DE102013217617A1

DE102013217617A1 - Steuerungsverfahren zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten

Info

Publication number: DE102013217617A1
Application number: DE201310217617
Authority: DE
Inventors: Guobin Li; Dominik Paul
Original assignee: Universitaetsklinikum Freiburg; Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De; Universitaetsklinikum Freiburg
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: US9995807B2; DE102013217617B4; US20150061673A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen eines Magnetresonanzgeräts befindlichen Abbildungsgebiets, umfassend folgende Schritte: a) Einstrahlen eines HF-Anregungspulses mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts, b) Aufnehmen von Rohdaten nach einer Zeit nach dem eingestrahlten Anregungspuls mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung und Speichern der Rohdaten, c) Übermitteln der Rohdaten an eine Kontrolleinheit und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) unter Schalten unterschiedlicher Gradienten (Gx, Gy, Gz) zur Ortskodierung durch Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (Gx, Gy, Gz) vorgegeben sind, bis zu einem von der Kontrolleinheit vorgegebenen Abbruchkriterium.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten.
Die Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten ist ein, insbesondere in der klinischen Anwendung, weit verbreitetes Aufgabengebiet.
Im klinischen Alltag kann eine geeignete Erfassung von Magnetresonanz-Bilddaten, insbesondere für eine effiziente und zielgerichtete Bildgebung eine äußerst komplexe Problemstellung darstellen, vor allem, wenn die Bilddatensätze in einem möglichst kleinen Zeitfenster erstellt werden sollen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die zeitliche Erfassung derartiger Bilddaten optimiert, ohne dass die Qualität der Bilddaten für die zugrunde liegende Fragestellung beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch eine Steuerungseinheit nach Anspruch 13, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15, sowie durch ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Dabei wird ein Steuerungsverfahren zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen eines Magnetresonanzgeräts befindlichen Abbildungsgebiets bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:

a) Einstrahlen eines HF-Anregungspulses mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts,
b) Aufnehmen von Rohdaten nach einer Zeit nach dem eingestrahlten Anregungspuls mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung und Speichern der Rohdaten,
c) Übermitteln der Rohdaten an eine Kontrolleinheit und
d) Wiederholen der Schritte a) bis c) unter Schalten unterschiedlicher Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung durch Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (G_x, G_y, G_z) vorgegeben sind, bis zu einem von der Kontrolleinheit vorgegebenen Abbruchkriterium.

Das Einstrahlen des Hochfrequenz-Anregungspulses (HF-Anregungspulses), der erste Verfahrensschritt, erfolgt mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts. Die HF-Anregungspulse werden von einem Hochfrequenzleistungsverstärker des Magnetresonanzgeräts abgegeben. Eine Hochfrequenzantenne des Magnetresonanzgeräts setzt die HF-Anregungspulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung von Kernen und zur Ausrichtung von Kernspins eines Untersuchungsobjekts bzw. eines zu untersuchenden Bereiches des Untersuchungsobjekts um.
Das Aufnehmen von Rohdaten nach einer Zeit nach dem eingestrahlten Anregungspuls, der zweite Verfahrensschritt, erfolgt ebenfalls mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung. Die aufgenommenen Rohdaten umfassen vor allem Echosignale, die aus der Anregung der Kerne und der Ausrichtung der Kernspins resultieren. Die Rohdaten können jedoch auch Pulsformen, Spannungsstärken oder andere bei Magnetresonanzmessungen auftretende Größen umfassen. Im Anschluss hieran werden die Rohdaten gespeichert und im dritten Verfahrensschritt an eine Kontrolleinheit übermittelt.
Eine Kontrolleinheit ist ein System, das eine Verarbeitungseinheit, eine Speichereinheit, ein Betriebssystem und vorzugsweise eine Ausgabeeinheit umfasst.
Eine Verarbeitungseinheit oder ein Prozessor (central processing unit, CPU) ist beispielsweise ein Mikroprozessor oder digitaler Signalprozessor (digital signal processor, DSP). Der Prozessor, der von dem Programm, das in eine Vielzahl von Programmmodulen aufgeteilt sein kann, gesteuert wird, schreibt Daten in den Speicher, liest Daten aus dem Speicher und verarbeitet die Daten. Der Prozessor kann beispielsweise auch als (Anwendungs-)Feld programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung (Field Programmable Gate Array, FPGA) ausgeführt sein.
