente jeweils mithilfe mehrerer Anregungspulse und daher mehrerer Echozüge akquiriert werden. Ein solches Segment ist in 2 dargestellt.
Speziell zeigt 2 schematisch eine Explosivansicht eines Bildgebungssegments 80, das eine Vielzahl von Codierungszeilen 82 aufweist, die über eine Vielzahl von TR akquiriert wurden. Wie hierin definiert, soll „Bildgebungssegment“ ein Segment bezeichnen, das mit der Absicht akquiriert wird, dieses Segment zur Erzeugung eines Bilds zu verwenden. Wie unten ausführlich besprochen wird, wird aber nicht jedes akquirierte Bildgebungssegment für die Bildrekonstruktion verwendet, z.B. aufgrund von unakzeptabler Unschärfe. Die vorliegenden Ansätze sehen zwar vor, dass eine beliebige Zahl von Codierungszeilen 82 oder Gruppen von Codierungszeilen (d.h. Codierungsgruppen) akquiriert und in einer beliebigen Reihenfolge für ein einzelnes Segment angeordnet werden (z.B. 2, 3, 4, 5 oder mehr), die veranschaulichte Ausführungsform zeigt aber das Bildgebungssegment 80 als vier Codierungsgruppen aufweisend, die als eine erste Codierungsgruppe 84, eine zweite Codierungsgruppe 86, eine dritte Codierungsgruppe 88 und eine vierte Codierungsgruppe 90 bezeichnet sind.
Jede Codierungsgruppe wird in einer separaten TR durch Erfassen von Echos in einem Echozug einer bestimmten Sequenz akquiriert (d.h. gefüllt). Zum Beispiel lässt sich jede Codierungsgruppe mithilfe einer separaten FSE-Sequenz erhalten. Das heißt, das Bildgebungssegment 80 ist ein Mehrfachanregungs- oder „Multi-Shot“-Segment. Bei einer derartigen Ausführungsform bestimmt die ETL jeder FSE-Sequenz die Zahl der Zeilen 82, die in jeder Codierungsgruppe gefüllt werden. Die Zahl der FSE-Sequenzen, die vor dem Drehen in der Akquisitionsebene sequentiell durchgeführt werden, um ein weiteres Segment zu akquirieren, kann die Zahl der Codierungsgruppen und daher die Breite jedes Segments bestimmen. Die nach einer Anregung akquirierte Codierungsgruppe kann mit einer oder mehreren nach anderen Anregungen innerhalb eines Segments akquirierten Codierungsgruppen verschachtelt werden, obwohl 2 eine sequentielle Anordnung von Codierungsgruppen in einem Segment zeigt.
Auf ähnliche Weise wie die hierin beschriebenen Bildgebungssegmente kann jede beliebige Anzahl von Echos erfasst werden, um eine Codierungsgruppe zu füllen. In einem allgemeinen Sinn füllt ein Echo eine Zeile des Bildgebungssegments 80. Dementsprechend kann jede Gruppe mit einem, zwei, drei, vier oder mehr Echos gefüllt werden. Zur Zeit wird in der Tat jede beliebige Zahl von Echos pro Codierungsgruppe in Betracht gezogen. Wie veranschaulicht, beinhalten die erste, zweite, dritte und vierte Codierungsgruppe 84, 86, 88, 90 jeweils vier Codierungszeilen, wobei jede Zeile einem empfangenen Echo entspricht. Daher hat jede Gruppe eine ETL von 4, so dass das Bildgebungssegment 80 eine effektive Breite von 16 haben kann. Hier werden ebenfalls auch breiterer Segmentbreiten in Betracht gezogen und können, verglichen mit dünneren Segmentbreiten, wie Segmentbreiten von weniger als einschließlich 13, eine noch robustere Bewegungskorrektur ermöglichen. Des Weiteren ist zu beachten, dass die Zahl der in jeder Gruppe gefüllten Codierungszeilen unterschiedlich sein kann. Eine Codierungsgruppe kann daher vier Codierungszeilen aufweisen, während andere eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr aufweisen können.
