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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines MR-Bildes, wobei die MR-Signale Gradientenechos sind und eine MR-Anlage hierfür.
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Bei der Aufnahme von MR-Bildern mit Bildgebungssequenzen, die mehrere Gradientenechos nach dem Einstrahlen eines HF-Pulses auslesen, sogenannten Multiechosequenzen, ist es üblich, aus Zeitgründen und für ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis sogenannte bipolare Magnetfeldgradienten mit unterschiedlicher Polarität zu schalten. Hierbei wird ein erstes Gradientenecho beispielsweise durch einen negativen Magnetfeldgradienten zur Dephasierung der Spins geschalten und das Echo wird durch einen positiven Magnetfeldgradienten erzeugt. Der letzte Anteil des positiven Magnetfeldgradienten dephasiert die angeregten Kernspins wieder und zur Erzeugung eines weiteren Echos zu einem späteren Echozeitpunkt wird wieder ein Magnetfeldgradient mit entgegengesetzter Polarität geschaltet, in dem obigen Beispiel ein negativer Magnetfeldgradient.
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Üblicherweise werden die mit Gradienten unterschiedlicher Polarität erzeugten Echos als gerade und ungerade Echos bezeichnet, um anzuzeigen, dass diese Echos mit bipolaren Gradienten unterschiedlicher Polarität aufgenommen wurden. Eine Herauforderung besteht bei derartigen Ausleseverfahren darin, dass die geraden und ungeraden Echos nicht beide exakt in der Mitte eines Auslesezeitfensters auftreten aufgrund der unterschiedlichen Polarität. Dies bedeutet, dass das Signal von der Richtung abhängt in der der zugehörige Rohdatenraum oder k-Raum mit Rohdaten gefüllt wird. Diese geringfügige Verschiebung im Auslesezeitfenster führt zu einer Phasenverschiebung für die Gradientenechos mit einer ersten bipolaren Ausrichtung, die sich von der Phasenverschiebung der anderen Echos mit der entgegengesetzten bipolaren Ausrichtung unterscheidet. Falls ein Betragsbild aus den unterschiedlichen MR-Signalen erzeugt werden soll, spielen diese unterschiedlichen Phasenverschiebungen keine Rolle. Würde man jedoch die Phaseninformation verwenden, beispielsweise für die Dixon-Technik, für ein B0-Mapping oder für eine Phasendarstellung oder für eine Darstellung der Suszeptibilität, ist es schwierig, diese geraden und ungeraden Echos zu kombinieren. Um die Bilder vollständig getrennt rekonstruieren zu können, müssen beide vollständige k-Raum Abdeckung haben. Um bisher Datensätze mit geraden und ungeraden Echos (even/odd) zu rekonstruieren, mussten entweder ein vollständiger gerader (even) und ein vollständiger ungerader (odd) Datensatz aufgenommen werden, was länger dauert oder bei unterabgetasteten Bildern höhere Artefakte in Kauf genommen werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einige der oben genannten Nachteile zu verhindern und Möglichkeiten bereitzustellen, gerade und ungerade Echos für eine Multiechosequenz einfach zu kombinieren.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines MR-Bildes bereitgestellt, bei dem ein HF-Puls eingestrahlt wird und mehrere bipolare Magnetfeldgradienten zur Erzeugung von mehreren Gradientenechos geschaltet werden. Die nach dem Einstrahlen eines HF-Pulses erzeugten Gradientenechos werden in einem Rohdatensatz mit mehreren Rohdatenlinien durch eine Empfangsspule aufgenommen, wobei die mehreren Gradientenechos mit bipolaren Magnetfeldgradienten unterschiedlicher Polarität aufgenommen werden, sodass in dem Rohdatensatz durch die bipolaren Magnetfeldgradienten unterschiedlicher