-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Bilddaten eines Untersuchungsobjekts, ein Ansteuersequenz-Ermittlungssystem zur Ermittlung einer Ansteuersequenz, unter deren Nutzung ein Magnetresonanzbildgebungssystem erfindungsgemäß angesteuert wird, und ein Magnetresonanzbildgebungssystem, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
-
Bildgebende Systeme, die auf einem Verfahren der Magnetresonanzmessung, insbesondere von Kernspins, basieren – sogenannte Magnetresonanztomographen –, haben sich durch vielfältige Anwendungen erfolgreich etabliert und bewährt. Bei dieser Art der Bildakquisition wird meist ein statisches Grundmagnetfeld B0, das zur Anfangsausrichtung und Homogenisierung von zu untersuchenden magnetischen Dipolen dient, zur Ortsauflösung des bildgebenden Signals mit einem schnell geschalteten Magnetfeld, dem sogenannten Gradientenfeld, überlagert. Zur Bestimmung von Materialeigenschaften eines abzubildenden Untersuchungsobjekts wird die Dephasierung bzw. Relaxationszeit nach einer Auslenkung der Magnetisierung aus der Anfangsausrichtung ermittelt, sodass verschiedene materialtypische Relaxationsmechanismen bzw. Relaxationszeiten identifiziert werden können. Die Auslenkung erfolgt meist durch eine Anzahl von HF-Pulsen und die Ortsauflösung beruht dabei auf einer zeitlich festgelegten Manipulation der ausgelenkten Magnetisierung mit Hilfe des Gradientenfelds in einer sogenannten Messsequenz bzw. Ansteuersequenz, welche eine genaue zeitliche Abfolge von HF-Pulsen, der Änderung des Gradientenfeldes (durch Aussenden einer Schaltsequenz von Gradientenpulsen) sowie der Erfassung von Messwerten festlegt.
-
Typischerweise erfolgt eine Zuordnung zwischen gemessener Magnetisierung – aus der die erwähnten Materialeigenschaften abgeleitet werden können – und einer Ortskoordinate der gemessenen Magnetisierung im Ortsraum, in dem das Untersuchungsobjekt angeordnet ist, mit Hilfe eines Zwischenschritts. In diesem Zwischenschritt werden erfasste Magnetresonanz-Rohdaten an Auslesepunkten im so genannten „k-Raum” angeordnet, wobei die Koordinaten des k-Raums als Funktion des Gradientenfeldes kodiert sind. Der Betrag der Magnetisierung (insbesondere der Quermagnetisierung, in einer Ebene quer zum vorbeschriebenen Grundmagnetfeld bestimmt) an einem bestimmten Ort des Untersuchungsobjekts kann aus den Daten des Auslesepunkts mit Hilfe einer Fourier-Transformation ermittelt werden, die aus einer Signalstärke (Betrag der Magnetisierung), die einer bestimmten Frequenz (der Ortsfrequenz) bzw. Phasenlage zugeordnet ist, eine Signalstärke des Signals im Ortsraum berechnet.
-
Das Gradientenfeld (insbesondere das sogenannte Gradientenmoment) bestimmt dabei einen Punkt im k-Raum, wobei der Verlauf des Gradientenfeldes eine Folge von k-Raum-Punkten festlegt, die als sogenannte „Trajektorie” durch den k-Raum oder auch als „Projektion” bezeichnet werden kann.
-
Der k-Raum wird dabei meist als Folge von Auslesepunkten abgetastet – sogenanntes Sampling –, wobei die Abstände zwischen den Auslesepunkten häufig gemäß der Nyquist-Shannon-Bedingung, und zudem meist gleichmäßig im k-Raum verteilt, vorgegeben sind. Somit ist gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem, für eine bestimmte angestrebte Anzahl von Bildpunkten pro Messraumbereich, d. h. für eine gewünschte Ortsauflösung der Bilddaten, eine Abtastrate des k-Raums vorgegeben. Daraus resultiert eine – meist relativ hohe – Mindestzeit für die Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten, aus denen Bilddaten mit einer bestimmten, gewünschten Ortsauflösung rekonstruiert werden können. Diese Mindestzeit kann insbesondere dann als stark limitierend aufgefasst werden, wenn z. B. die Erzeugung von Bilddaten eines sich bewegenden Untersuchungsobjekts angestrebt wird. Beispielsweise kann es sich um Bilddaten eines Herzens handeln. Insbesondere wird eine besonders schnelle Erfassung der Magnetresonanzdaten bei einer sogenannten CINE-Aufnahme benötigt, wenn z. B. ein „balanced steady state free precession” (bSSFP) Magnetresonanzsignal als Bildinformation erfasst werden soll (Magnetresonanz-Rohdaten, die mit einem bSSFP-Verfahren akquiriert werden, werden im Folgenden kurz als „bSSFP-Rohdaten” bezeichnet). Häufig wird deshalb eine geringe Ortsauflösung gewählt, um bSSFP-Rohdaten zu erfassen.
-
In
US 2008/0 252 290 A1 wird die Aufnahme von Rohdaten bei der Magnetresonanzbildgebung mit einem Abtastschema mit Auslesepaaren mit einem vorgegebenen Paarabstand und mit einem zumindest teilweise davon unterschiedlichen Abtastabstand beschrieben, wobei der Abtastabstand entlang der Ausleseachse variiert.
-
In
US 7 592 808 B1 werden bei der Aufnahme von Rohdaten bei der Magnetresonanzbildgebung in Ausleserichtung Abtastungen mit unterschiedlichen Abständen vorgenommen.
-
In H. Jung et al.: k-t FOCUSS: „A general compressed sensing framework for high resolution dynamic MRI”, Magn. Reson. Med. 61, 2009, S. 103–116, wird bei der bSSFP-Magnetresonanzbildaufnahme die Technik der paarweisen Abtastung von Rohdaten eingesetzt, um Artefaktbildungen zu reduzieren.
-
Es wäre wünschenswert, wenn Bilddaten mit einer vorgegebenen Qualität, d. h. insbesondere mit einer vorgegebenen Ortsauflösung, schneller als mit der durch die Nyquist-Bedingung bestimmten Mindestzeit erfasst werden könnten.
-
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Möglichkeit zu schaffen, die Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten zur Rekonstruktion von Bilddaten mit einer vorgegebenen Qualität schnell durchzuführen.
-
Diese Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Bilddaten eines Untersuchungsobjekts nach Anspruch 1, einem Ansteuersequenz-Ermittlungssystem nach Anspruch 10 und einem Magnetresonanzbildgebungssystem nach Anspruch 12 gelöst.
-
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts, insbesondere eines sich bewegenden Untersuchungsobjekts, werden Magnetresonanz-Rohdaten, insbesondere bSSFP-Rohdaten, erfasst, wobei die Magnetresonanz-Rohdaten Messwerte für mehrere Auslesepunkte im k-Raum umfassen. Die Auslesepunkte sind dabei entlang einer Ausleseachse, insbesondere in einer Ausleserichtung, im k-Raum als Auslesepaare mit einem vorgegebenen Paarabstand zueinander angeordnet. Die Ausleserichtung folgt einer Raumrichtung eines kartesischen Koordinatensystems im k-Raum. Bei der Ausleseachse handelt es sich um eine Achse, die parallel zur Phasenkodierrichtung im k-Raum verläuft. Die Phasenkodierrichtung wird üblicherweise als ky-Richtung des k-Raums bezeichnet.