Gemäß vorliegenden Ausführungsformen kann das Bildgebungssegment 80 durch Durchführen von vier separaten und eindeutigen Akquisitionssequenzen (z.B. FSE-Sequenzen) akquiriert werden. Dementsprechend ermöglichen die vorliegenden Ansätze die Anwendung einer Reihe verschiedener Schemata zur Aufnahmenanordnung (Reihenfolge, in der Zeilen gefüllt werden) zum Füllen von Segmenten des k-Raums, anstatt auf die sequentielle Aufnahmenreihenfolge beschränkt zu sein, wie im Fall der Segmentakquisition nach einzelner Anregung. Derartige Aufnahmenanordnungssysteme werden in Bezug auf 3 eingehender besprochen. Es ist auch zu beachten, dass das Füllen der Segmente durch Durchführen separater Akquisitionen auch das Überspringen von Codierungszeilen ermöglicht, was die Akquisition beschleunigen kann. Bei derartigen Ausführungsformen, die effektiv parallelen Bildgebungstechniken entsprechen können, können gewisse der Codierungsgruppen oder Zeilen innerhalb von Codierungsgruppen überabgetastet werden, so dass kalibrationsgestützte Datenschätzungstechniken durchgeführt werden können.
3 veranschaulicht schematisch eine Akquisitionstrajektorie 100 gemäß vorliegenden Ausführungsformen, wobei eine Reihe von Bildgebungssegmenten 102 von Daten im k-Raum mithilfe von zwei oder mehr getrennten und eindeutigen Echozügen für jedes Segment akquiriert werden. Wie veranschaulicht, beinhaltet die Reihe von Segmenten 102 das Bildgebungssegment 80 von 2. Wie mit Bezug auf 2 besprochen wurde, werden ja zum Erzeugen der Trajektorie 100 die Segmente 102 (z.B. k-Raum-Regionen) mit Codierungszeilen 82 durch Füllen eines vordefinierten Abschnitts des k-Raums mit Daten, um die Codierungszeilen 82 eines/einer ersten Bildgebungssegments oder -region zu akquirieren, Rotieren um einen Abschnitt 104 (z.B. den Ursprung) des k-Raums in der Akquisitionsebene und Akquirieren nachfolgender Bildgebungssegmente oder -regionen 102 akquiriert. Anders als Akquisitionen nach einzelner Anregung repräsentiert jedes Bildgebungssegment 102 mehrere TR, die ETL in jeder TR bestimmt die Zahl der Codierungszeilen 82, die innerhalb jeder Gruppe 106 der Bildgebungssegmenten 102 gefüllt werden.
Es ist zu beachten, dass gewisse Ausführungsformen zwar Bezug darauf nehmen, dass die Segmente eine rechtwinklige Geometrie haben, die Regionen des k-Raums, die in einer jeden TR akquiriert werden, können aber eine beliebige Geometrie haben, wie z.B. eine kreisförmige Geometrie, eine dreieckige Geometrie, eine quadratische Geometrie oder eine beliebige Kombination von Geometrien. Derartige Akquisitionen werden im Vorliegenden auch tatsächlich in Betracht gezogen und liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung. Des Weiteren ist zu beachten, dass jedes Bildgebungssegment 102 im Vergleich mit anderen Bildgebungssegmenten 102 die gleiche, eine ähnliche oder eine andere Geometrie haben kann.
Wie in 3 veranschaulicht, werden die Bildgebungssegmente 102 um den Abschnitt 104 gedreht, der beim Durchführen der Akquisition aufgrund der Überlappung zwischen den Bildgebungssegmenten 102 einen beträchtlichen Teil des k-Raums in dem Abschnitt 104 füllt. In gewissen Ausführungsformen kann daher ein derartiges Füllen es ermöglichen, dass jedes der Bildgebungssegmente 102 bis zu einem gewissen Grad beschleunigt wird. Wie oben angegeben, kann das Segment in gewissen Ausführungsformen auch interne Kalibrationszeilen aufweisen, welche die Synthese der fehlenden Daten in den nichtakquirierten Zeilen jedes Segments 102 gemäß paralleler Bildgebungsrekonstruktionstechniken ermöglichen oder erleichtern. Die Kalibrationszeilen können Zeilen sein, die in dem Messfeld (FOV) in der Phasencodierungs- und/oder der Frequenzcodierungsrichtung überabgetastet werden.