Polarität erste Rohdatenlinien im Rohdatenraum in eine Richtung mit MR-Signalen gefüllt werden, während zweite Rohdatenlinien in die entgegengesetzte Richtung mit MR-Signalen gefüllt werden. Anschließend wird ein MR-Bild unter Berücksichtigung der aufgenommenen Gradientenechos durch eine Bildrekonstruktionseinheit rekonstruiert. Diese Bildrekonstruktionseinheit ist ausgebildet, das MR-Bild aus MR-Signalen zu erzeugen, die gleichzeitig mit zumindest zwei verschiedenen Empfangsspulen aufgenommen wurden. Die Bildrekonstruktionseinheit erzeugt hierbei bei der Bildrekonstruktion aus dem Rohdatensatz einen ersten Spulenrohdatensatz, der nur die Rohdatenlinien des Rohdatensatzes aufweist, die in einer Richtung mit MR-Signalen gefüllt wurden. Weiterhin wird ein zweiter Spulenrohdatensatz erzeugt, der nur die Rohdatenlinien des Rohdatensatzes aufweist, die in die andere, entgegengesetzte Richtung mit MR-Signalen gefüllt wurden. Die Bildrekonstruktionseinheit rekonstruiert dann das Bild unter Berücksichtigung der beiden Spulenrohdatensätze in der Annahme, dass die beiden Spulenrohdatensätze von verschiedenen Empfangsspulen gleichzeitig aufgenommen wurden. Die Bildrekonstruktionseinheit rekonstruiert somit aus dem durch eine Empfangsspule erzeugten Rohdatensatz ein MR-Bild, als ob einer der Spulenrohdatensätze von einer ersten Empfangsspule aufgenommen worden wäre und der andere Spulenrohdatensatz von einer anderen Empfangsspule aufgenommen worden wäre.
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Bei der Rekonstruktion wird so getan, als ob die beiden Spulenrohdatensätze von unterschiedlichen virtuellen Empfangsspulen kommen würden. Wie eingangs erwähnt, führt die zeitliche Verschiebung bei den geraden und ungeraden Echos zu einer Phasenverschiebung in den entsprechenden Bildern. Diese unterschiedlichen Phasen treten jedoch auch bei parallelen Rekonstruktionstechniken auf, bei denen mehrere Spulen gleichzeitig die MR-Signale empfangen. Da parallele Rekonstruktionstechniken mit mehreren Spulen genau auf eine derartige Situation abgestimmt sind, können sie damit umgehen und ein MR-Bild aus den beiden Spulenrohdatensätzen erzeugen.
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Beispielsweise kann die Bildrekonstruktionseinheit das MR-Bild aus den beiden Spulenrohdatensätzen rekonstruieren wie es beispielsweise durch die Multispulenverfahren nach GRAPPA, SENSE oder SMASH bekannt ist.
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Die Bildrekonstruktionseinheit kann hierbei derart arbeiten, dass sie bei der Rekonstruktion des MR-Bildes die in dem ersten Spulenrohdatensatz fehlenden Rohdatenlinien, d.h. die Rohdatenlinie für die andere Richtung, aus den Rohdatenlinien des anderen Spulenrohdatensatzes bestimmt, der die Rohdatenlinien für die andere Richtung aufweist.
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Ebenso ist es möglich, dass die Bildrekonstruktionseinheit bei der Rekonstruktion der fehlenden Rohdatenlinien in einem Spulenrohdatensatz jeweils spulenabhängige Kalibrierungsdaten aus einem Kalibrierungsrohdatensatz verwendet. Der spulenabhängige Kalibrierungsrohdatensatz weist hierbei nur Rohdatenlinien auf, bei denen die Rohdatenlinien in eine Richtung mit MR-Signalen gefüllt wurden. Es gibt somit einen Kalibrierungsrohdatensatz für die erste virtuelle Spule, der nur Rohdatenlinien aufweist, die in die eine Richtung mit MR-Signalen gefüllt wurde, während der andere Kalibrierungsrohdatensatz von der anderen virtuellen Spule nur Rohdatenlinien aufweist, die in die entgegengesetzte Richtung mit Rohdaten gefüllt wurden.