-
Unter einem Auslesepaar kann dabei ein Paar von im k-Raum entlang der Ausleseachse benachbarten Auslesepunkten verstanden werden, die in dem Paarabstand, d. h. einer Distanz im k-Raum, angeordnet sind. Eine Distanz im k-Raum kann beispielsweise in Phasenkodierrichtung als Phasenabstand zweier Auslesepunkte im k-Raum aufgefasst werden, d. h. als deren Differenz der jeweiligen k-Werte bzw. k-Raumkoordinaten entlang der Ausleseachse, die insbesondere in analoger Weise zu einer räumlichen Differenz im dreidimensionalen Ortsraum berechnet werden kann.
-
Insbesondere handelt es sich bei einem Auslesepaar um ein Zweiertupel von entlang der Ausleseachse benachbarten, insbesondere zeitlich unmittelbar einander nachfolgend entlang der Ausleseachse ky erfassten Auslesepunkten. Der Paarabstand entlang der Ausleseachse legt damit einen ersten Samplingfaktor bzw. eine erste Abtastrate des k-Raums entlang der Ausleseachse fest.
-
Erfindungsgemäß weisen entlang der Ausleseachse angeordnete, im k-Raum entlang der Ausleseachse benachbarte Auslesepaare, d. h. insbesondere zeitlich unmittelbar einander nachfolgend entlang der Ausleseachse erfasste Auslesepaare, einen zu dem Paarabstand unterschiedlichen Abtastabstand auf. Dabei variiert der Abtastabstand entlang der Ausleseachse. Mit anderen Worten, es werden mindestens drei Auslesepaare, d. h. ein erstes, zweites und drittes Auslesepaar, entlang der Ausleseachse erfasst, wobei das erste Auslesepaar zu dem zweiten Auslesepaar einen anderen Abtastabstand aufweist als das zweite zu dem dritten Auslesepaar. Somit kann von einem sogenannten Sparse-Sampling des k-Raums entlang der Ausleseachse zur Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten gesprochen werden.
-
Der Abtastabstand ist dabei durch die Distanz im k-Raum zwischen zwei Auslesepaaren bestimmt, wobei insbesondere die Distanz zwischen den jeweiligen Mittelpunkten im k-Raum eines Auslesepaares, d. h. der Position mittig zwischen zwei Auslesepunkten des jeweiligen Auslesepaares, und einem zeitlich unmittelbar nachfolgend erfassten Auslesepaar betrachtet werden kann. Im Folgenden wird jedoch gleichbedeutend jeweils die Distanz im k-Raum der zeitlich in Ausleserichtung zuerst erfassten Auslesepunkte der jeweiligen benachbarten Auslesepaare als Abtastabstand betrachtet. Der Abtastabstand bestimmt somit einen weiteren, zweiten Samplingfaktor entlang der Ausleseachse, der das erwähnte Sparse-Sampling definiert. Bevorzugt erfolgt die Abtastung des k-Raums mit wenigstens einem Abtastabstand, der höher ist, als dies durch die Nyquist-Bedingung vorgegeben wäre. Man spricht in diesem Fall auch von Unterabtastung.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Ausleseachse ein Zentralpunkt mit einer Zentrumskoordinate zugeordnet, die mit der Koordinate des k-Raum Zentrums übereinstimmt. Für die Festlegung der Abtastabstände werden erfindungsgemäß mehrere Anordnungsregeln entlang der Ausleseachse, vorzugsweise für unterschiedliche Abschnitte entlang der Ausleseachse, angewandt, wobei vorzugsweise eine erste Anordnungsregel gleichmäßige Abtastabstände vorgibt und eine zweite Anordnungsregel variierende Abtastabstände vorgibt.
-
Erfindungsgemäß wird die Erkenntnis berücksichtigt, dass eine wesentliche Information über die in dem Untersuchungsobjekt angeregte Magnetisierung dem Bereich des k-Raum-Zentrums zugeordnet wird, denn die Hauptinformation der Fourier-Transformation in Form der Amplitude der niederfrequentesten Grundschwingung der Magnetresonanz-Rohdaten liegt im k-Raum-Zentrum. Meist ist dies auch der Punkt der Ausleseachse, dem die höchste Intensität eines Magnetresonanzsignals zugeordnet werden kann. Aus diesem Grund wird die Abtastung der Zentralbereichs mit einem Abtastschema aufgenommen, welches zum Beispiel eine besonders hohe Genauigkeit und Artefaktfreiheit gewährleistet. Dies wird vorzugsweise durch eine gleichmäßige und hinreichend dichte Abtastung erreicht. Die Abtastung der peripheren Bereiche des k-Raums kann dagegen insbesondere mit einer geringeren Abtastrate, d. h. einem größeren Abtastabstand, erfolgen als in dem Bereich der Ausleseachse, der näher zu dem k-Raum-Zentrum liegt.
-
Eine Rekonstruktion einer Bildinformation auf Basis der so erzeugten Auslesepunkte kann beispielsweise wie in dem Artikel „Sparse MRI: The Application of Compressed Sensing for Rapid MR Imaging”, Magnetic Resonance in Medicine 58: 1182–1195 (2007) von M. Lustig, D. Donoho und J. M. Pauly beschrieben erfolgen. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden ebenfalls bSSFP-Rohdaten erfasst, die jedoch dort den Nachteil aufweisen, dass sie aufgrund des Sparse-Samplings mit starken Wirbelströmen einhergehen, was zu ungewollten Artefakten in den rekonstruierten Bilddaten führt.
-
Die Erfindung beruht auf einer neuen Art das Sparse-Samplings, nämlich dem Sparse-Sampling von Auslesepaaren an Stelle eines Sparse-Samplings einzelner Auslesepunkte. Dabei können vorteilhafter Weise durch einen definierten Paarabstand der Auslesepunkte Wirbelstromeffekte, insbesondere bei bSSFP Magnetresonanzdaten, minimiert werden. Dieser erste konstante Sampling-Faktor entlang der Ausleserichtung, d. h. der Paarabstand, ermöglicht erst die Verwendung eines zweiten Sparse-Samplingfaktors, d. h. des Abtastabstands, ohne dass dabei die Bildqualität beeinträchtigt wird. D. h. eine extreme Beschleunigung der Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten kann dabei ohne wesentliche Qualitätseinbußen im Hinblick auf die erzeugten Bilddaten erreicht werden. Insbesondere kann eine Abtastrate des k-Raums gewählt werden, die insgesamt geringer ist, als dies durch das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem vorgegeben ist.
-
Die mit Hilfe der Erfindung akquirierten Magnetresonanz-Rohdaten erfüllen dabei vorteilhafterweise folgende Bedingungen:
- – Die Zuordnung der Messwerte zu Auslesepunkten erfolgt mit einem sogenannten „inkohärenten Abtastabstand”, d. h. entlang der Ausleseachse treten mehrere unterschiedliche Abtastabstände von Auslesepaaren auf.
- – Die zu rekonstruierenden Daten sind in einer sogenannten „Sparse-Darstellung” wie beispielsweise einer Wavelet- oder JPEG-Darstellung mit wenigen Koeffizienten darstellbar.
- – Die Rekonstruktion kann als „nichtlineares Optimierungsproblem” aufgefasst werden.