Wie oben in Bezug auf 2 angegeben, ermöglicht die Akquisition jedes Segments 102 mithilfe separater und eindeutiger Akquisitionssequenzen Flexibilität bei der Aufnahmenanordnung. Zum Beispiel kann, Bezug nehmend auf das Bildgebungssegment 80 in der Akquisitionstrajektorie 100 von 3, die Aufnahmenanordnung von Segment 80 so sein, dass die zweite und dritte Codierungsgruppe 86, 88 zuerst gefüllt werden, gefolgt von der ersten und der vierten Codierungsgruppe 84, 90. Eine solche Akquisition kann aufgrund der höheren relativen Menge von räumlichen Informationen, die im Vergleich mit der ersten und vierten Codierungsgruppe 84, 90 in der von der zweiten und dritten Codierungsgruppe 86, 88 abgedeckten Region des k-Raums codiert wird, erwünscht sein, welche die Unschärfe, die möglicherweise durch die Kombination von Echos von mehreren TR in jedem Segment verursacht werden, eliminieren, reduzieren oder beschränken können. Im Vorliegenden wird aber auch erwogen, dass die Aufnahmenanordnung sequentiell sein kann, so, dass das Füllen des Bildgebungssegments 80 von der ersten Codierungsgruppe 84 zu der zweiten Codierungsgruppe 86, zu der dritten Codierungsgruppe 88 und dann zu der vierten Codierungsgruppe 90 fortschreitet. In anderen Ausführungsformen kann die sequentielle Aufnahmenanordnung in der anderen Richtung erfolgen, so dass die vierte Codierungsgruppe 90 zuerst akquiriert wird, gefolgt von der dritten Codierungsgruppe 88 und so weiter. Die vorliegenden Ansätze sind ebenfalls mit jedem Aufnahmenanordnungssystem kompatibel und können daher jeden Wichtungs- und Kontrasttyp in einem rekonstruierten Bild erzeugen, der von einem Benutzer (z.B. einem Radiologen) gewünscht werden kann.
Wie oben in Bezug auf das Bildgebungssegment 80 in Bezug auf 2 angegeben, kann jedes der Bildgebungssegmente 102, obwohl sie als Rechtecke abgebildet sind, ebenfalls jede polygone oder gekrümmte Geometrie haben. Dementsprechend können die Bildgebungssegmente 102 oder die zum Erzeugen der Segmente 102 verwendeten Codierungsgruppen 106 eine kreisförmige Geometrie, eine ellipsenförmige Geometrie, eine dreieckige Geometrie, eine viereckige Geometrie, eine polygone Geometrie, eine gekrümmte Geometrie oder eine beliebige Kombination von Geometrien haben. Derartige Akquisitionen werden in der Tat gegenwärtig erwogen und liegen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung. Des Weiteren braucht die Form jedes der Bildgebungssegmente 102 und auch die Form der Gruppen 106 innerhalb jedes Bildgebungssegments 102 nicht die gleiche Form zu sein.
Außerdem oder alternativ kann die Zahl der Codierungsgruppen 104 und der Codierungszeilen 82 zwischen Bildgebungsegmenten 102 variieren. Zum Beispiel wird, wie oben in Bezug auf 2 angegeben wird, gegenwärtig jede beliebige Anzahl von Codierungsgruppen 102 erwogen. Um eine robuste Bewegungskorrektur zu ermöglichen, kann die Breite jedes Bildgebungssegments 102, gemessen in Codierungszeilen 82, wenigstens 15 sein. In einigen Ausführungsformen können die Bildgebungssegmente 102 daher auf eine Weise akquiriert werden, die es möglicht macht, dass gewisse Bildgebungssegmente 102 mit einer beliebigen Anzahl von Codierungsgruppen 106 gefüllt werden, die für eine besondere Wichtung und/oder ein besonderes Bewegungskorrekturniveau geeignet ist.
Aufgrund der Flexibilität bei den Sequenzen, die verwendet werden können, kann das Bildgebungssegment 102 einen beliebigen Datentyp beinhalten, einschließlich T1-gewichtete, T1rho-gewichtete, Protonendichte-gewichtete, T2-gewichtete oder T2*-gewichtete Daten, aber nicht darauf beschränkt. 4 ist ein Prozessablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens 110 zum Erzeugen von Bildern aus derartigen Daten veranschaulicht. Wie oben mit Bezug auf 1 angegeben, können die hierin mit Bezug auf 4 und 5 beschriebenen Verfahren ganz oder teilweise von der System- und Scannersteuerschaltungsanordnung 14, 16 (1) durchgeführt werden, wobei Akquisition und Rekonstruktion von der Steuer- und/oder der Analyseschaltungsanordnung 52, 60 lokal am oder fern vom System 10 durchgeführt werden. In gewissen Ausführungsformen können durchaus gewisse Hardwaretypen speziell für einen besonderen Zweck vorgesehen werden, wie z.B. Rekonstruktionshardware zur Durchführung von Bewegungskorrektur, Datenrekonstruktion (z.B. Rekonstruktion mit paralleler Bildgebung) und Bildrekonstruktion.