Eine Speichereinheit umfasst beispielsweise Nur-Lese-Speicher (read-only memory, ROM) wie electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) oder Flash-EEPROM, Schreib-Lese-Speicher (random-access memory, RAM) und Plattenspeicher, wie Festplattenspeicher. Die Speichereinheit kann zum Speichern eines Programms, beispielsweise eines Betriebssystems oder eines Anwendungsprogramms, und/oder Daten, insbesondere Bilddaten, Instruktionsdaten, Konfigurationsdaten, Parameterdaten, Protokolldaten und Sequenzdaten verwendet werden.
Ein Betriebssystem umfasst Computerprogramme, die Systemressourcen (Hardwarekomponenten) eines Computers, beispielsweise Speichereinheiten wie Arbeitsspeicher und Festplatten, Ein- und Ausgabeeinheiten wie Schnittstellen verwaltet und Anwendungsprogrammen zur Verfügung stellt. Das Betriebssystem bildet somit eine Schnittstelle zwischen den Systemressourcen und den Anwendungsprogrammen.
Eine Ausgabeeinheit umfasst beispielsweise einen Monitor zur Darstellung von Optionen, Befehlen, Parameterdaten, Sequenzdaten und/oder zur graphischen Ausgabe von Bilddaten, etc.
Die drei Verfahrensschritte werden nun unter Schalten unterschiedlicher Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung durch Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (G_x, G_y, G_z) vorgegeben sind, sooft wiederholt, bis ein von der Kontrolleinheit vorgegebenes Abbruchkriterium, das von den übermittelten Rohdaten abhängig ist, erreicht ist. Das Übermitteln der Rohdaten erfolgt dabei unmittelbar nach der Aufnahme der Rohdaten.
Typischerweise erfolgt eine Zuordnung zwischen einer gemessener Magnetisierung und einer Ortskoordinate der gemessenen Magnetisierung mit Hilfe eines Zwischenschritts. In diesem Zwischenschritt werden erfasste Rohdaten in dem so genannten „k-Raum“ angeordnet, wobei die Koordinaten des k-Raums als Funktion des Gradientenfelds kodiert sind. Das Gradientenfeld verändert die Resonanzfrequenz, auch Larmorfrequenz und beispielsweise auch die Phasenlage der durch einen HF-Puls ausgelenkten Magnetisierung ortsabhängig, sodass durch Identifikation von Phasenlage und Resonanzfrequenz der gemessenen Magnetisierung eine Ortsinformation erhalten wird. In anderen Worten, eine Ortsinformation liegt phasen- und frequenzkodiert dem Koordinatensystem des k-Raums zugrunde, nämlich die Ortsfrequenz und wird als Funktion des Gradientenfelds bestimmt. Der Betrag der Magnetisierung, insbesondere der Quermagnetisierung, die in einer Ebene quer zum Grundmagnetfeld an einem bestimmten Ort des Untersuchungsobjekts bestimmt wird, kann aus dem Auslesepunkt mit Hilfe einer Fourier-Transformation ermittelt werden, die aus einer Signalstärke, die den Betrag der Magnetisierung angibt, die wiederum einer bestimmten Frequenz, nämlich der Ortsfrequenz zugeordnet ist, eine Signalstärke des Signals im Ortsraum berechnet.
Der k-Raum bildet somit einen inversen Fourier-Raum zum Ortsraum des Untersuchungsobjekts, sodass die Magnetresonanzsignale mit Hilfe einer Fourier-Transformation in den Ortsraum zur Erstellung des Magnetresonanzabbilds transformiert werden. Das Gradientenfeld bestimmt somit einen Punkt im k-Raum, wobei der Verlauf der Änderung des Gradientenfelds eine Folge von k-Raum-Punkten festlegt, die als so genannte „Trajektorie“ durch den k-Raum oder auch als „Projektion“ bezeichnet werden kann.
Wird der k-Raum dabei nicht dicht genug ausgelesen, um alle Variationen des Signals zu erfassen, so können Artefakte im rekonstruierten Bild entstehen. Um dies zu verhindern, sollte die Nyquist-Bedingung eingehalten werden, die besagt, dass ein Signal mit einem Abtastintervall ∆t keine Frequenz beinhalten kann, die größer als 1/(2∆t) ist.