-
Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts, wobei eine Ausleseachse einem Bereich im k-Raum zugeordnet ist, der im Ortsbereich einem Untersuchungsobjekt zugeordnet ist. In dem Verfahren werden ferner zu einem ersten Zeitpunkt nach dem beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung ersten Auslesepunkten entlang der Ausleseachse im k-Raum zugeordnete Magnetresonanz-Rohdaten erfasst. Vorzugsweise werden Magnetresonanzbilddaten unter Nutzung der erfassten ersten Auslesepunkte rekonstruiert. Zu einem zweiten, insbesondere späteren, Zeitpunkt werden, vorzugsweise ebenfalls nach einem bereits beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren, zweiten Auslesepunkten entlang der genannten Ausleseachse im k-Raum zugeordnete Magnetresonanz-Rohdaten erfasst. Dabei unterscheidet sich für die Ausleseachse und damit insbesondere für denselben Ortsbereich des Untersuchungsobjekts die Anordnung der ersten Auslesepunkte im k-Raum von der Anordnung der zweiten Auslesepunkte. Weiterhin werden Magnetresonanzbilddaten unter Nutzung der an den zweiten Auslesepunkten angeordneten Magnetresonanz-Rohdaten rekonstruiert. Die Rekonstruktion der Bilddaten kann dabei unabhängig von den Magnetresonanz-Rohdaten der ersten Auslesepunkte erfolgen, aber auch auf Basis eines Magnetresonanz-Rohdatensatzes, der sowohl die Magnetresonanz-Rohdaten der ersten Auslesepunkte als auch der zweiten Auslesepunkte umfasst, d. h. es wird z. B. erst ein k-Raum aufgefüllt, der auch eine Zeitachse umfasst, und dann werden die Rohdaten im k-Raum einer entsprechenden mehrdimensionalen Fourier-Transformation zur Rekonstruktion von Bilddaten unterzogen. Somit handelt es sich vorzugsweise um mindestens drei- oder sogar vierdimensionale Magnetresonanzrohdaten, aus denen beispielsweise die zeitliche Entwicklung einer Schicht oder eines dickeren Volumens des Untersuchungsobjekts ermittelt werden kann.
-
Dieses Verfahren, bei dem zu verschiedenen Zeiten jeweils ein anderes Sampling im k-Raum zur Erzeugung von Bilddaten für denselben Ortsbereich eines Untersuchungsobjekts eingesetzt wird, kann insbesondere vorteilhaft bei der Erzeugung sogenannter CINE-Bilddaten eingesetzt werden. Dabei werden insbesondere in schneller zeitlicher Folge Magnetresonanzbilddaten derselben Schicht, also mehrere Aufnahmen des gleichen Ortsbereichs, des Untersuchungsobjekts erstellt. Diese können dann in schneller Abfolge dargestellt werden, sodass insbesondere Bewegungen, beispielsweise eines Herzens, als Film betrachtet werden können. Meist soll die Messung der Magnetresonanz-Rohdaten und deren Darstellung als Magnetresonanzbilddaten nahezu in Echtzeit erfolgen. Die Erfindung ermöglicht bei hoher Qualität der erzeugten Bilddaten aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit der Datenerfassung nahezu eine Echtzeiterfassung der Magnetresonanz-Rohdaten. Dabei wird insbesondere ausgenutzt, dass zusätzlich in der zeitlichen Dimension der erfassten Magnetresonanz-Rohdaten ebenfalls ein „Sparse-Sampling” benutzt wird. Über eine zeitliche Folge von mehreren Ausleseachsen, die vorzugsweise demselben Ortsbereich zugeordnet sind, tritt somit in der zeitlichen Dimension ebenfalls „Inkohärenz” auf. Die dabei betrachtete „Inkohärenz” betrifft in diesem Fall die Anzahl der identisch im k-Raum verlaufenden Ausleseachsen, bis ein Auslesepunkt der entlang einer zeitlich später erfassten Ausleseachse wieder demselben k-Raumpunkt zugeordnet wird, wie in einer früher abgetasteten Ausleseachse. Diese Anzahl variiert somit für einen betrachteten Auslesepunkt einer Ausleseachse gegenüber einem anderen Auslesepunkt, der entlang derselben Ausleseachse angeordnet ist (zeitliche Inkohärenz).
-
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Ansteuersequenz-Ermittlungssystem, welches dazu ausgebildet ist, eine Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem zu ermitteln, die so ausgebildet ist, dass das Magnetresonanzbildgebungssystem bei ihrer Anwendung gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren angesteuert wird. Dieses Ermittlungssystem kann als separate Baugruppe vorliegen oder auch in ein Magnetresonanzbildgebungssystem integriert sein.
-
Der Erfindungsgedanke schließt somit auch ein Magnetresonanzbildgebungssystem ein, umfassend eine Steuereinrichtung, welche zur Steuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist. Insbesondere kann die Steuereinrichtung unter Nutzung einer mit einem erfindungsgemäßen Ansteuersequenz-Ermittlungssystem erzeugten Ansteuersequenz arbeiten, sodass das Magnetresonanzbildgebungssystem mit der Ansteuersequenz angesteuert wird. Insbesondere kann das Ansteuersequenz-Ermittlungssystem auch Teil der Steuereinrichtung sein.
-
Wesentliche Teile des Ansteuersequenz-Ermittlungssystems können bevorzugt in Form von Software auf einer geeigneten programmierbaren Rechnereinheit, beispielsweise eines medizinischen Bildgebungssystems oder eines Terminals, mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung, insbesondere des Ansteuersequenz-Ermittlungssystems, hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Ansteuersequenz-Ermittlungssysteme bzw. medizintechnischen Bildgebungssysteme o. Ä. auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches direkt in einen Speicher eines Ansteuersequenz-Ermittlungssystems, einer Steuereinrichtung bzw. eines Magnetresonanzbildgebungssystems ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um die erforderlichen Schritte des oben Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in dem Ansteuersequenz-Ermittlungssystem, der Steuereinrichtung bzw. dem Magnetresonanzbildgebungssystem ausgeführt wird.
-
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
-
Vorzugsweise sind die mehreren verschiedenen, d. h. variierenden, Abtastabstände entlang der Ausleseachse nach einer Anordnungsregel festgelegt. Dabei kann es sich insbesondere um die Kombination mehrerer Anordnungsregeln handeln.
-
Beispielsweise ist es möglich, dass ein Bereich um einen Zentralpunkt der Ausleseachse mit einer höheren Abtastrate erfasst wird als ein weiter entfernt von dem Zentralpunkt angeordneter Bereich der Ausleseachse. D. h. die „Inkohärenz” nimmt zum Rand des k-Raums bzw. der Ausleseachse hin zu. Als Zentralpunkt der Ausleseachse wird dabei insbesondere ein Punkt mit einer Zentrumskoordinate bezeichnet, die mit einer Koordinate eines k-Raum-Zentrums übereinstimmt, also beispielsweise ein Punkt der ky-Achse mit dem Wert ky = 0. Vorzugsweise liegt der Punkt genau in der Mitte der ky-Achse. Bei diesen je nach Entfernung vom Zentralpunkt unterschiedlichen Abtastraten, d. h. Abtastabständen, wird insbesondere die Erkenntnis berücksichtigt, dass eine wesentliche Information über die in dem Untersuchungsobjekt angeregte Magnetisierung dem Bereich des k-Raum-Zentrums zugeordnet wird, denn die Hauptinformation der Fourier-Transformation in Form der Amplitude der niederfrequentesten Grundschwingung der Magnetresonanz-Rohdaten liegt im k-Raum-Zentrum. Meist ist dies auch der Punkt der Ausleseachse, dem die höchste Intensität eines Magnetresonanzsignals zugeordnet werden kann. Die Abtastung der peripheren Bereiche des k-Raums kann also mit einer geringeren Abtastrate, d. h. einem größeren Abtastabstand, erfolgen als in dem Bereich der Ausleseachse, der näher zu dem k-Raum-Zentrum liegt. Beispielsweise kann die Anordnungsregel auf einer Gaußfunktion basieren. D. h. die Abtastabstände können entlang der Ausleseachse, d. h. in einer Ausleserichtung gemäß einer, vorzugsweise reziproken, Gaußfunktion variieren. Insbesondere kann die Anordnungsregel so gewählt sein, dass der Maximalpunkt der Gaußfunktion, welche den Abtastabstand als Funktion von k-Raumkoordinaten entlang der Ausleseachse angibt, in peripheren Bereichen der Ausleseachse liegt, und der Minimalpunkt der Gaußfunktion in einem Bereich der Ausleseachse, der dem k-Raum-Zentrum am nächsten liegt, wie dies beispielsweise schnell mit einer reziproken Gaußfunktion funktionell beschrieben werden kann. Es kann dann davon gesprochen werden, dass die Dichte der Auslesepunkte am Zentralpunkt bzw. im Bereich des Zentralpunkts am höchsten ist.