Das Verfahren 110 beinhaltet das Akquirieren (Block 112) einer Vielzahl von Segmenten(z.B. Bildgebungssegmente 102 von 3) mit Hilfe einer Vielzahl von Akquisitionssequenzen für jedes Segment. Jede Akquisitionssequenz wird wieder mit einem Anregungspuls (d.h. einem Kipp-Puls, der die Längsmagnetisierung in Quermagnetisierung kippt) begonnen, gefolgt vom Empfangen von einem oder mehreren Echos (d.h. Echos in einem Echozug). Gegenwärtig wird zwar jede beliebige Akquisitionssequenz erwogen, in gewissen Ausführungsformen kann die Akquisition aber eine FSE-Sequenz sein, die mit gewissen Techniken wie z.B. parallele Bildgebung, Fluidunterdrückung, T1-Wichtung, T2-Wichtung, PD-Wichtung oder einer beliebigen Kombination davon kombiniert ist. Wie oben angegeben, ermöglichen die vorliegenden Ausführungsformen tatsächlich vorteilhaft die Erfassung von breiten Segmenten, die T1-gewichtete Daten haben, selbst wenn sie mit Fluidunterdrückungstechniken kombiniert werden, die die effektive Zeit, in der T1-gewichtete Daten während jeder TR akquiriert werden können, beschränken können. Die Art und Weise der Erfassung jedes Segments wird unten mit Bezug auf 5 eingehender besprochen.
Außerdem ist zu beachten, dass die Maßnahmen gemäß Block 112 auch das beschleunigte Akquirieren der Segmente beinhalten könnten, wobei weniger als die gesamte mögliche Zahl von Codierungen akquiriert werden. In derartigen Ausführungsformen können die Segmente gemäß einer oder mehrerer Akquisitionstechniken mit paralleler Bildgebung unterabgetastet werden und gemäß einer oder mehrerer Rekonstruktionstechniken der parallelen Bildgebung, wie z.B. Auto-Kalibrierungstechniken, extern kalibrierte Techniken (z.B. mithilfe eines externen Kalibriersegments) und so weiter, rekonstruiert werden. Das heißt, dass die vorliegenden Akquisitions- und Rekonstruktionsverfahren mit beliebigen geeigneten Akquisitions- und Rekonstruktionstechniken der parallelen Bildgebung kombiniert werden können, um die schnelle Abbildung eines Gegenstands von Interesse zu ermöglichen.
Wie oben allgemein besprochen wird, werden die Segmente gemäß Block 112 so akquiriert, dass die Segmente, verglichen miteinander, in der Akquisitionsebene um die Mitte des k-Raums (z.B. radiale oder nicht-kartesische Akquisition) gedreht werden. Dementsprechend beinhaltet das Verfahren 110 das Bewegungskorrigieren (Block 114) der Daten in den Bildgebungssegmenten. Als den Schutzbereich nicht einschränkendes Beispiel kann die Bewegungskorrektur gemäß einer PROPELLER-Bewegungskorrekturtechnik durchgeführt werden. Bei einer derartigen Technik kann jedes Segment, das dazu verwendet wird, um schließlich ein Bild zu erzeugen, zur Bewegungskorrektur mit den anderen Segmenten verglichen werden. Speziell werden Bereiche jedes Segments nahe der Mitte des k-Raums zum Erzeugen eines Bilds für dieses jeweilige Segment (d.h. ein niedrigaufgelöstes Segment) verwendet. Ein erstes Segment erzeugt daher ein erstes niedrigaufgelöstes Bild, ein zweites Segment erzeugt ein zweites niedrigaufgelöstes Bild und so weiter. Die von den Segmenten erzeugten Bildern werden dann miteinander verglichen, um einen relativen Bewegungsgrad zwischen Segmenten zu ermitteln. Die k-Raum-Daten der Segmente werden dann auf der Basis dieser Ermittlung korrigiert, um korrigierte Segmente zu erzeugen.
Das Verfahren 110 beinhaltet ferner das Rekonstruieren (Block 116) eines Bilds auf der Basis der korrigierten Segmente. Zum Beispiel werden die korrigierten Segmente in einigen Ausführungsformen kombiniert, um einen Datenbestand des vollständig abgetasteten k-Raums zu erzeugen. Der k-Raum-Datenbestand wird dann in ein Bild transformiert (z.B. mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT)).