Die Erfindung nutzt die Möglichkeit, durch ein von einer Kontrolleinheit vorgegebenes Abbruchkriterium, festzulegen, wie lange ein dem Abbildungsgebiet entsprechender k-Raum ausgelesen wird, ohne dass die Qualität der Bilddaten für die zugrunde liegende Fragestellung beeinträchtigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Rohdaten auch an eine Rekonstruktionseinheit zur Rekonstruktion eines Bildes übermittelt. Diese Übermittlung erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit der Übermittlung der Rohdaten an die Kontrolleinheit. Dabei ist unter einem Bild ein Magnetresonanzabbild und unter einer Rekonstruktionseinheit eine Einheit zu verstehen, die aus den aufgenommenen Rohdaten ein Magnetresonanzabbild rekonstruiert. Dadurch ist es möglich, unabhängig vom verwendeten Abbruchkriterium, das Magnetresonanzabbild zu erzeugen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Rekonstruktion des Bildes in Echtzeit. Dabei ist unter Echtzeit zu verstehen, dass die Rekonstruktion des Magnetresonanzabbilds instantan nach einer Anzahl von Übermittlungsschritten der Rohdaten an die Rekonstruktionseinheit initiiert wird. So kann nach jedem Übermitteln der Rohdaten ein Magnetresonanzabbild erzeugt werden, es kann aber auch beispielsweise nach jedem zweiten oder jedem n.-ten Übermitteln der Rohdaten ein Magnetresonanzabbild erzeugt werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die bis zu dem Übermittlungsschritt aufgezeichneten Rohdaten in ein Magnetresonanzabbild umgewandelt werden. Es muss nicht bis zur vollständigen Aufnahme der Rohdaten gewartet werden. Ferner bleiben andere Verfahrensschritte von der Rekonstruktion des Magnetresonanzabbilds unberührt, es muss also auch nicht bis zur vollständigen Rekonstruktion des Magnetresonanzabbilds gewartet werden, bis das Verfahren wieder aufgenommen werden kann. So entstehen keinerlei zeitlichen Verzögerungen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform umfasst das Rekonstruieren des Bildes die Benutzung mindestens einen Bildmarkers. Dabei ist unter Bildmarker oder auch Informationsmarker genannt, ein künstliches Bild zu verstehen, das bekannte Inhalte und Strukturen aufweist. Dieses künstliche Bild wird zuerst in einen k-Raum transformiert, der die gleiche Größe aufweist, wie der k-Raum der zugrunde liegenden Magnetresonanzmessung. Wird ein Rohdatenpunkt im Rahmen der Magnetresonanzmessung aufgenommen, so wird der gleiche Punkt im k-Raum des Bildmarkers extrahiert und mit dem aufgenommenen Rohdatenpunkt kombiniert, vorteilhafter Weise derart kombiniert, dass das künstliche Bild in einem Bereich einer Ecke des rekonstruierten Bildes eingefügt wird, denn in einem derartigen Bereich des rekonstruierten Bildes ist, im Vergleich zu einer anderen Stelle, der Rauschanteil höher und der Signalanteil niedriger. Auf diese Weise kann ein Referenzbild in den Rekonstruktionsprozess eingeführt werden. Das künstliche Bild kann aber auch parallel als separates Bild rekonstruiert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung wird ein Informationsgehalt des Bildmarkers bestimmt und mittels des Informationsgehalts des Bildmarkers ein Informationsgehalt des Bildes. Durch einen Vergleich des Informationsgehalts des Bildmarkers auf dem rekonstruierten Bild mit dem bekannten Informationsgehalt des bekannten Bildmarkers in seinem Soll-Zustand, können Rückschlüsse auf die vorherrschende Bildqualität gezogen werden. Ist beispielsweise der Bereich auf dem Bildmarker klar zu erkennen, der dem Bereich auf dem klinisch relevanten Magnetresonanzabbild entspricht, so ist davon auszugehen, dass dieser ebenfalls klar erkennbar ist oder zumindest, dass eine weitere Abtastung des k-Raums keine signifikante Verbesserung der Bildqualität liefern wird. Der Informationsgehalt selbst kann auch z.B. mittels Entropiemaße bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eines der rekonstruierten Bilder an die Kontrolleinheit übermittelt. So liegen neben den übermittelten Rohdaten auch die anhand der Rohdaten rekonstruierten Bilder bei der Kontrolleinheit vor. Das Übermitteln der Bilder erfolgt nicht notwendigerweise nach jedem Wiederholungsschritt, ist aber nach jedem Wiederholungsschritt möglich; so können Rechenzeit und Rechenkapazität eingespart werden. Das Übermitteln der rekonstruierten Bilder selbst erfolgt dabei vorzugsweise unmittelbar nach der Rekonstruktion der Bilder.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst die Kontrolleinheit eine Ausgabeeinheit zur Darstellung des rekonstruierten Bildes. Auf diese Weise kann das rekonstruierte Bild sofort gesichtet und der Prozess der Bilderstellung verfolgt werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird das Abbruchkriterium von einem Benutzer festgelegt. Liegen die für die zugrunde liegende Magnetresonanzuntersuchung relevanten Informationen vor, so muss nicht bis zur Komplettierung eines Magnetresonanzabbildes gewartet werden, sondern der Benutzer hat die Möglichkeit den Prozess der Bilderstellung zu beenden. Dies spart nicht nur Messzeit, sondern wegen des zeitlich geringeren Personalaufwandes auch Kosten. Der Benutzer hat hierbei die Möglichkeit, anhand der ihm zur Verfügung stehenden Informationen ein Abbruchkriterium festzulegen. Diese Informationen können z.B. anhand der Rohdatenpunkte des k-Raums, anhand des oder der rekonstruierten Magnetresonanzabbilder, anhand von Informationen der Bildmarker oder anhand sonstiger Informationen der Kontrolleinheit erhalten werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung wird das Abbruchkriterium von der Kontrolleinheit anhand eines Schwellwerts für den Informationsgehalt des Bildes bestimmt oder festgelegt.