-
Die Anordnungsregel kann beispielsweise auch auf einer linear verlaufenden Abstandsfunktion basieren. D. h. der Abtastabstand kann beispielsweise ausgehend von einem bestimmten Punkt der Ausleseachse linear wachsend oder schrumpfend durch die linear verlaufende Abstandsfunktion vorgegeben werden.
-
Insbesondere kann der Ausleseachse wie erwähnt ein Zentralpunkt mit einer Zentrumskoordinate zugeordnet sein, die mit einer Koordinate eines k-Raum Zentrums übereinstimmt, und die Anordnungsregel so gewählt sein, dass der Abtastabstand (zwischen benachbarten Auslesepaaren) mit steigender Entfernung (im k-Raum) von dem Zentralpunkt zunimmt. Umgekehrt kann davon gesprochen werden, dass die Dichte der Auslesepunkte entlang der Ausleseachse zum Zentralpunkt hin zunimmt.
-
Somit kann beispielsweise in Kombination mit der Verwendung einer linearen Abstandsfunktion als Anordnungsregel auf einfache Art und Weise eine geringe Abtastrate (insbesondere geringer als durch das Nyquist-Theorem vorgegeben) festgelegt werden, die ein Rekonstruktion von Bilddaten mit einer vorgegebenen Ortsauflösung erlaubt.
-
Der Abtastabstand kann bevorzugt auch inkohärent, asymmetrisch gewählt sein bzw. zunehmen. D. h. beispielsweise dass die Anordnungsregel so gewählt ist, dass mehrere der Abtastabstände asymmetrisch zu dem Zentralpunkt gewählt sind und insbesondere dabei die Inkohärenz, also die Abtastabstände, mit der Entfernung vom Zentralpunkt hin zunimmt. Asymmetrisch zu dem Zentralpunkt bedeutet dabei insbesondere, dass entlang der Ausleseachse ein Betrag eines Abstandes zu dem Zentralpunkt gefunden werden kann, in dem lediglich ein einziges Auslesepaar angeordnet ist, d. h. beispielsweise links und rechts vom Zentralpunkt liegt in diesem gefundenen Abstand nur ein einziges Auslesepaar. Mit anderen Worten, es existiert wenigstens ein „asymmetrisches Auslesepaar”, welches dadurch bestimmt ist, dass entlang der Ausleseachse in demselben Abstand (im Hinblick auf den Betrag des Abstands) zu dem Zentralpunkt kein weiteres Auslesepaar auftritt.
-
Wie erwähnt, können mehrere Anordnungsregeln entlang der Ausleseachse angewandt werden. Vorzugsweise werden dabei unterschiedliche Anordnungsregeln für unterschiedliche Abschnitte entlang der Ausleseachse angewandt. Beispielsweise kann eine erste Anordnungsregel gleichmäßige Abtastabstände vorgeben, insbesondere in einem ersten Abschnitt entlang der Ausleseachse, und eine zweite Anordnungsregel variierende Abtastabstände, insbesondere in einem zweiten, zu dem ersten Abschnitt unterschiedlichen Abschnitt, entlang der Ausleseachse.
-
Beispielsweise kann die erste Anordnungsregel in einem Abschnitt im Bereich des Zentralpunkts der Ausleseachse angewandt werden, und die zweite Anordnungsregel in einem weiter von dem Zentralpunkt entfernten, d. h. einem peripheren, Abschnitt der Ausleseachse. Liegt der Zentralpunkt nicht in einem Randbereich des entlang der Ausleseachse abgetasteten k-Raums, sondern beispielsweise mittig auf der Ausleseachse, können insbesondere die dann auftretenden beiden peripheren Abschnitte des k-Raums entlang der Ausleseachse gemäß der zweiten Anordnungsregel abgetastet werden.
-
Wie bereits erwähnt, kann eine besonders wirkungsvolle Kombination mehrerer Anordnungsregeln, welche insbesondere berücksichtigt, dass eine Hauptinformation bei der Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten dem k-Raumzentrum zugeordnet wird, beispielsweise darin bestehen, dass im Bereich des Zentralpunkts, insbesondere über mehrere Auslesepaare hinweg, entlang der Ausleseachse ein konstanter Abtastabstand auftritt, und erst in einem peripheren Bereich der Ausleseachse der Abtastabstand vergrößert wird, z. B. linear oder gemäß einer Gaußfunktion, also inkohärent.
-
Eine weitere Beschleunigung der Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten kann durch eine Anordnungsregel erreicht werden, die auf einem sogenannten „Partial-Fourier-Verfahren” basiert. Hierzu kann die Anordnungsregel so gewählt sein, dass Auslesepunkte entlang der Ausleseachse in einer Ausleserichtung nur jeweils ausgehend von einem Bereich um dem erwähnten Zentralpunkt der Ausleseachse, bzw. dem Zentralpunkt selbst, in einer Richtung nach außen hin angeordnet sind. Diese Richtung muss nicht notwendigerweise mit der Ausleserichtung übereinstimmen. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass der k-Raum punktsymmetrisch zum k-Raum Zentrum ist. D. h. ausgehend von dem Zentralpunkt in einer Richtung entlang der Ausleseachse erfasste Auslesepunkte und die zugehörigen Magnetresonanzrohdaten können zur Rekonstruktion der Bilddaten an dem Zentralpunkt gespiegelt dem k-Raum zugeordnet werden. Somit kann die Erfassung von Messwerten auf einen Quadranten des k-Raums beschränkt werden und die Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten deutlich beschleunigt werden.
-
Diese Weiterbildung betrifft somit ein Verfahren, bei dem der Ausleseachse ein Zentralpunkt mit einer Zentrumskoordinate zugeordnet ist, die mit einer Koordinate eines k-Raum Zentrums übereinstimmt, die Ausleseachse einen ersten Abschnitt, entlang dem mehrere Auslesepaare erfasst werden, und einen zweiten Abschnitt aufweist, welcher durch Spiegelung des ersten Abschnitts an dem Zentralpunkt (k0) ermittelt wird, der frei von Auslesepunkten ist. Insbesondere können dabei, wie erwähnt, zur Erzeugung der Magnetresonanzbilddaten Rohdaten von Auslesepaaren, die entlang dem ersten Abschnitt im k-Raum angeordnet sind, an dem Zentralpunkt gespiegelt wieder dem k-Raum mit entsprechenden gespiegelten Koordinaten angeordnet werden.