Wie oben angegeben, ist 5 ein Prozessablaufdiagramm, das ein Verfahren 120 zum Akquirieren jedes Bildgebungssegments gemäß der vorliegenden Ansätze veranschaulicht. Das Verfahren 120 beinhaltet das Wählen oder Ermitteln (Block 122) einer Aufnahmenreihenfolge und Pulssequenz, die zum Erzeugen eines Bilds mit einem Satz erwünschter Parameter oder auf eine gewisse Weise geeignet ist. Zu derartigen Parametern können Wichtung, Kontrast, Fluidunterdrückung, Akquisitionsgeschwindigkeit, dynamische Bildgebung und so weiter zählen. Gemäß gewissen Ausführungsformen kann jedes erhaltene Bildgebungssegment mithilfe von wenigstens zwei FSE-Sequenzen akquiriert werden, wobei jede FSE-Sequenz eine Anzahl von innerhalb einer gewissen Zeit erfassten Echos (d.h. jedes Echo wird zu einer bestimmten TE erfasst) hat, die zur Erzeugung einer erwünschten Wichtung geeignet ist. In Ausführungsformen, in denen eine T1-Wichtung erwünscht ist, kann es zum Beispiel erwünscht sein, dass die ETL jeder TR kleiner als eine Zahl ist, die dazu führen würde, dass Echos über eine Zeit, zu der die Längsrelaxation fast aller der gestörten gyromagnetischen Kerne abgeschlossen ist, hinaus erfasst würden. Als den Schutzbereich nicht einschränkendes Beispiel kann die ETL kleiner als einschließlich 10, kleiner als einschließlich 8 oder kleiner als einschließlich 4 sein. Die vorliegenden Ausführungsformen sehen aber, wie oben angegeben, die Akquisition von Daten mit einem beliebigen Wichtungstyp vor, einschließlich T1, T2, T2*, T1-rho, Photonendichte und so weiter.
Wie oben mit Bezug auf 2 und 3 angegeben, ermöglichen die vorliegenden Ausführungsformen die-Verwendung jedweder Aufnahmenanordnung, wie z.B. einer TE-zentrischen Aufnahmenanordnung oder einer sequentiellen Aufnahmenanordnung. So kann jedes Bildgebungssegment 102 in jeder beliebigen Reihenfolge gefüllt werden, einschließlich dem Füllen der mittleren Codierungszeilen jedes Segments zuerst, gefolgt von dem Füllen äußerer Teile jedes Segments. In anderen Ausführungsformen kann jedes Segment sequentiell gefüllt werden, d.h. von links nach rechts oder von rechts nach links.
Das Verfahren 120 geht dann zum Akquirieren (Block 124) eines ersten Teils eines ersten Segments unter Verwendung einer ersten Sequenz gemäß der Ermittlung der Aufnahmenreihenfolge und der Pulssequenz gemäß Block 122 über. Die Maßnahmen gemäß Block 124 können so beispielhaft das Durchführen einer ersten FSE-Sequenz beinhalten, die einen 90°-Kipp-Puls, gefolgt von einem 180°-Rephasierungspuls, beinhalten kann. Nach dem Rephasierungspuls kann ein Echozug erfasst werden. In gewissen Ausführungsformen kann die Akquisition eine Fluid Attenuated Inversion Recovery(FLAIR)-Akquisition sein, bei der ein 180°-Unterdrückungspuls vor dem Kipp-Puls angelegt werden kann. Der Unterdrückungspuls kann zum Beispiel Gehirn-Rückenmark-Flüssigkeit (CSF) oder ähnliche Flüssigkeiten unterdrücken. In einigen Ausführungsformen können gewisse Gewebe unterdrückt werden.
Des Weiteren kann die erste FSE-Sequenz eine gewisse Anzahl von Codierungszeilen in dem Segment füllen, die der Anzahl von erfassten Echos entspricht. Des Gleichen wird zwar jede beliebige Anzahl von Codierungszeilen erwogen, in Ausführungsformen, in denen eine T1-Wichtung erwünscht ist, kann die Anzahl von Codierungszeilen, die gemäß dem Block gefüllt werden, aber höchstens 4, höchstens 5 oder höchstens 6 betragen. Des Weiteren kann, je nach der erwünschten Gesamt-Akquisitionstrajektorie, der erste Teil akquiriert werden, so dass nur ein Teil von Zeilen in einem bestimmten Abschnitt des Segments gefüllt wird. Das heißt, dass gewisse Codierungszeilen gefüllt werden können, während andere ungefüllt bleiben. In noch weiteren Ausführungsformen können gewisse Codierungszeilen überabgetastet werden, so dass die überabgetasteten Zeilen als Kalibrierungsdaten für die Rekonstruktion bei paralleler Bildgebung dienen können.