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Weiterhin ist es möglich, dass bei der Rekonstruktion der fehlenden Rohdatenlinien in einem Spulenrohdatensatz, bei dem Rohdatenlinien in eine Richtung enthalten sind, der zugehörige Kalibrierungsrohdatensatz verwendet wird, d.h. der Rohdatensatz mit Rohdatenlinien in diese eine Richtung. Die fehlenden Rohdatenlinien des Rohdatenraums werden mit dem Kalibrierungsrohdatensatz, den Rohdatenlinien aus dem anderen Rohdatensatz, bei dem die Rohdatenlinien in die entgegengesetzte Richtung mit den MR-Daten gefüllt wurden und mit den vorhandenen Rohdatenlinien des Spulenrohdatensatzes rekonstruiert, bei dem die Rohdatenlinien in die eine Richtung verlaufen. Dies bedeutet, dass die fehlenden Rohdatenlinien mit dem zugehörigen Kalibrierungsrohdatensatz der entsprechenden virtuellen Spule, den eigenen Rohdaten und den Rohdatenlinien des anderen Spulenrohdatensatzes rekonstruiert werden. Enthält beispielsweise der Rohdatensatz nur gerade Echos, so werden die fehlenden Rohdatenlinien mit der Spulensensitivität oder dem Kalibrierungsrohdatensatz berechnet, die nur mit geraden Echos gefüllt wurden. Weiterhin werden die Rohdatenlinien aus dem Rohdatensatz der ungeraden Echos verwendet, um die fehlenden Linien bei dem Rohdatensatz mit geraden Echos zu rekonstruieren.
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Hierbei ist es möglich, dass bei dem spulenabhängigen Kalibrierungsrohdatensatz nicht der gesamte Rohdatenraum mit MR-Signalen gefüllt wird, sondern nur ein Teilbereich um das Zentrum des Rohdatenraums herum.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine MR-Anlage mit einer HF-Einheit zur Einstrahlung des HF-Pulses, einer Magnetfeldgradienteneinheit, die bipolare Magnetfeldgradienten mit unterschiedlicher Polarität wie oben beschrieben erzeugt, sowie eine Bildrekonstruktionseinheit, die wie oben erläutert ausgebildet ist, das MR-Bild aus MR-Signalen zu erzeugen, die eigentlich gleichzeitig mit zumindest zwei unterschiedlichen Empfangsspulen aufgenommen wurden, obwohl das Signal nur mit einer Empfangsspule aufgenommen wurde.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine MR-Anlage, mit der MR-Bilder erzeugt werden können, die Echos, die mit unterschiedlichen bipolaren Gradienten aufgenommen wurden mit einer Bildrekonstruktionseinheit rekonstruiert, die eigentlich bei parallelen Bildgebungsverfahren verwendet wird.
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2 zeigt schematisch ein Sequenzdiagramm und ein Füllen eines Rohdatenraums mit MR-Signalen mit der Anlage von 1.
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3 zeigt schematisch wie aus den aufgenommenen Rohdatenlinien erfindungsgemäß ein MR-Bild rekonstruiert wird, und
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4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm, das die grundlegenden Schritte aufweist, die zur Erzeugung eines MR-Bildes durchgeführt werden, wie es in Zusammenhang mit 2 und 3 beschrieben wurde.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine Ausführungsform beschrieben, bei der MR-Bilder aus einem Rohdatensatz erzeugt werden, bei dem Gradientenechos verwendet werden, die mit umgekehrten bipolaren Magnetfeldgradienten aufgenommen wurden.
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Die in 1 gezeigte MR-Anlage 1 weist einen Magneten 2 auf, der ein Polarisationsfeld B0 erzeugt zur Erzeugung einer Polarisation im Patienten oder der Untersuchungsperson 3. Die MR-Anlage weist Gradientenspulen 4 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf. Eine Empfangsspule 5 detektiert die MR-Signale aus der Untersuchungsperson. Die Empfangsspule 5 kann auch als Sendespule verwendet werden, oder es kann eine nicht gezeigte Körperspule zum Einstrahlen von HF-Pulsen verwendet werden.
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Die HF-Pulse werden einer HF-Einheit 6 erzeugt, und die Magnetfeldgradienten von einer Gradienteneinheit 7.