-
Ferner kann die Anordnungsregel auch auf einem Pseudozufallsverfahren beruhen. D. h. die Variation und Veränderung des Abtastabstandes erfolgt gemäß der Anordnungsregel quasi zufällig, aber reproduzierbar, deterministisch und nicht echt zufällig, also basierend auf einer Pseudo-Zufallsregel. Dazu kann der Abtastabstand beispielsweise mit Hilfe eines Pseudo-Zufallsgenerators berechnet werden. Der Pseudo-Zufallsgenerator kann beispielsweise in dem erwähnten Ansteuersequenz-Ermittlungssystem, der Steuereinheit oder dem Magnetresonanzbildgebungssystem umfasst sein. Die deterministische Vorgabe des Abtastabstands, die in diesem Fall die Pseudo-Zufallsregel bilden kann, kann dann beispielsweise unter Nutzung eines „linearen Shiftregisters” des Pseudo-Zufallsgenerators erfolgen. Dafür existieren z. B. einfache Konstruktionsvorschriften, die auf effiziente Art und Weise die Realisierung eines Pseudozufallsgenerators erlauben.
-
Alternativ oder in Kombination ist auch denkbar, dass die Pseudo-Zufallsregel bzw. der Abtastabstand unter Nutzung eines „modulo Shiftregisters” des Pseudo-Zufallsgenerators vorgegeben wird, wobei das Teilungsverhältnis (d. h. der Modulo-Teiler des Shiftregisters) durch den Goldenen Schnitt der Länge im k-Raum des entlang der Ausleseachse zu erfassenden Abschnitts des Untersuchungsobjekts gegeben ist, was ebenfalls leicht realisierbar wäre.
-
Die Nutzung des Pseudo-Zufallsprinzips ermöglicht es insbesondere, Magnet-Resonanz-Rohdaten zu erzeugen, die eine Sparse-Darstellung mit einer begrenzten Anzahl von Darstellungskoeffizienten erlauben, die kleiner als die Anzahl der Auslesepunkte ist, die durch das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem für die Ausleseachse vorgegeben ist, sodass damit eine Unterabtastung des k-Raums möglich wird.
-
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen.
-
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer Ausleseachse, entlang welcher der k-Raum gemäß der Erfindung abgetastet wird,
-
2 schematisch die grafische Darstellung einer Anordnungsregel für Auslesepaare anhand des Verlaufs des Abtastabstands von Auslesepaaren im k-Raum,
-
3 eine schematische Darstellung der Abtastung des k-Raums unter Anwendung der Erfindung in einem CINE-Bildakquisitionsverfahren unter Nutzung von bSSFP-Rohdaten,
-
4 eine schematische Darstellung der Abtastung des k-Raums unter Anwendung der Erfindung gemäß einem „partial Fourier”-Verfahren, und
-
5 die schematische Darstellung eines Magnetresonanz-Bildgebungssystem mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ansteuersequenz-Ermittlungssystems.
-
1 zeigt eine Ausleseachse ky, die in einem k-Raum orthogonal zu einer Trajektorie zur Abtastung des k-Raums zur Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten eines Untersuchungsobjekts verläuft. In diesem wie in allen weiteren Ausführungsbeispielen sollen Magnetresonanzsignale gemäß einem bSSFP-Verfahren erfasst werden.
-
Wie in der Zusammenschau mit 5 erkennbar ist, ist das Untersuchungsobjekt O zur Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten RD im Messraum 8 eines Magnetresonanzbildgebungssystems 1 angeordnet. Die Ortskodierung der Magnetresonanz-Rohdaten RD erfolgt wie üblich im sogenannten k-Raum, der über eine Fourier-Transformation Ortsbereichen des Untersuchungsobjekts O und damit des Messraums 8 zugeordnet ist.
-
1 zeigt die zeitliche Folge der Abtastung des k-Raums entlang einer Ausleseachse ky. Die Ausleseachse ky verläuft dabei parallel zur ky-Richtung des k-Raums, d. h. parallel zur sogenannten Frequenzkodierrichtung. Die entlang der Ausleseachse erfassten Magnetresonanz-Rohdaten bzw. Messdaten werden, wie eingangs erwähnt, in einem Zwischenschritt zunächst dem k-Raum zugeordnet. Jeder der mit einem Kreuz „X” markierten Punkte entspricht dabei demselben k-Raum Wert in der zur Phasenkodierrichtung orthogonalen Frequenzkodierrichtung (d. h. demselben kx-Wert). Die Abtastung des k-Raums erfolgt in diesem wie auch in allen weiteren Ausführungsbeispielen entlang von parallel angeordneten Trajektorien, die insbesondere parallel zur Frequenzkodierrichtung im k-Raum verlaufen, so dass die Abtastung im k-Raum durch ein kartesisches Koordinatensystem beschrieben wird.
-
Um Bilddaten des Untersuchungsobjekts mit einer gewünschten Ortsauflösung zu erhalten, wird der k-Raum meist mit einer gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem vorgegebenen Abtastrate gesampelt, d. h., die Magnetresonanz-Messwerte sind vorgegebenen Auslesepunkten im k-Raum zugeordnet. Die gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem bei einer vorgegebenen Ortsauflösung notwendigen Auslesepunkte sind in 1 als Kreuze („X”) markiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es jedoch, dass nicht zu allen mit einem Kreuz markierten Auslesepunkten tatsächlich Messwerte erfasst werden müssen, ohne die Ortsauflösung der erzeugten Bilddaten zu reduzieren. Erfasst werden entlang der Ausleseachse ky lediglich Messwerte für die mit einem gefüllten Kreis markierten Auslesepunkte.
-
Entlang der Ausleseachse ky sind exemplarisch Auslesepaare P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 markiert, die jeweils aus einem Paar von zeitlich entlang der Ausleseachse unmittelbar nacheinander erfassten Auslesepunkten AP7, AP10, AP22, AP25, AP34, AP37, AP43, AP46, AP50, AP53, AP56, AP59, AP62, AP65 gebildet werden. (Die Nummerierung der Bezugszeichen der Auslesepunkte erfolgt dabei von links nach rechts entsprechend der Ausleserichtung der Ausleseachse. Der Zahlenwert der Nummerierung entspricht dabei der in dieser Richtung kontinuierlich fortlaufenden Nummerierung der mit einem Kreuz markierten Auslesepunkte, die gemäß dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem notwendig wären.) Die Auslesepunkte AP7, AP10, AP22, AP25, AP34, AP37, AP43, AP46, AP50, AP53, AP56, AP59, AP62, AP65 eines Auslesepaars P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 sind dabei jeweils gleich im k-Raum voneinander beabstandet und weisen somit einen Paarabstand DP auf, der für jedes Auslesepaar P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7 entlang der Ausleseachse ky gleich ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der Paarabstand DP lediglich für die Auslesepaare P1, P2, P3 in 1 eingezeichnet.
-
Die betrachtete Ausleseachse ky kann in mehrere Abschnitte RR1, RR2 unterteilt werden, in denen der k-Raum jeweils basierend auf unterschiedlichen Anordnungsregeln R1, R2 für Auslesepaare bzw. Auslesepunkte abgetastet wird. Ein erster Abschnitt RR1 ist dabei im Bereich eines Zentralpunkts k0 der Ausleseachse ky angeordnet, und zweite Abschnitte RR2 sind weiter entfernt von dem Zentralpunkt k0 in zwei peripheren Bereichen der Ausleseachse ky und des k-Raums angeordnet, die sich jeweils direkt an den ersten Ausleseabschnitt RR1 im k-Raum anschließen. Der Zentralpunkt k0 weist dabei eine Koordinate im k-Raum auf, die mit einer Koordinate des Zentrums des k-Raums übereinstimmt. In der üblichen Nomenklatur in des dreidimensionalen k-Raums weist das Zentrum des k-Raums die Koordinaten (0, 0, 0) auf, d. h. dem k-Raum Zentrum sind in Frequenzkodierrichtung, Phasenkodierrichtung, Schichtselektionsrichtung jeweils die k-Werte „Null” als k-Raum-Koordinaten zugeordnet.