Eine derartige Bestimmung oder Festlegung eines Schwellwertes führt zu einem automatisierten Erhalt des Abbruchkriteriums, so dass dieses nicht mehr selbst von einem Benutzer bestimmt werden muss. Anhand des bereits mit dem Bildmarker ermittelten Informationsgehalts, lässt sich ein, für die zugrunde liegende Fragestellung spezifischer Schwellwert ermitteln. Ergibt nun die Überprüfung des Informationsgehaltes z.B. ein Über- oder Unterschreiten des Schwellwerts, so kann diese Über- bzw. Unterschreiten als Abbruchkriterium für die Datenerfassung der Magnetresonanz-Bilddaten festgelegt werden. Dies spart ebenfalls Messzeit, sowie Kosten.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren nach Eintritt des Abbruchkriteriums wieder aufgenommen. Dadurch wird sichergestellt, dass nach einem unbegründeten Abbruch des Messvorgangs oder auch wenn entgegen einer ursprünglichen Festlegung doch ein kompletter Bilddatensatz aufgenommen werden soll, die Fertigstellung des Magnetresonanzabbildes gewährleistet ist. Die Wiederaufnahme erfolgt vorzugsweise durch einen Benutzer.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Art des Auslesens des k-Raums durch die Kontrolleinheit veränderbar. Als Art des Auslesens ist zu verstehen, wie der dem Abbildungsgebiet entsprechende k-Raum entlang einer Trajektorie ausgelesen wird. Arten des Auslesens sind z.B. aber nicht ausschließlich zeilenweises oder radiales Auslesen. Die Veränderung der Art des Auslesens erfolgt vorzugsweise in Echtzeit, d.h. derart, dass binnen weniger Wiederholungsschritte das Abbildungsgebiet gemäß der neuen Ausleseart ausgelesen wird. Dies lässt eine schnelle Reaktion auf geänderte Randbedingungen zu dient zu einer Flexibilisierung des Mess- und Kontrollbetriebs.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen. Da das Auslesen des k-Raums weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert erfolgt, wird die Akquisition der Magnetresonanzmessdaten beschleunigt. Die durch eine derartige Unterabtastung üblicherweise erzeugten Bildartefakte bei der Rekonstruktion von Bildern aus den Magnetresonanzmessdaten, die mit unterbestimmten Gleichungssystemen verbunden sind, werden ebenfalls durch das Vermeiden von Korrelationen zwischen den ausgelesenen k-Raum-Punkten minimiert. Durch die zufälligen Auslesemuster können derartig unterbestimmte Gleichungssystem nach der Theorie des Compressed Sensing gelöst und die Bilder artefaktfrei rekonstruiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Steuerungseinheit zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen eines Magnetresonanzgeräts befindlichen Abbildungsgebiets bereitgestellt.
Dabei umfasst die Steuerungseinheit:

– eine Verarbeitungseinheit, die zum Speichern von Rohdaten nach Aufnahme der Rohdaten mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts und zum Übermitteln der Rohdaten an eine Kontrolleinheit bestimmt ist und
– die Kontrolleinheit, die zu einer Vorgabe eines Abbruchkriteriums, nach dessen Eintritt keine weiteren Rohdaten mehr aufgenommen werden, bestimmt ist.

Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches man in eine Speichereinheit einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Steuerungseinheit laden kann. Mit diesem Computerprogramm können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in der Steuerung oder Steuereinrichtung der Steuerungseinheit läuft. Dabei benötigt das Computerprogramm eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogramm gerichteten Anspruch eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode, 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 zu laden ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektronisch lesbares Speichermedium, z.B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Speichermedium gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit einer Steuerungseinheit gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Steuerungsverfahrens durchgeführt werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit, des erfindungsgemäßen Computerprogramms und des erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Speichermediums entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf eine Steuerungseinheit gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Steuerungsverfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Magnetresonanzgeräts mit einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit und
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Magnetresonanzgeräts 9, welches auch als Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegerät bezeichnet wird. Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 10 des Magnetresonanzgeräts 9 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld B₀ zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjekts 11, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Untersuchungstisch 12 liegend zur Untersuchung in das Magnetresonanzgerät 9 geschoben wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds B₀ ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welches das Untersuchungsobjekt 11 geschoben wird. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse umfasst das Magnetresonanzgerät an geeigneter Stelle sogenannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 13 und eine geeignete Ansteuerung 37 der Shim-Spulen 13 eliminiert, wenn sie nicht erwünscht sind.
Der Grundfeldmagnet 10 dient ebenfalls als Umhausung eines zylinderförmigen Gradientenfeldsystems 14 des Magnetresonanzgeräts 9, welches beispielsweise drei Teilwicklungen umfasst. Jede Teilwicklung wird von einem entsprechenden Verstärker 34–36 des Magnetresonanzgeräts 9 mit Strom zur Erzeugung eines linearen, auch zeitlich veränderbaren, Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung eines kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 14 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. Ferner werden durch das Gradientenfeldsystem 14 auch die nichtlinearen Gradienten erzeugt. Der Verstärker 34–36 umfasst einen Digital-Analog-Wandler DAC, welcher von einer Sequenzsteuerung 15 des Magnetresonanzgeräts 9 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Ferner umfasst das Magnetresonanzgeräts 9 mindestens eine Hochfrequenzantenne 16 innerhalb des Gradientenfeldsystems 14, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker des Magnetresonanzgeräts 9 abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des Untersuchungsobjekts 11 bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Untersuchungsobjekts 11 umsetzt. Die Ansteuerung der Spulen und die Auswertung von empfangenen Signalen erfolgt in einer Steuereinrichtung 38 des Magnetresonanzgeräts 9. Die Hochfrequenzantenne 16 umfasst eine oder mehrere HF-Sendespulen und mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer beispielsweise ringförmigen, linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der Hochfrequenzantenne 16 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, d.h. in ein Messsignal umgesetzt, welche über einen Verstärker 17 einem Hochfrequenz-Empfangskanal eines Hochfrequenzsystems 19 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 19 des Magnetresonanzgeräts 9 umfasst weiterhin einen Sendekanal 20, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer von einem Geräterechner 21 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 15 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 22 einem Digital-Analog-Wandler DAC in dem Hochfrequenzsystem 19 und von diesem dem Sendekanal 20 zugeführt. Im Sendekanal 20 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht. Über einen Verstärker 33 werden die modulierten Pulssequenzen der HF-Sendespule der Hochfrequenzantenne 16 zugeführt.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-Empfangsweiche 23 des Magnetresonanzgeräts 9. Die HF-Sendespule der Hochfrequenzantenne 16 strahlt die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und tastet resultierende Echosignale über die HF-Empfangsspulen ab. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden in einem ersten Demodulator 18 des Empfangskanals des Hochfrequenzsystems 19 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler ADC digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz Null demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz Null und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 24 des Empfangskanals des Hochfrequenzsystems 19 statt, welcher die demodulierten Daten über Ausgänge 32 an einen Bildrechner 25 ausgibt.
Durch den Bildrechner 25 des Magnetresonanzgeräts 9 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Geräterechner 21 des Magnetresonanzgeräts 9. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 15 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 15 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 19 und die Sequenzsteuerung 15 wird von einem Synthesizer 26 des Magnetresonanzgeräts 9 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche auf einem computerlesbarem Speichermedium 27, beispielsweise einer DVD gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 28 des Magnetresonanzgeräts 9, welches eine Tastatur 29, eine Maus 30 und eine Ausgabeeinheit 31, beispielsweise einen Bildschirm umfasst.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 9 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 9 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 9 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der allgemeinen Komponenten verzichtet wird.