Nach der Akquisition des ersten Teils des Segments (z.B. einer der Codierungsgruppen 106) beinhaltet das Verfahren 120 das Akquirieren (Block 126) zusätzlicher Teile desselben Segments mithilfe verschiedener Sequenzen. Gemäß vorliegenden Ausführungsformen können die Sequenzen unterschiedlich sein, weil die Zeilen des k-Raums, die gefüllt werden, verschieden sind, aber die Typen und Anzahl von Pulsen können die gleichen sein. In anderen Ausführungsformen können sich die zusätzlichen Sequenzen völlig unterscheiden, wobei verschiedene Echozahlen, verschiedene Pulstypen und so weiter verwendet werden.
Wenn die verschiedenen Teile des Segments akquiriert worden sind, um das ganze Segment zu erzeugen (das in gewissen Fällen vollständig gefüllt werden kann oder bei dem einige Zeilen ungefüllt bleiben), beinhaltet das Verfahren 120 das Ermitteln (Frage 128), ob das Segment akzeptabel ist. Zum Beispiel kann sich in einigen Ausführungsformen der Patient in einem Grad bewegen, dass die Daten aufgrund der verschiedenen Anregungen, die zum Akquirieren des Segments durchgeführt werden, Signale beinhaltet, die akquiriert werden, während der Patient in verschiedenen Stellungen ist. Wenn eine schnelle FT oder ein ähnlicher Vorgang durchgeführt wird, kann das resultierende Bild daher zur Verwendung zur Konstruktion des Endbilds ungeeignet sein. Das Segment kann daher zwar als ein Bildgebungssegment gelten, es kann aber verworfen werden (Block 130), wenn es als für die jeweilige Bildgebungssequenz ungeeignet gehalten wird.
In Ausführungsformen, in denen das Segment akzeptabel ist, wird das Segment aber zur Bewegungskorrektur und Bildausbildung verwendet (Block 132). Das Verfahren 120 kann für jedes Segment wiederholt werden, wobei für jedes Segment und/oder in jedem Segment die gleichen oder verschiedene Typen von Akquisitionen durchgeführt werden. Wie angegeben, kann jedes Segment, verglichen mit jedem anderen Segment, um einen Abschnitt des k-Raums (z.B. die Mitte) in der Akquisitionsebene gedreht werden.
Es ist zu beachten, dass die vorliegenden Ansätze im Vergleich mit PROPELLER-Techniken mit einzelner Anregung (d.h. „Single-Shot“) eine verbesserte Bildgebung ermöglichen. Zum Beispiel kann ein typischer Single-Shot-PROPELLER Streifen in PD- und T1-gewichteten Bildern erzeugen und hat möglicherweise nicht genug Kontrast zwischen verschiedenen Geweben (z.B. Knochen und Knorpel, Knochen und Muskeln, graue Masse und weiße Masse im Gehirn). Des Weiteren kann ein typischer Single-Shot-PROPELLER möglicherweise nicht genug Bewegungskorrektur in T1 FLAIR-Akquisitionen ermöglichen, in denen ETL begrenzt sind. Im Gegensatz dazu ermöglichen die vorliegenden Ansätze, die PROPELLER mit mehrfacher Anregung beinhalten, die Bildausbildung mit stark reduzierter Streifenbildung, hohem Kontrast zwischen verschiedenen Geweben und ermöglichen auch echte T1 FLAIR-Akquisitionen mit robuster Bewegungskorrektur, indem sie die Akquisition von Segmenten mit relativ großen Breiten (z.B. 16 Codierungszeilen oder mehr) ermöglichen, wobei die Codierungszeilen aufgrund der nach jeder Anregung akquirierten relativ kurzen ETL einen relativ hohen Grad an T1-Wichtung haben.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Art der Ausführung, und auch, um einer Fachperson die Ausübung der Erfindung zu ermöglichen, einschließlich der Herstellung und Benutzung jedweder Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung eingebundener Verfahren. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele beinhalten, die fachkundigen Personen einfallen werden. Es ist vorgesehen, dass derartige weitere Beispiele in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber den wörtlichen Sprachen der Ansprüche beinhalten.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Durchführen einer Magnetresonanz-(MR-)Datenakquisitionssequenz, die die Akquisition einer Vielzahl von um einen Abschnitt des k-Raums gedrehten Segmenten von k-Raum-Daten beinhaltet. Die k-Raum-Daten sind für gyromagnetisches Material in einem Gegenstand von Interesse repräsentativ und jedes Segment beinhaltet eine Vielzahl von Codierungszeilen, die eine Breite des jeweiligen Segments definieren. Die Akquisition jedes Segments beinhaltet das Empfangen eines MR-Signals aus Echos in zwei oder mehr getrennten Echozügen, um wenigstens einen Teil der Vielzahl von Codierungszeilen zu füllen, und die Echozüge sind durch einen Anregungspuls getrennt.