-
Der Abstand bzw. die Distanz im k-Raum, also der Abtastabstand DA1, DA2 zwischen den einzelnen, von jeweils zeitlich unmittelbar nacheinander erfassten Auslesepaaren P1, P2, P3, die im ersten Abschnitt R1 angeordnet sind, wird dabei durch die erste Anordnungsregel R1 festgelegt. Im dargestellten Fall legt die Anordnungsregel R1 fest, dass Magnetresonanzrohdaten für Auslesepunkte im Bereich bzw. Abschnitt RR1, der den Zentralpunkt k0 der Ausleseachse ky einschließt, mit einer konstanten Abtastrate des k-Raums erfasst werden. Der Abtastabstand DA1, DA2 ist dazu, wie erkennbar, doppelt so groß gewählt wie der Paarabstand DP, so dass die Distanz im k-Raum zwischen dem zuletzt erfassten Auslesepunkt AP59 eines Auslesepaares P2 und dem unmittelbar danach erfassten ersten Auslesepunkt AP62 eines weiteren, zweiten Auslesepaares P1 dem Paarabstand DP entspricht. Ein solches Abtasten bzw. Sampeln des k-Raums im Bereich des Zentralpunkts k0 bringt den Vorteil mit sich, dass die für die Rekonstruktion wichtigsten Auslesepunkte, d. h. Auslesepunkte, die insbesondere im Bereich von extremalen Magnetresonanz-Messwerten im k-Raum angeordnet sind, mit einer festgelegten Qualität rekonstruiert werden können. Anschaulich erläutert, kann durch dieses Sampling im Bereich eines maximalen Magnet-Resonanzsignals eine Grundqualität der Rekonstruktion, sichergestellt werden.
-
In peripheren Bereichen bzw. Abschnitten RR2 der Ausleseachse ky wird im dargestellten Ausführungsbeispiel eine andere Anordnungsregel R2 angewandt. Diese ist derart gewählt, dass der Abtastabstand DA3, DA4, DA5 mit zunehmender Distanz der Auslesepaare P4, P5, P6, P7 vom Zentralpunkt k0 wächst. Dies ermöglicht insbesondere die angestrebte Beschleunigung der Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten, durch eine gegenüber dem Abschnitt RR1 verstärkte Unterabtastung gegenüber einer Abtastung gemäß dem Nyquist-Shannon-Theorem. Wie erkennbar ist, wächst der Abtastabstand DA3, DA4, DA5 linear mit der Entfernung der Auslesepaare im k-Raum von dem Zentralpunkt k0. Die Abtastabstände DA3, DA4, DA5 sind damit nicht identisch, diese Abschnitte RR2 werden „sparse” im k-Raum abgetastet, wobei die „Inkohärenz” der Abtastabstände zum Rand des k-Raums hin zunimmt.
-
Über die Darstellung der 1 hinausgehend könnten beispielsweise jedoch auch andere Anordnungsregeln R1, R2 verwendet werden, wie dies in 2 dargestellt ist. In 2 ist der Verlauf des Abtastabstands DA über den Verlauf der Ausleseachse ky im k-Raum gezeigt. Dabei wurde die Anordnungsregel R1, wie bezüglich 1 erläutert, im Bereich RR1 des Zentralpunkts k0 so gewählt, dass der Abtastabstand DA in diesem Abschnitt RR1 konstant ist. Die Anordnungsregel R2 beruht im dargestellten Fall, wie durch die Strichelung erkennbar ist, nunmehr auf einer reziproken Gaußfunktion, die den Abtastabstand DA ausgehend von dem konstanten Wert DA gemäß der Anordnungsregel R1 so festlegt, dass der Abtastabstand DA in peripheren Bereichen bzw. Abschnitten RR2 der Ausleseachse ky zunimmt. Ein Funktionsparameter der Gaußfunktion, die den Abtastabstand festlegt, ist dabei der Abstand des jeweiligen in einem Abtastabstand DA anzuordnenden Auslesepaares vom Zentralpunkt k0. So kann eine über die Unterabtastung gemäß einer linearen Anordnungsfunktion hinausgehende Reduzierung der Abtastung des k-Raums in den Abschnitten RR2 erreicht werden. Die Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten wird somit weiter beschleunigt.
-
Die Rekonstruktion der Bilddaten kann für solchermaßen erzeugte Magnetresonanz-Rohdaten mit einem entlang einer Ausleseachse ky variierenden Abtastabstand auf einem nichtlinearen Optimierungsverfahren beruhen. Dies ist beispielsweise in dem eingangs erwähnten Dokument von M. Lustig et al. beschrieben. Die Unterabtastung beruht dabei auf der Sparse-Anordnung von Auslesepaaren P4, P5, P6 (1) und versucht dabei die Sparse-Anordnung von einzelnen Auslesepunkten zu vermeiden. Damit ermöglicht es die Erfindung erstmals, die Anregung von Wirbelstromeffekten auch bei einer Sparse-Abtastung des k-Raums bzw. Untersuchungsobjekts weitgehend zu unterdrücken.
-
Die Darstellung der Figuren beschränkt sich aus Gründen der Übersichtlichkeit dabei auf eine einzelne oder ggf. wenige Ausleseachsen. Um eine Schichtdarstellung des Untersuchungsobjekts zu erhalten, sollten für die in den Ausführungsbeispielen verwendete kartesische Abtastung des k-Raums, für eine Schicht, die parallel zur ky-Richtung angeordnet ist und die Ausleseachse ky umfasst, mehrere orthogonal zu der dargestellten Ausleseachse ky in einem Abstand im k-Raum angeordnete Trajektorien, die insbesondere parallel zur Frequenzkodierrichtung verlaufen, abgetastet werden.
-
3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer sogenannten CINE-MRI Aufnahme, wie sie häufig für die Funktionsanalyse beispielsweise eines Herzens eingesetzt wird. Dabei werden in rascher Folge Schnittbilder desselben Bereichs des Untersuchungsobjekts erzeugt, die quasi wie ein Film („CINE”) betrachtet und analysiert werden können. Exemplarisch zeigt 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit eine zeitliche Folge von wenigen, mehreren Ausleseachsen TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 im k-Raum zur Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten eines Untersuchungsobjekts. Jede der Ausleseachsen schneidet die Frequenzkodierrichtung wiederum bei dem gleichen Frequenzkodierwert (d. h. der gleichen kx-Koordinate). Der Beginn der Abtastung des k-Raum entlang dieser Ausleseachsen erfolgt zu unterschiedlichen Startzeitpunkten t1, t2, t3, t4, t5 und die Ausleseachsen TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 verlaufen im k-Raum so, dass jeweils im Wesentlichen der gleiche Bereich eines Untersuchungsobjekts, jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten, erfasst wird. Die Anordnung von Auslesepunkten entlang der Ausleseachse TR1 entspricht dabei vollständig der bezüglich 1 erläuterten Abtastung des k-Raums entlang der Ausleseachse ky.