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Eine zentrale Steuereinheit 8 steuert die MR-Anlage. Über eine Eingabeeinheit 9 kann eine Bedienperson die gewünschten Informationen eingeben und die MR-Anlage steuern. Auf einer Anzeigeeinheit 10 können die MR-Bilder angezeigt werden. In einer Speichereinheit 11 können beispielsweise Bildgebungssequenzen oder andere Informationen gespeichert werden. Eine Bildaufnahmeeinheit 12 ist vorgesehen, die in Abhängigkeit von der gewählten Bildgebungssequenz die Abfolge der HF-Pulse und Magnetfeldgradienten festlegt und die von der Spule 5 detektierten MR-Signale im Rohdatenraum ablegt zur Erzeugung von MR-Rohdaten, die dann die Basis für die Rekonstruktion eines MR-Bildes bilden. Die Bildrekonstruktion erfolgt in einer Bildrekonstruktionseinheit 13, die ausgebildet ist, ein MR-Bild zu rekonstruieren mit MR-Signalen, die von verschiedenen Spulen gleichzeitig aufgenommen wurden, beispielsweise mit der GRAPPA-, SENSE-, oder SMASH-Technik.
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Wie durch die Abfolge von HF-Pulsen und Magnetfeldgradienten MR-Signale detektiert und allgemein MR-Bilder rekonstruiert werden, ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht im Detail erläutert.
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Selbstverständlich kann die MR-Anlage weitere Einheiten aufweisen, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind. Weiterhin können die verschiedenen Einheiten nicht in der dargestellten Trennung der einzelnen Einheiten verwirklicht sein. Es ist möglich, dass die verschiedenen Einheiten in Einheiten zusammengefasst sind oder unterschiedliche Einheiten miteinander kombiniert werden. Die als Funktionseinheiten dargestellten Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein.
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In 2 ist eine Bildgebungssequenz dargestellt zur Erzeugung von Gradientenechos. In dem dargestellten Fall ist die dargestellte Bildgebungssequenz eine Echo-Planar-Imaging-Sequenz, EPI-Bildgebungssequenz, bei der nach einem einzigen Anregungspuls 21 der gesamte Rohdatenraum entweder vollständig oder soweit wie gewünscht mit MR-Signalen gefüllt wird. Die Schichtselektion erfolgt durch gleichzeitiges Schalten eines Schichtselektionsgradienten 22 während des Anregungspulses 21 und ein Phasenkodiergradient 23 hat erst einen negativen Voranteil gefolgt von sogenannten kurzen Blips 24, mit denen die Phasenkodierrichtung kodiert wird. Der Auslesegradient 24 besteht aus einer Folge von bipolaren Magnetfeldgradienten mit unterschiedlicher Polarität, sodass die verschiedenen Signalechos zu den Zeitpunkten T1–T4 ... erzeugt werden. Die Anzahl der erzeugten Echos hängt von der Zahl der k-Raumlinien ab, die mit Rohdaten gefüllt werden sollen. In 2 ist weiterhin eine erste Rohdatenlinie 25 dargestellt, die das Signalecho zum T1 aufweist, während die Rohdatenlinie 26 die Rohdaten des Signalechos bei T2 aufweist. Die Signalauslese erfolgt in das Auslesefenster ADC1, ADC2, ...
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In der dargestellten Ausführungsform wird der gesamte k-Raum mit Rohdaten gefüllt. Es ist jedoch auch möglich, dass nicht der gesamte Rohdatenraum nach einer HF-Anregung mit Rohdaten gefüllt wird, sondern dass der Rohdatenraum in einzelnen Segmenten mit Rohdaten gefüllt wird, sodass in jedem Segment nur eine bestimmte Anzahl von k-Raumlinien wie die Linien 25 und 26 aufgenommen wird. In einer anderen Ausführungsform ist die Bildgebungssequenz eine Multiechosequenz, bei der nach Einstrahlen eines HF-Pulses wie dem HF-Puls 22 dieselbe k-Raumlinie für unterschiedliche Echozeiten mehrmals ausgelesen wird, wobei die Signalauslese nach einem weiteren HF-Puls mit einem anderen Phasenkodiergradienten wiederholt wird, um eine andere k-Raumzeile wiederholt für verschieden Echozeiten auszulesen. Bei dieser Ausführungsform können dann für jede Echozeit TE ein Rohdatensatz erzeugt werden, der jeweils Rohdatenlinien enthält, die in eine Richtung mit Rohdaten gefüllt werden, und Rohdatenlinien, die in die entgegengesetzte Richtung mit Rohdaten gefüllt werden.