Mit dem Magnetresonanzgerät 9 verbunden sind eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit 6, sowie eine Rekonstruktionseinheit 5. Die Steuerungseinheit 6 umfasst eine Verarbeitungseinheit 7 und eine Kontrolleinheit 8.
Die Steuerungseinheit 6 dient zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in dem Messvolumen M des Magnetresonanzgeräts 9 befindlichen Abbildungsgebiets.
Die Verarbeitungseinheit 7 ist zum Speichern von Rohdaten nach Aufnahme der Rohdaten mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts 9 und zum Übermitteln der Rohdaten an die Kontrolleinheit 8 bestimmt.
Die Kontrolleinheit 8 ist zu einer Vorgabe eines Abbruchkriteriums, nach dessen Eintritt keine weiteren Rohdaten mehr aufgenommen werden, bestimmt.
Die Rekonstruktionseinheit 5 ist zur Rekonstruktion eines Bildes anhand der Magnetresonanz-Bilddaten bestimmt.
Die Steuerungseinheit 6 kann hierbei auch als Prozessoreinheit, insbesondere als Grafikprozessor in einer Grafikkarte, implementiert sein.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte 39 bis 49, wobei bei der Beschreibung der Verfahrensschritte 39 bis 49, auch Beschreibungsteile einschließlich der entsprechenden im Zusammenhang mit der anderen Figur eingeführten Bezugszeichen verwendet werden.
Ein erster Verfahrensschritt 39 kennzeichnet den Start einer Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen M eines Magnetresonanzgeräts 9 befindlichen Abbildungsgebiets.
Im Verfahrensschritt 40 wird ein HF-Anregungspuls mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts 9 eingestrahlt. Der HF-Anregungspuls wird von einem Hochfrequenzleistungsverstärker 17 des Magnetresonanzgeräts 9 abgegeben. Eine Hochfrequenzantenne 16 des Magnetresonanzgeräts 9 setzt die HF-Anregungspulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung von Kernen und zur Ausrichtung von Kernspins eines Untersuchungsobjekts 11 bzw. eines zu untersuchenden Bereiches des Untersuchungsobjekts 11 um.
Während des Verfahrensschritts 41 werden Rohdaten nach einer Zeit nach dem eingestrahlten Anregungspuls mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung aufgenommen und diese gespeichert. Die aufgenommenen Rohdaten umfassen vor allem Echosignale, die aus der Anregung der Kerne und der Ausrichtung der Kernspins resultieren. Die Rohdaten können jedoch auch Pulsformen, Spannungsstärken oder andere bei Magnetresonanzmessungen auftretende Größen umfassen.
Im Verfahrensschritt 42 werden die Rohdaten an eine Kontrolleinheit 8 übermittelt. Die Rohdaten können im Verfahrensschritt 46 jedoch auch an eine Rekonstruktionseinheit 5 zur Rekonstruktion eines Bildes übermittelt werden. Diese Übermittlung erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit der Übermittlung der Rohdaten an die Kontrolleinheit 8. Dadurch ist es möglich, unabhängig von einem verwendeten Abbruchkriterium, das Magnetresonanzabbild zu erzeugen.
Während des Verfahrensschritts 47 erfolgt die eigentliche Rekonstruktion des Bildes. Vorzugsweise erfolgt die Rekonstruktion in Echtzeit. So kann unmittelbar nach jedem Übermitteln der Rohdaten ein Magnetresonanzabbild erzeugt werden, es kann aber auch beispielsweise nach jedem zweiten oder jedem n.-ten Übermitteln der Rohdaten ein Magnetresonanzabbild erzeugt werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die bis zu dem Übermittlungsschritt aufgezeichneten Rohdaten in ein Magnetresonanzabbild umgewandelt werden. Es muss nicht bis zur vollständigen Aufnahme der Rohdaten gewartet werden. Vorzugsweise erfolgt die Rekonstruktion auch unter Benutzung mindestens einen Bildmarkers. Dabei ist unter Bildmarker oder auch Informationsmarker genannt, ein künstliches Bild zu verstehen, das bekannte Inhalte und Strukturen aufweist. Dieses künstliche Bild wird zuerst in einen k-Raum transformiert, der die gleiche Größe aufweist, wie der k-Raum der zugrunde liegenden Magnetresonanzmessung. Wird ein Rohdatenpunkt im Rahmen der Magnetresonanzmessung aufgenommen, so wird der gleiche Punkt im k-Raum des Bildmarkers extrahiert und mit dem aufgenommenen Rohdatenpunkt kombiniert, vorteilhafter Weise derart kombiniert, dass das künstliche Bild in einem Bereich einer Ecke des rekonstruierten Bildes eingefügt wird, denn in einem derartigen Bereich des rekonstruierten Bildes ist, im Vergleich zu einer anderen Stelle, der Rauschanteil höher und der Signalanteil niedriger. Auf diese Weise kann ein Referenzbild in den Rekonstruktionsprozess eingeführt werden. Vorzugsweise wird hierbei ein Informationsgehalt des Bildmarkers bestimmt und mittels des Informationsgehalts des Bildmarkers ein Informationsgehalt des Bildes. Durch einen Vergleich des Bildmarkers auf dem rekonstruierten Bild mit dem bekannten Bildmarker in seinem Soll-Zustand, können Rückschlüsse auf die vorherrschende Bildqualität gezogen werden.