Bezugszeichenliste

10: MR-System
12: Scanner
14: Scannersteuerschaltung
22: Röhre
24: Tisch
26: Patient
28: Hauptmagnetspule
30: Gradientenspulen
32: Gradientenspulen
34: Gradientenspulen
36: HF-Spule
38: Empfangsspulen
40: Hauptstromversorgung
42: Treiberschaltung
44: Steuerschaltung
46: Schalter
48: Empfangsschaltung
50: Schnittstellenschaltung
52: Analyseschaltung
54: Speicherschaltungen
56: Schnittstellenschaltung
58: Schnittstellenschaltung
60: Analyseschaltung
62: Speicherschaltung
64: Zusätzliche Schnittstellenschaltung
18: Speichervorrichtungen
80: Bildgebungssegment
82: Codierungszeilen
84: Erste Codierungsgruppe
86: Zweite Codierungsgruppe
88: Dritte Codierungsgruppe
90: Vierte Codierungsgruppe
100: Einne Aquisitionstrajektorie
102: Bildgebungssegment
104: Abschnitt
106: Gruppe
110: Verfahren
112: Vielzahl von Segmenten mithilfe einer Vielzahl von Sequenzen für jedes Segment akquirieren
114: An Daten in Segmenten Bewegungskorrektur durchführen
116: Bild rekonstruieren
120: Verfahren
122: Geeignete Aufnahmenreihenfolge und Pulssequenz für gewünschte Bildparameter wählen
124: Ersten Teil des Segments mit erster Sequenz gemäß Aufnahmenreihenfolge und Pulssequenz akquirieren
126: Zusätzlichen Teil des Segments mit zusätzlichen FSE-Sequenzen gemäß Aufnahmenreihenfolge und Pulssequenz akquirieren
128: Segment akzeptabel?
130: Segment verwerfen
132: Segment zur Bewegungskorrektur und Bildrekonstruktion verwenden

Claims

Verfahren, umfassend: Durchführen einer Magnetresonanz-(MR-)Datenakquisitionssequenz, die Folgendes aufweist: Akquirieren einer Vielzahl von um einen Abschnitt des k-Raums gedrehten Segmenten von k-Raum-Daten, wobei die k-Raum-Daten für gyromagnetisches Material in einem Gegenstand von Interesse repräsentativ sind, wobei jedes Segment eine Vielzahl von Codierungszeilen aufweist, die eine Breite des jeweiligen Segments definieren, und wobei die Akquisition jedes Segments Folgendes aufweist: Empfangen eines MR-Signals aus Echos in zwei oder mehr getrennten Echozügen, um wenigstens einen Teil der Vielzahl von Codierungszeilen zu füllen, wobei die Echozüge durch einen Anregungspuls getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Echozug aus Fast-Spin-Echozügen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Segmenten von k-Raum-Daten T1-gewichtete Daten, T1 rho-gewichtete Daten, Protonendichte-gewichtete Daten, T2-gewichtete Daten oder T2*-gewichtete Daten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Anlegen eines Fluidunterdrückungs-Inversionspulses nach jedem Anregungspuls zu einer Inversionszeit (TI) und das Empfangen des MR-Signals von den Echos nach dem Fluidunterdrückungs-Inversionspuls aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Empfangen von höchstens 4 Echos in jedem Echozug aufweist, so dass in jedem Segment während jeder Wiederholungszeit (TR) zwischen Anregungen höchstens 4 Codierungszeilen gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, das das Empfangen von Echos aus höchstens 4 Echozügen pro Segment aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Segmente der k-Raum-Daten eine rechteckige Form haben und um die Mitte des k-Raums zentriert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Bewegungskorrigieren der k-Raum-Daten gemäß einer Periodically Rotated Overlapping Parallel Lines with Enhanced Reconstruction(PROPELLER)-Technik aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, das das Erzeugen eines bewegungskorrigierten Bilds aus den bewegungskorrigierten Daten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Empfangen des MR-Signals von den zwei oder mehr Echozügen aufweist, so dass die Aufnahmenanordnung jedes Segments nicht sequentiell ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Aufnahmenanordnung so ist, dass die Mitte jedes Segments gefüllt wird, bevor andere Regionen des Segments gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen des MR-Signals von Echos in zwei oder mehr getrennten Echozügen nur einen Teil der Vielzahl von Codierungszeilen füllt, so dass jedes Segment gefüllte Zeilen und ungefüllte Zeilen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Empfangen des MR-Signals von Echos in zwei oder mehr getrennten Echozügen zur Überabtastung in wenigstens einigen der gefüllten Zeilen führt.