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Die Bildgebungssequenz kann jede andere Bildgebungssequenz sein, bei der eine Rohdatenlinie einmal in die eine Richtung mit Rohdaten gefüllt wird, wobei durch die Umkehrung der Polarität des Magnetfeldgradienten eine andere Rohdatenlinie in die entgegengesetzte Richtung mit Rohdaten gefüllt wird. Wenn nun ein Rohdatensatz wie der Rohdatensatz 28 erzeugt worden ist, der k-Raumlinien aufweist, die in die eine Richtung mit Rohdaten gefüllt wurden und andere k-Raumlinien, die in die andere Richtung mit Rohdaten gefüllt wurden, kann wie in 3 näher erläutert wird, eine Rekonstruktion durchgeführt werden, die Bildartefakte vermeiden bzw. verringern kann, die entstehen, da durch die Magnetfeldgradienten unterschiedlicher Polarität die Signalechos nicht exakt in der Mitte eines Auslesezeitfensters liegen. Die Auslesezeitfenster ADC1, ADC2 sind beispielhaft in 2 dargestellt. Wie eingangs erwähnt, führen bipolare Gradientenfelder mit unterschiedlicher Polarität zu Signalechos, die in Abhängigkeit von der gewählten Polarität des Auslesegradienten eine gewisse Phasenverschiebung relativ zueinander haben. In der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass dies genau die Situation ist, die bei der Bildrekonstruktion bei der parallelen Bildgebung auftritt, wenn mehrere MR-Empfangsspulen das gleiche MR-Signal aufnehmen. Die in 1 gezeigte Bildrekonstruktionseinheit verwendet zur Rekonstruktion eines MR-Bildes hierbei Rekonstruktionstechniken, wie sie beispielsweise unter dem Begriff GRAPPA, ITERATIV-SENSE; SENSE oder SMASH bekannt sind.
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Hierfür wird der Rohdatensatz 28 in zwei sogenannte Spulenrohdatensätze 30 und 31 getrennt. Diese beiden Spulenrohdatensätze simulieren dann die Rohdatensätze, bei denen die Bildaufnahmeeinheit 12 davon ausgeht, dass sie mit unterschiedlichen Spulen aufgenommen wurden und die diese Spulenrohdatensätze so behandelt als wenn sie von unterschiedlichen Spulen aufgenommen worden wären. Wie bei der parallelen Bildgebung üblich, werden bei der parallelen Bildgebung nicht die gesamten Rohdatenlinien im Rohdatenraum aufgenommen, sondern nur ein Teil davon und die anderen Rohdatenlinien werden mit den Rohdatenlinien der anderen Spule und bekannten Spulencharakteristiken rekonstruiert. Obwohl es aus 3 nicht zu erkennen ist, kann die Erzeugung der beiden Spulenrohdatensätze in der Bildrekonstruktionseinheit 13 durchgeführt werden, sodass die in 3 gezeigte Abfolge in der Bildrekonstruktionseinheit 13 durchgeführt wird.
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Wie in 3 dargestellt, weist der eine Spulenrohdatensatz 30 nur die Rohdatenlinien auf, die in eine Richtung mit MR-Daten gefüllt wurden, während der andere Spulenrohdatensatz 31 die Rohdatenlinien aufweist, die in die entgegengesetzte Richtung aufgenommen wurden. Die beiden Spulenrohdatensätze 30 und 31 suggerieren, dass sie von zwei verschiedenen (virtuellen) Spulen aufgenommen wurden, während sie von einer einzigen Spule aufgenommen wurden. In dem dargestellten Fall weist jeder Spulenrohdatensatz nur Rohdatenlinien auf, die ungefähr 50% des gesamten Rohdatenraums einnehmen. Der eine Spulenrohdatensatz weist nur gerade Echos auf und der andere Spulenrohdatensatz weist nur die ungeraden Echos auf. Diese beiden Spulenrohdatensätze 30, 31 werden der Bildrekonstruktionseinheit zugeführt, die dann ein MR-Bild 33 unter Berücksichtigung der beiden Spulenrohdatensätze rekonstruiert. Hierbei kann die Bildrekonstruktionseinheit wie durch den Pfeil 32 angedeutet, Kalibrierungsdaten der verschiedenen virtuellen Spulen verwenden. Ein Kalibrierungsdatensatz einer virtuellen spule kann hierbei beispielsweise ein mit einer Empfangsspule aufgenommener Datensatz sein, der nur gerade oder nur ungerade Echos aufweist.