Ist der Bereich auf dem Bildmarker klar zu erkennen, der dem Bereich auf dem klinisch relevanten Magnetresonanzabbild entspricht, so ist davon auszugehen, dass dieser ebenfalls klar erkennbar ist oder zumindest, dass eine weitere Abtastung des k-Raums keine signifikante Verbesserung der Bildqualität liefern wird. Der Informationsgehalt selbst kann auch z.B. mittels Entropiemaße bestimmt werden. Vorzugsweise wird auch zumindest eines der rekonstruierten Bilder an die Kontrolleinheit 8 übermittelt, sodass neben den übermittelten Rohdaten auch die anhand der Rohdaten rekonstruierten Bilder bei der Kontrolleinheit 8 vorliegen. Dabei erfolgt die Übermittlung an die Kontrolleinheit 8 unmittelbar nach der Rekonstruktion der Bilder.
Im Verfahrensschritt 48 wird das rekonstruiert Bild von einer Ausgabeeinheit der Kontrolleinheit 8 ausgegeben. Dadurch kann das rekonstruierte Bild sofort gesichtet und der Prozess der Bilderstellung verfolgt werden.
Im Verfahrensschritt 49 wird die Art des Auslesens des k-Raums durch die Kontrolleinheit 8 verändert. Als Art des Auslesens ist zu verstehen, wie der dem Abbildungsgebiet entsprechende k-Raum entlang einer Trajektorie ausgelesen wird. Arten des Auslesens sind z.B. aber nicht ausschließlich zeilenweises oder radiales Auslesen. Die Veränderung der Art des Auslesens erfolgt vorzugsweise in Echtzeit, d.h. derart, dass binnen weniger Wiederholungsschritte das Abbildungsgebiet gemäß der neuen Ausleseart ausgelesen wird. Vorzugsweise wird der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen und somit die Akquisition der Magnetresonanzmessdaten beschleunigt. Die durch eine derartige Unterabtastung üblicherweise erzeugten Bildartefakte bei der Rekonstruktion von Bildern aus den Magnetresonanzmessdaten, die mit unterbestimmten Gleichungssystemen verbunden sind, werden ebenfalls durch das Vermeiden von Korrelationen zwischen den ausgelesenen k-Raum-Punkten minimiert. Durch die zufälligen Auslesemuster können derartig unterbestimmte Gleichungssystem nach der Theorie des Compressed Sensing gelöst und die Bilder artefaktfrei rekonstruiert werden.
Die drei Verfahrensschritte 40 bis 42 werden unter Schalten unterschiedlicher Gradienten G_x, G_y, G_z zur Ortskodierung durch Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten G_x, G_y, G_z vorgegeben sind, sooft wiederholt, bis ein von der Kontrolleinheit 8 vorgegebenes Abbruchkriterium erreicht ist. Das Abbruchkriterium selbst kann auch von einem Benutzer festgelegt werden oder es kann von der Kontrolleinheit 8 anhand eines Schwellwerts für den Informationsgehalt des Bildes bestimmt oder festgelegt werden. Anhand des bereits mit dem Bildmarker ermittelten Informationsgehalts, lässt sich ein, für die zugrunde liegende Fragestellung spezifischer Schwellwert ermitteln. Ergibt nun die Überprüfung des Informationsgehaltes z.B. ein Über- oder Unterschreiten des Schwellwerts, so kann diese Über- bzw. Unterschreiten als Abbruchkriterium für die Datenerfassung der Magnetresonanz-Bilddaten festgelegt werden.