-
Die Anordnung der Auslesepunkte der zeitlich nachfolgend gestarteten abgetasteten Ausleseachsen TR2, TR3, TR4, TR5 im dargestellten Verfahren wird dabei ausgehend von den Anordnungsregeln R1 und R2, die, wie bezüglich 1 beschrieben, auf Abschnitte RR1, RR2 der Ausleseachse TR1 angewandt werden, unter Nutzung eines Pseudo-Zufallsgenerators modifiziert. Die mit einem Kreuz markierten Punkte der Ausleseachsen TR2, TR3, TR4, TR5 entsprechen, wie bezüglich 1 erläutert, den Auslesepunkten, die für eine gleichförmigen Abtastung des k-Raums gemäß den Vorgaben des Nyquist-Shannon Abtasttheorems mit einer vorgegebenen Ortsauflösung benötigt werden würden. Als Distanzmaß im k-Raum entlang der Ausleseachsen TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 wird in dieser Darstellung die Anzahl von Auslesepunkten gemäß Nyquist-Shannon („Nyquist Auslesepunkte”) verwendet, so dass die Distanz auch in der Darstellung leicht ermittelt werden kann. Wie damit leicht erkennbar ist, weist jede der Ausleseachsen TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 einen Abschnitt auf, der ähnlich zur Anordnungsregel R1 der Ausleseachse TR1 (vgl. 1, dort Ausleseachse ky), äquidistant, d. h. gleichmäßig mit Auslesepunkten, und gleichmäßigem Abtastabstand abgetastet wird. Jedoch ist die Anordnung dieses Abschnitts RR1 im k-Raum nicht für jede der Ausleseachsen TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 identisch. Die Verschiebung, bzw. Lage und Abmessung dieses Abschnitts um den Zentralpunkt k0 der jeweiligen Ausleseachse TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 wird durch einen Pseudo-Zufallszahlengenerator bestimmt.
-
Ferner umfasst jede Ausleseachse TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 einen peripheren Abschnitt RR2, in dem die Abtastabstände DA mit der Entfernung zum Zentralpunkt k0, wie bezüglich der Ausleseachse ky in 1 beschrieben, zunehmen. Ein Skalierungsfaktor einer linearen Abstandsfunktion, die als Anordnungsregel für die jeweilige Ausleseachse zum Einsatz kommt, wird dabei durch einen Pseudo-Zufallszahlengenerator bestimmt.
-
Bei diesem Verfahren ist festzustellen, dass sich wenigstens die Lage eines Auslesepunkts im k-Raum einer der Ausleseachsen TR1, TR2, TR3, TR4, TR5 sich von einer zeitlich nachfolgend abgetasteten Ausleseachse TR2, TR3, TR4, TR5 unterscheidet. Dies wird insbesondere am Beispiel der ersten Auslesepunkte der Ausleseachse TR1 (vgl. 1) und der zweiten Auslesepunkte AP3, AP6, AP18, AP33, AP39, AP42, AP46, AP52, AP58, AP55, AP58, AP61, AP64, AP67 der Ausleseachse TR2 deutlich. Die Position keines der zweiten Auslesepunkte AP3, AP6, AP18, AP33, AP39, AP42, AP46, AP52, AP58, AP55, AP58, AP61, AP64, AP67 der Ausleseachse TR2 stimmt mit der Position eines der ersten Auslesepunkte der Ausleseachse TR1 überein. Die erzeugten Magnetresonanz-Rohdaten sind somit zeitlich „inkohärent” im k-Raum verteilt. Damit kann die Erfassung von Magnetresonanzrohdaten zeitliche effizienter gestaltet werden, da bei der Rekonstruktion von Bilddaten, die auf Magnetresonanzrohdaten beruhen, die zeitlich inkohärent erfasst wurden, die Möglichkeit besteht, die räumliche Unterabtastung zu erhöhen, d. h. die Abtastabstände zu vergrößern.
-
4 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Beschleunigung der Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten. Dabei ist wiederum eine Folge von zeitlich nacheinander gestarteten und abgetasteten Ausleseachsen TR1, TR2 des im Wesentlichen gleichen Abschnitts des k-Raums und derselben Schicht des Untersuchungsobjekts dargestellt. Die Ausleseachsen TR1, TR2 umfassen jeweils, wie bereits bezüglich der 1 bis 3 erläutert, im Bereich des Zentralpunkts k0 einen Abschnitt RR1, in denen die Auslesepunkte in einem gleichmäßigen Abstand zueinander angeordnet sind, ähnlich der bezüglich 1 erwähnten Anordnungsregel R1. Ferner weist jede der Ausleseachsen TR1, TR2 einen peripheren Abschnitt RR2 auf, in dem mehrere Auslesepaare mit variierendem Abtastabstand angeordnet sind. Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 3 werden jedoch entlang der Ausleseachsen TR1, TR2 jeweils nur zusätzlich zu den Rohdaten an den gleichmäßig angeordneten Auslesepunkten im Abschnitt RR1 Rohdaten in einem der peripheren Abschnitte RR2, RR2' an außerhalb des Abschnitts RR1 auftretenden Auslesepunkten erfasst. Dieser Abschnitt RR2 liegt dabei für jede der Ausleseachsen TR1, TR2 in demselben bestimmten Quadranten des k-Raums, der in diesem Fall, ausgehend von dem Zentralpunkt k0, Abschnitte der Ausleseachse TR1, TR2 umfasst, die mit negativen Koordinaten in Phasenkodierrichtung im k-Raum beschrieben werden. Dabei ist hervorzuheben, dass auch jede andere Vorzugsrichtung ausgehend vom Zentralpunkt k0 der Ausleseachse TR1, TR2 den Quadranten des k-Raums festlegen könnte. Zur Rekonstruktion der Bilddaten können symmetrisch zum Zentralpunkt k0 die Rohdaten der im Abschnitt RR2 erfassten Auslesepaare auch in dem nicht mit Auslesepunkten abgetasteten Abschnitt RR2' der Ausleseachse TR1, TR2 im k-Raum eingefügt werden, d. h. kopiert werden, ohne dabei die Bildinformation zu verfälschen. Somit ist aber eine Abtastung des k-Raums im Abschnitt RR2' unter Nutzung der Variation des Gradientenfeldes nicht erforderlich, was zu einer weiteren Beschleunigung der Erfassung der Magnetresonanz-Rohdaten führt.
-
Die beschriebenen Verfahren zur Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Untersuchungsobjekts können insbesondere unter Nutzung eines Magnetresonanzbildgebungssystems 1 erfolgen, wie es in 5 dargestellt ist.
-
5 zeigt grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage bzw. ein Magnetresonanzbildgebungssystem 1. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Messraum 8 bzw. Patiententunnel. Eine Liege 7 ist in diesen Patiententunnel 8 hineinfahrbar, so dass ein darauf liegendes Untersuchungsobjekt O (Patient/Proband) während einer Untersuchung an einer bestimmten Position innerhalb des Magnetresonanzscanners 2 relativ zu dem darin angeordneten Magnetsystem und Hochfrequenzsystem gelagert werden kann bzw. auch während einer Messung zwischen verschiedenen Positionen verfahrbar ist.
-
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 3, ein Gradientensystem 4 mit Gradientenspulen, um beliebige Magnetfeldgradienten in x-, y- und z-Richtung anzulegen, sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5. Der Empfang von im Untersuchungsobjekt O induzierten Magnetresonanzsignalen kann über die Ganzkörperspule 5 erfolgen, mit der in der Regel auch die Hochfrequenzsignale zur Induzierung der Magnetresonanzsignale ausgesendet werden. Üblicherweise werden diese Signale aber mit beispielsweise auf oder unter das Untersuchungsobjekt O gelegten Lokalspulen 6 empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der 5 nur grob schematisch dargestellt. Die Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 kann z. B. in Form einer so genannten Birdcage-Antenne eine Anzahl N von einzelnen Antennenstäben aufweisen, die als einzelne Sendekanäle S1, ..., SN separat von einer Steuereinrichtung 10 ansteuerbar sind, d. h. es handelt sich bei dem Magnetresonanztomographiesystem 1 um ein pTX-fähiges System. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch an klassischen Magnetresonanztomographiegeräten mit nur einem Sendekanal anwendbar ist.