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Dies hätte den Vorteil dass der Rohdatenraum für die geraden und ungeraden Spulendatensätze nicht für die gleichen Rohdatenlinien aufgenommen werden muss, falls der gesamte Rohdatenraum zur Hälfte mit geraden Echos und zur anderen Hälfte mit ungeraden Echos gefüllt wird.
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Wie aus der parallelen Bildgebung bekannt, wird bei parallelen Rekonstruktionstechniken der Anteil der Rohdatenlinien, der nicht aufgenommen wurde, durch Rohdatenlinien einer anderen Spule und mithilfe einer Spulencharakteristik berechnet. Für die Aufnahme einer Spulencharakteristik können beispielsweise mit der einen Empfangsspule Rohdaten aufgenommen werden, wobei die gleiche bipolare Gradientenrichtung verwendet wurde bei allen Rohdatenlinien, und wobei der Rohdatenraum nur in einem Teilbereich beispielsweise nur das Zentrum mit Rohdaten gefüllt wird. Dadurch wird für jede virtuelle Spule ein virtueller Kalibrierungsrohdatensatz erzeugt, der verwendet werden kann, um die fehlenden Rohdatenlinien bei den Spulenrohdatensätzen zu rekonstruieren. Der virtuelle Spulenrohdatensatz kann beispielsweise mit Rohdaten erzeugt werden, die mit geraden Echos erzeugt wurden. Für den Spulenrohdatensatz, der nur gerade Echos aufweist, können dann die fehlenden Rohdatenlinien aus dem Spulenrohdatensatz mit ungeraden Echos und dem Kalibrierungsdatensatz für die virtuelle Spule mit geraden Echos rekonstruiert werden.
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Ein derartiges Verfahren verwischt den Effekt der chemischen Verschiebung und B0-Effekte, die üblicherweise zu entgegengesetzten Verzerrungen in den Bildern führen würden, die aus geraden oder ungeraden Echos erzeugt wurden.
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In 4 werden die Schritte zusammengefasst, mit denen ein MR-Datensatz wie oben beschrieben erzeugt, aufgenommen und ein MR-Bild rekonstruiert werden kann.
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Nach Aufnahme der MR-Signale in Schritt 41, können in Schritt 42, wie in 3 gezeigt, die Spulenrohdatensätze erzeugt werden. In Schritt 42 wird der Datensatz 28 in zwei Spulenrohdatensätze 30 und 31 aufgeteilt. In Schritt 43 werden dann diese verschiedenen Spulenrohdatensätze der Bildrekonstruktionseinheit zugeführt, die ausgebildet ist, Bilder zu rekonstruieren, die von verschiedenen Empfangsspulen gleichzeitig aufgenommen wurden. In Schritt 44 erfolgt die Rekonstruktion des MR-Bildes in der Bildrekonstruktionseinheit durch parallele Rekonstruktionsverfahren wie sie beispielsweise durch GRAPPA, SENSE oder SMASH bekannt sind.
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Die in 2 beschriebene Bildgebungssequenz ist als zweidimensionale Bildgebungssequenz beschrieben. Selbstverständlich ist das Verfahren auch für 3D-Aufnahmetechniken verwendbar. Weiterhin wurde in 2 eine kartesische Füllung des Rohdatenraumes beschrieben. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auch bei einer nicht-kartesischen Füllung des Rohdatenraums möglich.