Im Verfahrensschritt 43 wird überprüft, ob das von der Kontrolleinheit 8 vorgegebene Abbruchkriterium bereits erreicht ist. Ist dies der Fall, so wird das Verfahren mit Verfahrensschritt 44 fortgesetzt, andernfalls mit Verfahrensschritt 40.
Während des Verfahrensschritts 44 wird überprüft, ob das Verfahren nach Eintritt des Abbruchkriteriums wieder aufgenommen werden soll. Dadurch wird sichergestellt, dass nach einem unbegründeten Abbruch des Messvorgangs oder auch wenn entgegen einer ursprünglichen Festlegung doch ein kompletter Bilddatensatz aufgenommen werden soll, die Fertigstellung des Magnetresonanzabbildes gewährleistet ist. Ist dies der Fall, so wird mit das Verfahren mit Verfahrensschritt 45 fortgesetzt, andernfalls mit Verfahrensschritt 40. Die Wiederaufnahme des Verfahrens erfolgt dabei durch einen Benutzer.
Ein letzter Verfahrensschritt 45 kennzeichnet das Ende der Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen M eines Magnetresonanzgeräts 9 befindlichen Abbildungsgebiets.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Steuerungsverfahren zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen eines Magnetresonanzgeräts befindlichen Abbildungsgebiets, umfassend folgende Schritte:

Claims

Steuerungsverfahren zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen (M) eines Magnetresonanzgeräts (9) befindlichen Abbildungsgebiets, umfassend folgende Schritte: a) Einstrahlen eines HF-Anregungspulses mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts (9), b) Aufnehmen von Rohdaten nach einer Zeit nach dem eingestrahlten Anregungspuls mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung und Speichern der Rohdaten, c) Übermitteln der Rohdaten an eine Kontrolleinheit (8) und d) Wiederholen der Schritte a) bis c) unter Schalten unterschiedlicher Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung durch Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (G_x, G_y, G_z) vorgegeben sind, bis zu einem von der Kontrolleinheit (8) vorgegebenen Abbruchkriterium.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Rohdaten auch an eine Rekonstruktionseinheit (5) zur Rekonstruktion eines Bildes übermittelt werden.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, wobei die Rekonstruktion des Bildes in Echtzeit erfolgt.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Rekonstruieren des Bildes die Benutzung mindestens einen Bildmarkers umfasst.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 4, wobei ein Informationsgehalt des Bildmarkers bestimmt wird und mittels des Informationsgehalts des Bildmarkers ein Informationsgehalt des Bildes bestimmt wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei zumindest eines der rekonstruierten Bilder an die Kontrolleinheit (8) übermittelt wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Kontrolleinheit (8) eine Ausgabeeinheit zur Darstellung des rekonstruierten Bildes umfasst.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abbruchkriterium von einem Benutzer festgelegt wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Abbruchkriterium von der Kontrolleinheit (8) anhand eines Schwellwerts für den Informationsgehalt des Bildes bestimmt oder festgelegt wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren nach Eintritt des Abbruchkriteriums wieder aufgenommen wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Art des Auslesens des k-Raums durch die Kontrolleinheit (8) veränderbar ist.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen wird.
Steuerungseinheit (6) zur Kontrolle einer Datenerfassung von Magnetresonanz-Bilddaten eines in einem Messvolumen (M) eines Magnetresonanzgeräts (9) befindlichen Abbildungsgebiets, mit: – einer Verarbeitungseinheit, die zum Speichern von Rohdaten nach Aufnahme der Rohdaten mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts (9) und zum Übermitteln der Rohdaten an eine Kontrolleinheit (8) bestimmt ist und – der Kontrolleinheit (8), die zu einer Vorgabe eines Abbruchkriteriums, nach dessen Eintritt keine weiteren Rohdaten mehr aufgenommen werden, bestimmt ist.
Steuerungseinheit (6) nach Anspruch 13, wobei die Steuerungseinheit (6) als Prozessoreinheit, insbesondere als Grafikprozessor in einer Grafikkarte, implementiert ist.
Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein Computerprogramm umfasst, das auf einem Datenträger oder auf einem Speicher eines Computers gespeichert ist und das von dem Computer lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach den vorstehenden Verfahrensansprüchen bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
Elektronisch lesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Speichermediums in einer Steuerungseinheit das Verfahren nach den vorstehenden Verfahrensansprüchen durchführen.