-
Bei der Steuereinrichtung 10 kann es sich um einen Steuerrechner handeln, der auch aus einer Vielzahl von – gegebenenfalls auch räumlich getrennten und über geeignete Bussysteme bzw. Kabel oder dergleichen untereinander verbundenen – Einzelrechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 17 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 20 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall weist dieses Terminal 20 einen Rechner 21 mit Tastatur 28, einem oder mehreren Bildschirmen 27 sowie weiteren Eingabegeräten wie beispielsweise eine Maus oder dergleichen auf, so dass dem Bediener eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
-
Die Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Gradienten-Steuereinheit 11 auf, die wiederum aus mehreren Teilkomponenten bestehen kann. Über diese Gradienten-Steuereinheit 11 werden die einzelnen Gradientenspulen mit Steuersignalen SGx, SGy, SGz beschaltet. Hierbei handelt es sich um Gradientenpulse, die während einer Messung an genau vorgesehenen zeitlichen Positionen und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt werden, um das Untersuchungsobjekt O und den zugeordneten k-Raum vorzugsweise in einzelnen Schichten SL gemäß einer Ansteuersequenz AS abzutasten.
-
Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem eine Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 auf. Diese HF-Sende-/Empfangseinheit 12 besteht ebenfalls aus mehreren Teilkomponenten, um jeweils separat und parallel auf die einzelnen Sendekanäle S1, ... SN, d. h. in diesem Fall auf die einzeln ansteuerbaren Antennenstäbe der Bodycoil 5, Hochfrequenzpulse aufzugeben. Über die Sende-/Empfangseinheit 12 können auch Magnetresonanzsignale empfangen werden. In diesem Ausführungsbeispiel geschieht dies aber mit Hilfe der Lokalspulen 6. Die mit diesen Lokalspulen 6 empfangenen Rohdaten RD werden von einer HF-Empfangseinheit 13 ausgelesen und verarbeitet. Die hiervon oder von der Ganzkörperspule 5 mittels der HF-Sende-/Empfangseinheit 12 empfangenen Magnetresonanzsignale werden als Rohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 14 übergeben, die daraus die Bilddaten BD rekonstruiert und diese in einem Speicher 16 hinterlegt und/oder über die Schnittstelle 17 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden. Sofern die Lokalspulen 6 eine geeignete Umschalteinheit aufweisen, können auch diese an eine HF-Sende-/Empfangseinheit 12 angeschlossen sein, um die Lokalspulen auch zum Senden, insbesondere im pTX-Betrieb, zu verwenden.
-
Die Gradientensteuerung 11, die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 und die Empfangseinheit 13 für die Lokalspulen 6 werden jeweils koordiniert durch eine Messsteuereinheit 15 angesteuert. Diese sorgt durch entsprechende Befehle dafür, dass ein gewünschter Gradienten-Pulszug GP durch geeignete Gradientensteuersignale SGx, SGy, SGz ausgesendet wird, und steuert parallel die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 so an, dass ein Mehrkanal-Pulszug MP ausgesendet wird, d. h. dass auf den einzelnen Sendekanälen S1, ... SN parallel die passenden Hochfrequenzpulse auf die einzelnen Sendestäbe der Ganzkörperspule 5 gegeben werden. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Magnetresonanzsignale an den Lokalspulen 6 durch die HF-Empfangseinheit 13 bzw. eventuelle Signale an der Ganzkörperspule 5 durch die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 ausgelesen und weiterverarbeitet werden. Die Messsteuereinheit 15 gibt die entsprechenden Signale, insbesondere den Mehrkanal-Pulszug MP an die Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 und den Gradienten-Pulszug GP an die Gradienten-Steuereinheit 11, gemäß einem vorgegebenen Steuerprotokoll P vor. In diesem Steuerprotokoll P sind alle Steuerdaten hinterlegt, die während einer Messung gemäß einer vorgegebenen Ansteuersequenz AS eingestellt werden müssen.
-
Üblicherweise ist in einem Speicher 16 eine Vielzahl von Steuerprotokollen P für verschiedene Messungen hinterlegt. Diese könnten über das Terminal 20 vom Bediener ausgewählt und gegebenenfalls variiert werden, um dann ein passendes Steuerprotokoll P für die aktuell gewünschte Messung zur Verfügung zu haben, mit dem die Messsteuereinheit 15 arbeiten kann. Im Übrigen kann der Bediener auch über ein Netzwerk NW Steuerprotokolle P, beispielsweise von einem Hersteller des Magnetresonanzsystems, abrufen und diese dann gegebenenfalls modifizieren und nutzen.
-
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung sind dem Fachmann aber bekannt, so dass sie hier im Detail nicht weiter besprochen werden. Im Übrigen können ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Magnetresonanzscanner 2 auch anders aufgebaut sein kann, beispielsweise mit einem seitlich offenen Patientenraum, und dass im Prinzip die Hochfrequenz-Ganzkörperspule nicht als Birdcage-Antenne aufgebaut sein muss.
-
In 5 ist hier außerdem eine erfindungsgemäße Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 schematisch dargestellt, die zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS dient. Diese Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS enthält u. a. für eine bestimmte Messung eine Pulssequenz mit einem Pulszug GP, um eine bestimmte Trajektorie im k-Raum zu durchlaufen, sowie einen dazu koordinierten Hochfrequenz-Pulszug, hier einen Mehrkanal-Pulszug MP, zur Ansteuerung der einzelnen Sendekanäle 1, ..., SN. Die Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS wird im vorliegenden Fall auf Basis von im Messprotokoll P vorgegebenen Parametern PD insbesondere nach einem bezüglich der 1 bis 4 beschriebenen Verfahren erstellt. Wie weiterhin erkennbar ist, weist die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 einen Pseudo-Zufallsgenerator 25 auf, der zur Modifikation der Trajektorien der Ansteuersequenz AS beispielsweise wie bezüglich der 3 beschrieben genutzt werden kann. Die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 kann dabei wie dargestellt in dem Magnetresonanzsystem 1 umfasst sein und insbesondere auch Bestandteil der Steuereinrichtung 10 sein. Jedoch ist auch denkbar, dass die Steuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 extern als eigenständige Baueinheit vorliegt und zur Nutzung mit mehreren unterschiedlichen Magnetresonanzsystemen ausgebildet ist.
-
Unabhängig davon kann die Magnetresonanzanlage 1 nämlich mit Hilfe der Steuereinrichtung 10 unter Nutzung einer erfindungsgemäß erstellten Ansteuersequenz AS betrieben werden, sodass Magnetresonanz-Rohdaten RD zur Erstellung von Bilddaten BD eines Untersuchungsobjekts O schnell erfasst werden können, und unter Nutzung eines nichtlinearen Optimierungsverfahrens die Rekonstruktion der Bilddaten BD erfolgen kann. Aus dem zuvor Beschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung wirkungsvoll Möglichkeiten bereitstellt, um ein Verfahren zur Erfassung von Magnetresonanz-Rohdaten zur Erzeugung von Magnetresonanz-Bilddaten, insbesondere mit einer vorgegebenen Ortsauflösung, wirkungsvoll zu beschleunigen.
-
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale sämtlicher Ausführungsbeispiele oder in Figuren offenbarter Weiterbildungen in vielfältiger Kombination verwendet werden können. Es wird abschließend ebenfalls darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren, sowie bei dem Ansteuersequenz-Ermittlungssystem und dem Magnetresonanzsystem lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Ferner schließt der Begriff „Einheit” nicht aus, dass die betreffenden Komponenten mehrere Teilkomponenten umfassen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt angeordnet sein können. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein” bzw. „eine” nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