Verfahren nach Anspruch 13, das das Durchführen von Rekonstruktion der parallelen Bildgebung zum Füllen der ungefüllten Zeilen mit geschätzten Daten unter Verwendung von Kalibrierungsdaten von den überabgetasteten Zeilen aufweist.
Magnetresonanztomographie-(MRT-)System, umfassend: einen Hauptfeldmagneten, der zum Versetzen von gyromagnetischen Kernen in einem Patienten in eine Gleichgewichtsmagnetisierung konfiguriert ist, eine Vielzahl von Gradientenfeldspulen, die zum Codieren von Positionsinformationen in die gyromagnetischen Kerne konfiguriert sind, eine Hochfrequenz-(HF-)Sendespule, die zum Stören der gyromagnetischen Kerne aus ihrer Gleichgewichtsmagnetisierung konfiguriert ist, eine Vielzahl von HF-Empfangsspulen, die zum Empfangen von MR-Signalen aus den gyromagnetischen Kernen bei ihrer Relaxation in ihre Gleichgewichtsmagnetisierung konfiguriert sind, und eine Steuerschaltungsanordnung, die mit den Gradientenfeldspulen, der HF-Sendespule und der Vielzahl von HF-Empfangsspulen gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert ist zum Anlegen von Steuersignalen an die Gradienten-, HF-Sende- oder HF-Empfangsspule(n) oder eine beliebige Kombination davon, um: Segmente von k-Raum-Daten, die für gyromagnetisches Material in einem Gegenstand von Interesse repräsentativ sind, zu akquirieren, wobei die Segmente, verglichen mit jedem anderen Segment, um einen Abschnitt des k-Raums gedreht werden, und wobei jedes Segment eine Vielzahl von Codierungszeilen beinhaltet, die wenigstens teilweise von zwei oder mehr Echozügen gefüllt werden, die mithilfe von zwei oder mehr Fast-Spin-Echo-(FSE-)Sequenzen akquiriert werden.
System nach Anspruch 15, wobei eine Aufnahmenanordnung der Akquisition der Segments so ist, dass die Mitte jedes Segments gefüllt wird, bevor andere Regionen des Segmente gefüllt werden.
System nach Anspruch 15, wobei die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert ist zum Anlegen von Steuersignalen an die Gradienten-, HF-Sende- oder HF-Empfangsspule(n) oder eine beliebige Kombination davon, um nach jedem Anregungspuls zu einer Inversionszeit (TI) während der FSE-Sequenzen einen Fluidunterdrückungs-Inversionspuls anzulegen und um nach dem Fluidunterdrückungs-Inversionspuls das MR-Signal von den Echos zu empfangen.
System nach Anspruch 15, das eine Rekonstruktionsschaltungsanordnung aufweist, die konfiguriert ist zum Bewegungskorrigieren der Segmente von k-Raum-Daten gemäß einem PROPELLER-Algorithmus (PROPELLER: periodically rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction) zum Erzeugen eines bewegungskorrigierten Bilds.
System nach Anspruch 18, wobei die Steuerschaltungsanordnung konfiguriert ist zum Anlegen von Steuersignalen an die Gradienten-, HF-Sende- oder -Empfangsspule(n) oder eine beliebige Kombination davon zum Füllen nur eines Teils der Vielzahl von Codierungszeilen, so dass jedes Segment abgetastete Zeilen, überabgetastete Zeilen und ungefüllte Zeilen aufweist, und wobei die Rekonstruktionsschaltungsanordnung konfiguriert ist zum Durchführen der Rekonstruktion bei paralleler Bildgebung unter Verwendung von Kalibrierungsdaten von wenigstens den überabgetasteten Zeilen zum Füllen der ungefüllten Zeilen mit geschätzten Daten.
Ein oder mehrere reale nichtflüchtige maschinenlesbare Datenträger, die Anweisungen speichern, die von einem oder mehreren Prozessor(en) ausführbar sind zum: Veranlassen eines Magnetresonanz-(MR-)tomographiesystems zur Akquisition von Segmenten von k-Raum-Daten, die, verglichen mit jedem anderen Segment, um einen Abschnitt des k-Raums gedreht werden, wobei jedes Segment eine Vielzahl von Codierungszeilen aufweist, die von wenigstens zwei Echozügen gefüllt werden, die während separater Fast-Spin-Echo-Sequenzen akquiriert werden, und Bewegungskorrigieren der Segmente gemäß einem PROPELLER-Algorithmus (PROPELLER: periodically rotated overlapping parallel lines with enhanced reconstruction) zum Erzeugen eines bewegungskorrigierten Bilds.